서로 다른 결정상에 존재할 수 있는 물질의 능력을 이용하는 태양광 발전의 새로운 개념 발견

드레스덴 기술 대학의 통합 물리학 및 광자 재료 센터와 드레스덴 첨단 전자 센터의 연구원 팀은 다른 결정상에 존재하는 재료의 능력을 이용하는 새로운 태양 전지 개념을 시연했습니다. 관련 연구는 현재 Nature Energy 저널에 게재되었습니다.

광전지의 목적은 햇빛을 전기로 변환하는 것입니다. 태양광을 흡수함으로써 한 쌍의 전하 캐리어가 생성되며 전류를 생성하기 위해 광전지 다이오드의 반대편으로 향해야 합니다. 이 프로세스를 용이하게 하기 위해 대부분의 태양 전지에는 전하 분리를 유도하는 유리한 에너지 환경을 제공하는 이종접합이 포함됩니다.

예를 들어, 실리콘 태양 전지는 장치의 각 면을 전기적으로 도핑하여 헤테로 접합을 형성하여 pn 접합을 생성합니다. 반면에 유기 태양 전지는 벌크 이종 접합을 형성하기 위해 서로 다른 유형의 재료(도너 및 억셉터)를 혼합하는 데 의존합니다. 그러나 이러한 개념은 새로운 광전지 재료의 신흥 등급에는 일반적으로 적용되지 않습니다.

프로젝트 연구팀은 이제 광전지 이종접합의 형성에 대한 새로운 개념을 시연했습니다. 이를 위해 연구원들은 물질이 종종 결정상이라고 하는 다른 구조적 형태로 존재할 수 있다는 사실을 이용했습니다.

다형성으로 알려진 이 현상은 동일한 물질이 그 구조에서 원자와 분자의 특정 배열에 따라 다른 특성을 나타낼 수 있음을 의미합니다. 동일한 물질의 두 결정상을 연결함으로써 연구원들은 처음으로 이종 접합 태양 전지의 형성을 시연했습니다. 구체적으로, 연구원들은 새로운 개념을 위해 베타 및 감마 단계에서 효율적인 태양 전지 흡수 물질인 요오드화 세슘 납 칼코게나이드를 선택했습니다.

연구진은 “및 상(phase)에서 요오드화세슘납의 광학적, 전자적 특성이 서로 다른데, 칼코게나이드 위에 칼코게나이드를 얹어 태양전지보다 훨씬 효율적인 상-이종접합 태양전지를 만들 수 있었다”고 설명했다. 단상 칼코게나이드 기반 세포." 그들의 연구에서 연구원들은 상의 최상층이 여러 가지 방식으로 태양 전지의 성능에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다.

진보된 분광 분석은 개선된 성능이 증가된 광 흡수 및 두 단계 사이의 유리한 에너지 정렬 형성과 관련이 있음을 보여주었다고 연구원들은 말했습니다.

중요한 것은 연구원들이 태양 전지 작동 중에 위상 헤테로접합이 안정적으로 유지되고 태양 전지 흡수체에서 이온 이동을 억제하여 칼코게나이드 재료의 일반적인 문제를 해결한다는 것을 확인했다는 것입니다.

위상 이종 접합 개념을 실현하기 위해 연구원들은 상단 및 하단 레이어에 대해 두 가지 다른 제조 프로세스를 사용했습니다. 연구원들은 위상 이종접합을 위한 간단한 제조 경로와 결합된 이 새로운 개념이 다양한 전자 및 광전자 장치의 광범위한 재료 시스템에도 적용될 수 있기를 희망한다고 말했습니다.

많은 반도체 클래스가 다형성을 나타내므로 이 개념은 간단하고 저렴한 제조 공정을 사용하여 단일 재료로 만들 수 있는 위상 이종접합을 기반으로 하는 완전히 새로운 응용 분야의 길을 열 수 있습니다.