cellules solaires

comment fonctionne la cellule solaire? 2 escaliers

Principe de fonctionnement de la cellule solaire ou de la cellule photovoltaïque

 

cellules solaires
solaires

 

L’effet photovoltaïque est responsable de la transformation de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Lorsque les matériaux semi-conducteurs sont exposés à la lumière, un certain nombre de photons sont absorbés par le cristal, ce qui entraîne un nombre important d’électrons libres dans le cristal.

C’est la principale raison pour laquelle l’effet photovoltaïque est utilisé pour produire de l’électricité. La cellule photovoltaïque est le composant fondamental d’un système qui utilise l’effet photovoltaïque pour générer de l’électricité à partir de l’énergie lumineuse.

Le silicium est le matériau cle plus couramment utilisé pour la construction de cellules photovoltaïques. L’atome de silicium possède quatre électrons de valence.

Chaque atome de silicium dans un cristal solide partage l’un de ses quatre électrons de valence avec son plus proche voisin, formant ainsi des liaisons covalentes. Le cristal de silicium acquiert une structure de réseau tétraédrique de cette manière. Lorsqu’un rayon lumineux frappe un matériau, une partie de la lumière est réfléchie, une partie est transmise à travers le matériau et le reste est absorbé.

 

Le même phénomène se produit lorsque la lumière frappe un cristal de silicium. Si l’intensité de la lumière incidente est suffisante, un nombre suffisant de photons sont absorbés par le cristal, et ces photons excitent certains des électrons dans des liaisons covalentes. Les électrons acquièrent alors suffisamment d’énergie pour migrer de la bande de valence vers la bande de conduction.

Comme le niveau d’énergie de ces électrons est dans la bande de conduction, ils quittent la liaison covalente, laissant derrière eux un vide. Ces électrons, connus sous le nom d’électrons libres, se déplacent aléatoirement dans la structure cristalline de silicium. Dans une cellule photovoltaïque, ces électrons libres et ces trous jouent un rôle crucial dans la production d’électricité.

Ces électrons et trous sont donc appelés é

solaires
solaires cellulaires

lectrons et trous générés par la lumière. Ces électrons et trous générés par la lumière ne peuvent pas générer d’électricité dans le cristal de silicium seul. Il devrait y avoir un mécanisme supplémentaire pour y parvenir.

Lorsqu’une impureté pentavalente telle que le phosphore est ajoutée au silicium, les quatre électrons de valence de chaque atome de phosphore pentavalent sont partagés via des liaisons covalentes avec quatre atomes de silicium voisins, et le cinquième électron de valence n’a pas la possibilité de former une liaison covalente.

Ce cinquième électron était alors lié à son atome parent d’une manière relativement lâche. Même à température ambiante, l’énergie thermique du cristal est suffisante pour séparer ces cinquièmes électrons relativement libres de leur atome de phosphore parent. Alors que ce cinquième électron relativement libre est détaché du parent de l’atome de phosphore, les ions positifs de l’atome de phosphore sont immobiles. L’électron dissocié susmentionné devient libre, mais il n’y a pas de liaison covalente incomplète ou de vide dans le cristal pour qu’il se rejoigne. Ces électrons libres pentavalents dérivés d’impuretés sont toujours disponibles pour conduire le courant dans le semi-conducteur.

Malgré la présence d’électrons libres, la substance est électriquement neutre car le nombre d’ions phosphore positifs piégés dans la structure cristalline est exactement égal au nombre d’électrons libres qui s’en échappent.

Le dopage est le processus d’introduction d’impuretés dans un semi-conducteur, et les dopants sont les impuretés elles-mêmes. Les donneurs sont les dopants pentavalents qui donnent leur cinquième électron libre au cristal semi-conducteur.

Les semi-conducteurs dopés par donneur sont connus sous le nom de semi-conducteurs de type n ou de type négatif car ils contiennent une abondance d’électrons libres naturellement chargés négativement.

Lorsque des atomes d’impuretés trivalents tels que le bore sont ajoutés à un cristal semi-conducteur à la place d’atomes de phosphore pentavalent, le type opposé de semi-conducteur est produit. Dans ce cas, certains atomes de silicium dans le réseau cristallin seront remplacés par des atomes de bore; Ou, les atomes de bore occuperont les positions des atomes de silicium remplacés dans la structure du réseau cristallin.

 

liaison
liaison solaire

Trois électrons de valence de l’atome de bore se combineront avec les électrons de valence de trois atomes de silicium voisins pour former trois liaisons covalentes. Pour cette configuration, il y aura un atome de silicium pour chaque atome de bore, et le quatrième électron de valence de l’atome de silicium ne trouvera aucun électron de valence voisin avec lequel former sa quatrième liaison covalente.En conséquence, le quatrième électron de valence de ces atomes de silicium n’est pas apparié et se comporte comme si la liaison était incomplète.

Par conséquent, il y aura un déficit d’un électron dans une liaison incomplète, et par conséquent, une liaison incomplète attirera toujours un électron pour compenser ce déficit. En conséquence, il y a un siège disponible pour l’électron.

Le terme pour ce poste vacant est trou positif. Un nombre important de liaisons covalentes sont continuellement rompues dans les semi-conducteurs trivalents dopés aux impuretés afin de compléter d’autres liaisons covalentes incomplètes.

Lorsqu’un seul lien est rompu, un trou est créé. Une fois qu’un lien est formé, le vide en son sein disparaît. Ainsi, un trou semble disparaître dans son trou voisin.

En conséquence, il y a un mouvement relatif entre ces trous dans le cristal semi-conducteur. À la lumière de cela, on peut affirmer que les trous possèdent la même mobilité que les électrons libres dans le cristal semi-conducteur. Comme chacun des trous peut accepter un électron, les impuretés trivalentes sont appelées dopants accepteurs, et les semi-conducteurs dopés avec des dopants accepteurs sont appelés semi-conducteurs de type p ou de type positif.

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