광전효과 1






광전효과

광전효과는 금속 표면에 광선을 입사하면 전자가 튀어나오는 현상을 말합니다.
단순히 생각하면 빛의 에너지가 전기에너지의 형태로 변형되는 것입이다.
단, 금속마다 일정 주파수 이상의 빛을 입사해야만 전자가 튀어나오는데, 이렇게 전자가 튀어나올 수 있는 최소한의 에너지를 일함수(work function)이라고 합니다.

처음에 사람들은 왜 일정 주파수 이상의 빛에서만 광전효과가 나타나는지 궁금해 했었습니다.
이것을 처음으로 밝힌 사람은 상대성이론으로 유명한 아인슈타인입니다. 그는 빛을 알갱이 형태의 광자(photon)라고 생각하고, 개개의 광자는 주파수에 비례하는 에너지를 가지고 있다고 설명하여 광전효과를 깔끔하게 설명하였습니다.
이 업적으로 아인슈타인은 1921년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

보통 광전효과 실험으로 나트륨(Na)과 같은 알칼리 금속들이 자주 사용된는데, 이것은 알칼리 금속들의 임함수가 작기 때문에 낮은 주파수의 가시광선으로도 광전효과를 쉽게 일으킬 수 있기 때문입니다.

미래의 에너지원, 태양

이와 같은 광전효과는 태양광 발전의 기본 개념이 됩니다. 즉, 일정 주파수 이상의 빛을 쪼여주면 즉시(시간의 지연이 전혀 없음) 전자가 튀어나옵니다.
이 전자가 전기 회로를 돌 수 있도록 한다면, 태양광 발전이 되는 것입니다.
태양전지는 모래속에 들어 있는 규소(Si, 실리콘)를 가공해서 만든 반도체입니다. 태양전지에 햇빛이 비치면 그 속의 전자가 움직이고 이것이 도선을 따라 흘러가는데, 이러한 전자의 흐름에 의해서 전기에너지가 만들어집니다.

태양전지는 보통 반도체로 많이 사용하는 얇은 규소판의 양쪽 면에 각각 아주 적은 양의 인과 붕소를 첨가해서 만듭니다.
시중에 많이 판매되는 규소 태양전지는 햇빛에 포함된 에너지의 15% 가량을 전기로 바꿀 수 있습니다.
태양전지판 한 장은 크기가 작기 때문에 전압은 약 0.6V 밖에 되지 않습니다. 그래서 보통은 여러 개의 판을 이어 붙여서 출력 전압과 전류를 높이고 있습니다.