태양전지는 어떻게 전기를 만들까

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1 / 11 정오의 3 kW 지붕패널 열 장이 30° 기운 받침대 두 줄에 놓여 있고, 해는 남쪽 하늘 60° 높이에 있어 빛이 패널에 정면으로 닿습니다. 어레이는 직류 3.07 kW를 만듭니다. 오른쪽은 셀 하나의 단면을 수천 배 넘게 키워 그린 것입니다.

끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

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정오의 3 kW 지붕
패널 열 장이 30° 기운 받침대 두 줄에 놓여 있고, 해는 남쪽 하늘 60° 높이에 있어 빛이 패널에 정면으로 닿습니다. 어레이는 직류 3.07 kW를 만듭니다. 오른쪽은 셀 하나의 단면을 수천 배 넘게 키워 그린 것입니다.
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유리 아래 셀 60장
오른쪽 끝 패널을 층별로 들어 올렸습니다. 유리 아래에 직렬로 이은 셀 60장이 있고, 그 밑에 흰 백시트가 있습니다. 뒤에 매달린 접속함에는 셀 20장마다 하나씩 바이패스 다이오드가 들어 있습니다. 25 °C에서 모형 패널은 307 W를 내며, 받은 햇빛의 18.8 %입니다.
03
셀이 짙은 파란색인 까닭
맨 실리콘은 빛의 약 3분의 1을 반사합니다. 그래서 표면을 작은 피라미드 모양으로 깎아, 한 면에서 튄 빛이 옆 면에 다시 닿게 합니다. 그 위의 75 nm 질화규소 막은 간섭으로 반사를 더 줄입니다. 조금 돌아 나오는 빛이 파란색입니다.
04
n형과 p형이 만나는 곳
얇은 윗층에는 남는 전자가 있고(n형), 두꺼운 바탕층에는 전자가 빈 자리인 정공이 있습니다(p형). 둘이 만나는 곳에서는 전자와 정공이 서로 메워지고 움직이지 않는 이온만 남습니다. 이 이온들이 n쪽에서 p쪽을 향하는 전기장을 만듭니다.
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빛이 전자를 떼어 냅니다
1.12 eV보다 에너지가 큰 광자는 전자 하나를 풀어 주고 그 자리에 정공을 남깁니다. 이 쌍이 접합까지 오면 전기장이 전자는 위의 n층으로 끌어올리고 정공은 아래로 밀어 냅니다. 전자는 전선과 부하를 지나 뒷면에서 정공을 만납니다.
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해의 각도
서울의 겨울 정오입니다. 해가 29°밖에 오르지 않습니다. 패널을 33° 기울이면 빛이 정면에서 28° 비켜 들어오고, 패널 한 장이 받는 빛은 737 W/m²입니다. 기울기를 0°로 끌어 보세요. 같은 빛줄기가 더 넓은 면에 퍼져 442 W/m²로 줄어듭니다.
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열과 나뭇잎 한 장
65 °C에서는 25 °C보다 1 °C 오를 때마다 출력이 약 0.4 %씩 줄어듭니다. 이번에는 잎 하나가 셀 한 장을 덮었습니다. 그 셀은 줄 전체의 전류를 흘리지 못하므로, 셀 20장 묶음의 바이패스 다이오드가 켜지고 패널 출력은 167 W로 떨어집니다. 다이오드가 없다면 그늘 셀은 138 W의 열을 냅니다.
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지붕에서 전기 주전자까지
벽의 인버터가 직류를 220 V 교류로 바꾸고, 어레이가 가장 큰 출력을 내는 전압을 찾아 맞춥니다. 정오에 인버터 손실 3 %를 빼고 2.97 kW가 나옵니다. 집이 0.5 kW를 쓰고 나머지는 계량기를 지나 전력망으로 나갑니다.
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봉우리가 여럿인 곡선
잎이 셀 하나의 60 %를 덮어, 패널의 전력 곡선이 더는 언덕 하나가 아닙니다. 오른쪽은 그늘 셀이 전류를 막는 구간이고, 왼쪽은 그 묶음의 바이패스 다이오드가 켜진 구간입니다. P&O 추적기는 개방 전압 근처에서 출발해 처음 만난 봉우리를 오르고 약 151 W에서 멈춥니다. 가장 높은 봉우리는 21.6 V에서 200 W입니다. 「전 구간 탐색」을 누르면 그쪽으로 옮겨 갑니다.
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서울 하늘의 실제 해
서울의 12월 21일, 시계로 12:00입니다. NOAA 식으로 계산하면 해는 지평선 위 28.6°, 정남에서 동쪽으로 8° 떨어진 곳에 있습니다. 서울의 남중 시각이 12:30이기 때문입니다. 맑은 날 33° 기운 패널 한 장은 하루 1.36 kWh를 만들고, 열 장은 인버터를 지나 13.2 kWh를 냅니다. 이날은 62°로 기울였을 때 가장 많은 1.55 kWh를 얻습니다.
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셀을 만드는 여섯 가지 방법
단면이 TOPCon 셀로 바뀌었습니다. n형 웨이퍼 위에 붕소 이미터가 있고, 뒷면에는 두께 1~2 nm의 산화막 위에 도핑한 폴리실리콘이 있습니다. 웨이퍼가 n형이라 정공은 앞면 핑거로, 전자는 뒷면으로 갑니다. NLR 효율 표에서 가장 높은 TOPCon 셀은 2025년 12월에 26.68 %를 기록했습니다. 「셀 단면」 탭에서 PERC, 이종 접합, 후면 전극, 페로브스카이트/실리콘 셀도 볼 수 있습니다.

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