새 연구: 첨단 유기 코팅으로 더 많은 태양광 에너지를 활용하다

Seoul연구자들은 특정 유기 코팅을 사용하여 태양 전지의 효율을 높이는 방법을 발견했습니다. 이들은 실리콘과 페로브스카이트로 구성된 태양 전지를 개선했으며, 이는 더 효율적이고 저렴한 태양광 패널의 개발로 이어질 수 있습니다.

태양 전지에서는 빛이 반도체에 닿아 전자를 떨어뜨리며, 양전하를 띤 홀을 생성합니다. 이러한 전하들은 전류로 수집됩니다. 탠덤 전지는 두 가지 종류의 반도체를 사용하여 더 넓은 범위의 햇빛을 포착함으로써 효율성을 높입니다. 주된 조합은 실리콘과 페로브스카이트로, 실리콘은 적색과 근적외선을, 페로브스카이트는 가시광선을 효과적으로 포착합니다.

주요 사항:

• Czochralski 공정으로 제조된 표준 실리콘 웨이퍼는 저렴하지만 표면에 미세한 질감을 가지고 있습니다.
• 미세 질감 처리된 웨이퍼는 빛 포획에는 유리하지만 페로브스카이트를 코팅할 때 결함을 유발합니다.
• CF3-TEA를 포함한 새로운 유기 코팅은 이러한 결함을 부드럽게 처리하고 전자적 특성을 향상시킵니다.
• 이 코팅을 사용한 탠덤 태양 전지에서 약 31%의 효율을 달성했습니다.

새로운 연구는 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼를 사용하며, 이 웨이퍼는 초크랄스키 공정으로 제작되어 작은 피라미드 모양의 구조를 가지고 있습니다. 이 구조는 빛을 덜 반사하여 빛을 잘 흡수하도록 도와줍니다. 일반적으로는 더 비싼, 광택이 있는 실리콘 웨이퍼가 페로브스카이트/실리콘 시스템에 사용됩니다.

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이러한 미세구조 표면은 페로브스카이트로 덮였을 때 종종 결함이 발생하는 문제가 있습니다. 이 결함은 효율성과 안정성을 저하시킵니다. 전자가 이동하기 어렵게 되어 비광발산 과정에서 에너지가 손실됩니다.

카이 야오 교수님이 이끄는 연구팀은 해결책을 찾았습니다. 그들은 분사 코팅 방법을 사용하여 CF3-TEA라는 특별한 화학 물질을 적용합니다. 이 방법으로 작은 불규칙한 표면에도 고르게 층을 형성할 수 있습니다. CF3-TEA 코팅의 뛰어난 특성 덕분에 표면 결함으로 인한 문제가 크게 줄어듭니다.

코팅은 전자의 손실을 줄여, 전자를 효율적으로 전자 포집층으로 전달할 수 있게 합니다. CF3-TEA와의 이러한 변화 덕분에 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양 전지는 거의 31%의 효율에 도달했고, 시간이 지나도 안정성을 유지할 수 있게 되었습니다.

이 새로운 발전은 태양 전지의 효율성을 떨어뜨리지 않으면서도 저렴한 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있게 해준다는 점에서 매우 흥미롭습니다. 저비용 소재로 높은 효율성과 안정성을 유지할 수 있는 것은 재생 에너지 분야에서 중요한 진전을 의미할 수 있습니다. 이는 태양 에너지를 더 저렴하고 쉽게 접근할 수 있게 만들어 전 세계적으로 널리 사용되도록 촉진할 수 있습니다.