Le rayonnement solaire dans les longueurs d'onde du rouge au violet fait exploser une cellule solaire avec suffisamment d'énergie pour créer de l'électricité. Mais les cellules solaires ne répondent pas à toutes les formes de lumière. Les longueurs d'onde du spectre infrarouge ont trop peu d'énergie nécessaire pour bousculer les électrons libres dans le silicium de la cellule solaire, l'effet qui produit du courant électrique. Les longueurs d'onde ultraviolettes ont trop d'énergie. Ces longueurs d'onde créent simplement de la chaleur, ce qui peut réduire l'efficacité d'une cellule. Les cellules solaires nécessitent certaines longueurs d'onde dans le spectre lumineux pour générer des quantités utiles d'électricité.
Anatomie d'une cellule solaire
Une cellule solaire ou photovoltaïque est un sandwich à deux couches de silicium; une couche, appelée type N, contient des traces d'éléments tels que l'arsenic pour donner au matériau une charge électrique négative; la deuxième couche, appelée type P, est entrelacée avec d'autres éléments qui donnent une charge positive. Électriquement, les deux côtés agissent comme les bornes d'une batterie; lorsqu'il est connecté à un circuit, un courant électrique circule du côté positif, à travers les composants du circuit et vers le côté négatif de la cellule solaire. Certaines cellules solaires utilisent du silicium sous forme cristalline; d'autres utilisent un silicium amorphe ou vitreux. Le silicium cristallin a tendance à être plus efficace pour convertir la lumière mais coûte plus cher que le type amorphe.
Effet de la luminosité
La luminosité ou la luminosité est la quantité de lumière qui brille sur une cellule solaire. Dans l'obscurité totale, une cellule ne produit pas d'électricité. À mesure que la quantité de lumière augmente, le courant de la cellule augmente également. À un certain niveau de luminosité, cependant, la sortie de la cellule atteint une limite; au-delà de ce point, plus de lumière ne donne pas de courant supplémentaire. Les spécifications d'une cellule solaire incluent une tension nominale et un courant nominal qui correspondent à la sortie de la cellule sous un soleil direct. Pour tirer le meilleur parti d'une cellule solaire, il est important de la faire face au soleil le plus directement possible. Un installateur de panneaux solaires, par exemple, montera un panneau à un angle qui capte la plupart des rayons du soleil. L'angle dépend de l'endroit où vous vous trouvez sur la terre: plus vous êtes loin au nord ou au sud de l'équateur, plus l'angle est raide. Certaines « fermes » d'énergie solaire ont des panneaux sur un mécanisme qui s'incline, suivant le mouvement quotidien du soleil dans le ciel.
Spectre, longueur d'onde et couleur
La lumière visible fait partie du spectre électromagnétique, une forme d'énergie qui comprend également les ondes radio, les ultraviolets et les rayons X. Les couleurs de l'arc-en-ciel contenues dans la lumière visible représentent différentes longueurs d'onde; la longueur d'onde de la couleur rouge, par exemple, est d'environ 700 nanomètres, ou milliardièmes de mètre, et 400 nanomètres est la longueur d'onde du violet. Les cellules solaires répondent à bon nombre des mêmes longueurs d'onde détectées par l'œil humain.
Lumière du soleil ou lumière artificielle
Les cellules solaires fonctionnent généralement bien avec la lumière naturelle du soleil, car la plupart des utilisations des appareils solaires sont à l'extérieur ou dans l'espace. Étant donné que les sources de lumière artificielles telles que les ampoules à incandescence et fluorescentes imitent le spectre solaire, les cellules solaires peuvent également fonctionner à l'intérieur, alimentant de petits appareils tels que des calculatrices et des montres. D'autres sources artificielles telles que les lasers et les lampes au néon ont des spectres de couleurs très restreints; les cellules solaires peuvent ne pas fonctionner aussi efficacement avec leur lumière.