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- Les propriétés du silicium cristallin
- L'effet photovoltaïque et le silicium cristallin: au cœur de la cellule photovoltaïque
- La cellule de silicium d'un panneau photovoltaïque à la loupe
- Envie d'en savoir plus ? Le dopage du silicium au cœur de la production d'électricité
- Production électrique accrue avec les technologies PERC ou TOPcon
Un système photovoltaïque permet de générer de l’électricité grâce à l’énergie solaire. La grande majorité des modules sont composés de silicium cristallin, un matériau semi-conducteur qui permet de produire de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque.
Voyons de plus près ce qui se passe au niveau de la cellule et comment le courant électrique continu est produit.
1. Les propriétés du silicium cristallin
♦ Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé pour les cellules photovoltaïques. Son utilisation sous forme cristalline représente plus de 95 % de la production mondiale de modules photovoltaïques.
♦ Le silicium est le deuxième élément chimique le plus abondant sur Terre après l’oxygène (il représente 27,7 % de la croute terrestre). Il existe sous forme de composés, on ne le trouve pas à l’état libre. Il est notamment extrait de la silice contenue dans le quartz ou le sable.
sable
quartz
silicium
♦ Le silicium utilisé dans une cellule photovoltaïque a été raffiné (purifié) et cristallisé, son taux de pureté est dit de grade solaire. Selon le procédé de cristallisation il peut s’agir de silicium monocristallin ou polycristallin.
➥ Voir article : Processus de fabrication d’un panneau photovoltaïque cristallin et des cellules de silicium
♦ Les propriétés conductrices d’un semi-conducteur sont indispensables à la production d’électricité. Comme tout élément, le silicium est constitué d’atomes, dont les électrons (= charges négatives) gravitent autour de chaque noyau (= de charge positive). Les électrons du silicium réagissent en absorbant l’énergie des photons composants les rayons lumineux. L’effet photovoltaïque apparaît lorsque l’énergie solaire absorbée permet la circulation des électrons, un courant électrique est généré, l’énergie est ainsi convertie en électricité. Chaque matériau semi-conducteur a des propriétés qui lui sont propres, le silicium cristallin utilisé pour fabriquer une cellule photovoltaïque est modifié dans sa composition atomique afin d’améliorer sa conductivité et ses capacités de rendement (capacités de conversion de l’énergie solaire en électricité).
ℹ️ Info : Silicon Valley
Silicium se dit silicon en anglais, à ne pas confondre avec le terme silicone employé en français 😉.
Le nom Silicon Valley (en Californie) démontre l’importance du silicium utilisé comme semi-conducteur en haute technologie dans les industries des composants électroniques et de l’informatique.
♦ Une cellule de silicium cristallin permet de convertir environ 1/5e de l’énergie solaire en énergie électrique, ce qui correspond à un rendement d’environ 20 %.
2. L'effet photovoltaïque et le silicium cristallin : au cœur de la cellule photovoltaïque
♦ L’effet photovoltaïque désigne un phénomène physique photoélectrique qui permet la conversion de l’énergie des rayonnements lumineux en énergie électrique. Il se caractérise par la production d’un courant continu grâce au transfert de l’énergie des photons du rayonnement solaire aux électrons du matériau semi-conducteur, le plus généralement du silicium.
✦ Le photon
❖ Les rayons lumineux sont des ondes électromagnétiques. On a tous entendu parler du spectre lumineux, mais de quoi s’agit-il exactement ?
⤷ Le spectre électromagnétique correspond au classement des rayonnements électromagnétiques par fréquence et longueur d’onde. Il s’étend des rayons gamma (pour les ondes les plus courtes) aux ondes radio (pour les ondes les plus longues).
⤷ Le spectre de la lumière visible correspond aux rayons visibles par l’œil humain, du violet au rouge (longueurs d’ondes de 400 nm à 800 nm).
⤷ Une onde électromagnétique se propage dans l’air ou le vide sous la forme d’une oscillation, elle transporte de l’énergie sans transporter de matière. Elle se caractérise par sa fréquence (= nombre d’oscillation par seconde) et sa longueur (distance parcourue par l’onde pendant une période d’oscillation).
