태양전지

太陽電池

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물품

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• 제작 시기:

집필 및 수정

• 집필 2011년
• 이필렬
• 최종수정 2026년 02월 12일

태양열 주택

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^주1, 갈륨^주2, 구리, 카드뮴^주3 같은 원소들을 혼합해서 만들기도 한다. 태양전지 빛에너지의 약 15% 가량을 전기로 바꾸어준다.

이것을 변환효율^주4이라고 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 여러 개 직렬로 연결하면 태양전지판(모듈)이 얻어진다.

제조 방법

자연속에 풍부하게 존재하는 산화규소를 가공하여 금속규소로 만든 후 이것을 순도 99.9999% 이상으로 정제한 후 얇은 판으로 만든다. 그후 판의 위와 아래에 극미량의 인이나 붕소^주5 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 인버터^주6를 통과시키면 우리가 일상적으로 사용하는 종류의 전기가 얻어진다.

참고문헌

• - 『과학기술대사전』(한국과학기술단체총연합회, 아카데미서적, 2005)

• - 『다시 태양의 시대로』(이필렬, 양문, 2004)

• - 『에너지대안을 찾아서』(이필렬, 창비, 1999)

주석

• 주1

  : 은백색의 무른 금속 원소. 가열하면 파란 불꽃을 내며 탄다. 합금이나 도금을 하는 데 쓴다. 기호는 In. 원자 번호는 49. 원자량은 114.88. 우리말샘

• 주2

  : 무르고 광택이 있는 회백색의 금속 원소. 성질은 알루미늄과 비슷하며, 녹는점이 29.78℃로 낮아서 고온용 온도계나 반도체 재료로 쓰인다. 원자 기호는 Ga, 원자 번호는 31, 원자량은 69.72. 우리말샘

• 주3

  : 주기율표의 12족인 아연족 원소의 하나. 아연과 함께 나는 흰 은빛 금속으로, 연성(延性)과 전성(展性)이 좋고 중성자를 흡수하는 능력이 있어서 도금, 합금, 원자로의 연쇄 반응 조절 따위에 쓴다. 원자 기호는 Cd, 원자 번호는 48, 원자량은 112.41. 우리말샘

• 주4

  : 기본파의 출력 전력과 입력 전력 사이의 비율. 우리말샘

• 주5

  : 붕사와 붕산의 주성분이 되는 비금속 원소. 검은빛을 띤 갈색의 금속광택을 지닌 무정형 고체로 다이아몬드 다음으로 단단하다. 천연으로는 붕사나 붕산과 같은 화합물로 산출된다. 강하게 가열하면 산화하여 무수 붕산이 되고 황산과 함께 가열하면 산화하여 붕산이 된다. 국제적으로는 보론이라고도 한다. 원자 기호는 B. 원자 번호는 5. 원자량은 10.811. 우리말샘

• 주6

  : 직류 전력을 교류 전력으로 바꾸는 장치. 통신기, 정보 처리 장치의 정전 때의 전원 따위에 쓴다. 우리말샘