Interaction lumière-matière

Interaction lumière-matière : les panneaux solaires

Au milieu du XIXe siècle, l'effet photoélectrique avait été observé sans qu'aucune théorie ne l'explique correctement : un faisceau de lumière qui atteignait un métal pouvait lui arracher des électrons. En 1905, Einstein postula que la lumière se comportait comme si elle était constituée de "grains indivisibles", les photons. La matière peut absorber ou émettre des photons, chacun portant une quantité d'énergie bien définie, un quantum : cette approche constituera l'un des fondements de la mécanique quantique. 1. Préciser quelle a été la démarche d'Einstein pour expliquer l'effet photovoltaïque ?

Le spectre de la lumière d'émission d'un gaz est composé de fines raies colorées, chacune des raies correspond à un photon d'une énergie bien particulière et d'une certaine longueur d'onde. Nous retrouvons, la théorie de la mécanique quantique : l'énergie d'un atome ne peut prendre que des valeurs bien déterminées, discrètes (non continues). La valeur de l'énergie d'un photon émis est égale à la différence d'énergie (en valeur absolue) qui existe entre deux niveaux possibles de l'atome. 2. Un atome d'hydrogène dans son état fondamental (n=1) peut-il absorber un photon dont l'énergie vaut : - E = 0,97 eV (électronvolt) - E = 1,20 eV ?

Si des atomes sont liés ensembles, des états d'énergie apparaissent. Des bandes d'énergies se forment : bande de valence, bande de conduction et bande interdite. Les positions relatives de ces bandes permettent d'expliquer les propriétés électriques des différents matériaux. Naturellement, les électrons se trouvent dans la bande de valence. Si les électrons se trouvent dans la bande de conduction, le matériau devient conducteur. Si la bande interdite est trop large, le matériau est isolant. 3. Par quel moyen, les électrons d'un semi-conducteur peuvent-ils se retrouver dans la bande de conduction ?

5. Pourquoi le Germanium n'est-il pas privilégié dans la fabrication des panneaux solaires ?

6. Quel est le principal avantage du silicium sur les autres semi-conducteurs ?

4. Quel matériau serait le plus efficace pour absorber la lumière émise par le Soleil ?

7. Faire le bilan sur les raisons pour lesquelles le Silicium est utilisé dans la fabrication des panneaux solaires.