A échelle moléculaire

La réception des rayons solaires permettant la fabrication d’énergie se fait par l’intermédiaire de capteurs solaires, plus connus dans le commerce sous le nom de panneaux solaires.

Ils sont composés de multiples cellules photovoltaïques reliées entre elles en parallèle et en dérivation.

 La structure d’une cellule photovoltaïque se compose de deux bandes de silicium dopés différemment, “prises en sandwich“ par deux électrodes.

 

 CONFIGURATION DE BASE

  • Tout d'abord entre en jeu la première couche de type n,(négative dopée au phosphore) ou les électrons sont en excès, et les trous en défaut.

 

  • Un peu plus au dessous se trouve la deuxième couche de silicium de type p,(positive dopée au bore) dite bande de conduction, qui au contraire elle se trouve en déficit d’électrons et en excès de trous.

 

  • Entre ces deux bandes de silicium se trouve la jonction np constituant une barrière, dite aussi bande interdite ou “gap“.

 

  • Enfin chacune des régions n et p sont reliées respectivement a une électrode positive et à une électrode négative, au moyen d'un contact ohmique de faible résistance.

 

 

ABSORBTION DES PHOTONS ET GENERATION DES PAIRES ELECTRON-TROU

Lorsque la lumière apparait il se produit un grand chambardement. La lumière est composée de petits grains d'énergie pure, les photons.

Lorsque une cellule se trouve illuminée par un flux de photons certains, selon leur énergie (qui dépend de la longueur d'onde à laquelle ils arrivent), seront réfléchis, transmis, ou absorbés. Seuls ceux qui sont absorbés sont utiles à la génération de l'effet photovoltaïque.

Une fois absorbés, les photons brisent les liaisons de valence,sous l'effet des rayonnements les électrons s'agitent, et ceux dont l'énergie est le plus faible se détachent de leurs atomes et créaient donc un “trou“, ce qui génère de ce fait une paire électron-trou susceptible de se mouvoir.

Autrement dit lorsque les deux bandes de silicium dopés p et n sont en contact et que un photon heurte et est absorbé par celle dopée n , il se produit le phénomène d'apsborption. Cette situation est assimilable à celle d'une goute d'encre déposé dans une beignoire remplie d'eau. La goute d'encre aussi délicatement soit elle posée, sera absorbée par l'eau. Ainsi grace aux photons incidents, certains électrons de la bande n seront absorbés par la bande p ( génarant des trous dans la bande n).

 Lorsque l'ion implinté rentre dans le reseau, ce dernier est suivi des deformations que l'on repare avec le recuit.

COLLECTE DES PORTEURS

L’énergie créée dans ce cas est normalement perdue dans la mesure où l’électron se replace rapidement dans un trou. Or la cellule photovoltaïque étant polarisée, agit de telle sorte que les électrons et les trous sont obligés de se diriger vers des directions opposées au lieu de se regrouper.

Les paires électron-trou qui parviennent donc à atteindre la bande de conduction sont alors séparées: le champ électrique de la jonction accélère les électrons vers la région n et les trous vers la région p.

Lorsque les électrons et les trous se dirigent vers le milieu de la cellule, sans parvenir a se rejoindre, ils créent la jonction PN et le fait qu'ils aient “très envie“ de se péplacer les uns vers les autres sans y arriver génère une tension qui se convertira en énergie électrique si une connexion est installée.

En effet les électrons et les trous constituant la jonction np ne parviendront jamais à se joindre car

- les électrons sont à la fois attirés par les trous de la jonction, à la fois repoussés par le phosphore ( électriquement négatif) qui est derrière les trous, et en même temps attirés par le bore qui se trouve derrière lui.

- les trous sont bloqués entre leur attirence vers les électrons de la jonction et le phosphore qui se trouve derrière eux, et repoussés par le bore qui se trouve derrière les électrons.



La situation est ainsi bloqué, ainsi lorsqu'un photon est absorbé, comme nous l'avons mentionné précédemment, il génère une paire électron-trou capable de se mouvoir (électron dans un sens et trou dans l'autre), et c'est justement ce mouvement( présent aussi dans les fils puisque les cellules sont reliées entre elles en série et en dérivation pour former un module complet) qui va générer un courant au sein du module.

 

 

De façon plus simple, lorsqu'un photon est absorbé, il créé une paire électron-trou: un électron (de charge négative )quitte la bande d'énergies de valence, o'u il laisse un trou (de charge positive), et rejoint la bande d'énergies de conduction.

Ainsi la couche supèrieure de silicium présente un excés d'électrons et la couche inferieure  un excès de trous. Il en résulte au sein du materiaux un champ électrique qui déplace l'électron dans un sens, et le trou dans le sens opposé (ce qui évite la recombinaison immédiate de l'électron et du trou). Ce courant d'électrons constitue un courant électrique.

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