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単重シリコン太陽電池と太陽光発電のメリット

様々な種類の太陽電池の中で、最も古い歴史と実績のある太陽電池が単結晶シリコン太陽電池です。単結晶であるということは、シリコン原子が固体中の全体に3次元的に規則正しく並んだ状態であることで、材料としてのシリコンが最大限の能力を発揮できる状態といえます。
こうしたことから、現在実用化されている太陽電池の中では、単結晶シリコン太陽電池が最も高い変換効率を示します。

この太陽電池は、パソコンで使われているメモリやCPUといった、原材料と同じように単結晶シリコンのウエハから作られるのもので、製造方法も一般的な半導体製造技術との共通部分が多くあります。
しかし、高純度な単結晶のシリコンウエハは高価です。太陽光発電の普及のためには、太陽電池の低コスト化がとても重要です。そこで、太陽電池用のシリコンウエハは、用のシリコンほど高純度である必要性がないことから、ソーラーグレードシリコンと呼ばれる安価な材料を元に作られています。

シリコンウエハは、種結晶シリコンを元に高温で形成した円柱状の単結晶シリコンインゴットを、厚さ200叩程度に薄くスライスすることで作製されます。通常は、電子の拡散長が長くてより大きな光電流を取り出せるという理由で、p型のシリコンウエハが用いられますが、n型が用いられる場合もあります。p型シリコンウエハの表面から、リンを拡散させて薄く、型層を形成し、次に集電用表面電極と反射防止膜、裏面全体に電
極を形成したものが、図に示す最も基本的な太陽電池の構造となります。実際に使われる太陽電池では、この基本構造に各種機能を果たす層を追加して、より高い効率とするための様々な工夫がされています。写真は単結晶シリコン太陽電池の一例で、表面は黒っぽく無地で、形状は擬似正方形をしています。白くし型に見えるものは、表面電極です。