太陽電池の製造にシリコンが使用されるのはなぜですか?

シリコーンは、適切なエネルギー効率を実現するコスト効率の高い材料であるため、半導体としてソーラーパネルによく利用されています。また、並外れた耐食性、長期にわたる強度、優れた熱膨張特性、有用な光導電性、および無視できる程度の毒性も備えています。 

シリコーンは自然界に大量に存在するため、シリコーン材料の原料はほとんど不足しません。純粋なシリコーンは、古くから電気素子として利用されており、太陽電池の基本構成要素です。シリコーン太陽電池パネルは、1950 年代にシリコーン太陽電池の専門知識が重要性を獲得して以来、一般に「第一世代」パネルと呼ばれています。シリコーンは太陽電池市場の 90% 以上を占めています。

入手可能な結晶シリコンは、最も研究されている材料の 1 つであると同時に、現代のマイクロエレクトロニクスにおける主要な半導体材料です。最初の集積回路が大量生産されて以来、金属酸化物半導体の集積度のバランスと動作の規則性は急速に向上しました。

シリコーンがソーラーパネルに一般的に使用される主な理由は次のとおりです。 

1. シリコーンは半導体です

本質的に半導体材料であるため、汚染されていない結晶性シリコーンは弱い電気伝導体です。

この問題を克服するために、太陽電池内のシリコーンには汚染物質が含まれています。汚染物質は、太陽エネルギーを取り込んで電気エネルギーに変えるシリコーンの能力を開発するために、シリコーン原子に意図的に加えられた追加の原子です。

たとえば、ガリウム原子はシリコン原子より電子が 1 つ少ないですが、ヒ素原子 1 つは電子が 1 つ多くあります。ヒ素原子が多くのシリコン原子の真ん中に詰め込まれている場合、電子で満たされたコーティングを作成した後、構造は追加の電子を受け取ります。

太陽電池のコーティングは、電場を形成するように組織されています。太陽光が太陽電池に当たると電子が励起され、これにより正孔が発生します。

この電場の発生のおかげで、それらは細胞の電極に輸送されます。電気はこの過程で作られます。

半導体は導体と絶縁体の中間の電位を持っています。これは、一方向に導電性を保ちながら反対方向を絶縁する電気的特徴を保持しています。 

2. 適切なエネルギー効率を実現

シリコーン太陽電池の効率は 20% 以上です。これは、シリコン太陽電池が遭遇する太陽光のほぼ 20% を電気に変換できることを意味します。生産性が低いように見えるかもしれませんが、シリコン太陽電池は他の種類の太陽電池よりもさらにリソースが豊富です。

シリコーンよりも優れた出力を実現できる有能な材料はあるのでしょうか?はい、シリコーンは最も優れた性能を持っているわけではなく、一部の成分はより優れた効果を発揮します。ただし、そのためには大金を支払わなければなりません。

一方、多くの要素を検討することにより、シリコーンが最高級の素材の 1 つであると考えられます。

3. ドーピングによる能力の上昇

シリコンがガリウムやヒ素原子などの汚染物で固定されると、太陽エネルギーを捕らえて電気に変換する能力が大幅に向上します。

4. シリコーンは毒性がありません

上記の要素のいずれよりもシリコーンを使用する決定を決定するもう 1 つの要因は、その無害な性質です。シリコーンは無害な材料であるため、環境への影響はごくわずかです。

シリコーンの代替品は無数にあり、エンジニアリング技術の改良とともに検査されています。例えば、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、銅インジウム：二セレン化物、銅-インジウム/ガリウム-二セレン化物混合物も同様に、太陽電池のシリコーン代替成分として検討されています。

それにもかかわらず、これらの材料のほとんどには、毒性などのシリコーンにはない欠点があります。 

5. 結晶状シリコンは安定した素材です

結晶シリコン太陽電池を利用した PV モジュールは、屋外での寿命が 20 年以上に延びます。これは、太陽光発電システムの最初の接続から約 10 年後に資産が回収され始めるため、太陽光発電のコストを手頃にするのに役立ちます。

6. 費用対効果

将来のお金を節約するには独自の要件があります。シリコーン PV のコストが最も低くなったとの予測がありましたが、学習曲線による 20% の学習率により価格は低下しました。 （設置電力全体を増幅するためのコストが 20% 節約されます）、これは今後も確実に長引くでしょう。

7.無料で利用可能

シリコーンは、太陽電池で最も頻繁に利用される材料の 26 つです。これに対応して、砂利や石英中の二酸化ケイ素として自然界に豊富に存在し、そこから炭素還元によって回収されます。実際には、シリコンは地殻のほぼ XNUMX% を占めています。

8. 適切な光導電性

光導電性は、十分なエネルギーの光にさらされたときの一部の成分の導電性の上昇です。これは、光に敏感な機械でグレアの発生を認識し、その強度を計算し、これらの材料の内部手順を理解するために定期的に利用されています。

シリコーンは並外れた光伝導性を持っているため、太陽電池の製造に広く使用されています。二酸化ケイ素層は光を受けるとエネルギーを吸収し、太陽光からの光子を自由に移動できる電子に変化させ、電気を生成します。

9. 最も細かいバンドギャップ

シリコンは 1.1eV という素晴らしいバンドギャップを持っており、これは太陽光発電に適した優れた値 1.34eV に比較的近い値です。シリコーンは最適なバンドギャップを備えているため、シリコーン太陽電池として適切な選択肢となります。これは、同等のバンドギャップを持つさまざまな半導体の製造コストが通常より高いためです。

10. 驚異的な耐食性

シリコーンは二酸化ケイ素コーティングにより優れた耐食性を備えています。このため、シリコン太陽電池は極端な温度、強力な太陽光、傷跡を残す塩水などの過酷な環境環境でも耐久性がなければならないため、シリコン太陽電池としては適切な選択肢となります。

11. 軽量素材

シリコーンは同様に軽量であるため、シリコーン太陽電池の構成要素を配置するベースとして利用できます。安全で収益性が高く、耐食性のある有機特性を持つシリコーンに代わる軽量素材を見つけるのは簡単ではありません。

これで、太陽電池にシリコンを使用する重要性がわかりました。非常に経済的であることに加えて、この材料は、住宅、工場などに電力を供給するための最高のエネルギー出力を提供します。

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