発見
| パラメータ | 値 |
|---|---|
| 日付 | 1954年4月25日（公開デモ、ニュージャージー州マレーヒル） |
| 発明者 | ダリル・チェイピン、カルビン・フラー、ジェラルド・ピアソン |
| 機関 | ベル電話研究所 |
| 発表 | Journal of Applied Physics, vol. 25, no. 5, 1954年5月 |
| 技術 | ホウ素/ヒ素ドープ単結晶シリコンのp-n接合 |
| 初期効率 | 6%（セレン太陽電池の1%未満と比較） |
| セル面積 | 約2 cm² |
| 開放電圧 | 約0.5 V |
光起電力効果は1839年にエドモン・ベクレルが電気化学セルで初めて観測した。セレンセル（チャールズ・フリッツ、1883年）はわずか1%の効率にすぎなかった。ベル研究所のドープシリコンは、一度の飛躍でその数値を6倍に引き上げた。
技術的解説
1. シリコンドーピングとp-n接合の形成。 真性シリコン（バンドギャップ1.12 eV、300 K）の片面にホウ素をドープ（p型、正孔過剰）、もう片面にヒ素をドープ（n型、電子過剰）する。界面でキャリアが拡散し、約0.5 µm幅の空乏層（SCR）が形成される。この領域には約10⁴ V/cmの内部電界が存在する。
2. 光子吸収と電子・正孔対の生成。 エネルギー≧1.12 eV（波長≦1,100 nm）の光子がシリコンに吸収され、電子を価電子帯から伝導帯に励起する。吸収深さは波長に依存し、青色光（450 nm）で約1 µm、近赤外線（900 nm）で約100 µmである。
3. 内部電界によるキャリア分離。 空乏層内またはその近傍で生成された電子・正孔対は、電界によって分離される。電子はn側へ、正孔はp側へドリフトする。1954年当時のシリコンにおける少数キャリア寿命（約10 µs）が拡散距離を約100 µmに制限していた。
4. 集電と直流への変換。 金属コンタクト（上面グリッド＋底面プレート）がキャリアを集電する。セルは約0.5 Vの電圧と、入射光子フラックスに比例する電流を出力する。1954年のセルの曲線因子（FF）は約0.70であり、現代のセルの約0.85と比較される。
なぜ成功したか
シリコンは太陽スペクトルに対してほぼ最適なバンドギャップ（1.12 eV）を持つ。ショックレー＝クワイサー計算（1961年）によれば、単一接合の理論最大効率は33.7%（1.34 eV時）であり、シリコンはギャップの観点からその最適値の93%に位置している。さらに、シリコンは地殻で2番目に豊富な元素（質量比27.7%）であり、事実上無限の供給が保証される。
フラーの革新的な貢献は、熱拡散ドーピング技法にあった。この技法により、鋭く再現性の高い接合が実現され、それまでの機械的方法が生じさせていた不均一な界面と高い再結合率の問題が解決された。
因果連鎖
光起電力効果（ベクレル、1839年） → セレンセル（フリッツ、1883年、1%未満） → 光電効果（ヘルツ、1887年） → 半導体理論（ウィルソン、1931年） → ゲルマニウム・トランジスタ（ベル研、1947年） → 拡散ドーピング（フラー、1952年） → シリコン太陽電池6%（1954年） → ヴァンガード1号衛星への搭載（1958年） → スワンソンの法則（容量倍増ごとに−20%） → グリッドパリティ（2013–2020年） → 1,200 GW設置容量（2024年）
エピソード
1954年のセルは元来、地方のベル研電話中継器に電力を供給するために開発された。最初の実用展開は1955年、ジョージア州（アメリカ）の電話中継装置であった。皮肉なことに、固定電話中継器のために設計された技術が、最終的にその固定電話を時代遅れにする通信衛星に電力を供給することになった。NASAは1958年のヴァンガード1号衛星で早くも太陽電池を採用し、その6個のセルは軌道上で6年間稼働した。
遺産と現在のデータ
スワンソンの法則（太陽光版ムーアの法則）は、累積設置容量が倍増するごとに**20–24%のコスト削減を予測する。このトレンドは1976年以来検証されており、ワットあたりの総コスト削減率は99.6%**に達している。
出典
2026年8月のファクトチェック監査で検証された参考文献 — 本記事の記述は
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