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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Les cellules photovoltaïques| Plan de la page |
I - Effet photovoltaïque
A - Le principe
Les cellules solaires actuellement sur le marché convertissent directement la lumière en électricité en utilisant certaines propriétés des matériaux semi-conducteurs.Traitement des photons
Lorsqu’une cellule est illuminée par un flux de photons, selon leur énergie, les photons sont soit :
- réfléchis (coefficient de réflexion du matériau) ;
- absorbés (coefficient d’absorption) ;
- transmis.
Seuls les photons absorbés sont utiles à la génération d’énergie photovoltaïque ( cf . Fig. 1 ).
Photons absorbés
Les lois de la mécanique quantique montrent que, dans un matériau, les différents niveaux d’énergie sont proches et se groupent en bandes d’énergie. À l’intérieur de ces bandes, il existe une continuité des niveaux d’énergie, mais entre bandes il existe une bande interdite.
Les photons absorbés sont ceux dont l’énergie est supérieure à la largeur de la bande interdite du matériau.
B - Le niveau d’énergie
Le niveau d’énergie d’un électron est l’énergie qu’il faudrait lui fournir pour l’extraire du matériau.Équilibre thermodynamique
Le modèle des bandes d’énergie est utilisé pour...
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