| 
 | 
		La lumière : un flux de photons | 
| 
 | 
|  | 
| 1)- Modèle ondulatoire : Rappels 
		et compléments. | 
| 1)- Description de l’effet 
		photoélectrique : 3)- Bilan énergétique et 
		interprétation à l’aide du modèle particulaire. | 
| III- L’absorption ou 
		l’émission de photons. 1)- Émission et absorption de 
		photons. 2)- Absorption de photons et 
		cellule photoélectrique. 3)- Émission de photons et diodes 
		électroluminescentes (DEL). | 
| 1)- Rendement d’une cellule 
		photovoltaïque. 
		QCM r 
		 La lumière : un flux de 
		photons Effet photoélectrique L’absorption ou 
		l’émission de photons | 
| Exercices : énoncé avec correction. 
 1)- Exercice 03 page 416 : Connaître l’effet
		
		photoélectrique. 2)- Exercice 05 Page 416 : Interpréter l’effet 
		photoélectrique. 3)- Exercice 07 page 416 : Réaliser un bilan 
		d’énergie. 4)- Exercice 09 page 417 : Calculer des rendements. 5)- Exercice 13 page 417 : Conservation de 
		l’énergie. 6)- Exercice 15 page 418 : Énergie cinétique des 
		électrons. 7)- Exercice 17 page 419 : Comparaison de 
		l’effet photovolaïque. 8)- DS 01 : Effet photovoltaïque et panneaux 
		photovoltaïques (60 min) 9)- Préparation à l’ECE : Rendement d’une 
		cellule photovoltaïque. | 
| 
		
		QCM r 
		 La lumière : un flux 
			de photons Effet photoélectrique L’absorption ou 
			l’émission de photons | 
I-  
La lumière.
1)- Modèle ondulatoire :
Rappels et compléments.
- 
La lumière a une 
nature ondulatoire. 
- 
On parle de l’onde 
lumineuse. 
- 
L’onde lumineuse 
résulte de la propagation d’une perturbation électromagnétique dans les milieux 
transparents. 
- 
Les ondes 
lumineuses périodiques sont appelées des radiations.
- 
Contrairement aux 
ondes mécaniques, la propagation des ondes lumineuses ne nécessite pas de 
support matériel. 
- 
La lumière peut se 
propager dans le vide.
- 
La lumière est une 
onde transversale : la direction de propagation est perpendiculaire à la 
direction de la perturbation.
- 
L’onde lumineuse 
résulte de la propagation simultanée d’une perturbation électrique et d’une 
perturbation magnétique.
- 
Dans le vide ou 
dans les milieux transparents homogènes, la lumière se propage en ligne droite.
- 
Une radiation 
lumineuse est caractérisée par :
- 
Sa fréquence ν 
(en Hz) ou sa période T 
(en s).
- 
Sa longueur d’onde dans le vide 
λ0.
- 
Remarque : 
- 
La fréquence d’une 
radiation lumineuse ne dépend pas du milieu de propagation alors que la longueur 
d’onde dépend du milieu de propagation.
► 
Relation 
fondamentale :
| 
 | 
			
			λ0 :
			
			longueur d’onde dans le vide (m) | 
| 
			c : 
			vitesse de la lumière dans le vide (m . s–1) | |
| 
			T : 
			période (s) | |
| 
			ν : 
			fréquence (Hertz) | 
- 
Remarque : pour les 
radiations lumineuses, on préfère utiliser la lettre grecque ‘’nu’’.
- 
De manière 
générale, on caractérise une radiation lumineuse par sa longueur d’onde dans le 
vide.
- 
Complément : l’œil 
humain n’est sensible qu’à certaines radiations lumineuses. 
- 
La 
vitesse d’une onde lumineuse dépend du milieu de propagation comme la longueur 
d’onde λ.
- 
La fréquence 
ν et 
ainsi la période T 
ne dépendent pas du milieu de propagation.
- Dans le milieu d’indice n :
-   
- 
λ 
= v 
. T 
- 
Dans le vide :
- 
λ0 
= c . 
T
- 
On en déduit :
- 
λ0 
= n .
λ
- 
Dans les milieux transparents, la 
lumière se déplace moins vite que dans le vide. 
- 
La vitesse de la lumière dans l’air est 
peu différente de celle dans le vide.
- 
Comme valeur 
approchée dans l’air et le vide, on choisit la valeur suivante :
| 
			cair
			
