電気の秘密

太陽電池に光を当てると、外部回路には電流が流れ、同時に電圧も発生します。この現象は半導体のバンド図から理解することができます。半導体のバンド図は、価電子帯、禁制帯、伝導帯により示されます。p型半導体には多くの正孔が存在
し、価電子帯には電子の抜けた穴が多くあります。|方、n型半導体では不純物から放出された多数の電子が伝導帯に存在しています。

バンド図は電子のエネルギー状態を示しており、電子はエネルギーの低い軌道から順につまっていきます。この電子がつまっている高さ(エネルギー)をフエルミレベル言)と呼びます。半導体p層には多数の正孔が存在するため、酢は価電子帯の近くにあり、逆に、層では酢は伝導帯の近くにあります。さらに不純物を入れていないi層では、酢は禁制帯のちょうど真ん中にあります。
ここで、pn接合を形成し、p層.n層を外部回路により短絡(ショート)させた場合を考えましょう。この時には、p層.n層の酢は一致し、pn接合部には帯(バンド)が曲がった領域ができます。この部分が、pn接合部の正負の電荷により形成される内部電界を表しています。

光照射によってできた電子と正孔は、この内部電界によりそれぞれ、層とp層の方へ移動し、電子は外部回路を通ってp層の正孔と再結合します。そのため、太陽電池に光を当てると、回路内には短絡電流と呼ばれる電流が流れます。

一方、外部回路をつなげず開放にすると、光により生じた電子と正孔はそれぞれ、層.p層内に蓄積され、開放電圧と呼ばれる電圧が発生します。この場合、pn層の酢の差が開放電圧に相当します。通常の太陽電池では、外部回路に負荷(抵抗)を入れることによって、電流と電圧を同時に取り出しています。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です