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L'effet photovoltaïque

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Installation de panneaux solaires démontrant l'effet photovoltaïque en physique du solide.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'effet photovoltaïque est la génération de tension et de courant électrique dans un matériau lorsqu'il est exposé à la lumière. Il s'agit d'un phénomène physique et chimique. Une application courante est la cellule solaire, qui exploite cet effet pour convertir directement la lumière solaire en électricité. Cet effet repose sur l'excitation des électrons par des photons lumineux, qui les portent à un état d'énergie supérieur.

L'effet photovoltaïque a été observé pour la première fois par le physicien français Alexandre-Edmond Becquerel en 1839. Il a découvert qu'une tension se développait lorsqu'une électrode de chlorure d'argent plongée dans une solution acide était illuminée. Cet effet est resté une curiosité scientifique pendant des décennies. Sa compréhension moderne trouve son origine dans la physique des semi-conducteurs. Lorsqu'un photon suffisamment énergétique frappe un matériau semi-conducteur, il peut exciter un électron, le déplaçant de la bande de valence à la bande de conduction. Cela crée une paire électron-trou. Dans un dispositif photovoltaïque, un champ électrique interne, généralement créé par une jonction p-n, sépare ces porteurs de charge. Les électrons sont balayés vers le côté n et les trous vers le côté p. Cette séparation de charge crée une tension aux bornes de la jonction. Si un circuit externe est connecté, les électrons libres le traversent, créant un courant continu (CC). L'énergie du photon doit être supérieure à la bande interdite du matériau semi-conducteur pour que ce processus se produise. Les photons dont l'énergie est inférieure à la bande interdite traversent le matériau sans être absorbés, tandis que les photons dont l'énergie est bien supérieure à la bande interdite verront leur excès d'énergie converti en chaleur, réduisant ainsi l'efficacité globale de la cellule.

La première cellule photovoltaïque à semi-conducteurs a été créée par Charles Fritts en 1883, qui a recouvert le sélénium d'une fine couche d'or. Cependant, son rendement était inférieur à 1 %. La percée a eu lieu en 1954 aux Laboratoires Bell, où Daryl Chapin, Calvin Fuller et Gerald Pearson ont développé la première cellule solaire au silicium fonctionnelle, atteignant un rendement d'environ 6 %. Cette invention a marqué le début de l'ère moderne de la technologie de l'énergie solaire et a d'abord été utilisée pour des applications de niche comme l'alimentation des satellites spatiaux.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Phénomène physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • confirmé plus tard par la découverte de l'électron par J.J. Thomson (1897)
  • plus tard l'explication de l'effet photoélectrique par Einstein (1905)
  • développement de la physique des semi-conducteurs et de la théorie de la jonction pn (années 1940)
  • découverte de la photoconductivité du sélénium par Willoughby Smith (1873)

Applications

  • panneaux solaires pour la production d'électricité résidentielle et à grande échelle
  • centrales photovoltaïques
  • calculatrices et montres à énergie solaire
  • systèmes d'alimentation des engins spatiaux
  • télédétection et télécommunications

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Voir aussi : effet photovoltaïque, cellule solaire, semi-conducteur, jonction p-n, paire électron-trou, photons, courant continu, bande interdite, Becquerel, énergie renouvelable.

Contexte historique

L'effet photovoltaïque

1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1850

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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