암모늄은 안정적이고 효율적이며 확장 가능한 페로브스카이트 태양 전지의 비밀 성분입니다.

[아름이]

암모늄은 안정적이고 효율적이며 확장 가능한 페로브스카이트 태양 전지의 비밀 성분입니다.
날짜:
2022년 12월 21일
원천:
엑시톤 과학의 ARC Center of Excellence
요약:
포름아미디늄-세슘 페로브스카이트 태양 전지를 만드는 전구체로서 아세트산 납을 처음으로 효과적으로 사용함으로써 산업 규모에서 내구성 있고 효율적인 페로브스카이트 태양광 발전을 만드는 새로운 경로가 입증되었습니다.

포름아미디늄-세슘 페로브스카이트 태양 전지를 만드는 전구체로서 아세트산 납을 처음으로 효과적으로 사용함으로써 산업 규모에서 내구성 있고 효율적인 페로브스카이트 태양광 발전을 만드는 새로운 경로가 입증되었습니다.

Monash University에 기반을 둔 Exciton Science의 구성원은 21% 효율로 페로브스카이트 태양 전지를 만들 수 있었으며, 이는 할로겐화물이 아닌 납 소스로 만든 장치에 대해 기록된 최고의 결과입니다.

이러한 셀을 갖춘 미니 프로토타입 태양 전지판은 18.8% 효율을 달성했습니다. 대면적 페로브스카이트 층은 주변 대기에서 제작되었으며 단일 단계 블레이드 코팅을 통해 만들어졌으며 산업 규모 제조에 대한 잠재적인 가능성을 보여주었습니다.

또한 테스트 장치는 65°C에서 3,300시간 실행한 후에도 효율성 손실 없이 계속 작동하는 강력한 열 안정성을 보여주었습니다.

Monash University의 박사 과정 학생인 제1저자 Jie Zhao는 "우리는 완벽한 고품질 포름아미디늄-세슘 페로브스카이트 박막을 얻기 위해 원스텝 스핀 코팅 공정에서 납 아세테이트를 사용할 수 있었습니다.

"그리고 우리는 항용매제가 필요하지 않기 때문에 블레이드 코팅과 같은 대규모 기술을 통해 이를 수행할 수 있으며 이는 산업 규모에서 실행 가능함을 의미합니다."

결과는 에너지 및 환경 과학 저널에 게재되었습니다 .

교신저자이자 Monash University 동료인 Wenxin Mao 박사는 "페로브스카이트 태양 전지 연구의 대부분은 할로겐화 납, 특히 요오드화 납을 사용합니다.

"요오드화 납은 99.99% 순수해야 하며 요오드화 납을 사용하여 세포를 합성하는 데 비용이 많이 듭니다.

"우리는 요오드화 납 대신 아세트산 납을 사용하여 매우 안정적인 포름아미디늄-세슘 페로브스카이트 태양 전지를 만든 최초의 그룹입니다.

"우리는 전체 연구 커뮤니티에 고품질 페로브스카이트 태양 전지를 만드는 두 번째 방법을 제공했습니다."

페로브스카이트에 대한 추가 정보: 약속 대 문제

페로브스카이트로 만든 박막 태양 전지는 실리콘에 비해 상대적으로 낮은 제조 비용, 유연성 및 조정 가능한 밴드 갭 덕분에 태양 에너지 부문을 혼란에 빠뜨릴 가능성이 있습니다.

그러나 연구자들은 신뢰성 문제를 해결하기 위해 고군분투하고 있으며 실행 가능한 상업적 규모로 장치를 만드는 방법도 찾아야 합니다.

페로브스카이트는 다양한 성분을 사용하여 용액 처리(액체에서 제조)됩니다.

대부분의 접근법은 납 할로겐화물을 사용하고 페로브스카이트 결정화 공정을 제어하기 위해 비등점이 높은 강한 극성 용매와 반용매 냉각제를 포함해야 합니다.

이 복잡한 메커니즘은 박막의 결함으로 이어질 수 있으며 이로 인해 결과 장치의 효율이 급격히 떨어집니다. 제어하기도 어렵습니다.

화학적 화합물인 아세트산 납 은 결함이 적은 매우 매끄러운 박막을 만들 수 있기 때문에 유망한 대체 전구체로 부상했습니다.

지금까지 아세트산납은 상대적으로 불안정하고 실제 응용에 적합하지 않은 메틸암모늄 또는 세슘 기반 페로브스카이트를 만드는 데만 사용되었습니다.

우수한 안정성 덕분에 포름아미디늄과 세슘을 사용하여 만든 페로브스카이트에서 상업용으로 더 나은 후보를 찾을 수 있습니다. 전구체로 아세트산 납을 사용하여 합성하려는 이전 시도는 실패했습니다.

이 문제를 조사하고 해결하기 위해 연구원들은 중국 우한 공과 대학의 협력자들과 함께 기본 분자 메커니즘을 조사했습니다.

X선 회절과 핵자기공명 분광법을 통해 암모늄을 임계 단계에서 휘발성 양이온(양전하를 띤 이온)으로 사용할 필요성을 확인했다.

기여 저자인 Sebastian Fürer 박사는 "암모늄의 존재는 원치 않는 부산물을 형성하지 않고 어닐링 중에 잔류 아세테이트를 제거하는 역할을 했습니다."라고 말했습니다.

연구원들은 전구체 거동을 지배하는 기본 화학에 대한 연구가 금속 할라이드 페로브스카이트 장치의 확장 가능한 합성 및 제조 방법에 더 큰 초점을 맞출 수 있기를 희망합니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/