태양광의 기초 -광전 효과

 

태양광 발전은 태양의 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 발전 방식입니다. 태양광 발전의 태양광 모듈에 적용되고 있는 「광전 효과」란 어떤 효과인지 그 공식이나 계산 방법에 대해 설명합니다.

 

광전 효과란?

광전효과의 현상과 발견 그리고 성질

광전 효과란 「일종의 금속에 빛을 가하면 전자가 흩어져 튀는 현상」을 말합니다. 빛의 성질이 입자(물체를 형성하는 요소로서의 입자)의 특징을 가지고 있는 것을 나타내는 구체적인 현상입니다. 빛이 입자인지 파동인지에 대해 이론 물리학계가 지난 100여년 동안 논쟁을 벌였지만 결국 빛은 입자이자 파동이라는 결론에 이르게 되었습니다. 그래야만 모든 현상들이 설명되기 때문입니다.

 

광전효과의 발견은 독일의 물리학자인 하인리히 헤르츠 (우리가 주파수의 단위로 사용하고 있는 Hz의 그 헤르츠 맞습니다)는 1887년에 전자파의 실험 중에 아연의 판(금속)에 자외선(빛)을 비추면 전자가 튀어나온다는 것을 발견했습니다.

 

물질 중의 전자는 통상 원자핵의 인력에 의해 밖으로 나올 수가 없습니다. 전자가 밖으로 나가기 위해서는 큰 에너지가 필요합니다. 그 에너지가 바로 빛(자외선)입니다. 게다가 1900년에는 광전효과의 연구가 더욱 진행되어 다음과 같은 성질이 있는 것을 발견했습니다.

"빛"이 일정 진동수보다 적은 경우, 빛을 강하게 해도 광전자가 튀어나오지 않는다. ( 한계 진동수 ) "빛"의 강도를 높여도 진동수는 달라지지만, 전자의 운동 에너지는 변화하지 않는다. "빛"의 색을 파랗게 함으로써 튀어나오는 전자의 운동 에너지가 커진다. - 청색광은 파장이 짧다(진동수가 크다) "빛"의 색을 붉게 함으로써, 튀어나오는 전자는 없어진다. - 적색의 빛은 파장이 길다(진동수가 작다)

광전 효과의 성질은 빛에 의해 튀어나오는 전자의 에너지는 빛의 강도가 아니라 진동수에 따라 달라집니다.