			≈
			
			c
			
			≈ 
			3,00 × 108
			
			
			m / s | 
b)- 
Les domaines d’application.
- 
Le domaine de 
radiations lumineuses visibles s’étend de 400 nm (violet) à 780 nm (rouge).
- 
Domaine de 
longueurs d’onde correspondant :
400 nm ≤ λ 
≤ 780 nm
- 
Spectre des ondes 
électromagnétiques :
- 
Le spectre des 
ondes électromagnétiques est découpé, de façon arbitraire, en divers domaines.
- 
Le document 
suivant, donne des exemples de rayonnements dans divers domaines du spectre 
électromagnétique.
- 
On remarque que la 
lumière visible ne représente qu’une infime partie du spectre électromagnétique.
- 
Les phénomènes de 
diffraction et d’interférences de la lumière s’expliquent par les propriétés 
ondulatoires de la lumière.
- 
En 1900, Max PLANCK 
fut conduit à postuler la quantification de l’énergie transportée par les ondes 
électromagnétiques. 
- 
Il postule que 
l’énergie électromagnétique ne peut s’échanger que par « paquets » ou quanta 
d’énergie.
- 
En 1905, Albert 
EINSTEIN émet l’idée que ces quanta d’énergie sont transportés par des 
particules. 
- 
On parle de modèle 
particulaire de la lumière.
- 
En 1926, Gilbert 
NEWTON invente le mot « photons pour nommer ces quanta.
- 
Les photons sont 
des particules de masse nulle et de charge nulle se propageant à la vitesse de 
la lumière.
1)- Description de l’effet photoélectrique :
- 
En 1887, le physicien 
allemand H. HERTZ met au point un oscillateur hautes fréquences.  
- 
Grâce à des étincelles 
produites entre deux petites sphères en laiton très proches, le dispositif émet 
des ondes électromagnétiques.  
- 
H. HERTZ réceptionne à 
quelques mètres de là ces ondes à l’aide d’un fil conducteur en forme de boucle 
ou de rectangle ouvert avec également deux boules de laiton à chacune de ses 
extrémités.

- 
Il observe des 
étincelles de faible intensité lumineuse entre les boules de laiton du 
récepteur.
- 
Cette expérience 
couronne la théorie de l’Écossais J.C. MAXWELL établie en 1865 sur le 
comportement ondulatoire des ondes électromagnétiques.
- Afin de mieux voir les étincelles au niveau du récepteur, H. HERTZ place le récepteur dans l’obscurité.
-  Il constate alors que l’intensité lumineuse des étincelles est encore plus 
faible.  
- 
Il en déduit que la 
lumière émise par les étincelles de l’émetteur, plus précisément les 
rayonnements ultraviolets, a un impact sur les étincelles du récepteur.
- 
H. HERTZ vient de 
mettre en évidence l’effet photoélectrique.
- 
S’il identifie la 
cause du phénomène observé, il ne sait pas l’interpréter.
- 
Historique :
- Dans les années qui suivent l’expérience de H. HERTZ, différents travaux consistent à éclairer un métal par un rayonnement ultraviolet.
-  On obtient les résultats suivants :
►
Expérience avec 
l’électroscope :
- 
On charge négativement un électroscope 
sur lequel on a posé une lame de zinc (Zn) 
décapée et amalgamée avec du mercure (Hg).
 

- 
On éclaire la lame de zinc avec une 
lampe U.V.
- 
On remarque que l’électroscope se 
décharge rapidement.

