La lumière est constituée de particules d'énergie appelées photons. L'énergie d'un photon est mesurée en électron-volts, ou eV. Un eV est équivalent à l'énergie gagnée par un électron lorsqu'il accélère à travers une différence de potentiel d'un volt. Les électrons dans les atomes d'une cellule solaire ont besoin d'une quantité spécifique d'énergie provenant des photons pour être propulsés dans le circuit d'un système d'énergie solaire.

Relation entre l'énergie et la longueur d'onde

La relation entre l'énergie d'un photon et la longueur d'onde de la lumière est inverse; À mesure que la longueur d'onde de la lumière augmente, l'énergie diminue. Dans le spectre de la lumière visible, l'énergie des photons varie d'environ 1,65 eV à 3,1 eV. Les longueurs d'onde correspondantes de ces énergies sont respectivement de 750 et 400 nanomètres. Ces longueurs d'onde correspondent aux extrémités rouges et violettes du spectre de la lumière visible.

Énergie requise pour les cellules solaires

Une cellule solaire au silicium typique nécessite 1,1 eV pour que les électrons sortent de la cellule. cellule et à travers les circuits du système de panneaux solaires. Cette énergie de 1,1 eV correspond à des photons dans la gamme infrarouge du spectre ayant une longueur d'onde d'environ 1 127 nanomètres. À des énergies inférieures à 1,1 eV, les photons n'ont pas assez d'énergie pour déloger les électrons. À des longueurs d'onde plus courtes et à des énergies plus élevées, les électrons au silicium seront excités et le courant circulera. Cependant, des longueurs d'onde plus courtes et des énergies de photons plus élevées ne correspondent pas à une augmentation du courant électrique. Lorsqu'un photon d'énergie plus élevée impacte une cellule solaire, l'énergie au-dessus de 1,1 eV est dégagée sous forme de chaleur.

Efficacité du panneau

Une grande quantité d'énergie solaire n'est pas utilisée pour produire de l'électricité solaire panneaux. En fait, un panneau solaire en silicium typique ne convertira qu'environ 15 à 18% de l'énergie solaire entrante en électricité. C'est en partie à cause de l'énergie très spécifique nécessaire pour déloger les électrons dans les atomes de silicium de la cellule. Toute énergie supérieure ou inférieure à 1,1 eV d'énergie photonique n'est pas convertie en électricité par les panneaux solaires.

Différents types de cellules solaires

Alors que de nombreuses cellules solaires grand public sont fabriquées à partir de silicium, les cellules peuvent être fabriqué à partir de différents matériaux semi-conducteurs. Ces matériaux ont des propriétés atomiques différentes, qui correspondent à des besoins énergétiques différents des photons. Par exemple, une cellule solaire à l'arséniure de gallium nécessite environ 1,4 eV d'énergie d'un photon. Cela correspond à une longueur d'onde d'environ 886 nanomètres. Le silicium est toujours le matériau le plus couramment utilisé en raison du coût de production et du fait que même une efficacité de 15% est suffisante pour la plupart des applications solaires quotidiennes.