Quand vous êtes assis sur la plage, le ciel bleu que vous voyez, la chaleur que vous ressentez et les vagues que vous entendez ont leur source dans l'énergie solaire. Les cellules solaires photovoltaïques sont un moyen de convertir l'énergie de la lumière du soleil en quelque chose d'autre qu'une agréable journée de vacances. Les cellules solaires convertissent l'énergie du soleil en énergie électrique. L'efficacité d'une cellule solaire est le rapport de la quantité d'énergie électrique qu'elle produit à la quantité d'énergie solaire qui la frappe.

Efficacité

L'efficacité de n'importe quel processus est une mesure de la façon dont Eh bien, le processus fonctionne. C'est-à-dire, combien d'efforts vous devez faire pour obtenir une sortie. Parfois, l'efficacité est difficile à quantifier, mais pour les cellules solaires, c'est relativement facile. L'entrée d'une cellule solaire est la lumière du soleil et la sortie est l'électricité. Plus spécifiquement, l'entrée est l'énergie du soleil, et la sortie est l'énergie des électrons.

Les photons et la lumière

Sur un plan fondamental, la lumière est constituée de minuscules paquets d'énergie appelés photons. À tout moment de la journée, des milliards de photons interagissent avec une cellule solaire. Ces photons transportent différentes quantités d'énergie, en fonction de leur couleur. Certains photons se réfléchissent sur une cellule solaire, d'autres la traversent et d'autres sont absorbés. Le sort d'un photon donné dépend de son énergie - ou, de manière équivalente, de sa couleur. Il est impossible de prédire avec certitude le comportement d'un photon spécifique, mais il est possible de calculer la probabilité d'interaction.

Absorption de lumière

La grande majorité des cellules solaires sont fabriquées à partir de semi-conducteurs. Une des caractéristiques des semi-conducteurs sont les structures énergétiques appelées "bandgaps". Les électrons sur le bas côté de la bande interdite sont bloqués en place, tandis que les électrons qui obtiennent une impulsion d'énergie vers le haut du bandgap sont libres de se déplacer - y compris d'être libres de sortir du semi-conducteur et de se rendre utiles dans les circuits électriques . Les photons qui transportent une énergie proche de la taille de la bande interdite dans une cellule solaire sont les plus susceptibles d'être absorbés. Pour calculer l'efficacité, vous devez multiplier l'énergie de chaque photon par sa probabilité d'être absorbé et sa probabilité de le faire sortir de la cellule solaire dans un circuit électrique. C'est un calcul assez complexe.

Mesure

Calculer l'efficacité à partir des premiers principes est fastidieux, mais si vous avez les bons outils de mesure, vous pouvez faire le calcul plus facilement. Avec un radiomètre, vous pouvez mesurer la densité de puissance au soleil. La multiplication de la densité de puissance par la surface de la cellule solaire fournit une mesure de l'énergie solaire entrant dans la cellule solaire. Vous passez à l'étape suivante en attachant un circuit avec une résistance variable, un capteur de courant et un capteur de tension. La puissance électrique est le produit du courant et de la tension, et elle varie en fonction de la charge de la cellule solaire. Vous faites donc varier la résistance, calculez la puissance à chaque étape et trouvez le point de puissance maximum. Divisez la puissance de sortie électrique maximale par l'entrée d'énergie solaire et vous avez l'efficacité de la cellule solaire.