1-3 Principe de fonctionnement (WOHHINGDROXrI :
L'effet photovoltaïque utilisé
dans les cellules solaires permet de convertir directement l?énergie
lumineuse des rayons solaires en électricité par le biais de la
production et du transport dans un matériau semi-conducteur de charges
électriques positives et négatives sous l?effet de la
lumière. Ce matériau comporte deux parties, l?une
présentant un excès d?électrons et l?autre un
déficit en électrons, dites respectivement dopée de type n
et dopée de type p. Lorsque la première est mise en contact avec
la seconde, les électrons en excès dans le matériau n
diffusent dans le matériau p. La zone initialement
dopée n devient chargée positivement, et la zone
initialement dopée p devient chargée
négativement. Il se crée donc entre elles un champ
électrique qui tend à repousser les électrons dans la zone
n et les trous vers la zone p. Une jonction (dite
p-n) a été formée. En ajoutant des contacts
métalliques sur les zones n et p, une diode est
obtenue. Lorsque la jonction est éclairée, les photons
d?énergie supérieure ou égale à la largeur de la
bande interdite communiquent leur énergie aux atomes, chacun fait passer
un électron de la bande de valence vers la bande de conduction et laisse
aussi un trou capable de se mouvoir engendrant ainsi une paire
électron-trou. Si une charge est placée aux bornes de la cellule,
les électrons de la zone n rejoignent les trous de la zone
p via la connexion extérieure, donnant naissance à une
différence de potentiel: le courant électrique circule ; l?effet
repose donc à la base sur les propriétés semi-conductrices
du matériau et son dopage afin d?en améliorer la
conductivité.
Le silicium employé aujourd?hui dans la plupart des
cellules a été choisi pour la présence de quatre
électrons de valence sur sa couche périphérique.
Les cellules P.V (photovoltaïques) sont assemblées
pour former des modules.
Figure 1.1-Principe de fonctionnement d'une cellule PV
Pour une cellule solaire sensibilisée par colorant
[Dye-Sensilized Solar Cell] ou cellule de Gratzeal [en référence
à son inventeur le professeur MICHEL GRAETZEL de l?école
polytechnique fédérale de LAUSANNE EPFL] ; les chercheurs de
l'EPFL se sont inspirés du processus de photosynthèse avec d'un
coté de la cellule, une couche de dioxyde de titane TiOrecouverte d'un
colorant appelé "sensibilisateur" et de l'autre
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une solution électrolytique. Lorsqu?un rayon lumineux
tombe sur le colorant, un électron est éjecté. Tous les
électrons ainsi libérés traversent l'oxyde et sont
collectés au bord de la cellule et dirigés vers un circuit
externe.
Afin d'éviter que ces électrons
éjectés soient immédiatement
récupérés par ce même colorant, les anions contenus
dans la solution électrolytique peuvent très rapidement "boucher
les trous" laissés dans le colorant. Les électrons
éjectés peuvent alors régénérer
l'électrolyte.
Tout ceci sera détaillé ultérieurement dans
le chapitre suivant.
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