太陽電池に関する疑問

質問

• 単結合から二重結合になると電子が流れ、また三重結合の時も流れるということを知りましたが、なぜ三重結合は不安定なのでしょうか？
• 宇宙での太陽光の波長がフラットの場合の太陽光発電（単色のみに対応しているパネルを用いて）をする時の最適の波長はどこになるのか？
• グレッツェルさんは色素型にはTiO2が最適と見つけましたが、なぜ他の物質ではないのか？

回答No.5

inara1 · ベストアンサー

zuiriku18さんは高校生だったのですね（zuiriku18さんの過去の質問を拝見しました）。色素増感太陽電池を研究テーマとした大学生かと思っていました。計算はたぶん理解できなかったのではないでしょうか。

＞発電量も分光の方が2倍
タンデム型も分光型も、理想的には発電量は同じです。簡単のために、入射光のスペクトル強度は一定でηmin からηmax の波長範囲にあるとします。また太陽電池パネルは２種類のバンドギャップを持った半導体でできているとし、それぞれのバンドギャップ波長 λg が (ηmin + ηmax)/2 と ηmax になっているとします。入射光のスペクトルのうち、ηmin から (ηmin + ηmax)/2 の波長範囲の光は、タンデム型の一番上の層（または分光形の一方のパネル）で吸収され電力に変換されます。その下の層（または分光形のもう一方のパネル）では残りの (ηmin + ηmax)/2 からηmax までの波長範囲の光が吸収され電力に変換されます。それぞれの発電量は
　　　P1 = (A/2)*[ { (ηmin + ηmax)/2 }^2 - λmin^2 ]/{ (ηmin + ηmax)/2 }
　　　P2 = (A/2)*( λmax^2 - { (ηmin + ηmax)/2 }^2 )/λmax
となります。入射光量は P0 = A*( λmax - λmin ) ですから、全体の変換効率は
　　　η = ( P1 + P2 )/P0 = ( 1/8 )*( ηmin^2　＋10*ηmax*ηmin + 5*ηmax^2 )/{ (ηmin + ηLmax)*ηmax }
です。ηmin = 400nm、ηmax = 800nm としたとき、η = 0.854 になります。太陽電池パネルが１種類のバンドギャップでできている場合、λg = ηmax のとき η が最大となりますが、その最大値は (1/2)*( 1+ λmin /λmax ) = 0.75 なので、バンドギャップ波長 λg が異なる半導体を使った構造（マルチバンドギャップ型）のほうが単一バンドギャップの太陽電池よりもエネルギー変換効率が大きくなります。上の例ではηmin からηmax の波長範囲を２分割した場合ですが、分割数を２より大きくすればエネルギー変換効率をさらに大きくできます（同じように計算できます）。

＞標準スペクトルのλminとλmaxは何になっていると考えればいいのでしょうか？
ANo.4で紹介したExcelファイルには280nmから4000nmの範囲の波長に対応するエネルギー密度が出ていますが、そのC列のデータがこのグラフ（ http://pvcdrom.pveducation.org/APPEND/Spectra.png）の中の青色（AM1.5 Global）です。300nmから2500nmの波長範囲外の強度はほとんど 0 なので λmin = 300nm、λmax = 2500nm とすればいいです。

お礼

計算そのものは理解できてたと思いますが、文字が表していることがあまり理解できてませんでした。
効率は同じなんですね。

パネルを考えた時、分光型はタンデム型の半分でも同じ効率ですよね？
タンデム型の場合、P1の層で吸収できる波長はηmin～(ηmin + ηmax)/2でも、入射光はηmin～ηmaxの波長が入っているので。

データの読みかたが分かってなかったみたいです。
標準スペクトルはλmin = 300nm、λmax = 2500nm で考えればいいのですね。

大学で太陽電池を研究テーマにしようと志している高校生です。
太陽電池について大学で体験講座があり、次回その体験をもとに発表をすることになっているので、調べていました。
質問は大学の先生にも、できることになっていたのですが、質問がお盆に入ってからだったので、このサイトに質問を出しました。