ショックレー・クイサー限界は、単一pn接合太陽電池の理論上の最大効率です。これは、放射再結合と黒体放射損失のみを考慮しています。標準太陽光照射下で最適なバンドギャップが1.34 eVの単一接合セルの場合(AM1.5G)の場合、最大効率は約33.7%です。この基本的な限界が太陽電池の研究と設計の指針となっています。

(画像はイメージです)
ショックレー・クイサー限界は、単一pn接合太陽電池の理論上の最大効率です。これは、放射再結合と黒体放射損失のみを考慮しています。標準太陽光照射下で最適なバンドギャップが1.34 eVの単一接合セルの場合(AM1.5G)の場合、最大効率は約33.7%です。この基本的な限界が太陽電池の研究と設計の指針となっています。
The Shockley–Queisser (SQ) limit, also known as the detailed balance limit, provides a foundational ceiling on the energy conversion efficiency of solar cells. It is derived by analyzing the thermodynamic balance between the energy absorbed from the sun and the energy lost by the cell. The model makes several key assumptions: the cell is a single p-n junction, it operates at a standard temperature (300 K), and it is illuminated by unconcentrated sunlight (AM1.5G spectrum).
この計算では、いくつかの避けられない損失メカニズムを考慮しています。まず、半導体のバンドギャップ ([latex]E_g[/latex]) よりエネルギーの低い光子は、吸収されずにセルを通過し、電流に寄与しません。次に、バンドギャップより大きいエネルギーを持つ光子の場合、励起された電子が伝導帯の底に緩和するにつれて、余剰エネルギー ([latex]E_{photon} – E_g[/latex]) は熱化によって熱として急速に失われます。したがって、電圧は光子エネルギーではなく、バンドギャップによって制限されます。SQ 限界で考慮される最も重要な損失メカニズムは、放射再結合です。これは吸収の逆のプロセスであり、電子と正孔が再結合して光子を放出します。理想的なセルでは、これが唯一の再結合経路です。セルはゼロ以外の温度にあるため、黒体としてエネルギーを放射します。
ショックレーとクイサーは、太陽からの入射光子束と放射再結合および黒体放射からの出射光子束のバランスをとることで、理想的なセルの電流-電圧特性を導き出した。この曲線上の最大電力点が最大効率を定義する。効率はバンドギャップエネルギーに大きく依存し、バンドギャップが1.34 eVの場合に約33.7%でピークに達する。これはガリウムヒ素(GaAs)のバンドギャップに近い値である。シリコン([latex]E_g approx 1.12[/latex] eV)の場合、限界は約32%である。
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ショックレー・クイサー限界
(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。)
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