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2017年4月~5月新刊

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■サイエンス・アイ新書

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イチバンやさしい理工系
「太陽電池」のキホン』概要 佐藤勝昭

 自然エネルギーの中でもっとも期待されている太陽電池ですが、従来のエネルギー源を置き換えるには、まだまだ力不足です。高効率で低コストかつ省資源の太陽電池を開発しなければなりません。もっと多くの人々が太陽電池の研究開発を進めるためにも、一般向けと専門書をつなぐ解説書が必要です。本書は、これから太陽電池を学ぼうとする高校生、高専生、大学生、あるいは他分野で働く社会人がスタートラインに立つために必要な、太陽電池およびそれを支える半導体デバイスの基礎知識を、図解を使って段階的に解説しています。

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新エネルギーの切り札となる太陽光発電のしくみ
『「太陽電池」のキホン』
著者:佐藤勝昭(さとう かつあき)
価格:1500円+税 色数:オールカラー
刊行:2011年4月 ISBN:978-4-7973-6084-4

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<著者>
佐藤勝昭(さとう かつあき)
1942年、兵庫県生まれ。1966年に京都大学大学院工学研究科修士課程を修了。工学博士。1966年に日本放送協会(NHK)入局。1984年に東京農工大学工学部助教授、1989年教授、2005年副学長。2007年名誉教授。2007年から科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(さきがけ)研究総括。応用物理学会フェロー。著書に『理科力をきたえるQ&A』(サイエンス・アイ新書)、『光と磁気』(朝倉書店)、『応用電子物性工学』(コロナ社、共著)、『応用物性』(オーム社)、『半導体物性なんでもQ&A』(講談社)などがある。1994年から自宅に太陽電池を設置し、15年にわたってデータを公表した。
>>著書/監修書一覧

<目次>
第1章 太陽光と太陽電池(入門編)
 001 いまなぜ太陽電池か① 南極の氷が証言するCO2の急増
 002 いまなぜ太陽電池か② 再生可能エネルギーの中でもっとも手軽
 003 地球に降りそそぐ太陽光のパワーは1.37kW/m2
 004 地球が太陽から受けるエネルギーは石油換算で年間1000億トン
 005 太陽光には見えない光も含まれる 太陽光のスペクトル①
 006 太陽光には見えない光も含まれる 太陽光のスペクトル②
 007 季節や時間や天候でこんなに変わる太陽光のパワー
 008 太陽電池の歴史をひもとく そのルーツは19世紀に!
 009 光を電気に変えるのは太陽電池セルを構成する半導体
 010 太陽電池セルの中身はpn接合ダイオード
 011 太陽電池セルのpn接合ダイオードの働き
 012 変換効率はどのようにして求められるのか
 013 変換効率を100%にできない理由
 014 ソーラーパネル(太陽電池モジュール)は多数のセルからできている
 015 1枚のソーラーパネル(太陽電池モジュール)で何ワット発電できるのか
 016 夏のギラギラした太陽は大好きと思いきや、太陽電池は暑さが苦手
 017 ソーラーパネルに家電を直結しても動かない理由 直流と交流
 COLUMN 送電線に交流が使われる理由

第2章 太陽電池の要素技術(中級編)
 018 太陽電池セルには多くの技術が使われている
 019 高品質単結晶シリコンの成長法 浮遊帯域法とチョクラルスキー法
 020 多結晶シリコンインゴットはシリコンの鋳物
 021 同じシリコンでも結晶系と薄膜系の製造工程は根本的に違う
 022 ガリウムヒ素の単結晶は融液を固化してつくる
 023 金属のように透明電極に電気が流れるのは酸素欠損による
 024 できるだけ多くの光を半導体中へ導く① 反射防止膜の役割
 025 できるだけ多くの光を半導体中へ導く② 反射防止膜の工夫
 026 波長域を分けて役割分担 多接合タンデムセル
 027 レンズや鏡を使って光を集める 集光型太陽電池
 COLUMN データは語る太陽光発電の真実① 1日の発電量の変化

