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Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?
Mis à jour le
February 5, 2026
7
min de lecture
À l'heure où la transition écologique est au cœur des enjeux mondiaux de développement, l'énergie photovoltaïque suscite beaucoup d'intérêt. L'utilisation des panneaux solaires se démocratise, mais le fonctionnement de la cellule photovoltaïque n'est pas encore une évidence pour tous.
Composant à l'origine du phénomène photoélectrique, la cellule photovoltaïque permet de convertir les rayons du soleil en électricité.
Elle s'inscrit parfaitement dans le mix énergétique français promu par le pouvoir public. Entre concept définitionnel, différents types, principe de fonctionnement et perspectives, SirEnergies vous invite à découvrir le fonctionnement d'une cellule photovoltaïque.
Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?
La cellule photovoltaïque est une « mini-centrale électrique » faite de plusieurs matériaux dont la synergie permet de convertir l'énergie lumineuse en électricité. L'assemblage de différentes couches de matériaux semi-conducteurs à la manière d'un sandwich forme ce que nous appelons une jonction.
Dès qu'un photon traverse la jonction, il y dépose son énergie et déclenche un transfert d'électrons de la zone n (négative) à la zone p (positive) de la cellule photovoltaïque. Il ne reste plus qu'à raccorder chacune des faces du dispositif à un fil conducteur et nous obtenons du courant électrique.
Chaque matériau semi-conducteur utilisé, et plus précisément les propriétés de ce dernier, conditionne la durée de vie de la cellule photovoltaïque. Le panneau photovoltaïque candidat au poste tant convoité d'énergie du futur doit donc être constitué de matériaux durables, résistants et très écologiques. Une question se pose alors : pourquoi le silicium dans le photovoltaïque ?
Le silicium est omniprésent dans l'électronique en raison de ses propriétés de semi-conducteur. Deux principales raisons peuvent expliquer son utilisation dans la fabrication des cellules photovoltaïques. D'abord, il facilite la circulation des paires électrons-trous indispensables à la production d'électricité.
Ensuite, il est possible de sensiblement modifier sa composition chimique pour en optimiser les propriétés électriques. Les chercheurs « dopent » en effet ce matériau avec des atomes d'une autre nature.
Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques ?
Si la cellule photovoltaïque cristallise autant l'attention, c'est avant tout pour les nombreuses possibilités qu'elle offre. Nous distinguons à ce titre trois grandes familles dont les rendements sont en constante évolution !
Cellules au silicium cristallin
Les cellules au silicium représentent plus de 95 % du marché des cellules photovoltaïques, car le silicium est présent en abondance dans les sables. Le rendement moyen de ce type de composant est aussi compris entre 16,5 et 22 % selon la technologie utilisée pour sa fabrication.
Par opposition aux cellules monocristallines, le silicium est composé de plusieurs cristaux quand il est obtenu avec un traitement à froid. Il est facile à produire. Il peut aussi être reconstitué en un grand cristal quand il est fondu. Nous obtenons alors un matériau monocristallin dont le rendement approche les 26,6 % en laboratoire.
Cellules photovoltaïques en couches minces
L'approche classique, consistant à couper le silicium en fines plaquettes d'environ 200 microns, est délaissée par une frange des chercheurs. Il est désormais possible de placer des matériaux semi-conducteurs avec une épaisseur de quelques microns sur un substrat comme le plastique ou le verre.
Il n'existe pas vraiment de limite aux champs des possibles. Le cadmium et le CIGS (cuivre/indium/gallium/sélénium) ont d'ores et déjà été testés en laboratoire et les résultats sont loin d'être décevants. Ils sont même proches des chiffres obtenus avec le silicium, soit des résultats respectifs de 22,1 et 23,3 % pour ces matériaux.
La découverte dont nous vous faisons part ne sonne pas le glas du silicium, bien au contraire. Il peut être utilisé en fines couches sous sa forme non cristallisée. Nous retrouvons d'ailleurs cette technologie dans les calculatrices, mais son rendement est plus faible.
Cellules organiques
Avec les cellules organiques, nous quittons la sphère des semi-conducteurs minéraux pour explorer une autre piste : celle des molécules. Ces composants sont fondés sur les polymères de la chimie organique, mais ils commencent tout juste à avoir des applications dans les modules photovoltaïques.
Le rendement énergétique des cellules organiques est encore faible et leur stabilité à long terme est approximative. Elles pourraient cependant avoir un coût de production très bas, ce qui est prometteur pour l'avenir.
