太陽光発電のメカニズム

太陽光発電というのは、「半導体」に関わる技術を結集して作られる。

現在でもその技術開発に、企業や大学の研究所が、しのぎを削っている状況だ。ナノテクノロジーと呼ばれる領域でも、この太陽光電池を、いかに高効率にし、また薄膜化(省資源化)させることが出来るかということが、ひとつの花形的な研究課題となっている。

そのメカニズムを、簡単に説明しよう。

「半導体」というのは、ありとあらゆる電化製品に用いられている。この半導体についての研究が、家電製品の行く末を決定していると言っても良い。外部条件を変えることで、電気を通したり、通さなかったりする。この性質を利用することで、半導体はコンピュータのスイッチング機能を担うことも出来るし、電磁波(太陽光)を受けた際の電子状態の変化を利用することで、太陽光発電にも利用できる。

半導体として最も頻用される物質が、シリコンである。その中でも「多結晶型」と呼ばれる太陽電池が、もっとも普及している。単結晶というのは、シリコンの原子配列が縦横に規則正しく並んでおり、結晶間の配列もそれに準じて規則正しいものを言う。

これに対し、多結晶は、結晶間が縦横で乱れた方位をもって結びついたものを言う。電子の流路が滑らかなのが、規則正しい単結晶であり、多結晶はこれに劣る。したがって、多結晶は太陽光⇒電気の変換効率が単結晶に比べて劣る。だがその分、生成が容易であり、低コスト、低資源で作成することが出来る。

現在では、このシリコン結晶系の太陽電池を代用するべく、他の化合物を用いたものや、量子力学的な効果を利用した量子ドット太陽電池といった技術が開発されている。理論上、量子ドット電池では、返還効率が既存効率の2倍ともなる60%にまで達すると言われている。

ただ目下のところでは、単結晶か多結晶のいずれにするか、といったところが、利用者の悩みであろう。キロワット単価で言うと10万円前後の差が生まれる。設備投資費が回収できるまで約10年前後と言われているから、それくらいのスパンで、いずれが妥当か勘定をしてみよう。



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