エネルギー研究所ー新たなエネルギーとは

太陽エネルギーのスペクトル分析、分光感度測定

太陽エネルギーのスペクトル分析

効率のよい太陽電池を作るうえで、太陽が放射するエネルギーの特徴を知ることは欠かせません。

スペクトルを分析して、より有効な太陽電池を開発する。

 

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太陽からの放射線

太陽からは可視光線47%、赤外線46%、紫外線7%が出されています。

紫外線の一部は地表面に達し、日焼け・しみ・皮膚がんの原因になっています。

そのほかの紫外線やエックス線は、空気に遮られて地表には届いていません。

ほかにも、ごく少量の電磁放射線(ガンマ線・エックス線)および電波が放出されています。

電磁波の多くは大気圏によって反射され、また大気圏に突入した太陽放射も、大気や雲の成分によって一部が吸収され、大気圏外とは異なったスペクトルの光となって地表に到達します。

このスペクトルの違いは、太陽放射が大気中を通過してきた距離にほぼ依存します。

 

(スペクトル(英語: spectrum)とは、複雑な情報や信号をその成分に分解し、成分ごとの大小に従って配列したもののこと)

 

そこで、大気通過量をあらわす「エアマス(AM)」という指標を用いて、その地点における太陽光のスペクトルの特徴を表しています。

指標の基準は、大気圏外で観測される太陽放射がAM0、地表に直角に入射する太陽放射がAM1です。

日本における太陽電池の性能評価に標準条件は、AM1.5が一般的に使用されます。

 

 

エアマスとは

太陽放射のスペクトルは、光が大気を通過してきた距離によって異なります。

そこで、標準大気状態(1013hPa、20℃、相対湿度60%)で垂直に地表に入射したときの距離を基準(AM1)に、その距離を表したものがエアマスです。

AM1.5は垂直距離の1.5倍の距離を光が通過してきたときのスペクトルであり、日本付近の緯度において地上に到達する平均的な太陽光スペクトルです。

 

太陽電池の感度

太陽電池に最も多く使用されているシリコンは、結晶タイプで0.4μm~1.2μm程度の波長の光を吸収するので、地表に到達する太陽放射を満遍なく発電に利用できます。

また、非結晶(アモルファス)シリコンは0.8μm以下の波長の光を有効に吸収できるため、結晶型および非結晶型のシリコン太陽電池を組み合わせたハイブリッド型の太陽電池は、この両者の領域で有効であるためにエネルギー変換率が高くなります。

結晶シリコンの太陽電池の光の吸収のピークは1.0μm前後で、蛍光灯などの光ではその能力をフルに発揮できません。
これに対し、非結晶シリコンの太陽電池の光の吸収のピークが蛍光灯の波長域をカバーするので、室内でも能力を発揮することができます。

感度のピークが異なる太陽電池を組み合わせることによって、より汎用性が高く、効率のよい太陽電池を作ることができます。

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分光感度測定

– 新規の太陽電池の性能評価に欠かせない評価ツール –
太陽電池の性能評価において、変換効率の測定と同様に分光感度を測定することは重要です。

また、太陽電池の周辺部材の研究開発においても、太陽電池の基本性能への影響を確認する手段として、分光感度を測定することはとても重要な役割を担っております。

分光感度とは太陽電池の特定波長(λ)における、入射光強度(W)と出力電流値(A)の比です。すなわち、1Wあたりの出力電流のため、太陽電池の性能評価には欠かせない測定ツールのひとつです。
※各種太陽電池の分光感度を図1に示します

もう一つの評価尺度として、量子効率(外部量子効率ともいいます、「quantum efficiency (QE)」があります。量子効率とは、太陽電池に毎秒吸収された光子に対して何個の電子を発生させるかを比率(%)で示した値です。
尚、色素増感型太陽電池の分野では、「incident photon to current conversion efficiency(IPCE)」とも呼ばれています。

(外部)量子効率(QE,IPCE)=毎秒発生した電子数 / 毎秒吸収された光子数

(外部)量子効率(QE,IPCE)と分光感度Q(λ)には以下の関係式が成り立ちます。

 

 

 

 

まとめ

 

今回は太陽光発電のデメリットを見てきましたがいかがでしたか?

こちらの記事もどうぞ↓↓

太陽光発電システムのさまざまなメリット http://housyasen-labo.com/1796.html

人類が抱えているエネルギー問題、

現在の暮らしを見つめなおして、

未来の暮らしを考えてみましょう。

それでは、最後まで読んでくださって

どうもありがとうございました!^^

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