Plusieurs techniques de production sont explorées dans le cadre des cellules photovoltaïques. L'une des principales pistes est celle des cellules à pigments photosensibles dont le fonctionnement est inspiré de la photosynthèse végétale. Leur nom ? Les cellules à colorants !
Comment une cellule photovoltaïque produit-elle du courant électrique ?
Pour comprendre le fonctionnement d'une cellule photovoltaïque, nous devons revenir sur quelques notions de physique.
Quel est le principe de fonctionnement d'un capteur photovoltaïque ?
Les cellules photovoltaïques utilisent ce que nous appelons « l'effet photoélectrique » pour produire du courant électrique en absorbant le rayonnement solaire. Chaque cellule disposée sur un panneau photovoltaïque convertit de manière continue l'énergie lumineuse des photons en électricité. Le support qui facilite ce processus en transportant les charges électriques n'est autre que le matériau semi-conducteur.
Nous devons ici faire une parenthèse pour aborder l'un des aspects mentionnés plus haut : le dopage des cristaux de silicium, notamment avec les cellules multijonctions. Chaque atome de ce minéral est composé de quatre électrons périphériques. La cellule compte quant à elle deux couches :
- La première couche est boostée avec des atomes de phosphore (cinq électrons périphériques). L'atome de phosphore possède un électron de plus que l'atome de phosphore. Le dopage est donc de type n, car il aboutit à un excès de charges négatives sur cette face.
- La seconde couche de la cellule est boostée avec des atomes de bore dont la périphérie comporte trois électrons. Il s'agit d'un dopage de type p. Le bore a un électron de moins que le silicium, le résultat est donc un excédent de la charge positive.
Le phénomène photoélectrique
L'effet photovoltaïque est le nom donné au phénomène par lequel les cellules photovoltaïques produisent l'électricité. Il met en lumière la réaction du silicium à l'énergie du soleil à travers les deux couches de la cellule.
Une fois que les deux faces sont en contact, les électrons excédentaires du matériau n transitent vers le matériau p et la magie opère. Les photons qui traversent la cellule photovoltaïque arrachent des électrons aux atomes des deux couches. Désormais libres de la couche p, ils se déplacent dans tous les sens, empruntent un circuit et retournent dans la couche n. L'électricité n'est rien d'autre que le résultat de ce déplacement.
Le phénomène photoélectrique se manifeste quand les rayons du soleil tapent sur la surface d'un panneau solaire. De cette situation naît un détachement d'électrons qui, orientés par les plaques de chaque cellule photovoltaïque, se déplacent d'un point à un autre : c'est la naissance du courant continu ! L’onduleur présent dans le panneau transforme ensuite le courant continu en courant alternatif pour alimenter vos appareils.
Le rendement d'une cellule photovoltaïque
Le rendement est simplement le rapport entre la puissance électrique obtenue et la puissance lumineuse qui touche la cellule photovoltaïque. Pour déterminer cette grandeur, chaque cellule du panneau est étalonnée à l'aide d'un simulateur solaire. Les conditions du test ? Une température ambiante de 25 °C et un ensoleillement de 1 000 W de lumière pour chaque mètre carré !
La puissance électrique produite ou la puissance crête est une fraction de la puissance solaire reçue. Elle est exprimée en pourcentage. À titre illustratif, prenons le cas d'un panneau photovoltaïque de 1 m² qui produit une puissance de 200 W. Son rendement est de 20 % et ne peut pas excéder 33 % selon la « limite de Shockley-Queisser ».
Quel futur pour l'énergie solaire ?
L'avenir de l'énergie solaire dépend des avantages et inconvénients qui lui sont propres. Nous allons donc examiner les enjeux de cette énergie verte pour déterminer s'il s'agit de l'énergie de demain.
Les avantages de l'énergie solaire
À l'échelle humaine, l'énergie solaire est inépuisable et disponible gratuitement. Ses atouts sont :
- La surabondance du silicium, matériau non toxique,
- Une durée de vie des panneaux solaires comprise de 20 à plus de 30 ans,
- La grande modularité des panneaux photovoltaïques.
La production d'électricité grâce aux installations photovoltaïques n'est par ailleurs pas polluante en phase d'exploitation. Les panneaux sont également recyclables et peuvent servir à des fins domestiques de petite échelle.
Les limites de la technologie photovoltaïque
L'énergie solaire fait face à des limites d'ordre financier. La technologie reste très coûteuse en dépit de la forte baisse enregistrée au cours des dernières années. Les panneaux solaires classiques sont par ailleurs fragiles, lourds et difficiles à installer.
