Les cellules photovoltaïques sont des appareils qui produisent de l’électricité directement à partir de la lumière du soleil. De nombreuses cellules photovoltaïques réunies forment un générateur solaire ou un panneau solaire. Ces cellules convertissent la lumière en électricité en exploitant l’énergie créée lorsque les photons de la lumière du soleil projettent des électrons dans un état d’énergie supérieur, à l’intérieur de la cellule elle-même. Les cellules photovoltaïques sont composées de matériaux en couches qui comprennent deux types de silicium, un revêtement antireflet et un couvercle en verre. La technologie utilisée pour produire des panneaux solaires continue de progresser et pourrait un jour fournir de l’énergie essentiellement gratuite pour alimenter les maisons et les entreprises.
L’une des parties les plus importantes d’une cellule photovoltaïque est le matériau utilisé comme semi-conducteur. Le silicium est le semi-conducteur le plus couramment utilisé, mais d’autres options sont disponibles pour certaines applications, qui peuvent être moins chères que le silicium. Lorsque la lumière frappe le semi-conducteur, une partie de l’énergie lumineuse est absorbée, provoquant la libération d’électrons. Le courant électrique qui en résulte est ce qui peut être utilisé comme électricité, et il est collecté par les grilles de contact métalliques situées en haut et en bas des cellules solaires.
Le silicium en lui-même n’est pas un très bon conducteur d’électricité. Pour être utilisé dans une cellule solaire, le silicium doit être modifié, ou dopé, avec d’autres éléments. Le phosphore et le bore sont les éléments de choix à cet effet. Une couche de silicium dopé au phosphore peut profiter du fait que ce dernier élément n’a qu’un électron dans sa couche électronique la plus externe. C’est l’électron qui peut être éjecté par l’énergie lumineuse.
Dans l’autre couche, les atomes de bore n’ont que trois électrons dans leur enveloppe externe, au lieu de quatre que possède le silicium. Cela crée un endroit pour les électrons supplémentaires, et ce mouvement d’électrons est ce qui crée le courant électrique. Les deux couches de silicium ont également des charges opposées, ce qui fournit la tension.
Les cristaux de silicium sont un matériau naturellement réfléchissant. Lorsqu’elles sont utilisées dans des cellules photovoltaïques, elles doivent être recouvertes d’un revêtement antireflet, sinon la majeure partie de l’énergie solaire qui atteint le panneau sera réfléchie sans produire d’électricité. Le revêtement antireflet est le facteur le plus important affectant l’efficacité d’un panneau solaire correctement construit. Cependant, même avec ce revêtement, seule une quantité relativement faible de lumière peut être utilisée pour produire de l’électricité. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les cellules photovoltaïques augmenteront probablement en efficacité, ce qui les rendra plus pratiques pour un usage résidentiel et industriel quotidien.