研究室情報
太陽電池エキスパートの育成を目指す
 
太陽電池教育研究室の活動
 
研究室案内と自己紹介
 温暖化などの環境問題が深刻になりつつあります.いずれ石油は枯渇します.一方,地球にサンサンと降り注ぐ太陽光は無料で無尽蔵です.21世紀は太陽電池の世紀になると思います.このようなわけで,太陽電池に関する技術をしっかり習得し,エキスパートになられるようにご指導致します.
 この教室では太陽電池などに関する原理から応用まで全て,できるだけ分かりやすく,丁寧にご指導致します.私は経歴欄にも記載致しましたが,太陽電池では世界最高技術を誇るシャープ㈱で,長年,高性能太陽電池の研究開発に従事(14年間)しました.その後,理工系大学・工学部教授に赴任し,太陽電池の教育と研究に14年間従事しました.教育では学生および大学院生に対し,太陽電池に関する実験・講義を行い,教材などの開発も行いました.2007年3月,定年退職し,その後,『新エネルギー技術』(日本理工出版会)の著作に注力し,ようやく2009年2月上旬に出版することになりました.この本は太陽電池・燃料電池・スーパーキャパシタ・二次電池・風力発電の原理と応用を詳細に記載し,さらに私案としての新世界経済機構(NEWS=New World Economic System)を提唱致しました.
 太陽電池を学ぶ場合,専門用語を理解しておくことが望ましいので,いくつかの用語を以下にご説明致します.
 
 
専門用語の説明
 太陽電池セル(Solar cell):太陽電池の種類と形状には,いくつかの種類がありますが,最も主流になっているのが,シリコン(Si)結晶を用いた太陽電池です.このような太陽電池をシリコン系太陽電池(Si系太陽電池)といいます.大きさも,いろいろありますが,150mm x150mm程度のものが多いです.以下に太陽電池の写真を示します.縦横方向の白い直線は電極です.太陽電池には表面と裏面に電極があり,これらから電気を取り出します.表面および裏面にある電極を,それぞれ表面電極,裏面電極といいます.このように電極が付いた1個の太陽電池を「太陽電池セル」あるいは,単に「太陽電池」といいます.
 従来,太陽電池製造技術に関しては,日本が世界最高でしたが,最近は台湾のメーカーが,製造レベルでの変換効率36%を達し,世界最高水準です.このように,太陽電池開発では熾烈な国際競争が展開されています.
 
 
シリコン系太陽電池セルの外観
 
 
太陽電池の発電原理
 太陽電池の発電原理を簡単に説明致します.太陽電池の断面構造を下図に示します.表面から太陽光が入射すると,セルの内部に電子が生成し,電極方向に流れます.この詳細は『新エネルギー技術』に説明してあります.
 なお,太陽電池は光の照射がないと発電しないので,セル(cell)という言葉を用いて,太陽電池セル(solar cell)といいます.参考まで,乾電池は光照射がなくても自分から発電するためバッテリー(battery)といいます.cellとbatteryを区別しましょう.
太陽電池の断面構造と発電原理
 
 
太陽電池の電気的特性(電流電圧特性)
下図のように,太陽電池セルの外部に負荷R を接続し,光を照射すると,電流Iが流れます.Rの両端の電圧をVとしたとき,I-V特性が基本的電気特性となります.このようなI-V特性の測定法もこの研究室で指導致します.
 
 
 
太陽電池モジュール
 太陽電池セル1個の電気出力は小さいため,実用化できません.実用化には,太陽電池セルを複数個結線したもの(太陽電池モジュール)を使用します.太陽電池モジュールを太陽電池パネルということもあります.下の写真(左)は太陽電池モジュールを作るときの最初の工程です.すなわち,モジュールの形状を検討しているときの写真です.形状を決めたら,ハンダこてを用いて結線します.
 当研究室ではモジュールの作り方も丁寧に指導致します.出来上がったら感動します.右の写真は結線が終了し,出来上がったモジュールの一例です.比較的小型で,出力は30ワット程度です.当研究室では,手作りモジュール作製を指導しますが,メーカーでは自動的に作ります.人工衛星用モジュールの作り方は独特の方法で作製します.
太陽電池モジュールの概観
 
 
燃料電池の原理
 燃料電池の発電原理と応用の講義も致します.燃料電池の発電原理を下図に示します.燃料電池にはいくつかの種類がありますが,基本的には,燃料となる水素と酸素(空気)を燃料電池に供給します.すると内部で化学反応が起こり,電気を発生します.排出物は純水です.このため,燃料電池はクリーンエネルギー源として有望視されています.
 当研究室では,マンパワーの理由で,燃料電池は作製せず,講義を行います.講義には電気自動車の将来動向も含まれます.なお燃料電池の詳細は『新エネルギー技術』に記載しましたので,ご参照下さい.
 
 
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