- 
La lame de zinc, au départ, est chargé 
négativement.
- 
Elle possède un excès d’électrons.
- 
Si elle se décharge, c’est que des 
électrons ont été arrachés au métal
- 
C’est l’effet photoélectrique.
- 
L’énergie nécessaire à l’extraction des 
électrons est fournie par la lampe UV.
►
Extraction des électrons :
- En 1888, Wilhelm HALLWACHS constate qu’une plaque de zinc éclairée par de la lumière ultraviolette se charge positivement.
-  Il en conclue que les rayonnements 
ultraviolets arrachent des particules négatives que l’on appellera des 
électrons.  
- 
Entre 1889 et 1895, 
Julius ELSTER et Hans GEITEL établissent un classement des métaux vis-à-vis de 
ce phénomène.  
- En 1900, Philipp LENARD montre que des particules négatives sont arrachées d’une plaque métallique sous l’effet de la lumière.
-  Ces particules sont les électrons 
découverts en 1897 par Joseph John THOMSON.
- 
Le nombre d’électrons 
arrachés est proportionnel à l’intensité lumineuse du rayonnement.
- 
L’énergie cinétique 
des électrons arrachés est indépendante de l’intensité lumineuse du rayonnement.
- 
L’énergie cinétique 
augmente lorsque la fréquence de la lumière incidente augmente.
- 
Le modèle ondulatoire 
de la lumière ne permet pas d’expliquer ces différentes observations.
- 
En 1905, pour 
expliquer l’effet photoélectrique, A. EINSTEIN propose un aspect particulaire 
pour la lumière.
- 
Chaque particule 
possède une énergie : E 
= h . 
υ.  
- 
Cette particule sera 
appelée photon quelques années plus tard.
- 
A. EINSTEIN explique 
que l’énergie du photon sert en partie à arracher l’électron de l’atome, le 
reste étant emporté par l’électron sous forme d’énergie cinétique.
- Ce résultat sera démontré expérimentalement par le physicien américain R. MILLIKAN (1868–1953) onze ans plus tard
-  et la communauté scientifique mettra quelques années de plus 
à accepter la notion d’aspect particulaire de la lumière.
- 
 En 
1921, A. EINSTEIN obtiendra le prix Nobel de physique pour cette découverte.
- 
En 1926, Gilbert 
NEWTON nomme « photons » les particules de lumière porteuses de ces quanta 
d’énergie.
► 
L’effet 
photoélectrique :
- 
C’est le phénomène 
d’éjection d’électrons d’un métal sous l’effet de radiations lumineuses.
- 
Pour un métal donné, 
cet effet ne se manifeste que pour des photons d’énergie suffisamment grande.
- 
L’effet est quasiment 
instantané.
- 
Il se 
manifeste si l’énergie du photon est supérieure au travail d’extraction d’un 
électron du métal Wextraction.
- 
L’énergie excédentaire 
est emportée par l’électron sous forme d’énergie cinétique.
- 
Tableau de quelques 
valeurs :
|  | 
			Matériau | 
			Travail 
			d’extraction  
			Wextraction | 
| 
			Z 
			= 6 | 
			Carbone | 
			5,0 eV | 
| 
			Z 
			= 11 | 
			Sodium | 
			2,7 eV | 
| 
			Z 
			= 14 | 
			Silicium  | 
			4,8 eV | 
| 
			Z 
			= 29 | 
			Cuivre | 
			4,7 eV | 
| 
			Z 
			= 30 | 
			Zinc | 
			3,6 eV | 
| 
			Z 
			= 47 | 
			Argent | 
			4,3 eV | 
| 
			Z 
			= 79 | 
			Or | 
			5,1 eV | 
► 
Le 
photon :  
- 
La lumière peut être 
décrite comme un flux de photons.
- 
Un 
photon possède une masse nulle et se propage à la célérité 
c 
de la lumière dans le vide.
| 
			c = 299 792 
			458 m . s–1 | 
- 
L’énergie de la 
lumière est transportée par des photons qui présentent un aspect particulaire et 
un aspect ondulatoire.
- 
L’énergie d’un 
photon est donnée par la relation :
- 
E = h 
. 
n
- 
L’énergie E 
représente l’aspect particulaire du photon.
- 
La fréquence 
n 
représente son aspect ondulatoire.
- 
Pour une onde 
électromagnétique de fréquence 
n 
et de longueur d’onde λ 
dans le vide,
- 
On peut écrire : 
| Relation de
			PLANCK-EINSTEIN :
			 
