차세대 태양 전지를 만들 수 있는 재료를 만드는 새로운 방법

[아름이]

차세대 태양 전지를 만들 수 있는 재료를 만드는 새로운 방법
프로세스는 더 적은 폐기물로 더 빠르게 대형 페로브스카이트를 제조합니다.
날짜:
2023년 2월 24일
원천:
펜 스테이트
요약:
고유한 전기적 특성을 가진 소재 계열인 페로브스카이트는 차세대 태양 전지를 비롯한 다양한 분야에서 사용할 가능성을 보여줍니다. 과학자 팀은 이제 이전에 가능했던 것보다 더 비용 및 시간 효율적이고 미래 재료 발견을 가속화할 수 있는 대형 페로브스카이트 장치를 제조하는 새로운 프로세스를 만들었습니다.

전체 이야기
고유한 전기적 특성을 가진 소재 계열인 페로브스카이트는 차세대 태양 전지를 비롯한 다양한 분야에서 사용할 가능성을 보여줍니다. Penn State가 이끄는 과학자 팀은 이전에 가능했던 것보다 더 비용 및 시간 효율적이고 미래 재료 발견을 가속화할 수 있다고 말한 대형 페로브스카이트 장치를 제조하는 새로운 프로세스를 만들었습니다.

"우리가 개발한 이 방법을 사용하면 전통적인 방법을 사용하여 며칠 또는 몇 주가 아니라 몇 분 안에 매우 큰 벌크 샘플을 쉽게 만들 수 있습니다. . "그리고 우리 재료는 고품질입니다. 그 특성은 단결정 페로브스카이트와 경쟁할 수 있습니다."

연구원들은 장치를 만들기 위해 EM-FAST(electrical and mechanical field-assisted sintering technique)라는 소결 방법을 사용했습니다. 소결은 열과 압력을 사용하여 미세한 분말을 재료의 고체 덩어리로 압축하는 데 일반적으로 사용되는 공정입니다.

페로브스카이트를 만드는 일반적인 공정에는 습식 화학이 포함됩니다. 재료는 용매 용액에서 액화되고 박막으로 응고됩니다. 이러한 물질은 우수한 특성을 가지고 있지만 대형 페로브스카이트를 만드는 데는 비용이 많이 들고 비효율적이며 사용된 용매는 독성이 있을 수 있다고 과학자들은 말했습니다.

Penn State의 연구 교수이자 공동 저자인 Bed Poudel은 "우리의 기술은 두 세계의 최고입니다."라고 말했습니다. "우리는 단결정과 같은 특성을 얻었고 크기 제한이나 오염 또는 독성 물질의 수율에 대해 걱정할 필요가 없습니다."

건식 재료를 사용하기 때문에 EM-FAST 기술은 박막을 만드는 데 사용되는 습식 화학과 호환되지 않는 장치 특성에 맞게 추가되는 성분인 새로운 도펀트를 포함할 수 있는 문을 열어 잠재적으로 새로운 재료의 발견을 가속화합니다. 말했다.

Penn State의 연구 조교수이자 공동 저자인 Amin Nozariasbmarz는 "이것은 더 나은 열전기 및 태양광 물질뿐만 아니라 X선 및 γ선 검출기를 포함하여 새로운 종류의 물질을 설계하고 개발할 수 있는 가능성을 열어줍니다."라고 말했습니다. "일부 응용 분야는 우리가 이미 알고 있는 것이지만, 이것은 제어된 특성, 구조 및 구성을 가진 새로운 할라이드 페로브스카이트 재료를 만드는 새로운 기술이기 때문에 미래에 새로운 돌파구가 나올 수 있는 여지가 있을 것입니다."

또한, 새로운 공정을 통해 레이어드 재료(하나의 분말이 다른 분말 아래에 있음)가 디자이너 구성을 만들 수 있습니다. 미래에 제조업체는 특정 장치를 설계한 다음 건조 분말에서 직접 인쇄할 수 있다고 과학자들은 말했습니다.

"우리는 이 FAST 페로브스카이트가 높은 처리량의 재료 합성을 위한 또 다른 차원을 열어줄 것으로 기대합니다. 미래에는 분말에서 직접 인쇄 장치를 제조하고 새로운 페로브스카이트 구성의 재료 발견을 가속화할 것입니다."라고 Penn State의 연구 조교수이자 공동 저자인 Kai Wang은 말했습니다. .

스파크 플라즈마 소결이라고도 하는 EM-FAST는 분말에 전류와 압력을 가하여 새로운 재료를 만드는 것입니다. 이 공정의 수율은 100%입니다. 용액 기반 공정의 20~30%와 달리 모든 원료가 최종 장치로 들어갑니다.

이 기술은 분당 0.2인치의 속도로 페로브스카이트 재료를 생산하여 과학자들이 실험실 테스트에서 고성능을 유지하는 대형 장치를 빠르게 만들 수 있도록 했습니다. 팀은 Nature Communications 저널에 연구 결과를 보고했습니다 .

Penn State 과학자들은 오랫동안 EM-FAST를 사용하여 열전 장치를 만들었습니다. 이 작업은 이 기술로 페로브스카이트 재료를 만드는 첫 번째 시도를 나타낸다고 과학자들은 말했다.

Nozariasbmarz는 "우리가 가진 배경 때문에 우리는 대화를 나누었고 일부 매개변수를 변경하고 페로브스카이트로 이것을 시도할 수 있다고 생각했습니다."라고 말했습니다. "그리고 그것은 새로운 세계로 가는 문을 열었습니다. 이 논문은 그 문, 즉 새로운 재료와 새로운 속성으로 연결되는 링크입니다."

이 프로젝트의 다른 Penn State 연구원은 연구 조교수인 Wenjie Li와 Dong Yang이었습니다. 재료 연구소의 스태프 과학자인 Ke Wang; 윤정진, Tao Ye, Yu Zhang, 박사후 연구원; Yuchen Hou, 박사 과정 학생; Shashank Priya, 전 연구 부회장 겸 전략 이니셔티브 책임자이자 재료 과학 및 공학 교수.

또한 미 육군 전투 능력 개발 사령부 항공 및 미사일 센터의 Mohan Sanghadasa도 기여했습니다.

연구원들은 국립 과학 재단 산학 연구 파트너십의 에너지 하베스팅 재료 및 시스템 센터, 미국 에너지부 에너지 효율 및 재생 에너지 사무소, 공군 과학 연구 사무소, 해군 연구 및 육군 연구 사무소로부터 지원을 받았습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/