p-n接合

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変える装置です。光起電力効果と呼ばれる現象を利用して、太陽光を直接電気に変換します。名前には電池という言葉が入っていますが、電気をためる機能はありません。太陽の光を受けている間だけ発電するところが、乾電池とは大きく異なります。太陽電池の心臓部は、半導体と呼ばれる物質でできています。代表的な半導体には、地球上に豊富に存在するケイ素があります。このケイ素に光が当たると、中で電子と呼ばれる小さな粒子が飛び出します。電子が飛び出した後には、正孔と呼ばれる穴ができます。この電子と正孔は、ちょうど電気のプラスとマイナスに相当します。太陽電池は、この電子と正孔の流れを電流として取り出すことで、電気として利用できるようにしています。ケイ素だけでは、発生した電子と正孔がすぐに再結合してしまい、電流として取り出すことができません。そこで、太陽電池には、リンやホウ素などの不純物をわずかに加えた二種類のケイ素が使われています。リンを加えたn型ケイ素には電子が多く、ホウ素を加えたp型ケイ素には正孔が多いという特徴があります。この二種類のケイ素を組み合わせることで、電子と正孔を効率よく分離し、電流を取り出すことができるのです。太陽電池は、環境への負担が少ない点も大きな特徴です。発電時に二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しないため、地球温暖化対策としても有効です。また、太陽光は世界中で利用できる再生可能エネルギーであるため、エネルギーの自給率向上にも貢献します。さらに、近年では、太陽電池の製造に必要なエネルギーも減少しており、環境への影響はますます小さくなっています。太陽電池は、持続可能な社会の実現に欠かせない、クリーンなエネルギー源と言えるでしょう。