			 | |
| 
			h | 
			La grandeur
			h est la constante de Planck : 
			
			 h 
			= 6,626 × 10–34 J . s | 
| υ | 
			
			La fréquence 
			
			υ 
			en hertz (Hz) | 
| 
			λ | 
			La longueur 
			d’onde dans le vide λ en 
			mètre (m) | 
| 
			c | 
			La célérité de la 
			lumière dans le vide : 
			 
			c = 
			3,00 × 108 m . s – 1  | 
| 
			E | 
			Énergie
			E en joule (J) ou électronvolt (eV) 
			1 eV = 1,60 × 10–19 
			J | 
- 
Cette relation met 
en évidence le caractère à la fois :
- 
Particulaire : 
photon, particule de masse nulle et d’énergie 
Ephoton.
- 
Ondulatoire : 
fréquence ν, 
longueur d’onde λ.
- 
On parle de dualité
onde-corpuscule.
► 
Remarque 1 :
- 
Plus la longueur d’onde associée au 
photon est grande est plus l’énergie qu’il transporte est petite.
- 
Plus la longueur d’onde est grande et 
plus la fréquence du photon est petite.
- 
Plus la fréquence du photon est grande 
et plus l’énergie associée au photon est grande.
► 
Remarque 2 :
- 
Pour un 
métal donné, l’effet photoélectrique se produit lorsque la longueur d’onde de la 
radiation mise en jeu est inférieure à une longueur d’onde de seuil 
λS.
- 
La fréquence 
ν 
de cette radiation est alors supérieure à la fréquence de seuil 
νS. 
- L’énergie de chaque photon associé à cette radiation lumineuse est alors suffisante pour arracher un électron du métal,
-  
Elle est supérieure au travail d’extraction d’un 
électron du métal Wextraction.
 : On observe alors l’effet photoélectrique.
3)- Bilan énergétique et interprétation à l’aide du 
modèle particulaire.
► 
Le 
métal solide :
- 
Un métal solide est un 
assemblage compact et ordonné d’atomes.
► 
Exemple : cristal de cuivre :

- 
Le cuivre cristallise 
dans le système cubique à faces centrées.
- 
Les atomes qui le 
constituent sont proches les uns des autres.
- 
Leurs électrons, et en 
particulier les électrons périphériques, sont soumis à des interactions de la 
part de tous les noyaux environnants.
- 
Pour certains 
électrons périphériques, les interactions avec les noyaux des atomes voisins 
sont si fortes qu’ils sont libérés de leur atome initial :  
- 
Ce sont 
les électrons 
libres que l’on appelle aussi électrons de 
conductions.  
- 
Ce sont ces électrons 
qui assurent la cohésion du cristal.  
- 
Ils se dépassent dans 
toutes les directions de façon désordonnée.
- 
Un courant électrique 
dans un métal est dû à un déplacement d’ensemble ordonnée de ces électrons 
libres.
► 
Travail d’extraction : 
Wextraction.
- 
L’énergie minimale qui 
permet d’arracher un électron d’un métal est égale au travail à fournir pour 
extraire un électron libre proche de la surface du métal.
- 
Cette 
énergie est appelée travail d’extraction, notée 
Wextraction.
- 
Elle diffère d’un 
métal à un autre. C’est une grandeur caractéristique d’un métal.
- 
Si 
l’énergie du photon est supérieure au travail d’extraction 
Wextraction, 
l’excédent d’énergie est emporté par cet électron sous forme d’énergie 
cinétique.
- 
L’arrachage d’autres 
électrons nécessite une plus grande énergie.
- 
Pour une même 
radiation lumineuse, l’énergie de l’électron arraché est plus faible.
- 
En conclusion :
- 
L’énergie cinétique 
d’un électron arraché est maximale pour un électron libre proche de la surface 
du métal.
- 
Schéma :  

