E D R , A S I H C RSS

태양전지

last modified: 2014-12-11 18:19:06 by Contributors

영어 : Solar Cell [1]
한국어 : 태양 전지
보통 쓰는 말 : 쏠라셀
비슷한 계통 : 광전지

Contents

1. 개요
2. 전지의 계통
2.1. 구성물질 기준
2.1.1. SI 계통
2.1.2. 기타 화합물 반도체
2.2. 결정구조 기준
2.2.1. 결정질
2.2.2. 비정질(amorphous silicon)
2.3. 소자구조 기준
2.3.1. 벌크(Bulk)
2.3.2. 박막(Thin Film)
2.3.3. 양자점 (Quantum Dot)
2.3.4. 염료감응(Dye-Sensitized Solar Cell)

147AB3584D5B5DBB27ABB1.gif
[GIF image (170.87 KB)]

1. 개요

햇빛을 받아[2] 실리콘 내부의 정션[3] 한계치를 넘어서면 전자가 재배치되어 PN 사이에 전기가 발생되는 것이다. 이것의 역과정이 LED.
이것을 한단어로 표현하자면 바로 광전효과.

2. 전지의 계통

2.1. 구성물질 기준

2.1.1. SI 계통

실리콘을 의미한다. 절대로 프로그래머가 죽어나가는 그곳이 아니다. 에너지 밴드 구조가 indirect이기 때문에 에너지의 일부가 원자핵의 진동(phonon)으로 새어나가 효율은 좋지 않으나 가장 널리 쓰인다. 이유는 싸고, 전자쪽에서 많이 쓰기 때문에 소자제조기술이 발전되어있으며 산화만 시키면 바로 절연체를 만들 수 있어 제어가 쉽고 다른 물질들보다 독성이 적은 동시에, 최대로 반응하는 빛의 에너지 대역이 indirect 물질중에서는 대기를 통과한 햇빛과 유사해 효율이 가장 좋기 때문.

2.1.2. 기타 화합물 반도체

II-VI족 ; CdTe, CIS, CuInSe², CdS, CdTe, ZnS 등
III-V족 ; GaAs, InP, GaInAs, GaAlAs 등

Si와는 달리 전부 direct 밴드구조를 갖는다. 원자핵의 진동으로 에너지가 새어나가는게 적어져 효율이 높기 때문.
이중에서 GaAs계열은 우주에 떠있는 인공위성용으로 사용되는등 훌륭한 성능을 자랑한다. 그만큼 당연히 가격도 비싸다(...)[4]

2.2. 결정구조 기준

2.2.1. 결정질

우리가 주위에서 가장 흔히 볼 수 있는, 이 페이지의 맨 위에 걸려있는 이미지가 바로 결정질(다결정) 태양전지다. 종류로는 다결정과 단결정 방식 2가지가 있는데 단결정은 검은색, 다결정은 파란색으로 나타난다. 다만 이 색은 소자 자체의 색뿐만 아니라 표면의 여러 가공층에 의한 색도 있으며, 각 소자에 맞는 최적의 가공을 하다보니 색이 달라지는 것. 가장 확실한 구분법은 빛에 비추었을 때 반짝이는 덩어리처럼 보이는 주변과 다른 부분들이 있는지 확인하는 것으로, 이 덩어리 하나하나가 결정이다. 전체가 똑같이 빛나면 단결정, 다르게 빛나는 덩어리가 보이면 다결정, 소자 자체가 박막형인 경우는 다음에 설명할 비정질.
주요 특징만을 간단히 정리하자면

