Comment améliorer le rendement d'une cellule photovoltaïque ? - Grand oral

Extraits

[...] En effet, si on mettait au-dessus un semi-conducteur de faible gap, il absorberait tous les photons. Les photons d'énergie bien supérieure au gap seraient absorbés mais l'énergie effectivement convertie sous forme électrique reste égale à celle du gap. Un grand excédent serait alors perdu en énergie thermique. Chacune des couches est optimisée pour absorber une partie spécifique du spectre solaire. Ainsi, la cellule multi-jonction offre deux grands avantages pour le rendement. Une plus grande partie du spectre solaire est convertie en électricité et on a une réduction des pertes thermiques. [...]

[...] L'énergie d'un photon se calcule par la formule : Ephoton = h x la vitesse de la lumière dans le vide divisé par la longueur d'onde du photon. h est la constante de Planck qui vaut 6,63 x 10-34 J.s. Notons que l'énergie et la longueur d'onde sont inversement proportionnels. Ainsi, pour notre silicium monocristallin, les photons sont absorbés s'ils ont une énergie supérieure à son gap de 1,1 eV. La longueur d'onde maximale pour qu'un photon soit absorbé est après calcul 1,1 micromètre. Il peut dont absorber des longueurs d'onde dans le spectre visible (400 - 800 nm) et une partie du proche infrarouge. [...]

[...] Cela va créer un manque d'électrons dans la couche N et donc une charge positive et un excès d'électrons dans la couche P et donc une charge négative. Il y a maintenant à la jonction de ces deux couches un champ électrique. Quand les photons viennent exciter les électrons, ceux-ci vont migrer de la zone P vers la zone N grâce au champ électrique. Les électrons de la couche P étant partis, ils vont alors laisser des trous, que les électrons d'à côté vont remplir et ainsi de suite. [...]

[...] Comment améliorer le rendement d'une cellule photovoltaïque ? - Grand oral Introduction La transition vers des sources d'énergie renouvelables est devenue une priorité mondiale face aux défis environnementaux et énergétiques actuels. Les cellules photovoltaïques, qui convertissent l'énergie solaire en électricité, occupent une place centrale dans cette transition. Cependant, pour maximiser l'impact des technologies photovoltaïques, il est crucial d'améliorer leur rendement. Le rendement d'une cellule photovoltaïque est défini comme le rapport de l'énergie électrique produite sur l'énergie solaire reçue, ou encore comme le rapport de la puissance électrique produite sur la puissance lumineuse reçue. [...]

[...] Pour que les électrons soient mobiles et puissent circuler, ils doivent être dans la bande de conduction. Ils doivent gagner en énergie. Si les bandes de valence et de conduction se chevauchent, le matériau est conducteur. Si non, elles sont donc séparées par un gap. S'il est grand, le matériau est isolant, et s'il est petit, le matériau est semi-conducteur. La lumière est un flux de photons. Pour convertir l'énergie des photons en énergie électrique, on utilise des cellules constituées de semi-conducteurs. [...]