시티즌 에코드라이브 시계 원리 1 (태양전지의 원리)

태양전지(solar cell)는 쉽게 말하면 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치입니다. 

또, 태양광모듈은 여러 개의 태양전지로 구성되어 있습니다. 

태양전지는 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등으로 분류됩니다. 

이 중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 결정질 실리콘 태양전지의 원리는 다음과 같습니다. 

태양전지는 전기적 성질이 다른 n형 반도체와 p형 반도체를 접합(이를 p-n접합이라고 함)시켜놓은 것으로, pn접합은 접합부분에 전기장이 생겨 전자(electron)를 n형 반도체 쪽으로 끌어당기는 성질이 있습니다. 

일반적으로 전자는 원자핵(nucleus)의 인력에 묶여있기 때문에, p-n접합이 이루어졌다고 해서 무조건 전자가 이동하는 것은 아닙니다.

(n형 반도체는 negative, 즉, 전자. p형 반도체는 positive 양성자. 전류는 +->-로 자유전자는 그 반대로 이동합니다.)

하지만 태양전지가 충분한 빛에너지를 받으면 고체 내부의 전자가 에너지를 받아 원자핵의 인력에서 벗어나 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자(free electron)가 됩니다. 

이를 광전효과(photoelectric effect-아인슈타인은 상대성원리가 아니라 광전효과로 노벨상을 탔습니다.)라고 하는데, 이렇게 원자핵의 구속에서 벗어난 자유전자들은 p-n접합의 원리에 따라 n형 반도체 쪽으로 이동하게 되고, 이 전자의 흐름이 곧 전류가 되는 것입니다.

이 원리를 이용한 것이 시티즌 에코 드라이브 시계입니다.

<시티즌 에코드라이브 태양전지의 기본원리>

투명전극을 통과한 빛은 아몰퍼스 실리콘층에 흡수됩니다.

그 때 아몰퍼스 실리콘 내의 전자가 광전효과에 의해 자유전자가 됩니다.

반도체의 구조에 의해 금속전극에 -전하가 흐릅니다.

투명전극과 금속전극 사이에 전위차가 발생해서 전류가 발생합니다.

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