페로브스카이트 태양전지의 작동 안정성 향상
날짜:
2022년 12월 27일
원천:
에콜 폴리테크니크 Fédérale de Lausanne
요약:
과학자들은 상용화를 향한 중요한 단계인 페로브스카이트 태양 전지의 작동 안정성을 개선하는 방법을 찾았습니다.
하이브리드 페로브스카이트는 유기 양이온이 산재된 금속 할로겐화물 골격으로 만들어진 재료입니다. 그들은 낮은 제조 비용과 결합된 광 수확 능력으로 인해 태양 에너지 분야에서 많은 관심을 끌었으며, 현재의 실리콘 기반 장치를 대체하기 위한 페로브스카이트 태양 전지(PSC)의 주요 후보가 되었습니다. 페로브스카이트는 또한 LED 조명, 레이저 및 광검출기를 포함하는 다양한 응용 분야에서 큰 잠재력을 보여줍니다.
페로브스카이트 태양 전지를 상용화하는 데 걸림돌 중 하나는 작동 안정성으로 이미 시장에 출시된 태양광 기술에 비해 불리합니다. 이는 높은 구성 유연성과 광전자 성능을 결합하기 때문에 탠덤 태양 전지 및 방출 조정 가능 LED에 이상적인 재료인 혼합 할로겐화물 페로브스카이트의 경우 특히 문제입니다.
혼합 할로겐화물 페로브스카이트는 광전지 재료가 전기를 생성하는 데 필요한 에너지에 영향을 미치는 특성인 넓은 밴드갭을 특징으로 합니다. 그러나 대부분의 혼합 할로겐화물 페로브스카이트에서 빛은 "할라이드 상 분리"라는 현상을 일으킬 수 있으며, 여기서 성분은 다른 할로겐 함량의 영역으로 "탈혼합"됩니다. 이러한 분리는 태양 전지의 작동 수명 동안 상당한 효율성 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 이 문제를 해결하는 것은 페로브스카이트 기술의 성공, 특히 혼합 할로겐화물, 넓은 밴드갭 페로브스카이트가 일반적으로 두 번째 낮은 밴드갭 페로브스카이트 또는 실리콘 셀과 함께 사용되는 소위 탠덤 구성을 가진 태양 전지의 경우 매우 중요합니다.
EPFL의 기초 과학 학교의 연구팀은 순수한 요오드화물과 혼합 할로겐 페로브스카이트를 기반으로 하는 태양 전지의 전력 변환 효율과 안정성을 모두 개선하는 동시에 후자의 할로겐화물 상 분리를 억제하는 방법을 개발했습니다. 이 연구는 EPFL의 Michael Grätzel 교수와 Ursula Rothlisberger 그룹이 수행했으며 Essa A. Alharbi 박사와 Lukas Pfeifer 박사가 이끌었습니다.
이 방법은 태양 전지 성능을 향상시키기 위해 시너지 효과를 발휘하는 2개의 알킬암모늄 할라이드 변조기로 PSC를 처리합니다. 변조기는 앞서 언급한 분해 경로를 촉진하는 페로브스카이트의 결함을 완화하는 데 사용되는 화합물인 패시베이터로 사용되었습니다.
이 연구에서 연구원들은 두 개의 변조기를 사용하여 할라이드 분리를 중지할 수 있었고 따라서 PSC의 장기간 사용에서 나타나는 전력 변환 효율의 저하를 상당히 줄일 수 있었습니다.
새로운 접근법은 하나의 페로브스카이트 구성(α-FAPbI 3 )에 대해 24.9%, 다른 구성(FA 65 MA 35 Pb(I 65 Br 35 ) 3 )에 대해 21.2%의 전력 변환 효율성을 가져왔습니다. 연속 운전 1200시간, 250시간 후에도 초기 효율의 약 90%와 80%가 유지되었다. 저자는 "중요한 안정성 문제를 해결함으로써 우리의 결과는 PSC의 대규모 실제 적용을 향한 중요한 단계를 나타냅니다."라고 썼습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/