안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
태양광 발전은 터빈을 돌려 전자기 유도 현상을 이용하는 다른 발전 방식과 달리, 반도체가 빛을 받아 전기를 직접 생산하는 광기전력 효과를 이용합니다.
태양전지는 전자가 남는 N형 반도체와 전자가 부족한 P형 반도체를 접합하여 만든 P-N 접합 구조입니다. 두 반도체의 경계면에는 자연스럽게 한쪽 방향으로만 전자가 움직이도록 유도하는 내부 전기장이 형성됩니다.
광기전력이 작동하는 과정으로 먼저, 태양 빛 입자가 반도체 표면에 부딪히면, 빛의 에너지가 반도체 원자에 전달되고 빛 에너지를 얻은 전자가 결합을 깨고 튕겨 나가면서 자유 전자와 전자가 빠져나간 빈자리인 양공이 만들어집니다. P-N 접합부의 내부 전기장에 끌려 전자는 N형 반도체 쪽으로, 양공은 P형 반도체 쪽으로 나뉘어 이동하게 되고, N형 반도체 쪽에 전자가 빽빽하게 모인 상태에서 외부 도선을 연결하면, 전자가 도선을 타고 P형 반도체 쪽으로 이동하면서 직류가 만들어집니다.
화력, 풍력, 원자력 발전 등은 터빈을 돌려 자석과 코일 사이의 전자기 유도 현상으로 전기를 만들어냅니다. 반면 태양광 발전은 반도체 물질 내부에서 일어나는 빛과 전자의 양자역학적 상호작용만으로 전력을 얻습니다.