Effet Photovoltaïque : Fonctionnement et Applications
Résumé en 30 Secondes
L’effet photovoltaïque est un processus photoélectrique qui génère une tension ou un courant électrique dans une cellule photovoltaïque lorsqu’elle est exposée à la lumière du soleil. La principale distinction entre l’effet photoélectrique et l’effet photovoltaïque réside dans le fait que le terme effet photoélectrique est généralement utilisé lorsque l’électron est éjecté du matériau (souvent dans un vide), tandis que l’effet photovoltaïque est utilisé lorsque le porteur de charge excité est toujours contenu dans le matériau. Dans les deux cas, un potentiel électrique (ou tension) est produit par la séparation des charges, et la lumière doit avoir une énergie suffisante pour surmonter la barrière de potentiel pour l’excitation.
Effet Photoélectrique
L’effet photoélectrique est l’émission de photoélectrons d’une matière lorsque des radiations électromagnétiques (photons) frappent sa surface. Dans cet effet, un photon interagit avec un électron lié à un atome, provoquant l’éjection d’un photoélectron énergétique. L’énergie cinétique de ce photoélectron (Ee) est égale à l’énergie du photon incident (hν) moins l’énergie de liaison du photoélectron dans sa coquille originale (Eb).
Utilisations de l’Effet Photoélectrique
- Effet Photovoltaïque : L’énergie lumineuse dans l’une des deux plaques jointes provoque la libération d’électrons vers l’autre plaque, créant des charges opposées, comme une batterie.
- Photoémission : L’énergie photonique d’un faisceau lumineux peut provoquer la libération d’électrons sur une surface dans un tube à vide.
- Photoconduction : L’énergie lumineuse appliquée à certains matériaux, normalement de mauvais conducteurs, produit des électrons libres, les rendant meilleurs conducteurs.
L’Effet Photovoltaïque en Détail
Dans un dispositif photovoltaïque, les photons sont convertis en électricité. Ce processus implique la génération de porteurs de charge par absorption de photons, leur séparation et transport, puis leur collecte aux électrodes.
Absorption de Photons
Les photons du soleil frappent le panneau solaire et sont absorbés par des matériaux semi-conducteurs. Leur énergie est transférée à un électron dans le réseau cristallin, libérant cet électron dans la bande de conduction.
Séparation des Porteurs de Charge
La cellule solaire, souvent une jonction p-n en silicium, permet aux électrons de se déplacer dans une seule direction en raison de la structure électronique des matériaux.
Collecte et Recombinaison des Charges
Les électrons créés du côté n-type, collectés par la jonction et déplacés vers le côté n-type, peuvent voyager à travers le fil, alimenter la charge, et continuer jusqu’à ce qu’ils atteignent le contact semi-conducteur-métal de type p où ils se recombinent avec un trou.
Applications de l’Effet Photovoltaïque
Les cellules solaires, constituées de matériaux semi-conducteurs, génèrent un courant continu (DC) lorsqu’elles sont irradiées par des photons. Les cellules solaires en silicium à jonction unique peuvent produire une tension à circuit ouvert maximale d’environ 0,5 à 0,6 volts. Les cellules sont souvent connectées en série pour une tension additive, ou en parallèle pour un courant plus élevé. Leur durée de vie peut atteindre 20-30 ans.
Aujourd’hui, l’énergie solaire est l’une des énergies les plus disponibles sur le marché, offrant une électricité propre et renouvelable, notamment dans les zones sans connexion au réseau électrique.
