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Les technologies
Découvert par le physicien A. Becquerel en 1839, l’effet Photovoltaïque transforme l'énergie lumineuse en courant électrique. L’effet photovoltaïque est obtenu par absorption des photons dans un matériau semiconducteur : le déplacement des électrons génère alors une tension électrique.

Le matériau semi-conducteur utilisé aujourd’hui comme base des cellules photovoltaïques est un Silicium de grande pureté. Ce matériau, malgré l’abondance de sa matière première (sable) nécessite néanmoins des procédés industriels coûteux et complexes.

Il existe aujourd’hui 3 types principaux de cellules PV industrialisés :

  • Les cellules monocristallines sont les photopiles issues de la première génération, elles ont un taux de rendement de 12 à 16%, mais la méthode de production est laborieuse et très chère car il faut une grande quantité d'énergie pour obtenir du cristal pur.
  • Les cellules poly-cristallines ont un rendement de 11 à 13%, mais un coût de production moins élevé.
  • Les cellules amorphes ont un coût de production inférieur, mais un rendement de 6 à 9%. Cette technologie permet d'utiliser des couches très minces de silicium. On peut donc appliquer de très fines couches de silicium amorphe sur des vitres, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide et créer ainsi des capteurs souples.

D'autres technologies (utilisant plusieurs semi-conducteurs, des concentrateurs optiques, ou des composés de chimie organique) sont en phase de pré-industrialisation : il est très probable que les investissements importants de ces dernières années en recherche & développement amènent à des nouveaux matériels permettant de continuer à faire baisser le prix de revient du kWh solaire, et contribuer ainsi à une diffusion plus large.

Les autres types de cellules

Aujourd'hui, les cellules susceptibles d'être mises sur le marché du solaire sont les cellules Tandem, les cellules multi-jonction ou encore, plus récemment, les semi-conducteurs CIGS. 

1. Les cellules Tandem
Elles sont un assemblage monolithique d'une mince couche de cellules amorphes sur des cellules de silicium cristallin.La combinaison de ces deux types de cellules permet l'absorption de la lumière sur un plus large spectre et offre donc un meilleur rendement, même par faible ensoleillement.
Néanmoins, le procédé reste cher du fait de la fabrication des cellules amorphes et cristallines ainsi et surtout de la superposition des différentes cellules 

2. Les cellules multi-jonction
Le fonctionnement de ces cellules réside sur le même principe que celui des cellules Tandem. Les cellules multi-jonction sont composées d'un grand nombre de semi-conducteurs(GaAs, Ge, GaInP2...) possédant chacun un spectre limité. En choisissant des matériaux dont les longueurs d'onde limites sont les plus proches possibles les unes des autres, l'ensemble des cellules absorbe un spectre le plus complet possible donnant à l'ensemble un rendement très élevé pouvant atteindre 50%.
Le gros défaut de ces cellules est leur coût de fabrication, car aucune production industrielle n'a encore pu être mise en place. 

3. Semi-conducteur CIGS
Cette nouvelle technique repose sur l'utilisation d'un mélange de semi-conducteurs(cuivre, gallium, indium et selenium)en lieu et place de l'actuel silicium. Le procédé de fabrication de ces semi-conducteurs, inspiré de l'imprimerie, consiste au dépot sur une bande métallique souple des semi-conducteurs en quatre passages consécutifs. Cette production industrielle permet une importante diminution du coût de fabrication des cellules et des panneaux photovoltaïques. Grâce à ce procédé, le prix du Watt solaire pourrait descendre à 1dollar.

4. Les autres cellules à couches minces

D'autres combinaisons sont soit à l'étude, soit déjà commercialisées; Ainsi, le premier producteur mondial de panneaux, l'américain First Solar vend une technologie de Tellurure de Cadmium (CdTe) qui n'a été introduite sur le marché qu'en 2002. On assiste donc à une accélération de l'innovation dans ce domaine.