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Une cellule photovoltaïque est caractérisée par des données issues de l'observation de sa caractéristique I(V) sous illumination. De cette caractéristique peuvent être extraits leur rendement de conversion en énergie η, leur tension en circuit ouvert V oc, leur courant de court-circuit I sc et leur facteur de forme FF. Nous allons expliciter ces termes dans les paragraphes qui suivent. I. 7. 1. Schéma équivalent et caractéristique courant-tension de la cellule solaire:. Caractéristique Courant/Tension et schéma équivalent: Les Figures I. 5 représentent une caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque à jonction PN. Comme il en est fait état au paragraphe I. 6, le photocourant est constitué d'un courant d'électrons collecté par la cathode et d'un courant de trous collecté par l'anode. Selon la convention de signe usuelle, ce photocourant peut être assimilé dans le cas d'une cellule solaire idéale à une source idéale de courant dirigée dans le sens opposé de la caractéristique de la diode dans le noir, ainsi qu'il est montré dans le schéma (c) de la Figure I.

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Le modèle mathématique associé à une cellule se trouve à partir de celui d'une jonction PN. On y ajoute le courant I ph, proportionnel à l'éclairement, ainsi qu'un terme modélisant les phénomènes internes. Le courant I issu de la cellule s'écrit alors: avec:. I ph: photocourant, ou courant généré par l'éclairement (A). I 0d: courant de saturation de la diode (A). R s: résistance série (W). R sh: résistance shunt (W). k: constante de Boltzmann (k = 1, 38. 10 -23). q: charge de l'électron (q = 1, 602. 10 -19 C). T: température de la cellule (°K) On peut déduire de cette expression un schéma équivalent, comme le montre la figure 1: Figure 1: schéma équivalent d'une cellule photovoltaïque La diode modélise le comportement de la cellule dans l'obscurité. La résistance shunt. Le générateur de courant modélise le courant I ph généré par un éclairement. Enfin, les deux résistances modélisent les pertes internes:. Résistance série R s: modélise les pertes ohmiques du matériau.. Résistance shunt R sh: modélise les courants parasites qui traversent la cellule.

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5. Dans l'obscurité et dans le cas idéal, la courbe obéit à l'équation de Shockley suivante: 𝐼 = 𝐼 𝑠 |𝑒𝑥𝑝 [ 𝑞𝑉 𝑛𝐾𝑇] − 1| (I. 4) Où:I s est le courant de saturation, q la charge de l'électron, K la constante de Boltzmann, T la température et n le facteur d'idéalité de la diode. Ce dernier tient compte des recombinaisons. Sous éclairement, un terme I ph, tenant compte du photocourant généré est rajouté. On obtient l'équation suivante: 𝑛𝐾𝑇] − 1| − 𝐼 𝑝ℎ (I. Schéma équivalent cellule photovoltaique d. 5) Dans le cas d'une cellule photovoltaïque réelle, d'autres paramètres tenant compte des effets résistifs, des recombinaisons, des fuites vers les bords, doivent être pris en considération. Le schéma équivalent est représenté sur la Figure I. 6 par un générateur de courant I cc, une diode et deux résistances R s et R sh. R s est une résistance série liée à la résistivité volumique et à l'impédance des électrodes et des matériaux. La pente de la courbe courant-tension au point V oc représente l'inverse de la résistance série (1/R s) (dans le cas où l'illumination est suffisante pour que V oc >>kT/q) R sh est une résistance shunt liée aux effets de bord et aux recombinaisons volumiques.

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Cette double face devient une sorte de pile: le côté très chargé en électrons devient la borne négative (N), le côté avec moins d'électrons devient la borne positive (P). Entre les deux il se crée un champ électrique. Quand les photons viennent exciter les électrons, ceux-ci vont migrer vers la zone N grâce au champ électrique, tandis que les « trous » vont vers la zone P. Ils sont récupérés par des contacts électriques déposés à la surface des deux zones avant d'aller dans le circuit extérieur sous forme d'énergie électrique. Cellule photovoltaïque – Principe de fonctionnement | Planète Énergies. Un courant continu se créé. Une couche anti-reflet permet d'éviter que trop de photons se perdent en étant réfléchis par la surface. Voir le schéma. Le rendement d'une cellule photovoltaïque Le rendement est le rapport entre la puissance En physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... électrique produite et la puissance lumineuse qui tombe sur la cellule. Pour définir celui-ci, les cellules, rassemblées en modules puis en panneaux, sont étalonnées en étant placées face à un simulateur solaire, qui reproduit les conditions optimales: un ensoleillement de 1 000 W de lumière par mètre carré, une température ambiante de 25° C.

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Les études portent surtout sur des cellules doubles dites « tandem », associant du silicium et des couches minces, dont le rendement théorique est de 43%. Les cellules multi-jonctions ont une limite théorique supérieure à 50%. (1) Son fils Henri Becquerel découvrit en 1903, avec Pierre et Marie Curie, les principes de la radioactivité Découverte en 1896 par le physicien français Henri Becquerel, la radioactivité est un phénomène naturel.... (2) 1 micron = 1/1000 de millimètre

Lorsqu'ils frappent un élément semi-conducteur Un semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire l'électricité (la conductivité), initialement faible, peut augmenter en fonction de certains facteurs... comme le silicium Les cristaux de silicium sont issus de la silice, principal composant du sable et du quartz. Le silicium est un matériau semi-conducteur., ils arrachent des électrons à ses atomes L'atome est le constituant fondamental de la matière, la plus petite unité indivisible d'un élément chimique.... Ces électrons se mettent en mouvement, de façon désordonnée, à la recherche d'autres « trous » où se repositionner. Mais pour qu'il y ait un courant électrique, il faut que ces mouvements d'électrons aillent tous dans le même sens. Schéma équivalent cellule photovoltaique en. Pour les y aider, on va associer deux types de silicium. La face exposée au soleil est « dopée » avec des atomes de phosphore qui comportent plus d'électrons que le silicium, l'autre face est dopée avec des atomes de bore Le bore est un élément chimique (symbole B) de type métalloïde et semi-conducteur... qui comportent moins d'électrons.

On peut utiliser du tellurure de cadmium ou du CIGS (cuivre / indium / gallium / sélénium). Les rendements en laboratoire sont proches de ceux du silicium (22, 1% et 23, 3% respectivement). Le silicium peut également être utilisé en couches minces s'il est sous sa forme « amorphe » (non cristallisée). C'est la technologie rencontrée depuis longtemps dans les petites calculatrices mais le rendement est plus faible. Les cellules organiques 1 micron: l'épaisseur (1/1000 de mm) du semi-conducteur déposé pour fabriquer les cellules photovoltaïques à couches minces. Fondées sur des molécules ou des polymères de la chimie organique et non plus sur des semi-conducteurs minéraux comme les précédentes, elles commencent à avoir des applications. Leurs rendements sont encore faibles et la stabilité à long terme n'est pas suffisante mais ces cellules pourraient avoir un très bas coût de production. On rencontre aussi des cellules à pigments photosensibles inspirées de la photosynthèse La photosynthèse est le processus par lequel les plantes (sous l'action de la lumière du soleil) transforment le CO2 et l'eau en matière végétale... végétale appelées cellules à colorants.