Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Effet photovoltaïque

Effet photovoltaïque

L'effet photovoltaïque est l'effet photoélectrique caractérisé par la production d'un courant électrique entre deux pièces de matériaux différents en contact et exposées à la lumière ou, en général, au rayonnement électromagnétique.

L'effet photovoltaïque consiste à convertir la lumière solaire en énergie électrique au moyen de cellules photovoltaïques. Ces cellules sont des dispositifs à semi-conducteurs fabriqués à partir de silicium pur avec l'ajout d'impuretés de certains éléments chimiques. Les cellules photovoltaïques sont capables de générer de l'électricité en courant continu, en utilisant le rayonnement solaire comme source.

Cet effet photovoltaïque est le principe des cellules photovoltaïques et est donc fondamental pour la production d'électricité à travers l'énergie solaire.

Les cellules sont montées en série sur des panneaux photovoltaïques ou des modules solaires pour obtenir une tension adéquate. Une partie du rayonnement incident est perdue par réflexion (rebonds) et une autre partie par transmission (traverse la cellule). Le reste est capable de faire passer les électrons d'une couche à l'autre en créant un courant proportionnel au rayonnement incident.

Caractéristiques de l'effet photovoltaïque

Les matériaux semi-conducteurs (tels que le silicium) ont la particularité de présenter un comportement différent de l'électricité. Le comportement des semi-conducteurs dépend de l'excitation ou non d'une source d'énergie externe. Cette source d'énergie serait le rayonnement solaire.

Comment produit-on l'effet photovoltaïque?

L'effet photovoltaïque commence au moment où un photon frappe un électron à partir de la dernière orbite d'un atome de silicium. Ce dernier électron s'appelle l'électron de valendia et reçoit l'énergie avec laquelle le photon a voyagé. le photon n'est rien d'autre qu'une particule de lumière radiante.

Si l'énergie acquise par l'électron dépasse la force d'attraction du noyau (énergie de valence), elle quitte son orbite et devient libre de l'atome et peut donc traverser le matériau. À ce moment, nous dirions que le silicium est devenu conducteur (bande de conduction) et, pour ce faire, il faut que la force d'impact d'un photon soit au moins de 1,2 eV.

effet photovoltaïque Chaque électron libéré laisse derrière lui un trou ou un espace libre jusqu'à ce qu'il soit occupé par un électron qui a sauté d'un autre atome. Ces mouvements des électrons libérés ou des espaces laissés derrière sont appelés charges électriques.

Ce courant de charge peut atteindre les contacts et laisser le matériel pour effectuer un travail utile. Pour que cela se fasse de manière constante et régulière, il est nécessaire que la présence d'un champ électrique de polarité constante existe. Ce champ polarise les particules et agit comme une pompe réelle qui entraîne les électrons dans une direction et les trous dans le sens opposé.

Dans les cellules solaires conventionnelles, le champ électrique (0,5 V) est formé par une jonction PN, c'est-à-dire qu'une zone du matériau contient des électrons en excès (charge négative), tandis que l'autre manque d'électrons (charge). positif), de sorte que lorsque libéré un électron est conduit à travers le matériau aux conduits en argent, faible résistivité.

Si l'énergie acquise par l'électron dépasse la force d'attraction du noyau (énergie de valence), elle quitte son orbite et devient libre de l'atome et peut donc traverser le matériau. À ce moment, nous dirions que le silicium est devenu conducteur (bande de conduction) et, pour ce faire, il faut que la force d'impact d'un photon soit au moins de 1,2 eV.

Importance des photons dans l'effet photovoltaïque

Les photons correspondant aux petites longueurs d'onde (rayonnement ultraviolet) sont plus énergétiques (2 à 3 électron-volts) que ceux correspondant à des longueurs d'onde plus longues (rayonnement infrarouge).

Chaque matériau semi-conducteur a une énergie minimale qui permet aux électrons d'être libérés de leurs atomes. Cette énergie correspond à des photons d'une bande de fréquence particulière (gap) qui vont de l'ultraviolet associé à des couleurs visibles à l'exception de rouge a déjà une énergie inférieure associée de 1,2 électron-volt.

Tous les photons ne parviennent pas à séparer les électrons. En effet, la traversée du matériau implique toujours une certaine perte d'énergie. Cette perte d'énergie signifie qu'au moment de la collision, certains photons ont déjà perdu trop d'énergie pour déplacer un électron. Ces pertes dues à la non-absorption ne dépendent que des propriétés du matériau et sont inévitables.

En outre, il existe un pourcentage de photons qui traversent la feuille de semi-conducteur sans rencontrer d'électron et d'autres qui illuminent la surface du matériau et sont réfléchis (pertes de réflexion). Ces pertes peuvent être réduites par des traitements anti-reflets de la surface de la cellule photovoltaïque. Dans ces cas, l'effet photovoltaïque ne se produirait pas.

Seule la génération d'une paire électron-trou est obtenue pour chaque photon avec une énergie cinétique supérieure à l'énergie minimale (gap) qui parvient à pénétrer dans le matériau et se termine par un électron de valence.

valoración: 3.6 - votos 11

Dernier examen: 13 avril 2017