Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque ?

Alexandre Becquerel, physicien français, a découvert l’effet photovoltaïque en 1839. Il s’agit tout simplement d’une transformation de l’énergie dégagée par la lumière du soleil en énergie électrique. Ce procédé constitue la base des modules photovoltaïques tels que les panneaux solaires.

Petite définition…

L’effet photovoltaïque consiste à convertir l’énergie lumineuse – les photons – en électricité – volts –, en transférant les électrons des matériaux semi-conducteurs. Cette opération se réalise grâce à une cellule photovoltaïque incrustée dans un panneau solaire photovoltaïque.

Les étapes concrètes de l’effet photovoltaïque

À partir d’un panneau solaire, l’effet photovoltaïque est une opération en cinq étapes :

  • En touchant une cellule photovoltaïque (une diode), le photon est absorbé par un matériau semi-conducteur que l’on dit « dopé » positif (P) et négatif (N) ;
  • Le photon interagit avec les électrons du matériau : en cédant son énergie, il libère l’électron de sa position initiale, c’est-à-dire de la « bande de valence ».
  • L’électron ainsi libéré va migrer vers l’électrode de la zone N, tandis que le « trou » qu’il laisse se déplace vers le capteur P inférieur.
  • Les électrodes + (le trou) et – (l’électron) génèrent une tension électrique exprimée en Volt.
  • Le courant continu peut alors être converti en courant alternatif via un onduleur pour utiliser cette énergie dans la maison.

Le rendement de l’effet photovoltaïque

Quand un photon heure une cellule photovoltaïque, il est impossible de transférer toute son énergie à un électron pour générer une tension. Pourquoi ? Parce que ce transfert est limité à la bande d’énergie que le matériau semi-conducteur peut absorber. Concrètement, cela signifie deux choses :

  • Un photon avec une énergie inférieure par rapport à la bande d’énergie du matériau ne pourra pas produire l’effet photovoltaïque : il ne produira que de la chaleur ;
  • Mais un photon avec une énergie supérieure ne pourra transmettre que l’équivalent de la bande énergie du matériau. Ni plus, ni moins. L’effet photovoltaïque opère donc dans les limites du semi-conducteur utilisé.

Aujourd’hui, les recherches sont toujours en cours pour optimiser davantage le rendement de cet effet dans les panneaux solaires photovoltaïques. Plus le matériau utilisé est fin, plus il est bon marché mais moins il est rentable.