‣ Schéma : Spectre électromagnétique. Source : Wikipédia
Crédit image Ploufandsplash, CC BY-SA 3.0
❖ Le photon est une minuscule quantité d’énergie, un paquet d’énergie aussi appelé « quantum » (quanta au pluriel). Les ondes électromagnétiques sont assimilées à des flux de photons dont la quantité d’énergie dépend de la fréquence de l’onde. Ainsi, plus la longueur d’onde est courte et de petite fréquence, plus la quantité d’énergie d’un photon est grande. Plus le rayon lumineux est intense, et plus le nombre de photons est grand. Et vous voilà atterri dans l’univers de la physique quantique ! 😉
✦ L’effet photoélectrique et l’effet photovoltaïque
❖ Lorsqu’un photon de lumière frappe une cellule photovoltaïque, l’énergie de ce photon peut être transférée à un électron présent dans le matériau semi-conducteur comme le silicium. Si la quantité d’énergie absorbée est suffisante alors l’électron est « excité » et est arraché « hors » de l’atome, il y a « émission » de l’électron. L’émission d’un électron dépend de la fréquence de la lumière et du matériau semi-conducteur.
❖ L’effet photoélectrique se caractérise par le transfert de l’énergie des photons aux électrons (absorption des quanta de lumière) et leur émission. Un photon n’interagit qu’avec un seul électron.
❖ L’effet photovoltaïque consiste à générer un courant électrique, l’énergie des photons est transférée aux électrons qui sont alors excités et libérés, la mise en mouvement des électrons permet alors de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique. L’effet photovoltaïque repose donc sur un phénomène photoélectrique pour produire de l’énergie électrique.
💡Info science : une histoire de bandes…
Les électrons situés sur la dernière « couche » périphérique d’un atome, appelée bande de valence, sont impliqués dans les liaisons chimiques, les atomes se partagent alors des électrons.
Revenons à l’effet photoélectrique…
D’un point de vue physique, un électron est « arraché » hors de l’atome d’un semi-conducteur lorsque qu’il a l’énergie nécessaire pour quitter la bande de valence et atteindre la bande de conduction où il peut circuler, il franchit alors la bande interdite qui les sépare. La faible largeur de la bande interdite (gap) est caractéristique à chaque semiconducteur.
L’énergie absorbée par l’électron doit donc être supérieure à l’énergie de la bande interdite.
✦ L’effet photovoltaïque : la production d’un courant continu
❖ Lorsqu’un photon du spectre lumineux entre en collision avec un atome du silicium, il transmet son énergie à un électron. Si l’énergie absorbée est suffisante, l’électron, qui est une charge négative, est arraché à l’atome du silicium, il laisse alors ce que l’on nomme un « trou d’électron » de charge positive. Les électrons libérés se mettent en mouvement à la recherche d’autres » trous » où se repositionner.
❖ Pour générer un courant électrique, il faut à la fois empêcher que les électrons et trous se recombinent instantanément et créer un champ électrique pour obliger les électrons à circuler dans un même sens.
❖ La cellule photovoltaïque est en réalité constituée de deux couches de silicium dont la composition atomique a été modifiée différemment.
⤷ La couche exposée à la lumière, présente un surplus d’électrons (➖) grâce à l’ajout d’atomes de phosphore, c’est la couche de silicium de type N (pour négatif), on dit qu’elle est dopée N (négativement).
⤷ La couche inferieure présente un déficit en électrons (➕) grâce à l’ajout d’atomes de bore, c’est la couche de silicium de type P (pour positif), le silicium est dopé P (positivement).
⤷ Ce dopage est essentiel pour permettre l’effet photovoltaïque, vous allez comprendre pourquoi…
❖ A la surface des couches P et N de chaque cellule, des contacts métalliques conducteurs reliés à un circuit externe permettent la circulation du courant généré.