- 
Équation de 
conservation de l’énergie : Équation d’EINSTEIN de l’effet photoélectrique.
- 
ℰphoton 
= Wextraction + 
ℰCmax
- 
Avec :
- 
ℰphoton 
= h . 
υphoton 
et 
 
- 
- 
Tableau :  
| ℰphoton = Wextraction 
			+ ℰCmax  
			 | |
| 
			υphoton | 
			La fréquence du 
			photon en hertz (Hz) | 
| 
			Wextraction | 
			Travail 
			d’extraction en joule (J) ou électron-volt (eV) 
			1 eV = 1,60 × 10–19 
			J | 
| 
			me | 
			Masse de 
			l’électron : me = 9,109 × 10–31 kg | 
| 
			vmax | 
			Vitesse maximale 
			de l’électron  
			en mètre par 
			seconde (m . s–1) | 
| 
			h | 
			Constante de 
			Planck :  
			h 
			= 6,626 × 10–34 J . s | 
- 
Énergie cinétique 
maximale des électrons en fonction de la fréquence 
υphoton 
du photon incident :
- 
Cas du potassium et du 
béryllium :
- 
On 
remarque que lors de l’effet photoélectrique, l’énergie cinétique maximale ℰCmax 
augmente avec la fréquence 
υ des photons incidents.
- 
Le 
coefficient directeur a de chaque droite permet de 
retrouver la constante de Planck 
h.
- 
 a 
= h
- 
L’équation d’EINSTEIN 
de l’effet photoélectrique explique chaque aspect de l’effet photoélectrique 
comme l’augmentation de l’énergie cinétique maximale des électrons arrachés en 
fonction de la fréquence du photon incident.
- 
Si la lumière 
apportait progressivement l’énergie nécessaire pour l’extraction des électrons 
du métal, comme le prévoir la théorie ondulatoire, il faudrait éclairer le métal 
pendant une durée suffisante pour y parvenir.
- 
Or pour que le 
phénomène ait lieu, il faut que l’énergie apportée par le photon soit 
suffisante.  
- 
- 
Lorsque l’énergie 
apportée par le photon est suffisante, le phénomène a lieu quasi instantanément.
- 
Si l’énergie apportée 
par le photon incident est insuffisante alors le phénomène n’a pas lieu.
►
En 
conclusion :  
- 
Pour 
que l’effet photoélectrique se produise, il faut que la fréquence des électrons 
soit supérieure la fréquence seuil 
υS.
- 
Comme  
- 
Il faut 
que la longueur d’onde λ, du photon incident, soit inférieure à la longueur d’onde seuil
λS.
- 
C’est la longueur 
d’onde maximale au-delà de laquelle il n’est pas possible d’arracher les 
électrons libres du métal.
- 
Si λ 
> λS. 
alors υ  
< υS 
et l’énergie transportée par le photon (E 
= h . 
υ 
< h 
. υS) 
est inférieure à l’énergie minimale permettant d’arracher un électron libre à la 
surface du métal.
► 
Modèle particulaire de la lumière :
- 
La lumière est un flux 
de photons.  
- 
Cette description 
permet d’expliquer l’effet photoélectrique que l’on ne peut pas expliquer par le 
phénomène ondulatoire.
- 
La lumière présente 
une dualité onde-corpuscule.
- 
La lumière peut être 
décrite de manière :
- 
Corpusculaire par la 
propagation de photons.
- 
Ondulatoire par la 
propagation d’une onde électromagnétique.
III- 
L’absorption ou l’émission 
de photons.
1)- Émission et absorption de photons.
► 
Émission d’un photon par un atome.
- 
Dans ce cas, 
Einitial > 
Efinal 
- 
L’atome perd de 
l’énergie en émettant un photon.
- 
Sur un diagramme 
d’énergie, on représente cette transition par une 
flèche verticale
orienté vers le bas.

