部品を太陽の光のエネルギ-は発電します - -ソ-ラ-セル
作者　 楊素華 高雄は科学技術大学を応用します
蔡泰成 高雄は科学技術大学を応用します
人々は春秋戦国時代以前にはやくて，もうどのようにサンヒ-タ- を利用すると見つけます。史書の内にもかつて記録するます'局、かき氏は握る水夫ののろし 取る火太陽'と'川の北側ののろし日本を見るで，もやすのは'。考証するによって，ここの内にの「夫ののろし」と「川の北側ののろし」 このよう凹面鏡のへ集まって集めて熱く装置するてばかりいるか。

サンヒ-タ- の発展の歴史で話す ライトストラックは材料の上になって引きおこすのと「電力が起きてばかりい行為」て，はやく19世紀時もう見つけました。1930 時代になって，カメラのスポットメ-タ-は幅広くこのひとつの原理を使用します。続いて1950 時代になる 半導体物の性のにつれてだんだんまた加工技術の進歩，一番目のソ-ラ-セルは1954年アメリカのベル実験室で生まれるとよく知ります。1973年石油危機が起こった，世界各国にエネルギ-の開発の重要性を気づかせます。デ-ライトは取っても盡きないから 使う盡くさない天然のエネルギ-，エネルギ-の使い果たす心配することがない以外，エネルギ-を避けてもいい獨占の問題 それで各国はも積極的に太陽のエネルギ-の応用の科学技術を発展して，期待は太陽のエネルギ-の利用をふやして化石に対するエネルギ-の依存性を低減するによって。

取っても盡きないサンヒ-タ-

ソラ-ドから出てくるエネルギ-は非常に膨大，人類は生活を維持する主なエネルギ-を頼りにします。サンヒ-タ- は地球の大気のあとには伝送する，一部は大気に吸収される 一部は太空の中に反射返す ほかに一部は地表に受理されようとして，地球にのエネルギ-を照射すると均等に毎地面におよそ180のワットがあることに達することができます。もし十分ことができる転換、応用の地表の吸収するな膨大なエネルギ-， あれらについて電力网を輸送する僻地を遠く離れて，ベストのエネルギ-の出所になることができます。

このあいだ 環境保護意識のたいとうとほかのエネルギ-のがだんだんつきるから，太陽のエネルギ-は皆さんの重視を受けることを始めます。これ以外台灣はエネルギ-の資源が欠乏するからです 90%の以上のエネルギ-国外から輸入しなければならない，それで，新しいエネルギ-の研究開発を強めてその必要があります。

台灣は亜熱帯にあって，日光は十分で，日照り数量は大きいで 非常に太陽を利用して新しいエネルギ-にできることに適合します。日に当てて集めて燃やして待って方法へ直接的外部に利用するてばかりいるでことができる，またそれ転換して熱エネルギ-および電能へいっそ使用することができるを除いてサンヒ-タ- か。たとえば 日常生活の中によく使うソ-ラ-湯わかし器，サンヒ-タ- を熱エネルギ-の応用の実例に転換します。

サンヒ-タ- は転換するのは電能の方面ているで 大部分はサンヒ-タ- の板を利用して光のエネルギ-を電能に転換して，たとえば電子の計算器の上のソ-ラ-セルはこわばるのは全部具体的な応用の例です。最近近年太陽エネルギ-発展の趨勢へきて見るから利用してソ-ラ-セルへ太陽エネルギ-の開発に実現する，技術が非常に高速に進展するからです きわめてなって二十一世紀いちばん発展潜在力の光電の技術の中にの一種類がある可能性があります。

ソ-ラ-セルの材料

ソ-ラ-セルのは発電してエネルギ-はデ-ライトから来る 可視光線を中心としますで，ウエ-ブ・レングスしかしソラ-ドのスペクトル主から0.3マイクロメ-トルの外部になるのが数マイクロメ-トルの紅外線主な分布の範囲てばかりいるむらさきの。もし光子のエネルギ-に換算するなら，大体0.3から4个@の電子までボルトの間 それで割れ目大きさはこの範囲のなかことができる材料，シリコンの木材のようで，割合によい光電が能率を転換しようとします。

シリコンはソ-ラ-セルの材料で，主に一人のあかるいシリコン、ポリクリスタルのシリコンとアモルファスシリコン3大きい類に分けることができます。一人のあかるいシリコンの材料の中に，シリコンの原子は高度のサイクラ- が配列します。目下のところ，一人のあかるいシリコンのいちばん重要な技術を成長するのはあかるい法律長さたきぎ氏を利用して，高い純度のポリクリスタルのシリコンを坩のなべの中に融解する またあかるく植えてシリコン融解した液体に差し入れる適当的速さで回転しておそく上に引いて引いてシリコン柱あかるいにできあがる，それから柱あかるい切断する 一人のあかるいシリコンがあかるくとりつくろうことを得ることができます。

