I.2. L'ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE
I.2.1. Origine et définition
Le mot photovoltaïque vient du
grec photos qui veut dire
lumière et de volta
du nom du physicien italien qui, en 1800 découvrit la pile
électrique.(7)
L'énergie photovoltaïque est une conversion
directe du rayonnement solaire en électricité à partir de
la cellule photovoltaïque.
Cette conversion appelée Effet photovoltaïque, a
été découverte en 1839 par Antoine BECQUEL et, est
utilisée dans les cellules photovoltaïques que l'on ensemble en
modules puis en panneaux photovoltaïques permettant de convertir
directement l'énergie solaire en électricité par le biais
de la production et du transport des charges électriques sous l'effet de
la lumière dans un matériau semi-conducteur .(7)
I.2.2. Cellule photovoltaïque
La cellule ou photopile photovoltaïque est un composant
opto-électrique, composé d'un matériau semi-conducteur qui
absorbe l'énergie lumineuse et la transforme directement en
énergie électrique.
Le principe de fonctionnement de cette cellule fait appel aux
propriétés du rayonnement solaire et à celles des
semi-conducteurs.
I.2.3. Matériau semi-conducteur(4)
Un semi-conducteur est une structure cristalline
intermédiaire entre la structure du conducteur et celle de l'isolant du
moins pour ce qui concerne ses propriétés électriques. Le
semi-conducteur le plus utilisé est le silicium.
Sous forme très pure, le silicium présente une
conduction dite intrinsèque c'est-àdire une conduction par
l'intermédiaire d'électrons libres fournis par les atomes
même de la structure.
En arrivant sur la cellule solaire, le rayonnement se reparti
en trois, dont une partie sera réfléchie, une autre
absorbée et la dernière passera au travers de la cellule. Lors du
rayonnement, il y a distribution des photons (gains de lumière) et les
photons absorbés vont libérer les électrons fournis par
l'atome.
Pour que les électrons libérés sous
illumination soient générateurs d'énergie, il faut les
attirer hors du matériau semi-conducteur dans un circuit
électrique. Sinon ils se recombinent. Lorsqu'un électron se
libère, il laisse un trou chargé positivement qui sera
neutralisé par l'électron chargé négativement d'un
autre atome. Autrement dit, les électrons retrouveraient leurs
états initiaux à la périphérie de leurs atomes.
De ce fait, on réalise l'extraction des charges au
sein d'une jonction créée volontairement dans le semi-conducteur
et le but est celui d'engendrer un champ électrique à
l'intérieur du matériau qui va entrainer les électrons
(charges négatives)
d'un coté et les trous (charges positives) de l'autre
coté. C'est donc le dopage du silicium.
Dopage du silicium
Le dopage est l'apport des impuretés en vue de
détruire la parfaite symétrie électron- trou suivant le
cas et de là le cristal sera caractérisé par un
excès d'électrons libres ou par un excès de trous selon
que le dopage se fait au phosphore(P) ou au bore(B).
En dopant le cristal avec des atomes étrangers de
phosphore ayant cinq électrons à leurs couches externes, un
électron par atome de phosphore ne pourra pas se lier à ses
correspondants du silicium, il y aura alors un excédent
d'électrons (charges négatives) dans le cristal. Le
matériau sera donc potentiellement «donneur»
d'électrons disponibles pour la conduction électrique et le
silicium ainsi dopé est dit de type «n».
Par symétrie, on peut également doper le
silicium avec du bore n'ayant que trois électrons dans sa bande de
valence. Il y aura donc, apparition d'un excédent de trous (charges
positives) et dans ce cas, il y a manque d'électron à chaque
atome de bore pour compléter les quatre électrons du silicium. Le
matériau est dit «accepteur» d'électrons et il est de
type «P».
La mise ensemble de deux zones de dopage opposées,
constitue la diode (jonction p-n).
La jonction d'une cellule au silicium est donc
constituée d'une partie dopée au phosphore accolée
à celle dopée au bore et c'est à la frontière de
ces deux parties que se crée un champ électrique pour
séparer les charges positives des négatives.
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