솔벤트 연구로 태양전지 내구성 문제 해결 - Sciencetimes

Rice University의 엔지니어들은 할로겐화물 페로브스카이트로 안정적이고 효율적인 태양 전지판을 만드는 데 있어 오랜 수수께끼를 해결했다고 말합니다.

3D 하단 레이어를 파괴하지 않고(또는 그 반대) 원하는 구성과 두께의 2D 상단 레이어를 적용하려면 올바른 솔벤트 디자인을 찾는 데 시간이 걸렸습니다. 그러한 전지는 더 나은 안정성으로 어느 한 층 자체보다 더 많은 태양광을 전기로 전환할 것입니다.

라이스의 George R. Brown 공과대학의 화학 및 생체분자 공학자인 Aditya Mohite와 그의 연구실은 다음과 같이 보고했습니다. 과학 24.5%의 전력 변환 효율을 제공하는 얇은 3D/2D 태양 전지를 구축하는 데 성공했습니다.

그것은 대부분의 상업적으로 이용 가능한 태양 전지만큼 효율적이라고 Mohite는 말했다.

“이것은 빛이 양쪽에서 들어오는 유연한 양면 세포와 후면 접촉 세포에 정말 좋습니다.”라고 그는 말했습니다. “2D 페로브스카이트는 파란색 및 가시광자를 흡수하고 3D 측면은 근적외선을 흡수합니다.”

페로브스카이트는 효율적인 광 수확기로 알려진 입방체 모양의 격자를 가진 결정이지만 재료는 빛, 습도 및 열에 의해 스트레스를 받는 경향이 있습니다. Mohite와 다른 많은 사람들은 페로브스카이트 태양 전지를 실용적으로 만들기 위해 수년 동안 노력해 왔습니다.

그는 새로운 발전이 상업적 생산에 대한 마지막 주요 장애물을 크게 제거한다고 말했습니다.

“이것은 여러 수준에서 중요합니다.”라고 Mohite는 말했습니다. “하나는 두 층이 동일한 물질일 때 용액 처리된 이중층을 만드는 것이 근본적으로 어렵다는 것입니다. 문제는 둘 다 동일한 용매에 용해된다는 것입니다.

“3D 레이어 위에 2D 레이어를 놓으면 용매가 밑에 있는 레이어를 파괴합니다.”라고 그는 말했습니다. “하지만 우리의 새로운 방법은 이것을 해결합니다.”

Mohite는 2D 페로브스카이트 세포가 안정적이지만 햇빛을 변환하는 데 덜 효율적이라고 말했습니다. 3D 페로브스카이트는 더 효율적이지만 덜 안정적입니다. 그것들을 결합하면 두 가지 최고의 기능이 통합됩니다.

“이것은 매우 높은 효율성으로 이어집니다. 이제 우리는 현장에서 처음으로 엄청난 제어 능력을 가진 레이어를 생성할 수 있기 때문입니다.”라고 그는 말했습니다. “이를 통해 태양 전지뿐만 아니라 광전자 장치 및 LED의 전하 및 에너지 흐름을 제어할 수 있습니다.”

2,000시간 이상 100% 햇빛에 해당하는 실험실에 노출된 테스트 셀의 효율성은 “1%도 저하되지 않습니다”라고 그는 말했습니다. 유리 기판을 세지 않고 셀의 두께는 약 1 마이크론이었습니다.

용액 처리는 산업계에서 널리 사용되며 스핀 코팅, 딥 코팅, 블레이드 코팅, 슬롯 다이 코팅 등 다양한 기술을 통합하여 액체 표면에 재료를 증착합니다. 액체가 증발하면 순수한 코팅이 남습니다.

핵심은 용매 자체의 두 가지 특성인 유전 상수와 Gutmann 도너 수 간의 균형입니다. 유전 상수는 자유 공간에 대한 재료의 전기 투자율의 비율입니다. 이는 용매가 이온성 화합물을 얼마나 잘 용해시킬 수 있는지를 결정합니다. 도너 번호는 용매 분자의 전자 공여 능력의 척도입니다.

“그들 사이의 상관 관계를 찾으면 3D 층을 파괴하지 않고 페로브스카이트를 용해하고 스핀 코팅할 수 있는 약 4가지 용매가 있음을 알 수 있습니다.”라고 Mohite가 말했습니다.

그는 그들의 발견이 일반적으로 분당 30미터의 태양 전지를 생산하는 롤투롤 제조와 호환되어야 한다고 말했습니다.

공동 저자인 프랑스 렌(Rennes)에 있는 국립과학기술원(National Institute of Science and Technology)의 물리학 교수인 Jacky Even은 “이러한 돌파구는 처음으로 하나 이상의 활성층을 포함하는 페로브스카이트 소자 이종구조를 주도하고 있다”고 말했습니다. “페로브스카이트를 사용하여 복잡한 반도체 아키텍처를 엔지니어링하려는 꿈이 곧 실현될 것입니다. 새로운 응용 프로그램과 새로운 물리적 현상의 탐색이 다음 단계가 될 것입니다.”

“이것은 태양 에너지뿐만 아니라 에너지를 생산하고 수소로 전환할 수 있는 전지가 있는 녹색 수소에도 영향을 미칩니다.”라고 Mohite가 말했습니다. “또한 자동차, 드론, 건물 통합 태양광 발전 또는 농업용으로 그리드가 아닌 태양열을 사용할 수 있습니다.”

쌀 대학원생인 Siraj Sidhik은 논문의 주저자입니다. 쌀 관련 공동 저자는 교환 학생 Yafei Wang입니다. 대학원생 Andrew Torma, Xinting Shuai, Wenbin Li 및 Ayush Agarwal; 연구 과학자 Tanguy Terlier와 Anand Puthirath; Matthew Jones, Norman and Gene Hackerman 화학 및 재료 과학 및 나노 엔지니어링 조교수; 및 Pulickel Ajayan, Benjamin M. 및 Mary Greenwood Anderson 공학 교수이자 재료 과학 및 나노 공학, 화학, 화학 및 생체 분자 공학 교수. 다른 공동 저자로는 박사후 연구원인 Michael De Siena와 Northwestern University의 화학 교수인 Mercouri Kanatzidis가 있습니다. 졸업생 Reza Asadpour 및 Muhammad Ashraful Alam, 퍼듀 대학교 전기 및 컴퓨터 공학 교수 Jai N. Gupta; 박사후 연구원 Kevin Ho, 연구 과학자 Rajiv Giridharagopal 및 David Ginger, B. Seymour Rabinovitch 수여 화학 학과장, 시애틀 워싱턴 대학교; 렌 대학의 연구원 Boubacar Traore와 Claudine Katan; 그리고 Argonne 국립 연구소의 물리학자인 Joseph Strzalka.

에너지 효율 및 재생 에너지 부서 프로그램(0008843), 프랑스 학술원, 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램(861985), 해군 연구소(N00014-20-1-2725), 아르곤 국립 연구소 (DE-AC02-06CH11357), 국립 과학 재단(1626418, 1719797) 및 에너지부(DE-SC00)

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220923090907.htm