Dispositifs à semi-conducteurs - Cellules photovoltaïques
Une cellule photovoltaïque de base est constituée d'un semi-conducteur de type n et d'un semi-conducteur de type p formant une jonction pn. La zone supérieure est étendue et transparente, généralement exposée au soleil. Ces diodes ou cellules sont exceptionnelles qui génèrent une tension lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Les cellules convertissent directement l'énergie lumineuse en énergie électrique.
La figure suivante montre le symbol of photovoltaic cell.
Fonctionnement d'une cellule photovoltaïque
La construction d'une cellule photovoltaïque est similaire à celle d'une diode à jonction PN. Aucun courant ne circule dans l'appareil lorsqu'aucune lumière n'est appliquée. Dans cet état, la cellule ne pourra pas générer de courant.
Il est essentiel de polariser correctement la cellule, ce qui nécessite une bonne quantité de lumière. Dès que la lumière est appliquée, un état remarquable de la diode de jonction PN peut être observé. En conséquence, les électrons acquièrent une énergie suffisante et se détachent des atomes parents. Ces paires électron-trou nouvellement générées dans la région d'appauvrissement traversent la jonction.
Dans cette action, les électrons se déplacent dans le matériau de type N en raison de sa concentration normale en ions positifs. De même, les trous pénètrent dans le matériau de type P en raison de sa teneur en négatif. Cela amène le matériau de type N à prendre instantanément une charge négative et le matériau P à prendre une charge positive. La jonction PN délivre alors une petite tension en réponse.
Caractéristiques d'une cellule photovoltaïque
La figure suivante à gauche montre l'une des caractéristiques, un graphique entre le courant inverse (I R ) et l'éclairage (E) d'une photodiode. L'IR est mesuré sur l'axe vertical et l'éclairage est mesuré sur l'axe horizontal. Le graphique est une ligne droite passant par la position zéro.
c'est-à-dire, I R = mE
m = pente de la droite du graphique
Le paramètre m est la sensibilité de la diode.
La figure de droite montre une autre caractéristique de la photodiode, un graphique entre le courant inverse (I R ) et la tension inverse d'une photodiode. Il est clair d'après le graphique que pour une tension inverse donnée, le courant inverse augmente à mesure que l'éclairage augmente sur la jonction PN.
Ces cellules fournissent généralement de l'énergie électrique à un dispositif de charge lorsque la lumière est appliquée. Si une tension plus élevée est requise, un réseau de ces cellules est utilisé pour fournir la même. Pour cette raison, les cellules photovoltaïques sont utilisées dans des applications où des niveaux élevés d'énergie lumineuse sont disponibles.