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Cellule photovoltaïque (Article original: https://de.wikipedia.org/wiki/Solarze

Cellule photovoltaïque (Article original: https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle) Une cellule solaire (également appelée cellule photovoltaïque en termes techniques ) est un composant électrique qui convertit l'énergie radiante , généralement la lumière du soleil , directement en énergie électrique . L'application de la cellule solaire est le photovoltaïque , où elle sert de source d'énergie . La base physique de la conversion est l' effet photovoltaïque , qui est un cas particulier de l' effet photoélectrique interne . Cellules solaires en silicium polycristallin dans un module solaire Il existe de nombreux types de cellules différents qui peuvent être différenciés à la fois en fonction du matériau semi - conducteur utilisé et en fonction de la technologie des cellules (à base de plaquettes ou à couches minces ). Le matériau semi-conducteur le plus important est le silicium , à partir duquel environ 90% de toutes les cellules solaires fabriquées dans le monde ont été fabriquées en 2013; la part de marché des cellules à couche mince était d'environ 10%. [1] La connexion en série de cellules solaires individuelles et l'encapsulation finale créent les modules solaires utilisés pour générer de l'énergie. Dans le cas des modules à couches minces, la connexion en série est intégrée dans le processus de production des cellules; dans le cas des modules cristallins répandus, elle est mise en œuvre en soudant des connecteurs sur des cellules solaires finies. Parfois, les éléments d'un capteur solaire sont également communément appelés à tort cellules solaires. Cependant, ils ne produisent pas d'électricité, mais traitent la chaleur et stockent leur énergie dans un ballon d'eau chaude ( chaudière ). Table des matières  Classification o Aperçu o Matériel o Disponibilité des matériaux o Dessins et modèles o Principe de fonctionnement  Cellules solaires en silicium o Fabriqué à partir de blocs ou de barres de silicium  Processus de coulée du lingot  Méthode Bridgman  Méthode Czochralski  Processus de fusion de zone  Fabrication de plaquettes  Traitement des plaquettes o Production directe de panneaux ou de couches  Procédure EFG  Processus chaîne-ruban  Processus de transfert de couche o Cellules solaires en silicium «sale» o Cellules solaires fabriquées à partir de structures spéciales en silicium  Cellules solaires pérovskite  Autres cellules solaires o Cellules à film mince o Cellules concentrateurs o Cellules solaires à jonctions multiples o Cellule solaire à colorant électrochimique o Cellules solaires organiques o Cellule solaire hybride o Cellule fluorescente o Cellules pour le photovoltaïque thermique (TPV)  l'histoire o Réduction des coûts et croissance des installations mondiales  Formes et tailles  Efficacité o Limite thermodynamique I. o Limite thermodynamique II o Limite Shockley-Queisser  caractéristiques techniques o Schémas de circuits  Schéma de circuit équivalent simplifié  Schéma de circuit équivalent étendu (modèle à une et deux diodes)  Amortissement énergétique et facteurs de récolte  protection environnementale  Évaluation de sécurité  Voir également  Littérature  liens web  Preuve individuelle Classification Aperçu Partages des différentes technologies Couche mince Ruban de ficelle polycristallin monocristallin Test à la lumière noire des cellules solaires à triple jonction GaAs de la sonde spatiale Dawn [2] Les cellules solaires peuvent être classées selon divers critères. Le critère le plus courant est l'épaisseur du matériau. Une distinction est faite entre les cellules à couche épaisse et à couche mince. Un autre critère est le matériau semi - conducteur utilisé . Le silicium est le plus utilisé. D'autres semi- conducteurs tels que le tellurure de cadmium et l'arséniure de gallium sont également utilisés . Dans les cellules solaires dites tandem , on utilise des couches de différents semi-conducteurs, par exemple de l'arséniure d'indium et de gallium en combinaison avec du phosphure d' indium et de gallium . La structure cristalline peut être cristalline ( mono / polycristalline ) ou amorphe . En plus des matériaux semi-conducteurs inorganiques, il existe également des cellules solaires organiques et des cellules solaires à colorant ainsi que des hybrides inorganiques-organiques. [3] Le développement n'est en aucun cas complet. Matériel Panneau solaire 1. Cellules de silicium o Film épais  Les cellules en silicium monocristallin (c-Si) ont un rendement supérieur à 25% et une densité de puissance de 20 à 50 W / kg lorsqu'elles sont utilisées à grande échelle . La technique est considérée comme bien maîtrisée.  