출처 : sciencedaily
조지아 테크의 연구원은 실리콘 기반의 태양 전지보다 유연하고 가벼운 페 로브 스카이 트 기반의 태양 전지를 보유하고있다.
크레디트 : Rob Felt, Georgia Tech
페 로브 스카이 트 (perovskite) 기반의 태양 전지에 관해서는 많이 좋아합니다. 그들은 간단하고 저렴하게 생산할 수 있으며 다양한 설치 방법과 장소를 열 수있는 유연성을 제공하며, 근년에는 전통적인 실리콘 기반 셀에 근접하는 에너지 효율에 도달했습니다.
그러나 2 개월 이상 지속되는 페 로브 스카이 트 기반의 에너지 장치를 생산하는 방법을 찾는 것이 하나의 도전 과제였습니다.
조지아 공과 대학, 샌디에고 샌디에고, 매사추세츠 공과 대학의 연구자들은 페 로브 스카이 트 태양 전지에 대한 새로운 발견을 발표했다.
"Perovskite 태양 전지는 매우 가볍고 유연한 플라스틱 기판으로 만들 수 있기 때문에 많은 장점을 제공합니다."라고 Juan-Pablo Correa-Baena 조오지아 공과 대학 재료 과학 및 공학부 부교수가 말했습니다. "그러나 실리콘 기반 태양 전지로 시장에서 경쟁 할 수 있으려면 더 효율적이어야합니다."
과학 저널 2 월 8 일에 발표되었고 미국 에너지 에너지와 국립 과학 재단 (National Science Foundation)이 후원 한 연구에서 연구진은 전통적인 페 로브 스카이 트에 알칼리 금속을 첨가하는 것이 어떻게 더 나은 성능을 이끌어 내는지에 대한 메커니즘을보다 자세하게 설명했다.
"Perovskites는 태양에서 게임을 바꿀 수 있습니다"샌디에고 데이비드 Fenning, University of California University의 나노 공학 교수는 말했다. "성능을 포기하지 않고도 비용을 절감 할 수있는 잠재력을 지니고 있지만, 이러한 자료에 대해 근본적으로 배워야 할 부분이 많이 남아 있습니다."
페 로브 스카이 트 결정을 이해하기 위해서는 결정 구조를 트라이어드로 생각하는 것이 도움이됩니다. 트라이어드의 한 부분은 일반적으로 요소 리드로 형성됩니다. 두 번째는 일반적으로 메틸 암모늄과 같은 유기 성분으로 구성되며 세 번째는 종종 브롬 및 요오드와 같은 다른 할로겐화물로 구성됩니다.
최근 몇 년 동안 연구자들은 구조의 납 성분에 요오드와 브롬을 첨가하는 것과 같은 더 나은 효율을 달성하기 위해 다양한 방법을 시험하는 데 집중했습니다. 나중에 그들은 전형적으로 유기 분자가 차지하고있는 페 로브 스카이 트의 부분을 세슘과 루비듐으로 대체하려고 시도했다.
"브롬과 요오드가 혼합 된 페 로브 스카이 트에 세슘과 루비듐을 첨가하면 안정성과 성능이 향상된다는 것을 이전 연구에서 알았습니다."라고 Correa-Baena는 말했습니다.
그러나 알칼리 금속을 첨가하면 페 로브 스카이 트의 성능이 향상되는 이유는 거의 알려지지 않았습니다.
그 이유가 정확히 작용했는지를 이해하기 위해 연구진은 고강도 X 선 매핑을 사용하여 나노 스케일에서 페 로브 스카이 트를 검사했습니다.
UC 샌디에고의 나노 공학 박사 과정 학생 인 Yanqi (Grace) Luo는 "페 로브 스카이 트 소재 내의 조성을 살펴보면 각 소자가 소자의 성능을 향상시키는 데 어떤 역할을하는지 확인할 수있다.
그들은 세슘과 루비듐이 혼합 된 브롬과 요오드 납 페 로브 스카이 트에 첨가 될 때 브롬과 요오드가 더 균질하게 혼합되도록하여 이들 첨가제가없는 물질보다 최대 2 % 높은 변환 효율을 나타냄을 발견했습니다.
"우리는 화학 및 구조의 균일 성이 페 로브 스카이 트 태양 전지가 최대한의 잠재력을 발휘하는 데 도움이된다는 것을 발견했다"고 페닝은 말했다. "백본의 이질성은 체인의 약점과 같습니다."
그렇더라도 루비듐이나 세슘을 첨가하면 브롬과 요오드가 더 동질화되는 반면 자체 양이온 내의 할로겐화물 자체는 상당히 밀집되어 태양 전지에서 전류가 생성되지 않는 비활성 "데드 존 (dead zone)"을 생성한다는 것을 관찰했다.
"이것은 놀랍습니다."라고 Fenning은 말했습니다. "이러한 데드 존을 갖는 것은 전형적으로 태양 전지를 죽일 것이며, 다른 물질에서는 다른 영역의 전자를 빨아 들이고 절대 놓아 버리지 않는 블랙홀처럼 작용하여 전류와 전압을 잃어 버리게됩니다.
"그러나 이러한 페 로브 스카이 트에서는 루비듐과 세슘의 사각 지대가 태양 전지 성능에 너무 해롭지는 않지만 전류 손실이 있었다"고 말했다. "이것은 자료가 얼마나 강건하지만 또한 개선의 기회가 더 많음을 보여줍니다."
이 연구 결과는 나노 스케일에서 페 로브 스카이 트 기반 디바이스가 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이되며 향후 개선을위한 토대를 마련 할 수있다.
"이 물질들은 비용 효과가 높고 성능이 뛰어나므로 광전지 패널이 널리 배치되도록해야합니다."라고 Correa-Baena는 말했습니다. "우리는 기후 변화 문제를 상쇄하기 위해 노력하고 있습니다. 그래서 아이디어는 가능한 한 저렴한 광전지를 확보하는 것입니다."
