Un panneau solaire en peinture

Projet Tuteuré

Un panneau solaire en peinture

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Année Universitaire 2012-2013

Sommaire

Introduction        5

1. Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?        6

1.1. Principe de fonctionnement        6

1.2. Propriétés des matériaux semi-conducteurs        7

2. Les 3 générations de cellules        8

2.1. Cellules en silicium monocristallin        8

2.2. Cellules en couches minces        9

2.2.1. Silicium amorphe        9

2.2.2. Cellules CIGS        10

2.2.3. Cellules CdTe        10

2.3. Cellules à haut rendement        11

3. La nano-cellule solaire        12

3.1. Propriétés        12

3.2. Avantages        12

3.2.1. Durée de vie        13

3.2.2. Rentabilité        13

3.3. Utilisation du dioxyde de titane        13

3.4. Risques de la nanotechnologie        14

3.5. Etude de marché        14

Conclusion        14

Bibliographie        15

Table des figures        16

Introduction

La production d'énergie "propre" est certainement l'un des plus grand défi du XXIème siècle.

L'homme est désormais capable de générer de l'énergie à grande échelle à partir des ressources présentes naturellement sur terre : l'eau, le vent, les plantes et plus récemment le soleil. Les énergies renouvelables ne sont pas une nouveauté en soi puisqu'elles étaient déjà utilisées par l'homme dans l'antiquité et jusqu'à la première révolution industrielle : à cette époque, le faible prix du pétrole et sa facilité d'utilisation les a détrônées. Elles sont un tremplin pour beaucoup de personnes isolées dans le monde afin d'accéder à l'électricité et constitue des emplois d'avenir. La consommation d'énergie n'a de cesse d'augmenter avec la multiplication des technologies. Plus qu'un simple problème énergétique, elles sont aujourd'hui en plein cœur du débat écologique. En effet, depuis des années, on assiste à un rehaussement des prix des énergies fossiles et l'on commence à étudier leur impact nocif sur l'environnement, ce qui explique un retour à ces énergies renouvelables. Bien qu'elles ne soient pas prêtes de remplacer les  autres ressources énergétiques dans un avenir proche, des chercheurs du monde entier tentent de créer une technologie renouvelable à moindre coût qui pourrait à court terme amorcer le retour de ces énergies durables. La technologie qui nous intéressera est l'effet photovoltaïque qui est connu depuis longtemps mais n'est industrialisé que depuis une dizaine d'année et fait l'objet d'innovations en terme de conception.

1. Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?

1.1. Principe de fonctionnement

Définition d'après le Petit Larousse Illustré (2007) :

Photovoltaïque:  Qui a trait à la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique.

Dès qu'un photon, aussi appelé "grain de lumière", entre en contact avec la surface d'un matériau semi-conducteur, il est converti en énergie qui se propage d'électron en électron dans la matière, c'est le phénomène "Photoélectrique". Lorsque l'énergie emmagasinée par un atome dépasse un certain seuil, certains électrons sont expulsés de la couche externe. Tous ces électrons vont se déplacer dans un sens bien précis qui va ensuite engendrer un courant électrique continu. Le réseau EDF fonctionne en courant alternatif, un courant continu ne peut être injecté tel quel. Il faut d'abord le convertir en un signal sinusoïdal qui sera créé par le biais d'un onduleur.

L'effet photovoltaïque a été mis en évidence pour la première fois par le chercheur Antoine-César Becquerel en 1839. Il consiste en une conversion d'un photon, c'est à dire de lumière, en énergie électrique par le biais d'un matériau dit semi-conducteur. Un semi-conducteur a les propriétés électriques d'un matériau isolant mais génère toutefois un courant très faible si un potentiel électrique est appliqué à ses bornes. Le semi-conducteur le plus couramment utilisé est le Silicium qui compte 4 électrons sur sa couche externe (Figure 1).

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Figure 1 couches électroniques du Phosphore, Silicium et Bore

Un matériau semi-conducteur est constitué de 2 parties distinctes: une zone dopée de type N et une zone dopée de type P.

Un dopage consiste en réalité à placer une impureté dans le silicium, c'est à dire que le matériau obtenu ne sera pas composé uniquement de silicium. on change ainsi ses propriétés.

Le dopage de type N est un excès d'électrons. Dans notre exemple, il est exercé par le Phosphore : celui-ci possède 5 électrons sur sa couche externe, soit 1 de plus que le Silicium pur. Le dopage de type P est un déficit d'électrons, il est dû à l'ajout d'un ou plusieurs atome de Bore car celui-ci possède 3 électrons sur couche externe c'est à dire 1 de moins que l'atome de Silicium (Figure 1 et 2).

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Figure 2 Structure d'un matériau dopé P ou N

Au voisinage de cette jonction P-N on trouve une zone contenant ni déficit ni excès d'électrons. Des porteurs de charges différentes étant  présents de part et d'autre de cette zone induit une différence de potentiel c'est à dire une tension électrique.

1.2. Propriétés des matériaux semi-conducteurs

Les semi-conducteurs sont l'intermédiaire entre les isolants et les conducteurs. Ils deviennent des isolants parfait au zéro absolu (- 273,15°C). En dopant un semi conducteur on modifie considérablement ses propriétés.  A titre d'exemple, si  dans 105 atomes de silicium on ajoute un atome de Bore, on multiplie la conductivité du matériau par 1000.

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