Les cellules polycristallines , également appelées cellules multicristallines (poly-Si ou mc-Si), ont des temps de récupération d'énergie relativement courts et sont devenues les cellules les plus courantes. Dans une utilisation à grande échelle, ils atteignent un rendement d'un peu moins de 18%. Le fait de se dispenser de la recristallisation consommatrice d'énergie et chronophage d'un monocristal est payé avec des performances quelque peu inférieures. Les cellules expérimentales atteignent des rendements de plus de 20%. [4] o Couche mince  Le silicium amorphe (a-Si) a obtenu la plus grande part de marché des cellules à couches minces à partir des années 1980. Ils sont connus grâce à de petites applications comme les calculatrices de poche. Les rendements des modules sont compris entre 5 et 7% et ont une densité de puissance allant jusqu'à environ 2000 W / kg. Il n'y a aucun goulot d'étranglement matériel ici, même lors de la production à l'échelle du térawatt. Avec des cellules tandem et triples, dont certaines ont une sensibilité spectrale différente, il a été possible de réduire les problèmes de dégradation en plus d'augmenter l'efficacité de 10 à 20%.  Silicium cristallin, par ex. B. Le silicium microcristallin (µc-Si) est également utilisé en combinaison avec du silicium amorphe en tant que cellules en tandem et atteint ainsi des rendements plus élevés allant jusqu'à 15% attendus. [5] [6] Ils sont faits de silicium amorphe, semblable aux cellules solaires. En combinant deux cellules solaires avec une sensibilité spectrale différente (bande interdite), la face avant devant bien entendu être semi-transparente, une efficacité globale plus élevée peut être obtenue. Cependant, avec un circuit série facile à mettre en œuvre, la correspondance requise des courants ne peut être réalisée que de manière très imparfaite. Les duos de cellules solaires dans une connexion parallèle qui est plus prometteuse dans des conditions pratiques ou avec une électronique correspondante ne sont connus que comme des expériences de laboratoire. o Si Wire Array (étape laboratoire): En équipant une surface avec les fils les plus fins, cette nouvelle cellule solaire est flexible et ne nécessite que 1% de la quantité de silicium par rapport aux cellules solaires conventionnelles. [7] [8] [9] 2. Cellules solaires semi-conductrices III-V o Les cellules en arséniure de gallium (GaAs) se caractérisent par des rendements élevés (expérimentalement jusqu'à 41,1% en 2009 [10] ), une très bonne résistance à la température, moins de perte de puissance lorsqu'ils sont chauffés que les cellules en silicium cristallin et une robustesse aux rayons UV. Cependant, leur fabrication est très coûteuse. Ils sont souvent utilisés dans les voyages spatiaux (phosphure d'indium de gallium, (Ga, In) P / arséniure de gallium, GaAs / germanium, Ge). Les cellules triples (cellules solaires en tandem avec trois jonctions pn empilées de manière monolithique ) ont le rendement le plus élevé disponible dans le commerce, soit près de 30%. [11] 3. Cellules solaires semi-conductrices II-VI o Les cellules CdTe peuvent être produites à très bon marché à l'échelle industrielle par dépôt chimique en bain (CBD) ou dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et sont utilisées dans les cellules solaires à couches minces ; pour une cellule solaire de laboratoire (19,6 ± 0,4)% [12] ont déjà été atteints, rendement des modules entre-temps (2007) à 10%, comportement à long terme pas encore connu. 4. Cellules solaires semi-conductrices I-III-VI o Les cellules solaires CIS et CIGS ( Chalkopyrite ) sont constituées de diséléniure de cuivre- indium-gallium ou de disulfure de cuivre-indium . Ce matériau est utilisé dans les cellules solaires à couches minces - ici, le CIGS est le matériau le plus puissant avec une efficacité de laboratoire de 22,6% (juin 2016). L'efficacité du module est actuellement de 17,4% (en février 2012 [13] ). En 1999, Siemens Solar a pu montrer les premiers modules. Différents fabricants ont développé différents procédés de fabrication. Jusqu'à présent, malgré l'excellente conception, aucun d'entre eux n'a atteint de part de marché significative. L'indium est cher et une ressource limitée. 5. Cellules solaires organiques (VPO) : La chimie organique fournit des matériaux qui peuvent permettre la fabrication rentable de cellules solaires. L'inconvénient précédent est leur rendement actuellement encore médiocred'un maximum de 17,3% [14] et la durée de vie très courte (max. 5000 h) des cellules. 6. Cellules à colorant - cellules de Grätzel , DSC ou DSSC (cellule à colorant (solaire)) - utilisent des colorants organiques pour convertir la lumière en énergie électrique; un processus basé sur la photosynthèse. Ils sont pour la plupart violets. Avec un polymère conducteur tel que le polypyrrole à la cathode, ces cellules offrent le meilleur rendement de toutes les cellules solaires organiques de plus de 10%, mais ont une durée de vie limitée en raison d'électrolytes agressifs. 7. Cellules électrolytiques semi-conductrices : par ex. B. solution d'oxyde de cuivre / uploads/Industriel/ cellule-photovoltaique.pdf