Le silicium joue un rôle essentiel dans des domaines de pointe comme l’électronique et l’informatique. Ce matériau est également largement utilisé dans d’autres secteurs, notamment celui du photovoltaïque. Pourquoi le silicium est le semi-conducteur le plus utilisé ? Quels sont ses avantages ?
Le silicium est le matériau le plus utilisé pour la fabrication de panneaux solaires.
Voici ce qu’il faut savoir sur cet élément.
Le silicium est un élément chimique de symbole Si, que l’on trouve en abondance dans la croûte terrestre. Il n’existe pas à l’état naturel, mais sous forme de silice ou dioxyde de silicium.
Il est utilisé comme matériau semi-conducteur dans la plupart des équipements électroniques et informatiques. C’est également le matériau de base pour la fabrication des panneaux photovoltaïques.
Le silicium sert aussi de matière première à la fabrication du verre, du silicone et de bien d’autres produits, selon différents procédés industriels.
Le silicium existe sous forme cristalline et à l’état amorphe. C’est un matériau chimiquement stable qui présente une structure de type diamant.
À l’état pur, le silicium est un isolant, mais sa structure atomique peut être modifiée pour le rendre conducteur. Grâce à ces qualités, le silicium trouve ainsi de nombreuses utilisations. Il est largement utilisé comme matériau semi-conducteur, grâce à ses propriétés chimiques et électriques.
Un semi-conducteur est un matériau doté d’une conductivité électrique qui se situe entre celle d’un isolant et celle d’un métal. Sa structure chimique comporte plusieurs couches constituées d’atomes et d’électrons appelées bandes.
La bande de conduction permet aux électrons de circuler facilement. Ce n’est pas le cas pour la bande de valence, bien que celle-ci possède des électrons.
Dans un métal, la bande de valence et la bande de conduction se chevauchent, facilitant la circulation des électrons dans le matériau. Dans un semi-conducteur, la bande de valence et la bande de conduction sont séparées par une fine couche appelée bande interdite.
C’est cette couche mince qui permet aux électrons de passer de la bande de valence vers la bande de conduction. Pour cela, il faut que le matériau soit soumis à une certaine excitation. Ainsi, le matériau est dit semi-conducteur.
Plusieurs raisons expliquent pourquoi le silicium est le semi-conducteur le plus utilisé, notamment dans le domaine du photovoltaïque.
Deuxième élément le plus abondant sur terre après l’oxygène, le silicium représente environ 25% de la masse de la croûte terrestre. Ce métalloïde est extrait du sable, des minerais riches en pierres naturelles ou encore du quartz. On le trouve également dans les pierres de la famille des silicates ainsi que dans les terres de diatomées.
Les propriétés électriques du silicium peuvent être modifiées et adaptées en fonction des utilisations. Dans le domaine du photovoltaïque, ce matériau subit un processus de dopage afin de le rendre conducteur et sensible à la lumière.
Ainsi, lorsqu’il est exposé aux rayons du soleil, il génère un courant électrique. C’est l’effet photovoltaïque ou effet photoélectrique.
En informatique, ce matériau semi-conducteur peut subir une tension électrique minimale qu’il suffit de modifier. Lorsque cette tension est plus élevée, le matériau devient conducteur. Si elle est inférieure à la valeur minimale, le matériau devient isolant.
L’abondance du silicium sous forme de silice (dioxyde de silicium) associée à l’utilisation d’un procédé industriel, font que ce matériau présente un faible coût de production. Pour produire du silicium, une simple réaction chimique, appelée réduction carbothermique ou carbo-réduction, est nécessaire. Ce procédé s’effectue dans un four à arc électrique.
Le silicium est un matériau qui supporte des conditions environnantes difficiles. Il est résistant à la corrosion et à la chaleur. Il présente une bonne stabilité thermique, même en présence de températures extrêmes. Cette résistance à la chaleur est due à son point de fusion plus élevé. De plus, le silicium semi-conducteur a une bonne longévité. Toutes ces qualités en font un matériau semi-conducteur fiable et durable.
La principale différence entre un matériau semi-conducteur, conducteur et isolant réside dans la capacité des électrons à se déplacer à l’intérieur du matériau.
Le silicium est un semi-conducteur essentiel pour de nombreux secteurs de pointe et le restera encore longtemps. Il est utilisé dans les puces électroniques comme les transistors, mais aussi dans les puces informatiques et les cellules solaires.
Dans le domaine de l’informatique, il est présent aussi bien dans les mémoires que les microprocesseurs. Après extraction, il est traité et affiné afin d’obtenir du silicium de grade électronique.
Dans le domaine du photovoltaïque, le silicium cristallin sert de matériau de base à la production des cellules solaires. Il passe par un processus d’affinage avant de subir plusieurs procédés pour le transformer en silicium de « grade solaire ».
Bon à savoir :
Deux types de silicium cristallin sont utilisés dans le domaine du photovoltaïque : le silicium monocristallin et le silicium polycristallin. Le premier est produit selon un procédé qui utilise un seul monocristal de silicium. Le second s’obtient avec plusieurs cristaux de silicium.
Grâce à la pureté et l’homogénéité de leur structure, les cellules photovoltaïques monocristallines offrent des performances supérieures. Les panneaux solaires monocristallins ont ainsi un rendement plus élevé que les panneaux polycristallins.
Rendement d’un panneau solaire : tout ce qu’il faut savoir
Rendement d’un panneau solaire : tout ce qu’il faut savoir Le rendement d’un panneau solaire est un critère essentiel pour déterminer les performances et la rentabilité d’une installation photovoltaïque. Son estimation est une étape cruciale dans la réalisation de...
Rentabilité d’un panneau solaire : tout savoir
L’installation de panneaux solaires photovoltaïques vous permet de réduire vos factures d’électricité et votre empreinte écologique. Bien que ce type de projet d’énergie renouvelable nécessite un investissement conséquent, il est possible de l’amortir grâce aux...
