Le silicium est couramment utilisé pour les cellules solaires, principalement parce qu’il est abondant, rentable et possède des propriétés électriques appropriées pour convertir la lumière du soleil en électricité. Les cellules solaires, ou cellules photovoltaïques (PV), reposent sur l’effet photovoltaïque dans lequel des matériaux semi-conducteurs comme le silicium absorbent les photons de la lumière du soleil et génèrent des paires électron-trou, qui créent ensuite un courant électrique lorsqu’elles sont collectées. La capacité du silicium à convertir efficacement la lumière solaire en électricité, combinée à son abondance relative dans la croûte terrestre et à des procédés de fabrication bien établis, en fait un matériau privilégié pour la production de cellules solaires.
D’un autre côté, le silicium n’est généralement pas utilisé pour les LED (diodes électroluminescentes), car les LED nécessitent un matériau semi-conducteur à bande interdite directe pour émettre de la lumière efficacement. Le silicium a une bande interdite indirecte, ce qui signifie qu’il est moins efficace pour émettre de la lumière que les matériaux à bande interdite directe comme l’arséniure de gallium (GaAs) ou le nitrure de gallium (GaN). Les LED nécessitent des matériaux capables d’émettre de la lumière directement lorsque les électrons se recombinent avec des trous, un processus facilité par un semi-conducteur à bande interdite directe. Par conséquent, la bande interdite indirecte du silicium et son inefficacité à émettre de la lumière le rendent moins adapté aux applications LED par rapport à des matériaux comme le GaAs ou le GaN.
Le silicium est préféré dans les cellules solaires en raison de plusieurs facteurs qui contribuent à son efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité. En plus d’être abondant et rentable, le silicium possède une bonne conductivité électrique et une structure cristalline stable, ce qui le rend fiable pour le fonctionnement à long terme des panneaux solaires. Les propriétés optiques du silicium s’alignent également bien sur le spectre solaire, lui permettant d’absorber efficacement une large gamme de longueurs d’onde de la lumière solaire. De plus, des décennies de recherche et de développement ont optimisé la technologie des cellules solaires au silicium, ce qui a permis d’obtenir une efficacité et une fiabilité élevées dans la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique utilisable.
Le silicium est utilisé dans les cellules solaires au lieu du germanium, principalement parce que le silicium est plus abondant, plus rentable et possède de meilleures propriétés matérielles adaptées à la conversion de l’énergie solaire. Bien que le germanium ait une plus grande efficacité dans la conversion de la lumière solaire en électricité que le silicium en raison de sa bande interdite directe, il est beaucoup plus rare et plus coûteux à produire. L’abondance du silicium, combinée à son efficacité adéquate et à une infrastructure de fabrication bien établie, dépasse l’efficacité légèrement supérieure du germanium dans les applications de cellules solaires.
En résumé, le silicium est choisi pour les cellules solaires photovoltaïques (PV) en raison de son abondance, de sa rentabilité, de ses propriétés électriques adaptées à la conversion de l’énergie solaire et de ses processus de fabrication bien développés. Ces facteurs font du silicium le matériau privilégié pour les cellules solaires, garantissant une adoption généralisée et une utilisation efficace des technologies de l’énergie solaire dans le monde entier.
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