量子ドット型使用する材料がまだ特定されて...

種類

光吸収層の材料、および素子の形態などにより、多くの種類に分類される。
それぞれ異なる特徴を持ち、用途に応じて使い分けられている。

歴史

ソーラーパネル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ていた。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Charles Frittsによる、半導体性のセレンと極めて薄い金の膜とを接合したものである。これにより得られた変換効率は僅か1%ほどであった。この発明は後にセレン光電池として1960年代までカメラの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。

電力機器としてのソーラーパネルの先駆けは米国のベル研究所にて開発された単結晶シリコン型ソーラーパネルで、1954年にM.B.Princeによって論文が発表されている。当時は Bell Solar Battery と呼ばれ、太陽光のエネルギーを電力に変換する効率は6%であった。当初は宇宙用が主な用途で、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、ソーラーパネルを用いた最初の人工衛星ヴァンガード1号(http://www.nrl.navy.mil/content.php?P=VANGUARD)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年の石油ショック以降である。生産量は1980年代初めは数MW分に過ぎなかったが、2004年現在では世界全体で約1.2GWにまで成長している。(参照:1977年からの生産量の推移 近年の生産量とシェア)。

変換効率については、2006年には変換効率40.7%の多接合型集光セルも開発されるなど、高性能化が進んでいる。一方で一般市場向けの製品では省資源化と低コスト化が進んでおり、市場が急拡大している。2000年から2006年まで、シャープがソーラーパネル製造量世界一であったが、住宅用太陽光発電への補助金廃止や市場の急拡大に伴うシリコンの供給不足に対応できなかったこともあり、2006年のソーラーパネル生産量は434MWから2007年は363MWに落とし、生産量はドイツQセルズ社がトップに立っている小笠原 啓、大西 孝弘「ソーラーパネルの痛恨」『日経ビジネス』2008年2月18日号、p46-49。。メーカー別で見れば、2007年末の日系メーカーのソーラーパネル生産シェアは24.6%であり、世界一のシェアを誇っている。国別・企業別ソーラーパネル生産シェアまた近年中国や台湾の生産量が急激に増えている。

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のダングリングボンドが増加し、導電率が劣化する性質を持つ。これはステブラー・ロンスキー(Staebler-Wronski)効果と呼ばれ、欠陥密度の増加によって素子内でのキャリアの移動を阻害し、ソーラーパネルの性能の劣化を招く。これに対しては、下記のような対策が取られる。
 ・アモルファスシリコンの製膜工程を改良し、関連する不純物(水素、窒素など)の含有量を最適化する
 ・光閉じ込めを利用して膜厚を薄くする。これによって空乏層内の電場が大きくなり、キャリアの移動が阻害されにくくなる。
 ・多接合化して光の利用効率を高めると共に、個々の空乏層を薄くする。
 ・紫外線が特に問題になる場合は、モジュールの保護層(ガラスやEVA樹脂)で遮断する。

こうした対策技術の開発により、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(例えば浜川・桑野「太陽エネルギー工学」P.167)。一般に屋外用の製品においては、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、その後は安定する。またカタログ性能値には初期劣化後の値が用いられる。

回路部品としての動作


ソーラーパネルの等価回路は左図のようになる。最も単純なモデルでは抵抗成分を無視して、電流源I_ と(理想ダイオードではない)ダイオードのみで表される。抵抗成分を無視したソーラーパネルの暗電流は、I_o を逆方向飽和電流、qを電気素量、Vを電圧、nを理想ダイオード因子、kをボルツマン定数、Tを温度として
  I = - I_o \Big\
のように表される。ここで n=1 としたものがpn接合の理想I-V特性である。

実際の素子を近似するには、直列抵抗(series resistance)R_s と並列抵抗(shunt resistance)R_ 成分も考慮する。直列抵抗成分は素子各部を電流が流れる時の抵抗成分であり、これが低いほど性能が良くなる。並列抵抗はpn接合周辺における漏れ(リーク)電流などによって生じ、これが高いほど性能が良い。抵抗成分を含めたソーラーパネルの光照射時の電流-電圧特性は次のように表される。
  I = I_


ソーラーパネルの電圧-電流特性は右図のようになる。光照射時に於いて、端子を開放した時の出力電圧を開放電圧(open circuit voltage V_ を曲線因子(fill factor)と呼ぶ。
照射光による入力エネルギーを 100mW/cm2(または1000W/m2)で規格化した測定では、公称変換効率は
  \eta _n = V_ \cdot FF
で与えられる。

ソーラーパネルから効率よく電力を得るには、ソーラーパネルを最大出力点付近で動作させる必要がある。このため大電力用のシステムでは通常、最大電力点追従装置(Maximum Power Point Tracker, MPPT)を用いて、日射量や負荷にかかわらず、ソーラーパネル側からみた負荷を常に最適に保つように運転が行われる。

