なぜ発電するの?

太陽光発電をおこなう太陽電池は、半導体の条件しだいで電気を通す(自由電子を発生する)性質を利用したものです。

材料は単体でシリコン(Siケイ素)、複数種を組み合わせることで半導体としての性質をもつ化合物系(Cu銅、Inインジウム、Seセレン、Cdカドミウム、Gaガリウム、Teテルル)などでつくられます。

発電原理をシリコン系のものを例に簡単に説明しましょう。

まず、太陽光を浴びると材料の中に存在する電子が本来の軌道を離れて自由電子となります。その軌道から離れた部分は空いた状態(ホール)が発生。電力エネルギーにするために外部回路へ自由電子を追い出して、空いたホールへと向かう一定方向の流れをつくってあげます。

太陽電池のセル(発電する部分)の構造は壁を設けた2層(n型半導体とp型半導体)にすることでセル内部での自由電子とホールの移動を防ぎ、それぞれの層においてn型には自由電子、p型にはホールがたくさん溜めてあげる。

この状態でn型とp型を外部回路でつなぐと、大量の自由電子が外部回路を通じてp型半導体へ流れ込んでいくことになり、発電するというものです。