Présentation
INTRODUCTION
Découvert par Becquerel en 1839, l’effet photovoltaïque est le fondement de la production d’énergie solaire. Le principe est la conversion en électricité d’une partie du rayonnement du soleil, donc de l’énergie des photons.
Ce sont les progrès de l’industrie des semi-conducteurs qui ont permis le développement industriel de cette technique. Pour générer un courant électrique dans un semi-conducteur, il faut lui fournir une énergie supérieure à la valeur du gap, pour extraire des électrons de la bande de valence et les déplacer dans la bande de conduction. L’électron sortant laisse vacant un trou, qui est comblé par un autre électron, qui lui-même libère un autre trou : un courant est ainsi établi.
Actuellement, la technologie des cellules au silicium ou autres couches minces, notamment à l’arséniure de gallium, ainsi que les techniques de dopage de ces matériaux, sont correctement maîtrisées. Les recherches tentent d’optimiser le rendement et l’abaissement des coûts de fabrication de ces produits. Le montage en panneau photovoltaïque permet de mettre en série ces cellules, afin d’atteindre une tension utilisable, tout en leur apportant une protection mécanique vis-à-vis de l’environnement.
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- Version courante de août 2023 par Natacha BELLOIR
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I - La cellule au silicium
La cellule solaire au silicium est une diode particulière de grandes dimensions. Si l’on cherche à capter la lumière avec un cristal de silicium, on s’aperçoit que le silicium réfléchit 30 % de la lumière reçue.
Ce phénomène est dû à l’indice de réfraction élevé du silicium (2 dans le proche infrarouge, 7 dans l’ultraviolet). Cela impose l’ajout d’une couche antireflet à la surface du silicium si l’on veut améliorer le rendement. Il faut aussi déterminer la profondeur dans le cristal à laquelle il faut fabriquer la jonction pour optimiser le rendement.
Photocourant
L’illumination d’une cellule solaire produit un courant proportionnel appelé photocourant, indépendant de la tension. Mais lorsque la tension augmente, une partie de ce courant est dispersée dans la jonction ( cf . Fig. 1 ).
Courant de saturation
Il dépend de la surface de la diode, donc de la cellule et des caractéristiques de la jonction ; il varie exponentiellement avec la température et double environ tous les 10 degrés Kelvin.A - Fabrication du silicium
Pour fabriquer du silicium pur, on utilise le sable de quartz cristallisé. Le procédé de raffinage est une réduction dans un four à arc électrique par du carbone, la réaction suit l’équation : SiO 2 + 2C → Si + 2CO
Sa pureté est de l’ordre de 98 à 99 %, les impuretés les plus importantes sont l’aluminium et le fer....
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