Cellule solaire

Comment fonctionne une cellulaire solaire photovoltaïque

L'effet photovoltaïque est le processus physique de base par lequel une cellule solaire photovoltaïque convertit la lumière en électricité.

La lumière du soleil est composée de photons, ou particules de l’énergie solaire contenant diverses quantités d’énergie correspondant à différentes longueurs d’onde du spectre solaire.

Lorsque les photons rentrent en contact avec une cellule solaire, ils peuvent être réfléchies ou absorbées, ou ils peuvent passer directement à travers. Seuls les photons absorbés peuvent produire de l’électricité. Lorsque cela arrive, l’énergie du photon est transférée à un électron dans un atome de la cellule étant un semi-conducteur. Avec son énergie retrouvée, l’électron est capable d’échapper à sa position normale associée à cet atome pour devenir une partie du courant dans un circuit électrique. En quittant cette position, l’électron provoque un « trou » .

Propriétés électriques spéciales de la cellule P : -un haut-champ électrique qui fournit la tension nécessaire pour conduire le courant à travers une charge externe (comme une ampoule).

p-types, n-types, et le champ électrique

le champ électriquePour induire le champ électrique au sein d’une cellule PV, deux semi-conducteurs distincts sont pris en sandwich. Le « p » et « n » types de semi-conducteurs correspondent à «positif» et «négatif» en raison de leur abondance de trous ou d’électrons; les électrons supplémentaires rendent un «n» de type, car il a effectivement une charge négative.

Bien que les deux matériaux sont électriquement neutres :

  • silicium de type n : possède des électrons en excès
  • silicium de type p : a des trous en excès.

Mis en relation, les 2 semi conducteurs créent un champ électrique

Lorsque le type p et type n semi-conducteurs sont pris en sandwich ensemble, les électrons en excès dans le flux de matériaux de type n de la p-type, et les trous ainsi libérés au cours de cette flux de processus à la n-type. Le concept d’un mouvement trou est un peu comme regarder une bulle dans un liquide. Bien que ce soit le liquide qui se déplace en fait, c’est plus facile de décrire le mouvement de la bulle comme il se déplace dans la direction opposée.

Grâce à cet électron et du trou débit, les deux semi-conducteurs agissent comme une batterie, créant un champ électrique à la surface où ils se rencontrent (connu comme la «jonction»).

Composition de la cellule solaire photovoltaïque

  • La partie supérieure de la cellule est structuré de silicium type Négatif. Dans cette couche, il existe une quantité d’électrons libres supérieure à une couche de silicium pur. Le matériau reste électriquement neutre : c’est le réseau cristallin qui supporte globalement une charge positive.
  • La partie inférieure de la cellule est composée de silicium de type Positif. Cette couche possèdera  une quantité d’électrons inférieure à une couche de silicium pur, les électrons sont liés au réseau cristallin qui, en conséquence, est chargé positivement. La conduction électrique est assurée par des trous, positifs (P).

Faire Matériaux n et p

La façon la plus commune de faire de type p ou de matériau de silicium de type N est d’ajouter un élément qui a un électron supplémentaire ou manque un électron. Dans le silicium, nous utilisons un procédé appelé «dopage».Nous allons utiliser le silicium comme exemple parce que le silicium cristallin est le matériau semi-conducteur utilisé dans les premiers dispositifs PV succès, il est encore le matériau le plus largement utilisé PV, et, bien que d’autres matériaux et designs PV exploiter l’effet photovoltaïque de façon légèrement différente, en sachant comment l’effet fonctionne en silicium cristallin nous donne une compréhension de base de la façon dont il fonctionne dans tous les appareils.

Absorption et la conduction

Dans une cellule photovoltaïque, les photons sont absorbés dans la couche p. Il est très important pour « affiner » cette couche aux propriétés des photons entrants pour absorber autant que possible, et libérer ainsi autant d’électrons que possible. Un autre défi consiste à maintenir les électrons de la réunion avec les trous et « recombiner » avec eux avant qu’ils ne puissent échapper à la cellule. Pour ce faire, nous concevons le matériel pour que les électrons sont libérés aussi près de la jonction que possible, de sorte que le champ électrique peut aider les envoyer par la « conduction » couche (la couche n) et jusque dans le circuit électrique. En maximisant toutes ces caractéristiques, nous améliorons l’efficacité de la conversion * de la cellule photovoltaïque.

Pour rendre une cellule solaire efficace, nous essayons de maximiser l’absorption, de minimiser la réflexion et la recombinaison, et ainsi maximiser la conduction.* Le rendement de conversion d’une cellule photovoltaïque est la proportion d’énergie la lumière du soleil que la cellule se transforme en énergie électrique. Ceci est très important lors de la discussion des dispositifs photovoltaïques, parce que l’amélioration de cette efficacité est essentielle pour rendre l’énergie photovoltaïque compétitive avec les sources plus traditionnelles de l’énergie (par exemple, les combustibles fossiles). Naturellement, si un panneau solaire efficace peut fournir autant d’énergie que deux panneaux moins efficaces, alors le coût de cette énergie (sans parler de l’espace requis) sera réduite. A titre de comparaison, les premiers dispositifs PV converti environ 1% -2% de l’énergie solaire en énergie électrique. Aujourd’hui, les dispositifs photovoltaïques convertissent 7% -17% de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Bien sûr, de l’autre côté de l’équation, c’est l’argent qu’il en coûte pour la fabrication des dispositifs PV. Cela a été amélioré au fil des années ainsi. En fait, les systèmes photovoltaïques d’aujourd’hui produisent de l’électricité à une fraction du coût des systèmes photovoltaïques au début.

Le fonctionnement d’un panneau solaire peut paraître compliqué de prime abord mais le système a su être finement exploité depuis toutes ces années : voir l’historique du panneau solaire.