✥ L’indispensable jonction PN
⤷ A la frontière des couches de type P et N, appelée jonction PN, se crée une barrière de potentiel, un champ électrique permanent est en fait provoqué sous l’effet du dopage. En effet, dans cette zone intermédiaire entre les couches P et N, les électrons libres et trous en excès se sont recombinés, laissant apparaître une barrière de potentiel interne avec des charges positives d’un côté et des charges négatives de l’autre côté.
* Voir le chapitre suivant pour en savoir plus … 
⤷ Lorsque les photons heurtent les électrons à l’interface du silicium (= jonction PN), ils transmettent leur énergie. Si l’énergie est suffisante, les électrons sont libérés, ils subissent cependant le champ électrique, ils sont alors repoussés par la barrière de potentiel et migrent vers la face supérieure. Les électrons ont laissé place à des trous qui, eux, migrent en direction inverse. L’énergie solaire transférée provoque ainsi la génération de paires électrons-trous, l’effet photovoltaïque repose sur ce phénomène physique totalement dépendant de la jonction PN (et du dopage).
⤷ Les charges étant contraires, les électrons restent « attirés » vers les trous… Puisque la barrière de potentiel au niveau de la jonction PN les repousse, les électrons n’ont pas d’autre solution que de transiter via le circuit externe pour rejoindre les trous. Les contacts métalliques (électrodes) et le circuit externe qui les relie permettent alors la circulation des électrons. Grâce au champs électrique, cette circulation s’effectue dans un seul sens.
Help !
⤷ Aie ! Pas si simple à comprendre ?
Voyons si une petite analogie peut aider…
‣ Les électrons doivent se rendre d’un point A à un point B pour retrouver leurs binômes (les trous), une barrière les sépare et ne s’ouvre que dans le sens B vers A. (voir le schéma➸)
‣ La configuration du silicium n’offre qu’une voie de circulation en sens unique. Ainsi, pour atteindre le point B, les électrons doivent emprunter le seul chemin disponible : le circuit externe !
‣ Or, pour rejoindre ce circuit et atteindre les trous au point B, les électrons doivent passer par les électrodes (les contacts métalliques). Les électrodes sont les seuls passages que les électrons peuvent utiliser pour accéder au circuit externe puis aux trous situés au point B.
⤷ Grâce à la différence de potentiel qui apparait entre les deux couches (= tension) et au champ électrique, les électrons sont donc mis en mouvement allant de l’électrode négative (en surface de la couche supérieure) à l’électrode positive (en surface de la couche inferieure). La jonction PN crée donc un champ électrique et une différence de potentiel qui imposent la circulation des électrons dans un même sens.
⤷ La jonction PN génère divers effets, tous parfaitement indispensables, son rôle est absolument fondamental ! 
✥ La production d’un courant continu
⤷ Lorsqu’une cellule photovoltaïque est exposée à un rayonnement lumineux suffisant, les électrons mis en mouvement circulent dans un même sens.
⤷ Tout le flux d’électrons ainsi généré dans le circuit n’est autre que le courant électrique sous forme de courant continu ! L’énergie solaire est donc convertie en énergie électrique. Voilà comment la conductivité du matériau semi-conducteur permet l’effet photovoltaïque !
⤷ Un onduleur permet ensuite de transformer ce courant continu en courant alternatif.
⤷ Inversement, lorsque le rayonnement est insuffisant, les électrons ne disposent pas d’assez d’énergie pour être libérés et mis en mouvement, le matériau semi-conducteur se comporte alors comme un isolant. Il n’y a pas de courant généré…
3. La cellule de silicium d'un panneau photovoltaïque à la loupe
✦ Les composants de la cellule photovoltaïque
❖ En face avant de la cellule, les électrons sont collectés et transitent via une grille collectrice/conductrice (généralement en pâte d’argent). Les contacts métalliques qui constituent cette grille sont appelés des doigts (les plus fins) et omnibus (ou bus-bar). En face arrière, la conduction électrique s’effectue généralement via une fine plaque conductrice en aluminium.
