太陽電池の応用
太陽電池のほとんどの応用では、放射線源は太陽光であり、これらのデバイスは太陽電池と呼ばれます。現在、太陽エネルギーは市場で最も利用可能なエネルギーの一つです。電気グリッドに接続されていない場所に電力を提供することができます。再生可能エネルギー源は、PVモジュールのコストが過去5年間で減少し、他のエネルギー源と比較して汚染が少ないため、ますます人気が高まっています。太陽電池は、半導体と呼ばれる材料で作られています。これらの半導体が光子によって照射されると、PVセルは直流電流(DC)を生成します。一般的な単接合シリコン太陽電池は、最大開放回路電圧が約0.5ボルトから0.6ボルトを生産することができます。太陽電池は通常、加算電圧を作成するために直列に接続されます。並列に接続すると、より高い電流が得られます。一平面に向けられた複数の太陽電池を統合したグループは、太陽光発電パネルまたはモジュールを構成します。300ワットの太陽光パネルの典型的な開放回路電圧は約39ボルトであり、完璧な角度と完全な日光下での短絡電流は8.33アンペアであるべきです。その寿命は20〜30年に達することができます。
光起電力効果
光起電力効果は、太陽光にさらされた際に光起電力セルで電圧または電流を生成する光電過程です。光起電力デバイスでは、光子が電気に変換されます。この過程には、光子吸収による電荷キャリアの生成、キャリアの分離と輸送、そして最終的には電極での収集が含まれます。
光子吸収。まず、太陽光の光子が太陽電池パネルに当たり、半導体材料に吸収されます。そのエネルギーは結晶格子内の電子に与えられます。エネルギーが電子の結合エネルギーよりも高い場合、電子は結合から解放され、半導体内を自由に動き回ることができる伝導帯に入ります。これにより、電子-ホール対の生成が起こります。
電荷キャリアの分離。最も一般的に知られている太陽電池は、シリコンから作られた大面積のp-n接合（内蔵電場を持つ半導体構造）として構成されています。簡単に言うと、n型シリコンの層をp型シリコンの層と直接接触させることができます。p-n接合構成および太陽電池の材料のため、電子は単一方向にのみ移動することが許可されます。材料の電子構造は、この過程が機能するために非常に重要であり、しばしば、異なる層で小量のホウ素またはリンを含むシリコンが使用されます。
電荷の収集と再結合。n型側で作られた電子は、接合部によって”収集”され、n型側へと掃引され、ワイヤーを通じて負荷を動力供給し、p型半導体-金属接触に到達するまでワイヤーを通じて移動することができます。ここで、太陽電池のp型側で作られた電子-ホール対として作られたホールまたは、n型側で作られた後に接合部を越えて掃引されたホールと再結合します。太陽電池の配列は、太陽エネルギーを利用可能な量の直流(DC)電気に変換します。測定される電圧は、二つの端子での多数キャリア（n型部分の電子およびp型部分のホール）の準フェルミレベルの差に等しいです。
