光伏発電の原理と製造過程

2025-09-12

太陽光発電の主な原理は、半導体の光電効果にあります。光子が金属表面を照射すると、そのエネルギーは金属内の特定の電子に完全に吸収されます。電子が吸収したエネルギーが金属の内部重力による仕事に打ち勝つのに十分であれば、電子は金属表面から脱出し、光電子となります。

シリコン原子は4つの価電子を持っています。純粋なシリコンに、5つの価電子を持つ原子（リン原子など）を添加すると、N型半導体になります。純粋なシリコンに、3つの価電子を持つ原子（ホウ素原子など）を添加すると、P型半導体が形成されます。P型とN型半導体を組み合わせると、接触界面に電位差が生じ、これが太陽電池の基礎となります。太陽光がP-N接合部に照射されると、正孔はP領域からN領域へ移動し、電子はN領域からP領域へ移動し、それによって電流が発生します。

光電効果とは、光照射によって不均一な半導体の異なる部分間、または半導体と金属の間に電位差が生じる現象を指します。これには2つの主なプロセスが含まれます。まず、光子（光波）から電子への変換、つまり光エネルギーから電気エネルギーへの変換です。次に、電圧の形成です。

多結晶シリコンは、インゴット鋳造、インゴット切断、スライスなどのプロセスを経て、加工されるシリコンウェーハを製造します。これらのシリコンウェーハには、P-N接合を形成するために、ホウ素、リン、その他の微量元素が添加され、拡散されます。次に、スクリーン印刷を使用して、精密に調製された銀ペーストをシリコンウェーハに塗布してグリッドラインを作成します。焼結後、背面電極が同時に製造され、グリッドラインのある表面に反射防止コーティングが施されます。これにより、太陽電池の製造が完了します。

太陽電池は、太陽電池モジュールに配置され、組み合わされ、大きな回路基板を形成します。通常、各モジュールの周囲はアルミニウムフレームで囲まれ、前面はガラスで覆われ、背面には電極が取り付けられています。これらのセルモジュールを他の補助機器と統合することにより、完全な太陽光発電システムを組み立てることができます。直流（DC）を交流（AC）に変換するには、パワーインバーターを設置する必要があります。発電された電気は、バッテリーに蓄電することも、公共の電力網に送電することもできます。

太陽光発電システムのコスト構造に関して、太陽電池モジュールは約50％を占め、残りの50％はパワーインバーター、設置費用、その他の補助コンポーネント、および雑費からなります。

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