Bonjour à tous  

Détrompez-vous, malgré le titre l'équipe d'Hypo-thèse ne part pas en vacances !  

Je vous annonce aujourd'hui la sortie d'une série de news à propos d'énergie/écologie qui est un domaine que j'apprécie particulièrement. Je tenterai de vous informer une fois par semaine des progrès réalisés dans ce domaine dont l'importance n'est plus à démontrer !

Pour commencer je vous propose non pas une news mais un bref topo sur les panneaux solaires car nous en aurons besoin dans les semaines suivantes.

Cette news est consacrée au problème des pertes pour les panneaux solaires photovoltaïques monojonction. La prochaine sera consacrée au problème de la concentration. Ensuite, nous verrons quelques alternatives, exploits, grandes idées du domaine des énergies photovoltaïques.

Je tiens à commencer la news par une mise au point. On a parfois tendance à l'oublier mais il existe deux types de panneaux solaires totalement différents. On a d'une part les panneaux thermiques et d'autre part les photovoltaïques.



Le principe de ces panneaux est le suivant : des tubes contenant un liquide caloporteur (càd transportant la chaleur) sont enfermés dans une boite vitrée prévue pour un effet de serre optimal de sorte à chauffer le liquide caloporteur.
Les panneaux solaires qu'on observe sur les habitations sont généralement de ce type-là. On les reconnait car il sont relativement épais et on observe une série de lignes parallèles.



Le principe dans ce cas-ci est de créer de l'électricité à partir de la lumière. L'énergie apportée par la lumière va permettre à un électron d'être libéré de son atome. Si cet électron est libéré dans une zone où règne un champ électrique, il apparaitra alors un courant. Pour ce faire on utilise une jonction PN.

Ces panneaux sont moins utilisés car d'une part ils sont plus chers et d'autre part ont un moins bon rendement. Les panneaux photovoltaïques sont fins et composés d'une multitude de cellules comme celle de droite.

Avantages :

• [*]peu dépendants de la température (attention, ils fonctionnent moins bien à haute température)
  
• [*]Le surplus peut être réinjecté dans les circuits de distribution
  
• [*]Légers, miniaturisables
  
• [*]Le domaine d'applications (l'électronique) est plus important que celui du thermique
  

Désavantages :

• [*]Coute cher, très cher
  
• [*]La méthode de fabrication (MOCVD) est polluante
  
• [*]Rendement faible
  

Alors qu'on a plus ou moins atteint un rendement maximal pour le solaire thermique, beaucoup d'investigations sont à réaliser pour le photovoltaïque, d'une part pour diminuer son cout, d'autre part pour augmenter son rendement. Voici quelques problématiques et quelques pistes pour résoudre ces problèmes.

Obtenir un meilleur rendement
Actuellement, tous les panneaux solaires commerciaux utilisent une technologie au silicium, élément abondant qui représente 28% de notre écorce terrestre. On parvient maintenant facilement à obtenir du Si très pure et de très grande qualité cristalline (voir tirage Czochralski). Oui mais...
Le problème du silicium dans les application photovoltaïque est que son énergie de bande interdite (énergie pour exciter les électrons) n'est pas idéale car elle ne se situe pas dans le visible mais dans l'infrarouge.

Regardons le spectre d'émission du Soleil :

Ce qu'on observe c'est que la bande interdite du silicium se situe dans l'infrarouge ! Or le Soleil émet préférentiellement dans le visible.

Oui et alors ?
Petit rappel, l'énergie d'un rayonnement (plus précisément d'un photon) est proportionnel à sa fréquence {1} (inversement proportionnel à sa longueur d'onde, la longueur d'onde définissant la couleur des rayons).

Comme indiqué sur le schéma ci-dessus, pour exciter un électron du silicium il faut apporter 1,1eV {2} au minimum (c'est l'énergie de bande interdite), cette énergie correspond à un rayonnement infrarouge. La lumière visible quant à elle est plus énergétique puisque sa longueur d'onde est plus courte (donc une fréquence plus élevée). D'un côté il vaut mieux que l'énergie de bande interdite se situe dans l'infrarouge que dans l'ultraviolet, ainsi la lumière visible peut participer à l'effet photovoltaïque mais l'excès d'énergie de la lumière visible est malheureusement perdu et est inutilisable, au contraire cette énergie excédentaire est même nuisible.

Comment faire ?
Pour remédier à ces pertes, on préconise l'utilisation de multijonctions. C'est-à-dire qu'au lieu d'avoir une seule couche dans laquelle s'établit un courant, on va utiliser plusieurs couches, chacune des couches va contribuer à l'effet photovoltaïque pour une certaine gamme de longueur d'onde.

La difficulté c'est la réalisation de ce type de matériau qui se fait généralement par MBE {3}, un procédé lent et cher (les applications commerciales pour les panneaux sont donc impensables).
Il faut trouver des matériaux qui absorbent au mieux sa propre gamme d'énergie sans refléter les autres ! Ce sont des défis technologiques assez complexes.


Notes :
{1} 1eV = 1 électron-Volt, c'est l'énergie d'un électron soumis à un Volt, ce qui correspond à 1,6.10^-19 Joule. Le Joule est l'unité officielle mais pour les petites énergies l'eV est plus pratique.
{2} E=h.ν    (ν étant la fréquence du rayonnement et h la constante de Planck)
{3} Le premier chapitre du travail http://fr.hypo-theses.com/travaux-info~id(21).html est consacré à la MBE.

Liens :

• [*]Travail sur le photovoltaïque (fr)
  
• [*]La MOCVD (en)
  
• [*]La constante de Planck (fr)
  
• [*]Le premier chapitre du travail http://fr.hypo-theses.com/travaux-info~id(21).html est consacré à la MBE. (fr)
  

Super intéressant !

Merci !!!