새로운 공동 연구를 통해 보다 접근하기 쉽고 효율적인 태양 에너지 응용 분야를 만들 수 있습니다.

Dec 02, 2023

2023년에는 태양에너지가 신규 발전용량의 절반 이상을 차지할 것으로 예상된다는 사실을 알고 계셨나요? 기술이 발전하고 심층적인 연구가 실행됨에 따라 태양 에너지는 여러 응용 분야에서 더 쉽게 접근할 수 있게 되었습니다.

혁신적인 새로운 연구에서 응용 물리학과의 황진송 교수는 태양 에너지의 효율성을 향상시키기 위한 진전을 이루고 있습니다.

페로브스카이트 태양전지는 최근 태양 에너지의 미래에서 가장 유망한 방법 중 하나가 되었습니다. 이 독특한 셀은 전류를 생성하여 햇빛을 사용 가능한 전기로 변환하는 핀이라는 구조를 가지고 있습니다. 그러나 태양전지의 바닥층과 인터페이스하는 데 사용되는 재료는 태양전지의 효율성, 안정성 및 전반적인 성능을 저하시킬 수 있습니다.

황진송(서), 제1저자 Chengbin Fei(좌)

Science 지에 게재된 Huang과 그의 팀의 연구는 이 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 해결책으로 연구팀은 페로브스카이트의 납과 강력하게 상호작용하는 정공 수송층(HTL)에 납 킬레이트화 분자(LCM)라는 분자를 추가했습니다. Huang에 따르면, 이러한 상호 작용은 결함을 줄이면서 안정성을 높여 태양 전지의 성능을 향상시켰습니다. 흥미롭게도 그는 납 킬레이트화 분자가 혈액 독성을 치료하는 약물에도 사용되어 과학 분야 전반에 걸쳐 광범위한 이점을 입증한다고 덧붙였습니다.

그런 다음 팀은 HTL과 페로브스카이트 층 사이의 인터페이스를 안정화하기 위해 노력했습니다. 이 인터페이스에서 더 나은 연결을 설정한다는 것은 셀 레이어가 약점이나 결함을 가질 가능성이 적어서 태양전지가 더 안정적으로 작동할 수 있다는 것을 의미합니다. 중요한 점은 이러한 개선을 통해 태양전지가 더욱 효율적으로 작동하여 더 많은 햇빛을 사용 가능한 전기로 변환할 수 있다는 것입니다.

구체적으로 연구팀은 HTL에 대한 변형의 균일성을 조사하기 위해 페로브스카이트 "미니모듈"을 제작했습니다. 조리개 면적이 26.9제곱센티미터인 미니모듈은 NREL 인증을 받은 21.8%(21.1%로 안정화)의 전력 변환 효율을 갖췄습니다. 이는 모듈 영역 전반에 걸쳐 최소 소형 셀 효율 24.6%(24.1%로 안정화)에 해당하며 매우 우수한 균일성을 보여줍니다. 중요한 것은 이 장치가 내습열 테스트를 통과하여 높은 온도와 습도를 견딜 수 있는 능력을 입증했다는 것입니다. HTL에 LCM이 포함된 소면적 셀과 대면적 미니모듈은 개방 회로 전압 조건에서 1-Sun 조명 하에서 초기 값보다 10%의 효율 손실로 각각 3010시간과 2130시간의 흡광 안정성을 가졌습니다.

Huang의 연구는 과학자들이 세계의 에너지 요구 사항을 더 잘 해결하기 위해 지속적으로 노력하고 있기 때문에 지속 가능하고 재생 가능한 에너지 응용 분야에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 페로브스카이트 태양광 모듈을 보다 효율적이고 안정적이며 비용 효율적으로 만드는 방법을 더 잘 이해함으로써 과학자들은 태양 에너지를 활용하여 더 넓은 규모로 구현할 수 있습니다.