태양전지(太陽電池, Solar Cell, Photovoltaic cell(PV-cell))는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치를 말한다. 광전지라고도 한다. P-N 접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 금지대폭보다 큰 에너지의 빛이 조사되면 전자와 양공이 발생하여 접합영역에 형성된 내부전기장이 전자는 N형 반도체로, 양공은 P형 반도체로 이동시켜 기전력이 발생한다. N형 반도체, P형 반도체 각각 부착된 전극이 부극과 정극이 되어 직류전류를 취하는 것이 가능해진다. 태양전지 반도체의 재료로서는 실리콘뿐만이 아니라 갈륨비소, 카드뮴텔루르, 황화카드뮴, 인듐인 또는 이 재료들 사이의 복합체를 사용하고 있으나, 일반적으로 실리콘을 쓴다.
과거 2007년에는 태양광전지로 만드는 전기 비용이 우리가 지금 집에서 사용하고 있는 전기 값보다 5배정도 비쌌지만, 그 단가는 점점 낮아져서 경제성을 갖춰가고 있다.
개요
태양전지는 태양의 빛 에너지를 이용해서 전기를 만들어내는 장치를 말한다. 반도체 물질과 광기전효과를 이용한 것으로 반도체의 '밴드갭(Eg)'보다 같거나 큰 에너지를 가진 빛이 물질에 조사될 경우 전자가 높은 에너지준위로 들떠 외부회로에서 일을 하는 구조다. 실제 현상은 이렇지만 전자가 빠져나가고 남은 부분을 설명할 때 수많은 전자를 동시에 계산하려면 어림도 없으므로 전자가 빠져나간 빈 부분을 양전하로 취급하는 양공의 개념을 도입해 전자-양공쌍(electron-hole pair), 혹은 엑시톤(Exciton)[3]이 발생하고 p-n 접합구조가 기본적으로 가진 내부 전기장에 의해 분리되어 외부회로로 흘러가 일을 하게 만드는 것이라고 설명하는게 보통. LED는 거꾸로 소자에 전기를 흘려 빛을 생성하는 것으로, LED와 태양전지는 동작방향이 정반대다. 대부분의 발전방식과는 달리 직류를 만들어내는 게 기본이다.
광기전효과(光起電效果, photovoltaic effect)는 광전효과(光電效果, photoelectric effect)와는 유사하나 다른 현상이다. 광전효과는 빛의 입자설에 대한 증거로 물질에 그것의 일함수 이상의 에너지를 가진 전자기파가 조사될 경우 외부(주로 진공)로 전자를 방출하는 효과를 의미하며 광기전효과는 빛에 의해 들뜬 전자정공이 기전력(起電力)을 가져 전류 뿐만 아니라 전압, 즉 일을 할 수 있는 상태가 되는 것을 말한다.
에너지원이 사실상 무한한 태양광이라는 메리트와 친환경발전이라는 점에 의해 재생에너지로 각광 받고 있으나 낮은 효율과 상대적으로 높은 생산단가, 월등히 높은 부지 면적 요구도, 그리고 태양광이 가장 강렬하게 내려쬐는 적도나 고온 지방이 아닌 이상 충분한 전력량을 확보하는게 힘든 태양광의 불연속성[4]에 의해 단점도 많아 많은 연구가 필요한 에너지원이다. 여기서도 메이드 인 차이나의 위엄은 여전해서 중국이 본격적으로 참여하자 가격이 급격히 떨어졌으며, 연구가 아닌 단순 제조는 중국으로 넘어가는 추세다.
이걸 다루는 자격증으로 신재생에너지발전설비기능사(태양광), 신재생에너지발전설비기사(태양광)가 있다. 2013년에 개설되어서 인지도가 바닥을 달린다.
우주에서 원자로 다음으로 가성비가 좋은 발전기이기도 하다. 물론 원자로를 우주에 올리는 건 비용 문제 뿐만 아니라 핵 미사일 발사나 다름없는 정치적 부담이 문제라, 우주 발전기 중 끝판왕.
영어로는 Solar Cell 혹은 Photovoltaic cell(PV-cell, PVC)이라고 한다. 이쪽은 주로 재료공학 쪽 전공자나 경제 증권 뉴스 쪽이 사용한다.
참고자료
같이 보기
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