Sans rentrer trop loin dans le fonctionnement technique, une cellule photovoltaïque est composée d’une couche mince de silicium (on utilise le silicium de préférence à d’autres semi-conducteurs pour des raisons de coûts) dont une face est dopée négativement (elle contient un excès d’électrons libres), et l’autre positivement (une quantité faible d’électrons libres).
La libération d’électrons lors de l’exposition à la lumière sera ainsi facilitée. La récupération de l’électricité produite est faite par une grille conductrice posée sur le semi-conducteur, qui permet le passage de la lumière.
On peut mesurer l’efficacité d’une cellule photovoltaïque de deux manière, d’abord par le pourcentage de puissance lumineuse reçue effectivement transformée en électricité (de 5 à 19 %), ou de manière plus directement exploitable par la puissance crête au mètre carré. Cette indication permettra de définir la surface nécessaire du champ photovoltaïque pour obtenir une certaine puissance crête.
Le mono-cristallin, performant, mais cher
Les cellules mono-cristallines sont obtenues par refroidissement contrôlé du silicium en un seul cristal, qui est ensuite découpé en plaquettes minces ou wafers. Ce sont les plus performantes à l’heure actuelle, comparées aux autres, mais leur prix de fabrication reste élevé et ne se justifiera que pour des applications pour lesquelles on manque de surface.
A l’heure actuelle, l’utilisation de silicium mono-cristallin permet la fabrication industrielle des cellules photovoltaïques les plus performantes.
Ces cellules sont d’une couleur bleue à peu près uniforme, on ne voit pas de délimitation de cristaux sur la surface. La nature plus continue de la matière exploite au mieux l’effet photoélectrique et on ontient un rendement élevé dans la transformation de la puissance lumineuse en électricité (tout de même inférieur à 20%, ne rêvons pas).
Malgré leur coût de fabrication élevé, les cellules photovoltaïques mono-cristallines sont fabriquées à grande échelle parce qu’elles s’adaptent plus facilement à l’exploitation de petites surfaces, et les panneaux monocristallins, y compris pour les particuliers, bien que chers, sont relativement faciles à trouver. µ
Le rendement surfacique des panneaux solaires monocristallins est d’un peu plus de 150 Watts crête par mètre carré, il faudra donc moins de 20 mètres carrés de toiture pour une installation de 3 kW/c.
Le polycristallin, solution idéale pour les particuliers
Les cellules polycristallines sont nettement plus faciles à fabriquer et sont les plus vendues aux particuliers. Leur utilisation massive a évidemment entraîné une focalisation de la recherche appliquée pour améliorer leur rendement, et elles deviennent de plus en plus efficaces.µ
Ces cellules sont fabriquées à partir de blocs de silicium comportant plusieurs cristaux imbriqués. En regardant attentivement la surface d’une cellule, on peut ainsi voir la délimitation de chaque cristal. Les cellules photovoltaïques polycristallines sont nettement moins chères à produire que les mono-cristallines, et cela se ressentira forcément sur le coût d’une installation pour le particulier. Elles ont une performance légèrement inférieure, cette différence tendant à se réduire avec le temps et les progrès de la recherche.
Le rendement surfacique des cellules polycristallines de bonne qualité est compris entre 120 et 150 Watts par mètre carré, il faudra donc en installer entre 20 et 25 mètres carrés pour atteindre 3 kW/c.
L’amorphe, adapté pour de grandes surfaces
Les cellules en silicium amorphe sont fabriquées par récupération sur une surface du gaz émis lors de la fonte du silicium. Elles ont une apparence particulière, et leur rendement est nettement plus faible que les autres cellules fabriquées à grande échelle. Elles peuvent cependant être installées sur un support souple et permettent des applications spécifiques.
Les cellules photovoltaïques amorphes présentent deux avantages, elles sont moins chères que les autres, et elles peuvent être placées sur un support souple et ne nécessiteront pas d’être installées sur un toit parfaitement plat.
Ceci dit, leur rendement surfacique (60 Watts crête par mètre carré) est très faible, et elle ne seront généralement pas intéressantes pour les particuliers.
Notons cependant que ces cellules produisent même sous une faible luminosité, et on les trouve intégrées dans de petits matériels ne nécessitant pas une puissance importante, comme les calculatrices. Elles peuvent être aussi facilement installées sur les toits d’usines ou de grands magasins.
