半導体太陽光発電エネルギー変換器（フォトセル）

光電池は、光子のエネルギーを電流のエネルギーに変換するように設計された電子デバイスです。

歴史的には、現代の光電池の最初のプロトタイプが発明されました。 アレクサンダー・G・ストレトフ 19世紀末。彼は外部光電効果の原理に基づいて動作するデバイスを作成しました。最初の実験設備は、一対の平行な平らな金属シートで構成されており、一方は光を通過させるメッシュで作られ、もう一方は固体でした。

定電圧をシートに印加し、0 ～ 250 ボルトの範囲で調整できました。電圧源の正極はグリッド電極に接続され、負極は固体に接続されました。高感度検流計もこの計画に含まれていました。

固体シートが電気アークからの光で照らされると、 検流計の針 これは、ディスク間に空気があるにもかかわらず、回路内で直流電流が発生していることを示しています。実験で科学者は、「光電流」の大きさが印加電圧と光の強度の両方に依存することを発見しました。

設置が複雑なのは、ストレトフ氏が電極をシリンダー内に配置し、シリンダー内から空気を排出し、石英窓を通して紫外線を感応電極に供給することです。それで開いてた 写真効果.

現在、この効果に基づいて機能しています 太陽光発電コンバータ… 素子の表面に当たる電磁放射に反応し、それを出力電圧に変換します。このようなコンバータの例は次のとおりです。 太陽電池… 同じ原理が次の場合にも使用されます。 感光センサー.

一般的な光電池は、2 つの導電性電極の間に挟まれた高抵抗の感光性材料の層で構成されています。太陽電池用の光起電力材料として広く使用されています。 半導体完全に点灯すると、出力に 0.5 ボルトを与えることができます。

このような要素は、光子エネルギーの直接的なワンステップ伝達を可能にするため、生成されるエネルギーの観点から最も効率的です。 電流で... 通常の条件下では、このような要素の効率は 28% が標準です。

ここで、加工材料の半導体構造の不均一性により、強い光電効果が発生します。この不均一性は、使用する半導体材料に異なる不純物をドープして pn 接合を作成するか、異なるギャップ サイズ (電子が原子から離れるエネルギー) で半導体を接続してヘテロ接合を得るか、またはそのような化学薬品を選択することによって得られます。バンドギャップ勾配、つまりグレーデッドギャップ構造が内部に現れる半導体の組成。その結果、特定の素子の効率は、光伝導性だけでなく、特定の半導体構造内で得られる不均一性特性にも依存します。

太陽電池の損失を減らすために、太陽電池の製造には多くの規制が適用されます。まず、シリコンとガリウムヒ素の化合物など、太陽光に最適なバンドギャップをもつ半導体が使用されること、次に、最適なドーピングによって構造の特性が改善されることです。不均一で段階的な構造が好ましい。層の最適な厚さ、pn 接合の深さ、およびコンタクト グリッドの最適なパラメータが選択されます。

異なる周波数帯域を持ついくつかの半導体が機能するカスケード要素も作成され、1つのカスケードを通過した後、光が次のカスケードに入るなどします。太陽のスペクトルを分解するというアイデアは有望に見えます。領域は光電池の別のセクションから変換されます。

現在市場には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜の 3 つの主なタイプの太陽電池があります。薄膜は、迷光にも敏感で、曲面にも配置でき、シリコンほど脆くなく、高い動作温度でも効果があるため、最も有望であると考えられています。

以下も参照してください。 太陽電池とモジュールの効率