L'impact énergétique et environnemental de l'énergie solaire n'est pas nul. Il faut environ entre 1 et 1,5 an à une cellule photovoltaïque pour compenser l'énergie nécessaire à sa fabrication. Enfin, l'électricité produite n'est pas immédiatement stockable. Les technologies de stockage indirect (batteries, accumulateurs cinétiques…) sont quant à elles très coûteuses.
Vers un futur prometteur
Il est difficile d'imaginer l'avenir sans l'énergie solaire. Consciente des enjeux autour de cette énergie, l'industrie photovoltaïque est à pied d'œuvre pour développer des techniques moins onéreuses et moins exigeantes en ressources. Le solaire à concentration, le dépôt sur ruban, les matériaux organiques et les panneaux à couche fine sont quelques-unes des pistes les plus prometteuses.
La cellule photovoltaïque fonctionne sur la base du phénomène photoélectrique et de la différence de polarité entre les couches du composant. Si de nombreux progrès sont attendus dans ce secteur, qu'en est-il de l'hydrogène et de la pile à combustible ?
Pour aller plus loin, n'hésitez pas à consulter notre article sur l'histoire de l'énergie solaire.
Le saviez-vous ?
Conscient de l’urgence climatique, SirEnergies offre la possibilité aux professionnels et entreprises de limiter l’impact écologique en matière d’énergie.
Nous avons fait le choix de travailler avec des acteurs incontournables du solaire photovoltaïque pour vous proposer des solutions d’accompagnement dédiées à vos projets d’autoconsommation photovoltaïques.
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Les réponses à vos questions
Quelles conséquences d’un dépassement de puissance ?
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Un dépassement de puissance entraîne des pénalités financières et peut impacter le dimensionnement du contrat. Ajuster correctement la puissance souscrite permet d’éviter ces coûts supplémentaires.
Comment obtenir une exonération de taxe ?
Certaines entreprises peuvent obtenir une exonération partielle ou totale de la TICFE ou de la TICGN, en fonction de leur activité et de leur intensité énergétique. L’accompagnement d’un expert permet d’identifier les critères d’éligibilité et de monter le dossier.
Quelles sont les principales taxes applicables ?
Parmi les taxes figurent la TICFE, la TICGN, la CTA, la CJA et le TURPE. Elles représentent une part significative de la facture et varient selon les profils de consommation. Bien les comprendre est essentiel pour optimiser les coûts.
Mon entreprise peut-elle encore bénéficier des Tarifs Réglementés de Vente (TRV) ?
Oui, sous certaines conditions de taille.
Depuis le 1er février 2025, le critère de puissance a été supprimé.
Pour être éligible, votre entreprise ou collectivité doit compter moins de 10 salariés et réaliser un chiffre d’affaires (ou des recettes) inférieur à 2 millions d’euros.
Quel est le nouveau record 2025 d'exportation d'électricité de la France ?
En 2025, la France a atteint un solde exportateur net de 92,3 TWh, battant le précédent record de 2024 (89 TWh).
Comment optimiser les taxes et contributions ?
Les entreprises tertiaires sont concernées par des taxes comme la TICFE ou la TICGN. Sirenergies vérifie l’exactitude des factures, identifie les exonérations possibles et aide à corriger les erreurs pour réduire durablement les coûts.
Qu’est-ce que le sourcing en énergie ?
Le sourcing consiste à identifier et analyser les offres de plusieurs fournisseurs d’électricité et de gaz. Cette démarche permet d’obtenir des contrats adaptés au profil de consommation et aux contraintes budgétaires de l’entreprise.
Quelles taxes concernent particulièrement les industriels ?
L’industrie est concernée par la TICFE, la TICGN et d’autres contributions qui peuvent représenter une part importante des factures. Sirenergies identifie les cas d’exonération et accompagne les démarches pour en bénéficier.
L'électricité de la bellenergie Business est-elle vraiment verte ?
Oui. Le fournisseur garantit une offre 100 % renouvelable via le mécanisme officiel des Garanties d'Origine (GO).
Pour les entreprises les plus exigeantes, l'offre VERTVOLT+ assure une électricité à très faible intensité carbone, sourcée exclusivement auprès de producteurs indépendants français (hydraulique, éolien, solaire).
Qu'est-ce qui remplace l'ARENH depuis le 1er janvier 2026 ?
Le dispositif ARENH a laissé place au VNU (Versement Nucléaire Universel).
Ce changement structurel expose davantage les entreprises aux prix de gros, rendant la gestion des risques plus complexe qu'auparavant.
Il devient alors indispensable de définir une stratégie d'achat d'électricité avec Sirenergies pour lisser l'impact de la volatilité des marchés sur votre budget.
Quelles sont les offres d'électricité proposées par la bellenergie Business ?
