La disparition des énergies fossiles remet le photovoltaïque sous les projecteurs. Pour en utiliser tout le potentiel, il est nécessaire de maîtriser les fondements de ces dispositifs de conversion lumière/électricité.

Comment rendre compétitive la filière de la conversion photovoltaïque par rapport aux autres sources de production d’électricité ? Compte tenu des données techniques et économiques actuelles, le photovoltaïque devrait participer significativement à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Dans cet article, on s'intéresse aux différentes filières d'élaboration du dispositif photovoltaïque: tout d'abord ,  les avantages et les inconvénients de la première génération de cellules à base de silicium cristallin, monocristallin, multicristallin ou ruban; ensuite, les propriétés des couches minces, à base de silicium ou d’autres matériaux et enfin les concepts avancés pour atteindre des très hauts rendements. Le dernier paragraphe est consacré à l’état actuel du marché photovoltaïque en termes de production de modules et de leurs coûts et à  la place de l’énergie photovoltaïque dans le portfolio de production mondiale de l’énergie.

Le développement industriel de la conversion photovoltaïque de l'énergie solaire comme source d'énergie électrique exige à la fois une réduction du coût du kWh produit et une augmentation substantielle du rendement de conversion des modules photovoltaïques actuels. Plusieurs nouveaux concepts et architectures de cellules solaires impliquant des matériaux nano-structurées sont potentiellement susceptibles d'atteindre cet objectif. Dans cet article, sont rappelés les facteurs limitant le rendement de conversion d'une cellule photovoltaïque. Sont passées ensuite en revue les différentes structures impliquant des nanomatériaux inorganiques pour réaliser des photopiles à très haut rendement. En particulier, les structures impliquant des puits quantiques pour l'augmentation de l'absorption des photons et la séparation des charges sont décrites, ainsi que les structures tandem ou à bande métallique utilisant des boîtes quantiques. Sont également évoquées les cellules à conversion de photons qui emploient des nanomatériaux pour modifier le spectre solaire avant son interaction avec la cellule absorbante.