Cellules photovoltaïques et diodes : fiche de Terminale
Publié le 7 novembre 2026 · Mis à jour le 7 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
Une cellule photovoltaïque est un composant à semi-conducteur qui convertit la lumière reçue en énergie électrique, sous forme d'une tension continue 2.
Un photon dont l'énergie dépasse la bande interdite arrache un électron et laisse un trou ; la cellule oriente électrons et trous vers deux faces différentes pour éviter qu'ils se recombinent 2.
Côté circuit, la cellule se modélise par un générateur de courant associé à une diode 2.
À rendement donné, la puissance électrique varie comme la puissance lumineuse reçue 2.
Des cellules reliées forment un module ; des modules regroupés forment une installation 3.
Ce qu'est une cellule photovoltaïque
Dans ton cours précédent, tu as vu l'effet photoélectrique et le photon. La cellule photovoltaïque en est une application : la lumière apporte de l'énergie, et le composant la convertit en énergie électrique. La diode électroluminescente (DEL) fait l'inverse : elle convertit de l'énergie électrique en lumière. La plupart des cellules sont des semi-conducteurs, surtout à base de silicium ; d'autres matériaux existent, comme le CIS, le CIGS ou le tellurure de cadmium 2. Une cellule se présente souvent comme une fine plaque d'une dizaine de centimètres de côté 2.
Une cellule seule fournit peu. Les cellules sont donc souvent réunies dans des modules (panneaux solaires), selon la puissance recherchée 2. Plusieurs modules regroupés forment une installation, dont l'électricité peut être consommée sur place, stockée ou injectée sur le réseau 3.
Comment la lumière devient un courant
Modèle électrique : générateur de courant et diode
Ce modèle te permet de schématiser la cellule dans un circuit : le générateur de courant représente la lumière convertie en courant, la diode représente le comportement de la jonction entre les deux zones du semi-conducteur. Au Bac, on ne te demande pas de manipuler ce modèle : on t'attend surtout sur la caractéristique courant-tension de la cellule, la puissance électrique P=U×I et le rendement.
Améliorer le rendement
Le revers est un coût plus élevé et une réalisation plus complexe 2. L'idée à retenir pour le Bac : chaque cellule de l'empilement est adaptée à une partie différente du spectre, ce qui limite l'énergie des photons perdue.
Questions flash
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La cellule produit une tension continue 2. La tension alternative est l'erreur tentante : elle n'apparaît qu'après un onduleur placé en aval, pas à la sortie de la cellule elle-même 2.
L'énergie du photon doit dépasser la bande interdite, de l'ordre de 1,12 eV pour le silicium, ce qui correspond à une longueur d'onde inférieure à environ 1,1 μm 2. La proposition sur la longueur d'onde supérieure inverse le sens : plus la longueur d'onde est grande, plus l'énergie est faible.
Une cellule est l'équivalent d'un générateur de courant auquel on adjoint une diode 2. Le résistor ou le condensateur seul ne rendent pas compte de ce comportement, et la cellule n'est pas décrite comme un simple générateur de tension.
Sans dispositif supplémentaire, l'électron retrouve vite un trou et se recombine, ce qui dissipe l'énergie apportée par le photon ; séparer les charges fait apparaître une différence de potentiel 2. La cellule ne modifie ni l'énergie des photons ni le gap, et elle délivre un courant continu 2.
Les questions qu'on se pose
Quelle est la différence entre une cellule, un module et une installation ?
La cellule est le composant de base. Plusieurs cellules reliées forment un module (ou panneau), et plusieurs modules regroupés forment une installation solaire 3.
Pourquoi ajoute-t-on une diode dans le modèle de la cellule ?
Parce que, d'un point de vue électrique, la cellule équivaut à un générateur de courant auquel on adjoint une diode 2. Ce modèle aide à comprendre la forme de sa caractéristique courant-tension ; au Bac, tu raisonnes surtout avec cette caractéristique et avec P=U×I.
Une cellule fonctionne-t-elle avec n'importe quelle lumière ?
Non. Seuls les photons d'énergie supérieure à la bande interdite arrachent des électrons 2. Pour le silicium, cela correspond à une longueur d'onde inférieure à environ 1,1 μm 2. Il faut aussi assez de lumière, puisque la puissance électrique suit la puissance lumineuse reçue 2.