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태양전지

1학년 1반 내 과학에너지소개대회 1등 작품
by

호재 전

on 10 November 2014

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Transcript of 태양전지

다양한 개발 분야가 있다 .








1 . 크기가 커서 태양 에너지 흡수에 효율이 큰
고효율형
.








2 . 크기가 작아서 휴대가 쉬운
필름형
.
photo credit Nasa / Goddard Space Flight Center / Reto Stöckli

태양 전지
, 전기 에너지를 만들어내는 신재생에너지 .
태양에너지 , 과연 어떻게 하면 효율적으로 이용할 수 있을까 ?
태양 전지 , 작동 원리가 어떻게 될까 ?
태양 전지
, 과연 그것이 뭘까 ?
태양전지 ,
혹은
태양광 발전기
라고 불리는 이 반도체는 ,
태양전지의
장점
우리들은 지금까지 태양전지의 사용 예 , 구동 방법에 대해서 알아보았다 .
그렇다면 , 과연 태양전지의 장점에는 어떠한 것이 있을까 ?
태양전지의
단점
그렇다면 , 과연 태양전지는 좋은 것만 있을까 ?
하지만 아무리 좋은 것이라도 단점은 있기 마련이다 .
그렇다면 , 태양 전지를 더욱 좋게 만들 순 없을까 ?
있다면 , 방법이 어떤 것이 있을까 ?
1 .
지구에서는 24시간 모두 태양이 떠 있는것이 아니다 .
하지만 ,
우주에서 태양전지를 발전
시켜서 ,
지구에 전력을 송전
시키는
기술이 생긴다면 , 전과 달리
엄청난 에너지를 발전
시킬 수 있지 않을까 ?
세계 최초 종이처럼 구부러지는 태양 전지 개발
지구상에 도달하는 태양 에너지량은


12만 테라와트(1TW= 10^12W)
라고 한다 .
그리고 연간 지구가 소비하는 에너지량은
약 15 테라와트
이므로
인류가 소비하는
에너지의 약 8000배 가량이 태양으로부터 지구로 도달
한다 .
N형 반도체
에는

전자(-)
가 많고 ,

P형 반도체
에는
양공(+)
이 많다 .
여기에
태양광을 쬐면
,
태양 에너지
가 반도체 내에
활발한
자유전자(-)를 생성
하게 된다 .
태양전지 사용의 예
인공위성은 어떻게 하면 연료 공급 없이 계속해서 활동을 할 수 있는걸까 ?

정답은 바로 인공위성의 날개 부분의
태양전지
이다 .


인공위성은 지구보다 더 많은 태양 에너지를 받아서 그것을 전기 에너지로
전환할 수 있기 때문에
, 인공위성에는 따로
연료 공급이 필요가 없다 .
태양전지를 이용한 가정의 전기 요금 절감
태양전지를 이용한 인공위성의 무한한 연료 공급
태양 전지가 전기를 생성
해 내서 ,
태양 전지의 사용 이전보다
전기 요금을 절감
시킨다 .
태양전지를 이용한 가로등
우리 학교에도
태양전지 가로등이 설치되어 있다 .

아침에 태양 에너지를 전기 에너지로
저장
했다가 ,
밤에 빛 에너지로 전환
시켜서
전등을 작동시킨다 .
그러다 보니 ,
전자(-)

양공(+)
이 PN접합에 의해 생긴 전계로 인해
이동
하면서 전자(-)는 N형 반도체에, 양공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨
그렇게
전자와 양공이 이동을 하고 , 표면에 전극을 형성하여
전자를 외부 회로로 흐르게 하면 , 전구가 작동
하게 되는 것이다 .
그렇다면 , 전기는 어디에서 만들어지는가 ?
태양광에 의해 생성된
자유전자
들은 ,
N층
에 모여있다가,
전선을 타고 이동
, 그리고
전자가 이동하는 방향의 반대방향으로
전류가 형성
하게 된다 .
*전류는 , +극에서 -극으로 이동하지만 ,
전자는 -극에서 +극으로 이동한다 .
전자 :
초록색
양공 :
빨간색
전자 :
초록색
양공 :
빨간색
1
2
발전원이 태양이기 때문에 ,
무공해 무제한
발전이
가능하다 .
3
1
말 그대로 ,
태양전지는 발전을 할 수 없게 된다 .
2
태양전지는 외관상으론 단단해 보이지만 ...
3
다른 대체에너지에
비해 변환 효율이 낮다 .
태양 전지 : 15 ~ 20 %
풍력 에너지 : 20 - 40 %
연료 전지 : 40 ~ 60 %
수력 에너지 : 30 %
태양전지는 태양이 절대적으로 필요하다 .
그렇다면 태양이 없을 때는 어떻게 될까 ?


