太陽電池ってなに？

昨今、再生可能エネルギーとして太陽光発電が注目されているが、太陽光発電はどのようにはして発電をおこなっているのだろうか。太陽電池のしくみを簡単にご紹介しよう。

光が物質にあたると、エネルギーを与えることが知られている。もう少し詳しく言えば、身の回りの物質の中には多くの電子が含まれているが、それに光があたると物質中の電子がエネルギーを吸収するのだ。電子がエネルギーを吸収すると、もとの状態に戻ろうとしてエネルギーを発散しながら動き回り、なかには物質を飛び出してしまう電子も存在する。これを「光電効果」という。

物質中を動き回る電子は、エネルギーを熱として周囲に発散させる。晴れた日の外に物を置いておくと熱をもつのは、このためである。太陽電池もこれと同じ原理である。太陽電池は半導体を利用して、光にエネルギーを受け取った電子をピックアップし、外部の電気回路へ送り出すことで電気を作り出している。この回路でエネルギーを抽出された電子は、また太陽電池のほうに戻ってくる、ということを繰り返す仕組みになっている。

一口に太陽電池といっても、電池に使われる材料によって様々な種類に分類される。現在太陽電池に使われている材料をここで紹介しよう。

＜シリコン系＞
　・結晶シリコン系（単結晶系、多結晶系）
　・薄膜シリコン系
　・ハイブリッド系
＜化合物半導体系＞
　・Ⅲ-Ⅴ族
　・CdTe系
　・CIGS系

以上のように、大きく分けると太陽電池は「シリコン系」と「化合物半導体系」に分けることが出来る。この中で現在、太陽電池として主流になっているのは結晶シリコン系の単結晶シリコン太陽電池と多結晶シリコン太陽電池だ。

太陽電池の仕組みを説明したときにも述べたとおり、太陽電池には半導体が用いられているが、結晶シリコン系太陽電池にはp型とn型と呼ばれる半導体を重ね合わせた半導体(pn接合型ダイオード)を用いて作られている。太陽電池に光があたると、電子はn型半導体の方へ引き寄せられ、電流が流れ出す仕組みになっているのだ。

単結晶シリコン太陽電池と多結晶シリコン太陽電池は異なる性質を持っている。単結晶シリコンは、シリコン原子が規則性を持って並んでおり、しかも高純度のため発電効率が高いがコストも高いということが知られている。

一方の多結晶シリコン太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池の製造過程で不良になったシリコンを再利用してつくられるため、低コストでかつ大量生産が可能であるのが特徴だ。その反面、小さな結晶が集まってできているため発電量が単結晶に比べると劣ってしまうという欠点をもつ。

太陽電池を設置する際には、専門業者と相談の上、目的や予算に見合った太陽光パネルを選ぶのが良いだろう。

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