광전 효과와 광센서

광센서

1. 광센서

• 광전 효과를 이용하여 빛의 양, 물체의 모양이나 상태, 움직임을 감지하는 장치로, 빛 신호를 전기 신호로 바꾸어 줌

①광다이오드

• p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조로 되어 있으며, p-n 접합부에 빛을 비추면 광전 효과에 의해 전류가 흐른다. 이때 흐르는 전류는 빛의 세기에 비례함

②광트랜지스터

• p-n 접합 다이오드에 p형이나 n형 반도체를 더 붙여 만든 것으로, p-n-p형과 n-p-n형이 있음. 광전 효과에 의해 빛을 쪼이면 전류가 흐름 빛을 쪼였을 때 전류가 증폭되어 발생하기 때문에 광다이오드에 비해 빛에 더 민감함

2. 이용

• 화재 탐지기, 자동문, 도난 경보기, 제품의 빛깔 검사, 화학 반응에 의한 색의 변화 측정 장치, 로봇의 장애물 인식 센서, 카메라의 CCD, 광마우스, 리모컨의 수신부, 빛의 세기 측정 장치, 영화 필름의 음성 신호 판독 등

태양 전지

1. 태양 전지

• p형 반도체와 n형 반도체를 사용하여 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치 →발광 다이오드(LED)와 유사한 구조를 가지나 작동 원리가 반대임

2. 원리

• 태양 전지에 빛을 쪼임 → 광전 효과에 의해 태양 전지 내부에 전자와 양공이 발생 → p-n 접합 내부에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체, 양공은 p형 반도체 쪽으로 이동 → 전자가 외부 전극을 따라 이동하면서 전류가 흐름

3. 이용

• 태양광 발전, 인공위성, 태양광 자동차, 전자계산기, 가로등, 무선 중계소 등

태양 전지와 발광 다이오드

구분	에너지 전환	구조	원리
태양 전지	빛에너지 ↓ 전기 에너지		태양 전지에 빛을 비추면 광전 효과에 의해 전류가 흐르게 됨
발광 다이오드	전기 에너지 ↓ 빛에너지		순방향 전압에 의해 전류가 흐를 때 띠틈에 해당하는 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출됨

식물의 광합성

1. 식물의 광합성

• 식물의 엽록체에서 빛을 이용하여 물과 이산화탄소를 포도당과 산소로 전환시키는 화학 반응임 →빛에너지를 화학 에너지로 저장함

2. 원리

• 엽록체 안 엽록소 분자 내의 전자가 빛에 의해 에너지를 얻어 들뜬 상태가 됨 → 들뜬 상태의 전자가 다른 분자로 이동하면서 에너지를 방출함 → 이 에너지로 포도당을 합성하는 데 필요한 고에너지 분자를 만듦
• 빛에서 에너지를 얻은 전자의 이동으로 에너지를 생성하므로, 광전 효과와 유사한 과정으로 볼 수 있음