Une cellule photovoltaïque est un composant électronique de faible épaisseur et constitué de cinq couches différentes : une couche anti-reflet, deux couches conductrices (cathode et anode) et deux couches de silicium dopées. Avec l'action des photons du Soleil, plusieurs étapes ont lieu dans les différentes couches permettant ainsi de comprendre le fonctionnement de ces cellules et leur production d'électricité.
À l'aide du schéma représentant une cellule photovoltaïque, décrire les différentes étapes permettant la production d'électricité.
Identifier la couche en contact avec la lumière
On identifie sur la cellule photovoltaïque la couche qui est en contact avec la lumière.
La couche en contact avec la lumière est la couche limite.
Déterminer le dopage de cette couche
On détermine le dopage de cette couche en observant sur la figure le dopage n ou p du silicium :
- S'il s'agit de silicium dopé n, la couche possède un excès d'électrons.
- S'il s'agit de silicium dopé p, la couche possède un défaut d'électrons.
La couche en contact avec la lumière est une couche de silicium dopé n : elle possède donc un excès d'électrons.
Déterminer le dopage de la couche inférieure
On détermine le dopage de la couche inférieure en observant sur la figure le dopage n ou p du silicium :
- S'il s'agit de silicium dopé n, la couche possède un excès d'électrons.
- S'il s'agit de silicium dopé p, la couche possède un défaut d'électrons.
La couche inférieure est composée de silicium dopé p : elle possède donc un défaut d'électrons.
En déduire l'existence d'une champ électrique
On en déduit l'existence d'un champ électrique qui est présent car les deux couches sont dopées de charges différentes.
Les deux couches, dopées n et p, possèdent un défaut et un excès d'électrons : un champ électrique existe entre les deux couches.
Rappeler l'action de la lumière sur un atome
On rappelle que la lumière, avec son énergie h\nu, peut arracher un électron à un atome si l'énergie fournie est suffisante.
La lumière, avec son énergie h\nu, peut arracher un électron à un atome si l'énergie fournie est suffisante.
Déterminer le trajet de l'électron libéré
Avec la présence du champ électrique entre les deux couches, on détermine que l'électron ainsi libéré va se diriger vers l'électrode négative.
Avec la présence du champ électrique entre les deux couches, l'électron ainsi libéré va se diriger vers l'électrode négative.
Conclure sur le trajet de l'électron
On en conclut que l'électron arrivant à l'électrode négative va emprunter le circuit extérieur (en alimentant une lampe par exemple) et rejoindre la couche déficitaire en électrons (couche dopée p).
L'électron arrivant à l'électrode négative va emprunter le circuit extérieur (en alimentant la lampe) et rejoindre la couche déficitaire en électrons (couche dopée p).