❖ La texturation du silicium en face avant présente une multitude de minuscules pyramides qui limite les pertes par réflexion. Les structures pyramidales à quatre côtés constituent autant de pièges en entonnoirs pour les rayons et leurs photons. En effet, chaque photon réfléchi a ainsi la possibilité de heurter une autre facette de la pyramide, voire plusieurs, pour y céder son énergie à un électron du silicium.
❖ Une couche transparente antireflet est déposée sur la face exposée à la lumière. Comme son nom l’indique ce dépôt permet également de limiter la réflexion des rayons lumineux, l’objectif est de réduire le nombre de photons réfléchis par la surface (il faut éviter qu’ils rebondissent).
❖ Le dépôt antireflet et la texturation facilitent et favorisent l’absorption de l’énergie d’un maximum de photons. Moins il y a de photons réfléchis, plus le nombre de photons qui transfèrent leur énergie aux électrons est élevé. De facto, plus il y a d’électrons libérés et mis en circulation, plus la quantité d’énergie absorbée et convertie en électricité est augmentée.
❖ Les cellules sont interconnectées en série et assemblées entre elles en plusieurs sous-réseaux pour constituer un module photovoltaïque.
➥ Voir article Composition et assemblage d’un panneau photovoltaïque
Schéma d'une cellule photovoltaïque cristalline
⬆
Texturation de la surface pour réduire l’effet de réflexion
✦ Le saviez-vous ?
❖ Le terme photopile désigne un dispositif convertissant l’énergie lumineuse en courant électrique, un module photovoltaïque est donc une photopile ! D’ailleurs, tout comme pour une pile, si le module n’est pas relié à un circuit externe, aucune circulation de courant n’est générée, la photopile reste « inactive ». Par contre une fois reliée à un circuit, la photopile permet d’alimenter le réseau électrique et les équipements qui y sont branchés.
❖ Le terme photovoltaïque est dérivé du mot grec « photos » qui signifie lumière et du nom « Volta » du physicien italien Alessandro Volta qui a développé le concept de tension.
❖ Comme décrit, le déplacement des électrons s’effectue du pôle négatif vers le pôle positif, or, on attribue au sens du courant le sens opposé à celui des électrons ! Même si cela semble paradoxal, il s’agit en réalité du sens conventionnel fixé à l’origine arbitrairement…
4. Envie d'en savoir plus ? Le dopage du silicium au cœur de la production d'électricité
♦ L’effet photovoltaïque a piqué votre curiosité ? Pour satisfaire les plus curieux, Acsolue Energie propose quelques explications plus détaillées en images. Malgré certains aspects simplifiés, l’explication de l’effet photovoltaïque reste complexe, néanmoins, cette description plus poussée reste accessible aux profanes qui seraient tentés…
✦ Le principe du dopage
❖ Pour obtenir un flux d’électrons générant un courant électrique il faut doper les deux couches de silicium. Le principe du dopage consiste à obtenir d’un côté un surplus d’électrons et de l’autre côté une déficience d’électrons, ce qui crée un champ électrique permanent et une différence de potentiel. Voyons ce qui se produit…
❖ Un atome est composé d’un noyau autour duquel gravitent des électrons (-), le noyau est constitué de protons (+) et neutrons. Chaque atome de silicium a quatre électrons de valence. La bande de valence est la zone la plus en périphérie où les électrons contribuent à la cohésion entre atomes (les liaisons chimiques).
Ainsi, chaque atome de silicium est lié à quatre autres atomes avec lesquels il partage un électron, ces liaisons forment le réseau cristallin. Le principe du dopage repose sur ces liaisons.