ポリクリスタルのシリコンについては指す材料がたくさんの違う小さい書き付けによってあかるく構成して，その製造の方法は融解するシリコンを固体化を鋳造するのに形成するます。しかしアモルファスシリコンは全体材料の中でただいくつかの原子であるいはぶんしの範囲のなかと指す 原子の配列はサイクラ- があって，ひいては一部の材料の中に，まったくサイクラ- の原子がなくて結構を配列します。その製造は方法は普通用電どろりとした液体様式化学へ腹が立って写真沈さんが法律に積む，もといの板の上でアモルファスシリコンの薄膜になりますか。材料の結晶は結構が違うから，それで，違う材料でソ-ラ-セルを設計出す時 それらの光電の特性も違ってあります。

普通言うと，一人のあかるいシリコンのソ-ラ-セルの光電は能率を転換するのはいちばん高くて，使用の年限も割合に長いで 発電所あるいは交通、ライティングの号のこころざしなどの場所にちょうど合う使用を比較します。世界上にソ-ラ-セルの主な大場を生産して，たとえばドイツのシ-メンスおよび日本のシャ-プの会社 すべて生産でこの類型の一人のあかるいシリコンのソ-ラ-セルは主とします。

ポリクリスタルのシリコンのソ-ラ-セルについては，そのポリクリスタルの特性だから 切断するのがとさらに加工の手続きにている，一人のあかるくてアモルファスシリコンともっと難しいより，能率は方面のも一人のあかるいシリコンよりソ-ラ-セルのが低いです。しかし，簡単な制度の道程と安いコストはそれのいちばん重要な特色です。だから， 部分の低いパワ-の電力の応用系統の上で，この類型のソ-ラ-セルを採用します。アモルファスシリコンのソ-ラ-セルに対して話して，価格はいちばん安いから 速度を生産するもいちばん速くて，理由がアモルファスシリコンのソ-ラ-セルは比較的にいつも性の電子製品を消費することで応用する，それに新しい応用も絶えない研究開発する中です。

ソ-ラ-セルはシリコンの材料を選択して使用することができるほか またほかの材料を採用して製造することができる たとえば　化のカドミウム、ヒ素化のGaのインジウム、ヒ素化のGaなどの化合物の半導体の材料は効率が高いソ-ラ-セルを製造してもいい。しかし， これらの材料のコストは割合に高いから，作る部品はただ使えてすこしの割合に特別な応用で受けます。

光電は原理を転換します

私たちに構造のいちばん簡単な一人のあかるいシリコンのソ-ラ-セルを使わせて，ソ-ラ-セルを説明に来るのは電力の原理が起きてばかりいます。まず材料によって方面は話し会う シリコンはいまはさまざまな半導体の産業の中でいちばん重要で，それにいちばん広泛な電子の材料を使用します。その出所はシリコンの砂(二のシリカオキサイド) ,原料は取るのはとてもやさしくて，コストも割合に低いです。

要素で周期表の中 シリコンの原子は順序が14で，結晶はダイヤモンドの結構で，第IV族要素に属します。いわゆる第IVの族要素，それの外部の電子の軌道の地域の上で，4个@の電子がケネルをめぐって運行すると指す しかしこの4个@の電子はまた値段を電子と言います。すべてのシリコンの4个@の外部の電子 別別に4の近接シリコンの原子の中のひとり外部の電子二二およびダブルになりて，共有原子価キ-を成します。

N タイプの半導体　 もし単純なシリコンの中に5個の値段電子を持つ原子を混じり合うなら，たとえばりんの原子，この不純物の原子はシリコンの原子の位置に取って代わろうとします。しかし，5個の値段電子のりんの原子と近接シリコンの原子を持って共有原子価キ-を成す時1の自由電子が増えようとする この自由電子はひとつが子を積みこみ負電器ついているです。私たちはこのを自由電子の不純物の原子はからだを実施する半導体を混ぜるとNをタイプの半導体と言うとからだを実施すると言うことを提供します。

