Du rayonnement solaire à la cellule photovoltaïque
Conversion photovoltaïque : du rayonnement solaire à la cellule

3.1 Prise de vue

L'effet photovoltaïque est découvert en 1839 par Antoine Becquerel dans une pile constituée par des électrodes de platine et de cuivre oxydé plongeant dans une solution électrolytique acide. Plus généralement, on qualifie de photoélectriques tous les phénomènes électriques provoqués par l'action de la lumière sur la matière qui provoquent une éjection d'électrons du matériau :

• l'émission photoélectrique ;

• la photoconductivité ;

• l'effet photovoltaïque [8].

À ce dernier est également associé, par le choix judicieux d'un matériau adapté, l'apparition de forces électromotrices, ce qui permet une conversion directe de l'énergie du rayonnement en énergie électrique. Du point de vue historique, ces différents effets sont découverts expérimentalement au cours du XIX^e siècle, mais ils demeurent inexplicables par la seule théorie ondulatoire de la lumière. Ce n'est qu'au début du XX^e siècle, en 1905, qu'Albert Einstein lève les difficultés posées par l'interaction entre lumière et matière, en introduisant les quanta de lumière pour interpréter la loi du rayonnement proposée en 1900 par Max Planck. Albert Einstein produit une théorie qui explique les phénomènes photoélectriques en introduisant le concept de photon, à la fois particule et onde, ce qui lui valut le prix Nobel en 1921. De cette théorie, il découle que l'énergie d'un photon est entièrement transférée à un électron du matériau et que le courant photoélectrique est directement proportionnel au nombre de photons, donc au flux lumineux. La compréhension des mécanismes qui président aux phénomènes mis en jeu par la conversion photovoltaïque relève donc de la physique quantique du solide [9]. Nous ne donnons ici qu'une description qualitative de ces mécanismes en termes classiques dont les conclusions sont validées par l'approche quantique et l'expérience.

3.2 Rayonnement solaire porteur d'énergie

Du point de vue énergétique, le rayonnement électromagnétique solaire...