﻿얇고 가벼운 층은 우주에서 페로브스카이트를 위한 방사선 장벽을 제공하여 지구상의 요소로부터 보호합니다.

얇고 가벼운 층은 우주에서 페로브스카이트를 위한 방사선 장벽을 제공하여 지구상의 요소로부터 보호합니다. 날짜: 2023년 1월 31일 원천: DOE/국립 재생 에너지 연구소 요약: 새로 발표된 연구에 따르면 초박형 보호 코팅은 우주의 유해한 영향으로부터 페로브스카이트 태양 전지를 보호하고 지구상의 환경 요인에 대해 강화하기에 충분하다는 것이 입증되었습니다. 미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL)에서 새롭게 발표한 연구에 따르면 초박형 보호 코팅은 우주의 유해한 영향으로부터 페로브스카이트 태양 전지를 보호하고 지구상의 환경 요인에 대해 강화하기에 충분한 것으로 입증되었습니다. 미 국방부의 운영 에너지 역량 개선 기금(OECIF)이 자금을 지원한 NREL 연구는 공군 연구소(AFRL)가 전 세계 군대에 전력을 공급하기 위한 저비용 혁신 에너지원을 개발하기 위해 수행되었습니다. 이 연구는 양성자, 알파 입자, 원자 산소 및 기타 스트레스 요인에 노출되는 우주 응용 분야에서 사용하기 위한 페로브스카이트의 효율성을 결정하기 위한 최신 노력입니다. 페로브스카이트를 사용하여 우주에서 전력을 생성하는 기능은 현재 우주 PV 기술과 유사한 효율성을 달성할 수 있는 잠재력을 가진 다른 기술에 더 저렴하고 가벼운 옵션을 제공하기 때문에 매력적입니다. 지구에서와 마찬가지로 페로브스카이트 태양전지도 적절한 내구성을 갖춰야 합니다. 그러나 우주의 환경은 크게 다릅니다. 지구상에서 가장 큰 문제는 날씨와 관련이 있지만 우주에서 페로브스카이트는 방사능 충격과 극심한 온도 변화로 인한 문제를 해결해야 합니다. 페로브스카이트는 다른 많은 태양 전지보다 방사선에 대한 더 나은 내성의 징후를 보이지만 많은 테스트가 수행되어야 합니다. 연구원들은 작년에 우주에서 방사선 노출이 페로브스카이트에 어떤 영향을 미치는지 보여주기 위해 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들은 차세대 기술이 우주에서 작동할 것이라고 결정했지만 추가 보호를 제공하기 위해 어떤 방식으로든 셀을 캡슐화해야 할 필요성을 지적했습니다. 후속 연구에서 최신 Nature Energy 논문의 수석 저자인 Ahmad Kirmani는 시뮬레이션을 통해 미크론 두께의 실리콘 산화물 층이 효율성을 유지하고 우주에서 페로브스카이트 태양 전지의 수명을 늘릴 수 있음을 입증했다고 말했습니다. 이에 비해 미크론 두께의 층은 일반적인 사람의 머리카락보다 약 100배 더 얇습니다. Kirmani는 실리콘 산화물 층이 다른 태양 전지에 사용되는 기존 방사선 장벽의 무게를 99% 이상 줄일 수 있으며 페로브스카이트를 위한 경량 및 저비용 패키징 설계를 위한 첫 번째 단계 역할을 한다고 말했습니다. 고에너지 양성자는 큰 해를 끼치지 않고 페로브스카이트 태양 전지를 통과합니다. 그러나 저에너지 양성자는 공간에 더 풍부하고 원자를 제자리에서 떨어뜨리고 효율성 수준을 꾸준히 감소시켜 페로브스카이트 셀에 더 큰 피해를 줍니다. 에너지가 낮은 양성자는 물질과 훨씬 더 쉽게 상호 작용하며 실리콘 산화물 층을 추가하면 페로브스카이트가 낮은 에너지 양성자로부터도 손상되지 않도록 보호할 수 있습니다. "우리는 실리콘 산화물이 고에너지 양성자와 알파 입자와 같은 완전히 침투하는 장거리 입자에 대한 보호를 제공하는 것이 불가능할 것이라고 생각했습니다."