De quoi est composé un panneau photovoltaïque et comment fonctionne-t-il ?

Un panneau photovoltaïque est composé de plusieurs cellules associées en série ou en parallèle, qui sont des composants électroniques permettant cette transformation. Ces cellules étant fragiles, elles sont enveloppées par une couche de verre, résistant aux chocs et aux intempéries et parfois recouvertes d’une couche anti-reflet.

Les cellules photovoltaïques sont constituées d’un matériau dit « semi-conducteur », la plupart du temps du silicium. Ce type de matériau se trouve à mi-chemin entre les isolants et les conducteurs. Sa conductivité électrique est donc moyenne mais suffisante pour permettre le passage d’un courant électrique, notamment lorsqu’il est dopé (on lui a ajouté des charges + ou -).

Plus précisément, le fonctionnement est le suivant : les modules sont constitués de deux couches de semi-conducteur, une couche dopée n (chargée négativement) et une couche dopée p (chargée positivement). Ces deux couches de signes opposés créent un champ électrique, on parle de jonction PN. Lorsque le module absorbe les photons provenant du soleil, cela crée des paires électrons/trous dans le matériau, ou encore charges négatives/charges positives. Comme il est bien connu, les charges de signe opposé s’attirent ! Les électrons vont donc aller vers la couche dopée p et les trous vont se déplacer jusqu’à la couche dopée n. Ce mouvement de charges engendre un courant électrique, qui est recueilli dans un circuit conducteur placé sous les cellules et qui relie l’ensemble des cellules d’un panneau.

Le silicium peut avoir différentes natures dans les cellules photovoltaïques, principalement : amorphe, monocristallin ou polycristallin. La cellule en silicium amorphe est celle que l’on trouve par exemple sur l’écran de nos calculatrices. Elle fonctionne par faible éclairement mais elle est aussi celle ayant le moins bon rendement* (moins de 10%). Elle utilise la technologie des « couches minces » qui consiste à déposer une fine couche d’un matériau sur un substrat (verre, acier inoxydable, plastique…).

Il y a ensuite le silicium monocristallin, qui est obtenu par un refroidissement tel que le silicium se solidifie en un seul bloc. Ses cellules bleues uniformes sont celles ayant le meilleur rendement (15% environ).

Enfin, le silicium polycristallin, donnant des cellules bleues non uniformes, est obtenu par un refroidissement plus lent faisant apparaitre plusieurs cristaux dans la matière. Le rendement de ce dernier type de cellules est intermédiaire, environ 10%. Les deux types de modules cristallins couvrent la majorité du marché photovoltaïque actuel. Des recherches s’effectuent sur les cellules photovoltaïques organiques, à base notamment de polymères, qui devraient être plus souples, plus légères et moins chères.