Les cellules photovoltaïques ou solaires transforment directement la lumière du soleil en électricité.
L’effet photovoltaïque, qui est la conversion de la lumière (photons) en électricité (tension), donne son nom au domaine du photovoltaïque (communément abrégé en PV). Les scientifiques des laboratoires Bell ont été les premiers à utiliser ce phénomène en 1954 lorsqu’ils ont mis au point une cellule solaire en silicium qui fonctionnait et pouvait produire un courant électrique lorsqu’elle était exposée à la lumière.
Très vite, les cellules solaires ont été utilisées pour alimenter des horloges, des ordinateurs et même des vaisseaux spatiaux. Aujourd’hui, les systèmes photovoltaïques sont installés à grande échelle pour contribuer à alimenter le réseau électrique. L’électricité produite par les cellules solaires est désormais économiquement viable dans de nombreux endroits.
Les cellules solaires en silicium
La plupart des cellules solaires disponibles sur le marché aujourd’hui sont à base de silicium et offrent des coûts compétitifs et un rendement élevé (la vitesse à laquelle la cellule solaire convertit la lumière du soleil en électricité). Afin de produire des systèmes massifs à l’échelle des services publics, ces cellules sont généralement assemblées en modules plus grands qui peuvent être montés sur les toits des maisons ou des entreprises ou utilisés avec des supports au sol.
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Cellules solaires à couche mince
Les cellules solaires à couche mince, autre technologie photovoltaïque largement utilisée, sont produites à partir de couches incroyablement fines de matériau semi-conducteur comme le tellurure de cadmium ou le diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium. L’épaisseur de ces couches de cellules n’est que de quelques micromètres, soit quelques millionièmes de mètre.
Les cellules solaires à couche mince peuvent être flexibles et légères, ce qui les rend parfaites pour des applications portables comme le sac à dos d’un soldat ou pour une utilisation dans d’autres articles fonctionnant à l’énergie solaire comme les fenêtres. Les cellules solaires à couches minces peuvent parfois être produites à l’aide de méthodes qui consomment moins d’énergie et sont plus simples à mettre à l’échelle que celles utilisées pour produire des cellules solaires au silicium.
Cellules solaires III-V
Une troisième variété de la technologie photovoltaïque porte le nom des éléments qui la composent. Les éléments du groupe III et du groupe V du tableau périodique, tels que le gallium et l’indium, ainsi que l’antimoine et l’arsenic, sont principalement utilisés dans la construction des cellules solaires III-V. Le coût de fabrication de ces cellules solaires est généralement beaucoup plus élevé que celui des autres méthodes. Cependant, leur efficacité est bien meilleure lorsqu’il s’agit de transformer la lumière du soleil en énergie. En raison de leur excellent rapport poids/puissance, ces cellules solaires sont fréquemment utilisées dans les satellites, les véhicules aériens sans pilote et d’autres dispositifs.
Des cellules solaires à l’épreuve du futur
De nombreuses technologies photovoltaïques innovantes sont étudiées par les chercheurs travaillant sur les cellules solaires au NREL et ailleurs, notamment les cellules solaires composées de matériaux organiques, de points quantiques et de matériaux hybrides organiques-inorganiques (également appelés pérovskites). Ces technologies de nouvelle génération pourraient offrir des prix plus bas, des processus de fabrication plus faciles ou d’autres avantages. Si ces promesses peuvent être tenues, des recherches supplémentaires sont nécessaires.
Recherche sur la fiabilité et l’intégration au réseau
La fabrication d’une cellule solaire à haut rendement et bon marché n’est qu’un aspect de la recherche sur le photovoltaïque. Les panneaux solaires qui sont installés sur les maisons et les entreprises doivent être capables de produire de l’électricité de manière fiable pendant de nombreuses années sans que leurs performances ne se dégradent. Les entreprises de services publics et les régulateurs gouvernementaux souhaitent savoir comment intégrer les systèmes photovoltaïques au réseau électrique sans perturber l’équilibre délicat entre l’offre et la demande d’électricité.
Au NREL, des ingénieurs, des économistes, des spécialistes des matériaux et bien d’autres personnes s’efforcent de dissiper ces inquiétudes et de garantir que le solaire photovoltaïque est une source d’électricité sûre et fiable.
Panneaux solaires monocristallin ou polycristallin ?
Les cellules solaires monocristallines étant fabriquées à partir d’une seule source de silicium, elles sont plus efficaces.
Les cellules solaires polycristallines sont nettement moins efficaces car elles combinent du silicium provenant de plusieurs sources.
Bien que moins coûteuse que les panneaux mono ou poly, la technologie des couches minces est moins efficace. Les applications commerciales à grande échelle l’utilisent principalement.
Par rapport aux cellules de type P, les cellules de type N sont plus résistantes à la détérioration induite par la lumière.
Une couche réfléchissante est ajoutée aux cellules PERC pour offrir à la cellule une seconde chance d’absorber la lumière.
Les cellules à demi-coupe augmentent l’efficacité des cellules solaires en utilisant des rubans plus petits pour transporter le courant électrique, ce qui réduit la résistance du circuit.
Les panneaux solaires à bifurcation absorbent la lumière des deux côtés.