La gamme E@sy se décline en quatre structures tarifaires pour s'adapter à chaque profil de risque :
- E@sy Fixe : 100 % de visibilité budgétaire sans variation.
- E@sy Clic : Prix lissé grâce à des achats échelonnés sur les marchés.
- E@sy Bloc + Spot : Un mix entre une base sécurisée et une part indexée sur les prix du jour.
- E@sy Spot : Une offre 100 % dynamique pour profiter des opportunités de baisse en temps réel.
Quels sont les nouveaux horaires des heures creuses avec le TURPE 7 ?
La grande nouveauté est l'instauration de 2 heures creuses l'après-midi (entre 11h et 17h), particulièrement d'avril à octobre, pour profiter de la production solaire abondante.
Pourquoi le kVA est-il crucial pour les entreprises ?
Parce que la puissance souscrite en kVA détermine le prix de l'abonnement et que tout dépassement peut entraîner des surcoûts importants.
Pourquoi lancer un appel d’offres énergie ?
Un appel d’offres permet de mettre en concurrence plusieurs fournisseurs d’électricité et de gaz afin d’obtenir des conditions contractuelles optimisées. C’est une démarche transparente qui permet de choisir l’offre la plus adaptée aux besoins budgétaires et techniques de l’organisation.
Comment optimiser les taxes et contributions d’une collectivité ?
Les collectivités sont soumises à des taxes comme la TICFE ou la TICGN. Sirenergies analyse les factures, identifie les possibilités d’exonération et corrige les erreurs éventuelles pour réduire la charge fiscale.
Comment lire une facture d’électricité ou de gaz ?
Une facture se compose de plusieurs éléments : consommation, part fournisseur, taxes et contributions. L’analyse de chaque ligne permet d’identifier d’éventuelles erreurs et de vérifier la cohérence avec le contrat signé.
Qu’est-ce qui remplace concrètement l’ARENH au 1er janvier 2026 ?
L'ARENH n'est pas remplacé par un dispositif unique, mais par une combinaison de mécanismes visant à stabiliser les prix.
Le principal est le Versement Nucléaire Universel (VNU), un système de redistribution qui s'appliquera à tous les consommateurs. Pour les très gros sites industriels (> 7 GWh/an), des contrats de long terme spécifiques, les CAPN (Contrats d’Allocation de Production Nucléaire), sont également proposés par EDF.
Quels sont les avis clients sur le service client de la bellenergie Business ?
En 2025, le fournisseur affichait un NPS (Net Promoter Score) de +16 et une note de 4,17/5.
La satisfaction repose sur un modèle "zéro démarchage" et un service client 100 % internalisé à Toulon, garantissant une proximité et une réactivité que l'on ne retrouve pas chez les grands fournisseurs historiques.
Comment l'eau est-elle transformée en électricité ?
Le processus repose sur l'utilisation de la force de l'eau (énergie cinétique) issue des courants, des chutes d'eau ou des dénivelés. Le fonctionnement suit trois étapes clés :
- Le barrage retient l'eau et l'oriente vers des conduites.
- La pression de l'eau fait tourner une turbine, créant de l'énergie mécanique.
- Une génératrice (alternateur) transforme cette énergie mécanique en électricité, laquelle est ensuite adaptée par un transformateur pour le réseau
Quel est l'impact réel de la rénovation de l'éclairage public ?
C'est le levier le plus rapide pour obtenir des résultats visibles. L'éclairage représente environ 40 % de la consommation d'électricité d'une commune.
Passer au LED avec pilotage intelligent permet de réduire la facture de 50 à 80 %, avec un retour sur investissement (ROI) rapide, souvent estimé à 2 ou 3 ans.
Comment sera calculé le montant du Versement Nucléaire Universel (VNU) sur ma facture ?
Le VNU repose sur les revenus excédentaires d'EDF.
Si les prix de marché dépassent les coûts de production du nucléaire (estimés à 60,3 €/MWh), EDF reverse une partie de ses profits à l'État.
- Entre 78 et 80 €/MWh : 50 % des revenus excédentaires sont captés.
- Au-delà de 110 €/MWh : 90 % sont captés.Ces sommes sont ensuite redistribuées à tous les consommateurs sous forme d'une remise en euros par MWh, visible directement sur votre facture d'électricité.
Que prévoit la PPE 3 pour les énergies renouvelables ?
La Programmation Pluriannuelle de l’Énergie 3 prévoit une accélération « raisonnée » des énergies renouvelables pour atteindre 60 % d'énergie décarbonée en 2030.
