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Cellules solaires et photovoltaïques

Image d'une petite cellule solaire qui convertit de l'énergie lumineuse en énergie électrique

La technologie solaire photovoltaïque convertit la lumière en électricité au niveau atomique. L'effet photoélectrique conduit certains matériaux semiconducteurs à absorber les particules de lumière du soleil, ou photons, et à libérer des électrons. Une cellule photovoltaïque produit de l'électricité à partir de lumière visible ; une cellule solaire absorbe toute la gamme des fréquences lumineuses de la lumière du soleil, pas uniquement la lumière visible, et convertit le rayonnement solaire en énergie utile. En tant que sources d'énergie sûres, durables et efficaces, les systèmes de cellules solaires et photovoltaïques sont utilisés pour alimenter le réseau électrique ou pour la production d'énergie isolée dans de nombreux types de dispositifs, des véhicules électriques et des toitures solaires aux systèmes de pompage et de dessalement d'eau.  

Les cellules photovoltaïques utilisent des matériaux semiconducteurs en couches formant une jonction PN pour convertir l'énergie de la lumière sous forme de photons en courant électrique sous forme d'électrons. La jonction PN est une interface entre un semiconducteur de type P (matériau accepteur d'électrons) et un semiconducteur de type N (matériau donneur d'électrons). Lorsque le photon est absorbé par le semiconducteur de type N, un électron est "délogé", générant une paire électron libre / trou d'électron. L'électron chargé négativement est attiré par le matériau de type P et le trou chargé positivement est attiré par le matériau de type N. Si un circuit complet est connecté aux électrodes, l'électron libre passera dans le circuit, en créant un courant électrique et une tension, jusqu'à ce qu'il se recombine avec un trou d'électron dans le matériau de type P.

L'efficacité des systèmes photovoltaïques varie selon le type de technologie de la cellule photovoltaïque et le type de matériau semiconducteur utilisé. Les premières cellules solaires étaient composées de matériaux polycristallins et monocristallins inorganiques. Des progrès notables ont été réalisés dans les technologies photovoltaïques grâce aux avancées remarquables de l'électronique organique et des matériaux organiques.

Une cellule solaire organique est légère, flexible et peut être produite à faible coût avec des polymères donneurs haute performance, les fullerènes, et des accepteurs non fullerène (NFA), par des procédés en solution à basse température sur un conducteur transparent, tel que l'oxyde d'indium-étain (ITO) ou l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO). Les matériaux transporteurs de trou (HTM) organiques ont permis de créer des cellules solaires haute performance à base de pérovskite comme méthode alternative plus efficace d'exploitation de l'énergie solaire.

Les cellules solaires à base de pérovskite utilisent un matériau hybride inorganique-organique comme couche active de captation de la lumière. Les cellules solaires en pérovskite bénéficient d'un rendement de conversion élevé, d'un faible coût et d'une simplicité de fabrication, ce sont donc les technologies solaires qui se développent le plus rapidement pour les applications commerciales. Les pérovskites à base d'halogénures de plomb ont le rendement de conversion le plus élevé et constituent la technologie de cellule solaire ayant la croissance la plus rapide. 


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