De quoi sont constituées les cellules photovoltaïques ?

Vous envisagez d'acquérir du photovoltaïque pour votre maison ? Vous vous demandez de quoi sont faits les panneaux solaires et comment ils fonctionnent ? Découvrez-en davantage sur la conversion de l’énergie solaire en énergie qui peut vous aider à économiser sur votre facture d’énergie chaque année ! Voici tout ce que vous devez savoir avant d’installer du photovoltaïque et avant de commencer à rechercher un fournisseur et un installateur PV digne de confiance.

Le photovoltaïque connaît un succès croissant partout en Europe, non seulement dans les entreprises et les sites industriels, mais aussi dans les zones résidentielles. Grâce aux panneaux photovoltaïques, les familles peuvent économiser jusqu’à des centaines d’euros par an en électricité, tout en faisant leur part pour la planète. Le soleil est une source d’énergie inépuisable, ce qui en fait la source d’énergie renouvelable la plus efficace pour les ménages et les industries. Et grâce à un système de stockage spacieux, une batterie solaire, cette énergie peut être stockée pendant les périodes de fort ensoleillement, et utilisée d'autres jours, comme pendant l'hiver ou l'automne maussade. De nombreuses familles ont déjà installé leurs panneaux photovoltaïques sur les toits de leurs maisons, mais peu d’entre elles se sont intéressées à la manière dont ces panneaux fonctionnent et à leur structure. Quelle est la magie qui transforme l’énergie solaire en électricité ? Découvrez-le dans notre article d'aujourd'hui.

Lorsque la lumière du soleil frappe une cellule photovoltaïque (PV), également appelée cellule solaire, elle peut soit se refléter, soit être absorbée, soit traverser la cellule. Ces cellules sont principalement constituées de matériaux semi-conducteurs, ce qui signifie qu’elles peuvent conduire l’électricité mieux que les isolants, mais pas aussi efficacement que les métaux. Divers matériaux semi-conducteurs sont utilisés dans les cellules photovoltaïques.

Maintenant, quel est le principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ? Lorsque la lumière interagit avec le matériau semi-conducteur, elle absorbe l’énergie et la transfère aux particules chargées négativement à l’intérieur du matériau, appelées électrons. Cette énergie supplémentaire permet aux électrons de se déplacer à travers le matériau, générant un courant électrique. Les contacts métalliques de la cellule photovoltaïque, disposés en forme de grille, extraient ce courant, qui peut ensuite être utilisé pour alimenter les maisons et contribuer au réseau électrique.

L'efficacité d'une cellule photovoltaïque est essentiellement la puissance électrique produite par la cellule par rapport à l'énergie de la lumière incidente. Cette mesure indique l’efficacité de la cellule à convertir l’énergie d’une forme à une autre. La production d’électricité des cellules photovoltaïques est influencée par des facteurs tels que l’intensité et les longueurs d’onde de la lumière disponible, ainsi que par divers attributs de performance de la cellule.

Une caractéristique cruciale des semi-conducteurs photovoltaïques est la bande interdite, qui détermine les longueurs d’onde de la lumière que le matériau peut absorber et convertir en énergie électrique. La bande interdite est la distance entre la bande de valence des électrons et la bande de conduction. Elle représente l'énergie minimale requise pour exciter un électron jusqu'à un état dans la bande de conduction où il peut participer à la conduction. Lorsque la bande interdite du semi-conducteur correspond aux longueurs d’onde de la lumière incidente, la cellule solaire peut utiliser efficacement toute l’énergie disponible.

Types de matériaux pour cellules solaires

Maintenant que vous savez comment fonctionnent les cellules solaires, il est temps d’étudier le matériau qui transforme l’énergie solaire en énergie solaire. Plusieurs types de cellules solaires nécessitent un type de matériau de cellule solaire différent. Maintenant, examinons la liste des matériaux photovoltaïques les plus utilisés pour les cellules PV :

Photovoltaïque à couches minces

Les cellules solaires à couche mince sont fabriquées en déposant une ou plusieurs fines couches de matériau photovoltaïque sur un substrat de support tel que du verre, du plastique ou du métal. Deux principaux types de semi-conducteurs photovoltaïques à couche mince dominent le marché : le tellurure de cadmium (CdTe) et le diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS). Bien que les cellules CdTe offrent des processus de fabrication rentables, leur efficacité reste inférieure à celle du silicium. Les cellules CIGS présentent des propriétés prometteuses pour les applications photovoltaïques, mais sont confrontées à des complexités de fabrication. Les deux matériaux nécessitent une protection renforcée par rapport au silicone pour un fonctionnement prolongé en extérieur.

