太陽電池の中心となるのは半導体材料であり、通常はシリコンでできています。太陽光からの光子が細胞の表面に当たると、材料内の電子が励起され、電子が原子から離脱します。このプロセスは光起電力効果と呼ばれます。
これらの放出された電子を利用するために、バッテリーはさまざまな特性を持つ層で構築されます。最上層は、太陽光を吸収するように特別に設計された素材で作られています。この層の下には、半導体材料で構成される活性層があります。バックコンタクト層と呼ばれる最下層は、電子を収集してセルの外に転送するのに役立ちます。
太陽光がセルの最上層を貫通すると、半導体材料の原子内の電子が励起されます。これらの励起された電子は、材料内を自由に移動できるようになります。しかし、電気を発生させるためには、電子が特定の方向に流れる必要があります。
ここで、細胞内の電場が関係します。活性層の半導体材料には不純物がドープされ、電子の不均衡が生じます。これにより、バッテリーの一方の側にプラスの電荷が発生し、もう一方の側にマイナスの電荷が発生します。これら 2 つの領域間の境界は pn 接合と呼ばれます。
電子が光子によって励起されて原子から離れると、電子は細胞の正に帯電した側に引き寄せられます。それがその領域に向かって移動すると、その場所に正に帯電した「穴」が残ります。この電子と正孔の移動により、バッテリー内に電流が発生します。
ただし、自由な状態では、電子を外部デバイスに電力を供給するために使用することはできません。エネルギーを利用するために、金属接点がセルの最上層と最下層に配置されます。導体がこれらの接点に接続されると、電子が回路を通って流れ、電流が生成されます。
単一の太陽電池が生成する電気の量は比較的少量です。したがって、複数のセルが接続されて、ソーラー パネルまたはモジュールと呼ばれる大きなユニットが形成されます。これらのパネルは、システムの要件に応じて直列または並列に接続して、電圧と電流の出力を増やすことができます。
電気は一度生成されると、さまざまな機器や電化製品に電力を供給するために使用できます。系統連携システムでは、ソーラーパネルで生成された余剰電力を系統にフィードバックして、化石燃料生成の必要性を相殺できます。遠隔地で使用されるようなスタンドアロン システムでは、生成された電気を後で使用するためにバッテリーに保存できます。
投稿日時: 2023 年 11 月 27 日