⤷ Le dopage N
– Dans le silicium qui constituera la couche supérieure exposée à la lumière, on introduit des atomes de phosphore. Chaque atome de phosphore contient un électron de valence de plus qu’un atome de silicium (donc 5 en tout). La couche présente donc un surplus d’électrons, elle est dopée négativement (N). Le silicium est dit de type N. Certains électrons sont donc libres et ne participent pas aux liaisons. Chaque atome de phosphore fournit un électron libre au silicium, un atome de phosphore est alors appelé donneur d’électron.
atomes de phosphore donneurs et électrons 
⤷ Le dopage P
– Dans le silicium qui constituera la couche inférieure, on ajoute des atomes de bore qui possèdent chacun un électron de valence de moins qu’un atome de silicium (donc 3 en tout). La couche présente donc un déficit en électrons, elle est dopée positivement (P). Le silicium est dit de type P. Le déficit d’électrons génère des trous d’électrons. Chaque atome de bore fournit un trou d’électron libre au silicium, un atome de bore est alors appelé porteur accepteur d’électron.
atomes de bore accepteurs et trou 
❖ La couche de silicium dopée N possède des électrons libres en excès tandis que la couche de silicium dopée P possède des trous en excès. Ces électrons et trous sont dits porteurs de charges majoritaires. Chaque zone dopée reste électriquement neutre. Notons que la couche dopée N est beaucoup plus mince que la couche dopée P mais elle est plus densément dopée.
✦ Le dopage et la jonction PN
✥ La jonction PN
⤷ Diffusion
Lorsque les deux couches P et N sont en contact, à leur interface se crée une jonction PN (fig. 1), un phénomène de diffusion s’opère alors :
➱ Les électrons (porteurs 
) en excès dans la couche dopée N migrent vers la couche dopée P (déficitaire en électrons). Il y a diffusion d’électrons de N vers P.
➱ Les trous (porteurs 
) en excès dans la couche dopée P migrent vers la couche dopée N (en excès d’électrons). Il y a diffusion d’électrons de P vers N.
Fig. 1 Mise en contact. Jonction PN
⤷ Recombinaison
Au niveau de la zone de jonction PN la migration des trous et électrons d’une zone à l’autre conduit à la recombinaison de ces électrons et trous.
Les électrons de la région N diffusent dans la couche P pour se recombiner avec les trous de la région P tandis que les trous de la région P diffusent dans la couche N pour se recombiner avec les électrons de la région N (fig. 2)
Fig. 2 Diffusion et recombinaison des électrons et trous
✥ La zone de déplétion à la jonction PN
⤷ Un espace dépourvu de porteurs de charge
De part et d’autre de la jonction PN, la recombinaison des trous et électrons fait apparaître un espace dépourvu de porteurs de charge.
Cette zone peu à peu appauvrie puis désertée en électrons et trous est appelée zone de déplétion. Elle devient stable lorsque plus aucune recombinaison n’est possible. La largeur de la zone de déplétion dépend du matériau semi-conducteur.
Cette zone est aussi appelée zone de charge d’espace (ZCE) en raison des charges opposées. (fig. 3)
Fig. 3 Zone de déplétion = barrière ions positifs/négatifs
⤷ Résultat
‣ Chaque électron qui a quitté la zone N a laissé sur place son atome « donneur » de phosphore qui a alors une charge positive (ion positif). Au bord de la jonction PN, côté N, il y a donc une zone de charge positive puisque les électrons libres ont disparu. (fig. 3)
‣ Chaque trou qui a quitté la zone P a laissé sur place son atome « accepteur » de bore qui a alors une charge négative (ion négatif). Au bord de la jonction PN, côté P, il y a donc une zone de charge négative puisque les trous libres ont disparu. (fig. 3)
➠ Dans la zone de déplétion, de part et d’autre de la jonction PN, il n’y a plus que des ions fixes positifs dans la zone N et des ions fixes négatifs dans la zone P. Ces deux zones habitées par les ions de polarité contraire subsistent face à face et forment une barrière de potentiel entre les zones N et P (qui elles restent neutres). La zone d’ions de phosphore chargée positivement s’oppose à la zone d’ions de bore chargée négativement. (fig. 3)
➠ La zone de déplétion constitue donc une barrière de potentiel qui maintient la séparation des électrons dans la zone N et des trous dans la zone P. Elle empêche les électrons et trous de migrer d’une zone à l’autre. Un champ électrique s’établit donc entre les deux zones (dirigé de N vers P)
ℹ️ Info : Champ électrique
Un champ électrique est, de manière simplifiée, un champ de force créé par l’attraction et la répulsion de charges électriques
➠ Tant que les rayons lumineux ne génèrent pas un apport en énergie suffisant, le champ électrique fait obstacle à la recombinaison des électrons-trous. Grâce à l’équilibre formé les électrons (et trous) ne peuvent circuler entre les zones …
✦ L'effet photovoltaïque : le silicium soumis aux rayons lumineux et génération du courant
❖ Pour générer un courant électrique grâce à l’effet photovoltaïque, l’objectif du dopage consiste à obliger les électrons et trous à se déplacer dans une seule et même direction et à empêcher la recombinaison des électrons-trous pour qu’ils puissent rester en mouvement.
