단접합 태양 전지에서 흡수층 반도체의 밴드 갭에 이론 효율이 최대가 되는 최적값(지상의 태양광 아래에서 약 1.1~1.4 eV)이 있는 이유로 옳은 것은 무엇인가?

정답: A. 밴드 갭이 작으면 전압이 낮고 여분의 에너지가 열이 되며, 크면 흡수할 수 없는 광자가 늘어난다

광자는 밴드 갭 Eg 이상의 에너지를 가질 때만 흡수되며, Eg를 넘는 만큼의 에너지는 캐리어가 격자에 열로 넘겨 버립니다. 이를 열 이완(thermalization) 손실이라고 합니다. 또한 개방 전압은 Eg/q를 넘을 수 없습니다. Eg가 작으면 흡수할 수 있는 광자는 늘지만 1개당 꺼낼 수 있는 에너지가 작아지고, Eg가 크면 전압은 높아지는 반면 Eg보다 낮은 에너지의 광자를 흡수하지 못하고 투과시켜 버립니다. 이 균형 때문에 쇼클리-콰이서 한계, 즉 이론 효율은 지상의 표준적인 태양광(AM1.5) 아래에서 약 1.1~1.4 eV 범위에서 약 32~33%로 높고, 약 1.34 eV에서 최대인 약 33%가 됩니다. Eg가 클수록 흡수가 늘어난다는 설명은 반대입니다. 태양광의 세기는 파장에 따라 크게 달라지며 일정하지 않습니다.