Cette technologie ingénieuse exploite l'effet photovoltaïque, un phénomène physique où les photons solaires frappent la surface d'un semi-conducteur, ce qui entraîne la libération d'électrons et la génération d'un courant électrique exploitable.

L'effet photovoltaïque est un phénomène fondamental de la physique qui est à la base du fonctionnement des cellules photovoltaïques. Il se produit lorsque la lumière, sous forme de photons, frappe la surface d'un matériau semi-conducteur, comme le silicium utilisé dans les cellules solaires. Lorsque les photons interagissent avec le matériau, ils transfèrent leur énergie aux électrons présents dans la structure du semi-conducteur.

L'énergie des photons excite les électrons, ce qui les libère de leurs orbites atomiques. Ces électrons libérés acquièrent alors une énergie cinétique et se déplacent à travers le matériau. C'est ce déplacement des électrons qui génère un courant électrique. Cependant, dans leur état excité, les électrons ont tendance à se recombiner avec les trous (les lacunes laissées par les électrons manquants) dans le matériau, ce qui pourrait annuler l'effet photovoltaïque.

Pour éviter cette recombinaison indésirable, les cellules photovoltaïques sont conçues de manière à créer une jonction PN. Dans une cellule solaire typique, la couche supérieure du matériau semi-conducteur est dopée avec des atomes qui ont des électrons en excès (n-type), tandis que la couche inférieure est dopée avec des atomes ayant des trous en excès (p-type). Cette configuration crée un champ électrique qui dirige les électrons libérés vers la couche n-type et les trous vers la couche p-type.

En résultat, les électrons libérés par l'effet photovoltaïque sont collectés à la surface n-type de la cellule photovoltaïque, tandis que les trous sont collectés à la surface p-type. Cette séparation des charges crée un potentiel électrique entre les deux couches, générant ainsi un courant électrique constant lorsque la lumière du soleil frappe la cellule. Ce courant peut ensuite être utilisé comme source d'électricité pour alimenter des appareils électriques ou être stocké dans des batteries pour une utilisation ultérieure.Dans leur état excité dans la bande de conduction, ces électrons sont libres à se déplacer dans le matériau, et c'est ce mouvement de l'électron qui crée un courant électrique dans la cellule.

Ces cellules sont fabriquées à partir d'un seul cristal de silicium, ce qui leur confère une structure uniforme et une efficacité élevée.
L'orientation cristalline unique permet une meilleure capture des photons solaires, ce qui se traduit par un rendement élevé.
Cependant, le processus de fabrication est plus complexe, entraînant des coûts de production plus élevés.

Fabriquées à partir de blocs de silicium comprenant de multiples cristaux, ces cellules sont plus faciles et moins coûteuses à produire que les monocristallines.
Les frontières entre les cristaux peuvent réduire légèrement l'efficacité, mais les progrès techniques ont amélioré leur performance au fil du temps.
Elles offrent un bon équilibre entre coût, efficacité et durabilité.

Ces cellules sont fabriquées en déposant une fine couche de matériau semi-conducteur directement sur un substrat, comme du verre ou du métal.
Elles sont plus légères et flexibles que les cellules en silicium, ce qui permet leur intégration dans diverses applications, telles que les toits solaires souples.
L'efficacité est généralement plus faible que celle des cellules en silicium, mais les progrès technologiques visent à améliorer leur rendement.

Ces cellules combinent différentes couches de matériaux semi-conducteurs, créant ainsi une interface hétérojonction.
L'interface favorise la séparation efficace des charges et réduit les pertes dues à la recombinaison des électrons et des trous.
Les cellules HIT présentent de bons rendements et une meilleure performance à haute température.

Les cellules à base de pérovskite sont relativement nouvelles et ont suscité un grand intérêt en raison de leur facilité de fabrication et de leur potentiel d'efficacité élevée.
Les matériaux de pérovskite peuvent être déposés à partir de solutions liquides, ce qui ouvre la porte à des processus de fabrication moins coûteux.
Cependant, la durabilité à long terme et la stabilité sous diverses conditions restent des défis à relever.La plupart des cellules photovoltaïques commerciales sont à une seule jonction, mais des cellules photovoltaïques à plusieurs jonctions ont également été développées pour obtenir des rendements plus élevés à un coût plus élevé.

Monocristallin : Fabriquées à partir d'un seul cristal de silicium, ces cellules offrent un rendement élevé en raison de leur structure homogène. Cependant, leur processus de fabrication est complexe et coûteux.
Polycristallin : Fabriquées à partir de plusieurs cristaux de silicium, ces cellules sont plus abordables à produire que les monocristallines. Cependant, leur efficacité est légèrement inférieure en raison des frontières entre les cristaux.

Cadmium Telluride (CdTe) : Ces cellules utilisent du tellurure de cadmium comme matériau semi-conducteur. Elles sont abordables à produire et sont souvent utilisées dans les applications de grande échelle. Cependant, le cadmium est toxique, ce qui soulève des préoccupations environnementales.
Cuivre Indium Gallium Selenide (CIGS) : Ces cellules sont composées de couches de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium. Elles offrent une efficacité élevée et peuvent être fabriquées sur des surfaces flexibles, ce qui les rend adaptées à certaines applications spéciales.

Ces cellules utilisent des polymères organiques ou des matériaux à base de carbone pour convertir la lumière en électricité. Elles sont généralement légères et flexibles, mais leur efficacité est souvent plus faible que celle des autres types de cellules.

Les cellules à pérovskite sont relativement nouvelles mais suscitent un grand intérêt en raison de leur potentiel d'efficacité élevée et de leur coût de production potentiellement réduit. Elles utilisent un matériau cristallin appelé pérovskite pour capturer la lumière.