태양 전지란?- 유형, 구성 및 작업

태양전지란?

태양 전지 또는 광전지는 물리적, 화학적 현상인 광기전력 효과에 의해 빛의 에너지를 직접 전기로 변환하는 전기 장치입니다. 개별 태양 전지 장치를 결합하여 태양 전지판이라고도 하는 모듈을 형성할 수 있습니다.

태양 전지는 어린이 장난감, 손전등, 계산기 및 위성 등 거의 모든 곳에서 찾을 수 있습니다. 태양 전지는 태양광 전지(PV)라고도 합니다. Photo는 "빛"을 의미하고 Voltaic은 "전기"를 의미하며 가시광선에서 직접 전기를 발생시키는 광기전력 효과를 의미합니다.

전기적으로 연결되어 프레임에 배치되는 PV 셀 그룹을 모듈(또는 태양 전지판)이라고 하며, 이 모듈을 더 큰 그룹의 모듈로 결합하여 태양계를 형성할 수 있습니다.

태양광 전지는 가장 일반적으로 사용되는 실리콘과 같은 반도체로 만들어집니다. 빛이 세포에 닿으면 그 일부가 반도체 물질에 흡수됩니다. 흡수된 빛의 에너지는 반도체로 전달됩니다. 전달된 에너지는 전자를 방출하여 자유롭게 흐르게 합니다.

PV 전지에는 빛 흡수에 의해 방출된 전자가 특정 방향으로 흐르도록 하는 전기장이 있습니다. 이 전자의 흐름은 전류입니다. PV 셀의 상단과 하단에 부착된 금속 접점으로 외부 사용을 위한 전원을 끌어올 수 있습니다.

 

태양 전지의 건설

비소, 인듐, 카드뮴, 실리콘, 셀레늄 및 갈륨과 같은 반도체 재료는 PV 전지를 제조하는 데 사용됩니다. 일반적으로 실리콘과 셀레늄은 셀을 제조하는 데 사용됩니다.

실리콘 광전지의 구조를 보여주는 다음 그림을 고려하십시오. 셀의 상단은 빛이 쉽게 재료에 들어갈 수 있도록 p형 재료의 얇은 층으로 만들어졌습니다. 금속 링은 각각 양극 및 음극 출력 단자로 작동하는 p형 및 n형 물질 주위에 배열됩니다.

다결정 또는 단결정 반도체 재료는 PV 전지의 개별 단위를 형성합니다. 단결정 셀은 반도체 재료의 부피에서 잘라냅니다. 다중 셀은 여러 면이 있는 재료에서 얻습니다.

셀의 각 단위에서 얻는 출력 전압과 전류는 매우 작습니다. 출력 전압은 0.6V이고 전류는 0.8V입니다. 다양한 셀 조합을 사용하여 출력 효율을 높입니다.

태양 전지 다이어그램

 

태양 전지의 작동

태양광이 태양 전지에 닿으면 실리콘의 전자가 방출되어 "구멍"이 형성됩니다. 이것이 전기장에서 발생하면 전기장은 전자를 n형 층으로, 정공을 p형 층으로 이동시킵니다.

알아요. 로켓 과학처럼 보이지만 자세히 논의하지는 않겠습니다. 태양 전지는 p형과 n형 실리콘이라는 두 가지 유형의 반도체로 만들어집니다.

p형 실리콘은 실리콘보다 외부 에너지 준위에서 전자가 하나 적은 붕소 또는 갈륨과 같은 원자를 추가하여 생성됩니다. 붕소는 주변 실리콘 원자와 결합을 형성하는 데 필요한 것보다 전자가 하나 적기 때문에 전자 결손 또는 "정공"이 생성됩니다.

n형 실리콘은 인과 같이 실리콘보다 바깥쪽에 전자가 하나 더 많은 원자를 포함하여 만들어집니다. 인은 외부 에너지 준위에서 4개가 아닌 5개의 전자를 가지고 있습니다. 그것은 인접한 실리콘 원자에 결합하지만 전자는 결합에 관여하지 않습니다. 대신 실리콘 구조 내에서 자유롭게 이동할 수 있습니다.

태양 전지는 n형 실리콘 층 옆에 배열된 p형 실리콘 층으로 구성됩니다. n형 층에는 과량의 전자가 있고 p형 층에는 과도하게 양전하를 띤 정공이 있습니다.

두 층의 접합부 근처에서 접합의 한쪽(n형 층)에 있는 전자는 접합(p형 층)의 다른 면에 있는 정공으로 이동합니다. 이것은 전자가 정공을 채우는 공핍 영역이라고 하는 접합 주위에 영역을 생성합니다.

공핍 구역의 모든 정공이 전자로 채워지면 공핍 구역의 p형 면(정공이 원래 존재했던 곳)은 이제 음으로 하전된 이온을 포함하고 공핍 구역의 n형 면(전자가 존재했던 곳)은 ) 이제 양전하 이온을 포함합니다.

이러한 반대 전하를 띤 이온의 존재는 n형 층의 전자가 p형 층의 정공을 채우는 것을 방지하는 내부 전기장을 생성합니다.

n형 층과 p형 층을 금속선으로 연결하면 전자는 공핍대를 지나 n형 층에서 p형 층으로 이동한 다음 외부 와이어를 통해 n형 층으로 되돌아갑니다.

