Comment la lumière se convertit en életricité ?


La conversion photovoltaïque s’opère au sein d’une cellule photovoltaïque, ou photopile. Celle-ci comprend deux parties essentielles : la première est une couche semi-conductrice composée de silicium, cristallin le plus souvent ou amorphe. Son rôle est d’absorber le maximum du rayon lumineux incident. C’est dans cette partie qu’a lieu l’effet photovoltaïque : les photons, qui composent le rayonnement solaire, sont absorbés par le semi-conducteur, ce qui provoque la libération de charges électriques positives, les trous, et de charges négatives, les électrons.

Le problème est que les électrons et les trous, que l’on souhaite séparer pour produire une différence de potentiel, ont très tendance à se recombiner. D’où l’intérêt de la seconde partie de la photopile : la jonction semi-conductrice. Si la couche absorbante est « dopée N », c’est à dire à laquelle on a ajouté des atomes étrangers qui ont la propriété de donner un électron excédentaire chacun, comme le Phosphore, on lui superpose une mince couche semi-conductrice « dopée P » par l’insertion dans le réseau cristallin d’atomes qui donneront un trou excédentaire, comme le Bore. L’inverse est également possible. On crée ainsi une jonction P-N, assemblage de deux parties de silicium de pôles différents à l’intérieur duquel va apparaître un champ électrique, provoquant la séparation des charges et donc une différence de potentiel. Un courant électrique est crée.

Pour augmenter la capacité d’absorption des cellules, on peut fabriquer des photopiles « en cascade ». Le principe est de superposer plusieurs couches de semi-conducteurs tout en réduisant la largeur de la bande interdite (ou « gap ») au fur et à mesure que l’on traverse la photopile. Ainsi, la gamme de captage est plus étendue et les photons non utilisés dans les premières couches le seront un peu plus loin.

On peut également, en plus du dépôt d’une couche anti-reflet qui donne la couleur bleue à la photopile, augmenter artificiellement la surface de captage du rayonnement solaire incident par un traitement de texturisation, qui consiste à attaquer chimiquement la surface du silicium cristallin pour créer des pyramides de quelques microns de hauteur, ce qui permet un piégeage optique de la lumière. On obtient alors un taux de réflexivité de quelques %.

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