Les cellules solaires, également appelées cellules photovoltaïques, convertissent directement la lumière du soleil en électricité.
Le photovoltaïque (souvent abrégé en PV) tire son nom du processus de conversion de la lumière (photons) en électricité (tension), appelé effet photovoltaïque. Ce phénomène a été exploité pour la première fois en 1954 par des scientifiques des laboratoires Bell qui ont créé une cellule solaire fonctionnelle en silicium qui générait un courant électrique lorsqu'elle était exposée au soleil. Les cellules solaires ont rapidement été utilisées pour alimenter des satellites spatiaux et des objets plus petits tels que des calculatrices et des montres. Aujourd'hui, l'électricité produite par les cellules solaires est devenue compétitive dans de nombreuses régions et les systèmes photovoltaïques sont déployés à grande échelle pour aider à alimenter le réseau électrique.
Cellules solaires au silicium
La grande majorité des cellules solaires d'aujourd'hui sont fabriquées à partir de silicium et offrent à la fois des prix raisonnables et un bon rendement (le taux auquel la cellule solaire convertit la lumière du soleil en électricité). Ces cellules sont généralement assemblées en modules plus grands qui peuvent être installés sur les toits de bâtiments résidentiels ou commerciaux ou déployés sur des racks montés au sol pour créer d'énormes systèmes à l'échelle utilitaire.
Cellules solaires à couche mince
Une autre technologie photovoltaïque couramment utilisée est connue sous le nom de cellules solaires à couche mince, car elles sont constituées de couches très minces de matériau semi-conducteur, comme le tellurure de cadmium ou le diséléniure de cuivre indium gallium. L'épaisseur de ces couches cellulaires n'est que de quelques micromètres, c'est-à-dire plusieurs millionièmes de mètre.
Les cellules solaires à couche mince peuvent être flexibles et légères, ce qui les rend idéales pour les applications portables, comme dans le sac à dos d'un soldat, ou pour une utilisation dans d'autres produits comme les fenêtres qui génèrent de l'électricité à partir du soleil. Certains types de cellules solaires à couche mince bénéficient également de techniques de fabrication qui nécessitent moins d'énergie et sont plus faciles à mettre à l'échelle que les techniques de fabrication requises par les cellules solaires au silicium.
Cellules solaires III-V
Un troisième type de technologie photovoltaïque tire son nom des éléments qui les composent. Les cellules solaires III-V sont principalement construites à partir d'éléments du groupe III—par exemple, le gallium et l'indium—et du groupe V—par exemple, l'arsenic et l'antimoine—du tableau périodique. Ces cellules solaires sont généralement beaucoup plus chères à fabriquer que les autres technologies. Mais ils convertissent la lumière du soleil en électricité avec des rendements beaucoup plus élevés. Pour cette raison, ces cellules solaires sont souvent utilisées sur des satellites, des véhicules aériens sans pilote et d'autres applications nécessitant un rapport puissance/poids élevé.
Cellules solaires de nouvelle génération
Les chercheurs en cellules solaires du NREL et d'ailleurs poursuivent également de nombreuses nouvelles technologies photovoltaïques, telles que les cellules solaires fabriquées à partir de matériaux organiques, de points quantiques et de matériaux hybrides organiques-inorganiques (également appelés pérovskites). Ces technologies de nouvelle génération peuvent offrir des coûts inférieurs, une plus grande facilité de fabrication ou d'autres avantages. Des recherches plus poussées verront si ces promesses peuvent être réalisées.
Recherche sur la fiabilité et l'intégration du réseau
La recherche photovoltaïque ne se limite pas à fabriquer une cellule solaire à haut rendement et à faible coût. Les propriétaires et les entreprises doivent être sûrs que les panneaux solaires qu'ils installent ne se dégraderont pas en performances et continueront à produire de l'électricité de manière fiable pendant de nombreuses années. Les services publics et les régulateurs gouvernementaux veulent savoir comment ajouter des systèmes solaires photovoltaïques au réseau électrique sans déstabiliser l'équilibre minutieux entre l'offre et la demande d'électricité.
Les scientifiques des matériaux, les analystes économiques, les ingénieurs électriciens et bien d'autres du NREL s'efforcent de répondre à ces préoccupations et de garantir que l'énergie solaire photovoltaïque est une source d'énergie propre et fiable.
