solar cell(태양전지) 제작방법 및 실험이론

소개

현대물리실험 중에서 ITO를 전극을 이용한 태양전지를 만드는 방법으로
태양전지의 원리와 기본적인 pn접합과 어떻게 유도되어 설명하는지 알아보는 실험입니다.

목차

1. 실험목적
2. 이 론
(1) Solar Cell의 원리
(2) 빛 에너지가 전자의 흐름으로 바뀌는 이유?
(3) 자유전자들은 반도체를 빠져나와 외부회로 도달되는 과정
(4) Solar Cell의 효율
(5) 정 리

본문내용

1. 실험목적
태양 전지의 원리에 대해 이해하고 PN접합과 어떻게 유도되어 설명할 수 있는지 알아보자.
2. 이 론
(1) Solar Cell의 원리
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치.
 
<그림 1> 태양광 전지를 통해 빛 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 과정

(2) 빛 에너지가 전자의 흐름으로 바뀌는 이유?
- 이 원리에 대한 설명으로 들어가기 전에 먼저 기억해야 할 것은 전기의 흐름, 즉 전류는 결국 전자의 흐름이라는 사실이다. 따라서 전기에너지를 생산하는 것은 전자의 흐름을 유도시킨다는 의미가 된다.
태양전지에 빛을 쪼였을 때 전기가 발생하는 반응은 두 가지의 현상이 연속적으로 일어나는 것으로 설명이 가능.
1) 전자 (자유전자) 가 발생되는 현상
2) 이렇게 생겨난 자유전자를 외부 회로로 내보내어 전기를 유도
고체 내부에는 전자가 많이 존재하는데 전자는 원자핵에 결합되어 있는 것("묶인전자")과 고체 내부를 자유롭게 돌아다닐 수 있는 것("자유전자")으로 구분된다. 이 중에서 자유전자가 전기의 흐름을 담당하게 된다.
반도체는 대체로 전기를 잘 통하지 않는 물질이므로 자유전자를 많이 갖고 있지 않다. 그러므로 반도체에 빛을 비추면 "묶인전자"가 빛 에너지를 받아서 자유전자 상태로 된다. 빛 에너지는 원자핵에 "묶여" 있던 전자가 결합을 끊고 자유롭게 되도록(=자유전자가 되도록) 힘을 보태주게 된다. 그런데 이것만으로는 전기를 얻을 수 없다.
(3) 자유전자들은 반도체를 빠져나와 외부회로 도달되는 과정
자유전자가 외부회로에 도달하게 하기 위해서 필요한 것이 반도체 p-n접합이다. 이것은 말 그대로 "p-형 반도체" 와 "n-형 반도체"를 붙여서 만든다. 이렇게 되면 접합 부분에 전기장이 생기는데 이것은 접합 부분에 +극과 -극을 띤 부분이 생긴다는 뜻이 된다. 이러한 극성 때문에 자유전자는 n-형 쪽으로 (그림의 왼쪽으로) 끌리게 된다.
일단 자유전자가 n-형 쪽으로 끌려 넘어가면 다시 p-형 쪽으로 넘어올 수 없다.
(그 이유는 자유전자를 끌고 온 극성의 영향)
<그림 2> 자유 전자들이 반도체를 빠져나와 외부회로에 도달하는 과정

참고자료

· 없음