역할


만든이
:
전호재

발표 :
전호재 , 이현복


정보 지원
:
서동훈 , 이현복 ,


채수본 , 이영지 , 한대현 ,
이용준 , 정종훈
4
필요한 장소에서 필요량을 바로 생산 가능
하다 .
4
바깥에 설치를 하다 보니 ,
외부적 파손이 되기 쉽다 .
설치 장소가 한정적
이고 ,
설치 비용이 상당
하다 .
그렇다면 , 왜 전류와 전자의 방향은 반대방향일까 ?
전기가 발견이 되고 ,

이에 따라 전류와 저항 전압들의 개념들이 생겨났는데 , 문제는 그당시 전류가 무엇이 흐르는 것인지를 몰랐던 것이다 .

+와 -의 전기는 알지만
이러한
현상이 일어나는
원인

무엇이 흐르는지를 몰랐기 때문

전류는 +에서 - 로 흐른다
고 정의
하고 그렇게 널리 사용되었던 것이다.

그러다가 , 전류의 원인이 전자의 이동이라는 것이 밝혀짐에 따라 전류의 방향과 전자의 이동방향이 반대라는 것을 알게 되었다 .

그렇다고 해서 전세계가 +에서 -로 그렇게 오랜시간동안 전류의 방향으로 사용하고 있었던것을 한순간에 바꾸기에는 무리가 있었다 .

그에 따라 전류는 +에서 -로 흐르지만 전자의 이동방향은 -에서 +이다 . 라고 하여 옛것을 그대로 사용하면서 지금까지 이어졌다 .
실은 그닥 단단하지가 않다고 한다 .
태양에너지를 결과적으로 전기 에너지로 만들어주는 장치를 말한다 .
최근에 가격이 싸고 효율이 높은 태양전지가 늘어나고 있다 .
염료감응형 태양전지 ( Dye-sensitized solar cell , DSSC )
1971년 스위스 연방 기술원 ( EPEL ) 이라는 곳에서 처음 만들어졌고 ,
한국에서는 한국전자통신 연구원에서 처음으로 만들어진 효율성이 좋은 가장 최신의 태양전지 .
장점

값싼 유기염료와 나노기술을 이용해서 저렴
하면서도
고도의 에너지 효율을 갖춰
기존의 실리콘 반도체 태양전지에 비해 제조단가를
3분의 1에서 최대 5분의 1까지 낮출 수 있다 .

특히
유리에 활용할 경우 투명하고 다양한 색상의 구현이 가능

기존의 실리콘 반도체 태양전지에 비해
미관을 해치지 않고
건물의 유리창이나 자동차 유리에 그대로 활용이 가능
하다는 점이 큰 장점 .
태양광 전지판을 건축물의 외장재로 사용하여 건설비용을 줄이고
건물의 가치를 높이는 디자인 요소를 가지고 있는 건물일체형 태양광발전시스템.
설치 공간을 위한 별도의 부지 확보가 필요 없기 때문에
기존의 독립형 태양광 발전 시스템보다 경제성 측면에서 유리하다.
태양전지의 종류
태양전지의 역사
1839년
E.Becquerel(프랑스)이
최초로 광전효과(Photovoltaic effect)를 발견

1870년대
H. Hertz의 Se의 광전효과연구 이후 효율 1~2%의 Se cell이 개발되어 사진기의 노출계에 사용

1940년대~1950년대초
초고순도 단결정실리콘을 제조할 수있는 Czochralski process가 개발됨

1954년
Bell Lab.에서 효율 4%의 실리콘 태양전지를 개발

1958년
미국의 Vanguard 위성에 최초로 태양전지를 탑재한 이후 모든 위성에 태양전지를 사용

1970년대
Oil shock이후 태양전지의 연구개발 및 상업화에 수십억 달러가 투자되면서 태양전지의 상업화가 급진전

현재
태양전지효율 7∼20%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $4/W 내외, 발전단가 $0.2∼0.5/kWh
김유빈♥이성호
태양광 발전기 설치 사례
여기에
태양광을 쬐면
,
태양 에너지
가 반도체 내에
활발한
자유전자(-)를 생성
하게 된다 .
초록색 : 전자
빨간색 : 양공
자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에
들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 양공(+)은
P형 반도체에 이르게 됨 , 그리고 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생 .
전계 : 전하를 가진 물체(대전체)나 전압이 가해진 선의 주위에서 전기력이 작용하는 장소
미국에서의 태양전지 개발
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