신소재공학실험 | 태양전지

 

 

 

TIP

 

 

태양전지의 원리인 광전효과를 이해하고, pn접합에서 일어나는 과정을 분석해본다. 광원의 거리와 입사각에 따라 달라지는 I,V를 바탕으로 I-V커브, P-V커브를 그려 광전효과의 차이를 태양전지 매개변수로 분석한다.

 

 

 

태양전지

태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생하는 전기변환 장치이다. 그래서 배터리와는 다르게 전기를 축적하는 기능은 없다. 빛에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있기 때문에 원자력발전소나 화력발전소로부터 전기를 생산하는 방식보다 친환경적으로 전기를 생산할 수 있다. 태양전지는 원자 수준에서 태양광에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자이다. 사용되는 재료는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘으로 만들어진다.

 

태양전지는 pn접합으로 이루어진 다이오드이다. 태양전지는 에너지를 갖고 있는 빛이 재료의 표면에 조사될 때 전압과 전류가 발생되는 광전효과를 응용한 전자소자이다. 태양전지의 빛 에너지보다 작은 밴드갭을 갖는 반도체는 태양전지의 빛을 받으면 에너지를 흡수하여 가전자대에 있는 공핍영역에서 공유결합에 참여한 전자를 전도대로 여기 시킬 수 있다. 전자가 여기되면서 빈자리에는 정공이 생긴다. 여기된 자유전자는 n-type쪽(전위↑), 정공은 p-type(전위↓)으로 자발적으로 이동한다. 전자와 정공이 양 끝단에 모이게 되면 양 끝단 전극들 사이에 전위차(이 전위차는 계면 전위차가 아니다.)가 발생한다. 두 끝단 전극을 연결하면 전류가 발생한다. 이를 태양전지로 활용하는 것이다.

 

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실험 방법

1. 거리에 따른 비교

1) 태양전지를 준비한다.

 

2) 거리를 30㎝로 고정한다.

 

3) 저항을 Short Circuit, 1Ω, 3Ω, 5Ω, 10Ω, 50Ω, 100Ω, 200Ω open 으로 변화를 주어 I와 V를 측정한다.

 

4) 이를 40㎝, 50㎝로도 측정한다.

 

5) 측정된 값을 I-V, P-V커브로 그리며  V_sc, I_sc, FF, η를 측정해보며, 차이가 나는 이유를 고찰해본다.

 

2. 각도에 따른 비교

1) 태양전지를 준비한다.

 

2) 저항을 10Ω, 거리를 40㎝로 고정한다.

 

3) 각도를 10°간격으로 0～90°까지 측정한다.

 

4) 측정된 값을 I-V, P-V커브로 그리며 V_sc, I_sc, FF, η를 측정해보며, 차이가 나는 이유를 고찰해본다.

 

 

 

[신소재공학실험]태양전지 레포트