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太陽電池

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Academic year: 2021

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(1)

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)

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

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

(2)

地表に達するエネルギー 177 x 1012kW

反射で宇宙へ:

30% (52 x 10

11

kW) 地表で熱(気温を保つ):

47% (85 x 10

12

kW) 海水や氷に蓄積:

23% (40 x 10

12

kW) 風, 波, 対流:

0.2% (0.37 x 10

12

kW) 生体系(バイオマス):

0.02% (400 x 10

8

kW)

太陽光発電の特色

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

(3)

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

(4)

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

短絡電流 ISC

光強度、受光面積、素子構造により変化

開放電圧 VOC

pn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

/P

in

公称効率 AM1.5 、100mW/cm

2

における効率

エネルギー変換効率

太陽電池の最大電力はV・Iが最大になる点

(V

max

、 I

max

)できまる出力電力

P

max

=

max

、・I

max

max

、・I

max

/V

OC

・I

SC

=FF

曲線因子 Fill Factor

太陽電池の良さを示す指数の一つ

P

max

=V

OC

・I

SC

* FF

太陽電池の効率

(5)

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

(6)

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

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

(7)

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

(8)

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なお、関連して、電源電池の待機時間については、開発品に使用した電源 電池(4.4.3 に記載)で

○杉山座長