Il existe une variété d’appareils différents qui utilisent la lumière du soleil pour produire de l’électricité, mais le fonctionnement de base d’une cellule solaire est le même. Dans une cellule photovoltaïque (PV), il y a deux couches de silicium, toutes deux dopées, ou légèrement mélangées, avec un certain élément. Typiquement, un côté est dopé au bore et l’autre à l’arsenic.
En raison de la façon dont chaque élément se lie au silicium, la couche contenant du bore, appelée couche de type n, a un surplus d’électrons libres. L’autre face, la couche de type p, présente un déficit d’électrons, appelés trous. La couche de type p et la couche de type n sont étroitement pressées l’une contre l’autre et reliées par un fil connecté à une charge externe. Cela crée un circuit dans la cellule solaire.
Lorsque la lumière du soleil du bon niveau d’énergie frappe la couche de type n, qui se trouve au-dessus, elle excite certains des électrons libres, qui se détachent de leur état naturel – des paires – et traversent la frontière entre les couches pour créer un courant. Cela ne fonctionne que si les deux couches de la cellule sont pressées directement l’une dans l’autre. Ceci est généralement accompli en fabriquant les deux côtés dans le cadre du même processus.
Le courant circule à travers la couche p dans le fil, qui va à la charge, généralement utilisée pour stocker l’électricité. Du courant continu (CC) est produit. Si le courant alternatif (AC) pour les appareils électroménagers est souhaité, le courant continu est transmis à travers un alternateur.
Après avoir traversé la charge, le courant revient dans la couche n, qui manque d’électrons dans certaines zones en raison du courant. Le processus continue. Un courant est généré sans aucune entrée mécanique. Malheureusement, les matériaux utilisés pour fabriquer des cellules solaires peuvent être assez coûteux.
Pour la protection, la couche supérieure de la cellule solaire est recouverte d’une plaque de verre collée avec de la résine transparente. L’ensemble de la configuration s’appelle une diode à jonction pn. Des cellules plus sophistiquées utilisent une série de diodes à jonction pn.
Les premières cellules solaires n’étaient efficaces qu’à 1%. Aujourd’hui, les panneaux solaires commerciaux sont efficaces entre 5 et 15 %. Des millions de dollars sont actuellement consacrés à la recherche pour améliorer ces pourcentages.