태양전지와 연료전지 태양전지(solar cell) : 반도체의 성질을 이용하여 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 전환하는 장치 - 원리 : p-type 과 n-type 의 반도체를 접합하여 빛을 쪼이면 광전효과에 의해 전기 생산 빛(light) 원자 속의 전자가 원자가 띠에서 전도 띠로 갈 수 있는 에너지를 흡수 → p-type(양공), n-type(전자) 생성 → 전자가 양공을 채우면서 n-type 쪽으로 이동(양공은 p-type 쪽으로 이동) → p-type과 n-type 에 도선을 연결하여 전류를 흐르게 함
태양전지와 연료전지 태양전지(solar cell) 태양전지의 설치 조건 - 태양 빛을 잘 받을 수 있는 곳에 설치 - 넓은 공간이 필요(높은 전력을 얻기 위해 규모가 커져야 함) 태양전지의 구성 단위 셀(cell) – 태양전지의 기본 단위 최대 전력 ~ 1.5 W 모듈( module) – 여러 셀을 직렬 및 병렬 연결(유리와 프레임으로 보호) 최대 전력 ~ 수백 W 어레이(array) - 모듈을 직렬 및 병렬 연결하여 발전기에 사용
태양전지와 연료전지 태양전지(solar cell) 태양전지의 종류 단결정 -하나의 균일한 결정으로 된 고체 다결정 -부분적으로 균일한 결정이지만 전체적으로는 결정이 아닌 고체 비정질 -분자가 무작위로 배열되어 규칙이 없는 고체 종류 단결정 다결정 비정질박막 화합물 염료감응 모양 장점 높은 효율 (12~15%) 싼 가격 적은 연료 구부리거나 휘기 쉽다. 비싼 가격 제조공정이 간단 적은 제조 비용 투명, 여러 색 가능 친환경(천연염료) 단점 비교적 낮은 효율 (11~14%) 낮은 효율 (6~8%) 효율이 낮음(4~7%) 소형으로만 생산 용도 대규모 발전 주택용 발전 계산기, 시계 우주선 전원 공급 건물,자동차,장식품
태양전지와 연료전지 태양전지(solar cell) 염료 감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC) 구조 : 투명전극필름을 부착한 두 유리기판 사이에 특정 염료를 흡착한 나노입자와 전해질을 채운 구조 원리 : 유리기판을 통과한 태양광이 염료와 만나며 염료는 전자(-)를 배출, 배출된 전자는 나노입자(전공+)를 따라 투명전극필름으로 흐르게 되어 전기를 생성
태양전지와 연료전지 태양전지(solar cell) 태양전지의 장단점 - 장점 : 에너지원이 청정하며 고갈의 염려가 없으며 연료비 ZERO - 단점 : 가격이 비싸다 날씨의 영향 → 안정적 전력 공급 위해 보완설비 필요
태양전지와 연료전지 연료전지 - 수소와 산소의 전기 화학반응에 의해 전기를 생산(+ 물 + 열(heat)) ex) 수소-산소 연료전지 - 특징 : 수소와 산소가 반응해 물과 열이 발생하므로 우주선에서 전기, 식수, 온수를 얻음 - 장점 : 총효율 80% 이상의 고효율 발전 가능 이산화탄소 배출량 적음 소음이 적음 - 단점 : 연료전지에 사용하는 수소의 보관 문제 - 이용 : 가전기기 전원, 휴대용 전원, 가정용 예비 전원, 자동차/우주선 전원, 발전용 전원