太陽光発電の基礎原理
太陽電池 / 半導体の仕組み
ソーラーパネルの殆どにはシリコンが使用されている。シリコンは４つの最外殻電子を保有し、その全てが共有結合を形成している。よって真性のシリコン結晶は絶縁体である。シリコン結晶に不純物を導入する「ドーピング」を行うことで、半導体を形成する。N型半導体には自由電子が、P型にはホールが存在する。PN接合部付近の電子とホールは電位差により分離され、あとにイオン化した「ドナー」と「アクセプタ」原子が残る。結果、電子とホールが存在しない空乏層（Depletion region）が形成される。
太陽光を吸収すると…
十分なエネルギーを得ることで、共有結合にある電子は、自由電子となり、同時に自由正孔が形成される。PN接合間の電位差により、自由電子は一方向にしか進むことができない。電子はN型、正孔はP型方向に進む。自由電子はセル上部の電極を通じて、外部回路を流れ、最終的にはP型側の電極で、正孔と再結合する。これにより、太陽光を電流に変換することができる。
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量子ドット太陽電池とは
量子ドット(QD)とは？
量子ドットは、ナノメートルサイズで加工された半導体材料のことで、「人工の原子」とも呼ばれ、電子が内部に閉じ込められている。
実際には電子のECP（化学ポテンシャル）が小さい材料を、よりECPの高い別の材料で囲い込むことで作製する。この例では、QDにInAsを、中間層にGaAsを使用している。
QDのエネルギー準位
ナノメートルサイズの狭い空間に電子を閉じ込めるのは、井戸型のエネルギーポテンシャルである。電子のエネルギーは、自然原子と同様に量子化されており、固有の状態しか取ることができない。こうした束縛状態にある電子の状態はシュレディンガーの方程式によって与えられる。
