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Histoire condensée du photovoltaïque

Dossier - Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires
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De nombreuses cellules photovoltaïques ont vu le jour pour exploiter au mieux la lumière du Soleil au travers de panneaux solaires. Afin de produire de l’électricité, silicium, terres rares ou plastiques sont employés, mais chaque technologie a des atouts et des faiblesses dans ce domaine prometteur.

  
DossiersLes cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires
 

Le photovoltaïque fait parler de lui depuis seulement quelques années, même s'il a connu un premier essor dans l'industrie spatiale au milieu du XXe siècle. Les prémices de son histoire remontent pourtant à 1839. Elles ont été écrites par la famille Becquerel.

L'Homme essaye depuis de nombreuses décennies d'exploiter l'inépuisable ressource qu'est l'énergie du Soleil. La première cellule solaire a ainsi vu le jour dans les années 1950, mais sa technologie reposait en réalité sur une découverte faite en 1839 par deux Français, Antoine César Becquerel et son fils Alexandre Edmond Becquerel. C'est donc au grand-père et au père d'Antoine Henri Becquerel (qui décrivit la radioactivité en 1896) que nous devons la découverte de l'effet photovoltaïque. Ce phénomène physique est propre aux matériaux semi-conducteurs, comme le silicium et le sélénium. Qu'ont-ils de particulier ? Ils libèrent des électrons en présence de lumière, précisément lorsque des photons entrent en collision avec leurs atomes, ce qui peut donner naissance à un courant électrique.

Pour être précis, l’effet photovoltaïque a été découvert par Antoine Henri Becquerel, mais c’est Alexandre Edmond Becquerel (à l'image) qui l’a présenté à l’Académie des sciences fin 1939. © Lithographie de Pierre Petit (1832-1885), imprimée par Charles Jérémie Fuhr, Wikimedia Commons, DP

Ce n'est cependant qu'en 1883 que cette découverte a pour la première fois été utilisée pour produire une cellule photovoltaïque, l'unité de base d'un panneau solaire. Cette prouesse a été réalisée par l'Américain Charles Fritts, qui est parvenu à recouvrir une galette de sélénium par de très fines couches d'or. Le projet a été arrêté à ce stade, car l'or et le sélénium sont des matériaux coûteux. Par ailleurs, le rendement de la cellule était faible, de l'ordre de 1 %.

D'autres avancées ont eu lieu par la suite, mais elles n'ont pas connu le succès de celle présentée en 1954 par Gerald Pearson, Darryl Chapin et Calvin Fuller. Ces chercheurs américains travaillant pour les laboratoires Bell sont parvenus à développer un panneau solaire affichant un rendement de 6 %. Ses cellules étaient entre autres composées de silicium « dopé », dont l'intérêt a été découvert en 1939 par Russell Ohl. Cette invention autorisa le développement de plusieurs applications.

L'essor du photovoltaïque

La filière photovoltaïque a finalement pris son envol grâce à la recherche spatiale et aux explorations menées pour améliorer l'approvisionnement en énergie des satellites. Les premières cellules ont été envoyées dans l'espace en 1958, fixées à l'extérieur du satellite Vanguard 1. Elles affichaient un rendement de 9 %, étaient composées de silicium et ont alimenté l'un des deux émetteurs radioélectriques embarqués à bord durant huit ans. Quant aux premiers panneaux solaires, ils ont été lancés dans l'espace en 1959. Ils étaient attachés sur le satellite Explorer 6. 

Le satellite Vanguard 1 était équipé de six cellules photovoltaïques (visibles sur la sphère) qui ont fonctionné durant huit ans (jusqu’en 1967). L’engin pesait 1,47 kg pour un diamètre de 16,5 cm (sans tenir compte des six antennes). © Nasa, Wikimedia Commons, DP

L'usage des cellules photovoltaïques et des panneaux solaires qui leur sont associés s'est démocratisé à partir des années 1970 grâce à une diminution progressive de leur coût, ce qui a permis le développement d'installations domestiques. Pour ne citer qu'un chiffre, la production d'électricité à partir de l'énergie solaire a progressé de 15 % par an entre 1984 et 1996. Cette valeur a depuis fortement augmenté...