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Matériaux: Les cellules
photovoltaïques
Comment fabriquer une cellule photovoltaïque?
Comment relier les caractéristiques d’un matériau à sa
structure?
Fonctionnementd’unpanneausolaire
L’énergiesolaireestuneénergiepropre
permettantdeproduiredel’électricité.Dans
unpanneausolaire,lesphotons(particules
quicomposentlalumièreettransportent
l’énergie)sonttransformésenélectricitépar
descellulesphotovoltaïques.Engénéral,une
cellulesolaireestcomposéedesilicium,qui
estunmatériausemi‐conducteur.
Comprendrelathéoriedesbandes
UnatomedeSiliciumestcomposéd’un
noyau,etd’électronsqui«gravitent»
autour.Cesélectrons«gravitent»selondes
couchesbienprécises.
Lorsqu’unphotonestcaptéparunélectron,
celui‐cicaptesonénergieetchangede
couche.Maiscetteénergiequ’ilcaptedoit
êtresuffisantepourpassersuruneautre
couche,sinonriennesepasse.Soitcet
électronpasselaprochainemarche,soitil
restesursapremièrecouchequel’on
nommeétatfondamental.Lesautresétats
sontappelésétatsexcités.Unélectron
excitéestunélectronquipossèdeune
énergiepotentiellesupérieureaustrict
nécessaire.
Danslathéoriedesbandes,lesélectrons
n’ontlapossibilitédeprendrequedes
valeursd'énergiecomprisesdanscertains
intervalles,lesquelssontséparéspardes
«bandes»d'énergieinterdites.
Ainsi,unmatériauestconducteurlorsqu’ily
acontinuitéentrelabandedevalence,etla
bandedeconduction.Lesélectronsn’ont
pasbesoind’unecertaineexcitationpour
êtreconducteurs(c’estlecasdesmétaux
parexemple).Sinon,lematériauestdit
isolant.
Maisilexistelecasdesmatériauxsemi‐
conducteurs,commelesilicium.Silabande
interditeestsuffisammentfine,alorsavec
uneexcitationsuffisante,l’électronpeut
atteindrelabandedeconductionetle
matériaudevientconducteur.
Ledopagedusilicium
Danslecasdusilicium,l’énergiesolairepeut
permettredelerendreconducteurpar
agitationthermique.
Cependantlesatomesdesiliciumselient
entreeuxdansunréseaucristallinpour
entrerdansunétatstable,quilerendent
moinsconducteur.
Aveclararéfactiondesressourcesfossilesetlapollutionqu’ellesémettent,les
scientifiquesetingénieurscherchentdenouvellesmanièresdeproduirede
l’énergie.L’énergiephotovoltaïque(transformationdel’énergiesolaireen
électricité)estporteusedegrandsespoirs.Maismêmesidesparticuliers
équipentleursmaisonsenpanneauxsolaires,soncoûtfreineencoresa
généralisation.