지붕 위 태양광 패널이 전기를 생산하는 핵심 기술은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전효과 현상 때문인데요. 태양광 발전의 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

지붕 위 태양광 패널이 전기를 생산하는 핵심 기술은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전효과 현상 때문인데요. 태양광 발전의 과학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

요즘 각광받고 있는 신재생 에너지인 태양광 발전은 불순물 반도체의 광발전 효과를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

태양전지 셀은 전자가 풍부한 n형 반도체와 전자가 부족하고 양공이 풍부한 p형 반도체를 붙여 만든 p-n 접합의 다이오드 소자입니다. 태양빛의 광자가 반도체 표면에 충돌할 때, 광자의 에너지가 반도체의 밴드갭 에너지보다 크면 원자핵에 묶여 있던 전자가 튕겨 나오게 되고, 이때 자유 전자(-)와 전자가 비어 있는 양공(+)이 생성됩니다. 접합면에 존재하던 내부 전기장의 끌어당기는 힘에 의해 자유 전자는 n형 반도체 쪽으로, 양공은 p형 반도체 쪽으로 이동하게 되어, 전자가 n형층에, 양공이 p형층에 차곡차곡 쌓이면서 두 층 사이에 전압(기전력)이 발생합니다. 패널 상하단 전극에 외부 도선을 연결하면 n형에 갇혀 있던 전자들이 도선을 타고 p형 쪽으로 이동하며 흐르기 시작하는데, 이것이 바로 우리가 사용하는 전기입니다.