Des électrons contre du soleil

Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik

À l’heure du développement durable, la lumière du Soleil est vue comme une source d’énergie propre et inépuisable. Encore faut-il la transformer en énergie utilisable, notamment en électricité avec des cellules photovoltaïques. Si le principe de ces cellules est simple, leurs performances sont limitées. Pour l’instant…

Des performances médiocres, mais…

Examinons une cellule photovoltaïque type, de 15 centimètres de côté. La notice nous apprend qu’elle peut fournir un courant de huit ampères (5 3 10¹⁹ électrons par seconde) sous une tension de 0,6 volt, soit une puissance de 4,8 watts. Par ailleurs, la puissance lumineuse reçue au sol est, avec un bon ensoleillement, d’environ un kilowatt par mètre carré, soit environ 24 watts sur la cellule et, grossièrement, de l’ordre de 7 3 10¹⁹photons par seconde. Ainsi, le rendement énergétique atteint à peine 20 pour cent, tandis que la conversion photon-électron au sein de la cellule dépasse les 70 pour cent.

Or un argument thermodynamique démontre qu’on est loin de l’optimum : en considérant la lumière comme le vecteur d’énergie qui fait fonctionner un moteur entre une source chaude (la surface du Soleil, à 6 000 kelvins) et une source froide (la Terre, à 300 kelvins), on calcule un rendement théorique maximal de 95 pour cent ! Alors, pourquoi une si faible…