太陽電池 太陽電池の概要

太陽電池

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2017/05/06 02:23 UTC 版)

単結晶シリコン型太陽電池
色素増感太陽電池

太陽電池(セル)を複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたパネル状の製品単体は、ソーラーパネルまたはソーラーモジュールと呼ばれる。モジュールをさらに複数直並列接続して必要となる電力が得られるように設置したものは、ソーラーアレイと呼ばれる。

歴史

各種太陽電池の変換効率の向上の歴史(研究レベルの世界記録)

太陽電池の基本原理そのものは1839年フランスの物理学者アレクサンドル・エドモン・ベクレルによって最初に発見された[1][2][3]。しかし実際に発電が可能となったのは1884年アメリカの発明家チャールズ・フレッツ英語版ドイツ語版カタロニア語版スペイン語版による、半導体性のセレンと極めて薄いの膜とを接合したものからである[4]。これにより得られた変換効率はわずか1%ほどであった[4]。この発明は後にセレン光電池として1960年代までカメラ露出計などに広く応用されていたが、シリコン型の普及とともに市場から去っていった。(光起電力効果#歴史露出計も参照)

電力機器としての太陽電池の先駆けは、1954年ベル研究所のダリル・シャピン(Daryl Chapin)、カルビン・フラー(Calvin Fuller)、ゲラルド・ピアーソン(Gerald Pearson)によって開発された、結晶シリコーン太陽電池である[5]。通信機器に用いる電池が熱帯地方での使用に耐えなかったため、その代わりの電源として開発された[5]。当時は Bell Solar Battery と呼ばれ[3]太陽光エネルギー電力に変換する効率は6%だった[6]。当初は通信用・宇宙用等が主な用途で、一次電池を用いた世界最初の人工衛星スプートニク1号が21日の寿命しかなかったのに対し、太陽電池を用いた最初の人工衛星ヴァンガード1号[7]は6年以上動作し、その有用性を示している。その後無人灯台など徐々に用途を拡大し、日本でも1960年代に量産が開始された。しかし電源としての本格的な開発が始まったのは1974年石油ショック以降である。開発当初は数W分に過ぎなかった[5]生産量は、2010年時点でその数十億倍(23GWp/年)に増えている(太陽光発電の市場動向を参照)。

変換効率の向上と太陽電池の多様化も進み、現在では変換効率40%を超える化合物多接合型太陽電池も開発されている(右図)。

用途

結晶シリコン型太陽電池の代表的構造

太陽電池が電源として採用される主な理由として次のようなものが挙げられる。

  • 電池交換や給電線を不要とし、利便性向上やコスト削減を図る:電卓腕時計道路標識、庭園灯、街路灯、駐車券発行機、携帯電話の充電器など
  • 他からの電力供給が難しいもしくは不可能な場所のエネルギー源:海洋や山岳地帯の観測機器、人工衛星宇宙ステーション、道路標識、庭園灯、街路灯、携帯電話の充電器、離島、送電網の未熟な地域など
  • 温室効果ガス排出量削減用
  • 需要ピーク時の補助電力用
  • 可搬式電源
  • 非常用電源

など。太陽光発電の項も参照のこと。




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  1. ^ E. Becquerel (1839). “Mémoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires”. Comptes Rendus 9: 561–567. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k2968p/f561.chemindefer. 
  2. ^ R. Williams (1960). “Becquerel Photovoltaic Effect in Binary Compounds”. The Journal of Chemical Physics 32 (5): 1505–1514. Bibcode 1960JChPh..32.1505W. doi:10.1063/1.1730950. 
  3. ^ a b 太陽電池はどのように発明され、成長したのか、桑野幸徳、オーム社、平成23年8月、ISBN 978-4-274-50348-1
  4. ^ a b Pre-1900 Semiconductor Research and Semiconductor Device Applications, AI Khan, IEEE Conference on the History of Electronics, 2004 (PDF)
  5. ^ a b c John Perlin, The Silicon Solar Cell Turns 50 (PDF)
  6. ^ M.B.Prince (May 1955). “Silicon Solar Energy Converters”. Journal of Applied Physics 26 (5): 534. doi:10.1063/1.1722034. 
  7. ^ Vanguard Project
  8. ^ 荒川裕則、「色素増感太陽電池」、シーエムシー出版、2001年、ISBN 978-4-88231-933-7
  9. ^ 特許庁によるまとめ
  10. ^ 太陽電池用シリコン素材の製造プロセス (生研リーフレット No.289)
  11. ^ EPIA, Solar Generation IV - 2007, P.43[リンク切れ]
  12. ^ EPIA, Solar Generation IV - 2007, P.17[リンク切れ]
  13. ^ 参照:開発例1開発例2
  14. ^ 参照:解説1解説2
  15. ^ HIT太陽電池モジュール(財団法人新エネルギー財団)
  16. ^ HIT太陽電池の特徴(三洋電機)
  17. ^ 球状太陽電池(京セミ株式会社)
  18. ^ 球状半導体(日経BP社)
  19. ^ 球状シリコン太陽電池の開発・製造 (日経ビジネス)日経ビジネスが描いた日本経済の40年
  20. ^ 電界効果を用いる新型高効率アモルファス太陽電池の開発(独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)
  21. ^ 低次元超構造のコンビナトリアル分子層エピタキシー(独立行政法人科学技術振興機構)
  22. ^ 太陽電池セルで世界最高変換効率35.8%を達成 ニュースリリース(2009年10月22日)
  23. ^ 例1例2
  24. ^ http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol07_07/p14.html
  25. ^ http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2008/pr20080716/pr20080716.html
  26. ^ http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol07_07/p14.html
  27. ^ 長岡高専
  28. ^ ソーラーフロンティア、CZTS太陽電池の変換効率で世界記録、IBMなどと共同研究
  29. ^ Cadmium Use in Photovoltaics - Concerned Citizen”. NREL. 2011年3月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年6月15日閲覧。
  30. ^ en:Cadmium telluride photovoltaics参照
  31. ^ 例:PR_solarpowerplant_RoteJahne.pdf”. www.juwi.de. 2007年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年6月15日閲覧。
  32. ^ 透明な太陽電池の試作に成功”. 産総研 (2003年6月25日). 2015年3月閲覧。
  33. ^ 透明なのに発電できる?”. 産総研. 2015年4月閲覧。
  34. ^ EPFL、色素増感太陽電池で変換効率15%を達成。二段階蒸着法で実現
  35. ^ ヘリアテック社が有機太陽電池においてセル効率13.2%の世界新記録を更新
  36. ^ 高効率ペロブスカイト型太陽電池の製造コストが大幅低減
  37. ^ R・Turton著、川村 清監訳など『量子ドットへの誘い マイクロエレクトロニクスへの未来へ』1998年、シュプリンガー・フェアラーク東京、p47、ISBN 4-431-70780-8
  38. ^ 産業技術総合研究所太陽光発電研究センター「トコトンやさしい太陽電池の本」、日刊工業新聞社、ISBN 978-4-526-05795-3 P.78
  39. ^ 東北大、量子ドット太陽電池で世界最高効率-12.6%
  40. ^ 集光型太陽電池セルで世界最高変換効率43.5%を達成
  41. ^ 例1 例2
  42. ^ 例えば(浜川, & 桑野 1994, p. 167)







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