Qu'est-ce que l'effet photovoltaïque?

L'effet photovoltaïque est le processus par lequel un courant électrique sous forme de tension est créé lorsque le rayonnement électromagnétique est exposé à un certain matériau. À l'aide de cellules solaires, l'effet photovoltaïque se produit lorsque de très courtes longueurs d'onde de la lumière du soleil impactent la matière et excitent les électrons. Le rayonnement électromagnétique est émis par le panneau solaire et collecté par un autre matériau. Cette éjection d'électrons entraîne l'accumulation de tension créant de l'énergie pouvant être stockée dans une cellule de batterie pour une utilisation ultérieure. Deux électrodes sont utilisées pour collecter la tension, qui peut être transférée dans le réseau électrique.

Différents types de rayonnement électromagnétique entraînent différents niveaux d'exposition dans les cellules solaires en raison de la fréquence. La lumière visible crée l’effet photovoltaïque lorsqu’elle affecte les métaux alcalins, la lumière ultraviolette le crée dans d’autres métaux, la lumière ultraviolette extrême étant utilisée pour les non-métaux. Ce concept a été observé pour la première fois en 1902 par Philipp Eduard Anton von Lenard lorsqu'il a découvert que différentes couleurs de la lumière, également appelées fréquence, émettent différents niveaux d'électrons. Auparavant, la théorie des ondes lumineuses de James Clerk Maxwell affirmait que l'intensité du rayonnement créerait une énergie proportionnelle en électrons. Cette nouvelle théorie explique que les photons sont responsables de la création de l’éjection d’électrons et fonctionnent comme des particules individuelles plutôt que comme des ondes constantes.

Le physicien AE Becquerel a reconnu le concept de l'effet photovoltaïque du soleil en 1839, mais sa compréhension était limitée. En 1883, Charles Fritts construisit la première cellule solaire en utilisant un semi-conducteur au sélénium recouvert d'une fine couche d'or. Cette première utilisation d’une cellule solaire n’était efficace qu’à un pour cent. Ce n’est qu’en 1954 que les laboratoires Bell ont mis au point un moyen pratique de capter l’énergie solaire.

La façon dont l'effet photovoltaïque est exploité à l'aide de cellules solaires est très basique. Essentiellement, les photons de la lumière solaire ont un impact sur le panneau solaire et sont absorbés par le matériau. Les électrons chargés négativement dans le matériau sont éliminés des atomes, ce qui produit de l'électricité. Cette situation est contrôlée en permettant aux électrons de se déplacer dans une seule direction du panneau, provoquant une action inverse dans laquelle des particules chargées positivement s’écoulent dans la direction opposée. Avec ces deux actions, un courant électrique direct peut être exploité par la réaction électromagnétique.

L'effet photovoltaïque est essentiel pour de nombreux processus de la vie moderne. Outre la création d’énergie à des fins générales, les cellules solaires sont essentielles aux engins spatiaux utilisés par la NASA et d’autres agences spatiales. En outre, les principes de la technologie sont utilisés dans les appareils photo numériques sous la forme de dispositifs à couplage de charge ainsi que d'électroscopes qui identifient l'électricité statique.

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