Silicium

Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus répandu utilisé dans les cellules solaires, représentant environ 95 % des modules vendus aujourd'hui. C’est également le deuxième matériau le plus abondant sur Terre, après l’oxygène, et il est largement utilisé dans les puces informatiques. Les cellules de silicium cristallin sont constituées d’atomes de silicium interconnectés pour former un réseau cristallin, offrant une structure organisée qui améliore la conversion de la lumière en électricité. Ces cellules solaires à base de silicium offrent un mélange de rendement élevé, de faible coût et de longue durée de vie, durant souvent 25 ans ou plus tout en conservant plus de 80 % de leur puissance de sortie d'origine.

Photovoltaïque à base de pérovskite

Les cellules solaires perovskites, un sous-type de cellules à couche mince, tirent leur nom de leur structure cristalline distinctive. Ces cellules intègrent des couches de matériaux déposées sur un substrat. Les cellules perovskites sont relativement faciles à assembler et présentent une efficacité comparable à celle du silicium cristallin. L’efficacité des laboratoires s’est rapidement améliorée, mais la viabilité commerciale dépend de l’amélioration de la durabilité pour une utilisation prolongée en extérieur et du développement de techniques de fabrication rentables.

Points quantiques

Les cellules solaires à points quantiques utilisent de minuscules particules semi-conductrices, de quelques nanomètres, pour conduire l’électricité. Bien qu’ils offrent de nouvelles méthodes de traitement des semi-conducteurs, des défis subsistent pour établir des connexions électriques efficaces. Les points quantiques sont disponibles en différentes tailles avec des bandes interdites personnalisables, permettant l'optimisation de la collecte de lumière et l'intégration avec d'autres semi-conducteurs pour des performances améliorées, tels que les pérovskites.

Photovoltaïque organique

Les cellules PV organiques (OPV) comprennent des composés riches en carbone et offrent un potentiel de personnalisation pour des fonctions spécifiques de cellules PV. Bien qu'elles soient environ deux fois moins efficaces que les cellules en silicium cristallin avec une durée de vie plus courte, les cellules OPV offrent des opportunités de production de masse rentable. Leur adaptabilité à divers matériaux de support, y compris les plastiques souples, élargit leurs applications potentielles.

Photovoltaïque à concentration

Le PV à concentration (CPV) concentre la lumière du soleil sur une cellule solaire à l'aide de miroirs ou de lentilles, nécessitant ainsi moins de matériau PV. Cette concentration améliore l'efficacité du matériau PV, mais elle exige des matériaux plus coûteux et un suivi précis du soleil, ce qui pose des défis pour obtenir des avantages de coût par rapport aux modules en silicium traditionnels.

Photovoltaïque multijonction

Les cellules solaires multijonctions utilisent plusieurs couches semi-conductrices avec différentes bandes interdites pour capturer un spectre solaire plus large, obtenant ainsi des rendements supérieurs par rapport aux cellules à jonction unique. Si les cellules multijonctions ont démontré des rendements supérieurs à 45 %, leur production reste coûteuse et complexe, principalement réservée à des applications spécialisées comme l’exploration spatiale et les drones militaires.

Conclusion

Dans cet article, vous avez été présenté à tous les différents types de matériaux de cellules solaires. Même si les informations peuvent paraître plus techniques et difficiles à traiter, il n’y a pas lieu de se sentir dépassé. L'installateur que vous avez choisi dispose de toutes les informations dont vous avez besoin pour commencer à utiliser efficacement vos panneaux photovoltaïques et commencer à économiser de l'énergie et la planète. Si vous avez besoin d'informations complémentaires sur le photovoltaïque, n'hésitez pas à consulter nos autres articles, ou à contacter votre installateur de confiance.