アモルファス半導体の特性をご存知の方いらっしゃれば教えてください。
1.普通の半導体との違いは?
2.なぜ太陽電池を作るのに適しているのか。

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A 回答 (7件)

太陽電池に適している根拠ですが、安上がりという理由の他に、使用するシリコンの量が単結晶、多結晶の太陽電池より大幅に少なくてすむというのがあります。


具体的な数値については自信がありませんが、太陽光を吸収するのに、単結晶シリコンでは数100ミクロンの厚さが必要なのに対し、アモルファスでは数ミクロン程度で良いという差があったと記憶しています。
そのため、変換効率が高いのは単結晶の太陽電池ですが、太陽電池を造るのに投入したエネルギーを回収するまで、単結晶では10年、アモルファスでは1年で済む、という効果もあります。

アモルファスの太陽電池は蒸着によって作られますので、大面積での製作が可能というほか、瓦のような形にできるなど、その形が自由に出来ること、プラスチックを基盤にすればフレキシブルな太陽電池の製作も可能となります。
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いろいろと参考図書等の推薦がなされてますので、かなり基本的な説明として読んでください。



まずアモルファス半導体→「アモルファス」+「半導体」で別個に理解する方が分かりやすいのではないでしょうか?
アモルファス=非晶質、半導体=伝導帯と荷電子帯間のエネルギー差(エネルギーギャップorバンドギャップエネルギー)がほどほどに大きい物質。絶縁体より伝導度が高く、良導体(金属)より伝導度が低い。
つまりアモルファス半導体とは結晶構造を有しない(※長周期的に見て)半導体ということになります。
普通の半導体というのが何を指してらっしゃるのかは分かりませんが、アモルファスとの対比でいうと結晶性の半導体という意味でしょうから、それとの違いという意味で説明しますと、まず(1)キャリアの移動度が小さい(2)不純物の影響が小さい(ドーピング効果を得にくい)(3)表面凹凸が一般にフラットで、またピンホール等が少ない(4)バンドのテイル状態が存在する、、などなどまだあるかもしれません。

次になぜ太陽電池を作るのに適しているのか、というご質問ですが、plo_olqさんのおっしゃるように製造コストの問題が一つの要因であると考えられます。太陽電池に必要な特性は変換効率はもちろんのこと、大面積でフラットな表面をいかに得るかという問題も重要です。単結晶Si太陽電池を作る際には、変換効率という点では良いのですが、大面積のものを得ることは非常に困難で、これを克服しようとするとコストがかさみます。一方アモルファスSiの場合には変換効率はそこそこですが、大面積のものがえやすいという性質があり、コスト的にはこちらの方が安くつくわけです。ただ変換効率の点はアモルファスSiにおいてもあるテクニック(ダングリングボンドの水素終端)を使うことでかなり変換効率を上げることが可能となています。
太陽電池は結構種類があるのでその用途によって単結晶のものを使うのか、多結晶のものを使うのか、アモルファスのものを使うのかその都度選択されているようですよ。
以上です。
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追加情報です。


「アモルファス」で成書を検索すると以下のものがあります(内容未確認!、一部金属も含むかも・・・?)。
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1.アモルファス半導体/清水立生/培風館/1994.5 
2.アモルファスシリコン/田中一宣/オーム社/1993.3 
3.光材料―アモルファスと単結晶/安井至/大日本図書/1991.5 
4.超伝導・アモルファス材料/中嶋貞雄,桜井良文/日本学術振興会/1990.2 
5.アモルファスめっき法とその応用/増本健,渡辺徹/日刊工業新聞社/1990.12 
6.アモルファス薄膜の評価/井村健/共立出版/1989.9 
7.シリコン系アモルファス半導体データブック/日本電子工業振興協会…/日本電子工業振興協会…/1985.3 
8.クリスタル(結晶)とアモルファス(非晶質)/東レ科学振興会/〔1985〕 
9.アモルファス/桑野幸徳/講談社/1985.10 
10.アモルファス材料/井野博満/東京大学出版会/1985.2 
11.未来をひらく新材料―アモルファス/北田正弘/日経サイエンス/1984.8 
12.未来への工学/2/日本工学会/コロナ社/1984.8 
13.アモルファス太陽電池/高橋清,小長井誠/昭晃堂/1983.8 
14.アモルファス/作花済夫/共立出版/1983.11 
15.神が造れなかった新素材/テクノサイエンス研究…/朝日出版社/1983.10 
16.最新アモルファスSiハンドブック/高橋清,小長井誠/サイエンスフォーラム…/1983.3 
17.アモルファス応用製品の現状と将来性/総合技研/1982.7 
18.アモルファス半導体の基礎/田中一宜[他]/オーム社/1982.5 
19.アモルファス電子材料/サイエンスフォーラム…/1981.2 
20.アモルファス半導体の構造と物性に関する基礎研究/〔松原武生〕/1980.2 
--------------------------------
ご参考まで。
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以下のサイトは参考になりますでしょうか?


1.http://www.hit-u.ac.jp/commerce/thesis/shimamt1. …
(サンシャイン計画と太陽光発電産業の生成)
「アモルファスシリコン太陽電池」の登場の概略(?)が記載されてます。
2.http://www.laser.ee.es.osaka-u.ac.jp/ap/1998/ob6 …
(アモルファス半導体の構造)
3.http://mech.gifu-u.ac.jp/~wakailab/thermal/chapt …
(新エネルギー技術のいろいろ)

ご参考まで。
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この回答へのお礼

どうもありがとうございます。昨日も市内の一番大きな本屋に行ってきたのですが、文献がみつからず往生していたところでした。
特に2番、自分の知ってる応用物理出身者および在学者に問い合わせて見ます。
1番は変わった内容でしたね。でもアモルファス半導体が意外と古い歴史を持つものだということがわかりました。教科書があまり出ていないのは、理論構造があまりわかっていないからなのでしょうか...。それとも東京の本屋にはたくさんあるのかな?
とりあえず近所の国公立大学の大学図書館をねらって攻めてみます。
どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/01/29 23:53

アモルファス半導体が太陽電池に使われるのは、


製造コストが単結晶のものよりも安くあがるからだったと思います。

実際に変換効率は、単結晶シリコンを用いた方が良かったはずです。

太陽電池について、調べればその原理は載っていたと思います。
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この回答へのお礼

なるほど。コストですか...。
実は今あるアイディアがあって、その実現可能性を探ってます。
コストが安いというのは非常に好材料なので、
実現可能性が+の方向に傾きました。
そのうち第2段、第3段の質問が飛びますので、
そのときもよろしくお願いします。
アイディアもそのうち公表します。
僕は物理系(理論)のことには結構詳しいので、
こちらからもそのうちお手伝いさせてください。

お礼日時:2001/01/28 09:51

これともう一つ関連ある質問をされていますが...



arai163 さんが書かれているようにページ検索するか,
百科事典,理化学辞典などをまず参照されてはいかがでしょう.
もっと詳しいことが知りたければ,一般向けの解説書から
専門書までこの分野は沢山本がありますよ
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この回答へのお礼

半導体の定義、アモルファスの定義をあいまいにしか覚えていなかったもので、
どういったものなのかちょっと知りたくて質問しました。
WEBでは「アモルファス半導体 原理」で調べたのですが、
原理自体を教えてくれるものはありませんでした。
明日本屋に行って調べてみます。どうもありがとうございました。
物理書のコーナーより工学書のコーナーの方がありますかね。
基礎理論をさらっと流し読みしたい感じなのですが...。

お礼日時:2001/01/28 02:25

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