L’énergie photovoltaïque: qu’est-ce que c’est ?

Avantages écologiques du panneau photovoltaïque

Le panneau solaire photovoltaïque contribue à la réduction des émissions de CO2, à la réduction des rejets polluants et à la préservation des ressources naturelles.
Le panneau solaire photovoltaïque contribue à l’évolution des consciences vers la préservation de la nature.
Les panneaux solaires photovoltaïques sont recyclables.

Avantages économiques du panneau photovoltaïque

Des économies sur votre facture, tout simplement.

Avantages techniques du panneau photovoltaïque

Des systèmes de panneaux solaires photovoltaïques simples et rapides à installer.
Des installations de panneaux solaires photovoltaïques robustes et nécessitant très peu de maintenance (peu de mouvement => peu d’usure).
Pas de combustion => peu d’usure thermique des composants.
Des systèmes fiables et stables (résistance aux intempéries, aux rayonnements UV et aux variations de température).

Structure d’une cellule photovoltaïque

Il peut être illustré par l’exemple suivant, qui présente le cas d’une cellule au silicium :

* La couche supérieure de la cellule est composée de silicium dopé par un élément de valence supérieure dans la classification périodique, c’est à dire qui possède plus d’électrons sur sa couche de valence que le silicium. Le silicium possède 4 électrons sur sa couche de valence : on peut donc utiliser des éléments de la colonne 15, par exemple le Phosphore (P). Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d’électrons supérieure à une couche de silicium pur. Il s’agit d’un semi-conducteur de type N.

* La couche inférieure de la cellule est composée de silicium dopé par un élément de valence inférieure au silicium. Il peut s’agir de Bore (B) ou d’un autre élément de la colonne 13. Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d’électrons inférieure à une couche de silicium pur. Il s’agit d’un semi-conducteur de type P.

Lorsqu’on met ces deux semi-conducteurs en contact (de manière à ce qu’il puisse y avoir conduction), on crée une jonction PN, qui doit permettre le passage des électrons entre les deux plaques. Cependant, dans le cas d’une cellule photovoltaïque, le gap du semi-conducteur de type N est calculé de manière à ce que le courant ne puisse pas s’établir seul : il faut qu’il y ait un apport d’énergie, sous forme d’un photon de lumière, pour qu’un électron de la couche N soit arraché et vienne se placer dans la couche P, créant ainsi une modification de la répartition de la charge globale dans l’édifice.

Deux électrodes sont placées, l’une au niveau de la couche supérieure et l’autre au niveau de la couche inférieure : une différence de potentiel électrique et un courant électrique sont créés.

Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques disponibles à un niveau industriel. Divers traitements du sable permettent de purifier le silicium qui est alors chauffé et réduit dans un four. Le produit obtenu est un silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement. Ce silicium est ensuite purifié chimiquement et aboutit au silicium de qualité électronique qui se présente sous forme liquide. Par la suite, ce silicium pur va être enrichi en éléments dopant (P, As, Sb ou B) lors de l’étape de dopage, afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N.

La production des cellules photovoltaïques nécessite de l’énergie, et on estime qu’une cellule photovoltaïque doit fonctionner environ 2 à 3 ans suivant sa technologie pour produire l’énergie qui a été nécessaire à sa fabrication (retour énergétique du module).

Les techniques de fabrication et les caractéristiques des principaux types de cellule sont décrits dans les 3 paragraphes suivants. Il existe d’autres types de cellule actuellement à l’étude, mais leur utilisation est pratiquement négligeable actuellement.

Cellule en silicium amorphe

Le silicium n’est pas cristallisé, il est déposé sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé. C’est la cellule des calculatrices et des montres dites ‘solaires’.

* Avantages : Fonctionnent avec un éclairement faible (même par temps couvert ou à l’intérieur d’un bâtiment), moins chères que les autres.
* inconvénients : Rendement faible en plein soleil (environ 6%), performances qui diminuent sensiblement avec le temps.

Cellule en silicium monocristallin

Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu’un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d’un bleu uniforme.

* Avantage : Très bon rendement (17.2%).
* Inconvénients : Coût élevé, rendement faible sous un faible éclairement.

Cellule en silicium polycristallin:

Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleu, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Ce sont les cellules les plus utilisées pour la production électrique (meilleur rapport qualité-prix).

* Avantages : Bon rendement (13%), mais cependant moins bon que pour le monocristallin, moins cher que le monocristallin.
* Inconvénient : Rendement faible sous un faible éclairement.

Cellule Tandem

Empilement monolithique de deux cellules simples. En les combinant (couche mince de silicium amorphe sur silicium cristallin) absorbant dans des domaines spectraux se chevauchant, on améliore le rendement théorique par rapport à des cellules simples distinctes, qu’elles soient amorphes, cristallines ou microcristallines.

* Avantages : Sensibilité élevée sur une large plage de longueur d’onde. Bon rendement
* Inconvénient : Coût élevé dû à la superposition de deux cellules