29. Efficacité maximale théorique des panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques ont pour but de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique. La découverte du premier effet photoélectrique remonte à 1839, lorsque le physicien français Antoine Becquerel et son fils Alexandre Edmond mettent en évidence la modification des propriétés électriques d’un liquide soumis à un éclairage. Le premier brevet d’une cellule photovoltaïque est déposé en 1913 par le physicien américain William Coblence. Le premier véritable panneau solaire photovoltaïque, élaboré à base de silicium, est développé en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, avec un rendement de 6 %. Le satellite américain Vanguard I, lancé le 17 mars 1958, est le premier à être équipé de panneaux solaires. Il faut attendre le début des années 1970 pour que les cellules photovoltaïques soient produites à grande échelle.
Grâce aux progrès réalisés en recherche et développement (R&D), leur coût de fabrication est passé en quelques décennies de 100 $ par watt à moins de 1 $ de nos jours. Cette même R&D a permis d’améliorer le rendement des cellules photovoltaïques et continue de le faire encore actuellement. Le tableau ci-dessous répertorie les records d’efficacité suivant la technologie et les matériaux employés (liste non exhaustive). Fin 2020, le record absolu atteint 47,1 %, détenu par NREL avec une cellule à 6 jonctions et concentrateur de lumière.Ce problème propose de calculer la limite théorique de l’efficacité de conversion d’énergie solaire en énergie électrique d’une cellule photovoltaïque et de mettre en évidence l’influence des principaux facteurs dont elle dépend : le matériau utilisé, le nombre de jonctions, la température de la cellule et enfin la concentration de la lumière…