Cellule solaire

La conversion photovoltaïque est la transformation de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Les dispositifs capables d’effectuer cette transformation sont appelés cellules solaires ou photovoltaïques.

Le principe d’une cellule solaire est basé sur le phénomène physique appelé « effet photovoltaïque ». Celui-ci consiste à établir une force électromotrice lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière. La tension générée peut varier entre 0.3 V et 0.7 V en fonction du matériau utilisé, de sa disposition, de la température de la cellule ainsi que du vieillissement de la cellule [1].

Structure et principe de fonctionnement

La figure 1.1 illustre la structure d’une cellule PV typique. On voit clairement qu’elle est réalisée à partir de deux couches de semiconducteurs : une dopée P (dopée au bore) et l’autre couche dopée N (dopée au phosphore) créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par le semi-conducteur, ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons (charges N) et des trous (charges P). Ceci crée alors une différence de potentiel entre les deux couches. Cette différence de potentiel est mesurable entre les connexions des bornes positives et négatives de la cellule [2].

Le courant délivrée sur une charge par une cellule solaire éclairée s’écrit :

Pour une cellule solaire idéale, l’équation (1 .1) peut être écrite sous la forme suivante :

Avec:

Is : Courant de saturation de la diode

q : charge élémentaire

K : constante de Boltzmann

T : la température.

Pour une cellule réelle, l’expression (1. 2) est alors remplacée par :

Is: le courant de saturation inverse de la diode.

n: facteur d'idéalité de la diode.

Sur la figure (1. 2) nous reportons cette caractéristique.

Influence de la température et du rayonnement

 1 Influence de la température

La température est un paramètre très important dans le fonctionnement des cellules solaires vu que les propriétés électriques d'un semi-conducteur sont très sensibles à la température [3].

Sur la figure (1.3), nous reportons les caractéristiques courant-tension pour différentes températures, sous un ensoleillement donné ( E=1000W/m²),

2 Influence du rayonnement

De  la  même  manière  que  la  température,  la  jonction  PN  réagit différemment selon l’énergie qu’elle reçoit. Plus elle reçoit d’énergie plus elle en restitue [3]. La variation de la caractéristique   est représentée sur les courbes suivantes : 

L’évolution du courant de court-circuit Isc et de la tension du circuit ouvert Voc avec la température pour un ensoleillement E=100mW/cm2 est alors donnée sur la figure (1. 4)