Le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques repose sur l’effet photoélectrique. © koya979, Shutterstock

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Photoélectrique

DéfinitionClassé sous :physique , effet photoélectrique , effet photovoltaïque

Un matériau, généralement métallique, est dit photoélectrique s'il émet des électrons lorsqu'il est soumis à un rayonnement électromagnétique (rayonnement infrarouge, lumière visible, ultraviolet) de fréquence suffisamment élevée — dépendant du matériau.

Applications : cellules photoélectriques et effet photovoltaïque

Caméras vidéo, systèmes de sécurité, appareils de vision nocturne, par exemple, utilisent des cellules photoélectriques pour leur fonctionnement. L'effet photovoltaïque représente également l'une des manifestations de l'effet photoélectrique. Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules photovoltaïques, ses photons sont absorbés par le matériau semi-conducteur qui constitue le panneau solaire et un courant électrique est généré.

Physique : l’effet photoélectrique, de Hertz à Einstein

Ce phénomène a été expliqué pour la première fois par le physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz, en 1887. Toutefois, la physique classique, qui considère la lumière comme une onde, ne permet pas de rendre correctement compte de l'effet photoélectrique. C'est donc Albert Einstein qui a donné une explication plus complète en 1905, en introduisant son hypothèse de quantification du rayonnement.

Lorsque des photons heurtent un matériau, les électrons les absorbent. Si l'énergie caractéristique des photons — qui est liée à leur fréquence — est supérieure à l'énergie de liaison des électrons, ceux-ci sont éjectés. Ainsi, augmenter l'intensité de la lumière émise ne permet pas d'amorcer l'effet photoélectrique. En effet, la fréquence des photons n'est pas fonction de l'intensité de la lumière. En revanche, une fois l'effet photoélectrique déclenché, le courant — le nombre de photoélectrons émis par unité de temps — est proportionnel à l'intensité de la lumière reçue.

Tout est quantique : comment fonctionne la quantification de l'énergie ?  Le monde quantique est surprenant. À cette échelle, les particules n’ont droit qu’à certains niveaux d’énergie tandis que d’autres leur sont interdits, mais pour quelle raison ? Tout est quantique nous en dit un peu plus sur la quantification durant cette courte vidéo.