차세대 태양전지로 탄소 중립 실현: 단일 항복 현상으로 효율성 향상

Seoul과학자들은 새로운 태양전지의 효율성을 높이기 위해 광자를 더 작은 부분으로 나누고 있습니다. UNSW 시드니의 연구원들이 이 과정을 설명하는 연구를 네이처 케미스트리에 발표했습니다. 이 연구는 현재 실리콘 태양전지 기술을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

오늘날 대부분의 태양광 패널은 실리콘으로 만들어져 태양빛을 전기로 변환하지만, 효율이 높지 않습니다. 최고 성능의 실리콘 태양 전지는 약 27.3%의 효율에 도달할 수 있으며, 이는 최대 한계인 29.4%에 가깝습니다. 팀 슈미트 교수와 네드 에킨스-도킨스 교수와 같은 과학자들은 '싱글렛 피션'이라는 과정을 사용하면 효율을 더욱 높일 수 있을 것이라고 생각합니다.

싱글렛 피션은 광자를 더 작은 에너지 단위로 나누어 태양 전지의 효율을 높일 수 있습니다. 이는 특히 높은 에너지를 가진 청색 광자로부터 발생하는 열 손실을 줄입니다. 연구자들은 자기장을 이용하여 싱글렛 피션 과정을 느리게 하고 이를 더 잘 이해하게 되었습니다. UNSW는 ARENA의 재정 지원을 받아 30% 이상의 효율을 가진 프로토타입을 제작하려고 합니다.

싱글렛 피션은 하나의 광자가 두 개의 에너지 단위를 생성하는 과정으로, 에너지 손실을 열로 줄여 태양 전지의 효율을 높입니다. 다른 색의 빛은 서로 다른 양의 에너지를 가진 광자를 가지고 있으며, 파란색 광자는 빨간색 광자보다 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 현재 태양 전지는 모든 빛을 하나의 에너지 수준으로 변환하여 상당한 열 손실을 초래합니다.

<강한>싱글렛 피션</강한>을 수행할 수 있는 층을 추가하면 실리콘 태양 전지가 더 많은 태양광을 활용하고 폐기물을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이 추가된 층은 패널에 더 많은 전류를 공급하여 효율성을 높입니다.

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단일항 분열을 이해하는 것은 어렵습니다. 연구자들은 하나의 파장으로 된 레이저 빛을 사용하여 물질을 자극하고 전자석을 사용하여 자기장을 더했습니다. 이 방법은 과정을 늦추어 연구하기 쉽게 만들어 주었습니다. 이러한 방법은 이전에 시도된 적이 없었습니다. 분자의 수준에서 단일항 분열이 어떻게 작용하는지를 이해하면 실용적인 응용으로 이어질 가능성이 더 높아집니다.

호주 재생에너지청(ARENA)은 초저가 태양광 프로그램을 통해 연구를 지원하고 있습니다. 이들은 2030년까지 1와트당 30센트 미만의 비용으로 30% 이상의 효율성을 가진 태양광 전지를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 목표는 태양광 에너지 효율성을 향상시키기 위한 싱글릿 피션 기술의 가능성을 보여줍니다.

슈미트 교수와 에킨스-도키스 교수는 그들의 새로운 통찰력을 바탕으로 시제품을 만들 수 있을 것이라고 믿고 있습니다. 그들은 이 기술을 상업화하기 위해 산업 파트너들과 협력하고 있습니다. 성공한다면, 이는 재생 에너지 분야에서 커다란 진전을 이룰 것입니다.

빛 에너지를 활용하는 새로운 방법은 향후 태양광 발전에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 이 방법은 태양광 패널의 효율을 높여 배출량을 줄이는 데 기여합니다. 발전된 태양전지 기술은 청정하고 지속 가능한 에너지 미래를 위해 필수적입니다.