光起電力効果とは？
光起電力効果は、太陽光にさらされたときに光起電力セルで電圧または電流を生成する光電プロセスです。光起電力効果と光電効果の主な違いは、光電効果は通常、電子が物質から（通常は真空中に）放出される場合に使用され、光起電力効果は励起された電荷キャリアが物質内に保持される場合に使用されることです。どちらの場合も、電荷の分離によって電位（または電圧）が生じ、光は励起のためのポテンシャルバリアを克服するのに十分なエネルギーを持っている必要があります。ほとんどの光起電力アプリケーションでは、放射線は太陽光であり、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。
光電効果とは？
一般に、光電効果は、物質の表面に電磁放射（光子）が当たると、その物質から光電子が放出される現象です。光電効果では、光子が原子内の結合された電子と相互作用します。この相互作用で入射光子は完全に消失し、原子はその結合シェルの一つからエネルギッシュな光電子を放出します。放出された光電子の運動エネルギー(Ee)は、入射光子のエネルギー(hν)から光電子の元のシェルにおける結合エネルギー(Eb)を引いたものに等しいです。Ee=hν-Eb
光起電力効果の利用
光起電力効果は、太陽光にさらされたときに光起電力セルで電圧または電流を生成する光電プロセスです。光起電力デバイスでは、光子が電気に変換されます。このプロセスには、光子の吸収による電荷キャリアの生成、キャリアの分離と輸送、そして最終的に電極でのキャリアの収集が含まれます。
– 光子の吸収: まず、太陽光の光子が太陽電池に当たり、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ければ、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へと移ります。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。簡略化して説明すると、n型シリコンの層をp型シリコンの層に直接接触させることを想像できます。p-n接合の設定と太陽電池の材料により、電子は一方向にのみ動くことが許されます。
– 電荷の収集と再結合: n型側で作られた電子が接合部に「収集」され、n型側に掃き出されると、電線を通って負荷を動かし、p型半導体-金属接触に達するまで電線を通っ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、接合部を越えて掃き出されたホールと再結合します。
太陽光電池は、太陽エネルギーを直流電力(DC)に変換する複数の太陽電池の統合されたグループです。測定される電圧は、二つの端子の多数キャリア（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。太陽電池は通常、加算電圧を作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。300ワットの太陽光パネルの典型的な開回路電圧は約39ボルトであり、完璧な角度と完全な日光の下での短絡電流は8.33アンペアです。その寿命は20年から30年に達することができます。
