De l’effet photovoltaïque aux cellules photoélectriques : un dossier complet
La révolution industrielle a transformé non seulement l’économie mais aussi nos vies quotidiennes. Actuellement, l’utilisation croissante d’énergies alternatives entraîne un changement similaire, qualifié de révolution verte ou de transition écologique. Nous sommes indéniablement entrés dans une nouvelle ère.
Au cours des quarante dernières années, la consommation d’énergie a progressé plus rapidement que la population, et cette tendance devrait s’intensifier durant la première moitié du XXIe siècle, notamment en raison de la croissance des économies émergentes comme la Chine et l’Inde. Deux solutions se présentent : modérer la consommation ou adopter de nouvelles sources d’énergie.
Ces sources alternatives doivent répondre à un impératif essentiel : ne pas contribuer au réchauffement climatique. On distingue généralement le nucléaire des autres énergies, telles que l’éolien, la biomasse, l’hydraulique, le solaire (thermique et photovoltaïque) et la géothermie.
L’énergie photovoltaïque, en particulier, est appelée à devenir une source majeure d’énergie dans le futur, favorisée par l’électrification croissante du monde. Elle a déjà démontré son potentiel, ayant fourni l’énergie nécessaire à des missions spatiales emblématiques, comme la station spatiale internationale et les rovers Spirit et Opportunity sur Mars.
Le secteur photovoltaïque représente également une activité de haute technologie, évoluant rapidement dans un marché en pleine expansion. Ce domaine exige des compétences scientifiques et techniques pointues, tout en tenant compte des considérations législatives, politiques et sociétales. Il constitue ainsi un champ d’opportunité significatif pour les ingénieurs du XXIe siècle.
Pour contribuer efficacement à son développement, il est crucial de partir de la source d’énergie, le Soleil, et d’analyser les facteurs déterminant son potentiel au sol. La première partie de cet article se concentrera sur cette source d’énergie, avant d’aborder la conversion de cette énergie en électricité via les cellules photovoltaïques.
La deuxième partie sera dédiée à l’étude des cellules photovoltaïques, cœur du dispositif de conversion. Un rappel de la physique des semi-conducteurs sera présenté pour comprendre les performances de cette conversion. L’absorption de la lumière par un semi-conducteur et la conversion photovoltaïque via une jonction pn seront également examinées. Les matériaux utilisés dans ces jonctions, notamment le silicium et d’autres matériaux moins courants, seront discutés, ainsi que les technologies des différents éléments constituant une cellule photovoltaïque.
La troisième partie traitera des changements d’échelles, abordant l’intégration des cellules au sein d’un module, puis d’un panneau, et enfin l’intégration des panneaux dans un système complet.
Enfin, la dernière partie proposera un panorama du marché du secteur photovoltaïque, ainsi que ses principales caractéristiques.
Sources : INSEE, Eurostat, Banque de France, ministères officiels.
