Actuellement, le photovoltaïque fait partie des sources d’énergie alternatives les plus prometteuses. Mais encore faut-il comprendre le fonctionnement d’un système solaire à travers le principe de l’effet photovoltaïque.
Quel est le principe de l’effet photovoltaïque ?
L’effet photovoltaïque désigne le processus qui génère une tension ou un courant électrique à l’exposition de la lumière du soleil. Il désigne l’émission ou l’éjection d’électrons de mousse en réponse à une lumière incidente. C’est grâce à cet effet que les cellules d’un panneau solaire convertissent le rayonnement du soleil en énergie électrique.
L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par Edmond Bequerel, sur la base d’expérimentations sur des cellules humides. Lors des expériences, il aurait remarqué que la tension des cellules augmentait quand elles étaient exposées au soleil.
Sous l’impact d’une lumière incidente sur un matériau semi-conducteur, les photons interagissent avec un réseau cristallin et libèrent des électrons libres. Il en résulte la formation de porteurs de charges libres désigné « électron-trou ». C’est le transfert de ces porteurs aux contacts de la cellule solaire qui génère un courant électrique. L’ensemble de ces enchaînements correspond à l’effet photovoltaïque. Grosso modo, il s’agit d’un phénomène dans lequel l’énergie lumineuse du soleil est convertie en énergie électrique.
Comment fonctionne le processus photovoltaïque ?
Les cellules solaires se composent de deux types de semi-conducteurs, un type N et un type P. Les deux se réunissent et créent une jonction P-N. La réunion de ces deux types de semi-conducteurs engendre un champ électrique dans la région de la jonction. Par la suite, des particules de charge négative se forment. Le champ provoque ensuite le déplacement des particules chargées négativement dans une direction et des particules chargées positivement dans l’autre.
Il faut savoir que la lumière se compose de petits paquets de rayonnement électrique, les photons. Lorsque la lumière est incidente sur les cellules photovoltaïques, l’énergie des photons est transférée vers la jonction P-N. Plus précisément, l’énergie est exportée aux électrons du matériau semi-conducteur.
Un dispositif semi-conducteur convertit l’énergie solaire en énergie électrique. Il s’agit d’une diode à jonction P-N avec un niveau de dopage très élevé. Les cellules solaires ont une forme plate avec une couche supérieure très fine. Ainsi, l’énergie solaire incidente peut atteindre la zone de jonction.
À quoi sert l’effet photovoltaïque ?
Les panneaux solaires sont conçus pour résister aux intempéries telles que la pluie, la neige, la grêle, etc. Leur durée de vie peut donc s’élever jusqu’à 20 ans. De plus, comme la lumière du soleil est gratuite, les systèmes photovoltaïques sont de ce fait accessibles à tous.
Les panneaux photovoltaïques s’utilisent aussi dans les lampes de jardin ou portables. Cela permet d’éviter les câblages et les travaux d’excavation. En conséquence, les appareils photovoltaïques garantissent ainsi un gain d’argent et de temps considérable sur le long terme.
Quel est le rôle du silicium dans un dispositif photovoltaïque ?
Pour la construction d’une cellule photovoltaïque, le silicium demeure le matériau semi-conducteur le plus prisé. Cela s’explique par les quatre électrons de valence qu’il possède. Dans un cristal solide, les atomes de silicium créent des liaisons covalentes entre eux. C’est ainsi qu’une structure de réseau tétraédrique se forme dans le cristal de silicium.
L’énergie thermique disponible dans le cristal est suffisamment importante pour dissocier ces électrons relativement lâches de leur atome de phosphore parent. L’électron devient libre et reste prêt à conduire le courant dans le semi-conducteur.
À lire également
