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Pourquoi les cellules photovoltaïques ne peuvent avoir un rendement élevé ?

Question/RéponseClassé sous :développement durable , cellule photovoltaïque , semi-conducteur
 

Le rendement des cellules photovoltaïques est limité car celles-ci ne profitent pas de toute l'énergie transmise par le Soleil. Explications.

Les cellules photovoltaïques au silicium multicristallin sont aisément reconnaissables aux motifs qu’elles affichent. Le rendement des panneaux solaires commerciaux dotés de cette technologie est compris entre 11 et 18 %. © Cleary Ambiguous, Flickr, CC by 2.0

Les cellules photovoltaïques intègrent notamment un semi-conducteur, principalement du silicium dans le commerce. C'est en son sein qu'ont lieu les réactions requises pour produire un courant électrique.

Fonctionnement des cellules photovoltaïques

Cette couche se compose d'atomes dont les électrons possèdent des niveaux d'énergie définis les empêchant de circuler. Cependant, en percutant les atomes, les photons du rayonnement solaire peuvent transférer de l'énergie aux électrons, au point de les exciter. Sous certaines conditions, ils deviennent alors mobiles, et peuvent être récupérés (effet photoélectrique).

Sous certaines conditions... car les photons n'ont pas tous l'énergie requise pour exciter les charges négatives. Cela dépend de la longueur d'onde de la lumière incidente. Par ailleurs, l'excitation des électrons ne requiert qu'une quantité finie d'énergie. Tout surplus est donc perdu.

Cellules photovoltaïques et énergie

Or, la lumière provenant du Soleil est composée d'une multitude de longueurs d'onde différentes, et donc de photons transportant des quantités variables d'énergie. Dans le semi-conducteur, une partie d'entre eux ne parvient pas à exciter les électrons, tandis qu'une autre fraction fournit de l'énergie plus que nécessaire.

Les cellules photovoltaïques ont donc un rendement limité, car elles ne profitent pas de toute l'énergie transmise par le Soleil.