Pourquoi le silicone est-il utilisé pour fabriquer des cellules solaires ?

Le silicone est fréquemment utilisé dans les panneaux solaires comme semi-conducteurs car il s'agit d'un matériau rentable qui offre une efficacité énergétique appropriée. Il présente également une résistance extraordinaire à la corrosion, une résistance de longue durée, des caractéristiques de dilatation thermique exceptionnelles, une photoconductivité utile et une toxicité négligeable. 

Le silicone est présent dans la nature en grandes quantités, de sorte que les matières premières nécessaires à la fabrication des matériaux à base de silicone ne manquent pratiquement pas. Le silicone pur, exploité depuis des lustres comme élément électrique, est le constituant rudimentaire d’une cellule solaire. Les panneaux solaires en silicone sont communément appelés panneaux de « première génération » depuis que l'expertise en cellules solaires en silicone a pris de l'importance dans les années 1950. Le silicone représente plus de 90 % du marché des cellules solaires.

En plus d'être l'un des matériaux les plus étudiés, le silicone cristallin disponible est le principal matériau semi-conducteur de la microélectronique contemporaine. Depuis que les premiers circuits intégrés ont été produits en série, la concentration d’équilibrage de l’intégration métal-oxyde-semi-conducteur et la régularité de fonctionnement ont augmenté rapidement.

Voici les principales raisons pour lesquelles le silicone est couramment utilisé dans les panneaux solaires : 

1. Le silicone est un semi-conducteur

Parce qu’il s’agit d’un matériau semi-conducteur par nature, le silicone cristallin non contaminé est un faible conducteur d’électricité.

Pour surmonter ce problème, le silicone d'une cellule solaire contient des contaminations, qui sont des atomes supplémentaires délibérément ajoutés aux atomes de silicone pour développer la capacité du silicone à capter et à transformer l'énergie solaire en énergie électrique.

Par exemple, un atome de gallium possède un électron de moins qu’un atome de silicone, mais un atome d’arsenic possède un électron supplémentaire. Lorsque les atomes d'arsenic sont entassés au milieu de nombreux atomes de silicone, la construction reçoit des électrons supplémentaires après avoir créé un revêtement rempli d'électrons.

Les revêtements d'une cellule solaire sont organisés pour façonner un champ électrique. Lorsque la lumière du soleil frappe une cellule solaire, elle réveille des électrons, ce qui provoque la formation de trous.

Grâce à l'apparition de ce champ électrique, ils sont transportés jusqu'aux électrodes de la cellule. L'électricité est façonnée dans ce processus.

Les semi-conducteurs ont des potentiels intermédiaires entre ceux d’un conducteur et d’un isolant. Il possède une caractéristique électrique qui lui permet d’être conducteur dans une seule direction tout en isolant la direction opposée. 

2. Offre une efficacité énergétique décente

Les cellules solaires en silicone ont une efficacité supérieure à 20 %. Cela signifie que les cellules solaires au silicium peuvent transformer près de 20 % de la lumière solaire qu’elles reçoivent en électricité. Même si cela semble être une faible productivité, les cellules solaires au silicium sont encore plus ingénieuses que les autres types de cellules photovoltaïques.

Existe-t-il des matériaux plus compétents que le silicone qui peuvent produire un rendement supérieur ? Oui, le silicone n’est pas le plus efficace et certains constituants peuvent fonctionner de manière plus efficace. Cependant, vous devrez payer une fortune pour ceux-là !

D’un autre côté, en examinant de nombreux facteurs, nous déduireons que le silicone semble être l’un des matériaux les plus fins.

3. Les capacités augmentent avec le dopage

Lorsque le silicone est fixé avec des contaminations telles que des atomes de gallium et d'arsenic, sa capacité à capter et à transformer l'énergie solaire en électricité se développe considérablement.

4. Le silicone n’est pas toxique

Un autre facteur qui motive la décision d’utiliser du silicone sur l’un des éléments mentionnés ci-dessus est sa nature inoffensive. Le silicone a une influence très négligeable sur l’environnement puisque le silicone est un matériau inoffensif.

Il existe d’innombrables substituts au silicone qui sont inspectés parallèlement aux modifications apportées à la technologie technique. Par exemple, l'arsenic de gallium, le tellurure de cadmium, le cuivre indium : diséléniure et le mélange cuivre-indium/gallium-diséléniure sont également examinés comme constituants de remplacement du silicone dans les cellules solaires.

Néanmoins, la plupart de ces matériaux présentent des inconvénients que le silicone ne présente pas, comme la toxicité. 

5. Le silicone cristallin est un matériau stable

Les modules photovoltaïques utilisant des cellules solaires en silicium cristallin ont une durée de vie prolongée en plein air, supérieure à deux décennies. Ceci est utile pour l'abordabilité des coûts du photovoltaïque, car les actifs commencent désormais à être amortis environ une décennie après la connexion initiale du système photovoltaïque.

6. Rentabilité

Il existe une exigence unique pour économiser de l’argent à l’avenir. Même si certains prédisent que le silicium PV a touché son coût le plus infime, les prix ont diminué en raison d'un taux d'apprentissage de 20 % avec une courbe d'apprentissage. (20 % d’économies sur les coûts d’amplification de la puissance totale installée), qui se poursuivra très certainement dans les années à venir.

7. Disponible gratuitement

Le silicone est l’un des matériaux les plus fréquemment exploités dans les cellules photovoltaïques. Il est également abondant dans la nature sous forme de dioxyde de silicium dans le gravier et le quartz, à partir duquel il est récupéré via la réduction du carbone. En réalité, le silicone constitue près de 26 % de la croûte terrestre.

8. Photoconductivité décente

La photoconductivité est l'augmentation de la conductivité électrique de certains constituants lorsqu'ils sont soumis à une énergie lumineuse suffisante. Il est régulièrement utilisé pour percevoir l'apparition de l'éblouissement, calculer sa force dans les machines sensibles à la lumière et comprendre les procédures internes de ces matériaux.

Le silicone possède une photoconductivité extraordinaire, ce qui en fait un choix répandu pour fabriquer des cellules photovoltaïques. La couche de dioxyde de silicium absorbe l’énergie lorsqu’elle est soumise à la lumière et transforme les photons de la lumière solaire en électrons libres pouvant générer de l’électricité.

9. Meilleure bande interdite

Le silicone a une bande interdite fantastique de 1.1 eV, ce qui est relativement proche de l'excellente valeur de 1.34 eV pour la production d'électricité solaire. La bande interdite optimale du silicone en fait un choix décent pour les cellules solaires en silicone, car différents semi-conducteurs avec des bandes interdites comparables sont généralement plus coûteux à produire.

10. Résistance extraordinaire à la corrosion

Le silicone possède une résistance extraordinaire à la corrosion grâce à son revêtement en dioxyde de silicium. Cela en fait un choix décent pour les cellules solaires en silicone, car elles doivent être résistantes dans des circonstances environnementales hostiles telles que des températures extrêmes, un soleil puissant et une eau salée cicatrisante.

11. Matériau léger

Le silicone est également léger, ce qui signifie qu’il peut être utilisé comme base sur laquelle sont placés les composants des cellules solaires en silicone. Il n'est pas simple de trouver un autre matériau léger qui pourrait remplacer le silicone en raison de ses propriétés organiques sûres, lucratives et résistantes à la corrosion.

Alors maintenant, vous connaissez l’importance de l’utilisation du silicone dans les cellules solaires ! En plus d’être très économique, ce matériau fournit le meilleur rendement énergétique pour alimenter nos maisons, nos usines et bien plus encore !

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