어떻게 태양광 전지 패널이 작동하는가요?
석유나 석탄 등의 화석연료들을 사용하던 시절과 다르게 태양광도 에너지로 변환해서 사용하고 있잖아요? 그런데 이 태양광을 어떻게 작동시키는것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
태양광 전지 패널은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술입니다. 태양광 전지 패널은 주로 실리콘, 인디움, 갈륨, 인듐과 같은 원소로 만들어져 있으며, 이러한 원소는 태양광을 흡수하여 전기 에너지를 생산합니다.
태양광 전지 패널은 기본적으로 플랫한 구조로 되어 있으며, 표면은 투명한 유리로 덮여 있습니다. 패널 내부에는 양극과 음극 사이에 반도체 원소로 만들어진 층이 있습니다. 태양광이 패널에 떨어지면, 반도체 원소 내부에 있는 전자들이 움직이면서 전기 에너지를 생산합니다. 이러한 전기 에너지는 전선을 통해 저장되거나 사용되며, 전기 에너지의 양은 태양광이 많이 노출될수록 많아집니다.
태양광 전지 패널은 태양광을 흡수하여 전기 에너지를 생산하기 때문에, 태양이 없는 밤에는 전기 에너지를 생산할 수 없습니다. 또한, 태양광 전지 패널은 태양광이 직각으로 떨어지는 것이 가장 효과적이므로, 태양광 전지 패널의 효율은 지리적 위치, 기상 조건 및 시간대에 따라 차이가 있을 수 있습니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
빛이 p-n 접합에 도달하면 광자는 매우 얇은 p타입층을 통해 접합으로 쉽게 들어갈 수 있다. 빛 에너지는 광자의 형태로 접합에 충분한 에너지를 제공하여 많은 수의 전자-정공 쌍을 만들어낸다. 조사한 빛은 접합의 열 평형 조건을 개뜨린다. 공핍영역의 자유전자는 빠르게 접합의 n타입 쪽으로 이동할 수 있다.
비슷하게 공핍영역의 정공은 빠르게 접합의 p타입 쪽으로 이동할 수 있다. 새롭게 만들어진 자유전자가 n타입 쪽으로 이동하고 나면 접합의 장벽퍼텐셜(barrier potential)에 의해 접합을 더 가로질러 이동하지 못한다.
비슷하게 새롭게 생성된 정공이 p타입 쪽으로 이동하고 나면 접합의 같은 장벽퍼텐셜에 의해 접합을 더 가로질러 이동하지 못한다. 전자의 농도가 한쪽에, 즉 접합의 n타입 쪽에 더 높아지고 정공의 농도가 다른 쪽에, 즉 접합의 p타입 쪽에 더 높아질수록 p-n 접합은 작은 배터리 셀과 같이 거동한다. 광전압(photo voltage)으로 알려진 전압이 설치된다. 접합을 가로질러 작은 부하(load)를 연결하면 이를 통해 흐르는 작은 전류가 생길 것이다.