太陽電池の基本的なしくみとメリットデメリット

p型半導体と、型半導体を接触させると、その接合部には正の電荷と負の電荷を持つ2つの層が形成され、これらの層により半導体内部に電界が発生します。この内部電界が太陽電池の最も重要な部分です。
もしこの内部電界がないと、光を当てても電気を作ることはできず、太陽電池として機能しません。この内部電界がどのようにして形成され、どんな役割を持っているのかを考えてみましょう。

まずp型半導体では、半導体中の不純物原子は室温で負にイオン化して、不純物原子と同じ数だけ正孔が存在します。|方、n型半導体の場合には、不純物原子は正にイオン化し、半導体中には多くの電子がいます。そして、p型.n型半導体中の正孔と電子は、それぞれの半導体内を自由に動き回っています。このp型。n型半導体を接触させpn接合を形成すると、p型半導体の正孔は、型領域へ、逆に、型半導体の電子はp型の方へ移動し始めます。しかし、もともと正孔は電子が抜けてできる穴のようなものなので、もし正孔が電子と衝突すると、電子と正孔はエネルギーを放出して消滅します。これは、光によって電子と正孔ができる時のちょうど逆のことで、この電子と正孔が消滅する現象を再結合と呼びます。電子と正孔の再結合はpn接合領域で最も強く起こり、結果としてpn接合付近には正電荷と負電荷を持つ層が形成されます。太陽電池の内部電界は、この2つの層により発生します。この電界層が形成されると、正孔と電子はpn接合部の正負の電荷によって追い返され、それぞれ反対側には拡散できなくなります。

pn接合部に生じた内部電界は通常の電池に似た働きをします。特に太陽電池では、光によって生じた電子と正孔は接合部の正負の電荷により引き寄せられ、最終的に電流となって太陽電池から流れ出します。これが太陽電池の最も基本的なしくみです。

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