De la physique quantique aux cellules photovoltaïques

PHYSIQUE CHIMIE

Exercice 8 p123

1. Aimant Bobine de cuivre

l’aimant est source de champ magnétique. La bobine contient des électrons libres qui peuvent se déplacer et produire ainsi un courant électrique

le rotor est en rotation le stator est statique

seulement 40 % de l’énergie mécanique est convertie en énergie électrique, on branche un ampèremètre aux bornes de la dynamo et on fait tourner le galet.

II. De la physique quantique aux cellules photovoltaïques.

1. La révolution quantique

 Avec l’apparition de la physique quantique, on découvre que, à l’échelle de l’infiniment petit, l’énergie n’est pas continue mais quantifiée c’est à dire qu’elle ne peut prendre que certaines valeurs.

Les particules qui portent cette énergie sont les photons.

Un atome ne peut absorber un photon que si l’énergie de celui-ci correspond exactement à l’écart entre 2 niveaux électroniques de cet atome. De même pour l’émission de photon.

La physique quantique a permis d’expliquer les spectres d’émission (et d’absorption) de raies des atomes.

2. Lumière et électricité

On peut extraire des électrons grâce aux photons dans certains matériaux. Il y a alors conversion d’énergie radiative (lumineuse) en énergie électrique.

C’est le cas des matériaux semis-conducteurs comme le silicium.

Ils sont isolants s’ils ne reçoivent pas le photon ayant la bonne énergie. Mais s’ils reçoivent ce photon, un électron est extrait et peut fournir un courant électrique.

Il faut pour cela que le spectre d’absorption du matériau et le spectre solaire présentent des parties communes.

Exercice 5p121 :

1. Le spectre d’absorption du germanium et le spectre scolaire ont des parties communes.

2. On en utilise dans la production d’électricité avec les panneaux photovoltaïques.

Activité 4p116-117 :

énergie lumineuse ≥ cellule photovoltaïque= énergie électrique et thermique

3. Caractéristique d’une cellule photovoltaïque

La caractéristique d’une cellule photovoltaïque est l’ensemble des couples (I,U) de cette cellule. Elle dépend de l’éclairement reçu.

Elle présente des points particuliers :

la tension à vide U0 qui correspond à la tension aux bornes de la cellule lorsque celle-ci ne débite pas (le courant I est nul).

L’intensité de court-circuit Icc qui correspond au courant maximal lorsque les 2 bornes sont reliées ensemble.

Le point de fonctionnement maximal (Im;Um) pour lequel la puissance Pm=Im x Um est maximale. On en déduit la résistance qui maximise la puissance : Rm=Um/Im

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