photoélectricité

La photoélectricité désigne le phénomène par lequel la lumière provoque la génération d'énergie électrique dans un matériau ou un dispositif. Le terme recouvre à la fois l'effet photoélectrique, observé principalement dans les métaux et certains sels, et l'effet photovoltaïque, mis en œuvre dans les semi-conducteurs pour convertir directement la lumière en courant électrique. Cette conversion alimente des capteurs, des dispositifs électroniques et des systèmes d'énergie renouvelable.

Historique: l'effet photoélectrique a été observé par Antoine César Becquerel en 1839 dans une électrode plongée dans un électrolyte sous illumination. En 1905, Albert Einstein proposa l'explication quantique de l'effet, introduisant les photons et la notion de travail de sortie, ce qui établit les bases de la théorie quantique de la lumière. Le terme « photoélectricité » peut aussi désigner la production d'électricité via des jonctions p-n dans les semi-conducteurs.

Dans les semi-conducteurs, l'effet photovoltaïque se produit lorsque des photons excités génèrent des paires électron-trou et que le champ électrique d’une jonction les sépare, produisant un courant continu. L’efficacité dépend de l’absorption, des recombinaisons et de la conception du dispositif. Le silicium est le matériau dominant dans les panneaux solaires commerciaux; d’autres matériaux comme le CdTe ou le CIGS sont utilisés dans des technologies alternatives.

Applications: les modules photovoltaïques produisent de l’électricité pour les habitations, les entreprises et les réseaux, et les satellites utilisent des panneaux solaires. Des détecteurs photoélectriques et des capteurs d’image exploitent aussi l’effet dans l’électronique et l’optique.

Limitations: la production dépend de l’ensoleillement et des pertes électriques; l’efficacité maximale des cellules solaires à cellule unique est limitée par des considérations thermodynamiques (limite de Shockley–Queisser). Des enjeux industriels incluent les coûts de fabrication, l’impact environnemental et la durabilité; le stockage d’énergie par batteries est souvent nécessaire pour une alimentation continue.