太陽電池 (Solar cell)

太陽電池とは

太陽電池は、太陽光のエネルギーを光電変換によって直接能率よく電気エネルギーに変える半導体素子のことで、GaAs、Si単結晶、アモルファスSiなどが用いられている。 太陽光スペクトルによく整合した半導体の禁制帯幅は1.3～1.6[eV]であることが知られている。

太陽光スペクトルのかなりの部分は波長λ=0.4～0.8[μm]の光から成っている。半導体内に吸収された太陽光は電子と正孔を発生させ、このうちp形半導体において少数キャリアである電子はpn接合の空乏層の端に達すると、空乏層内の電界によってn形側に引き込まれ、n形半導体内に発生した正孔についても同様のことが成り立ち、光電流を生じる。

太陽電池の種類と用途

• GaAs電池

  光電変換効率が200[℃]で21.5[%]と高く、放射線による劣化が少ないので人工衛星用として注目されている

• Si単結晶電池

  安定した特性をもち変換効率は20[%]位である。無人灯台や辺地の無線中継所の小電源として実用化されている

• アモルファスSi電池

  大量生産に適し製造の際のエネルギー収支もSi単結晶より有利であるが、変換効率が12[%]程度と低い、長年月の使用での効率低下に問題があるといわれている

太陽電池の開発

太陽光の分光特性に太陽電池の波長範囲を合致させるため、異なった化合物を組合わせ利用波長範囲を広げた積層タンデムセル構造の太陽電池が開発されている。