[재료 공학 설계] Solar Cell(태양전지)

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2010.02.10 / 2019.12.24
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목차: Ⅰ. Solar Cell Mechanism

Ⅱ. Solar Cell의 역사

Ⅲ. Solar Cell 효율 측정과 결과

Ⅳ. Solar Cell 시편 확인과 결과

Ⅴ. Solar Cell의 제조 공정

Ⅵ. Solar Cell의 전망

Ⅶ. 참고문헌

본문내용: ❦이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 실리콘 태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를 접합시킨 구조이다. 대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에 Br을 첨가한 P형 실리콘반도체를 기본으로 하여, 그 표면에 P을 확산시켜 N형 실리콘 반도체 층을 형성함으로서 만들어진다. 이 두 개의 반도체를 접합시킨 경계부분을 PN 접합(PN-junction)이라 하고, 이 PN 접합에 의해 전기의 흐름이 발생하게 된다. 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(+)과 전자(-)의 전기를 갖는 입자가 발생하여, 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이게 되지만, 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로, 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며, 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는데, 이것이 태양전지의 PN 접합에 의한 태양광 발전의 원리이다. 물론 빛이 흡수되는 앞면의 N형 반도체에는 빛이 반사되지 않고 흡수되도록 반사방지막을 입히게 된다.

❦이 원리에 대한 설명으로 먼저 기억해야 할 것은 전류는 전자의 흐름이라는 사실이다. 따라서 전기에너지를 생산하는 것은 전자의 흐름을 유도 시킨다는 의미가 된다. 태양전지에 빛을 쬐였을 때 전기가 발생하는 반응은 두 가지의 현상이 연속적으로 일어나는 것으로 설명 될 수 있다.

❦첫째는 전자(자유전자)가 발생되는 현상이다.

❦둘째는 이렇게 생겨난 자유전자를 외부 회로로 내 보내어 전기를 유도하는 과정이다.

❦일반적으로 금속 고체 내부에는 전자가 많이 존재한다. 전자는 원자핵을 둘러싸고 있는 shell에 결합되어 있는 묶인 전자 또는 bound electron과 금속 고체 내부를 자유롭게 돌아다닐 수 있는 free electron으로 구분된다. 이 중에서 자유전자가 전기의 흐름을 담당하게 된다. 반도체는 대체로 전기를 잘 통하지 않는 물질이다. 즉 자유전자를 많이 갖고 있지 않다는 뜻이다. 그러나 반도체에 빛을 비추면 가장 밖에 위치한 Valence shell을 돌고 있던 속박전자가 빛 에너지를 받아서 층을 이탈하여 밖으로 나와 자유전자 상태가 된다. 예를 들어 원자번호 14번인 Si은 원자핵을 둘러싸고 총 3개의 층에 각각 2-8-4개의 전자들이 돌고 있는데, 여기에 빛을 비추면 가장 밖의 층에 돌고 있던 4개의 전자가 자유전자가 되는 것이다. 빛 에너지는 원자핵에 묶여 있던 전자가 결합을 끊고 자유전자가 되도록 힘을 보태주는 셈이다. 그런데 이것만으로는 전기를 얻을 수 없다.

❦자유전자가 외부회로에 도달하게 하기 위해서 필요한 것이 바로 반도체 n-p 접합이다. 이것은 말 그대로 n-형 반도체 와 p-형 반도체를 붙여서 만든다. 이렇게 되면 접합 부분에 전기장이 생긴다. 이것은 다른 말로 하면 접합 부분에 +극과 -극을 띤 부분이 생긴다는 뜻이다. 이러한 극성 때문에 자유전자(-)는 n-형 쪽으로, 정공(+)은 p-형 쪽으로 끌리게 된다.

참고문헌: ❦태양광발전이란? 태양전지, 광전지 효과, 태양전지의 숙원인 효율향상과 원가절감에 도전하는 기업들(26/Mar/2008)

❦http://www.kpu.ac.kr/xelpa/users/energyGrad/data/attachfolder//5.pdf

❦http://3byul.net

❦http://icbank.com

❦활성층 두께변화에 따른 유기반도체 태양전지 효율평가

❦이준신, 지상전력 보급용 태양전지 현황과 전망, 한국태양에너지학회지, 2005. 제 2권 4호 pp. 35-41

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