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L’effet photovoltaïque

La collecte de vecteurs générés par la lumière ne donne pas lieu à elle seule à la production d’électricité. Pour générer de l’énergie, une tension doit être générée ainsi qu’un courant. La tension est générée dans une cellule solaire par un processus connu sous le nom d'« effet photovoltaïque ». La collection de porteurs générés par la lumière par la jonction p-n provoque un mouvement d’électrons vers le côté de type n et des trous vers le côté de type p de la jonction. Dans des conditions de court-circuit, il n’y a pas d’accumulation de charge, car les porteurs sortent de l’appareil sous forme de courant généré par la lumière.

Cependant, si les porteurs générés par la lumière sont empêchés de quitter la cellule solaire, la collecte des porteurs générés par la lumière provoque une augmentation du nombre d’électrons du côté n de la jonction p-n et une augmentation similaire des trous dans le matériau de type p. Cette séparation de la charge crée un champ électrique à la jonction qui s’oppose à celui qui existe déjà à la jonction, réduisant ainsi le champ électrique net. Puisque le champ électrique représente une barrière au flux du courant de diffusion de polarisation vers l’avant, la réduction du champ électrique augmente le courant de diffusion. Un nouvel équilibre est atteint dans lequel une tension existe à travers la jonction p-n. Le courant de la cellule solaire est la différence entre l’IL et le courant de polarisation vers l’avant. Dans des conditions de circuit ouvert, le biais avant de la jonction augmente jusqu’à un point où le courant généré par la lumière est exactement équilibré par le courant de diffusion du biais avant, et le courant net est nul. La tension nécessaire pour que ces deux courants s’équilibrent est appelée « tension en circuit ouvert ». L’animation suivante montre les écoulements de la porteuse dans des conditions de court-circuit et de circuit ouvert.

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