太陽電池 、 とも呼ばれている 太陽電池 、光起電力効果を介して光のエネルギーを電気エネルギーに直接変換するデバイス。太陽電池の圧倒的多数はシリコンから製造されており、 効率 材料の範囲が まとまりのない (非結晶)から多結晶、結晶(単一) 結晶 )シリコンフォーム。とは異なり 電池 または燃料電池、太陽電池は化学反応を利用しないか、電力を生成するために燃料を必要としません、そして、 発電機 、可動部品はありません。
太陽電池構造の図一般的に使用される太陽電池構造。多くのそのようなセルでは、吸収体層と後部接合層は両方とも同じ材料でできている。ブリタニカ百科事典
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太陽電池は、アレイと呼ばれる大きなグループに配置できます。何千もの個別のセルで構成されるこれらのアレイは、中央発電所として機能し、太陽光を電気エネルギーに変換して、産業、商業、および住宅のユーザーに配布できます。一般に太陽電池パネルまたは単に太陽電池パネルと呼ばれる、はるかに小さな構成の太陽電池は、従来の電力供給に取って代わるか、または増強するために、住宅所有者によって屋上に設置されています。太陽電池パネルは、従来の電源が利用できないか、設置に法外な費用がかかる多くの遠隔地で電力を供給するためにも使用されます。太陽電池には、メンテナンスが必要な可動部品や補充が必要な燃料がないため、通信衛星や気象衛星から宇宙ステーションまで、ほとんどの宇宙施設に電力を供給します。 (太陽エネルギーは、宇宙探査機の外側の惑星に送られるには不十分です。 太陽系 またはに 星間空間 ただし、 拡散 太陽からの距離に伴う放射エネルギーの変化。)太陽電池は、電子玩具、携帯型電卓、携帯用ラジオなどの消費者製品にも使用されています。この種のデバイスで使用される太陽電池は、太陽光だけでなく、人工光(白熱灯や蛍光灯など)を利用する場合があります。
国際宇宙ステーション国際宇宙ステーション(ISS)は、1998年からセクションごとに建設されました。2000年12月までに、部分的に完成したステーションの主要な要素には、アメリカ製の接続ノードUnityと2つのロシア製ユニット(パワーモジュールであるZaryaとズベズダ、最初の居住区。ステーションの最初の3人の乗組員を運んだロシアの宇宙船は、ズベズダの終わりにドッキングされています。写真はスペースシャトルエンデバーから撮影したものです。航空宇宙局
太陽電池をより効率的、効果的、そして手頃な価格にする方法を探る太陽電池の効率を高める取り組みについて学びましょう。 Contunico ZDF Enterprises GmbH、マインツ この記事のすべてのビデオを見る
太陽光発電の総エネルギー生産量はごくわずかですが、化石燃料資源が減少するにつれて増加する可能性があります。実際、2030年までに予測される世界のエネルギー消費量に基づく計算では、世界のエネルギー需要は、20%の効率で動作し、地球の表面の約496,805平方キロメートル(191,817平方マイル)しかカバーしないソーラーパネルによって満たされることが示唆されています。材料の要件は膨大になりますが 実行可能 、シリコンは地球の地殻で2番目に豊富な元素であるため。これらの要因により、ソーラー支持者は 想像する 人類のエネルギー要件の実質的にすべてが安価でクリーンな再生可能エネルギーによって満たされる未来の太陽経済 日光 。
太陽電池は、中央発電所、衛星、電卓のいずれで使用されても、同じ基本構造を持っています。光は、反射による光の損失を最小限に抑える光学コーティングまたは反射防止層を通ってデバイスに入ります。太陽電池の下にあるエネルギー変換層への透過を促進することにより、太陽電池に当たる光を効果的にトラップします。反射防止層は、通常、スピンコーティングまたは真空によってセル表面に形成されるシリコン、タンタル、またはチタンの酸化物です。 沈着 技術。
太陽光エネルギー;太陽電池太陽エネルギープラントはメガワットの電力を生成します。電圧は、シリコンなどの特別に処理された半導体材料で作られた太陽電池によって生成されます。国立再生可能エネルギー研究所の礼儀
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反射防止層の下にある3つのエネルギー変換層は、上部接合層である吸収層です。 構成する デバイスのコア、およびバックジャンクションレイヤー。電流を外部負荷に運び、セルに戻すには、2つの追加の電気接点層が必要です。これにより、電気回路が完成します。光が入るセルの表面の電気接触層は、一般に何らかのグリッドパターンで存在し、良好なもので構成されています。 運転者 金属など。金属は光を遮断するため、グリッド線は、セルによって生成される電流の収集を損なうことなく、可能な限り細く、間隔が広くなっています。背面の電気接点層には、そのような正反対の制限はありません。それは単に電気接点として機能する必要があり、したがってセル構造の背面全体をカバーします。後層も非常に優れた導電体でなければならないため、常に金属でできています。
太陽光と人工光のエネルギーのほとんどは電磁放射の可視範囲にあるため、太陽電池吸収体はこれらの波長の放射を効率的に吸収する必要があります。可視光線を強く吸収する材料は、半導体と呼ばれる物質のクラスに属します。厚さが約100分の1センチメートル以下の半導体は、入射するすべての可視光を吸収できます。接合形成層と接触層がはるかに薄いため、太陽電池の厚さは本質的に吸収体の厚さです。太陽電池に使用される半導体材料の例には、シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウム、およびセレン化銅インジウムが含まれます。
光が太陽電池に当たると、吸収体層の電子は、固体内の特定の原子に結合している低エネルギーの基底状態から、固体内を移動できる高励起状態に励起されます。接合形成層がない場合、これらの自由電子はランダムに運動するため、方向付けられた直流はあり得ません。ただし、接合形成層を追加すると、光起電力効果を生み出すビルトイン電界が誘導されます。事実上、電界は 集団 電気接触層を通過して外部回路に流れ、そこで有用な仕事をすることができる電子への動き。
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ビルトイン電界を生成し、電流を流すために、2つの接合形成層に使用される材料は吸収体とは異なる必要があります。したがって、これらは異なる半導体(または異なるタイプの伝導を持つ同じ半導体)である場合もあれば、金属と半導体である場合もあります。太陽電池のさまざまな層を構築するために使用される材料は、ダイオードを製造するために使用されるものと本質的に同じであり、 トランジスタ 固体の エレクトロニクス およびマイクロエレクトロニクス( も参照してください エレクトロニクス:オプトエレクトロニクス )。太陽電池と超小型電子機器は同じ基本技術を共有しています。しかし、太陽電池の製造では、生成される電力は 照らされた 範囲。マイクロエレクトロニクスの目標は、もちろん、半導体チップ内の密度と動作速度を向上させるために、さらに小さな寸法の電子部品を構築することです。 集積回路 。
太陽光発電プロセスには、次のような特定の類似点があります。 光合成 、光のエネルギーが植物の化学エネルギーに変換されるプロセス。太陽電池は明らかに暗闇では電力を生成できないため、光の下で発生するエネルギーの一部は、多くのアプリケーションで、光が利用できないときに使用するために保存されます。この電気エネルギーを蓄える一般的な方法の1つは、電気化学蓄電池を充電することです。光のエネルギーを励起された電子のエネルギーに変換し、次に蓄積された化学エネルギーに変換するこのシーケンスは、 光合成 。
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