페 로브 스카이 트

May 20, 2023

실리콘 태양전지는 이론적 효율 한계인 29.4%에 근접하고 있습니다. 그러나 작년에 과학자들은 처음으로 효율 임계값이 30%를 초과한 직렬형 태양전지를 만들었다고 밝혔습니다. 이제 그들은 자신들이 어떻게 해냈는지 공개할 뿐만 아니라 다른 팀도 다른 접근 방식을 사용하여 이 기록을 깨뜨렸다고 말합니다.

가장 일반적인 태양전지는 빛을 흡수하기 위해 실리콘을 사용합니다. 현대의 상업용 실리콘 태양전지는 이제 24% 이상의 효율성에 도달했으며, 최고의 실험실 셀은 26.8%의 효율성을 가지고 있습니다.

태양전지의 효율을 높이는 한 가지 방법은 서로 다른 두 가지 광흡수 물질을 하나의 장치로 적층하는 것입니다. 이러한 직렬 접근 방식은 태양전지가 수확할 수 있는 햇빛의 스펙트럼을 증가시킵니다.

“이제 안정성과 확장성 측면이 핵심이 되어야 합니다.”

점점 더 많은 과학자들이 직렬형 태양전지에서 페로브스카이트의 사용을 조사하고 있습니다. 왜냐하면 이 결정은 저렴하고 실험실에서 쉽게 생산되기 때문입니다. 일반적인 접근 방식은 페로브스카이트로 만든 상단 셀을 사용하여 고에너지 가시광선을 흡수하고 하단 셀을 실리콘으로 만들어 저에너지 적외선을 흡수하는 것입니다.

2022년 독일 연구진은 효율 29.8%의 페로브스카이트-실리콘 직렬 태양전지를 개발한 방법을 공개했으며, 스위스 뉴샤텔에 있는 스위스 전자 및 마이크로기술 센터의 별도 그룹과 협력자들은 새로운 기록을 세웠습니다. 31.25%이다.

스위스 전자 및 마이크로기술 센터의 재료 과학자인 Quentin Jeangros는 “대량 생산과 호환되는 아키텍처를 갖춘 기술이 30% 이상의 효율성에 도달한 것은 이번이 처음입니다.”라고 말합니다.

이제 뉴샤텔 연구진과 동료들은 장치를 어떻게 제작했는지 공개했고, 베를린 과학자와 협력자들은 최대 32.5% 효율의 새로운 직렬형 태양전지를 공개했습니다.

Neuchâtel 그룹은 높이가 수 마이크로미터인 피라미드를 특징으로 하는 실리콘 바닥 셀 위에 페로브스카이트 상단 셀로 구성된 장치를 공개했습니다. 평평한 표면 대신 질감이 있는 표면을 사용하면 표면의 빛을 가두는 능력이 향상되었습니다.

고효율 페로브스카이트-실리콘 직렬 태양전지 전면의 전자현미경 이미지는 질감이 있는 표면과 탄소-60 풀러렌 층을 보여줍니다. 두 층 모두 빛 포착을 극대화하고 전하 손실을 방지하는 데 도움이 됩니다.Quentin Jeangros 및 Chin Yu 신/CSEM

이 그룹은 페로브스카이트를 증착하기 위해 2단계 방법을 사용했습니다. 먼저 그들은 피라미드로 덮인 실리콘 바닥 셀에 무기 템플릿을 배치하기 위해 열 증발을 사용했습니다. 다음으로 그들은 이 지지체를 페로브스카이트로 결정화하는 용액을 사용했습니다. 이는 페로브스카이트가 빛을 받기 위해 피라미드를 형성하는 데 도움이 되었습니다.

페로브스카이트-실리콘 직렬 태양전지가 직면한 주요 문제는 음으로 하전된 전자로 인한 전하 손실을 방지하고 빛이 이러한 전하를 분리하는 데 도움이 된 후 페로브스카이트 상단 셀에서 양으로 하전된 정공이 재결합하는 것을 방지하는 것입니다. 이 문제를 극복하기 위해 Neuchâtel과 Berlin 팀이 채택한 전략 중 하나는 페로브스카이트에서 전자를 효율적으로 추출할 수 있는 탄소-60 풀러렌 층을 배치하는 것이었습니다.

그러나 페로브스카이트 표면의 결함에서는 전자와 정공이 재결합할 수 있습니다. 뉴샤텔(Neuchâtel) 그룹은 페로브스카이트 셀의 결정화 중에 이러한 결함이 형성되는 것을 방지하는 데 도움이 되는 포스폰산 첨가제를 사용하여 이를 피했습니다.

"이러한 결과는 기술이 개발의 다음 단계로 나아갈 준비가 되었음을 보여줍니다. 이는 안정성과 확장성 측면이 이제 중심 초점이 되어야 함을 의미합니다."라고 스위스 연방 기술 연구소 로잔의 재료 과학자인 Xin Yu Chin은 말합니다. 뉴샤텔(Neuchâtel)의 광전지 연구실.

다른 접근법을 사용하여 베를린 팀은 피페라지늄 요오다이드(piperazinium iodide)로 알려진 이온성 액체에 의존했습니다. 유체는 양전하를 띤 양이온과 음전하를 띤 음이온으로 만들어진 염입니다. 이를 통해 페로브스카이트의 양성 및 음성 표면 결함을 수정하여 재결합을 줄일 수 있습니다.