  • 단결정 - 검은색 , 효율 높다 , 비싸다
  • 다결정 - 파란색 , 효율 낮다 , 싸다

단결정은 효율은 더 높으나 제조공정에 고열이 필요해 가격이 비싸고 창문을 비롯한 다양한 공간에 사용할 수 있는 박막형태로의 제조가 힘들다. 규소를 단순히 용융하여 얇게 뿌려 식히는 수준의 것은 아니기 때문이다. 규소의 단결정질을 유지하고 있어야 웨이퍼로 사용할 수 있는데 이는 단순한 주괴 제조 방식으로는 만들 수 없다. 그래서 초크랄스키법 같은 실리콘 결정 성장기술을 이용하는데, 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액으로 만들고, 이것을 균일한 둥근 막대 모양의 단결정으로 식힌다. 여기서 성장된 단결정 덩어리(잉곳(ingot))를 다이아몬드 소우 머신을 이용해 균일한 두께로 절단하면 웨이퍼가 된다. 얇게 자르는게 상당한 기술력을 요구하는 부분이라 이걸 얼마나 얇게 하느냐에 따라서 가격도 천차만별로 변한다. 국내의 기술기준으로는 두께를 100㎛(마이크로 미터)이하가 되도록 잘라야 경제적인 두께로 인정하고 있다.

2.2.2. 비정질(amorphous silicon)


비정질 방식의 큰 특징은 도포가 가능하다는 점이다. 에너지도 적게 든다. 결정적으로 가격도 싸다. 그래서 단결정이나 다결정 방식보다 재료가 덜 들어 생산비를 절감할 수 있다. 발전량도 다결정보다 효율이 떨어지지만 온도차에 따른 발전량의 저하가 결정질보다 낮기때문에 사막같이 매우 온도가 높은 지방에서 효율적으로 사용할 수 있다. 그 외에도 휘어지는등의 특징덕분에 아웃도어용, 혹은 군사용으로 각광을 받고 있다.

2.3. 소자구조 기준

2.3.1. 벌크(Bulk)

상대적으로 두꺼운 단결정 소자에 도핑을 가하는 방식으로 제조된 상대적으로 두꺼운 소자. 수명이 길다는 장점이 있다.

2.3.2. 박막(Thin Film)

모든 층이 얇게 제조된 소자. 활용이 쉽고 소자간의 연결구조를 쉽게 만들 수 있으며 재료도 적게 드나 수명이 짧고 단순구조로는 효율이 약간 떨어진다. 때문에 여러 층을 겹쳐 여러 주파수대역에서 오는 출력을 합할 수 있도록 제조된다.

2.3.3. 양자점 (Quantum Dot)

단순한 p-n 접합 다이오드구조를 사용하지 않는다. 에너지 밴드 간격이 서로 다른 두 물질중 큰 물질을 배경으로, 작은 물질을 여기 점처럼 분포시키면 서로 다른 밴드간격이 점 형태의 포텐셜 우물을 형성하는 것을 이용한다.
이 소자를 역으로 돌리고 사용된 물질의 굴절률이 일정 조건을 만족하면 레이저가 발진된다.

2.3.4. 염료감응(Dye-Sensitized Solar Cell)

식물의 광합성처럼 염료가 빛을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 방식. 다양한 색을 낼 수 있어 실내 에서의 이용이 기대된다.

이 외에도 여러 방식이 있다.

----
  • [1] 정확하게 표현하면 Photovoltaic cell(PV-cell)이라고도 표현하며 이쪽은 주로 재료공학 쪽 전공자들이 사용한다.
  • [2] 이거 엄청나게 중요하다. 햇빛에만 작동하는가 다른 모든 종류의 빛에 작동하는가에 따라 태양전지에서 광전지로 이름이 바뀔 수 있다.
  • [3] 다른 데에선 금지 영역이라고 하는데, 생각하는 그 PN 사이에 강한 전기장이 생기면서 정공이 생기는 접합부 맞다.
  • [4] 무게대비 높은 변환효율, 방사선과 우주선에 우수한 내성등을 가진것에 부합되는 특징을 가지고 있다.
Valid XHTML 1.0! Valid CSS! powered by MoniWiki
last modified 2014-12-11 18:19:06
Processing time 0.0644 sec