❖ Grâce au dopage et au champs électrique qui en résulte, les électrons libres de la zone N et les trous de la zone P ne peuvent franchir la zone de déplétion.
✥ Génération de paires électron-trou sous l’effet du rayonnement
⤷ Lorsque le semi-conducteur est soumis aux rayons lumineux, une partie des photons cèdent leur énergie aux électrons. Si l’énergie absorbée est suffisante, les électrons sont libérés des atomes.
⤷ Au niveau de la jonction PN, chaque électron libéré quitte alors la bande de valence de l’atome pour atteindre la bande de conduction, simultanément il laisse un trou d’électron dans la bande de valence. L’effet photoélectrique crée donc ce que l’on appelle une génération de paires électron-trou.
✥ Séparation des électrons et trous
⤷ Sous l’action du champ électrique et de la barrière de potentiel, les électrons et trous séparés dans la zone de déplétion migrent en directions inverses, ils sont repoussés vers chaque face opposée.
‣ Les électrons libérés sont instantanément repoussés et renvoyés dans la zone N.
‣ Inversement les trous positifs créés sont instantanément repoussés et renvoyés dans la zone P.
⤷ Lorsque les photons incidents génèrent des paires électron-trous dans la zone P, les électrons qui atteignent la zone de déplétion sont « balayés” par le champ électrique vers la zone N. Inversement lorsque les photons incidents génèrent des paires électron-trou dans la zone N, les trous qui atteignent la zone de déplétion sont « balayés” vers la zone P.
⤷ Conclusion : alors que des électrons et trous ont tendance à se recombiner, le champ électrique permet au contraire de dissocier les paires électrons trous créées par les photons incidents.
✥ Circulation des électrons dans le circuit extérieur
⤷ Les électrons et trous sont donc entrainés vers une face opposée de la cellule photovoltaïque au lieu de se recombiner.
⤷ Les charges étant séparées, la zone N devient le pôle négatif, et la zone P devient le pôle positif. Une différence de potentiel apparaît, il y a une tension entre les deux zones, c’est le principe d’une pile.
Différence de potentiel = tension électrique que l’on peut mesurer en volts.
Tension = de manière simplifiée, il suffit de s’imaginer que la tension est la force qui pousse les électrons à circuler dans le sens voulu.
⤷ Les contacts métalliques placés sur les faces supérieure et inférieure de la cellule constituent les électrodes positive et négative par lesquelles le flux des charges entre et sort. Ces électrodes collectrices/conductrices sont reliées à un circuit électrique extérieur.
⤷ Les électrons et trous cherchent à se recombiner. En présence du champ électrique permanent induit par la jonction PN, les électrons dans la zone N, étant attirés, sont obligés de rejoindre les trous dans la zone P via le circuit extérieur.
⤷ La différence de potentiel (tension entre les deux faces) permet donc la circulation des électrons de la borne négative à la borne positive via le circuit extérieur. Le flux d’électrons est généré, le courant sous forme d’énergie électrique circule !
✥ Le courant continu
⤷ Chaque paire électron-trou générée contribue à la production d’un courant électrique, la circulation des électrons ne s’effectue que dans un sens et crée un courant électrique continu. Chaque électron libéré qui quitte la bande de valence pour atteindre la bande conduction, laisse un trou dans la bande de valence, ce trou peut ensuite être comblé par un électron, et ainsi de suite, ceci induit un déplacement équivalent des trous dans le sens opposé.
