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太陽電池

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解説テキスト

【状況】
環境への負担が少ない自然エネルギーのうち太陽電池(太陽光発電)は、発光ダイオードと基本的に同じ仕組み。発光ダイオードは、電気エネルギーから直接光エネルギーを作る。太陽電池は、光エネルギーから直接電気エネルギーを作る。
だから、太陽電池に電気を流すと光るし、発光ダイオードに光を当てると発電する。

【分析】
材料は発光ダイオードと同様、少しだけ電気を通す材料を半導体。
少しだけマイナス(電子が多い)n型という半導体と少しだけプラス(電子が少ない)p型という半導体で作る。
マイナスのn型半導体とプラスのp型半導体をくっつけるとくっついたところだけプラスマイナスゼロの中性になる。
p・nそれぞれのくっついたところ以外の場所に電線をくっつけて、電気を貯める蓄電池にpからの線をマイナス側に、nからの線をプラス側にくっつけると太陽電池の完成。
p型とn型のくっついたところに光があたると、光のエネルギーが、中性になっていた電子にエネルギーが渡り、マイナスの電気エネルギーが復活する。
するとn型半導体はいつもより電子が多くなってしまうため、p型半導体とくっついているところからp型半導体に向けて電子を追い出そうとするが、p型半導体も別に電子はいらないから受け入れない。すると今度は、発光ダイオードとは逆に、電子は電線を伝って蓄電池にいき、蓄電される。
もちろん、この蓄電池の場所に電球をつなげば光るし、発光ダイオードをつないでも光る。
つまり、光のエネルギーが電子にエネルギーを渡し、電気を起こしたことになる。
太陽電池につないだ電球や発光ダイオードが光るのはこの電気エネルギーを再び光に変えたからである。
ふつう太陽電池には、例示のように蓄電池をつないで電気を貯め、太陽の光がないときに電気をとりだして使用する。

ちょっとややこしいけど発光ダイオードが光る原理と全く逆の原理。こちらもなんども読み返して理解しよう!

【結果】
化石燃料を使用しない点でエネルギー源としての太陽電池は非常に優れているが、発電効率をよくするためにはいつも晴れていなければならない。また、光から電気へのエネルギーの変換効率も現在のところはあまり高くないのも課題だ。
理論的には、地球上で太陽の照っている側に太陽電池を設置して、夜の側につないだ発光ダイオードを設置すれば、地球上から「夜道」をなくせる。


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