L’effet photovoltaïque est le processus par lequel un courant électrique sous forme de tension est créé lorsqu’un rayonnement électromagnétique est exposé à un certain matériau. En utilisant des cellules solaires, l’effet photovoltaïque se produit lorsque de très courtes longueurs d’onde de la lumière du soleil impactent la matière et que les électrons deviennent excités. Le rayonnement électromagnétique est émis par le panneau solaire et collecté par un autre matériau. Cette éjection d’électrons entraîne l’accumulation d’énergie créant une tension qui peut être stockée dans une cellule de batterie pour une utilisation ultérieure. Deux électrodes sont utilisées pour collecter la tension, qui peut être transférée dans le réseau électrique.
Différents types de rayonnement électromagnétique entraînent différents niveaux d’exposition dans les cellules solaires en raison de la fréquence. La lumière visible crée l’effet photovoltaïque lorsqu’elle impacte les métaux alcalins, la lumière ultraviolette le crée dans d’autres métaux, la lumière ultraviolette extrême étant utilisée pour les non-métaux. Ce concept a été observé pour la première fois en 1902 par Philipp Eduard Anton von Lenard lorsqu’il a découvert que différentes couleurs de lumière, également connues sous le nom de fréquence, émettent différents niveaux d’électrons. Auparavant, la théorie ondulatoire de la lumière de James Clerk Maxwell affirmait que l’intensité du rayonnement créerait une énergie électronique proportionnelle. Cette nouvelle théorie expliquait que les photons étaient responsables de la création de l’éjection d’électrons et fonctionnaient comme des particules individuelles plutôt que comme des ondes constantes.
Le physicien AE Becquerel a reconnu le concept de l’effet photovoltaïque de la lumière du soleil en 1839, mais sa compréhension était limitée. En 1883, Charles Fritts a construit la première cellule solaire, en utilisant un semi-conducteur au sélénium recouvert d’une fine couche d’or. Cette première utilisation d’une cellule solaire n’était efficace qu’à un pour cent. Ce n’est qu’en 1954 que Bell Laboratories a développé un moyen pratique d’exploiter l’énergie solaire.
La façon dont l’effet photovoltaïque est exploité à l’aide de cellules solaires est très basique. Essentiellement, les photons de la lumière du soleil ont un impact sur le panneau solaire et sont absorbés par le matériau. Les électrons chargés négativement à l’intérieur du matériau sont chassés des atomes, ce qui produit alors de l’électricité. Cette situation est contrôlée en permettant aux électrons de se déplacer dans une seule direction dans le panneau, provoquant une action inverse dans laquelle les particules chargées positivement s’écoulent dans la direction opposée. Avec ces deux actions se produisant, un courant continu d’électricité peut être exploité à partir de la réaction électromagnétique.
L’effet photovoltaïque est essentiel pour un certain nombre de processus dans la vie moderne. En plus de la création d’énergie à des fins générales, les cellules solaires sont essentielles aux engins spatiaux utilisés par la NASA et d’autres agences spatiales. En outre, les principes de la technologie sont utilisés dans les appareils photo numériques sous la forme de dispositifs à couplage de charge ainsi que d’électroscopes qui identifient l’électricité statique.