주류가 되는 3가지의 태양광 전지에 대해서 알아보자

 주류가 되는 3가지의 태양광 전지에 대해서 알아보자

[이 포스팅은 일본 기사를 번역한 것 입니다.]

출처 - https://www.taiyo-co.jp/81127/

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태양 전지는 반도체를 기초로 만들어져 있습니다만, 

어떻게 발전하는지 아십니까? 그 구조를 먼저 복습해 보겠습니다.

태양 전지의 원리는 '광전 효과'

태양 전지의 원리가 되는 것은 '광전 효과'. 

쉽게 설명하면 태양광이 물질에 닿으면 전자가 발생하는 현상입니다. 

그러나 일반적인 소재에서 전자가 그대로 튀어 나와 버려, 

제거하거나 사용할 수 없습니다. 그래서 사용되는 것이 반도체입니다.

반도체는이 전자를 내부에 그치지하고 플러스와 마이너스의 양극으로 분리시켜 전류를 일으킵니다. 

예를 들어, 실리콘계 태양 전지의 경우,

2종류의 반도체 (p 형 · n 형)로 만들어져 플러스(정공)는 p 형 반도체에, 

마이너스 (전자)는 n 형 반도체로 당겨집니다. 

이에 전구와 모터 등을 연결하면 내부에 있는 전자가 방출되어 전류가 생기는 구조입니다. 

구조로 보면 건전지와 비슷하지만, 태양 전지는 전기를 저장할 수 없습니다.

태양 전지의 변환 효율

태양 전지의 변환 효율은 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환했을 때의 비율을 말합니다. 

단순하게 생각하면, 변환 효율이 높은 것 일수록 더 효율적으로 전기를 생산할 수 있습니다. 

계산 방법은 출력 전기 에너지 ÷ 태양 에너지 × 100 가 됩니다.

예를 들어, 100W의 빛 에너지를 받았을 때,

10W의 전력을 얻을 수있는 경우 변환 효율은 10%입니다. 

2017년 현재는 변환 효율 15 ~ 20% 대의 태양 전지가 많습니다만, 

변환 효율이 높은 태양 전지의 개발이 진행되고 있습니다.

3종류의 태양 전지가 주류

태양 전지를 크게 분류하면 '실리콘계' '화합물 계' '유기'의 3 가지로 분류됩니다. 

특히 실리콘계 태양 전지는 주택용 태양광 발전 시스템에서 주류를 이루고있는 타입으로 

결정 실리콘계 태양 전지는 가장 오래전부터 사용되고 있습니다.

분류		특징
실리콘계	단결정	고순도 잉곳으로 제작되었으며, 실리콘 사용량이 많기 때문에 비싸지만 다결정에 비해 변환 효율이 높은 것이 특징입니다.
	다결정	단결정 형보다 실리콘 사용량이 적기 때문에 저비용입니다.
	비정질	비정질 실리콘계 태양 전지라고도 합니다. 박막 실리콘 형은 고온 환경에서도 출력이 잘 떨어지지 않습니다.
	미결정	폴리실리콘 형과 아몰퍼스 (비정질) 실리콘 형의 중간 성질을 가지고 있습니다.
	다중 접합 형	발전하는 빛의 파장대가 다른 태양 전지를 결합한 태양 전지입니다.  여러 태양 전지를 적층하여 발전 효율을 높일 수 있는 것이 특징입니다.
화합물 계	CIS	구리 (Cu), 인듐 (In), 셀레늄 (Se)을 주요 원료로 조합에 만든 '화합물 반도체'를 이용하여 발전하는 태양 전지 모듈입니다. 실리콘계 태양 전지보다 저렴한 것이 특징입니다.
	CIGS	실리콘 대신 구리 (Cu), 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 셀레늄 (Se) 주요 원료로하고 있습니다.
	CdTe	카드뮴 (Cd)과 텔루륨 (Te)를 주요 원료로 하고 있습니다.
유기계	유기	유기물을 원료로하는 반도체를 사용하고 있으며, 다양한 색상과 모양을 실현할 수 있기 때문에 개발이 진행되고 있습니다.
	색소 증감	제조가 비교적 간단하고 저렴하게 양산될 것으로 기대되고 있습니다.
	페 로브 스카이 트형	저온에서 제조 할 수 있어 제조 비용의 절감이 기대되고 있습니다.
양자점		이론적 변환 효율이 최대 75 %로 매우 높고, 현재 실용화를 위한 연구가 진행되고 있는 단계입니다.
구형 실리콘		실리콘의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 비용을 크게 절감 할 것으로 예상되고 있습니다.
카본		자외선, 가시 광선, 적외선 등으로도 발전 할 수 있는 태양 전지를 제작하는 연구 등이 진행되고 있습니다.

개발이 진행되는 태양 전지의 미래

가정용 태양 전지로 실리콘이 주류 이지만,

보다 저렴한 비용으로 수명이 긴 비실리콘계 태양 전지의 개발도 진행되고 있습니다.

예를 들어, 양자점 태양 전지는 이론적 변환 효율이 최대 75%로 매우 높고, 

현재 실용화를 위한 연구가 진행되고있는 단계입니다. 

이외에도 구형 실리콘 태양 전지, 탄소 태양 전지 등 다양한 태양 전지의 연구가 진행되고 있습니다.

또한 렌즈에 태양광을 모아 변환 효율을 높이는 방법과 

태양의 움직임을 추종 최대한 빛을 수중에 넣을 수 있도록 한 

태양 전지 등 태양 전지 자체가 아닌 시설을 병설하여 효과를 높일 수 기술도 

연구가 진행되고있어 향후 더욱 효율적인 태양 전지가 태어날 가능성도 있습니다.

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