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   Comment faire de l’électricité à partir de la lumière - ScienceLoop

Publié le 10 décembre 2021
Retranscription
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On t’a dit mille fois « le solaire c’est l’énergie du futur, il faut s’y mettre ! »

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Donc déjà premièrement c’est VRAI.

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Mais je parie que personne n’a jamais pris le temps de t’expliquer à quel point c’est STYLÉ.

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Bah c’est parti.

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Comment faire de l’électricité à partir de la lumière ? 

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Une cellule photovoltaïque classique c’est 2 couches de matériau l’une sur l’autre,

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par exemple du silicium. 

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On va doper ce matériau. 

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C’est-à-dire qu’on ajoute des atomes de Phosphore, qui ont plus d’électrons que le silicium, à la première couche

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00:00:29,200 --> 00:00:30,400
on dit qu‘elle est dopée N.

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Et des atomes de Bore, qui ont moins d’électrons que le silicium, à la deuxième couche ; on dit qu’elle est dopée P

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Et la jonction de ces couches, attention suspense, on l’appelle jonction PN.

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En gros, ici il y a trop d’électrons, et ici il n’y en a pas assez, il y a des « trous ».

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00:00:46,080 --> 00:00:48,080
Ça ressemble quand même très fort à une pile.

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00:00:48,160 --> 00:00:53,840
Et effectivement au niveau de la jonction PN, la zone active de la cellule, il y a un champ électrique qui se crée

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00:00:53,920 --> 00:00:57,160
et qui provoque une différence de potentiel entre les deux zones.

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Maintenant on branche un circuit sur la cellule et on l’expose au soleil. 

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Quand les photons viennent frapper cette cellule, ils transmettent leur énergie, 

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ce qui agite les électrons qui circulent d’une couche à l’autre pour trouver un trou 

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et Tadaaa ! On a créé de l’électricité à partir de la lumière.

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Les cellules sont ensuite assemblées en modules, regroupés en panneaux, simples ou double faces

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Pour la petite histoire, l’effet photovoltaïque a été découvert en France en 1839 par Edmond Becquerel

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qui s’intéressait aux matériaux semi-conducteurs. 

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Ça veut dire qu’ils ont des propriétés électriques et optoélectroniques à mi-chemin entre un métal et un isolant.

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Le silicium est le matériau de base des cellules photovoltaïques

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C’est un semi-conducteur. Et c’est le deuxième élément le plus abondant dans la croute terrestre après… 

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l’oxygène ! 

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Autant dire qu’on n’est pas près d’en manquer…

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Mais est-ce que c’est avantageux de construire un panneau ?

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Rémi De Bettignies, qui travaille sur le photovoltaïque au CEA depuis 2005, nous répond.

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Un panneau photovoltaïque, c’est simple et réfléchi,  c'est essentiellement du verre, du silicium, du métal et un peu de plastique pour l’encapsulation.

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L’énergie qu’on dépense à le produire, on l’a remboursée en un an d’utilisation.

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Après 25 ou 30 ans d'utilisation, le module photovoltaïque est recyclé

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on vient séparer le verre, le silicium, le métal, ce qui fait un coût très faible pour la planète.

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C’est si doux à entendre ! Mais bien sûr il faut encore répondre à la question : est-ce que ça marche bien ? 

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Parce que, c’est pas pour vous mettre la pression, mais on n’a bientôt plus de batterie donc va falloir qu’on trouve comment la recharger,

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et OUI, c’est une métaphore pour notre société ! 

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Le soleil est une source d’énergie inépuisable, donc on n’est pas les premiers à se poser la question.

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L’utilisation de la lumière du soleil comme énergie thermique remonte à l’Antiquité.

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Par exemple pour chauffer directement de l’eau,

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ce qu’on fait encore aujourd’hui, en Espagne ou au Maroc quand on parle de techniques « solaires thermiques à concentration ». 

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On utilise des miroirs qui concentrent les rayons du soleil sur un tube contenant de l’huile portée à haute température, 

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qui va chauffer de l’eau, créer de la vapeur et permettre de faire tourner des turbines.

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Pour le solaire photovoltaïque qui utilise des panneaux solaires en silicium, les premières applications ont été développées pour les missions spatiales

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vu qu’il n’y a pas de station-service dans l’espace ni sur la Lune…

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Au départ on avait des petites cellules photovoltaïques rondes maintenant on sait les faire grandes et carrées, jusqu’à 20cm de côté.

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On connaît également le taux de conversion du silicium. Le maximum théorique c’est 35%

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mais comme ça chauffe il y a des pertes d’énergie, donc on se retrouve avec un rendement maximum en pratique de 25%. 

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Et ce rendement on l’atteint grâce aux cellules dites « hétérojonction ». 

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00:03:17,960 --> 00:03:24,280
On empile des couches de semi-conducteurs aux atomes réguliers et irréguliers, ce qui favorise la circulation des électrons.

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00:03:24,280 --> 00:03:28,440
On fait aussi des panneaux bi-faciaux, qui captent les photons réfléchis par le sol.

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Ces cellules sont plus efficaces et moins coûteuses à produire : que des avantages ! 

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00:03:33,080 --> 00:03:40,040
Mais c’est pas tout ! On a également développé un composé métalo-organique, souple qu’on peut déposer avec une imprimante jet d’encre.

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Ce composé à base de Perovskite capte une longueur d’onde différente du silicium.

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En les superposant on obtient une cellule dite « tandem » avec un meilleur rendement.

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On peut même envisager des multi-tandem, aujourd'hui.

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00:03:51,560 --> 00:03:55,480
Les rendements s'améliorant, on réfléchit à intégrer le PV de partout

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00:03:55,480 --> 00:03:58,840
Sur un toît de camion, de voiture et de bâtiment bien sûr.

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D'autre part les grandes centrales solaires aujourd'hui sont équivalentes en production électrique à une tranche de centrale nucléaire

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00:04:04,280 --> 00:04:08,960
La solution énergétique du futur passe par ce qu’on appelle le « mix énergétique » 

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00:04:09,320 --> 00:04:12,320
et le solaire photovoltaïque joue un rôle de premier plan.

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00:04:12,320 --> 00:04:14,840
Le soleil, c’est notre batterie éternelle

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00:04:14,840 --> 00:04:19,640
et grâce à ces nouveaux panneaux plus performants, peu coûteux à produire et respectueux de l’environnement

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00:04:19,640 --> 00:04:22,600
notre Smartphone, là, il respire.
				
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