太陽電池
太陽光エネルギー
(地球に達する太陽エネルギー)
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太陽-地球距離: 1億5000万Km•
平行光線•
大気圏でX線から宇宙線の高エネルギー 粒子は散乱で失われる•
大気圏での気体による吸収•
長波長領域に太陽電波(黒点活動)地球に達する太陽エネルギー
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宇宙圏:6000Kの黒体輻射•
地表面:5700Kの黒体輻射太陽表面から放出されるエネルギー:
3.8 x 10
23
kW地球の大気圏近くの輻射エネルギー密度:
1.4 kW/m
2
太陽定数大気圏通過空気量: Air Mass
地球に達する輻射エネルギー
地表に達するエネルギー 177 x 1012kW
反射で宇宙へ:
30% (52 x 10
11kW) 地表で熱(気温を保つ):
47% (85 x 10
12kW) 海水や氷に蓄積:
23% (40 x 10
12kW) 風, 波, 対流:
0.2% (0.37 x 10
12kW) 生体系(バイオマス):
0.02% (400 x 10
8kW)
太陽光発電の特色
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可動部が無く静かでクリーンなエネルギー•
維持簡単で、自動化無人化が容易•
規模の大小にかかわらず一定効率で発電•
モジュール構造の為生産性に富みスケー ルメリットが大•
拡散光により発電•
光発電は放棄エネルギーの有効利用太陽電池の原理とデバイス応用 半導体の光吸収と光導電
半導体の光吸収スペクトル
光起電力効果の基礎過程
太陽電池の原理
シリコン単結晶太陽電池の構造 pn接合による光起電力
太陽電池の動作原理
太陽電池に用いられる半導体の光吸収係数
シリコン単結晶太陽電池の
スペクトル感度特性 短絡電流と開放電圧
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短絡電流 ISC:光強度、受光面積、素子構造により変化
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開放電圧 VOCpn接合の拡散電位により決まり、接合を 作る材料の不純物濃度と禁止帯幅により 決まる。
エネルギー変換効率
太陽電池に入射する光電力(P
in
) に対する太陽電池から取り出すことのできる 最大電力( P
max
)η=P
max
/Pin
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公称効率 AM1.5 、100mW/cm2
における効率エネルギー変換効率
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太陽電池の最大電力はV・Iが最大になる点(V
max
、 Imax
)できまる出力電力P
max
=Vmax
、・Imax
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Vmax
、・Imax
/VOC
・ISC
=FF曲線因子 Fill Factor
太陽電池の良さを示す指数の一つ
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Pmax
=VOC
・ISC
* FF太陽電池の効率
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反射損失•
表面再結合損失•
バルク再結合損失•
直列抵抗損失•
電圧損失因子 hν-eVOC太陽電池における損失
感度スペクトルと整合しうる 有効な入射光エネルギー
太陽電池における損失
太陽電池における損失 太陽電池の等価回路
直列抵抗の出力特性への影響 シャント抵抗の出力特性への影響
太陽電池のバンドギャップと理論変換効率
ヘテロ接合太陽電池
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バンドギャップの大きい窓層を持つ。•
窓層を厚くすることで直列抵抗損失を低減•
表面再結合を低減ホモ接合 ヘテロ接合 ホモ接合 ヘテロ接合
ヘテロ接合の窓効果 ヘテロ接合太陽電池と ヘテロフェイス太陽電池
ヘテロ接合太陽電池 ヘテロフェイス太陽電池
ヘテロフェイス太陽電池の収集効率スペクトル