La stratégie repose sur trois piliers principaux :
- l'hydroélectricité
- le photovoltaïque (avec un objectif de 55 à 80 GW en 2035)
- l'éolien en mer (visant 15 GW en 2035).
À l'inverse, le gouvernement prévoit un ralentissement pour l'éolien terrestre, privilégiant la modernisation des parcs existants afin d'apaiser les tensions locales.
Quel est l’intérêt de suivre les prix Spot & Forward ?
Cela permet de choisir le bon moment pour contractualiser, sécuriser vos budgets et anticiper les hausses.
Quels sont les enjeux pour les entreprises du tertiaire ?
Les entreprises du tertiaire doivent gérer leurs coûts d’énergie tout en garantissant le confort des usagers (bureaux, commerces, services). Les consommations sont souvent liées au chauffage, à la climatisation et à l’éclairage, ce qui nécessite un suivi précis pour éviter les dérives budgétaires.
Quel est l'impact de ces exportations sur le prix de l'électricité pour les entreprises ?
L'abondance de production française tire les prix du marché de gros vers le bas.
En vertu du mécanisme de l'Ordre de Mérite (Merit Order), les centrales les moins coûteuses (nucléaire, renouvelables) couvrent la demande plus souvent, évinçant les centrales à gaz ou charbon plus onéreuses.
Cela multiplie les épisodes de prix bas, voire négatifs, sur le marché spot.
Comment bien définir sa puissance souscrite ?
La puissance souscrite doit être calculée en fonction du profil de consommation et des usages (chauffage, process industriels, équipements tertiaires). Une analyse fine permet d’assurer l’adéquation entre besoin réel et contrat.
Quelle différence entre €/MWh et kWh ?
Le €/MWh est une unité de prix utilisée sur les marchés de gros, tandis que le kWh est l’unité visible sur vos factures.
Pourquoi mon contrat est-il en kVA et ma consommation en kWh ?
Le kVA mesure la capacité maximale que votre compteur peut supporter à un instant T, tandis que le kWh mesure la quantité d'énergie consommée sur une durée.
Qu'est-ce que le cosinus phi
C'est l'indicateur d'efficacité d'un appareil électrique ; il représente le ratio entre la puissance active (utile) et la puissance apparente (totale).
L'hydroélectricité est-elle une énergie "propre" ?
Oui, elle est considérée comme une énergie renouvelable à faibles émissions de gaz à effet de serre.
De plus, l'eau ne subit aucune transformation chimique durant le cycle de production et réintègre son milieu naturel en aval.
Cependant, la construction de barrages nécessite des mesures pour protéger les écosystèmes (débit minimum, passes à poissons).
Quelles taxes concernent particulièrement les exploitations agricoles ?
Les exploitations sont soumises à des taxes comme la TICFE ou la TICGN. Sirenergies vérifie leur application, identifie les cas d’exonération et accompagne les démarches pour réduire la charge fiscale.
Quelle est la part des énergies renouvelables dans le mix français en 2025 ?
En 2025, la France accélère sa trajectoire vers la neutralité carbone.
Cette même année, la France bat même un record historique en atteignant 95,2% d'électricité bas-carbone.
Découvrez comment Sirenergies intègre ces sources dans votre stratégie d'achat.
Pourquoi la France a-t-elle exporté un volume record d'électricité en 2025 ?
Ce record de 92,3 TWh s'explique par la conjonction de trois facteurs :
- Le redressement du parc nucléaire : Après les problèmes de corrosion sous contrainte de 2022, la production nucléaire a retrouvé une forte disponibilité (373 TWh).
- L'essor des renouvelables : Une capacité installée en hausse (solaire et éolien) et une production hydraulique solide.
- Une consommation intérieure atone : La demande française reste inférieure de 6 % à la moyenne historique, créant un surplus massif disponible pour nos voisins.
Quelle est la différence concrète entre le transport et la distribution d'électricité ?
Le transport (RTE) correspond aux "autoroutes" de l’électricité. Il s’agit de transporter de très grandes quantités d'énergie sur de longues distances, depuis les centrales de production (nucléaires, barrages, parcs éoliens offshore) vers les régions de consommation.
La distribution (Enedis) s'apparente aux "routes départementales" et aux rues. Elle récupère l'électricité à la sortie du réseau de transport pour la livrer directement chez le client final, en abaissant la tension pour qu'elle soit utilisable par vos appareils.
Que sont les jours d’alerte PP1 et PP2 ?
Ce sont des signaux envoyés par RTE lors des périodes de tension sur le réseau électrique. L’outil Sirenergies vous informe en temps réel pour anticiper vos usages.
Les réponses à vos questions
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