[기계공학실험A+보고서]열동력B예비결과

목차

I. 열동력 B 예비 보고서
1. 지구에 도달하는 단위 면적당 태양 복사에너지를 간단히 계산해 보시오.
2. 광기전력 효과(photovoltaic effect)와 반도체의 원리를 이용한 태양광 발전과정 설명하시오,

II. 열동력 B 결과 보고서
1. 실험에서 측정한 값을 성능 실험표에 기록하고 다음의 값들을 계산하시오
2. 다음의 문항들에 대해서 자신의 의견을 타당한 근거와 함께 서술하시오.

본문내용

- 광기전력 효과 (photovaltic effect)
반도체의 P-N 접합부나 금속과 반도체의 경계면에 강한 빛을 입사시키면 valence band(전자의 최외곽 에너지 상태)에 구속되어 있던 전자가 band gap을 뛰어넘어 들뜬 상태가 되며 conduction band로 전이하게 된다. 이 때 valence band 내부에 전자가 이동하면서 생긴 빈공간을 정공(hole)이라고 하며, hole과 conduction band로 전이한 전자가 접촉전위차 때문에 분리되어 전류가 흘러 발생하는 기전력을 광기전력 효과라고 한다.

- 반도체의 원리
반도체는 상온에서의 전도율이 도체와 부도체의 중간 값을 가지며, 열 등의 에너지를 통해 전도성을 급격하게 변화시킬 수 있는 고체 물질이다. 전자와 정공이 많으면 전하를 나르는 캐리어가 많아진다는 의미이기 때문에 전기 전도성이 좋다고 할 수 있다. 즉, 반도체는 도체와 부도체 사이 적당한 수의 전자와 정공이 존재한다. 4족 원소인 순수한 실리콘은 들뜬 전자나 정공이 없지만, 일반적으로 규소에 불순물을 첨가하여 안정한 상태에 있던 전자들을 들뜬상태로 전이시키게 되고, 이와 같은 물질을 반도체라고 부른다. 또한 반도체는 첨가한 불순물에 의해 그 종류가 나누어진다.
먼저 규소에 3족 원소인 Ga등의 불순물을 넣어 자유전자가 Si보다 하나 부족한 Ga이 Si의 자리를 대체하며 자유 정공을 만드는 반도체를 P형 반도체라고 한다. 이와 달리 규소에 5족 원소(인, 비소)를 첨가하면 잉여전자가 발생하며 자유전자가 증가하게 되는데, 이를 N형 반도체라고 부른다. P형과 N형 반도체를 붙이면 P형 반도체에서 N형 반도체로는 전류가 흐르지만, 반대로는 흐르지 않는 정류작용이 일어나는데 이런 성질을 활용하여 트랜지스터나 논리회로로 이용한다.

- 태양광 발전과정
현재 가장 널리 사용되고 있는 태양광 발전방식은 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시킨 구조를 하고 있다.

참고 자료

Incropera, F. P. & DeWitt. D. P. 『Fundamentals of heat and mass transfer』, JOHN WILEY & SONS (6th edition)
서울대학교 기계항공공학부, 기계공학실험 2 열동력 실험 매뉴얼, 서울대학교, pp 77~84
박남규 (2003), “염료감응형 태양전지 최신 연구개발 동향”, Polymer Science and Technology, 14(4), 407