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대학백과
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고등학교에서 해볼만한 신소재 관련 실험 : 클리앙
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이공계실험 | 신소재공학실험 | 태양전지 | 의약품연구 | IT
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신소재 합성실험 – 대구가톨릭대학교 | KOCW 공개 강의
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학생들이 실험을 통하여 직접 경험해 볼 수 있도록 설계된 과목입니다.기초실험, 합성실험,basic experiment, synthesis experiment - Table of Contents:
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화학 실험 추천 해주세요 > BRIC
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통합과학, 물리학1 반도체와 신소재 실험 수업 : 네이버 블로그
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신소재공학실험 | 태양전지
TIP 태양전지의 원리인 광전효과를 이해하고, pn접합에서 일어나는 과정을 분석해본다. 광원의 거리와 입사각에 따라 달라지는 I,V를 바탕으로 I-V커브, P-V커브를 그려 광전효과의 차이를 태양전지 매개변수로 분석한다.
태양전지
태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생하는 전기변환 장치이다. 그래서 배터리와는 다르게 전기를 축적하는 기능은 없다. 빛에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있기 때문에 원자력발전소나 화력발전소로부터 전기를 생산하는 방식보다 친환경적으로 전기를 생산할 수 있다. 태양전지는 원자 수준에서 태양광에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자이다. 사용되는 재료는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘으로 만들어진다.
태양전지는 pn접합으로 이루어진 다이오드이다. 태양전지는 에너지를 갖고 있는 빛이 재료의 표면에 조사될 때 전압과 전류가 발생되는 광전효과를 응용한 전자소자이다. 태양전지의 빛 에너지보다 작은 밴드갭을 갖는 반도체는 태양전지의 빛을 받으면 에너지를 흡수하여 가전자대에 있는 공핍영역에서 공유결합에 참여한 전자를 전도대로 여기 시킬 수 있다. 전자가 여기되면서 빈자리에는 정공이 생긴다. 여기된 자유전자는 n-type쪽(전위↑), 정공은 p-type(전위↓)으로 자발적으로 이동한다. 전자와 정공이 양 끝단에 모이게 되면 양 끝단 전극들 사이에 전위차(이 전위차는 계면 전위차가 아니다.)가 발생한다. 두 끝단 전극을 연결하면 전류가 발생한다. 이를 태양전지로 활용하는 것이다.
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실험 방법
1. 거리에 따른 비교
1) 태양전지를 준비한다.
2) 거리를 30㎝로 고정한다.
3) 저항을 Short Circuit, 1Ω, 3Ω, 5Ω, 10Ω, 50Ω, 100Ω, 200Ω open 으로 변화를 주어 I와 V를 측정한다.
4) 이를 40㎝, 50㎝로도 측정한다.
5) 측정된 값을 I-V, P-V커브로 그리며 V sc , I sc , FF, η를 측정해보며, 차이가 나는 이유를 고찰해본다.
2. 각도에 따른 비교
1) 태양전지를 준비한다.
2) 저항을 10Ω, 거리를 40㎝로 고정한다.
3) 각도를 10°간격으로 0～90°까지 측정한다.
4) 측정된 값을 I-V, P-V커브로 그리며 V sc , I sc , FF, η를 측정해보며, 차이가 나는 이유를 고찰해본다.
그리드형
통합과학, 물리학1 반도체와 신소재 실험 수업
반도체 신소재 실험
반도체와 신소재는 실험을 할 재료가 마땅치 않다.
사실 잘 몰라서 실험을 못한다.
통합과학의 신소재는 주로 여러가지 반도체의 종류와 그래핀 등의 신소재를 다루고 있고
물리학1의 반도체는 다이오드와 LED를 다루고 있다.
둘 다에 적용 가능한 것을 브레드 보드로 만들어 보았다.
완성품 전체 모습.
배터리는 18650충전지로 3.7V 출력이라 LED 전압과 잘 맞는다.
또 배터리 자체에 과전류 방지 장치가 되어있어서 단락이 일어나 화재가 발생하는 것을 막아줄 수 있다.
만들어서 수업에 들고 들어가면 끝.
물론 배터리도 10개.
순서를 정해줘야 되므로
1번은 LED (+), (-)극을 제대로 연결해야 한다.
2번은 가운데 브릿지다이오드가 있어서 극성을 바꿔 연결해도 불이 들어온다.
3번은 CdS. 빛의 밝기에 따라 전류의 세기가 달라지는 신소재
4번은 플렉서블 센서, 구부리는 정도에 따라 전류의 세기가 달라지는 신소재.
플렉스 센서는 브레드보드에 고정시키기가 힘들어 따로 몰렉스에 끼우고 LED를 달아서
구부리는 정도에 따라 빛의 밝기가 달라지도록 했다.
완성되면 위 사진 처럼 된다.
배터리는 18650 충전지로 했다. 3.7V인데 과열방지회로가 내장되어 있다.
간단 학습지.
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