경제적이고 친환경적인 고효율 황동석 태양전지 제조

[아름이]

경제적이고 친환경적인 고효율 황동석 태양전지 제조
연구원들은 공기 환경에서 수성 분무 증착을 사용하여 높은 전력 변환 효율을 달성합니다.
날짜:2022년 12월 8일
원천:인천대학교
요약:깨끗하고 지속 가능한 에너지 솔루션은 인류의 계속 증가하는 에너지 수요를 충족하는 데 필수적입니다. 고효율 태양 전지는 탄소 배출량을 줄이고 탄소 중립을 달성할 수 있는 유망한 후보입니다. 이와 관련하여 용액 처리된 구리 인듐 갈륨 황 디셀레나이드 태양 전지(CIGSSe) 태양 전지는 가시광선의 높은 흡수, 안정성 및 조정 가능한 밴드갭과 같은 우수한 광전지 특성으로 인해 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 그러나 대규모의 실용적인 응용 프로그램은 두 가지 문제로 인해 제한됩니다.

깨끗하고 지속 가능한 에너지 솔루션은 인류의 계속 증가하는 에너지 수요를 충족하는 데 필수적입니다. 고효율 태양 전지는 탄소 배출량을 줄이고 탄소 중립을 달성할 수 있는 유망한 후보입니다. 이와 관련하여 용액 처리된 구리 인듐 갈륨 황 디셀레나이드 태양 전지(CIGSSe) 태양 전지는 가시광선의 높은 흡수, 안정성 및 조정 가능한 밴드갭과 같은 우수한 광전지 특성으로 인해 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 그러나 대규모의 실용적인 응용 프로그램은 두 가지 문제로 인해 제한됩니다.

용액 처리된 구리 인듐 갈륨 황 디셀레나이드 태양 전지의 전력 변환 효율(PCE)은 값비싼 진공 기반 제조 방법에 비해 상당히 낮습니다. 또한 솔루션 기반 방법은 위험한 용매에 의존합니다. 이를 위해 인천대학교 연구진은 진공이 필요 없는 공기 환경에서 수성 분무 증착법을 이용한 비용 효율적이고 친환경적인 제조 기술을 개발했다. 이 새로운 접근 방식은 17% 이상의 상대적으로 높은 PCE를 산출합니다.

첫째, 솔루션 기반 CIGSSe 제조는 전력 변환 효율이 매우 낮고 종종 환경 친화적이지 않은 용매를 사용합니다. 둘째, 더 높은 전력 변환 효율을 달성하기 위해 제조 방법은 상당한 재료 손실을 초래하는 값비싼 진공 환경에 의존합니다. 이를 위해 인천대학교 탄소중립 글로벌에너지연구센터 김준호 교수 연구팀이 저비용, 친환경 고효율 CIGSSe 태양전지 제조법을 개발했다.

2022년 9월 4일에 온라인으로 제공되고 이후 2022년 11월 10일 Advanced Functional Materials 32권 46호에 발표된 연구에서 연구원들은 공기 환경에서 수성 스프레이 증착을 사용하고 전력 변환 효율(PCE)이 있는 CIGSSe 태양 전지를 개발했습니다. 17%보다 크다. 김 교수는 “스프레이 용액은 현재까지 가장 친환경적이고 저렴한 용매인 탈이온수를 사용했다”고 설명했다. 또한 기존의 솔루션 기반 제조 프로세스는 박막 태양 전지의 최적화를 위해 환경적으로 위험한 카드뮴 기반 버퍼에 의존합니다. 이 새로운 기술에서 연구원들은 카드뮴이 없고 환경 친화적인 대안인 인듐 황화물 기반 버퍼를 사용했습니다.

연구원들은 황화인듐 완충액에 대한 지르코늄의 합금 효과를 추가로 조사했습니다. 놀랍게도 팀은 지르코늄 합금이 버퍼의 전자 농도를 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 또한 이 방법은 CIGSSe 흡수체의 결함 상태를 "패시베이션"하거나 감소시켜 다양한 인터페이스 간의 전하 이동을 최적화하여 PCE를 향상시킵니다. 또한 연구원들은 CIGSSe 흡수체를 칼륨과 합금하여 훨씬 더 많은 결함 패시베이션과 17% 이상의 더 높은 PCE를 달성했습니다. 제작된 전지는 바닥 전지 또는 탠덤 전지와 같은 고효율 응용 분야에 최적의 밴드갭을 가지고 있습니다.

이 새로운 기술은 진공 환경이 필요하지 않기 때문에 비용 효율적이고 쉽게 확장할 수 있습니다. 김 교수는 "고진공 설비를 전혀 사용하지 않고 대기 환경에서 스프레이 증착을 진행해 제작 비용을 크게 절감해 산업 분야에서 실용성과 경쟁력을 갖춘 제작 기술을 만들었다"고 말했다.

이 개발은 CIGSSe 태양 전지의 성능과 제조를 동시에 향상시킵니다. 이것은 통합 광전지 장치 및 차량 통합 광전지 장치에서 그리고 사물 인터넷 장치의 에너지원으로 이러한 전지의 응용에 혁명을 일으킬 것입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/