- 
L’énergie libérée 
est égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux :
- 
ΔE 
= | Efinal – 
Einitial 
|
- 
Cette énergie est 
transportée par un photon :
- 
Ephoton = 
ΔE = | 
Efinal 
– 
Einitial | = 
h . 
ν
- 
La fréquence 
ν 
découle de la différence d’énergie 
ΔE 
= | Efinal – 
Einitial 
|
- 
Si cette fréquence 
appartient au domaine du visible, elle correspond alors à une raie colorée dans 
le spectre d’émission de l’atome.
► 
Absorption d’un photon par un atome.
- 
Dans ce cas, 
Einitial < 
Efinal 
- 
L’atome gagne de 
l’énergie en absorbant un photon.
- 
Sur un diagramme 
d’énergie, on représente cette transition par une 
flèche verticale
orienté vers le haut.

- 
L’énergie absorbée 
est égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux :
- 
ΔE 
= | Efinal – 
Einitial 
|
- 
Cette énergie est 
transportée par un photon :
- 
Ephoton = 
ΔE = | 
Efinal 
– 
Einitial | = 
h . 
ν
- 
La fréquence 
ν 
découle de la différence d’énergie 
ΔE 
= | Efinal – 
Einitial 
|
- 
L’absorption 
d’énergie lumineuse par un atome ne peut se faire que si l’énergie du photon 
permet une transition d’un niveau 
Einitial à un niveau supérieur 
Efinal 
tel que :
- 
Efinal – 
Einitial 
= 
h 
. ν
- 
Si cette fréquence
ν 
appartient au domaine du visible, elle correspond alors à une raie noire dans le 
spectre de la lumière blanche.
► 
Exemple spectre d’émission et d’absorption de l’atome de sodium :

► 
En conclusion :
- 
Chaque entité 
chimique possède son propre diagramme d’énergie.
- 
Il est ainsi 
possible d’identifier une entité chimique (atome, molécule ou ion) à partir de 
son spectre d’émission ou d’absorption.
- 
Les radiations 
émises ou absorbées sont caractéristiques d’un atome car elles dépendent des 
niveaux d’énergie de cet atome.
2)- Absorption de photons et cellule photoélectrique.
► 
Cellule photoélectrique :
- 
Une cellule 
photoélectrique est formée d’une ampoule où règne le vide, qui comprend :
- 
Une photocathode 
susceptible de subir l’effet photoélectrique,  
- 
Une anode dont le rôle 
est d’accélérer et de collecter les électrons émis grâce à un rayonnement.
- 
Photo :

- 
Représentation 
symbolique :

- 
Schéma :

- 
La 
tension U 
appliquée entre la cathode et l’anode permet d’accélérer les électrons éjectés 
grâce au rayonnement qui possède la fréquence adaptée.
- 
Les électrons éjectés 
sont soumis à la force électrique :
-  
 
