Le Photon et l'Énergie

Énergie d'un photon

Le photon est la particule de lumière qui transporte l'énergie.

• Formule : $E = h \times \nu$ avec $h = 6,63 \times 10^{-34} \text{ J.s}$ (constante de Planck) et $\nu$ la fréquence.
• Seuil d'éjection : Un photon doit avoir une énergie assez grande pour éjecter un électron d'un atome.
• Travail d'extraction : Énergie minimale $W$ nécessaire pour libérer l'électron de la matière.

💡 Attention : Si l'énergie du photon est inférieure à $W$, il ne se passe absolument rien.

L'Effet Photoélectrique

Seuil et cinétique

La lumière peut créer de l'électricité en mettant les électrons en mouvement.

• Fréquence seuil : $f = \frac{W}{h}$, en dessous de laquelle aucun électron n'est éjecté.
• Énergie cinétique : Le surplus d'énergie du photon est transféré à l'électron : $E_c = E_{ph} - W$.

Exemple : Pour $E_{ph} = 4,42 \times 10^{-19} \text{ J}$ et $W = 3,58 \times 10^{-19} \text{ J}$ : $E_c = 4,42 \times 10^{-19} - 3,58 \times 10^{-19} = 0,84 \times 10^{-19} \text{ J}$.

💡 Astuce : Convertis toujours les électronvolts en Joules ($1 \text{ eV} = 1,6 \times 10^{-19} \text{ J}$).

Cellule Photovoltaïque

Vitesse et semi-conducteurs

Les cellules solaires exploitent la jonction de deux matériaux pour créer un courant.

• Vitesse de l'électron : Calculée via $v = \sqrt{\frac{2 E_c}{m_e}}$ après l'éjection.
• Jonction NP : Assemblage de silicium dopé N (excès d'électrons) et P (déficit d'électrons).
• Le GAP : L'énergie du photon doit dépasser cette barrière pour libérer les charges.

Exemple : $v = \sqrt{\frac{2 \times 0,84 \times 10^{-19}}{9,11 \times 10^{-31}}} = 4,3 \times 10^{5} \text{ m/s}$.

💡 Astuce : La masse de l'électron $m_e$ vaut toujours $9,11 \times 10^{-31} \text{ kg}$.

Le Rendement Énergétique

Efficacité de conversion

Une cellule photovoltaïque ne transforme qu'une partie de la lumière reçue en électricité.

• Formule du rendement : $\eta = \frac{P_{electrique}}{P_{lumineuse}} \times 100$.
• Pertes : Causées par la réflexion des photons ou une énergie insuffisante.
• Moyenne : Le rendement des cellules actuelles tourne autour de $20\ \%$.

💡 Attention : Le rendement $\eta$ s'exprime en pourcentage et reste toujours inférieur à $100\ \%$.