La cellule photovoltaïque

Voir aussi : les semi-conducteurs - la jonction PN - Le générateur photovoltaïque -

La cellule photovoltaïque est l'élément de base des panneaux solaires qui produisent de l'électricité.

Description

Un cristal semi-conducteur dopé P est recouvert d'une zone très mince dopée N et d'épaisseur e égale à quelques millièmes de mm. Entre les deux zones se trouve une jonction J.
La zone N est couverte par une grille métallique qui sert de cathode k tandis qu'une plaque métallique a recouvre l'autre face du cristal et joue le rôle d'anode. L'épaisseur totale du cristal est de l'ordre du mm.
Un rayon lumineux qui frappe le dispositif peut pénétrer dans le cristal au travers de la grille et provoquer l'apparition d'une tension entre la cathode et l'anode. En général le semi-conducteur de base est du silicium monocristallin comme celui qui est utilisé pour la fabrication des transistors mais on rencontre maintenant plus fréquemment du silicium polycristallin moins coûteux à produire.

La photoconductibilité

Dans l'obscurité un cristal ordinaire de semi-conducteur présente une résistivité élevée. Lorqu'il est fortement éclairé par un rayonnement de fréquence assez élevé (lumière visible ou UV) sa résistivité diminue, c'est le phénomène de photoconductibilité. Les photons ph qui constituent le rayon lumineux sont des grains d'énergie d'autant plus élevée que la fréquence de l'onde correspondant à ce rayon lumineux est grande ( de l'ordre de 500 à 700 térahertz, voir le spectre de la lumière blanche). Si la fréquence du rayonnement est grande donc l'énergie du photon suffisante, ce photon pourra aider un électron bloqué dans la bande de valence à sauter dans la bande de conduction. Pour le silicium cristallin la largeur de la bande interdite, donc l'énergie Eg minimum nécessaire à l'electron pour passer de la bande de valence à la bande de conduction, est de 1,1 électron-volt. C'est la prolifération d'électrons "libres" (et des