太陽電池の原理

太陽が半導体の pn 接合を照らし、新しい正孔と電子のペアが形成されます。 pn 接合のビルトイン電界の影響下で、光生成された正孔は p 領域に流れ、光生成された電子は n 領域に流れます。 回路が接続されると、電流が生成されます。 これが光電効果太陽電池の原理です。
太陽光発電には、光-熱-電気変換と光-電気直接変換の2つの方法があります。
光熱電気変換
光熱電変換モードは、日射による熱エネルギーを利用して発電します。 一般的には、吸収した熱エネルギーを太陽熱集熱器で作動媒体の蒸気に変換し、蒸気タービンを回して発電します。 前者のプロセスは光熱変換プロセスです。 後者のプロセスは、通常の火力発電と同じ熱電気変換プロセスです。 太陽熱発電の欠点は、効率が非常に低く、コストが非常に高いことです。 その投資額は、通常の火力発電所の少なくとも 5 倍から 10 倍になると推定されています。 1000MW の太陽熱発電所には 20 億から 25 億ドルの投資が必要で、1 kW の平均投資額は 2000 ドルから 2500 ドルです。 したがって、小規模で特別な場合にしか適用できませんが、大規模な利用は経済的ではなく、通常の火力発電所や原子力発電所と競合することはできません。
直接光電変換
太陽電池発電は、特定の材料の光電特性に従って作られています。 黒体 (太陽など) は、赤外線、紫外線、可視光など、さまざまな波長 (さまざまな周波数に対応する) の電磁波を放射します。これらの光線がさまざまな導体または半導体に照射されると、光子は導体内の自由電子と相互作用します。または電流を生成するための半導体。 光線の波長が短く周波数が高いほど、そのエネルギーは高くなります。 例えば、紫外線のエネルギーは赤外線のエネルギーよりはるかに高いです。 ただし、すべての波長の光線のエネルギーを電気エネルギーに変換することはできません。 光起電効果が光線の強度に依存しないことは注目に値します。 電流は、周波数が光起電力効果を生成できるしきい値に達するか、またはそれを超えた場合にのみ生成できます。 半導体に光起電力効果を生じさせることができる光の最大波長は、半導体のバンドギャップ幅に関連しています。 例えば、結晶シリコンのバンドギャップ幅は室温で約1.155eVです。 したがって、1100nm 未満の波長の光のみが、結晶シリコンに光起電力効果を生じさせることができます。 太陽電池発電は、再生可能で環境にやさしい発電方法です。 二酸化炭素などの温室効果ガスを発生させず、環境を汚染しません。 生産材料に応じて、シリコンベースの半導体電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、色素増感薄膜電池、有機材料電池などに分けることができます。その中で、シリコンセルは単結晶に分けられますセル、多結晶セル、およびアモルファスシリコン薄膜セル。 太陽電池の最も重要なパラメータは変換効率です。 研究室で開発されたシリコン系太陽電池のうち、単結晶シリコン電池の効率は25.0%、多結晶シリコン電池の効率は20.4%、CIGS薄膜電池の効率は19.6%、CdTe薄膜電池の効率はは16.7パーセントであり、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）薄膜セルの効率は10.1パーセントです
太陽電池は、エネルギーを変換できる光電素子の一種です。 その基本構造は、P型半導体とN型半導体を組み合わせて作られています。 半導体の最も基本的な素材は「シリコン」であり、これは非導電性です。 しかし、半導体に異なる不純物を混入させると、P型半導体とN型半導体を作ることができます。 次に、P型半導体には正孔があり（P型半導体には負電荷を持つ電子が1つ少なく、正電荷が1つ多いと見なすことができます）、N型半導体には自由電子が1つ多いため、電流を生成する電位差があるため、太陽が輝くと、光エネルギーがシリコン原子の電子を励起して、電子と正孔の対流を生成します。 これらの電子と正孔はビルトインポテンシャルの影響を受けて、それぞれN型半導体とP型半導体に引き寄せられ、両端に集まります。 このとき、外部を電極でつないで回路を作れば、太陽電池発電の原理です。
つまり、太陽光発電の原理は、太陽電池を使って0.4μm-1.1μmの波長（シリコン結晶の場合）の太陽光を吸収し、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するというものです。エネルギー出力。
太陽電池で発電した電気は直流であるため、家電製品や各種電化製品に電力を供給する必要がある場合は、DC/ACコンバーターを設置して交流電力に置き換えて家庭や家庭に供給する必要があります。工業力。
太陽電池の充電開発 消費財への太陽電池の応用には、主に充電の問題があります。 従来の一般的な充電対象はNiMHやNiCd乾電池を使用していましたが、NiMH乾電池は高温に耐えられず、NiCd乾電池は環境汚染の問題がありました。 スーパーキャパシタ、大容量、収縮防止領域、および低価格の急速な発展により、一部のソーラー製品は充電対象としてスーパーキャパシタを使用し始め、ソーラー充電の多くの問題を改善しました。
急速充電、
耐用年数は5倍以上長く、
充電温度範囲が広く、
太陽電池の消耗を抑える（低電圧で充電可能）