une boule à neige interactive
une boule à neige interactive
Enseignement scientifique Terminale
Rejoignez la communauté !
Co-construisez les ressources dont vous avez besoin et partagez votre expertise pédagogique.
Pour découvrir le manuel
Jeu sérieux
Thème 1 : Science, climat et société
Introduction
Ch. 1
L'atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Ch. 4
Énergie, développement et futur climatique
Objectif Bac : Thème 1
Thème 2 : Le futur des énergies
Introduction
Ch. 5
Deux siècles d’énergie électrique
Deux siècles d’énergie électrique
Ouverturep. 99
La production d’électricité
Activité documentairep. 100-101
Fonctionnement et rendement d’un alternateur
Activité documentairep. 102
Étude d’une cellule photovoltaïque
Activité documentairep. 103
Étude d’une cellule photovoltaïque en version expérimentale - Exclusivité numérique
Activité expérimentale
Le capteur photovoltaïque
Activité documentairep. 104-105
Cours
Fiches de révision - Exclusivité numériquep. 106-107
Zone d'échauffement
Exercicesp. 108
L'atelier des apprentis
Exercicesp. 109
Le repaire des initiés
Exercicesp. 110-111
Le coin des experts
Exercicesp. 112
Exercices de révision
Exercices de révision - Exclusivité numérique
Ch. 6
Les atouts de l’électricité
Ch. 7
Optimisation du transport de l’électricité
Ch. 8
Choix énergétiques et impacts
Objectif Bac : Thème 2
Thème 3 : Une histoire du vivant
Introduction
Ch. 9
La biodiversité et son évolution
Ch. 10
L’évolution, une grille de lecture du monde
Ch. 11
L’évolution humaine
Ch. 12
Les modèles démographiques
Ch. 13
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Objectif Bac : Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Annexes
Chapitre 5
Activité 4 - documentaire

Le capteur photovoltaïque

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Introduction
En dix ans, la capacité mondiale de production d'énergie électrique à partir de l'énergie solaire a été multipliée par 25. Elle représente environ 4 % de la production mondiale d'énergie en 2019 et devrait atteindre 8 % en 2023.

Quel est le principe de fonctionnement d'un capteur photovoltaïque ?
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Ce que j'ai déjà vu

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Documents

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 1
Conducteur, isolant et semi-conducteur

Placeholder pour ConducteurConducteur
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Un matériau conducteur est constitué d'atomes dont les électrons périphériques peuvent passer librement d'un niveau d'énergie de valence vers un niveau d'énergie de conduction et ainsi permettre le passage du courant électrique. Dans un matériau isolant, la différence d'énergie entre les deux niveaux d'énergie (appelée gap) est trop importante : le courant électrique ne peut s'établir. Dans un matériau semi-conducteur, le gap est suffisamment faible pour qu'un apport d'énergie, par des photons par exemple, permette le passage des électrons de la bande de valence vers la bande de conduction. Le matériau passe ainsi d'un état isolant vers un état conducteur.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 2
Cellule photovoltaïque à simple jonction

cellule photovoltaïque
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Un semi-conducteur à simple jonction est constitué de deux couches de silicium. L'une contient un excédent de charges négatives obtenu par ajout d'un autre élément riche en électrons (couche dopée n), l'autre un excédent de charges positives obtenu par ajout d'un élément déficitaire en électrons (couche dopée p). Ces deux couches agissent comme les deux pôles d'une pile. Lorsque les rayons du Soleil atteignent la couche n, ils fournissent l'énergie nécessaire aux électrons pour passer dans les fils conducteurs situés à la surface et circuler dans le circuit électrique extérieur.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 3
Spectre solaire

Spectre solaire
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Les molécules de l'atmosphère absorbent une partie du rayonnement solaire. Le graphique ci-dessus montre l'allure du profil spectral du Soleil en haut de l'atmosphère et au niveau de la mer. Selon la position sur Terre, l'épaisseur d'atmosphère traversée par le rayonnement solaire n'est pas la même.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 4
Limite de Shockley-Queisser

