Prepa HelpCentrale 2022 PC Physique 1 : sujet en PDF
Sujet de l'épreuve de Physique 1 du Concours Centrale-Supélec, France, session 2022, filière PC, en 4 heures. Thème : Capteurs photovoltaïques : caractéristique d'une cellule, jonction PN, traitement antireflet et bandes d'énergie.
Ce que traite le sujet, partie par partie
- Partie I : énergie photovoltaïque. Lecture des caractéristiques I(U) d'une cellule sous divers éclairements : point de puissance maximale, rendement en régime nominal et facteur de forme.
- Partie II : conduction, jonction, effet photovoltaïque. Modèle de Drude et conductivité, densité électronique, dopage du silicium et conductivité du silicium dopé. Jonction PN abrupte : champ et potentiel électrostatiques, épaisseur de la zone de déplétion, puis longueurs d'onde absorbables et fonctionnement en générateur.
- Partie III : traitement antireflet de la cellule. Réflexion d'une onde électromagnétique plane sous incidence normale sur le silicium : relations de passage, coefficients de réflexion en amplitude et en énergie. Couche antireflet simple : condition de phase et d'indice pour annuler la réflexion.
- Partie IV : bandes d'énergie dans un semi-conducteur. Équation de Schrödinger à une dimension, états stationnaires, particule dans une boîte et niveaux quantifiés, remplissage à 0 K. Potentiel périodique en créneaux : conditions de raccordement, relation de dispersion et apparition de bandes interdites, estimation pour le silicium.
Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet
- Circuits électriques dans l'ARQS
- Modèle scalaire des ondes lumineuses
- Équations différentielles linéaires du second ordre
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