태양전지의 원리는 무엇인가요?

Question

태양전지의 원리는 무엇인가요? 태양전지는 어떤원리로 전기를 모아서 구동을 하는 건지 궁금합니다. 일반전지 대비 효율은 안좋은게 맞나요?

Answer 1

안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.

태양전지의 원리

태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 양공(정공)이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과라 한다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

태양전지는 광전효과를 통해서 전기를 생산하지 않습니다.

실리콘 wafer(14족 원소 Si로 만든 반도체 기판)에 13족인 Al이나 B를 doping 하면 P-type 반도체

그리고 15족인 P나 N를 doping하면 N-type 반도체를 만들 수 있습니다.

이 N-type과 P-type을 서로 접합시키면 전자와 정공간의 평형에 의해 depletion region이 발생하게 됩니다. 이 구역은 전류를 흐르게 하는 전자와 정공을 서로 가두기 때문에 전류가 흐를 수 없는 상태가 됩니다.

이 때 햇빛의 Ultra violet을 통해 depletion region에 에너지가 가해져 전자와 정공의 결합이 떨어지게 되고 순간 전하운반체들이 생겨 전류를 흐르게 하는 것이 태양 전지의 원리입니다.

광전효과를 통해서 전기를 생산하려면 생산량이 극히 적어 전지로써 이용하기 어렵습니다.

Answer 3

태양 에너지 발전은 크게 태양열과 태양광 두개로 나뉩니다.

태양열 발전은 수증기를 끓여서 열교환기를 이용해 전기를 생산하는 방식이고,

태양광 발전은 빛 에너지가 전자와 부딪히면서 전자를 실제로 움직여 전기를 생산하는 방식입니다.

태양이 없으면 둘다 불가능하므로 효율은 낮습니다.