La cellule solaire photovoltaïque est l’élément fondamental de tout panneau solaire.

C’est elle qui transforme la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique appelé effet photovoltaïque.

Comprendre les bases d’une cellule solaire permet de mieux saisir :

• comment fonctionne une installation photovoltaïque
• pourquoi le rendement varie
• ce qui influence la production en Suisse romande
• la différence entre cellule, module et panneau

Dans cet article, nous allons expliquer de manière claire et technique les basiques d’une cellule solaire.

Qu’est-ce qu’une cellule solaire ?

Une cellule solaire (ou cellule photovoltaïque) est un composant électronique capable de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique.

Une cellule seule produit environ :

$$0.5 \text{ à } 0.6 \, \text{Volt}$$0.5 aˋ 0.6Volt

Pour produire une tension utile, plusieurs cellules sont assemblées en série dans un module photovoltaïque.

Un panneau standard contient généralement :

• 60 cellules
• 108 demi-cellules
• 120 cellules
• 144 cellules

De quoi est composée une cellule solaire ?

Le matériau semi-conducteur : le silicium

La grande majorité des cellules photovoltaïques utilisées en Suisse sont fabriquées en silicium cristallin.

On distingue :

• Silicium monocristallin (rendement élevé, couleur noire)
• Silicium polycristallin (anciennement courant, bleu)

Le silicium est un semi-conducteur, ce qui signifie qu’il peut conduire l’électricité sous certaines conditions.

La jonction P-N

C’est le cœur du fonctionnement.

La cellule est composée de deux couches :

• Une couche dopée type P (excès de charges positives)
• Une couche dopée type N (excès d’électrons)

À leur interface se forme un champ électrique interne.

C’est ce champ qui permet la génération du courant.

Les contacts métalliques

Sur la face avant :

• Fines grilles conductrices (finger lines)
• Collectent les électrons

Sur la face arrière :

• Contact plein ou partiel
• Ferme le circuit électrique

La couche antireflet

Une couche spéciale limite la réflexion de la lumière.

Sans elle, une partie du rayonnement serait perdue.

Comment fonctionne une cellule solaire ? (Principe de l’effet photovoltaïque)

Lorsque la lumière du soleil frappe la cellule :

1️⃣ Les photons transmettent leur énergie aux électrons du silicium
2️⃣ Les électrons sont excités
3️⃣ Le champ électrique interne sépare les charges
4️⃣ Un courant électrique circule dans le circuit externe

La puissance produite dépend du rayonnement reçu :

$$P = U \times I$$P=U×I

où :

• $U$ = tension
• $I$ = courant

Quelle tension produit une cellule solaire ?

Une cellule seule produit environ :

$$0.5 – 0.6 \, V$$0.5–0.6V

Un module de 60 cellules en série produit donc environ :

$$≈ 30 – 40 \, V$$≈30–40V

En fonctionnement réel, la tension dépend :

• du rayonnement
• de la température
• de la charge

Rendement d’une cellule solaire

Le rendement correspond au pourcentage d’énergie lumineuse transformée en électricité.

Cellules modernes en silicium monocristallin :

$$20 – 23 \%$$20–23%

Cela signifie que 20 à 23 % de l’énergie reçue est convertie en électricité.

Le reste est dissipé sous forme de chaleur.

Facteurs influençant le rendement d’une cellule solaire

Température

Plus la température augmente, plus la tension diminue.

C’est pourquoi :

• Un panneau produit mieux par temps froid et ensoleillé.

Rayonnement solaire

La puissance produite est proportionnelle au rayonnement incident :

$$P \propto G$$P∝G

Si le rayonnement diminue de 50 %, la puissance diminue approximativement de 50 %.

Angle d’incidence

Une cellule fonctionne mieux lorsque les rayons arrivent perpendiculairement.

C’est pourquoi l’inclinaison du toit est essentielle.

Différence entre cellule solaire et panneau solaire

Beaucoup de personnes confondent les deux.

Cellule solaire	Panneau solaire
Élément unitaire	Assemblage de cellules
Produit ~0.5 V	Produit 300–500 W
Invisible seule	Visible sur le toit

Un panneau est composé de plusieurs cellules interconnectées.

Types de cellules photovoltaïques modernes

Cellules PERC

Technologie améliorée avec meilleure réflexion interne.

Cellules TOPCon

Rendement supérieur, meilleure performance à haute température.

Cellules HJT (hétérojonction)

Très bon rendement et excellente performance en faible luminosité.

Ces technologies sont de plus en plus présentes sur le marché suisse.

Production typique en Suisse romande

Une installation bien dimensionnée produit :

$$1 \, kWc ≈ 900 – 1100 \, kWh/an$$1kWc≈900–1100kWh/an

Cette production dépend directement :

• de la qualité des cellules
• du rayonnement reçu
• de l’orientation

Pourquoi comprendre les bases d’une cellule solaire est important ?

Pour :

– Comprendre les différences de prix entre panneaux
– Évaluer la qualité d’un module
– Éviter les arguments marketing trompeurs
– Optimiser la rentabilité d’une installation

Idées reçues sur les cellules solaires

– Une cellule fonctionne uniquement en plein soleil
– Faux : elle fonctionne aussi grâce au rayonnement diffus

– Plus un panneau est chaud, mieux il produit
– Faux : la chaleur diminue le rendement

– Toutes les cellules se valent
– Faux : la technologie et le procédé influencent fortement la performance

Conclusion : les fondamentaux d’une cellule photovoltaïque

La cellule solaire est le cœur de toute installation photovoltaïque.

Elle fonctionne grâce :

• au silicium
• à une jonction P-N
• à l’effet photovoltaïque
• à un champ électrique interne

Son rendement dépend :

• du rayonnement
• de la température
• de l’angle d’incidence

Comprendre ces bases permet de mieux analyser un projet solaire en Suisse romande et de faire des choix éclairés.