Tpe : Les Panneaux solaires

[invite693383fb]

Bonjour tout le monde !!
J'ai ma partie a faire sur les panneaux solaires et je ne comprends pas très bien comment la cellule photovoltaique fonctionne, je sais juste qu'elle traduit le soleil en électricité.J'ai aussi trouvé un diapo...mais sa ne m'aide pas vraiment. Est ce que quelqu'un pourrait me donner une explication assez simple?

J'aimerai mettre en place une expérience pour montrer le fonctionnement d'un panneau solaire, avez vous une idée de l'expérience dont je pourrai faire ?

Merci d'avance!
-----

[Tilleul]

Ok alors je vais essayer de m'y coller sans rentrer dans des notions trop compliqués (ce qui veut dire que je vais simplifier et dire des trucs qui ne sont pas forcément exhaustifs et en plus je suis pas certain de connaitre tous les termes en français et en plus ça va se voir que j'ai oublié toute ma mécanique quantique ...).

Un courant électrique ça correspond à un mouvement d'électron.

Pour que les électrons se bougent il faut qu'il y ait une force qui les pousse à bouger (un champs électrique qui se traduit par la tension en volts) et surtout qu'il n'y ait rien qui l'empêche de bouger.

En effet les électrons peuvent être plus ou moins attaché à leurs atomes. C'est ce qui différencie les matériaux dits isolants des matériaux dits conducteurs.

Dans un isolant les électrons sont très fortement liés à leur atomes.

Dans un conducteur les électrons sont beaucoup plus libre de se ballader. Avec un peu d'énergie ils passent dans l'état d'électron libre qui leur permet d'être déplacé.

Pour faire un panneau photovoltaïque on utilise une troisième classe de matériau : les semi-conducteurs. Dans un semi-conducteur il existe un seuil d'énergie transmis à l'électron à partir duquel celui-ci va se trouver dans un état d'électron libre, cet électron va devoir perdre la totalité de cette énergie avant de se retrouver dans son état plus stable. Cette quantité dépend du matériau utilisé, par exemple pour le silicium il est de 1,11 eV à température ambiante. Tant qu'un électron n'a pas reçu ses 1,11 eV il reste dans un état stable et ne va pas pouvoir être déplacer, dès qu'il a reçu ses 1,11 eV il ne va pas revenir dans un état stable avant d'avoir perdu la totalité de cette énergie.

Pour résumé, pour une même quantité d'énergie on peut avoir :

l'électron de l'isolant qui va rester à coté de son atome
l'électron du conducteur qui va passer en électron libre et va très rapidement perdre son énergie pour revenir vers son atome
et enfin dans un semi-conducteur l'électron va passer en électron libre et va lentement revenir vers son atome.

J'ai dit que le silicium était un semiconducteur... Maitenant si j'ai une plaque de silicium pure et que je la mets au soleil qu'est-ce qui se passe ? Les photons qui composent la lumière vont donner de l'énergie à nos électrons, ceux qui reçoivent des photons qui n'ont pas assez d'énergie vont rester à coté de leur atome, ceux qui reçoivent assez d'énergie vont passer en électron libre...et revenir peu après dans leur état stable en libérant leur surplus d'énergie sous forme de chaleur.

Ben oui, c'est pas tout de les charger en énergie il faut ensuite les pousser à se déplacer avec un champs électrique.

C'est le rôle des impuretés de créer cette "pression". D'un coté on va prendre du silicium pure dans lequel on va ajouter un autre élément qui a un peu plus d'électron capable de faire des liaisons avec les autres atomes comme le phosphore (cf la table périodique des éléments, repère Si et regarde ou est situé P). De l'autre coté on va prendre du silicium pure dans lequel on va ajouter un autre élément qui a un peu moins d'électron capable de faire des liaisons avec les autres atomes (le Bore... même remarque que précédemment).

On a alors une couche de silicium "dopé" négativement et une couche de silicium dopé positivement.

Maintenant quand un photon va exciter un électron a cette jonction et le mettre dans un état d'électron libre, l'électron libre va être repoussé par le surplus d'électron introduit par une impureté et attiré par l'absence d'électron introduit par l'autre.

Electron libre + champs électrique on obtient ainsi un courant électrique.

J'ai pris l'exemple du silicium parce que c'est le plus connu mais selon le même principe on peut utiliser un autre semiconducteur comme le tellurure de cadmium (CdTe) ou l'arsenure de gallium (GaAs)...

Pfiou... bon j'ai essayé de faire au plus simple mais si t'as des questions hésite pas...

Pour une expérience, il y a le protocole pour réaliser soit même une cellule photovoltaïque (avec une efficacité très très basse évidemment) ici :

http://scitoys.com/scitoys/scitoys/echem/echem2.html