Physique-chimie (spécialité) · TerminaleBac
Cellules photovoltaïques et diodes : quiz de Terminale
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- Une cellule photovoltaïque convertit de la lumière en électricité et délivre une tension continue.2
- Un photon n'arrache un électron que si son énergie dépasse la bande interdite du semi-conducteur (environ 1,12 eV pour le silicium).2
- Il faut séparer électrons et trous, sinon ils se recombinent et l'énergie est perdue.2
- Électriquement, la cellule équivaut à un générateur de courant associé à une diode.2
- La puissance électrique dépend de la puissance lumineuse reçue et du rendement.2
Avant de commencer
Ce quiz reprend la cellule photovoltaïque telle qu'on l'étudie en Terminale, dans la continuité de l'effet photoélectrique et de la notion de photon. Il couvre le rôle du semi-conducteur, la condition d'énergie du photon, la séparation des charges, le modèle électrique avec une diode, la puissance et le rendement, puis les cellules tandem et l'assemblage en modules.23
Quiz
15 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.
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Éclairée, la cellule fournit une tension de sens constant, donc continue ; dès qu'on lui branche un récepteur, un courant circule dans le circuit.2 Un courant alternatif à 50 Hz est celui du réseau : il faut un onduleur pour passer de l'un à l'autre, la cellule ne le produit pas elle-même. Elle ne dépend pas non plus d'un branchement au réseau pour produire.
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Le photon doit avoir une énergie supérieure à la bande interdite.2 L'erreur tentante est de raisonner sur la longueur d'onde dans le mauvais sens : une énergie plus grande correspond à une longueur d'onde plus petite, donc il faut une longueur d'onde inférieure à la valeur limite, pas supérieure. La source du rayonnement n'intervient pas, seule compte l'énergie du photon.
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C'est faux : l'énergie du photon doit dépasser la bande interdite, de l'ordre de 1,12 eV pour le silicium.2 Avec une énergie plus faible, le photon n'est pas assez énergétique pour libérer un électron, quelle que soit l'intensité lumineuse : plus de photons ne compense pas l'énergie insuffisante de chacun, car chaque photon agit individuellement.
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On calcule . Cette valeur est cohérente avec le seuil d'environ 1,12 µm donné pour le silicium.2 L'erreur fréquente est de diviser l'énergie par au lieu de diviser par l'énergie : on obtiendrait une valeur inférieure à 1, absurde pour un seuil dans l'infrarouge proche. Tout photon de longueur d'onde inférieure à ce seuil convient.
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L'électron libéré retombe très vite dans un trou voisin : c'est la recombinaison, et l'énergie que le photon avait apportée part en pure perte.2 C'est ce qui rend nécessaire un dispositif de séparation des charges. Imaginer que l'électron produit tout seul un courant est tentant, mais sans séparation il n'y a aucune différence de potentiel exploitable.
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Le principe est de diriger électrons et trous vers deux faces opposées plutôt que de les laisser se recombiner dans le matériau : une différence de potentiel apparaît alors.2 La recombinaison est justement le phénomène à éviter, puisqu'elle dissipe l'énergie reçue.
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Les cellules les plus répandues sont à base de silicium, et plus rarement d'autres semi-conducteurs comme le CIS, le CIGS ou le CdTe.2 Le cuivre pur est un conducteur métallique, pas un semi-conducteur : le cuivre figure dans les formules CIS et CIGS, mais combiné à l'indium, au sélénium et au gallium, ce qui est tout autre chose.
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Le modèle électrique est celui d'un générateur de courant associé à une diode.2 Un conducteur ohmique ou une bobine ne produisent pas d'énergie : ce sont des dipôles passifs. Le point important est que la cellule est un générateur, pas un récepteur.
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C'est vrai : la puissance obtenue est proportionnelle à la puissance lumineuse incidente et dépend du rendement de la cellule.2 Doubler la puissance lumineuse reçue double donc la puissance électrique, à rendement identique. Le rendement est le rapport entre ces deux puissances.
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La puissance lumineuse reçue est . La puissance électrique vaut , puisque la puissance obtenue est proportionnelle à la puissance incidente et dépend du rendement.2 L'erreur courante est de donner 15 W en oubliant le rendement, ce qui supposerait que toute la lumière devient de l'électricité.
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La couche antireflet sert à bien transmettre les photons vers l'absorbeur.2 Elle agit sur la lumière avant toute conversion, pas sur l'électricité produite : ni stockage, ni changement de nature du courant. Le gap du semi-conducteur dépend du matériau, pas de cette couche.
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Une cellule tandem est un empilement de deux cellules simples qui absorbent dans des domaines spectraux différents, ce qui améliore le rendement théorique.2 Deux cellules côte à côte forment simplement un module : elles ne sont pas superposées et n'exploitent pas des parties différentes du spectre.
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C'est vrai : elle offre un rendement élevé sur une large plage de longueurs d'onde, mais son coût est plus élevé et sa réalisation plus complexe.2 L'avantage de rendement a donc un prix, ce qui explique que toutes les cellules ne soient pas des tandems.
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Des cellules connectées entre elles constituent un module, et l'association de plusieurs modules donne une installation solaire.3 Les autres propositions inversent les niveaux : la cellule est le composant de base, le plus petit élément de la chaîne.
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Le seuil correspond à une longueur d'onde inférieure à 1,12 µm environ ; avec 2,0 µm, la longueur d'onde est trop grande, donc l'énergie du photon est inférieure à la bande interdite et aucun électron n'est arraché.2 L'erreur tentante est de croire qu'une grande longueur d'onde signifie une grande énergie : c'est l'inverse, puisque l'énergie varie en .
Les questions qu'on se pose
Pourquoi parle-t-on de diode pour une cellule photovoltaïque ?
Parce que, côté électrique, la cellule se modélise comme un générateur de courant auquel on adjoint une diode.2 Cette représentation te sert à interpréter sa caractéristique courant-tension : retiens que la cellule est un générateur et que la diode fait partie de son modèle.
Pourquoi la longueur d'onde du photon doit-elle être petite, et pas grande ?
Le photon doit avoir une énergie supérieure à la bande interdite.2 Comme l'énergie d'un photon est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde (), une énergie élevée correspond à une longueur d'onde courte. Pour le silicium, le seuil est donc exprimé comme une longueur d'onde maximale, de l'ordre de 1,12 µm.2
Que demande-t-on souvent au bac sur ce thème ?
On te demande en général de comparer l'énergie d'un photon à la bande interdite, de calculer une longueur d'onde seuil, ou d'exploiter une puissance et un rendement. Maîtrise la relation et la proportionnalité entre puissance lumineuse reçue et puissance électrique obtenue.2
Sources
- Encyclopédia Universalis — La physique des cellules photovoltaïques, Universalis. Consulté le 6 novembre 2026.
- Cellule photovoltaïque, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
- Énergie solaire photovoltaïque, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
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