Effet photovoltaïque
Apparition d’une tension et d’un courant électrique dans une jonction semi-conductrice lorsqu’elle absorbe des photons d’énergie supérieure à la bande interdite du matériau.
L’effet photovoltaïque, observé pour la première fois par Edmond Becquerel en 1839, est le fondement physique de toute cellule solaire. Un photon dont l’énergie dépasse la bande interdite du semi-conducteur fait passer un électron de la bande de valence à la bande de conduction, en laissant un trou chargé positivement. Le champ électrique interne d’une jonction p-n sépare la paire avant qu’elle ne se recombine, et les charges séparées font circuler un courant dans un circuit extérieur.
Le silicium cristallin a une bande interdite de 1,12 eV : il absorbe la lumière jusqu’à environ 1 100 nm. Deux pertes fixent un plafond infranchissable au rendement : les photons d’énergie inférieure à la bande interdite traversent le matériau sans servir, et l’excédent d’énergie des photons très énergétiques se perd en chaleur (thermalisation). La limite de Shockley-Queisser pour une simple jonction sous spectre AM1.5 est d’environ 33,7 % pour une bande interdite idéale proche de 1,34 eV ; pour le silicium, compte tenu de la recombinaison Auger, la limite pratique est d’environ 29,4 % (Richter et al., 2013).
Les architectures multijonctions et tandem, comme la pérovskite sur silicium, empilent des matériaux de bandes interdites différentes pour réduire la thermalisation et dépasser la limite de la simple jonction.
Termes associés
Tous les termes →- Cellule photovoltaïque
Composant semi-conducteur, en général une plaquette de silicium dopé munie de contacts métalliques, qui convertit directement la lumière du soleil en courant continu par effet photovoltaïque.
- Cellule solaire pérovskite
Cellule solaire dont l’absorbeur est un halogénure métallique à structure cristalline pérovskite, avec une bande interdite ajustable, une fabrication peu coûteuse et des progrès de rendement très rapides.
- Silicium monocristallin
Silicium cristallisé en un seul cristal continu, le plus souvent par la méthode Czochralski ; c’est le type de plaquette le plus performant et aujourd’hui dominant en photovoltaïque.
- Éclairement énergétique (irradiance)
Puissance solaire instantanée reçue par unité de surface, mesurée en watts par mètre carré (W/m²).
- Conditions standard de test (STC)
Conditions de référence pour la puissance nominale des modules photovoltaïques : éclairement de 1 000 W/m², température de cellule de 25 °C et spectre solaire AM1.5G.