太陽電池入門　／　５章　光による電子の励起（数式なしの説明） [まぐまぐ！]

2008/06/19

太陽電池入門　／　５章　光による電子の励起（数式なしの説明）

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こんにちは。「太陽電池入門」です。
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のうち、基礎的な10の章について、その文字情報部分を順次公開していくものです。
メールマガジンなので図は割愛します。
入門編は約４か月で完結し、以降は関連する話題を不定期で紹介していきます。

太陽電池入門　／　５章　光による電子の励起（数式なしの説明）

　４章で述べたように、電子のエネルギー準位は、飛び飛びの値のみが許さ
れます。もしそうではなく、どんな値も許されるのなら、自然界のちょっと
したエネルギーをつかまえて、それによって少しずつ高いエネルギー準位を
得ていくことも可能です。しかし現実には、可能なエネルギー準位には飛び
飛びの値しか許されないのですから、その「飛び飛び」以上のエネルギーを
えないと、高いエネルギー準位には移れないのです。
　これはいわば、ウサギとカメの競争のアンチ説話のようなものです。ある
地点から別の地点まで、ずっと地続き（どんなエネルギーもありうる）なら、
ウサギが寝ている間に少しずつ地道に進めば、カメの方が先に到達できます。
しかし電子軌道の場合、あちこちに地割れがあって、ジャンプしないかぎり
決して進めない（飛び飛びのエネルギー準位）のです。こうなるとジャンプ
力のないカメはお手上げです。
　とはいえ、ウサギだってまったくの空腹状態ではジャンプできません。そ
れに必要な食物（エネルギー）を与えることで、はじめて別の地点に移れる
のです。そのためには、ちまちまと少しずつ食物をあげてもダメです。もっ
とも食物の場合、体内でたくわえることもできますが、それは考えないこと
にすると、ジャンプに必要な食物を一度に与えなければなりません。
　そのエネルギーに相当するものが、実は光なのです。といっても、波動と
しての光というより、粒子としての光です。先ほど電子という粒子には波と
しての性格もあると述べました。その反対に光はもともとは波動と考えられ
ていますが、それ以外に粒子としての性格も持つのです。
　粒子としての光（光子、あるいは光量子とよぶ）は、それぞれの粒子が、
光の振動数に比例するエネルギーを持ちます。振動数に関係なく光の強度を
大きくすることはできますが、その結果は粒子の数が増えるだけでそれぞれ
の粒子のエネルギーが大きくなるわけではありません。
　すなわち電子のエネルギー準位間のジャンプは、対象となる原子の種類に
よって決まる一定の値より高い振動数の光を与えることで初めて可能となる
わけであり、それより低いものをいかに強く与えても無意味なのです。

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発行人（ご感想、太陽電池に関する文章・資料制作のご相談などお気軽にどうぞ）
情報ハブ代表取締役　加藤良平／contents@qj8.so-net.ne.jp／03-3944-7988