2024年度学院等開講科目環境・社会理工学院融合理工学系エネルギー・情報コース

光起電力の基礎

開講元: エネルギー・情報コース
担当教員: 宮島晋介
授業形態: 講義 (ブレンド型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月5-6 / 木5-6
クラス: -
科目コード: ESI.L410
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

太陽光発電は重要な再生可能エネルギー源の１つである。太陽光発電は太陽電池を基礎としている。本講義が取り扱う内容は、太陽光発電の概要，光起電力効果、半導体物理、太陽電池、最新の太陽電池の設計およびソーラーパネルの基礎である。

本講義では、太陽光発電の総合的なレビューを行う。引き続き、太陽電池の動作を理解するために必要な半導体物理を説明する。その後、太陽電池の発電原理、太陽電池の構造および高効率化の手法について学ぶ。最後にソーラーパネルの構造について説明する。

到達目標

講義終了後、受講者は下記の各項目を行うことが可能になる。

1. 光起電力効果を理解する
2. 太陽電池の動作および変換効率を説明する
3. 高効率太陽電池の構造を説明できる
4. 太陽電池の作製プロセスを説明できる
5. デバイスシミュレーターを用いて太陽電池を解析できる
6. 太陽光発電の概要を理解する

キーワード

光起電力、太陽電池、半導体、pn接合、ヘテロ接合、薄膜

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

各回の初めに、前回の講義で出題した演習の解答を行い、質問を受け付けます。また、授業の終わりにその回の授業の内容に関する演習を行います。受講に当たり、受講者は講義計画を確認し、各回のカバーする内容を確認してください。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	太陽光発電システムの構成および太陽光発電の現状	太陽光発電システムの構成および太陽光発電の現状を説明できる。
第2回	太陽光と光起電力効果の基礎	太陽光スペクトルの特徴と光起電力効果が生じるメカニズムを説明できる。
第3回	半導体物性の基礎 : 光吸収、キャリア再結合、キャリア連続の式、pn接合	太陽電池の動作の理解に必要な半導体物性の基礎を説明できる。
第4回	光エネルギーの化学的エネルギーへの変換と電気的エネルギーの取り出し	半導体への光照射により半導体中に生成される化学エネルギーおよび電気的エネルギーの取り出しを説明できる。
第5回	変換効率の制限要因	太陽電池の理論変換効率を説明できる。
第6回	太陽電池の等価回路と出力パラメータ	太陽電池の等価回路と出力パラメータを説明できる。
第7回	pn接合を用いた太陽電池の解析：物性値と太陽電池パラメータの関連	太陽電池のパラメータと半導体の物性値の関連について説明できる。
第8回	太陽電池の評価技術	太陽電池の基礎的な評価方法を説明できる。
第9回	従来型のシリコン太陽電池の構造と作製法	従来型のシリコン太陽電池の構造を説明できる。
第10回	シリコン太陽電池の高効率化技術-PERCセル、選択エミッタセル	PERCセルおよび選択エミッタセルの特徴を説明できる。
第11回	シリコン太陽電池の高効率化技術-ヘテロ接合技術, TOPCon技術	シリコンヘテロ接合技術およびTOPCon技術の特徴を説明できる。
第12回	薄膜太陽電池-GaAs, CIGS, CdTe, ペロブスカイト太陽電池	各種の化合物薄膜太陽電池の特徴を説明できる。
第13回	超高効率太陽電池	超高効率太陽電池の特徴を説明できる。
第14回	太陽光発電モジュール（ソーラーパネル）の基礎	太陽光発電モジュールの構造と評価技術を説明できる。
第15回	期末試験

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，参考書籍や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

教科書は使用しません。Webで資料を配布いたします。

参考書、講義資料等

M.Green, "Solar Cells, Operating Principles, Technology, and System Applications,'' Prentice-Hall Inc.
S.M.Sze, K.K. Ng, "Physics of Semiconductor Devices 3rd Ed." Wiley Chapter 13 Solar Cells
また、必要に応じて参考文献を示します。

成績評価の方法及び基準

期末試験(50%)、中間レポート(30%)および各回の演習問題(20%)で評価を行います。
ただし、期末試験が50%未満の場合には単位取得とはなりませんのでご注意ください。
期末試験は対面（大岡山キャンパス）で行います。

履修の条件・注意事項

受講者は半導体材料、量子力学（もしくは量子化学）の基礎知識を有することが望ましい。

その他

講義担当者の長期出張のため、前半の講義6回は動画配信いたします（T2Scholar). 質問等については大学の公式slackワークスペースにチャンネルを作成しますので、そちらで対応いたします。7回目以降は例年通りzoomによる講義となります。