Solaire

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DOCUMENTS

Effet Photovoltaïque
Présentation
Décembre 2000

Apex BP Solar
1, rue du Grand Chêne 34270 Saint-Mathieu-de-Tréviers FRANCE Téléphone 33 (0) 499 622 622 Fax 33 (0) 499 622 623 Web http://www.apex-france.com Email info@apex-france.com

E f f e t P h o t o v o l t aïque
Présentation

Découvert en 1839 par Henry Becquerel, l’effet photovoltaïque permet la transformation del'énergie lumineuse en électricité. Il repose sur la technologie des semi-conducteurs

1. LES MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS
Les semi-conducteurs intrinsèques, éléments de la quatrième colonne du tableau périodique des éléments constituent des cristaux qui peuvent devenir conducteurs sous certaines conditions. Pour expliquer ce phénomène, il convient dans un premier temps de décrire la structureélectronique des atomes. Les électrons occupent les bandes énergétiques les plus basses dans leur état normal. Ces différentes bandes d'énergie accessibles sont séparées par des bandes énergétiques interdites appelées « gap » qui constituent de véritables barrières énergétiques : ∆E=Ec-Ev≅1eV

Energie

Bande de conduction
Ec Ev Bande interdite

Bande de valence occupée

Bandes énergétiques ausein de l’atome

En outre on appelle bande de valence la bande la plus élevée en énergie occupée par les électrons et bande de conduction, la bande énergétique accessible située au dessus de la bande de conduction. Lorsqu'il y a apport d'énergie, comme c'est le cas avec un rayon lumineux incident, les électrons de la bande de valence sont susceptibles de traverser la bande interdite et de passerdans la bande de conduction. Dès lors, ces électrons deviennent libres et sont capables de se déplacer à l'intérieur du cristal.

Les matériaux semi-conducteurs

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E f f e t P h o t o v o l t aïque
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1.1. Dopage d'un semi-conducteur
La technique du dopage d'un cristal semi-conducteur consiste en l'appauvrissement ou l’enrichissement du nombre d'électrons au sein dece cristal. Pour ce faire, on introduit au sein de la structure tétravalente du cristal semi-conducteur un atome accePteur ou doNneur d'électrons. Réalisation d’un semi-conducteur dopé P On fabrique ici un semi-conducteur déficitaire en électron. Dans ce but, on introduit au sein d'un cristal semi-conducteur un atome de la troisième colonne du tableau périodique des éléments, par exemple le borepossédant 3 électrons de valence sans modifier la structure tétravalente du cristal. De ce fait, une des liaisons réalisées avec les quatre voisins semiconducteurs de cet atome se trouve constituée par la mise en commun d’un unique électron au lieu de deux. Un trou, ou site laissé vacant par un électron, est ainsi créé.

Réalisation d’un semi-conducteur dopé N On fabrique ici un semi-conducteurexcédentaire en électrons en introduisant cette fois au sein du cristal un atome de la cinquième colonne du tableau périodique des éléments par exemple le phosphore possédant 5 électrons de valence sans encore modifier la structure initial. De ce fait, une des liaisons réalisées avec les quatre voisins semi-conducteur de cet atome se trouve constituée par la mise en commun de trois électrons aulieu de deux. Un électron excédentaire capable de se déplacer au sein du cristal est ainsi créé.

dopant

Cristal initial

Cristal dopé

Les matériaux semi-conducteurs

Décembre 2000

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1.2. Création de la jonction P-N
Une jonction P-N résulte de la mise en contact 2 deux cristaux semi-conducteurs, l’un dopé fig 1). Sousl'effet d’un gradient de charge, les électrons excédentaires de la zone N vont avoir tendance à migrer vers la zone P déficitaire en électrons et inversement pour les trous de la zone P (fig 2). Cependant, tous les électrons migrateurs ne possèdent pas une énergie suffisante pour recouvrir tous les trous de la zone P. Certains de ces électrons vont donc rester du côté P et de même pour certains...
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