La cellule photovoltaïque est un dispositif incroyable qui puise sa magie dans les propriétés des semi-conducteurs. Ces derniers, lorsqu’ils sont touchés par les photons, libèrent un flux d’électrons. Les photons, également connus sous le nom de “grains de lumière” par Albert Einstein dans les années 1920, transportent l’énergie solaire à une vitesse fulgurante de 300 000 km/s. Lorsqu’ils entrent en collision avec un semi-conducteur, comme le silicium, ils arrachent des électrons à ses atomes, ce qui les met en mouvement.
Cependant, pour qu’un courant électrique puisse être généré, il est essentiel que tous les électrons se déplacent dans la même direction. Pour faciliter cela, il est nécessaire d’utiliser deux types de silicium. La face exposée au soleil est “dopée” avec des atomes de phosphore qui contiennent plus d’électrons que le silicium, tandis que l’autre face est dopée avec des atomes de bore qui contiennent moins d’électrons. Cette configuration crée une sorte de pile : la face très chargée en électrons devient la borne négative (N) et l’autre face devient la borne positive (P). Entre les deux, un champ électrique se forme.
Lorsque les photons excitent les électrons, ceux-ci migrent vers la zone N grâce au champ électrique, tandis que les “trous” se déplacent vers la zone P. Ces électrons et trous sont ensuite récupérés par des contacts électriques situés à la surface des deux zones, avant de passer dans le circuit externe sous forme d’énergie électrique. C’est ainsi qu’un courant continu est généré. Une couche anti-reflet est également présente pour éviter que trop de photons ne se perdent en étant réfléchis par la surface.
Le rendement d’une cellule photovoltaïque
Le rendement d’une cellule photovoltaïque est le rapport entre la puissance électrique produite et la puissance lumineuse qui atteint la cellule. Pour mesurer ce rendement, les cellules sont testées en étant exposées à un simulateur solaire qui reproduit des conditions optimales : une luminosité de 1 000 W par mètre carré et une température ambiante de 25°C. La puissance électrique créée, appelée puissance crête, est exprimée en pourcentage de la puissance solaire reçue. Par exemple, si un panneau solaire d’1 mètre carré produit une puissance électrique de 200 W, son rendement sera de 20%. Cependant, il est important de noter que le rendement de ces cellules ne peut pas dépasser une limite théorique d’environ 33%, connue sous le nom de “limite de Shockley-Queisser”.
Maintenant que vous comprenez le fonctionnement magique de la cellule photovoltaïque et son rendement, vous pouvez apprécier à quel point cette technologie est fascinante. N’est-ce pas merveilleux de voir comment la lumière du soleil peut être transformée en électricité ?