第3章 太陽光発電モジュールからシステムへ(中級編)
 028 ソーラーパネル(太陽電池モジュール)の製造過程
 029 太陽電池のテストに使う疑似太陽光 ソーラーシミュレータ
 030 建材としての太陽電池① 設置方法による分類
 031 建材としての太陽電池② 建材として求められるもの
 032 直流を交流に変えるしくみ インバータの動作原理
 033 太陽電池の出力を配電線に供給する「系統連系」
 034 あなたの家の屋根を借ります 地域集中連系型太陽光発電
 035 各地に次々登場するメガソーラー発電所
 036 スマートグリッドがもたらす電力イノベーション
 COLUMN データは語る太陽光発電の真実② 雨の日だって発電する

第4章 さまざまな太陽電池(上級編)
 037 太陽電池材料のバリエーション① 太陽電池の分類
 038 太陽電池材料のバリエーション② 太陽電池の比較
 039 こんなに違う! 半導体の光吸収スペクトル
 040 75%のシェアを誇る結晶系シリコン太陽電池①
 041 75%のシェアを誇る結晶系シリコン太陽電池②
 042 結晶系シリコンの変換効率チャンピオン 単結晶系シリコン太陽電池
 043 効率は単結晶より落ちるが低コストの多結晶シリコン太陽電池
 044 低効率でも材料コストが安い薄膜シリコン太陽電池①
 045 低効率でも材料コストが安い薄膜シリコン太陽電池②
 046 低効率でも材料コストが安い薄膜シリコン太陽電池③
 047 宇宙で活躍するIII-V族化合物半導体系太陽電池
 048 III-V族化合物半導体の結晶構造と原子結合
 049 混晶が支える効率40%のIII-V族化合物半導体系太陽電池
 050 低コストで爆発的に普及したCdTe薄膜太陽電池
 051 CIGS薄膜太陽電池の結晶構造と物性
 052 CIGS薄膜太陽電池セルの構造と特性
 053 有機化合物とカーボンのコラボで電気をつくる有機太陽電池
 054 酸化チタンと色素で電気をつくる色素増感太陽電池
 COLUMN データは語る太陽光発電の真実③ 太陽光発電の経年変化はあるか?

第5章 太陽電池のための半導体入門(上級編)
 055 金属の光電効果は太陽電池に使えない 高電圧を加えないと光電流が取りだせない
 056 半導体単体では太陽電池はつくれない 光起電力には半導体の接合が必要
 057 半導体と金属・絶縁体との違い
 058 バンドギャップが決める半導体の電気的性質
 059 バンドギャップが決める半導体の光学的性質
 060 有機物の分子軌道と半導体のバンド構造の違い 色素増感太陽電池を例に
 061 原子が集まって固体になるとバンドができる
 062 電子状態への着席の規則を与えるフェルミ分布
 063 不純物ドーピング① n型半導体とドナー準位
 064 不純物ドーピング② 外来性半導体のキャリア密度の温度変化
 065 不純物ドーピング③ p型半導体のホールとアクセプタ準位
 066 間接遷移を理解する① 運動量の保存則を思いだそう
 067 間接遷移を理解する② 自由電子の波数を考える
 068 間接遷移を理解する③ 周期ポテンシャル中の電子の波を考える
 069 間接遷移を理解する④ 半導体の光吸収
 070 シリコンは金属でないのになぜ金属光沢をもつのか
 071 半導体の電子は自由電子より軽いってホント?
 COLUMN データは語る太陽光発電の真実④ ピークカット効果は?

第6章 太陽電池のための半導体デバイス入門(上級編)
 072 太陽電池はダイオードの一種 ダイオードの起源は二極菅という真空管
 073 pn接合の界面にできる空乏層と内蔵電位差
 074 pn接合ダイオードの順方向特性 電流は指数関数的に立ち上がる
 075 pn接合ダイオードの逆方向特性 電流は小さくほぼ一定
 076 裏面障壁(BSF)によって効率改善 太陽電池のバンドの断面構造
 077 少数キャリアの寿命を伸ばすパシベーション
 078 バンドギャップで変換効率が決まる 理論限界変換効率
 COLUMN エネルギーペイバックタイムは2年以下

第7章 これからの太陽電池(上級編)
 079 低コストな太陽電池を目指して 材料・ウェハー化コストを下げるには
 080 高効率の太陽電池を目指して
 081 ありふれた材料で環境にやさしく 太陽電池の元素戦略
 082 ソーラーブリーダー計画 太陽電池でつくった電力を世界中に
 COLUMN エコ住宅15年を振り返って

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