- 
Plus généralement, une 
cellule photoélectrique est un dispositif dont une propriété électrique est 
modifiée lors de l’absorption de photons.
- 
On utilise des 
matériaux semi-conducteurs pour réaliser des cellules photoélectriques.
► 
La cellule photovoltaïque :
- 
Les cellules 
photovoltaïques exploitent l’effet photoélectrique pour produire un courant 
continu par absorption d’un rayonnement solaire.
- 
Une telle cellule 
convertit directement l’énergie lumineuse des photons en énergie électrique.
- 
Pour fabriquer de 
telles cellules, on utilise des semi-conducteurs.
► 
Principe de fonctionnement :
- 
Une cellule 
photovoltaïque est composée de 2 types de matériaux semi-conducteurs :
- 
L’un 
des matériaux présente un excès d’électrons, elle est dite dopée de type 
n 
(comme négatif)
- 
et 
l’autre un défaut d’électrons, elle est dite dopée de type 
p 
(comme positif)
- 
Exemple :
- 
Un 
atome de silicium, Si (Z 
= 14), possède 4 électrons sur sa couche électronique externe (…3s23p2)
- 
L’une des couches de 
la cellule est dopée avec des atomes de phosphore, 
- 
L’atome 
de phosphore, P (Z = 15), possède 5 électrons 
sur sa couche électronique externe (…3s23p3).
- 
Il possède donc 1 
électron de plus que l’atome de silicium.
- 
On dit 
que cette couche a subi un dopage de type 
n 
(elle présente un excès d’électrons)
- 
L’autre couche est 
dopée avec des atomes de bore,  
- 
L’atome de bore, 
B (Z 
= 5), possède 3 électrons sur sa couche électronique externe (…2s22p1).
- 
On dit 
que cette couche a subi un dopage de type 
p 
(elle présente un défaut d’électrons)
- 
Lorsque 
la première couche est mise en contact avec la seconde, les électrons en excès 
dans le matériau dopé 
n diffusent dans le matériau dopé
p.
- 
Lorsque des photons 
percutent un semi-conducteur comme le silicium, ils arrachent des électrons et 
créent ainsi des trous positifs dans le semi-conducteur.
- 
Les trous positifs 
ainsi créés sont comblés par d’autres électrons qui créent eux aussi des trous 
positifs et ainsi de suite.
- 
Les autres électrons 
se mettent en mouvement, de façon désordonnée, à la recherche d’autres trous 
positifs où se repositionner.  
- 
Il se crée un 
mouvement d’électrons et de trous positifs de façon désordonnée.
- 
Pour créer un courant 
électrique, il faut que tous les électrons se déplacent dans le même sens de 
façon ordonnée.
- 
Pour 
réaliser ce phénomène, la face exposée au Soleil de la cellule photovoltaïque 
est dopée avec des atomes de phosphore 
P 
et l’autre face est dopée avec des atomes de bore 
B.
- 
Ce système constitué 
des deux couches se comporte comme une pile :
- 
Le côté 
dopé de type n devient la borne négative (N)
- 
L’autre 
côté dopé de type p devient la borne positive (P)
- 
Entre les deux couches 
se crée un champ électrique  
- 
Sous 
l’effet des photons, les électrons vont migrer vers la couche 
N 
sous l’effet du champ électrique 
 alors 
que les trous positifs vont migrer vers la couche 
P.
 alors 
que les trous positifs vont migrer vers la couche 
P.
- 
Les électrons sont 
récupérés par des contacts électriques déposés à la surface des deux zones afin 
d’aller vers le circuit extérieur sous forme d’énergie électrique.
- 
Un courant électrique 
est ainsi créé.  
- 
Il est dû à la double 
migration des électrons et des trous positifs se déplaçant en sens inverse.
- 
Schéma :
 
 
Ou
 
 
- 
Représentation 
symbolique d’une cellule photovoltaïque :


► 
 Rendement 
d’une cellule photovoltaïque :
- 
Le 
rendement η d’une cellule photovoltaïque 
est le rapport de la puissance exploitable sur la puissance en entrée.

| 
 | 
					η 
					sans unité | 
| 
					Pexploitable 
					en watt (W)  | |
| 
					Pentrée 
					en watt (W) | 
ou
- 
Le 
rendement η d’une cellule photovoltaïque 
est le rapport de l’énergie exploitable sur l’énergie en entrée.

