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title: "Effet photoélectrique"
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author: "Raphaël"
date: "2025-10-28T07:00:51+01:00"
modified: "2026-06-28T12:55:25+02:00"
lang: "fr_FR"
categories: ["Mécanismes électriques"]
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# Effet photoélectrique

L'effet photoélectrique est le phénomène quantique par lequel des photons (lumière) arrachent des électrons d'un matériau semi-conducteur, créant ainsi un courant électrique. Il constitue la base physique de toute conversion photovoltaïque. Décrit expérimentalement par Heinrich Hertz en 1887 et expliqué par Albert Einstein en 1905 — ce qui lui valut le prix Nobel en 1921 —, il reste aujourd'hui le fondement de l'énergie solaire.

## Paramètres clés des matériaux photovoltaïques

| Matériau | Largeur de bande (eV) | Rendement théorique max | Rendement commercial (2024) |
|---|---|---|---|
| Silicium monocristallin (Si-mono) | 1,12 eV | 29 % (limite Shockley-Queisser) | 20 à 24 % |
| Silicium polycristallin (Si-poly) | 1,12 eV | 29 % | 16 à 20 % |
| Pérovskite (CH₃NH₃PbI₃) | 1,5 à 2 eV (ajustable) | > 33 % en tandem | 25 % en labo (durée de vie à valider) |
| CdTe (tellurure de cadmium) | 1,45 eV | 28 % | 18 à 22 % (First Solar) |
| Sélénium (historique) | 1,74 eV | ~25 % | ~1 % (premières cellules 1883) |

## Du photon à la puissance en sortie de panneau

Lorsqu'un photon d'énergie E = h × f (h = constante de Planck, f = fréquence) frappe la jonction PN d'une cellule silicium, il cède son énergie à un électron de la bande de valence. Si E > Eg (largeur de bande interdite), l'électron est arraché vers la bande de conduction et un trou est créé. Le champ électrique interne de la jonction PN sépare la paire électron-trou : les électrons migrent vers la face negative (N), les trous vers la face positive (P), générant une tension de circuit ouvert (Voc) d'environ **0,6 V** par cellule sous 1 000 W/m².

Un panneau standard 60 cellules en série produit environ 36 V en circuit ouvert et 30 V au point de puissance maximale. L'onduleur grid-tie convertit cette tension continue en 230 V / 50 Hz pour injecter dans le réseau. La conformité à la [NF C 15-100](https://www.installation-renovation-electrique.com/normes-electriques/norme-electricite-nf-c-15-100/) s'applique au câblage DC entre panneaux et onduleur (section, protection surtension, mise à la terre), ainsi qu'au câblage AC côté onduleur raccordé au [tableau électrique](https://www.installation-renovation-electrique.com/tableau-electrique/).

## Installation photovoltaïque et protection électrique

Un string de 10 panneaux de 400 Wc en série délivre jusqu'à 400 V DC à vide. Le câblage DC entre panneaux et onduleur doit utiliser des câbles solaires double isolation (type H1Z2Z2-K), des connecteurs MC4 certifiés, et des parafoudres DC de type 2 en tête de coffret AC. Le [AGCP](https://www.installation-renovation-electrique.com/installation-electrique/tableau-electrique/appareillage-du-tableau-electrique/le-disjoncteur-de-branchement-edf-tout-savoir/) côté réseau doit être calibré en tenant compte de la puissance réinjectée.

 **✔ Point clé — photons et longueur d'onde :** seule une partie du spectre solaire est convertible par le silicium. Les photons infrarouges (énergie < 1,12 eV, λ > 1 100 nm) passent à travers la cellule sans être absorbés. Les photons UV (énergie très supérieure à Eg) sont bien absorbés, mais l'excès d'énergie est dissipé en chaleur, non en courant. La cellule silicium exploite surtout le visible et le proche infrarouge (400–1 100 nm), d'où la limite théorique de 29 %. 

## Questions fréquentes

 **Pourquoi la puissance des panneaux diminue-t-elle avec la chaleur ?** L'agitation thermique du réseau cristallin réduit la largeur de bande interdite et augmente le courant de saturation inverse de la jonction PN, ce qui diminue la tension de circuit ouvert (Voc) d'environ –0,3 à –0,5 %/°C. Un panneau de 400 Wc à 25 °C (conditions STC) ne produit plus que 375 à 380 W à 45 °C de cellule — une perte de 5 à 6 % à retenir dans les calculs de dimensionnement en climat méditerranéen. **Quelle est la différence entre effet photoélectrique externe et interne ?** L'effet photoélectrique externe (celui décrit par Einstein) éjecte l'électron en dehors du matériau — c'est le principe des tubes photomultiplicateurs et des cellules photoémissives. L'effet photoélectrique interne maintient l'électron dans le solide mais le fait passer dans la bande de conduction — c'est le mécanisme des photodétecteurs semi-conducteurs (photodiodes, phototransistors) et des cellules solaires. Le photovoltaïque exploite toujours l'effet interne. **Comment vérifier qu'une cellule photovoltaïque fonctionne correctement sur chantier ?** On mesure la tension de circuit ouvert (Voc) de chaque panneau à l'ombre puis en plein soleil, et on compare avec la fiche technique (Voc STC corrigé par la température ambiante). On mesure le courant de court-circuit (Isc) avec une [pince ampèremétrique](https://www.installation-renovation-electrique.com/glossaire-electricite/appareil-mesure-electrique/pince-amperemetrique/ "Pince Ampèremétrique") DC à effet Hall. Un Voc anormalement bas indique une cellule cassée ou une diode bypass court-circuitée. Un Isc < 80 % de la valeur nominale signale un ombrage, un verre encrassé ou un défaut de connecteur.

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*Source : [www.installation-renovation-electrique.com](https://www.installation-renovation-electrique.com/glossaire-electricite/mecanismes-electriques/effet-photoelectrique/)*