シリコン太陽電池とは？

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスです。 適切に機能するために、セルは光を吸収できる半導体材料で覆われている必要があります。 シリコン太陽電池は、シリコンでコーティングされた太陽電池であり、最も一般的なタイプです。 これらのセルはモジュールと呼ばれる直列に接続され、モジュールは相互に接続されて、目的の電圧を生成するアレイを形成します。 これらは、ガラスのパネルの後ろの保護容器に入れられ、太陽光を細胞に向けます。

光がソーラーパネルに当たると、光子は半導体材料に吸収されます。 電子はばらばらに叩かれ、材料を流れて電気を生み出します。 シリコン太陽電池の配列は、このエネルギーを直流（DC）電気に変換します。 統合システムでは、インバーターを使用して電力が電力網に供給されます。 スタンドアロンのソーラー製品は、電気をバッテリーに保存します。

シリコンは非常に一般的な元素ですが、通常はシリカに結合しています。 純粋なシリコンをシリカから抽出し、導電性を高めるために処理する必要があります。 純粋なシリコンは電気の悪い導体ですが、特定の不純物、通常はリン原子が追加されると、優れた導体になります。 この処理は多大なエネルギーを消費し、シリコン太陽電池の高コストの原因となります。 伝統的に製造されたセルは、ウェーハに切断されるバルク形状の単結晶シリコンを使用します。

コストを軽減するために、科学者は薄膜シリコン太陽電池を開発しました。 これらは、従来のセルが使用するシリコンの約1パーセントしか使用しませんが、残念ながら、効率ははるかに低くなります。 薄膜の多層で作られたセルは、より高価な従来のセルと同じくらい効率的でありながら、低コスト、軽量、柔軟性の利点を維持しています。 多結晶およびアモルファス薄膜シリコンセルは、追加の低コストオプションです。

科学者にとってのもう1つの課題は、シリコン太陽電池の有効性を高める方法を見つけることです。 太陽光は、幅広いエネルギーの光子を含む幅広い波長を持っています。 これらのいくつかは、半導体材料に捕獲されるのに必要な電子正孔対を形成するには弱すぎるか強すぎる。 ほとんどのセルの効率は15％にすぎません。つまり、パネルを通過する太陽光で利用できる電気エネルギーの15％しか捕捉できません。

シリコン太陽電池の効率を高め、コストを削減する方法を見つけるために、世界中で作業が行われています。 薄膜の効率を向上させ、それによりコストを大幅に削減する方法を見つけることは、欧州連合が資金提供する研究プロジェクトの優先事項です。 日本のある会社は、平均効率が25％の複数の製品で使用するシリコン太陽電池を開発しました。 米国企業のボーイング・スペクトロラボは、効率が40.7％の集光型シリコン太陽電池を開発しました。

太陽光発電が主要なエネルギー源になる前に、マーレの研究開発が必要ですが、これは国際的な注目と資金を受けている分野です。 コストが低下し、効率が向上するにつれて、太陽​​エネルギーがはるかに一般的になる可能性があります。 これらの課題があっても、シリコン太陽電池はすでにさまざまな製品で使用されています。 これらには、電卓、懐中電灯、電話充電器、噴水、家庭用および商業用給湯システムなどの毎日のアイテムが含まれます。