Le solaire photovoltaïque (PV) est l’une des formes possibles de l’utilisation de l’énergie solaire. Le PV consiste en la conversion directe du rayonnement solaire en énergie électrique. Le PV est appelé à un très fort développement dans le contexte énergétique mondial, compte tenu de la raréfaction des énergies fossiles et du réchauffement climatique. Le contexte économique du PV est abordé, ainsi que les impacts sociétaux et environnementaux.
La principale filière PV actuellement utilisée est basée sur l’utilisation d’un matériau semiconducteur cristallin : le silicium. Les principaux éléments de physique des semiconducteurs, nécessaires à la compréhension détaillée du fonctionnement des cellules solaires, sont introduits dans les premiers chapitres du cours : structure de bande, transport, jonction p-n, contacts semiconducteur-métal… Cette introduction est facilement accessible aux étudiants possédant des bases de physique : éléments de mécanique quantique et physique statistique, connaissances en optique. Cette présentation des concepts de base est illustrée par de nombreux exercices. Cette introduction permet ensuite l’étude approfondie des cellules solaires cristallines, notamment à base de silicium. L’influence des divers paramètres sur les performances des cellules est abordée à l’aide de logiciels de simulation.
La seconde partie du cours est consacrée aux cellules à base de silicium en couche mince. On introduit d’abord les propriétés spécifiques des semiconducteurs désordonnés et plus particulièrement du silicium amorphe hydrogéné. On décrit ensuite le fonctionnement des cellules à base de silicium en couches minces, notamment celles qui associent le silicium amorphe et nanocristallin. On termine par les hétérojonctions qui combinent silicium cristallin et amorphe.
