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その他参考資料

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/12/24 05:14 UTC 版)

太陽電池」の記事における「その他参考資料」の解説

接合型太陽電池接合型スタック型、積層型タンデム型などとも呼ばれる太陽電池とは、利用波長異な太陽電池複数積み重ねた太陽電池である。 特徴 太陽光エネルギーをより無駄な利用することで変換効率の向上が図れる。 材料組み合わせによっては、温度特性必要な資源量削減するなどの効果得られる原理接合型太陽電池概念図:各波長光子エネルギー効率良く利用する太陽光スペクトル紫外線から赤外線まで幅広く分布するが、短波長(紫外、紫、青)の光になるほど光子大きなエネルギー持ち、より大きな禁制帯幅を超えてキャリア励起できる。この短波長側の光に対応した禁制帯幅を持つ単接合太陽電池用いれば、より大きな電圧を得ることが出来短波長域の光のエネルギーをより効率良く利用できる。しかし禁制帯幅を拡げすぎれば、より長波長の光は素通りして利用されず、出力電流減少する。 即ちpn接合1つだけの単接合太陽電池においては禁制帯幅より大きなエネルギー光子エネルギー一部無駄になり、禁制帯幅より小さなエネルギー光子エネルギー利用できないこのような兼ね合いから、単接合太陽電池では禁制帯幅 1.3~1.4 eV付近が最も高い変換効率得られる。単接合場合変換効率限界は約30%とされる2005年現在記録はAM1.5G,1sunにおいて25.1%、AM1.5、255suns(集光セル)において27.6%である。 ここで、禁制帯幅の異な複数pn接合素子積層し、光の入射側の素子から順に短波長の光を利用して発電し、より長波長の光はより下層素子利用するこうすれば波長域の光子エネルギーをより無駄な取り出すことが出来(より高い電圧得られる)、かつより長波長まで含めたより多く光子利用できる(より多く電流得られる)。変換効率最終的に取り出せ電力電圧×電流)で決まるため、単接合場合比べてより高い効率得られる理論的に無限に接合増やせば約86%の変換効率になると計算されるが、実際に上層素子通過する際の光の損失素子間の電流整合問題で、それより低くなる2012年現在記録は3接合セル得られている(下記)。4接合、5接合セル研究されている。 応用 GaInP/GaAs/Geの3接合セル30%を超える効率得られ、主に宇宙用に用いられている。2012年5月時点で、シャープがInGaP、GaAsInGaAs集光化合物3接合セルで43.5%を達成している。 民生品では、微結晶シリコンアモルファスシリコン積層したものや、通常のa-Siと禁制帯幅の異なa-SiCやa-SiGeを積層したものなどが開発・実用化されている。アモルファスシリコン禁制帯幅が広く利用波長域が結晶シリコン異なるため、同一元素同士でも多接合太陽電池形成できるこのようにすることで効率だけでなく、温度光強度対す特性最終的な資源消費量の面でも優れた製品市販されている(温度の影響参照)。 温度の影響 太陽電池モジュール条件によって日光によって温度6080℃にも達すことがあるが、太陽電池では温度上昇することで出力低下する現象見られることがある。これは高温において禁制帯幅(シリコンでは1.2eV)が減少することで出力電圧低下するためである。エネルギーギャップ大きアモルファスシリコンや一化合物系の太陽電池では電圧低下影響少ないため、モジュール高温になる地域では有利になる一方高温になると光吸収係数大きくなることで電流増加する効果発生するが、結晶シリコンでは通常この効果小さい。このほか、上部2枚上の偏光板回転させて日光量を調節し温度抑制あるいは出力調整をする方法がある。 温度係数結晶シリコンにおいては通常-0.45%/前後であり、これは70において基準温度25に対して約2割の出力低下になる。 アモルファスシリコンにおいては禁制帯幅が1.75eVと大きいため、温度による効率低下少ない。アモルファスシリコン結晶シリコン等と積層することで、変換効率単結晶シリコン並の20%前後にしつつ、温度係数を-0.2~-0.3%/程度70においても1割程度出力低下)に抑えることが出来内外企業によって実用化されている。 GaAs禁制帯幅1.4eV)では温度係数は-0.2~-0.3%/である。 CIS系など一部太陽電池では、ある程度温度上がることで光や放射線による劣化アニーリング効果によって回復する性質がある。 人工衛星用など宇宙用の太陽電池モジュールでは、使用時温度が-100~+120程度範囲軌道周回伴って頻繁に変化するのに対応して熱サイクルによる疲労などに配慮した製品用いられるアモルファスシリコンの光劣化 アモルファスシリコンは強い光の照射によってシリコンダングリングボンド増加し導電率劣化する性質を持つ。これはステブラー・ロンスキー(Staebler-Wronski)効果呼ばれ欠陥密度増加によって素子内でのキャリア移動阻害し太陽電池性能劣化を招く。これに対しては、下記のような対策取られるアモルファスシリコンの製膜工程改良し関連する不純物水素窒素など)の含有量最適化する 光閉じ込め利用して膜厚薄くする。これによって空乏層内の電場大きくなり、キャリア移動阻害されにくくなる。 多接合化して光の利用効率高めと共に個々空乏層薄くする。 紫外線が特に問題になる場合は、モジュール保護層ガラスEVA樹脂)で遮断するこうした対策技術開発により、現在は屋外用にも長寿命のものが実用化されている。 なお、光照射によって増加した欠陥密度は、光照射が続くと飽和するまた、熱が加わることで時間と共に減少する一般に屋外用製品においては使用開始時に性能が数% - 10数%程度低下する現象初期劣化)が見られるが、その後安定するカタログ性能値には初期劣化後の値が用いられる薄膜太陽電池 従来太陽電池単結晶多結晶、あるいはシリコン化合物半導体問わずインゴットからワイヤソー等で切り出していたため、材料の無駄が少なくなかった。そのため、毛細管現象利用して坩堝から帯状シリコン引き上げたりアモルファス半導体CIS半導体等の薄膜太陽電池開発が行われてきた。近年では基板上に結晶成長させて剥がす方法実用化の域に達しつつある。従来変換効率において従来の製法による物と比較して劣るものが少なくなかったが、近年プロセス改良により改善されつつある。

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その他参考資料

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レゾリューション (帆船)」の記事における「その他参考資料」の解説

ジェイムズ・クッククック 太平洋探検 (1) - (6)増田義郎訳、岩波書店岩波文庫〉、2005年

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その他参考資料

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ジェームズ・ウルフ」の記事における「その他参考資料」の解説

Stephen Brumwell, Paths of Glory: The Life and Death of General James Wolfe (2006) Frank McLynn, 1759: The Year Britain Became Master of the World (2004) Fred Anderson, Crucible of War : The Seven Years' War and the Fate of Empire in British North America, 1754-1766 (2001) 篠原由起夫 『フォールオブケベック—ウルフ将軍最後の戦い』、文芸社2005年

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