라고 Kirmani는 말했습니다. "그러나 산화물 층은 그것들에 대한 놀라울 정도로 좋은 장벽임이 밝혀졌습니다." 결과는 "지상 및 우주 페로브스카이트 광전지용 금속 산화물 장벽층" 논문에 자세히 설명되어 있습니다. 공동 저자는 NREL의 David Ostrowski, Kaitlyn VanSant, Rosemary Bramante, Karen Heinselman, Jinhui Tong, Bart Stevens, William Nemeth, Kai Zhu 및 Joseph Luther입니다. 노스텍사스대학과 오클라호마대학의 팀과 함께 일하는 몇몇 주요 협력자들. VanSant는 NREL에서 연구를 수행하는 NASA의 박사후 연구원이라는 독특한 위치를 가지고 있습니다. 저에너지 양성자 흐름에 노출되면 보호되지 않은 페로브스카이트 태양 전지가 초기 효율의 약 15%만 손실된다는 사실을 연구원들이 발견했습니다. 더 큰 농도의 입자가 세포를 파괴하는 동안 보호된 페로브스카이트는 과학자들이 "놀라운 탄력성"이라고 묘사한 것을 보여주었습니다. 간단한 장벽을 사용하면 세포가 손상되지 않았습니다. 우주에서 셀을 보다 탄력적으로 만드는 것 외에도 연구자들은 장벽이 보다 일반적인 응용 프로그램에서 어떻게 이점을 제공할 수 있는지 테스트했습니다. 그런 다음 페로브스카이트 태양 전지를 보관 조건을 모방하기 위해 며칠 동안 통제되지 않은 습기 및 온도 환경에 노출시켰다. 보호된 세포는 초기 19% 효율을 유지한 반면 보호되지 않은 세포는 19.4%에서 10.8%로 상당한 저하를 보였습니다. 산화물 층은 또한 일반적으로 수분에 더 민감한 다른 페로브스카이트 구성이 물에 노출되었을 때 보호 기능을 제공했습니다. 또한, 페로브스카이트 태양 전지는 저궤도 환경과 유사한 자외선 광자로 충격을 주는 테스트 챔버에 놓였습니다. 광자는 산소와 상호 작용하여 원자 산소를 생성합니다. 보호되지 않은 세포는 8분 후에 파괴되었습니다. 보호된 세포는 20분 후에 초기 효율을 유지했고 30분 후에는 약간의 감소만 보였습니다. 시뮬레이션과 실험을 통해 방사선으로 인한 손상을 줄임으로써 지구 궤도와 심우주에서 사용되는 보호된 태양 전지의 수명이 몇 개월에서 몇 년으로 증가할 것이라는 사실이 밝혀졌습니다. "페로브스카이트 태양 전지의 전력 변환 효율과 작동 안정성은 지금까지 커뮤니티의 두 가지 주요 초점 영역이었습니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 많은 진전을 이뤘고 산업화에 필요한 목표를 거의 달성할 수 있는 지점에 도달했다고 생각합니다. 하지만 이 시장 진입을 실제로 가능하게 하려면 포장이 다음 목표입니다." 페로브스카이트 태양 전지는 유연한 기판에 증착될 수 있기 때문에 실리콘 산화물 보호층과 결합된 새로운 기술은 드론에 전원을 공급하는 것과 같은 다양한 지상 응용 분야에 사용할 수 있습니다. NREL은 재생 에너지 및 에너지 효율성 연구 및 개발을 위한 미국 에너지부의 주요 국립 연구소입니다. NREL은 Alliance for Sustainable Energy LLC가 DOE를 위해 운영합니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>