Présentés comme une source d’énergie de remplacement prometteuse depuis des décennies, les panneaux solaires couronnent les toits et les panneaux de signalisation routière et aident à maintenir l’alimentation en énergie des engins spatiaux. Mais comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Le procédé chimique

En termes simples, un panneau solaire fonctionne en permettant aux photons, ou particules de lumière, de libérer les électrons des atomes, générant ainsi un flux d’électricité. Les panneaux solaires comprennent en fait de nombreuses unités plus petites appelées cellules photovoltaïques. (Photovoltaïque signifie simplement qu’ils convertissent la lumière du soleil en électricité.) De nombreuses cellules reliées entre elles forment un panneau solaire.

Chaque cellule photovoltaïque est essentiellement un sandwich composé de deux tranches de matériau semi-conducteur, généralement du silicium – la même substance utilisée en microélectronique.

Pour fonctionner, les cellules photovoltaïques doivent établir un champ électrique. Tout comme un champ magnétique, qui se produit en raison de pôles opposés, un champ électrique se produit lorsque des charges opposées sont séparées. Pour obtenir ce champ, les fabricants « dope » le silicium avec d’autres matériaux, donnant à chaque tranche du sandwich une charge électrique positive ou négative.

Plus précisément, ils ensemencent du phosphore dans la couche supérieure de silicium, ce qui ajoute des électrons supplémentaires, avec une charge négative, à cette couche. Pendant ce temps, la couche inférieure reçoit une dose de bore, ce qui entraîne une diminution du nombre d’électrons ou une charge positive. Tout cela s’additionne à un champ électrique à la jonction entre les couches de silicium. Puis, lorsqu’un photon de lumière solaire frappe un électron libre, le champ électrique pousse cet électron hors de la jonction de silicium.

Quelques autres composants de la cellule transforment ces électrons en énergie utilisable. Des plaques métalliques conductrices sur les côtés de la cellule collectent les électrons et les transfèrent aux fils. À ce moment-là, les électrons peuvent circuler comme n’importe quelle autre source d’électricité.

Les nouvelles générations de cellules solaires

Récemment, les chercheurs ont produit des cellules solaires ultraminces et flexibles qui n’ont qu’une épaisseur de 1,3 micron – environ 1/100e de la largeur d’un cheveu humain – et qui sont 20 fois plus légères qu’une feuille de papier de bureau. En fait, les cellules sont si légères qu’elles peuvent être posée sur une bulle de savon sans la faire éclater.

Et le plus impressionnant étant qu’elles produisent de l’énergie avec à peu près autant d’efficacité que les cellules solaires à base de verre. Des cellules solaires plus légères et plus flexibles comme celles-ci pourraient être intégrées à l’architecture, à la technologie aérospatiale ou même à l’électronique portable.

 

Les autres types de technologies à énergie solaire

Il existe d’autres types de technologie d’énergie solaire – y compris l’énergie solaire thermique et l’énergie solaire concentrée (CSP) – qui fonctionnent d’une manière différente des panneaux solaires photovoltaïques, mais tous exploitent l’énergie de la lumière du soleil pour créer de l’électricité ou pour chauffer l’eau ou l’air.