태양광 패널의 이론적 효율 한계의 이유는?
태양광 패널의 효율과 관련하여 계속 올라가고는 있다고 하는데, 일정 수준 이상이 어렵다고 알고 있습니다. 이게 어떤 이유 때문에 효율 한계가 존재하는 것일까요?
안녕하세요. 구본민 박사입니다.
밴드갭 한계 : 빛 에너지 중 일부만 전기로 변환 가능
열 손실 : 너무 강한 빛은 열로 사라짐
반사,투과 손실 : 일부 빛은 흡수되지 않음
이론적 한계 : 단일 태양전지는 약 33%가 최대
정리해 보면, 태양광 효율 한계는 재료의 물리적 성질과 에너지 변환 원리 때문에 존재하며, 구조적으로 완전 극복은 어렵습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
태양광 효율에는 태양광 스펙트럼과 반도체 밴드캡 불일치로 생기는 열 손실 투자손실 때문에 이론적 한계가 존재합니다 고에지 광자는 열로 낭비되고 저에너지 광자는 흡수되지 않습니다 또한 재결합 저항 반사 손실이 누적되어 일정 수준 이상 상승이 어렵습니다
안녕하세요. 김상엽 전문가입니다.
태양광 패널의 이론적 효율 한계는 태양빛의 물리적 특성과 반도체의 특성 때문에 존재합니다. 태양광은 다양한 파장의 빛으로 구성되어 있는데, 태양전지에 사용되는 반도체는 특정 에너지 이상의 빛만 전자로 변환할 수 있습니다. 이보다 에너지가 낮은 빛은 그대로 통과하거나 흡수되지 못합니다.
반대로 에너지가 너무 높은 빛은 전자를 들뜨게 만들고 남는 에너지는 열로 버려집니다. 이 과정에서 광자의 에너지를 100% 전기에너지로 바꾸는 것이 구조적으로 불가능해집니다. 이러한 이유로 단일 접합 태양전지는 이론적으로도 효율 한계가 정해져 있으며, 이를 쇼클리-퀘이저 한계라고 부릅니다.
실제 환경에서는 반사 손실, 내부 저항, 온도 상승에 따른 성능 저하까지 더해져 효율이 더 낮아집니다. 그래서 최근에는 다중 접합 구조나 새로운 소재를 이용해 한계를 넘기려는 연구가 진행되고 있지만, 물리법칙 자체가 존재하는 한 무한정 효율을 올리는 것은 어렵다고 이해하면 됩니다.안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
말씀하신데로 태양광 패널의 효율은 제한적입니다. 그리고 가장 큰 이유는 빛의 에너지랑 반도체의 밴드갭이 일치하지 않기 때문입니다. 실리콘보다 에너지가 낮은 빛은 흡수되지 못하고 투과됩니다. 그리고 에너지가 너무 높은 빛은 전기 대신 열로 낭비됩니다. 여기에 내부 저항과 전자 재결합 현상까지 더해지게되는데, 그러면 실제로 상용화되는 제품은 20% 초중반대 밖에 효율이 나오지 않아요. 그러다보니 지금도 한계를 극복하기 위해서 과학자들은 여러 층을 쌓아서 다양한 파장의 빛을 잡는 탠덤 구조를 연구하고 있습니다.