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태양 전지


  • 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 직접 전환하는 장치로, 보통 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 구조임


태양 전지


태양 전지의 구성


1.태양 전지의 구성

  • 셀, 모듈, 어레이로 구성됨

태양 전지의 구성


2.

  • 태양 전지의 기본 단위이며 p형 반도체와 n형 반도체가 접합된 구조로, p형 반도체와 n형 반도체 표면에 전극을 달아 놓은 것임


3. 모듈

  • 여러 셀을 연결하고 유리와 프레임으로 보호한 것으로, 필요한 전력을 얻을 수 있는 최소 단위


4. 어레이

  • 여러 개의 모듈을 직렬 및 병렬로 연결하여 조립한 패널로, 태양광 발전기를 구성함


태양 전지의 종류


1. 실리콘 태양 전지

  • 실리콘을 반도체의 주재료로 사용한 태양 전지로, 가장 널리 이용됨
  • 단결정 태양 전지 : 에너지 효율이 비교적 높으나, 고급 실리콘을 사용하여 단가가 비쌈 예) 대규모 발전
  • 다결정 태양 전지 : 에너지 효율이 비교적 낮으나, 저급 실리콘을 사용하여 단가가 쌈 예) 주택용 태양 전지
  • 박막형 태양 전지 : 에너지 효율이 낮으며 박막 형태를 가지므로 유리에 투명하게 붙일 수 있고, 유연하게 구부려질 수 있으며 단가가 쌈 예) 계산기, 시계


2. 화합물 반도체 태양 전지

  • 실리콘 이외의 화합물을 재료로 만든 태양 전지
  • 반도체 재료 : 구리, 갈륨, 카드뮴, 인듐, 비소, 셀레늄, 텔루륨 등


3. 염료 감응 태양 전지

  • 식물의 광합성 원리를 이용한 것으로, 태양 빛을 받으면 전자를 방출하는 특정 염료와 전해질을 이용하여 만든 태양 전지임
  • 특징 : 과일즙과 같은 천연 염료를 사용하므로 친환경적이며 제조 공정이 간단하고, 촉매로 탄소 나노 튜브를 사용해 단가가 쌈
  • 에너지 효율 : 약 4~7%로 낮은 편이나 태양 빛 이외의 가시광선으로도 작동 가능함
  • 특징 : 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성이 뛰어나서 건물, 자동차, 장식품 등 다양한 분야에 활용됨


태양 전지의 활용


1. 특징

  • 태양 전지는 햇빛이라는 제약 조건과 더불어 에너지 효율, 설치 조건 등이 종류에 따라 다름


2. 활용

  • 실리콘을 이용한 1세대 전지에서 다양한 가능성을 가진 차세대 전지까지 개발되었으므로, 대용량의 발전소뿐만 아니라 소규모로 다양하게 활용 가능함
  • 휴대용 : 휴대전화 뒷면, 모자, 자켓, 가방, 계산기 등에 설치
  • 소규모 : 건물의 옥상이나 창문, 자동차, 배 등에 설치
  • 대규모 : 바다위, 사막, 건물벽, 도로 방음벽에 설치


3. 과제

  • 에너지 효율이 높고, 값싸면서 다양한 기능을 가진 태양 전지를 만들고 이를 다양하게 활용할 수 있는 아이디어와 혁신적인 디자인이 필요함


관련문제

문제

01

태양 전지의 활용에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

<보기>

<보기>

ㄱ. 사막 같이 큰 면적이 확보되는 곳에서는 큰 전력을 얻을 수 있다.

ㄴ. 건물 벽이나 유리창은 효율이 떨어져 이용되지 않는다.

ㄷ. 옷이나 배낭은 구부러지므로 태양 전지를 붙일 수 없다.

선택지

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄷ

④ ㄱ, ㄴ

⑤ ㄴ, ㄷ

정답 :

해설 :

태양의 빛에너지는 면적에 비례하므로 대규모의 설치 면적이 있거나 면적이 소규모라도 많이 설치하면 많은 전기 에너지를 얻을 수 있음

문제

01

그림은 태양 전지 소자의 p-n 접합면 근처에 태양 빛이 비치는 모습을 나타낸 것이다. 이때 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

<보기>

태양 전지


<보기>

ㄱ. 전자가 전도띠로 이동하면서 양공이 생긴다.

ㄴ. 전자는 형성되어 있는 전기장에 의해 p형 반도체로 이동한다.

ㄷ. 전구를 p형 반도체와 n형 반도체에 연결하면 전류는 n형 반도체에서 전구를 통과해 p형 반도체로 들어간다.

선택지

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄷ

④ ㄱ, ㄴ

⑤ ㄱ, ㄷ

정답 :

해설 :

전도띠의 전자는 n형 반도체로 이동하고 양공은 p형 반도체로 이동하므로 p형 반도체가 (+)극, n형 반도체가 (-)극이 됨

참고서 연관목차

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  1. 1.시공간과 우주

    1. 1 . 시간, 공간, 운동

    2. 2 . 시공간의 새로운 이해

  2. 2.물질과 전자기장

    1. 1 . 전자기장

    2. 2 . 물질의 구조와 성질

  3. 3.정보와 통신

    1. 1 . 소리와 빛

    2. 2 . 정보의 전달과 저장

  4. 4.에너지

    1. 1 . 에너지의 발생

    2. 2 . 힘과 에너지의 이용

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