モジュールの変換効率は最高でも30%以下しか出来ない!!??など、元太陽光発電システムメーカー勤務の、平凡OLの沙良が、省エネ、節電に挑戦!! お小遣いを含め500万円を目指し奮闘します。 太陽光発電のマル秘裏話から、沙良の省エネ奮闘記。

モジュールの変換効率は最高でも30%以下しか出来ない!!??

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モジュールの変換効率は最高でも30%以下しか出来ない!!??

今日は、少し違った視点からモジュールの変換効率について書いて見ます。

このような専門的な事を書くとなぜか、一気にブログの訪問者数が激減するのです

では、始めましょう。

モジュールがどうして電気を発生するのか?

これは、太陽からの光とn型半導体(シリコン)、p型半導体(シリコン)の

光電効果が用いられています

この光電効果は、最近では知られているので説明は後日するとして、

今日は、この光電効果、以前の問題、太陽の光の事です。

この太陽の光は、紫外、可視、赤外に分けられ、それぞれ波長が異なるのです。

紫外線(~0.4μm)
可視光線(0.4μm~0.7μm)
赤外線(0.7μm~100μm)
電波(100μm~) - ごく微量

photo06.jpg

人間が明るいと感じるのは、420~680くらいだと解ります。


この光のエネルギーですが、

光のエネルギーEはの次式によって求められます。

    E(eV) = 1240/波長(nm)

光のエネルギーは波長によって決まり、波長が短いほどエネルギーが高いのです。

StackCell-J.png

太陽光エネルギーを最大限利用するには、強度の大きい光の波長領域を

使い、エネルギーの高い光が効率よく他のエネルギーに変換されることが重要なのです。

波長感度帯は、どうなってるのでしょうか?

シリコン(si)200μm弱~1.13μm

現在の主流は、pn接合型シリコン太陽電池による発電、エネルギーが

約1.1eV以上(波長1.13μm以下)の光を利用することができる。

しかし、1.1eVより高いエネルギーの光を吸収しても原理上、

出力電圧は変わらないので、1.1eV以上の光エネルギー分は変換する事ができない。

そのためシリコン太陽電池(単接合型)の理論的な最大変換効率は30%以下なのです。

そこで、最近では従来のシリコン(Si)太陽電池では利用できない波長の光を、

利用しやすい光に変換する「スペクトルコンバータ」の研究が進んでいる。

Si太陽電池ではSiのバンドギャップ・エネルギよりも

低いエネルギを持つ赤外線領域の光子をまったく利用できない。

そしてSiのバンドギャップ・エネルギよりも高いエネルギを持つ紫外線などは、

エネルギのごく一部しか利用できない。

この2点の問題はSi太陽電池の材料や構造の改良では解決できない

Siのバンドギャップ・エネルギよりも高いエネルギを持つ光子を吸収して励起し、

より低いエネルギに変換して放出する蛍光材料の研究が進んでいる。

この蛍光材料をスペクトルコンバータと呼び、スペクトルコンバータを微粒子状に加工し、

樹脂に封入して太陽電池の表面に張ることで、変換効率を上げようという事のようだが、

優秀な研究家、企業、大学の皆さんにぜひ、がんばって頂きたいです。

他にも、他の波長域部分を使う、加熱し放射した光を利用するとか、

かな~り難しいが研究が進んでいます。

ちなみに、アモルファスシリコンは禁制帯幅が広く、利用波長域が結晶シリコンと異なるため、

同一元素同士でも多接合太陽電池を形成できる。

このようにすることで効率だけでなく、温度・光強度に対する特性などで

効率の良いシリコンとなっているのです。


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