P タイプの半導体　 同様にもし単純なシリコンの中に三つの値段の原子を混じり合うなら，たとえばほう素の原子 この三つ値段の不純物の原子はシリコンの原子の位置に取って代わろうとします。しかしほう素の原子はただ3个@の値段電子と近接シリコンの原子は共有原子価キ-を成すことを提供することができるからです それでほう素原子の周囲へ1の空席に生まれる，この空席へ電気に穴と言う，このへひとつに正電気ついてい子に積みこむことができるか。普通 私たちへこの提供して電気穴の不純物原子がと言ってからだに耐え忍ぶ，同時に混ぜて耐え忍んてからだの半導体へPを型の半導体と言うか。

PタイプおよびNタイプの半導体は互いに接觸する時 N そののなかにの電気の穴を補充するために，タイプの半導体のなかの電子がPタイプの半導体の中で注ごうとします。P-Nで粉の付近を受け取めて，電子だから - 電気穴の結合ひとりを成す積みこむ子のひま乏しい地域才，Pの型およびN型は半導体の中にはそれで別別に、陽電荷背負うのがいるだ，それでひとつのなかには建てる電　なことを成すです。太陽のライトストラックはこのP-N結構の時になる時，P型とN型の半導体はデ-ライトを吸収して電子を生み出します - 電気の穴は正しいです。乏しい地域があいているによって提供するののなか電　に建てる，て半導体のなか生み出した電子へ電池のなか流れることができる，それでもし電極で電流引き出す ひとつの完備なソ-ラ-セルを成すことができます。

ソ-ラ-セルの発展

自分で1960 時代は始まって，アメリカの発射の人工衛星はもうソ-ラ-セルを利用してエネルギ-の出所にやります。70年代になってエネルギ-危機の時，人々はソ-ラ-セルの応用を用途に一般な民生に転移することを始めます。

目下のところ，アメリカ、日本とイスラエルなどの国家にもう大量はサンヒ-タ- で装置した もっと商業化の目標に向かって前進します。これらの国家の中に アメリカは1983年カリフォルニアは世界を打ち建てることでいちばん大きいサンヒ-タ- の発電所に，その発電量は16百萬のワットに高く達することができます。南アフリカ、ボツワナ、ナミピアとアフリカの南のほかの国家も特別処理を要する重大事項を設立する 偏ぴで遠いいなかの地区の低いコストを取り付けるソ-ラ-セルの発電する系統を励まします。
サンヒ-タ- を推し広めていちばん積極的な国家第一日本で発電します。1994年日本には補助が方法を褒賞することを実施した，毎家の3，000のワットの「市の電気のタイプの太陽の光電を並列にすることができる系統」を拡張します。一番目年 政府は49%のけいひを補助して，後の補助はさらに年一年と逓減します。「市の電気のタイプの太陽の光電を並列にすることができる系統」は日照りの充足時で ソ-ラ-セルによって提供して電能へ自分のふかに使う，もし余分電力に別に溜るか。発電量はたりなくてあるいは発電しない時必要な電力はまた電力で会社は提供します。

1996年になった 日本はある2，600戸サンヒ-タ- の発電する系統を装置して，いつも容量を備え付けるのはもう8百萬のワットがあります。一年のあとに もう9，400の装置があった，備え付けるのいつも容量も32百萬のワットに達しました。近年原因は環境保護意識にの，政府のサブシディの制度と上る 日本は家庭用ソ-ラ-セルの需要量にすんで，また急いでふやすことができると事前に見積ります。

産業の面で，1999年日本のソ-ラ-セルの総産額は86百萬のワットで，2000年になってもう120百萬のワットに増えた 生産高が二年つづけて世界の一番目にランクされています。このあいだ，日本のたくさんのソ-ラ-セルのマニュファクチュラ-，たとえばシャ-プの会社、三菱の重い労働者 もっと次から次へと生産工　を増築します。

アメリカの面で，元大統領クリンドンさんは提出する「Million Roofs Solar Power」の方案，2010年以前につもりです 建設して100萬のサンヒ-タ- の発電する系統を完成します。

日本とアメリカを除いて，ドイツも1990年から 千部屋計画、毎戸のサンヒ-タ- 発電する装置容量に実施するているた1に始める ~ 5千のワットの間で，政府は70%のけいひを補助します。1995年になった もう2，250戸がサンヒ-タ- の系統を備え付けた，いつも容量を装置するも5.6百萬のワットに達します。これ以外 オランダ政府は2020年にも預想して，サンヒ-タ- の系統のはいつも容量を装置すると1，450百萬のワットに達することができる。ほかの各国については たとえばスイス、ノルウェ-およびオ-ストラリアなどの国，またすべて毎年数千戸のソ-ラ-セルを推し広めて計画を取り付けます。

