에너지 손실에 대한 새로운 통찰력으로 떠오르는 태양광 기술의 문을 열다

[아름이]

에너지 손실에 대한 새로운 통찰력으로 떠오르는 태양광 기술의 문을 열다
날짜:
2022년 11월 18일
원천:
프린스턴 대학교, 공과대학
요약:
유기 태양 전지의 에너지 손실을 설명하는 새로운 방법은 더 우수하고 효율적인 장치를 구축할 수 있는 길을 열었습니다.

유기 태양 전지는 유망한 새로운 기술입니다. 유비쿼터스 실리콘 태양 전지판과 달리 가볍고 유연하며 다양한 색상을 나타낼 수 있어 도시 또는 파사드 응용 분야에 특히 매력적입니다. 그러나 연구자들이 유기 태양 전지가 작동하는 기본 프로세스를 이해하기 위해 노력함에 따라 장치 성능의 지속적인 발전은 더디었습니다.

이제 Princeton University와 King Abdullah University of Science and Technology의 엔지니어들은 유기 태양 전지의 에너지 손실을 표현하는 새로운 방법을 설명하고 해당 설명을 확장하여 최고의 장치 엔지니어링을 위한 권장 사항을 만들었습니다. 이 돌파구는 유기 태양 전지를 구성하는 기존의 접근 방식을 재구상할 수 있습니다. 그들의 작업은 Joule 에서 11월 18일에 출판되었습니다 .

"유기 태양 전지의 에너지 손실은 전통적으로 설명되고 정의되는 방식이 있었습니다. 그리고 그 설명이 완전히 정확하지 않은 것으로 밝혀졌습니다."라고 이 연구의 공동 저자이자 전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 Barry Rand가 말했습니다. Andlinger 에너지 및 환경 센터.

Rand는 에너지 손실을 설명하는 전통적인 방법이 유기 태양 전지의 무질서의 존재를 설명하지 못한다고 지적했습니다. 장애의 한 유형인 동적 장애는 미시적 수준에서 분자의 불규칙한 움직임으로 인해 발생하며 대부분의 온도에서 실질적으로 피할 수 없는 에너지 손실을 초래합니다. 다른 유형인 구조적 또는 정적 장애는 유기 태양 전지에 사용되는 다양한 재료의 고유 구조와 장치 내부의 배열의 산물입니다.

에너지 손실 계산의 장애를 설명하지 않은 유기 태양 전지에 대한 과거 연구에서는 장치의 재료에 관계없이 약 0.6전자 볼트의 값을 산출했습니다. 그러나 Rand와 그의 팀은 에너지 손실을 계산하는 방식에 장애를 포함시키고 다양한 장치를 테스트했을 때 장애 수준이 유기 태양 전지의 전체 에너지 손실을 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다.

"태양 전지의 무질서가 증가함에 따라 우리는 우리가 제어할 수 있는 요소인 비방사성 에너지 손실 요소가 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있습니다."라고 Rand는 말했습니다. "비방사성 에너지 손실은 무질서 구성 요소의 제곱에 따라 커집니다."

무질서가 증가하면 장치에서 에너지 손실이 급격히 증가한다는 것을 입증한 후 연구원들은 무질서를 최소화하여 보다 효율적인 장치로 이어지는 재료에 대한 권장 사항을 만들 수 있었습니다. 과학자들은 그들이 사용하는 물질을 선택하고 유기 태양 전지에 배열하는 방법을 선택할 수 있기 때문에 주어진 장치의 구조적 장애 수준을 어느 정도 제어할 수 있습니다.

유기 태양 전지를 설계할 때 연구원들은 필름의 일부가 모두 결정질이거나 모두 무정형인 물질의 균질한 혼합물 또는 필름의 일부가 결정질이고 다른 부분은 불균일한 혼합물을 만드는 데 집중할 수 있습니다. 무정형이다.

그들의 작업을 통해 Rand의 팀은 유기 태양 전지를 구축할 때 균질 혼합물이 가장 중요하다는 것을 보여주었습니다. 더 나은 성능의 유기 태양 전지를 위해 Rand는 과학자들이 높은 결정질 또는 높은 비정질 재료를 사용해야 하며 장치 내에서 두 가지를 혼합하는 것을 피해야 한다고 말했습니다.

"그 사이에 무언가가 있다면, 필름의 일부가 약간 결정질이고 일부가 비정질인 이질성이 가장 큰 에너지를 잃을 때입니다."라고 Rand는 말했습니다.

연구자들은 이전에 태양 전지 혼합물의 일정 수준의 이질성이 전체 성능에 유익하다고 믿었기 때문에 이러한 발견은 관습을 깨뜨립니다. 그러나 Rand의 팀은 이질적인 장치 혼합물이 높은 수준의 무질서와 상당한 양의 에너지 손실을 발견했기 때문에 그들의 발견이 보다 효율적인 유기 태양 전지를 추구하는 연구원들에게 새로운 초점을 제공할 수 있다고 말했습니다.

"이질성은 종종 장치의 초점이었습니다. 어느 정도의 결정화도는 유익한 것으로 생각되었습니다. 그러나 그것이 우리가 본 것이 아니라는 것이 밝혀졌습니다."라고 Rand는 말했습니다. 그는 오늘날 최고의 성능을 발휘하는 많은 유기 태양 전지가 고도의 비정질 필름으로 구성되어 있으며 기존 기술에서는 완전한 비정질 혼합물이 완전한 결정질보다 더 실용적이라고 제안했습니다.

그의 팀의 연구는 주로 유기 태양 전지 뒤에 있는 과학을 이해하려고 했지만 Rand는 다른 사람들이 그들의 작업을 사용하여 더 효율적인 장치를 만들고 궁극적으로 이 유망한 태양 전지 기술에 대한 새로운 성능 벤치마크에 도달할 수 있기를 희망합니다.

"이 발견은 우리가 이미 알고 있는 것에 추가할 수 있는 유기 태양 전지의 또 다른 측면이며, 앞으로 효율성을 개선하는 데 도움이 될 것입니다."라고 Rand는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/