미래 대체 친환경 에너지, 태양 전지 알아보기

올해 들어 유난히 심해진 이상기후.

지구 온난화가 점점 더 심각해지는 것 같다는 생각이 듭니다.

사실 지구 온난화 영향이 크지 않을 거라 생각했는데 올해 겨울에 더웠다가 추웠다가 하는 것을 보면서 심각성을 느끼게 되었습니다.

이를 조금이라도 늦추고 예방하기 위해서는 친환경 에너지를 활용해야 한다고 이야기합니다.

그래서 오늘은 대표적인 친환경 에너지인 태양열, 태양광에너지를 이용한 '태양 전지'에 대해 알아보도록 하겠습니다.

광주일보 탑선

태양전지란?

태양전지는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 장치로서, 태양광 전지판이라고도 불립니다. 이 장치는 태양광 세포 또는 태양전지 셀이라는 작은 부품들로 구성되어 있습니다. 태양전지는 태양의 빛을 흡수하고, 이를 전기로 변환하여 사용자가 전기 에너지로 활용할 수 있게 합니다.

태양전지는 주로 광학적으로 반사된 태양광을 흡수하는 반도체 물질을 사용하여 작동합니다. 대표적인 태양전지 소재로는 실리콘이 널리 사용되며, 이외에도 다양한 태양전지 세포들이 연구 및 개발 중입니다. 태양전지는 친환경적이며 재생 가능한 에너지원으로 인식되며, 태양광 발전은 온실 가스 배출을 줄이고 지속 가능한 에너지 소스로 간주되고 있습니다.

태양전지는 주로 태양광 발전 시스템, 태양열 발전기, 태양전지 패널 등 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 특히, 태양광 발전은 전력 생산의 한 형태로 급속하게 채택되어 에너지 효율성을 향상시키고 환경에 미치는 영향을 최소화하는 데 기여하고 있습니다.

 

 

태양 전지의 원리

태양전지는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 원리를 기반으로 동작합니다.

1. 광효과(Photovoltaic Effect): 태양전지의 핵심 원리는 광효과 또는 광전효과입니다. 광전효과는 빛이 어떤 물질에 충돌할 때 전자를 발생시키는 현상을 말합니다. 이를 이용하여 태양광이 떨어지면 반도체 소재에서 전자-홀 쌍이 생성됩니다.
2. 반도체 소재 활용: 태양전지의 대부분은 실리콘을 비롯한 반도체 소재를 사용합니다. 이러한 반도체 소재는 광을 흡수하고 전자를 자유롭게 이동시킬 수 있는 특성을 가지고 있습니다.
3. 전자의 이동: 광이 흡수되면 반도체에서 전자가 활성화되어 원자 내에서 이동합니다. 이동 중인 전자는 전기적으로 활성화된 상태이며, 이는 전류를 생성하는데 사용됩니다.
4. 전기 발생: 전자가 이동하면서 발생한 전류는 전기적인 에너지로 변환되어 태양전지의 출력 전력을 형성합니다. 이 전기 에너지는 외부 회로를 통해 전력을 공급하는데 사용됩니다.

태양전지는 이러한 광전효과와 반도체 소재의 특성을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이 핵심 원리입니다. 이러한 프로세스는 태양광 전지셀이라고 불리는 작은 부품들이 모여 패널을 형성하고, 이 패널은 다양한 규모와 응용 분야에서 사용되어 지속 가능한 에너지 공급에 기여하고 있습니다.

 

 

 

태양 전지의 활용

태양 전지는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 지속 가능한 에너지 소스로서 인기를 얻고 있습니다.

1. 태양광 발전 시스템: 가장 대표적인 활용 예시 중 하나는 태양광 발전 시스템입니다. 태양광 전지판을 이용하여 태양광을 전기로 변환하는 시스템은 지구 친화적이며, 지속 가능한 전력 생산 방법으로 인정받고 있습니다. 태양광 발전은 주택, 상업용 건물, 공공 시설 등에서 전기를 생산하는 데 사용됩니다.
2. 태양열 발전기: 태양 전지는 열을 직접 발전하는 태양열 발전기에도 사용됩니다. 태양열을 집중하거나 흡수하여 열로 전환한 후, 이 열을 사용하여 전기를 생산합니다. 이러한 시스템은 열 발전 및 열 원동력 생산에 활용됩니다.
3. 휴대용 충전기 및 전원 공급장치: 소형 태양 전지 패널은 휴대용 전원 충전기, 휴대전화 충전기, 야외 활동용 전원 공급장치 등으로 사용됩니다. 이러한 장치들은 태양광을 이용하여 배터리를 충전하고 이를 이용해 다양한 전자 기기를 작동시킬 수 있습니다.
4. 원격 지역 전력 공급: 태양 전지는 전력망에 연결되지 않은 원격 지역이나 급방전이 어려운 환경에서 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 태양 전지 시스템은 태양광이 풍부한 지역에서 전기를 공급함으로써 환경 친화적이며 독립적인 전력 공급 솔루션을 제공합니다.
5. 태양광 발전소 및 대규모 발전 시스템: 대규모 발전소에서는 수많은 태양전지 패널이 조합되어 대량의 전기를 발전합니다. 이는 국가 수준에서 전력 공급에 기여하고 탄소 배출을 감소시키는 데 기여합니다.

 최근 카이스트에서 최고 성능의 태양 전지 개발

KAIST제공

일명 '스트레쳐블 태양전지'

빛을 전기로 전환하는 광활성층의 높은 전기적 성능과 기계적 신축성 확보가 서로 상충관계를 구현하기 어려움에도 불구하고, 이를 동시에 갖는 전동성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현했다고 합니다.

 

유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연하다는 장점이 있어 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자에 사용 가능하다.

 

관련 기사 참고 : KAIST, 쭉쭉 늘어나는 최고 성능의 태양전지 개발 (naver.com)

KAIST, 쭉쭉 늘어나는 최고 성능의 태양전지 개발

 

이상입니다

연말이네요. 모두 한 해 고생하셨습니다!