L'effet photovoltaïque et les semi-conducteurs
L'effet photovoltaïque, une application pratique de la physique quantique, est au cœur du fonctionnement des cellules solaires. Les semi-conducteurs, matériaux clés dans ce processus, possèdent une bande interdite étroite qui permet aux électrons d'acquérir suffisamment d'énergie pour devenir mobiles lorsqu'ils absorbent l'énergie radiative.
Vocabulaire: La bande interdite est la différence d'énergie entre la bande de valence ouˋleseˊlectronssontimmobiles et la bande de conduction ouˋleseˊlectronssontmobiles dans un matériau semi-conducteur.
Le choix du semi-conducteur est crucial pour l'efficacité des cellules photovoltaïques. Le matériau idéal doit avoir un spectre d'absorption qui couvre une grande partie du spectre solaire, permettant ainsi aux photons solaires de fournir l'énergie nécessaire pour rendre le matériau conducteur. Le silicium est un excellent exemple de matériau répondant à ces critères.
Highlight: Le silicium est largement utilisé dans les cellules photovoltaïques en raison de son spectre d'absorption bien adapté au spectre solaire.
L'énergie de la bande interdite représente l'énergie minimale qu'un photon doit posséder pour déclencher l'effet photovoltaïque, rendant les électrons mobiles et créant ainsi un courant électrique.
La performance d'une cellule photovoltaïque est caractérisée par plusieurs paramètres électriques :
- La puissance P en watts W, donnée par P = U × I
- La tension U en volts V
- L'intensité I en ampères A
- La résistance R en ohms Ω, liée par la loi d'Ohm : U = R × I
Définition: Le rendement d'une cellule photovoltaïque est le rapport entre l'énergie électrique utile en sortie et l'énergie solaire fournie en entrée.
La caractéristique d'une cellule photovoltaïque est représentée par l'ensemble des couples de valeurs I,U, avec des points notables tels que la tension à vide Vo et l'intensité de court-circuit Icc.
Exemple: Pour une cellule photovoltaïque, 1 mA = 10⁻³ A, illustrant l'ordre de grandeur des courants générés.
La compréhension de ces concepts est essentielle pour optimiser la conception et l'utilisation des systèmes photovoltaïques, contribuant ainsi à l'amélioration de l'efficacité énergétique et à la transition vers des sources d'énergie renouvelables.
