半導体13【電験3種理論】太陽電池の構造・電子正孔対・負荷接続時の温度を判別する！令和元年度 A問題11 完全解説

2026年7月14日

電験3種理論科目【電磁気（半導体等）】令和元年度 A問題11 構造はダイオード、光で電子-正孔対が生成、負荷接続で温度は低くなる

今回は令和元年度理論科目 A問題11を解説します。太陽電池の構造（pn接合）・光照射で生成されるキャリヤ・負荷抵抗を接続したときの太陽電池の温度を問う穴埋め問題です。

太陽電池はpn接合＝ダイオードと同じ構造です。光を当てると電子-正孔対が生成し、電子はn形側・正孔はp形側へ移動して起電力が生じます。負荷を接続するとエネルギーが外部で消費されるので、太陽電池自身の温度は低くなる点がポイントです。

出題のポイント

令和元年度理論科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種理論科目半導体等令和元年度 A問題11 問題文 — 令和元年度理論科目 A問題11 問題文

電験3種理論科目【電子理論（半導体等）】令和元年度 A問題11

　次の文章は、太陽電池に関する記述である。

　太陽光のエネルギーを電気エネルギーに直接変換するものとして、半導体を用いた太陽電池がある。p形半導体とn形半導体によるpn接合を用いているため、構造としては(ア)と同じである。太陽電池に太陽光を照射すると、半導体の中で負の電気をもつ電子と正の電気をもつ(イ)が対になって生成され、電子はn形半導体の側に、(イ)はp形半導体の側に、それぞれ引き寄せられる。その結果、p形半導体に付けられた電極がプラス極、n形半導体に付けられた電極がマイナス極となるように起電力が生じる。両電極間に負荷抵抗を接続すると太陽電池から取り出された電力が負荷抵抗で消費される。その結果、負荷抵抗を接続する前に比べて太陽電池の温度は(ウ)。

上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(ア) (イ) (ウ)
(1) ダイオード正孔低くなる
(2) ダイオード正孔高くなる
(3) トランジスタ陽イオン低くなる
(4) トランジスタ正孔低くなる
(5) トランジスタ陽イオン高くなる

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	ダイオード	正孔	低くなる
(2)	ダイオード	正孔	高くなる
(3)	トランジスタ	陽イオン	低くなる
(4)	トランジスタ	正孔	低くなる
(5)	トランジスタ	陽イオン	高くなる

ポイント解説：構造はダイオード、光で電子-正孔対、負荷接続で温度は低くなる

太陽電池はp形とn形をpn接合したもの。pn接合1個の構造はダイオードと同じ（(ア)）。トランジスタはpn接合を2個もつ別の素子。光を当てると半導体内で負の電子と正の正孔が対（電子-正孔対）になって生成され、電子はn形側、正孔（(イ)）はp形側へ引き寄せられて起電力が生じる。

(ウ)がポイント。負荷抵抗を接続すると、太陽電池が受け取った光エネルギーの一部が電力として取り出され、外部の負荷抵抗で消費される。負荷が無い（開放）ときは取り出しがなく吸収エネルギーがすべて熱になるが、負荷を接続するとその分だけ電池自身に残る熱が減るので、太陽電池の温度は低くなる。よって(1)。