Energie solaire

Les cellules photovoltaïques : petites par leur taille, grandes par leur potentiel !

Par Anaïs Hollard , le 28 novembre 2023 - 6 minutes de lecture

Alors que les Français sont de plus en plus nombreux à se ruer sur les panneaux solaires pour alimenter leurs foyers en énergie, il est temps de se pencher sérieusement sur la grande (ou petite) oubliée des systèmes photovoltaïques : la cellule photovoltaïque. Faisons toute la lumière sur ce composant électronique essentiel, à l’origine du fonctionnement de vos panneaux solaires..

La cellule photovoltaïque : qu’est-ce que c’est ?

Vous avez probablement déjà entendu parler de l’énergie solaire et des panneaux solaires, mais qu’en est-il des cellules photovoltaïques qui les composent ? En termes simples, une cellule photovoltaïque, c’est la plus petite unité d’un panneau solaire qui convertit la lumière du soleil en électricité. Imaginez-les comme des travailleurs infatigables, capturant les photons du soleil et les transformant en énergie électrique utilisable.

Si vous jetez un œil à un panneau solaire, vous distinguerez ce petit carré plat et lisse, noir mat ou présentant parfois des reflets bleutés. C’est donc la succession de ces cellules photovoltaïques qui garantit au panneau solaire son efficacité. Essentiellement composées de minces couches de silicium superposées, l’épaisseur des cellules photovoltaïques excède rarement le millimètre. Si ça vous semble peu, c’est pourtant suffisant pour absorber les rayons du soleil, générer de l’électricité et alimenter votre foyer.

Le silicium, kézako ? 🌎
Le silicium est un matériau obtenu à partir de silice, une ressource elle-même présente dans le sable ou encore le quartz. C’est même l’élément le plus abondant de la croûte terrestre, juste après l’oxygène. D’après MinéralInfo, les silicates, minéraux à base d’oxydes de silicium associés à des oxydes métalliques, constituent près de 97 % de la croûte terrestre. Autant dire que nous ne sommes pas prêts d’en manquer !

Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques ?

Si elles ont toutes vocation à capter les rayons du soleil pour les convertir en énergie, il existe tout de même plusieurs grandes familles de cellules photovoltaïques.

Les cellules en silicium monocristallin

Commençons par les cellules en silicium monocristallin. Elles sont réputées pour leur efficacité élevée grâce à une structure cristalline unique. Bien qu’un peu plus coûteuses à produire, elles offrent un excellent rendement énergétique, au moins autour de 20 %, idéal pour les espaces limités, où chaque centimètre compte.

Les cellules en silicium polycristallin

Moins coûteuses que leurs homologues monocristallines, j’ai nommé : les cellules en silicium polycristallin. Leur processus de fabrication est plus simple, ce qui les rend plus abordables. Bien qu’elles aient un rendement légèrement inférieur, environ 15 %, elles restent une option populaire pour ceux qui recherchent un bon compromis entre performance et coût.

Les cellules au silicium amorphe en couche mince

Les cellules au silicium amorphe présentent une structure non cristalline qui les rend flexibles et légères, offrant une polyvalence d’installation que d’autres cellules pourraient envier. Bien que moins efficaces, avec un rendement situé entre 6 % et 9 %, elles trouvent leur place dans des applications uniques, comme les films solaires pour les fenêtres.

Comment fonctionnent les cellules photovoltaïques ?

Maintenant que nous avons rencontré les acteurs, plongeons dans les coulisses du spectacle solaire. Pour appréhender le mécanisme d’une cellule photovoltaïque, il est essentiel de comprendre l’effet du même nom : l’effet photovoltaïque.

Lorsqu’un photon d’énergie entre en contact avec une cellule photovoltaïque composée de matériau semi-conducteur – en l’occurrence, dans le cas de nos panneaux solaires : deux couches de silicium – il arrache un électron à l’atome de silicium (charge négative), ce qui a pour effet de créer un trou dans le matériau (charge positive). Ce processus va participer à « exciter » l’électron. La transmission d’énergie des photons aux électrons contribue ainsi à créer un mouvement de charges électriques, qui produit lui-même un courant à l’intérieur de la matière. C’est donc ce que l’on nomme l’effet photovoltaïque ! C’est la raison pour laquelle, plus on multiplie le nombre des cellules photovoltaïques, plus on maximise la quantité d’électricité obtenue. On compte en moyenne entre 60 et 72 cellules photovoltaïques sur chaque module solaire.

Le photovoltaïque made in France 🇫🇷🐓
Pour la petite histoire, l’effet photovoltaïque ne date pas d’hier. D’ailleurs, sa découverte remonte même à un peu plus de cent ans. C’est en effet au XIX^ème siècle que les physiciens français Antoine et Edmond Becquerel (père et fils) découvrent ce processus fascinant. Il sera ensuite utilisé dès 1883 par Charles Fritts, un ingénieur américain cette fois-ci, qui mettra au point la première cellule photovoltaïque telle que nous la connaissons. C’est toutefois seulement au milieu du XX^èmeque la recherche s’accélérera et que les systèmes solaires se développeront, pour atteindre la notoriété que nous leur connaissons aujourd’hui !

Est-ce qu’il existe des alternatives aux cellules photovoltaïques ?

Le monde de l’énergie solaire n’est pas limité aux seules cellules photovoltaïques. Une alternative intrigante est la technologie solaire thermique, qui utilise la chaleur du soleil pour produire de l’électricité. C’est comme un sauna pour l’énergie ! Cependant, les cellules photovoltaïques demeurent les stars incontestées en matière de conversion directe de la lumière en électricité.

Depuis quelques années, les scientifiques s’attellent également à explorer d’autres pistes et découvrir des alternatives efficaces aux cellules photovoltaïques à base de silice. Les cellules CZTS, qui ne sont à ce jour qu’en cours d’élaboration, sont par exemple un mariage de cuivre, de zinc, d’étain et de soufre. Des matériaux disponibles en grande quantité sur la surface de la Terre. Souvent appelées cellules à colorants, cellules à polymères ou encore cellules à pérovskites, les cellules solaires organiques, d’ores et déjà utilisées dans la fabrication de panneaux solaires, sont quant à elles composées de matériaux semi-conducteurs de synthèse.

Bien que petites par leur taille, les cellules photovoltaïques détiennent un potentiel immense pour transformer notre façon de produire et de consommer de l’énergie. Qu’elles soient à base de silice ou de matériaux synthétiques, ces cellules ouvrent la voie à un avenir plus propre et respectueux de l’environnement. Alors, prêts à laisser briller le soleil dans votre vie ? 🌞

Anaïs Hollard

Captivée par les sujets liés à l’énergie, Anaïs a longtemps collaboré avec de grands acteurs du secteur, avant de choisir la voie de l’indépendance, en tant que journaliste web. Aujourd’hui, elle continue de délivrer son expertise en matière d’énergie et de transition écologique. Ses passions : la lecture, l’écriture (forcément) et les DIY créatifs !

Voir les publications de l'auteur