William Shockley et Hans-Joachim Queisser ont calculé que le rendement maximum théorique d'une cellule photovoltaïque à simple jonction en silicium est de 33 %. En effet, l'énergie des photons du rayonnement solaire varie entre 0,5 et 2,9 eV. Or, près de la moitié des photons reçus ont une énergie supérieure à la valeur du gap (1,1 eV pour le silicium) et leur énergie est convertie en énergie thermique et non en énergie électrique. De plus, un peu moins de 20 % des photons ont une énergie trop faible et ne sont pas absorbés par la cellule. À l'heure actuelle, les meilleures cellules photovoltaïques ont un rendement qui se situe entre 20 et 25 %.

semi-conducteur
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Gap et rendement de semi-conducteurs (InP : phosphure d'indium, Si : silicium cristallin, GaAs arséniure de gallium, Ge : germanium, aSi : silicium amorphe, CdTe : tellurure de cadmium, CdS : sulfure de cadmium).
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 5
Spectre d'absorption de semi‑conducteurs

La capacité d'absorber le rayonnement solaire dépend de la nature du semi-conducteur. Le graphique ci-dessous présente la capacité d'absorption de sept différents semi-conducteurs en fonction de la longueur d'onde du rayonnement perçu.
Spectre d'absorption
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Coefficient d'absorption de semi-conducteurs en fonction de la longueur d'onde.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Doc. 6
Coût de certains semi-conducteurs comparé au coût du silicium

Semi-conducteurSiGeInPGaAs
Comparaison
par rapport au silicium		1× 4× 8× 10
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Vocabulaire

  • Électronvolt (eV) : unité d'énergie souvent utilisée pour étudier les phénomènes d'interaction entre la matière et le rayonnement ou encore en physique des particules. 1 eV = 1{,}60 \times 10^{-19} J.

  • Capteur photovoltaïque  : appareil convertissant l'énergie radiative en énergie électrique. Les cellules photovoltaïques sont des capteurs photovoltaïques.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Supplément numérique

Visionnez plus d'informations sur le spectre solaire :
Découvrez le fonctionnement d'un semi-conducteur en vidéo :
Visionnez une introduction à la théorie des bandes.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

Questions

Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.

1. Doc. 1 et Doc. 2 Dans une cellule photovoltaïque, d'où provient l'énergie nécessaire aux électrons des semi-conducteurs pour franchir le gap ?


2. Doc. 2 À l'intérieur d'une cellule à simple jonction, dans quel sens circulent les électrons ?


3. Doc. 4 Un bon semi-conducteur pour des panneaux photovoltaïques doit avoir une énergie de gap ni trop basse ni trop élevée. Le meilleur compromis est obtenu en choisissant des semi-conducteurs ayant un gap compris entre 1 et 1,7 eV. Identifier les semi-conducteurs qui répondent le mieux à ces critères.


4. Doc. 5 et Doc. 6 Identifier le semi-conducteur qui possède la plus large bande d'absorption. Pourquoi n'est-il pas utilisé à la place du silicium pour fabriquer la plupart des cellules photovoltaïques à simple jonction ?


5. Doc. 3 Identifier la partie du spectre solaire absorbée par les semi-conducteurs.


6. L'une des possibilités explorées pour augmenter le rendement des cellules photovoltaïques est la cellule multi-jonctions, un empilement de deux ou trois semi-conducteurs différents. Une cellule multi-jonction est fabriquée à partir des trois semi-conducteurs suivants : InP, GaAs et Ge. Rédiger un court paragraphe pour expliquer l'intérêt de ce choix.
Afficher la correction

Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?

Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.

Oups, une coquille

j'ai une idée !

Nous préparons votre pageNous vous offrons 5 essais

Yolène
Émilie
Jean-Paul
Fatima
Sarah
Utilisation des cookies
Lors de votre navigation sur ce site, des cookies nécessaires au bon fonctionnement et exemptés de consentement sont déposés.