태양전지 (太陽電池)

태양열 주택

과학기술

물품

정의

햇빛을 반도체의 원리를 이용해서 전기로 변환해주는 장치.

개설

반도체에 빛에너지가 투입되면 전자의 이동이 일어나서 전류가 흐르고 전기가 발생한다. 이 현상을 이용하면 빛에너지(광자)를 가지고 전기로 생산할 수 있다. 태양전지의 원료로 가장 널리 쓰이는 물질은 규소인데, 이것을 얇은 판 형태로 만들고 판의 위와 아래에 각각 인과 붕소를 더해주면 태양전지가 만들어진다.

연원 및 변천

태양전지는 1950년대 초 미국의 벨연구소에서 발명되었다. 당시에 개발된 것은 1와트짜리였고, 가격은 286달러였다. 미국의 한 가정에서 태양전지로 충분한 양의 전기를 만들어 쓰려면 143만 달러가 투입되어야 할 만큼 값이 비쌌지만, 우주 위성의 에너지 공급원으로 채택되어 지속적으로 개발될 수 있었다. 위성에 도입된 이유는 고장이 거의 나지 않으면서도 수명이 길기 때문이었다. 그후 성능이 개선되고, 가격도 떨어져, 21세기에 들어와서는 50년 전보다 100배 이상 낮은 비용으로 전세계에 퍼지게 되었다. 가격은 지금도 계속 떨어지고 있다. 태양전지는 처음에 규소로 만들었지만 지금은 인듐, 갈륨, 구리, 카드뮴 같은 원소들을 혼합해서 만들기도 한다. 태양전지 빛에너지의 약 15% 가량을 전기로 바꾸어준다.

이것을 변환효율이라고 부르는데, 실험실에서는 효율 20% 이상의 태양전지도 개발되었다. 효율이 높아지면 적은 면적의 태양전지로 많은 양의 전기에너지를 얻을 수 있기 때문에 발전비용도 낮아진다.

구조 및 형태

태양전지 하나의 크기는 약 10 제곱센티미터이다. 이것들을 여러개 직렬로 연결하면 태양전지판(모듈)이 얻어진다.

제조 방법

자연속에 풍부하게 존재하는 산화규소를 가공하여 금속규소로 만든 후 이것을 순도99.9999% 이상으로 정제한 후 얇은 판으로 만든다. 그후 판의 위와 아래에 극미량의 인이나 붕소 같은 원소를 첨가하여 태양전지를 만든다.

사용 방법 및 특징

보통 정사각형 모양의 태양전지를 여러개 직렬로 연결하면 태양전지판(모듈)이 얻어진다. 이 모듈을 다시 직렬과 병렬을 혼합해서 연결하면 다양한 크기의 태양광 발전소를 만들 수 있다. 이 발전소에서는 직류 전기가 생산되는데, 이것을 교류로 변환해주는 인버터를 통과시키면 우리가 일상적으로 사용하는 종류의 전기가 얻어진다.

참고문헌

『과학기술대사전』(한국과학기술단체총연합회, 아카데미서적, 2005)

『다시 태양의 시대로』(이필렬, 양문, 2004)

『에너지대안을 찾아서』(이필렬, 창비, 1999)

관련 미디어

• 
  태양열 주택

집필자

이필렬