- 
Avec les notations 
précédentes :
| 
 | |
| 
			η | Grandeur sans 
			unité :  0 < η ≤ 1 | 
| 
			Pélectrique | Puissance 
			exploitable : Puissance électrique en watt (W) | 
| 
			Plumineuse | Puissance en 
			entrée : Puissance lumineuse en watt (W) | 
- 
On peut aussi utiliser 
les énergies :
| 
 | |
| 
			η | Grandeur sans 
			unité :  0 < η ≤ 1 | 
| 
			ℰélectrique | Énergie 
			exploitable : Énergie électrique en joule (J) | 
| 
			ℰlumineuse | Énergie en 
			entrée : Énergie lumineuse en joule (J) | 
- 
Le rendement des 
cellules photovoltaïques est faible, de l’ordre de 10 %, mais l’énergie 
lumineuse est inépuisable à notre échelle.
► 
  
Autres cellules 
photoélectriques :
- 
La photorésistance :
 
 
 
 

- 
Une 
photorésistance (LDR :
Light Dependent Resistor) 
est un composant électronique dont la résistance varie en fonctionne de la 
quantité de lumière reçue.
- 
La résistance de ce 
dipôle diminue d’autant plus que la lumière qu’il reçoit est intense.
- 
Photodiode :
  
 

- 
C’est un dipôle dont 
l’intensité qui le traverse est d’autant plus grande que la lumière qu’il reçoit 
est intense.
- 
Dans l’obscurité, la 
caractéristique de la photodiode est identique à celle d’une diode ordinaire.
 
- 
En pleine lumière, 
elle conduit le courant en sens inverse.  
- 
L’intensité du courant 
inverse dépend de l’éclairement.  
- 
Si l’éclairement 
augmente, l’intensité du courant inverse augmente en valeur absolue.
- 
Une information 
lumineuse peut être convertie en un signal électrique grâce à une photodiode.
 
- 
L’intensité du courant 
dépend également de la longueur d’onde de la lumière reçue.
- 
Les photodiodes sont 
utilisées dans les capteurs CCD ou CMOS que l’on trouve dans les capteurs des 
appareils photographiques.

 
3)- Émission de photons et diodes électroluminescentes 
(DEL).
- 
Une diode 
électroluminescente (DEL) est un dipôle dont le passage du courant électrique 
dans sa structure semi-conductrice entraîne l’émission de photons.
- 
C’est un dipôle 
optoélectronique  
- 
Elle utilise le 
phénomène de l'électroluminescence.
- 
La fréquence de la 
lumière émise dépend de la nature du semi-conducteur utilisé.
- 
Représentation 
symbolique :
 
 

- 
Les DEL font partie 
des dispositifs d’éclairage les plus performants du point de vue énergétique.
 
- 
Contrairement aux 
ampoules à incandescence, la DEL ne possède pas de filament.  
- 
Elles convertissent 
très peu d’électricité en quantité de chaleur.  
- 
Le rendement d’une DEL 
est voisin de 50 %.
- 
C’est un composant qui 
est de plus en plus utilisé dans différents domaines :
- 
L’éclairage, les 
téléviseurs, les écrans d’ordinateurs, ….
1)- Rendement d’une cellule photovoltaïque. 

| 
		
		QCM r 
		 La lumière : un flux 
			de photons Effet photoélectrique L’absorption ou 
			l’émission de photons | 
| Exercices : énoncé avec correction. DS 1)- Exercice 03 page 416 : Connaître l’effet
		
		photoélectrique. 2)- Exercice 05 Page 416 : Interpréter l’effet 
		photoélectrique. 3)- Exercice 07 page 416 : Réaliser un bilan 
		d’énergie. 4)- Exercice 09 page 417 : Calculer des rendements. 5)- Exercice 13 page 417 : Conservation de 
		l’énergie. 6)- Exercice 15 page 418 : Énergie cinétique des 
		électrons. 7)- Exercice 17 page 419 : Comparaison de 
		l’effet photovolaïque. 8)- DS 01 : Effet photovoltaïque et panneaux 
		photovoltaïques (60 min) 9)- Préparation à l’ECE : Rendement d’une 
		cellule photovoltaïque. | 
| 
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