PV 전지는 태양광 에너지에 어떻게 쓰이나?

PV 전지는 태양광 에너지에 어떻게 쓰이나?

 

태양 전지는 접합 효과 원리로 작동합니다. 접합 효과를 이해하려면 n형과 p형 재료를 이해해야 합니다. n 형 또는 p 형 재료를 얻으려면 도핑 공정이 필요합니다.

 

도핑은 벌크 결정에 다른 원자를 삽입하는 것을 의미합니다. 각 실리콘 원자는 원자가 밴드에 4개의 전자를 가지고 있으며 이 전자는 다른 실리콘 원자와 결합합니다.

 

왼쪽에는 각 Si 원자의 원자가 전자가 있는 실리콘 결정을 볼 수 있습니다. 모든 Si 원자가 완벽하게 정렬되어 있으므로 그 구조를 결정이라고 부릅니다.

 

다른 원자를 도핑 하여 이 구조를 n형 또는 p형으로 변환할 수 있습니다. 예를 들어 붕소로 도핑 한다고 가정해보겠습니다. 붕소 원자는 원자가 밴드에 3개의 전자를 가지고 있습니다.

 

Si 원자 대신 B 원자를 삽입하면 B 원자와 Si 원자 사이 하나의 결합이 매우 약해질 것입니다. 이 구조에서 완벽한 대칭을 완성하기 위해 크리스탈은 외부 전자를 잡는 것을 목표로 할 것입니다.

 

보시다시피 B 원자에는 3개의 전자가 있으므로 전자가 없습니다. 이 누락 된 결합은 `구멍`이라고 하는 양전하를 띤 입자로 처리할 수 ​​있습니다. 이 재료를 p 형 재료라고 합니다.

 

붕소 원자 대신 인 원자를 도핑 하면 어떨까요?

 

 

인 원자는 valance band에 5개의 전자를 가지고 있습니다. P 원자가 Si 격자에 삽입되면 4개의 전자가 인접한 Si 원자와 결합할 수 있습니다.

 

그러나 5번째 전자는 매달릴 것입니다. 그래서 그것은 거의 자유로울 것이기 때문에 전도 대에 매우 가까운 에너지 수준에 있을 것입니다.

 

 

이 거의 자유 전자는 작은 열에너지로 P 원자를 일찍 떠날 수 있습니다. 이 새로운 구조에는 여분의 전자가 있습니다.

 

그래서 우리는 이 새로운 물질을 n 형 물질이라고 부릅니다. p 형 재료와 달리 n 형 재료는 전자를 제공하는 경향이 있습니다. 결과적으로 두 가지 유형의 재료가 있습니다.

 

하나는 전자를 주고 싶어 하고 다른 하나는 전자를 받고 싶어 합니다. 이를 통해 전자들을 모아서 pn 접합을 만들 수 있습니다. 파란색 선은 전자 농도를 나타내고 빨간색 선은 반도체 재료의 정공 농도를 나타냅니다.

 

보시다시피 공핍 영역의 n- 측에서 p- 측으로의 전기장이 있습니다. 전자는 음전하이기 때문에 이 전기장은 공핍 영역으로 들어가는 전자에 힘을 가합니다.

 

공핍 영역 근처에서 태양광에 의해 생성된 전자는 접합부의 n 측으로 매우 쉽게 통과할 수 있습니다. 금속 접점이 있는 n 형과 p 형 영역의 끝 사이에 와이어 또는 부하를 연결하면 이 전자는 외부 부하를 통해 p 형으로 흐릅니다.

 

따라서 우리는 이 전류를 생성하기 위해 외부 에너지가 필요합니다. 공핍 영역으로 들어가기 위해 무언가가 p 형 영역의 전자에 에너지를 공급해야 합니다.

 

위에서 설명한 태양 전지 유형은 1세대 웨이퍼 기반 Crystal Silicon 태양 전지의 예입니다. 다른 태양 전지 유형의 구조에는 약간의 차이가 있습니다. 그러나 기본 원리는 같습니다.