台灣の面で目下のところソ-ラ-セルを生産する主なマニュファクチュラ- はきらめきがある、茂っていて士と林のモ-タ-などの会社をみちびきます。きらめきへ科学技術会社から1988年に開発する，生産するためにアモルファスシリコンソ-ラ-セルが主とする，主性の電子製品を消耗することで応用する 腕時計、計算器のようなです。ている1999年， 茂っていて会社をみちびいて台南科学工業園区で工場を配置することを始めて，生産で一人のあかるいシリコンとポリクリスタルのシリコンのソ-ラ-セルは主とします。士は林のモ-タ-もかつて派遣して団体を研究開発してアメリカへ訓練を受け取りにきた 衛星の使用したソ-ラ-セルの板の製造とエンキャプシュレ-ションの技術を勉強する 同時に1999年は成功的に中華衛星の一日を発射した後，さらに民生の用途のソ-ラ-セルを投入して研究開発します。

これ以外 工業技術の研究院の材料の成功的にソ-ラ-セルを開発出た製造のエンキャプシュレ-ションの技術と 国内を拡張するサンヒ-タ- の発電する事業のために，それに技術讓渡を茂っていて会社および士林のモ-タ-の会社をみちびきます。近年，国内のマニュファクチュラ- のソ-ラ-セルの事業にの投資主因は国際市　の供給が需要に応じきれない外部以外ともだんだん興趣を感じる 別の要素は1999年から政府，力をこめてソ-ラ-セルが発電することを促進し始めて，それに各項が措置を褒賞することを促進することに着手する それでこのひとりの事業を投入する業者はも明らかにふやします。
目下のところ国内にはサンヒ-タ- の発電する仕事を推し広めることでまだ一部の難しい問題がある 一番主要な原因もし割合に一般な市の電気とサンヒ-タ- の発電する申請の手続きで 市の電気を申し出て明らかに便利で多くて，それにサンヒ-タ- の発電する設立はまず一口の資金を投入しなければならないです。経済の方面に基づく考慮，普通人民にとって確かに割合に受け取りにくいです。

そのようにしても ひとつの角度を取りかえて見る 台灣は日照り数量があって十分で、半導体と電力の電子の産業発展は健全にして政府と一生懸命に手厚い条件を拡張する また加えるかもしれないエネルギ-危機，また環境保護意識普及するなど，サンヒ-タ- へ発電して事業へ台灣確かに非常に広い発展空間に持つか。ただ大幅にマニュファクチアリングコストを下げることができるかかると信じる ほかの国家を努力して先頭に追いつくことができて，それにごく小さな所を占めます。

展望します

夜間は発電するのがソ-ラ-セルの一つの大きい欠点てはいけないですが，このひとつの欠点にたいして二種類の方法が克服することができます。第一種類は方法の昼の太陽の光のエネルギ-がほかのエネルギ-の形式に変えて溜る たとえばバッテリ、フライ・ホイ-ルは装置して、引き抜いて発電所を蓄えて，夜の時に到着してまた溜るエネルギ-を説明して釈放します。

ほかの一種類の方法はアメリカと日本の両国のている「衛星のサンヒ-タ- の発電所」が計画する ( Satellite Solar Power Station , SPSS ) ,このの仕事は項目は太空の中に見付けてひとつへ絶えずにデ-ライトの所に受け取ることができる たとえば赤道の付近で上空，発射してソ-ラ-セルあるいは熱エネルギ-の発電する系統の衛星があって，人工衛星を利用して太空の中にサンヒ-タ- を吸収して発電します。免除して昼夜、温度差および気候などの要素影響するから，人工衛星はつづけて止まなくてそれに安定的にサンヒ-タ- を受理してもいい，またそれを電能に転換する それからマイクロ波の方法で地球に帰って，地球のマイクロ波のレシ-ビング・ステ-ションは受理する後でまた転換して電能になると伝える それぞれな所へ輸送します。

今のところ，科学家たちの絶えない研究だから 半導体産業の技術の進歩をまた加えて，ソ-ラ-セルの能率もだんだんふやして，それに発電して系統の単位コストが年一年とさがっています。そのために ソ-ラ-セルの能率の増加、コストの圧縮及び環境保護意識のにつれて上って，ソ-ラ-セルの使用はますます普遍的になります。いま，ソ-ラ-セルはもう日常生活の中に広泛に応用された たとえば腕時計、計算器、自動車、飛行機など それはとても大きい発展潜在力があることが見えて，未来ソ-ラ-セルはエネルギ-の応用の上で重要役をつとめることができると信じます。
資料出所　 <<科学発展 >>2005年6月，390号，50-5ペ-ジ(pdf キャビネット)