⤷ Dans une cellule de silicium exposée à un rayonnement d’énergie suffisante, il se produit donc en permanence un processus de génération et de recombinaison de paires électron-trou. La durée de vie de ces paires est très courte mais suffisante pour être exploitée et produire un courant électrique. Lorsqu’il y a recombinaison l’énergie qui a été absorbée est dissipée.
⤷ Lorsque le rayonnement devient insuffisant ou cesse, le processus de génération et de recombinaison de paires électron-trou s’interrompt, il n’y a plus de courant.
⤷ En bref : l’effet photovoltaïque est lié à formation de paires électron-trou par transfert de l’énergie des photons aux électrons. C’est le dopage du matériau semi-conducteur et la jonction PN qui en résulte qui permettent de générer ces paires électrons-trous et de séparer les charges de chaque côté de la cellule. La différence de potentiel ainsi établie permet la circulation de des électrons. Voilà comment l’énergie solaire est convertie en courant électrique continu.
✦ Influence des rayons lumineux
❖ La fréquence de la lumière détermine la quantité d’énergie de chaque photon, l’énergie transférée doit être suffisante pour libérer un électron. L’intensité de lumière détermine quant à elle le nombre de photons, plus un rayon lumineux est intense plus le nombre de photons est grand. Ainsi, plus il y a de photons, plus ils sont nombreux à céder une énergie suffisante à des électrons qui se mettent en mouvement. Plus le flux d’électrons est important, plus la production d’énergie électrique sous forme de courant continu est grande. L’intensité des rayons lumineux influe donc sur la production du courant.
❖ L’énergie des photons, insuffisante ou en excès, non convertie en électricité, est dissipée sous forme de chaleur.
❖ Un matériau semi-conducteur devient conducteur seulement s’il est soumis aux rayons lumineux et si l’énergie des photons transférée est suffisante. C’est pourquoi on parle de semi-conducteur, c’est un isolant capable de devenir conducteur…
5. Production électrique accrue avec les technologies PERC ou TOPcon
♦ Le dopage des cellules de silicium cristallin décrit précédemment correspond à la fabrication de la grande majorité des panneaux actuels. On parle de cellules de Type P, la couche inférieure dopée positivement au bore, donc dite de Type P, constitue la couche de « base » et la plus épaisse. La couche de Type N dopée négativement au phosphore sert de couche conductrice et émettrice en face avant, elle est bien plus fine. Depuis quelques années, les cellules standards de Type P sont très généralement associée à la technologie PERC (Passivated Emitter Rear Cell) pour augmenter les performances.
♦ Une technologie récente consiste à avoir des cellules de Type N, où les couches sont « inversées », la couche N est alors la couche inférieure, la « base » est donc cette fois dopée négativement. Les cellules monocristallines de Type N de dernière génération sont aujourd’hui souvent associées à la technologie TOPCon (pour Tunnel Oxide Passivated Contact).
♦ Les technologies PERC et TOPCon consistent à ajouter une couche de passivation à l’arrière de la cellule afin d’augmenter les performances du panneau. Les cellules de Type P PERC dominent le marché, l’utilisation de la couche de passivation PERC s’est très vite répandue à partir de 2017. La technologie TOPCon est, semble-t-il, en passe de devenir la norme dans les années à venir.
♦ Nous faisons le point sur ces deux technologies dans un article dédié.
➥ Voir article Panneaux solaires TOPCon, innovations technologiques et avancées post PERC
Le dopage consiste à améliorer et contrôler la conductivité électrique d’un matériau semi-conducteur, il permet la formation de paires électrons-trous et la circulation des charges. L’effet photovoltaïque est donc non seulement dépendant de la technique du dopage mais aussi des qualités et propriétés conductrices du semi-conducteur utilisé.
Comprendre ce qui se passe au niveau de la cellule photovoltaïque n’est pas si simple, à travers cet article plus technique destiné aux lecteurs les plus curieux, Acsolue Energie tente de lever au mieux le voile et de faire la lumière.
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