La production d'énergie photovoltaïque est une technologie qui utilise l'effet photovoltaïque de la jonction P-N pour convertir l'énergie lumineuse directement en électricité, c'est-à-dire un dispositif qui convertit l'énergie solaire directement en électricité par l'effet photoélectrique ou photochimique. Alors, qui a découvert cet effet ?
S'inspirer de la photosynthèse des plantes : exploiter l'énergie solaire pour produire de l'électricité
Nous savons tous que l'énergie disponible pour tous les êtres vivants sur terre provient essentiellement de la photosynthèse des plantes.
La photosynthèse chez les plantes est le processus biologique de synthèse du sucre à partir du dioxyde de carbone et de l'eau dans les chloroplastes des plantes dans des conditions de lumière.
Cependant, cette énergie est difficile à utiliser directement et doit généralement être transformée en électricité. Les principes de la physique nous disent que le processus de conversion de l'énergie entraîne inévitablement une perte d'énergie. Le sujet de la conversion directe de l'énergie solaire en électricité est donc à l'ordre du jour.
L'énergie solaire peut-elle être convertie directement en électricité ? Et quels sont les facteurs qui interviennent dans ce processus de conversion ? C'était une proposition difficile pour les scientifiques du début du 19e siècle. Heureusement, une percée majeure a été réalisée à la fin du 19e siècle.
L'homme au "cerveau le plus puissant" a découvert le mystère de la lumière et de l'électricité.
En 1887, le célèbre physicien Hertz (qui a donné son nom à l'unité de fréquence) a découvert par hasard que la lumière qui brille à la surface de certaines substances entraîne une modification des propriétés électriques de la substance. Des recherches ultérieures ont prouvé que cela était dû à la création d'un flux d'électrons, et le phénomène est devenu connu sous le nom d'"effet photoélectrique".
À l'époque, les principes de la physique classique établis par Isaac Newton dominaient les esprits. Selon la physique classique, l'effet photoélectrique dépendait de l'intensité de la lumière ; cependant, cette théorie était contredite par une série de résultats expérimentaux de l'époque.
Des études ont montré que l'effet photoélectrique ne pouvait pas se produire pour certaines couleurs de lumière de la même substance, quelle que soit l'intensité de la lumière, et que certaines couleurs de lumière pouvaient produire des courants électriques même à de faibles intensités.
C'est Albert Einstein, tel que nous le connaissons, qui a résolu le problème de l'effet photoélectrique.
Einstein a reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour son explication créative de l'effet photoélectrique. Il a proposé que la lumière soit composée de photons, qui sont par nature des paquets d'énergie, et que l'énergie contenue dans chaque paquet soit liée à sa fréquence (le nombre de changements par unité de temps (1s)). Ainsi, le fait que la lumière frappant un objet produise des électrons dépend entièrement de l'énergie (fréquence) du paquet (photon), indépendamment du nombre de paquets (intensité lumineuse).
Les cellules solaires sont comme un "sandwich".
Nous avons décrit comment l'effet photoélectrique a été découvert et comment il peut être produit, mais comment utiliser les électrons qui en résultent ?
Afin de conduire le courant généré par l'effet photoélectrique, nous devons construire une structure de dispositif appropriée, souvent appelée cellule solaire.
La structure du dispositif a la forme d'un sandwich, où la couche active à effet photovoltaïque est prise en sandwich entre une couche de transport d'électrons et une couche de transport de trous (la partie locale déficiente en électrons formée après le saut d'électrons est appelée un trou), avec des matériaux d'électrode, généralement du métal et de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO), à chaque extrémité.
Les cellules solaires sont connectées en série, puis encapsulées et protégées pour former des modules solaires de grande surface qui, avec des composants tels que des régulateurs de puissance, constituent des dispositifs de production d'énergie photovoltaïque. Après conversion, nous obtenons finalement de l'électricité directement du soleil. C'est le principe des cellules solaires.
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