태양 전지/연료 전지의 원리

p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 만들며, 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.

태양 전지의 원리

① p - n 접합 반도체에 빛이 입사되면 광전 효과에 의해 양공과 전자가 발생 → ② 전자는 n형 반도체 쪽으로, 양공은 p형 반도체 쪽으로 이동하여 두 반도체 사이에 전위차가 생김 → ③ 양 끝의 전극에 도선을 연결하면 전류가 흐름

장점	대기 오염이나 폐기물 발생의 염려가 없고, 연료비가 필요 없다.수명이 20년 이상으로 오랜 기간 사용할 수 있고, 유지 보수가 쉽다.
단점	가격이 높고, 흐린 날과 밤에는 전기를 생산할 수 없다.에너지 효율이 낮고, 초기 투자 비용이 많이 든다.
이용	태양 전지 자동차, 태양 전지 계산기, 태양 전지 비행기, 태양 전지 휴대 전화, 태양 전지 가로등 등

박막형 태양 전지와 염료 감응형 태양 전지

① 박막형 태양 전지: 플라스틱 판 등에 광흡수 물질을 얇게 발라 만든다. 얇게 만들 수 있어 굴곡이 있는 곳에도 설치할 수 있다.

② 염료 감응형 태양 전지: 태양광이 반도체 표면에 부착된 염료 분자와 반응하며 흡수되어 전류를 발생시킨다. 투명하게 만들거나 다양한 색을 넣을 수 있어 창문 등에 활용할 수 있다.

수소와 산소의 산화 - 환원 반응에 의해 생기는 연소 에너지를 열로 바꾸지 않고 직접 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

수소 - 산소 연료 전지의 구조와 원리

① 전해질을 사이에 두고 (-)극에는 수소를, (+)극에는 산소를 공급 → ② (-)극의 수소는 전자를 내놓고 전해질을 통해 (+)극으로 이동하여 산소 분자와 만나 물과 열을 생성 → ③ 수소가 내놓은 전자가 외부 회로를 따라 (+)극으로 이동하여 전류가 흐른다.

장점	에너지 효율이 40 ~ 60%이며, 반응 과정에서 나오는 열을 이용하면 80% 정도로 높일 수 있다.물이 유일한 생성물로 환경 오염 문제가 없다.연료가 되는 수소를 재생 에너지, 원자력 등 다양한 에너지원으로부터 생산할 수 있다.
단점	수소를 생산하는 데 비용이 많이 들며, 폭발 위험이 있다.수소 충전소 등 새로운 기반 시설을 설치해야 한다.수소와 산소를 계속해서 공급해 주어야 하며, 생성물인 물을 연료 전지로부터 제거해야 한다.
이용	휴대용 전자 기기, 수소 연료 전지 자동차, 대형 발전 장치, 우주 왕복선 등