Les productions électriques

3. LE PHOTOVOLTAÏQUEA côté des solutions «classiques» des chapitres précédents, il faut tenir compte de solutions plus«modernes» dont - en particulier - celle des cellules photovoltaïques. Cette technique, pratiquéedans l’espace depuis une quarantaine d’années, soufre d’une difficulté majeure qui n’a jamais puêtre vraiment surmontée, malgré des prospectives souvent optimistes : le coût. Il n’en reste pasmoins que le photovoltaïque peut être parfois utilisé dans les applications terrestres.3.01. Les matériaux photovoltaïquesL’effet photoélectriqueLa conversion directe du rayonnement solaire enélectricité est due à l’effet photoélectrique dont ladécouverte est déjà ancienne (18 e siècle), effet où il y alibération d’un électron lorsqu’un photon d’énergie suffisanteest absorbé par certains matériaux. On distinguedeux types d’effets photoélectriques : «externe» et«interne», le second étant le seul pris ici en compte.Dans ce cas il faut qu’un champ électrique se créenaturellement dans la masse, ce qui est la propre desjonctions de matériaux semiconducteurs différents.Le rendementL’un des aspects essentiels du phénomène est sonrendement de production d’électricité, un rendementqui varie selon les matériaux utilisé, la table ci-contre- très générale - illustrant les valeurs essentielles. Dansla pratique on a surtout utilisé jusqu’ici le silicium (voir§ 3.03), mais la situation pourrait évoluer ces prochainesannées, avec la mise en service de nouvellesusines.L’influence de l’épaisseurLe coût étant essentiel on peut avoir tendance à utiliserdes couches très minces de matériaux photo-électriques.Comme l’indique le schéma ci-contre (attention,ordonnée d’échelle logarithmique) il faut prendrequelques précautions de façon à ce que les photonspuissent pénétrer suffisamment.L’influence de la températureAfin d’améliorer les résultats on peut être tenté d’utiliserdes systèmes optiques de concentration du rayonnement(voir L04), mais on utilise alors d’assez fortestempératures, fort défavorables au rendement commel’indique la table ci-contre. C’est une des raisons pourlesquelles nous ne parlerons pas ici des dispositifs àconcentration.Rendements photoélectriques typesMatériauxSilicium (Si) en masseSilicium en film minceGaAs/GaAlAs(niveau expérimental, exemples)CdS/Cu 2SCdTeInPSiC ou GaPénergie absorbée [%]Rendements types[%]12 à 182 à 516 à 205 à 85 à 62 à 51 à 3RENDEMENTS TYPES selon températureTempérature du semi-conducteurMatériau 0 [°C] 100 [°C] 200 [°C]SiGaS/GaPGaAs1001010,1 1 10 100épaisseur (Si) [µm]25 %19 %28 %14 %16 %21 %6 %13 %13 %9