太陽光発電とは？

上の図は、太陽電池とも呼ばれる基本的な光電池の動作を示しています。太陽電池は、マイクロエレクトロニクス産業で使用されるのと同じ種類のシリコンなどの半導体材料でできています。太陽電池の場合、薄い半導体ウェーハは、片側が正で反対側が負の電場を形成するように特別に処理されます。光エネルギーが太陽電池に当たると、半導体材料の原子から電子が放出されます。導電体がプラス側とマイナス側に取り付けられて電気回路を形成すると、電子は電流、つまり電気の形で捕獲されます。この電気は、ライトやツールなどの負荷に電力を供給するために使用できます。

互いに電気的に接続され、支持構造またはフレームに取り付けられた多数の太陽電池は、太陽電池モジュールと呼ばれます。モジュールは、一般的な 12 ボルト システムなど、特定の電圧で電力を供給するように設計されています。生成される電流は、モジュールに当たる光の量に直接依存します。

今日の最も一般的な PV デバイスは、単一のジャンクションまたはインターフェースを使用して、PV セルなどの半導体内に電界を生成します。単接合 PV セルでは、セル材料のバンド ギャップ以上のエネルギーを持つ光子のみが、電気回路用に電子を解放できます。言い換えれば、単接合セルの光起電力応答は、エネルギーが吸収材料のバンドギャップを超える太陽のスペクトルの部分に制限され、低エネルギーの光子は使用されません。

この制限を回避する 1 つの方法は、複数のバンド ギャップと複数のジャンクションを持つ 2 つ (またはそれ以上) の異なるセルを使用して電圧を生成することです。これらは、「マルチジャンクション」セル (「カスケード」または「タンデム」セルとも呼ばれます) と呼ばれます。多接合デバイスは、より多くの光のエネルギー スペクトルを電気に変換できるため、より高い総変換効率を達成できます。

以下に示すように、多接合デバイスは、個々の単接合セルをバンド ギャップ (Eg) の降順で積み重ねたものです。上部のセルは高エネルギーの光子を捕捉し、残りの光子を通過させてバンドギャップの低いセルに吸収させます。