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光起電力効果

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Solar panel installation demonstrating the photovoltaic effect in solid state physics.

(画像はイメージです)

光起電力効果とは、物質に光が照射された際に電圧と電流が発生する現象です。これは物理的かつ化学的な現象です。一般的な応用例としては太陽電池があり、これはこの効果を利用して太陽光を直接電気に変換します。この効果は、光子が電子をより高いエネルギー状態に励起することに基づいています。

光起電力効果は、1839年にフランスの物理学者アレクサンドル=エドモン・ベクレルによって初めて観測されました。彼は、酸性溶液中の塩化銀電極に光を照射すると電圧が発生することを発見しました。この効果は何十年もの間、科学的な好奇心の対象でした。現代の理解は半導体物理学に基づいています。十分なエネルギーを持つ光子が半導体材料に当たると、電子を励起し、価電子帯から伝導帯へ移動させることができます。これにより、電子-正孔対が生成されます。光起電力デバイスでは、通常pn接合によって生成される内部電界がこれらの電荷キャリアを分離します。電子はn側へ、正孔はp側へと移動します。この電荷の分離によって接合部に電圧が発生します。外部回路が接続されている場合、自由電子は回路を流れ、直流電流(DC)を生成します。このプロセスが発生するには、光子のエネルギーが半導体材料のバンドギャップよりも大きくなければなりません。バンドギャップよりもエネルギーの低い光子は吸収されずに材料を通過するが、バンドギャップよりもはるかにエネルギーの高い光子は余剰エネルギーが熱に変換され、セルの全体的な効率が低下する。

最初の固体太陽電池は、1883年にチャールズ・フリッツによって作られ、彼はセレンを薄い金の層でコーティングしました。しかし、その効率は1%未満でした。ブレークスルーは1954年にベル研究所で起こり、ダリル・チャピン、カルビン・フラー、ジェラルド・ ピアソン 実用的なシリコン太陽電池を初めて開発し、約6%の効率を達成した。この発明は、現代の 太陽光発電 この技術は、当初は宇宙空間の衛星への電力供給といったニッチな用途に用いられていた。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

物理現象

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 後にJJトムソンによる電子の発見(1897年)によって確認された。
  • 後にアインシュタインが光電効果について説明した(1905年)
  • 半導体物理学とpn接合理論の発展(1940年代)
  • ウィロビー・スミスによるセレンの光伝導性の発見(1873年)

アプリケーション

  • 住宅用および大規模発電用の太陽光パネル
  • 太陽光発電所
  • 太陽光発電式の電卓と腕時計
  • 宇宙船の電力システム
  • リモートセンシングと電気通信

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • transparent solar cells integrated into windows
  • flexible, lightweight solar films for portable electronics and clothing
  • perovskite-tandem solar cells with efficiencies exceeding 30%
  • agrivoltaics: co-locating solar panels and agricultural crops
  • solar-powered water purification systems for developing regions
  • photovoltaic roads and pathways
  • building-integrated photovoltaics (bipv) as structural elements
  • solar-powered drones for long-endurance flights
  • self-healing solar cell materials
  • space-based solar power satellites beaming energy to earth
関連キーワード:光起電力効果、太陽電池、半導体、pn接合、電子正孔対、光子、直流、バンドギャップ、ベクレル、再生可能エネルギー。

歴史的背景

光起電力効果

1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
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1834
1835
1838
1841
1845
1850
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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