À l’heure de la transition énergétique vers des énergies renouvelables et vertes, l’énergie solaire photovoltaïque intéresse beaucoup. De nombreuses technologies sont étudiées. Mais à la base, il y a l’effet photovoltaïque, des photons et un semi-conducteur.

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L'énergie solaire, c'est une énergie qui se classe dans la catégorie des énergies renouvelables, car elle est considérée comme inépuisable, à l'échelle humaine au moins. C'est une énergie dite verte parce que sa production n'émet pas -- directement -- non plus de CO2. Et pour capter et convertir cette énergie solaire, il existe plusieurs technologies. Le solaire photovoltaïque est l'une d'elles. L'idée : convertir directement l'énergie portée par les photonsphotons qui composent la lumièrelumière en électricité.

L'effet photovoltaïque a été découvert en 1839, par le physicienphysicien français Alexandre Edmond BecquerelBecquerel. Mais ce n'est qu'au début du XXe siècle qu'Albert Einstein parvient à expliquer le phénomène.

Énergie solaire et cellule photovoltaïque

L'élément de base de l'énergie solaire photovoltaïqueénergie solaire photovoltaïque est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux -- d'une partie d'entre eux. Ceux-ci mettent en mouvementmouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électronsélectrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.

Des bornes de chargement pour véhicule électrique pourraient être directement reliées à des panneaux solaires installés en couverture des parkings. © scharfsinn86, Adobe Stock
Des bornes de chargement pour véhicule électrique pourraient être directement reliées à des panneaux solaires installés en couverture des parkings. © scharfsinn86, Adobe Stock

Car rappelons qu'une cellule photovoltaïquecellule photovoltaïque est fabriquée à partir de matériaux semi-conducteurs. Du siliciumsilicium, essentiellement, de nos jours. On y trouve plus précisément, deux types de semi-conducteurs : l'un présentant un excès d'électrons et l'autre, un déficit d'électrons. Les spécialistes parlent de dopagedopage. Ainsi l'une des couches de la cellule solaire photovoltaïque en silicium va, par exemple, comporter des atomesatomes de phosphorephosphore -- avec un électron de plus que le silicium -- et l'autre, des atomes de borebore -- avec un électron en moins. Lorsque les deux couches sont mises en contact, les électrons proches de la jonction ont tendance à diffuser de la couche où ils sont en excès vers l'autre. Le tout créant un champ électriquechamp électrique interne indispensable au fonctionnement de la cellule. Lorsque la cellule capte des photons, ceux-ci excitent des électrons du matériau semi-conducteursemi-conducteur qui vont alors diffuser vers la zone de jonction entre les deux couches précitées. Et c'est le champ électrique interne qui va les accélérer et les orienter jusqu'à un circuit extérieur.

De la cellule photovoltaïque au panneau solaire

Le courant continucourant continu généré peut être converti en courant alternatifcourant alternatif à l'aide d'un onduleuronduleur. Et l'électricité produite peut être directement utilisée par des appareils électroménagers, par exemple, injectée dans le réseau ou stockée dans des batteries -- ou d'autres systèmes de stockage de l’énergie.

Mais la tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible, de l'ordre de 0,5 V. C'est pourquoi elles sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque et finalement, un panneau solaire photovoltaïque.