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Dispositifs nanophotoniques pour l'émission thermique| Réf : NM5200 v1
Auteur(s) : Abdelilah SLAOUI
Date de publication : 10 août 2010
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Le rayonnement solaire incident est constitué de photons dont la longueur d’onde s’étend de l’ultraviolet (0,2 µm) à l’infrarouge lointain (2,5 µm), avec une majorité d’entre eux dans le visible (0,4 µm, pour le violet, à 0,7 µm pour le rouge) autour d’un pic à 0,6 µm (partie verte de la figure 3). La puissance de ce rayonnement est d’environ 1 360 W/m2 hors de l’atmosphère (constante solaire) et de 1 000 W/m2 (quand le soleil est au zénith et que le ciel est dégagé) au niveau de la Terre, du fait de l’absorption dans l’atmosphère. D’après la thermodynamique, le rendement de Carnot associé à la conversion de l’énergie solaire en supposant le soleil comme source chaude (≈ 6 000 K) et la terre comme source froide (≈ 300 K) est de ≈ 85 %. L’utilisation de matériaux et concepts récents aboutissent à des valeurs très éloignée de cette limite thermodynamique, comme nous le verrons plus loin.
La conversion photovoltaïque (PV) est précisément la transformation de l’énergie de la radiation lumineuse en énergie électrique (effet photoélectrique) grâce au processus d’absorption de la lumière par le semi-conducteur (SC). Ce dernier est caractérisé par son coefficient d’absorption en fonction de la longueur d’onde et par sa largeur de bande interdite (ou gap) EG qui est l’énergie séparant le niveau du haut de la bande de valence (BV) et le niveau du bas de la bande de conduction (BC) (figure 4).
Lors de l’illumination, l’énergie des photons absorbée est transférée aux électrons des atomes du semi-conducteur. Cet apport d’énergie permet aux électrons de quitter leurs positions normales. En quittant son niveau d’énergie, l’électron négatif laisse à ce niveau une lacune électronique (h+) de charge opposée que l’on dénomme « trou ». Ainsi, schématiquement, lorsqu’un photon est absorbé, il éjecte un électron d’un niveau d’énergie de la bande de valence vers un niveau d’énergie de la bande de conduction, créant ainsi une paire électron-trou, de même...
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OPTIQUE PHOTONIQUE
(1) - DELACHAT (F.), SLAOUI (A.) et al - * - . – Nanotechnology 20, pp. 275608 (2009).
(2) - MURPHY (J.E.) et al - * - . – J. Am. Chem. Soc. 128 (10), p. 3241 (2006).
(3) - SERINCAN (U.) - Formation of semiconductor nanocrystals in SiO2 by ion implantation - Thèse, Middle East Technical University, Ankara, Turquie (2004).
(4) - GREEN (M.A.) - * - . – High Efficiency Silicon Solar Cells, Trans Tech Publications ed. (1987).
(5) - GREEN (M.A.) - Third Generation Photovoltaics : Advanced Solar Energy Conversion - Springer Science+Business Media, ISBN 3540401377 (2003).
(6) - UNSW School for Photovoltaic Engineering - Third Generation Photovoltaics - Retrieved on 2008-06-20.
...
Cours interactifs sur la conversion photovoltaïque
http://pvcdrom.pveducation.org/
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Agence internationale de l’énergie
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Institut national de l’énergie solaire (INES)
Institut national d’électronique du solide et des systèmes (INESS)
Systèmes solaires, l’observateur des énergies renouvelables
National Energy Laboratory
PV Status report 2008
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