(Image générée à titre d'illustration uniquement)
La limite de Shockley-Queisser représente l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire à jonction pn unique. Elle ne prend en compte que les pertes par recombinaison radiative et par rayonnement du corps noir. Pour une cellule à jonction unique avec une bande interdite optimale de 1,34 eV sous un éclairement solaire standard (AM1À 0,5 GHz, le rendement maximal est d'environ 33,7 %. Cette limite fondamentale oriente la recherche et la conception des cellules solaires.
La limite de Shockley-Queisser (SQ), également appelée limite d'équilibre détaillé, fixe un plafond fondamental pour le rendement de conversion énergétique des cellules solaires. Elle est obtenue en analysant l'équilibre thermodynamique entre l'énergie solaire absorbée et l'énergie dissipée par la cellule. Le modèle repose sur plusieurs hypothèses clés : la cellule est une simple jonction pn, elle fonctionne à une température standard (300 K) et elle est éclairée par la lumière solaire non concentrée (spectre AM1,5G).
Le calcul tient compte de plusieurs mécanismes de perte inévitables. Premièrement, les photons dont l'énergie est inférieure à la bande interdite du semi-conducteur ([latex]E_g[/latex]) traversent la cellule sans être absorbés, ne contribuant en rien au courant. Deuxièmement, pour les photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite, l'énergie excédentaire ([latex]E_{photon} - E_g[/latex]) est rapidement perdue sous forme de chaleur par thermalisation, l'électron excité se détendant vers le bas de la bande de conduction. La tension est donc limitée par la bande interdite et non par l'énergie du photon. Le mécanisme de perte le plus important pris en compte dans la limite SQ est la recombinaison radiative. Il s'agit du processus inverse de l'absorption, où un électron et un trou se recombinent et émettent un photon. Dans une cellule idéale, c'est la seule voie de recombinaison. La cellule étant à une température non nulle, elle rayonne également de l'énergie comme un corps noir.
En équilibrant le flux de photons entrant du soleil avec le flux sortant de la recombinaison radiative et du rayonnement du corps noir, Shockley et Queisser ont dérivé la caractéristique courant-tension d'une cellule idéale. Le point de puissance maximale sur cette courbe définit l'efficacité maximale. L'efficacité est une fonction importante de l'énergie de la bande interdite, avec un pic à ~33,7% pour une bande interdite de 1,34 eV, proche de celle de l'arséniure de gallium (GaAs). Pour le silicium ([latex]E_g \approx 1.12[/latex] eV), la limite est d'environ 32%.
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Limite de Shockley–Queisser
(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)
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