2種類の半導体を使う太陽光発電
太陽光発電を行うためには、シリコンを利用したソーラーパネルの存在が必要不可欠になります。
ソーラーパネルの仕組みとしては、シリコンで作られた板を二枚重ねて、その間に流れる電流を電気として取り出すというものになります。
シリコンを使用するのは、効率よく電流を集めるための方法です。では何故2種類の板を用意する必要があるのでしょうか。
太陽光発電の基本的な仕組みである光電効果には、外部光電効果と内部光電効果という2種類の光電効果が存在します。
外部光電効果の場合には、光電効果の起こる物質から外へと電子が出て行ってしまうため、その電子を電気として利用することはほぼ不可能になってしまいます。
そのため物質の中で起こる内部光電効果を起こすことが、効率よく光電効果によって電気を取り出すことができる方法となります。
一方のシリコンで起こった光電効果は電子とともに正孔といわれるプラスの電気を帯びた粒子が発生することになります。
このプラスの電気を帯びた粒子が、もう一方のシリコンに対して流れる性質を持っており、通常の金属の板で起こる光電効果以上に効率よく電子を集めることが出来るようになります。
こうした金属のように電気を通さずに、一定の条件のもとでのみ、決まった電気を通すことができる物質を半導体といいます。
半導体であるシリコンを2枚重ねて電気を起こすことが、より効率よく電気を起こすためには欠かせないものであり、効率よく電気を発生させるソーラーパネルの最も基本的な仕組みになっているのは間違いないでしょう。
太陽光発電の効率
太陽光発電を行うために必要となるソーラーパネルは、ケイ素を利用したシリコン製のものが採用されることが一般的です。シリコンという素材は鉄板などと比較してもあまり馴染みの深いものではありません。
わざわざケイ素などのようなシリコン素材をソーラーパネルに採用するのは、ちゃんとした理由があってのことなのです。
一つはシリコンのような一定の条件下でのみ電気を通す半導体と呼ばれる物質を2つ重ねる事によって、電子の流れを一方に揃えることができるようになり、電気を取り出しやすくなること、そしてもう一つが、ケイ素を利用したソーラーパネルの発電効率の良さがあります。
光の中にも様々な種類が存在しており、その中でも目に見える光は、色でその波長を見分けることができます。
光の波長の中でも、効率よく光電効果を起こすことのできる物質や光の組み合わせが存在しており、鉄で作られた板の場合、最も多くの電子を発生させることのできる光の波長は、紫外線などのように短い光の波長でした。むしろ紫外線よりも長い波長の光を当てても、電子を発生させることはできないのです。
そういった一定の光でしか光電効果を起こすことのできない鉄の板では、効率よく太陽光発電を行うことができないのです。
そういったこともあり、最も効率よく光電効果を起こすことのできる物質として、今日のソーラーパネルの中でも主流となっているケイ素などのシリコンを使用したソーラーパネルを用いて、太陽光発電を行うということが一般的になってきているのです。
鉄は太陽光発電に適さない
太陽光発電を行うためのソーラーパネルは、光が物質に当たることで光電効果という現象が起こり、電気が発生することを利用したものです。
光電効果が起こる物質の代表的なものが、金属やシリコンによって作られたものです。そして物質ごとに、最も効率よく光電効果を起こすことのできる波長は決まっているのです。
金属と聞いて多くの人が最初に想像するものは鉄ではないでしょうか、太陽光発電の場合も例外ではなく、光電効果を起こすことのできる金属を探す過程において、最初に試されたのが、鉄によって作られた金属板です。
しかし鉄は太陽光発電を行うためのソーラーパネルを作るためには適さない物質だったのです。
鉄が最も光電効果を発揮するのは、紫外線などの比較的波長の短い光になります。
しかし太陽光の中には紫外線をはじめとした波長の短い光は含まれる割合は少ないものなのです。実用的なソーラーパネルを作るためには、太陽光の中に多く含まれる光線で効率的に電気を起こすことのできるものでなくてはならないのです。
その結果太陽光発電に適しているとされたのがケイ素をはじめとしたシリコンで作られたソーラーパネルになります。
シリコンによって作られた素材が太陽光発電に適しているということが分からなければ、太陽光発電は、今ほど注目される技術にはなり得なかったでしょう。
またどういった光線から電気を生み出すかも、太陽光発電を行うためには欠かせない要素なのです。
一般的に波長の長い光線からは高い電流を、波長の短い光線からは高い電圧が生み出されます。
そのバランスが最もいいのが、シリコンが最も光電効果が起こりやすい光線であり、そういったことからも、ソーラーパネルにはシリコンが採用されているのです。