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太陽光発電の地上設置

太陽光発電システムの地上への設置について色々書いてあります。

半導体

0106「太陽電池」半導体

電気を通しやすい金属などの導体と、電気を通さないゴムなどの絶縁体の中間の性質を持つのが半導体です。半導体は、シリコンやゲルマニウムなどの結晶があります。 下の絵はシリコンの原子です。原子の周りには電子があります。

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シリコンの結晶ではそれぞれの原子が最外殻の電子を1個づつ出し合って結合しています。(共有結合といいます)

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半導体に電圧をかけると陽極に電子が流れていきます。

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電子があった場所には正孔という穴ができます。正孔は陰極に流れていきます。(見方によっては正孔は電子が流れていった方とは反対に移動しているようにも見えます)

 

N型半導体

シリコンの元素は最外殻に電子を4個持っています。これを4価といいます。4価の元素の結晶に最外殻に電子を5個持つヒ素などの元素(5価の元素)を少しだけ混ぜたものがN型半導体です。

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シリコンとヒ素共有結合すると電子が余った状態になります。

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P型半導体

N型半導体では5価の元素を混ぜましたが、P型半導体では最外殻に電子を3個持つ元素(3価の元素)を少しだけ混ぜます。

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シリコンとガリウム共有結合すると電子が足りない状態(正孔がある状態)になります。

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N型半導体とP型半導体を結合したものをダイオードといいます。

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P型半導体とN型半導体が接合している部分では、自由電子が正孔に入ってしまい正孔も自由電子も存在しなくなります 。この部分を空乏層と言います。

 

ダイオードのN型半導体側に電池のプラス極を、P型半導体側に電池のマイナス極をつなぐと、P型半導体の正孔はマイナス電極の電子に引き寄せられてます。逆にN型半導体自由電子はプラス極側に引き寄せられます。そうすると、空乏層が広がりダイオードに電気が流れなくなります。

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ダイオードのP型半導体側に電池のプラス極を N型半導体側に電池のマイナス極をつなぐと、P型半導体の正孔は電池のマイナス極から来る電子に引き寄せられます。 N型半導体自由電子と電池のマイナス極から入ってきた電子は電池のプラス極側の導線から出て行きます。

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実は太陽電池ダイオードの一種です。

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空乏層に光が当たると自由電子と正孔が発生し端子間に起電力が生じます。

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トランジスタ

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トランジスタはP型半導体をN型半導体2個で挟み込んだ構造になっています。これをNPN型トランジスタといいます。それぞれの半導体から端子が一本づつ出ています。Eはエミッタ、Bはベース、Cはコレクタといいます。

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さきほどとは逆にN型トランジスタをP型トランジスタ2個で挟み込んだものもあります。これはPNP型トランジスタといいます。

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CとEに電圧をかけてもCからEに電気は流れません。

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しかし、BとEに電圧をかけるとBからEに電気が流れます。さらにCからEにも電気が流れるようになります。

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トランジスタはBとEにわずかな電流を流すだけでCからEに大量の電流が流れるようになります。これを電流増幅作用といいます。

 

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