 

태양전지의 종류

1. 단결정 태양전지
이 태양 전지판은 인공적으로 성장한 결정체에서 추출한 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용하여 만들어집니다. 단독으로 개발된 단결정은 이러한 세포를 형성하고 가장 효율적으로 만드는 데 도움이 됩니다.
이것이 다른 유형 중에서 가장 비싼 이유입니다. 대응하는 다결정 전지에 비해 단결정 태양 전지는 약 35% 더 비싸고 15-24% 사이의 효율을 제공합니다.

2. 다결정 태양전지

다결정 태양 전지는 인공적으로 성장한 결정에서 파생된 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용하여 만들어지지만 단결정이 아니라는 유일한 차이점이 있습니다. 오히려 그들은 동시에 전파되는 여러 개의 맞물린 실리콘 결정을 사용합니다.
따라서 생산 비용이 저렴하고 여전히 13-18%의 효율성을 제공합니다.

3. 비정질 태양전지

가장 저렴한 형태의 태양 전지는 비정질 태양 전지입니다. 이들은 독특한 방식으로 제조되는 새로 출시되는 셀입니다. 그들은 수정의 사용을 피합니다. 대신, 이들의 생산 공정에는 후면 기판에 얇은 실리콘 증착이 포함됩니다.
비정질 태양 전지는 두 가지 주요 이점을 제공합니다. 극도로 얇은 실리콘 층이 있는 태양 전지의 유연성과 겨울 동안 낮은 수준의 빛에서 높은 효율.
그러나 이러한 이점이 위의 이점을 약속하지만 효율성 측면에서도 타협합니다. 그들은 다른 두 가지 변형에 비해 7% – 9%의 가장 낮은 효율을 제공합니다. 따라서 동일한 출력을 제공하려면 약 2배의 패널 면적이 필요합니다.
지금까지는 업계에서 승인된 생산 기술조차 없었기 때문에 다른 두 가지 유형의 태양광 패널보다 덜 견고합니다.

4. 하이브리드 태양전지

완전 태양전지는 아니지만 하이브리드 태양전지는 단결정 태양전지와 비정질 태양전지가 혼합된 형태이다. HET(진성 박막 이종 접합) 태양 전지라고 하는 하이브리드 태양 전지.
각각의 개별형 태양전지에 비해 하이브리드형은 두 개의 태양전지의 전력이 결합되어 가장 효율적이다. 이것은 맑은 계절, 즉 250C 이상의 온도에서 가장 잘 작동합니다. 동일한 관점에서 이것은 약 10% 더 많은 전기를 생성하는 데 도움이 됩니다.
가장 좋은 것을 선택해야 한다면 다결정 전지는 가격 대비 가치, 디자인 및 효율성으로 인해 대부분의 설치에 가장 적합한 것으로 판명되었습니다.

 

태양 전지의 재료 용도

태양 전지는 일반적으로 구성되는 반도체 재료의 이름을 따서 명명됩니다. 이러한 물질은 햇빛을 흡수하기 위해 특정 특성을 가져야 합니다.

▷ 결정질 실리콘
▷ 비정질 실리콘(a-Si)
▷ 구리-인듐 갈륨 디셀렌화물(CIGS)
▷ 갈륨 비소 박막
▷ 카드뮴 텔루라이드(CdTe)
▷ 단결정 실리콘
▷ 에피택시 실리콘 개발
▷ 다결정 실리콘
▷ 리본 실리콘
▷ MLM(모노 유사 다중 실리콘)

 

태양전지의 장점

재생 에너지

에너지는 태양광 PV 또는 태양열 에너지를 통해 집의 열뿐만 아니라 전기를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

경제적 에너지

태양 전지는 생성하는 에너지에 대해 비용을 지불하지 않기 때문에 전기 요금을 절약할 수 있는 좋은 방법입니다.

친환경 에너지

태양전지는 오염이 거의 없습니다. 태양전지 제조와 관련하여 폐기물의 배출과 오염은 불가피하다.

혁신적인 에너지

태양광은 녹색 에너지 분야에서 인기 있는 화두이며 기후 변화를 예방하기 위한 좋은 솔루션으로 간주됩니다.

무한 에너지

태양 광선에서 에너지를 끌어낼 수 있는 능력이 있다면 그것은 결코 고갈되지 않는 에너지의 원천입니다.

장기 에너지

PV 시스템은 수명이 길고 수명이 긴 경우가 많습니다.

에너지 판매

집에 태양광 패널이 있는 경우 더 높은 가격에 부동산을 판매하는 것이 더 쉬운 경우가 많습니다.

 

태양전지의 단점

인테리어 필요

모든 가정이 요구 사항을 충족하고 태양 전지를 최대한 활용할 수 있는 것은 아닙니다.

높은 투자가 필요합니다

태양광 모듈의 설치 비용은 상대적으로 높습니다.

계절 에너지

다른 유형의 재생 가능 에너지에 비해 태양광 발전소는 계절적입니다.

집에 태양광 패널을 설치하기 어렵다

오래된 가정에는 그늘을 제공할 수 있는 다양한 디자인이 있기 때문에 태양광 패널을 설치하는 것이 더 어려울 수 있습니다.

 

태양전지 사용

▷ 태양 전지는 위성 및 망원경과 같은 우주선에 전력을 공급하는 데 매우 유용합니다.
▷ 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있습니다.
▷ 라이트 미터에 사용됩니다.
▷ 계산기와 손목시계에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.
▷ 우주선에서 전기 에너지를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.