이온을 코랄링하면 차세대 태양 전지의 생존력이 향상됩니다.

[아름이]

이온을 코랄링하면 차세대 태양 전지의 생존력이 향상됩니다.
날짜:
2023년 2월 27일
원천:
노스캐롤라이나 주립대학교
요약:
연구원들은 페로브스카이트 물질의 정의된 경로로 이온을 채널링하면 페로브스카이트 태양 전지의 안정성과 작동 성능이 향상된다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 실용화에 적합한 차세대 더 가볍고 유연하며 효율적인 태양 전지 기술을 위한 길을 열어줍니다.

전체 이야기
연구원들은 페로브스카이트 물질의 정의된 경로로 이온을 채널링하면 페로브스카이트 태양 전지의 안정성과 작동 성능이 향상된다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 실용화에 적합한 차세대 더 가볍고 유연하며 효율적인 태양 전지 기술을 위한 길을 열어줍니다.

결정 구조로 정의되는 페로브스카이트 재료는 실리콘보다 빛을 더 잘 흡수합니다. 이는 페로브스카이트 태양 전지가 빛을 전기로 변환하는 셀의 능력을 희생하지 않고도 실리콘 태양 전지보다 더 얇고 가벼울 수 있음을 의미합니다.

"이는 유연하고 가벼운 태양 전지 또는 소위 태양열 농장에서 오늘날 사용되는 태양 수확 기술보다 훨씬 더 효율적일 수 있는 적층형 태양 전지(탠덤으로 알려짐)와 같은 다양한 신기술에 대한 문을 열어줍니다." 발견에 관한 논문의 교신 저자인 Aram Amassian은 말합니다. "페로브스카이트 재료를 실리콘 태양 전지 기술에 통합하는 데 관심이 있습니다. 기존 인프라를 활용하면서 효율성을 25%에서 40%로 향상시킬 수 있습니다." Amassian은 North Carolina State University의 재료 과학 및 공학 교수입니다.

그러나 페로브스카이트 재료로 작업하는 것은 현재까지 페로브스카이트 태양 전지에서 장기적인 작동 안정성을 유지하는 것이 불가능했기 때문에 도전 과제입니다. 페로브스카이트는 이온성 물질로 페로브스카이트에 전압을 가하면 이온이 물질을 통해 이동하게 된다. 이러한 이동하는 이온은 궁극적으로 재료를 비효율적이고 불안정하게 만드는 재료의 화학적 및 구조적 변화에 기여하는 것으로 여겨집니다. 실용적인 페로브스카이트 태양 전지를 만들기 위해 연구자들은 이 문제를 해결할 방법을 찾아야 합니다.

Amassian 은 "우리는 이온이 페로브스카이트 물질을 통해 이동하는 것을 방지하는 방법을 찾지 못했지만 이러한 이온을 물질의 구조적 무결성이나 성능을 손상시키지 않는 안전한 도관으로 유도하는 것이 가능하다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다 . "큰 발전입니다."

이 경우 안전한 도관은 입자 경계라고 하는 것입니다. 페로브스카이트 재료는 다결정 재료입니다. 즉, 페로브스카이트를 "성장"시킬 때 재료는 서로 같은 높이에 있는 일련의 결정 또는 "입자"로 형성됩니다. 이 입자는 빛을 흡수하고 전류를 담당하는 전하를 생성합니다. 각각의 결정립은 동일한 결정 구조를 갖지만 결정립은 약간 다른 방향으로 배향될 수 있습니다. 결정립이 만나는 부분을 결정립계라고 합니다.

"우리가 발견한 것은 이온이 주로 입자 경계를 따라 이동할 때 입자가 손상으로부터 더 잘 보호된다는 것입니다. 펜 스테이트. "이것을 페로브스카이트 재료에 대해 이미 알려진 것과 결합하면 입자 경계가 약할 때 문제가 시작되어 이온이 입자 자체로 더 쉽게 이동할 수 있다는 것이 분명합니다. 입자를 보호하는 더 강한 입자 경계를 설계하는 것은 이동하는 이온을 차단하는 데 필수적입니다. 및 산소와 같은 기타 유해한 종들이 입자에 유입되어 재료의 문제가 있는 화학적 및 구조적 변화를 완화합니다."

Amassian은 "페로브스카이트 재료와 입자 경계를 설계하는 데 사용할 수 있는 확립된 기술이 있기 때문에 이것은 중요한 통찰력입니다. 이제 입자를 보호하기 위해 이러한 접근 방식을 사용할 수 있습니다."라고 Amassian은 말합니다. "우리는 이 기술이 이 논문에서 결정립 경계를 강화하는 방법을 보여줍니다. 요컨대 이제 우리는 훨씬 더 안정적인 페로브스카이트를 만들기 위해 무엇을 해야 하는지 알고 있습니다."

이 작업은 또한 보다 효율적인 에너지 저장 기술의 개발을 알릴 수 있습니다.

Amassian은 "이 작업은 할로겐화물 페로브스카이트뿐만 아니라 전하를 운반할 수 있는 모든 결정질 물질을 통해 이온이 어떻게 이동하는지에 대한 근본적인 이해를 발전시킨다"고 말했습니다. "우리는 이것이 더 빠른 이온 전도체의 엔지니어링에 어떻게 정보를 제공할 수 있는지에 대해 에너지 저장을 연구하는 동료들과 이야기하게 되어 기쁩니다."

이 연구는 보조금 번호 N00014-20-1-2573에 따라 미국 해군 연구소의 지원으로 수행되었습니다. 부여 번호 CHE-1848278에 따른 국립 과학 재단; 및 허가 번호 DE-EE0009364에 따라 미국 에너지부의 에너지 효율 및 재생 에너지 사무소.

출처 : https://www.sciencedaily.com/