有機系

上記のシリコンや無機化合物材料を用いたソーラーパネルに対し、光吸収層(光電変換層)に有機化合物を用いたソーラーパネルも開発されている。製法が簡便で生産コストが低くでき、着色性や柔軟性などを持たせられるなどの特長を有する。変換効率や寿命に課題があるが、実用化されれば将来の市場で大きなインパクトが期待されるため、開発が競われている。

<色素増感ソーラーパネル>
 有機色素を用いて光起電力を得るソーラーパネル。代表的なものはグレッツエル型(または湿式ソーラーパネル)と呼ばれる型式のもので、2枚の透明電極の間に微量のルテニウム錯体などの色素を吸着させた二酸化チタン層と電解質を挟み込んだ単純な構造を有している。製造が簡単で材料も安価なことから大幅な低コスト化が見込まれ、最終的には現在主流の多結晶シリコンソーラーパネルの1〜数割程度のコストで製造できると言われている。また軽量、着色も可能、などの特長を持つ。現在の課題は効率と寿命であり、技術的改良が進められている。電解液の蒸発を如何に防ぐかが重要であり、固体化などの技術開発が進められている。2005年時点での世界記録は、シャープが持つ10.4%である(Chibaら、15th PVSEC,Shanghai,2005)。既に企業による大型モジュールの試作やフィールドテストが各国で行われるなど、将来の低コストソーラーパネルとして有望視されている。

<有機薄膜ソーラーパネル>
 導電性ポリマーやフラーレンなどを組み合わせた有機薄膜半導体を用いるソーラーパネル。開発が進めば、上記の色素増感ソーラーパネルよりもさらに構造や製法が簡便になると言われており、電解液を用いないために柔軟性や寿命向上の上でも有利なのが特長である。21世紀に入ってから盛んに開発が行われるようになっている。課題は変換効率であり、現在の記録は単接合では4〜5%程度、多接合ではUCSBの Heegerらの6.5%であるhttp //techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20070713/135976/。より高効率の出る材料の探索が進められている(産業技術総合研究所太陽光発電研究センター「トコトンやさしいソーラーパネルの本」、日刊工業新聞社、ISBN 978-4-526-05795-3P.76)。

CIGS

ウィーン売買条約の姉妹条約とも言うべきものとして、時効条約がある。

正式名称は、Convention on the Limitation Period in the International Sale of Goodsである。1974年6月14日に採択。1980年のウィーン売買条約採択に際して修正議定書が採択され、1988年8月1日に発効した。

時効条約は、国際的な物品売買契約に関する権利義務の時効(これは大陸法的な捉え方であり、英米法的な理解によれば「出訴期間の制限」ということになる)について規定している。

FF

 ・藤子不二雄 (Fujiko Fujio)
 ・フィア・ファクトリー (Fear Factory) - ロックバンド。
 ・フー・ファイターズ (Foo Fighters) - ロックバンド。
 ・フランツ・フェルディナンド (Franz Ferdinand) - イギリスのロックバンド。
 ・ファンタスティック・フォー (The Fantastic Four) - マーベル・コミックの架空のスーパーヒーローチーム。

電極

 ・トランジスタ: エミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)
 ・:名称はベース接地接触型PNPトランジスタの構造と正孔の動きに由来し、正孔が注入される極(Emitter=emissions:放出)、正孔が回収される極(Collector=collections:回収)、接地基板(Base:基板)にちなむ。
 ・FET: ソース(S)、ドレイン(D)、ゲート(G)
 ・:名称は接合型電界効果トランジスタトランジスタの構造と電子の動きに由来し、電子を発生する極(Source:発生源)、電子を外へ排する極(Drain:排出溝)、調節する関門(Gate)にちなむ。
 ・ダイオード: カソード(K)、アノード(A)
 ・:ダイオードはもともと二極真空管(Di-electrode tube)を指し、アノード電極、カソード電極と対応する。記号Kはドイツ語のカソード(Kathode)、アノード(Anode)に由来する。

三菱

三菱(みつびし, MITSUBISHI,ミツビシ)

 ・三菱財閥
 ・三菱グループ
  ・三菱商事
  ・三菱UFJフィナンシャル・グループ
   ・三菱東京UFJ銀行
  ・三菱重工業
  ・三菱電機
  ・三菱自動車工業の登記上の通称。
  ・三菱ふそうトラック・バスの登記上の通称。
 ・三菱鉛筆
 ・三菱サイダー - 弘乳舎から発売されているサイダー。
 ・三菱タクシー - 大阪府門真市に拠点を置くタクシー会社。または、三菱タクシーグループ(三菱ハイタク事業協同組合、所在地は大阪府守口市)に属するタクシー会社によって運営されているタクシー交通網の総称。

戦前の三菱のことなら三菱財閥を、戦後の三菱のことなら三菱グループを参照。なお、三菱鉛筆、三菱サイダー、三菱タクシーは三菱財閥、グループとは無関係である(三菱グループ#「三菱」「スリーダイヤ」の商標についても参照)。

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