 

 

일종의 pn 접합을 사용하여 태양 복사를 전기 에너지로 변환해야 합니다. 모든 태양광 기술을 3세대로 분류할 수 있습니다. 이러한 기술 중 일부는 다음과 같습니다.

 

1세대 태양 전지는 단결정 태양 전지, 다결정 태양 전지가 있습니다. 2세대 태양 전지는 Si 박막 태양 전지, MC-Si 태양 전지, CdTe 태양 전지, CIS 및 CIGS 태양 전지가 있습니다.

 

3세대 태양 전지는 나노 결정 기반 태양 전지, 폴리머 기반 태양 전지, 염료 감응 태양 전지, 집중 태양 전지입니다. 1세대 태양 전지는 높은 효율로 인해 가장 오래되고 가장 일반적으로 사용되는 기술 유형입니다.

 

 

1세대 태양 전지는 웨이퍼에서 생산됩니다. 각 웨이퍼는 2-3와트의 전력을 공급할 수 있습니다. 전력을 높이기 위해 많은 셀로 구성된 태양광 모듈이 사용됩니다.

 

목록에서 볼 수 있듯이 일반적으로 두 가지 유형의 1세대 태양 전지가 있습니다. 결정화 수준에 따라 다릅니다. 웨이퍼 전체가 하나의 결정일 경우 이를 단결정 태양 전지라고 합니다.

 

웨이퍼가 결정립으로 구성되어 있으면 다결정 태양 전지라고 합니다. 누구나 태양 전지의 입자 경계를 볼 수 있습니다.

 

단결정 태양 전지의 효율은 다결정 태양 전지보다 높지만, 다결정 웨이퍼 생산이 쉽고 저렴합니다. 2세대 태양 전지 박막 태양 전지입니다. 효율성은 1세대 미만이지만 비용도 1세대 미만입니다.

 

또한, 시각적 미학에서도 장점이 있습니다. 금속화를 위한 박막 태양 전지 앞에 손가락이 없으므로 창문, 자동차, 건물 통합 등에 훨씬 더 적용할 수 있습니다.

 

 

이러한 박막은 유연한 기판에서도 성장할 수 있습니다. 따라서 2세대 태양 전지는 섬유 제품이나 접이식 장치에 적용할 수 있습니다.

 

박막 태양 전지의 장점으로 최대 6m2의 넓은 영역에서 성장할 수 있습니다. 그러나 웨이퍼 기반 태양 전지는 웨이퍼 치수로만 생산할 수 있습니다.

 

2세대 태양 전지로는 비정질 Si 기반 박막 태양 전지, CdTe / Cadmium Telluride / CdTe / CdS 태양 전지 및 Copper Indium Gallium Selenide 태양 전지가 있습니다.

 

3세대 태양 전지 유망하지만, 아직 상업적으로 입증되지 않은 새로운 기술입니다. 대부분의 개발 된 3세대 태양 전지 유형은 염료 감응형 및 농축형 태양 전지입니다.

 

염료 감응형 태양 전지는 전극 사이의 염료 분자를 기반으로 합니다. 전자 구멍 쌍은 염료 분자에서 발생하며 TiO2 나노 입자를 통해 전달됩니다. 효율성은 매우 낮지만 비용도 매우 낮습니다.

 

그들의 생산은 다른 기술에 비해 쉽습니다. 염료 감응형 태양 전지는 다양한 색상을 가질 수 있습니다. 농축 PV 태양 전지는 또 다른 유망한 기술입니다.

 

집중 형 전지의 주요 원리는 PV 전지가 위치한 작은 영역에 많은 양의 태양 복사를 집중시키는 것입니다. 이러한 방식으로 매우 비쌀 수 있는 반도체 재료의 양이 줄어듭니다.

 

이 시스템에는 완벽한 광학 시스템이 통합되어야 합니다. 농도 수준은 10 태양에서 수천 태양까지 시작됩니다. 따라서 총비용은 기존 시스템보다 낮을 수 있습니다. CPV는 가까운 미래에 유망한 기술입니다