太陽電池の発電の原理とは?n型、p型発電の原理は?

太陽電池の発電の原理とは?n型、p型発電の原理は?

 

スマホ向けのバッテリーや電気自動車向けバッテリーを始めとして採用されているリチウムイオン電池において、更なる高容量化、高電圧化、高エネルギー密度化に向けて、各企業で様々な研究開発が進められています。

 

現在あるゆる方面でのIOT化が進む中の一つとして、スマートハウスの普及も徐々に進みつつあります。

 

スマートハウスには、家庭用蓄電池としてこのリチウムイオン電池が主に採用されており、かつ太陽電池や燃料電池と組み合わせることで、エネルギー効率を高いものにしています。

 

こちらのページでは、これらの中でも太陽電池について解説しています。

 

 

・太陽電池とは?太陽電池の発電原理とは?

 

 

 

というテーマで解説しています。

 

 

太陽電池とは?普通の電池との違いは?

 

一般的に考えられている電池とは、モバイルバッテリーにも採用されているリチウムイオン電池のような、化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、充電したり放電したり、電気エネルギーを溜めることが出来る装置のことを指します(マンガン乾電池アルカリマンガン乾電池のような乾電池は一次電池と呼び充電はできません)。

 

これに対して、太陽電池や燃料電池は電池という言葉自体はついていますが、電気エネルギーを溜める事は出来ないため、発電装置といった方がイメージに近いと言えるでしょう。

 

一言でいいますと太陽電池は、太陽光(光のエネルギー)を電気的なエネルギーに変換することが出来る装置とも言えます。

 

それでは、次に太陽電池の概要について解説していきます。

 

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太陽電池の概要 太陽電池の発電原理とは?

 

上述のように太陽光はエネルギーを持っており、放射伝熱によりそのエネルギーが地上に伝わります。

 

太陽光は非常に大きなエネルギーを持っており、通常では地面を熱くさせるなど熱エネルギーに変換され、消費されます(地熱発電などでは逆にこのエネルギーを利用して発電しています)。

 

この太陽光からのエネルギーを有効利用するために、太陽電池、簡単に言うと半導体をメインに構成される装置を利用します。

 

この太陽電池は電子と大きく関係があり、解説する前の前知識として、物質中の電子状態について解説します。

 

物質の電子状態は導体(金属など)、半導体、絶縁体などにより異なりますが、とびとびのエネルギー準位を持ち、そこに電子が入っているということは共通しています。

 

そして、この電子は太陽光のエネルギーを吸収したり、散乱させたりします(有名な現象として光電効果と呼ばれるものがあります)。

 

太陽電池では、このエネルギーを吸収した電子に着目して、エネルギー変換を行います。

 

具体的に太陽電池では、電子を出しやすい(電子が動く)n型半導体と電子を受け取りやすい(正孔と呼ばれる電子が足りない場所)p型半導体と呼ばれる2種類の物質を組み合わせています。

 

そして、このn型半導体とp型半導体を接合したものをpn接合と呼びます。

 

pnで接合させることで、n型半導体からp型半導体へ電子が流れこみ、(※以下工事中)

 

 

 


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