Cellule Solaire : Principe de Fonctionnement & Construction (Schémas Inclus)
Qu'est-ce qu'une cellule solaire?
Une cellule solaire (également connue sous le nom de cellule photovoltaïque ou cellule PV) est définie comme un dispositif électrique qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique par l'effet photovoltaïque. Une cellule solaire est fondamentalement une diode à jonction p-n. Les cellules solaires sont une forme de cellule photoélectrique, définie comme un dispositif dont les caractéristiques électriques - telles que le courant, la tension ou la résistance - varient lorsqu'il est exposé à la lumière.
Des cellules solaires individuelles peuvent être combinées pour former des modules communément appelés panneaux solaires. La cellule solaire en silicium à jonction simple courante peut produire une tension de circuit ouvert maximale d'environ 0,5 à 0,6 volts. En soi, ce n'est pas beaucoup - mais rappelez-vous que ces cellules solaires sont minuscules. Lorsqu'elles sont combinées dans un grand panneau solaire, de considérables quantités d'énergie renouvelable peuvent être générées.
Construction d'une cellule solaire
Une cellule solaire est fondamentalement une diode à jonction, bien que sa construction soit un peu différente des diodes à jonction p-n conventionnelles. Une couche très fine de semi-conducteur de type p est cultivée sur un semi-conducteur de type n relativement plus épais. Nous appliquons ensuite quelques électrodes fines sur le dessus de la couche de semi-conducteur de type p.
Ces électrodes ne bloquent pas la lumière pour atteindre la fine couche de type p. Juste en dessous de la couche de type p se trouve une jonction p-n. Nous fournissons également un électrode de collecte de courant au bas de la couche de type n. Nous encapsulons l'ensemble de l'assemblage par du verre fin pour protéger la cellule solaire de tout choc mécanique.
Principe de fonctionnement d'une cellule solaire
Lorsque la lumière atteint la jonction p-n, les photons de lumière peuvent facilement entrer dans la jonction, à travers la fine couche de type p. L'énergie lumineuse, sous forme de photons, fournit suffisamment d'énergie à la jonction pour créer un certain nombre de paires électron-trou. La lumière incidente rompt la condition d'équilibre thermique de la jonction. Les électrons libres dans la région de déplétion peuvent rapidement se rendre du côté de type n de la jonction.
De même, les trous dans la région de déplétion peuvent rapidement se rendre du côté de type p de la jonction. Une fois que les nouveaux électrons libres se trouvent du côté de type n, ils ne peuvent plus franchir la jonction en raison du potentiel de barrière de la jonction.
De même, les nouveaux trous, une fois arrivés du côté de type p, ne peuvent plus franchir la jonction en raison du même potentiel de barrière de la jonction. Comme la concentration d'électrons devient plus élevée d'un côté, c'est-à-dire du côté de type n de la jonction, et que la concentration de trous devient plus importante de l'autre côté, c'est-à-dire du côté de type p de la jonction, la jonction p-n se comportera comme une petite pile. Une tension est établie, connue sous le nom de tension photoélectrique. Si nous connectons une petite charge à travers la jonction, un petit courant circulera à travers elle.
Caractéristiques V-I d'une cellule photovoltaïque
Matériaux utilisés dans une cellule solaire
Les matériaux utilisés à cette fin doivent avoir un gap de bande proche de 1,5 eV. Les matériaux couramment utilisés sont :
Silicium.
GaAs.
CdTe.
CuInSe2
Critères pour les matériaux à utiliser dans une cellule solaire
Doit avoir un gap de bande entre 1 eV et 1,8 eV.
Il doit avoir une forte absorption optique.
Il doit avoir une forte conductivité électrique.
La matière première doit être disponible en abondance et le coût du matériau doit être faible.
Avantages d'une cellule solaire
Aucune pollution associée.
Elle doit durer longtemps.
Pas de coûts de maintenance.
Inconvénients d'une cellule solaire
Son coût d'installation est élevé.
Son rendement est faible.
Pendant les jours nuageux, l'énergie ne peut pas être produite et la nuit, nous n'obtenons pas d'énergie solaire.
Utilisations des systèmes de génération solaire
Ils peuvent être utilisés pour charger des batteries.
Utilisés dans les luxmètres.
Ils sont utilisés pour alimenter des calculatrices et des montres-bracelets.
Ils peuvent être utilisés dans les engins spatiaux pour fournir de l'énergie électrique.
Conclusion : Bien que la cellule solaire ait certains inconvénients, ceux-ci devraient être surmontés à mesure que la technologie avance. Puisque la technologie progresse, le coût des plaques solaires ainsi que le coût d'installation diminueront, de sorte que tout le monde pourra s'offrir l'installation du système. De plus, le gouvernement met l'accent sur l'énergie solaire, donc après quelques années, on peut s'attendre à ce que chaque ménage et chaque système électrique soit alimenté par l'énergie solaire ou une source d'énergie renouvelable.
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