De l'effet photovoltaïque aux cellules photoélectriques

La révolution industrielle a changé le monde ; non seulement l'économie mais aussi nos vies de tous les jours. L'utilisation croissante d'énergies alternatives est en train de changer le monde de la même façon. Qu'on l'appelle la révolution verte, la transition écologique, le recours aux sources alternatives d'énergie ou le sens de l'Histoire ne change pas le fait que nous sommes entrés dans un nouveau monde.

La consommation d'énergie a augmenté plus vite que la population lors des quarante dernières années et cette progression devrait s'accélérer durant la première moitié du XXI ^e siècle en raison de la croissance en Chine et en Inde. Deux solutions existent : la modération de la consommation et l'utilisation de nouvelles sources d'énergie.

Ces sources alternatives d'énergie doivent toutefois satisfaire à un nouvel impératif : ne pas contribuer au réchauffement climatique. Parmi ces énergies, on distingue généralement le nucléaire des autres sources d'énergie : éolienne, biomasse, hydraulique, solaire (thermique et photovoltaïque) et géothermique.

L'énergie photovoltaïque est une de ces sources alternatives d'énergie et, malgré sa contribution jusqu'à maintenant modeste, elle est appelée à devenir une des sources majeures d'énergie du futur. L'énergie photovoltaïque a déjà à son actif de grandes réussites. En effet, elle a apporté l'énergie nécessaire à la conquête spatiale ; sans énergie photovoltaïque, pas de station spatiale internationale, pas de Rover Spirit ou Opportunity sur Mars.

Mais le secteur de l'énergie photovoltaïque est également une activité de haute technologie, changeant rapidement dans un marché à forte croissance et qui requiert, en plus de fortes compétences scientifiques et techniques, de prendre en compte les aspects législatifs, politiques et sociétaux. Il représente donc un fantastique champ d'opportunité pour les ingénieurs du XXI ^e siècle.

Afin de pouvoir contribuer de façon significative à son développement, il est nécessaire de partir de la source de cette énergie, le Soleil, et de considérer les facteurs déterminant le potentiel au sol correspondant. La première partie de cet article y sera consacrée. Cette énergie doit ensuite être convertie en électricité au moyen d'une cellule photovoltaïque.

La deuxième partie sera donc consacrée à l'étude de la cellule photovoltaïque, cœur du dispositif de conversion. Afin de comprendre le fonctionnement et les paramètres régissant les performances de cette conversion, on débutera par un rappel de la physique des semi-conducteurs. On abordera ensuite l'absorption de la...