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Effet photovoltaïque : mode d’emploi

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On le sait : les panneaux photovoltaïques produisent de l’énergie grâce au rayonnement du soleil. Mais concrètement, comment cela se passe-t-il ? Electrons, atomes et courant électrique… Petit cours de physique-chimie pour briller en dîner.

Face à la lumière, les électrons du silicium s’excitent, et passent d’atome en atome.

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De la lumière à l’électricité : le principe de l’effet photovoltaïque

C’est en 1839 que le physicien français Antoine Becquerel fait cette découverte étonnante : certains matériaux font des étincelles lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Il cherche alors à comprendre comment la lumière peut être convertie en électricité. Dans sa blouse blanche, sans le savoir, Antoine Becquerel est en train de poser les jalons d’une nouvelle énergie : le photovoltaïque.

Photovoltaïque : au commencement était le matériau…

Le fonctionnement du photovoltaïque repose d’abord sur le matériau utilisé : le silicium, extrait de la silice, contenue dans le sable. Sa particularité : être semi-conducteur. Pas de panique, on vous explique : le silicium est, comme tout matériau, constitué d’atomes. Face à la lumière, les électrons du silicium s’excitent, et passent d’atome en atome. C’est un bon début, mais pour qu’il y ait courant électrique, il faut que les électrons circulent dans un sens bien précis…

De toutes les matières, c’est le silicium qu’on préfère…

Extrait du sable ou du quartz, le silicium est le deuxième élément de la croûte terrestre, après l’oxygène, et présente donc l’avantage de disposer de ressources en abondance. Actuellement, il représente environ 90 % du marché mondial des cellules photovoltaïques. (Source : http://www.developpement-durable.gouv.fr

Effet photovoltaïque : une question de tension électrique

Pour que la circulation se passe sans encombre, reste à organiser tout cela. On dit de l’électron qu’il est libre, mais il est surtout très prévisible : il se déplace toujours exactement comme dans le principe d’une pile, d’une borne négative à une borne positive. Pour obtenir cela, le silicium est dopé, non pas comme un sportif, mais grâce à des « éléments perturbateurs ». Ces derniers créent d’un côté un surplus d’électron (borne négative) et de l’autre un déficit d’électron (borne positive) : dociles, les électrons circulent alors de l’un à l’autre. « Et la tension électrique fut ! »

Comment fonctionnent les panneaux photovoltaïques ?

Maintenant que lumière est faite sur l’effet photovoltaïque, comment applique-t-on ce principe sur les panneaux ? Tout simplement en constituant plusieurs couches de silicium : sur celle exposée à la lumière, on ajoute du phosphore, qui contient plus d’électrons que le silicium. La couche inférieure, elle, est dopée en bore, qui contient moins d’électrons que le silicium. On obtient alors une sorte de pile avec une borne négative et une borne positive. Un fil conducteur pour relier les deux, et le tour est joué : dès que le soleil frappe les panneaux, les électrons circulent et alimentent le circuit électrique !

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