Présentation
INTRODUCTION
Découvert par Becquerel en 1839, l’effet photovoltaïque est le fondement de la production d’énergie solaire. Le principe est la conversion en électricité d’une partie du rayonnement du soleil, donc de l’énergie des photons.
Ce sont les progrès de l’industrie des semi-conducteurs qui ont permis le développement industriel de cette technique. Pour générer un courant électrique dans un semi-conducteur, il faut lui fournir une énergie supérieure à la valeur du gap, pour extraire des électrons de la bande de valence et les déplacer dans la bande de conduction. L’électron sortant laisse vacant un trou, qui est comblé par un autre électron, qui lui-même libère un autre trou : un courant est ainsi établi.
Actuellement, la technologie des cellules au silicium ou autres couches minces, notamment à l’arséniure de gallium, ainsi que les techniques de dopage de ces matériaux, sont correctement maîtrisées. Les recherches tentent d’optimiser le rendement et l’abaissement des coûts de fabrication de ces produits. Le montage en panneau photovoltaïque permet de mettre en série ces cellules, afin d’atteindre une tension utilisable, tout en leur apportant une protection mécanique vis-à-vis de l’environnement.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de août 2023 par Natacha BELLOIR
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Le principe des semi-conducteurs| Plan de la page |
I - Historique
Lorsque le rayonnement du soleil frappe une cellule photovoltaïque, une partie de l’énergie des photons émise par la lumière solaire est directement convertie en électricité. Cette propriété est au centre de toute installation photovoltaïque.
L’effet photovoltaïque fut observé pour la première fois par A. Becquerel en 1839 entre des électrodes de platine et de cuivre oxydé plongées dans un électrolyte acide exposé à la lumière.
En 1877, W. G. Adams et R. E. Day observent le même phénomène sur un solide : le sélénium.
En 1940, Adler montre que la tension de circuit ouvert d’une pile varie comme le logarithme de l’intensité d’illumination, alors que le courant varie d’une façon linéaire. R.S. Ohl obtient en 1941 la première réalisation d’une liaison p-n dans le silicium.
II - Développement industriel
Le développement des cellules solaires a suivi les progrès de l’industrie des semi-conducteurs, en particulier ceux de l’industrie du silicium qui constitue le principal matériau à partir duquel sont fabriquées les cellules.
Les premières cellules ont été conçues pour permettre une alimentation électrique fonctionnant plusieurs années sur les satellites. Les grandes sociétés de l’électronique ont développé cette technologie pour alimenter des sites isolés tels que les balises, les pompages de l’eau, les refuges de montagne, etc., ou les instruments de mesure, la télécommunication.
La technologie des cellules au silicium est actuellement bien dominée et les nouveaux développements se concentrent sur l’amélioration du rendement et l’abaissement des coûts de fabrication.
III - Recherche scientifique
La recherche se diversifie sur de nouvelles cellules, en étudiant notamment des phénomènes proches de la photosynthèse. Ces cellules pourraient apparaître sur le marché, si les développements prometteurs obtenus en laboratoire trouvent un aboutissement dans la conception de produits industriels.
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