새로운 지평을 열다: 투명 페로브스카이트 태양전지로 기록적인 전압 달성

독일 슈투트가르트 대학교 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 그들은 1.78V의 인상적인 전압을 갖는 단일 접합 투명 페로브스카이트 태양전지를 성공적으로 개발하여 업계 신기록을 세웠습니다.

 

이 셀의 핵심 구성 요소는 모든 페로브스카이트 중에서 고에너지 밴드갭으로 알려진 하이브리드 메틸아민 납 염화물(MAPbCl3) 페로브스카이트 소재입니다. 이 독특한 소재는 사물 인터넷(IoT), 태양광 창과 같은 응용 분야는 물론 다중 접합 태양 전지에서도 넓은 밴드갭 페로브스카이트 태양 전지에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다.

 

지금까지 넓은 밴드갭을 갖는 단일 접합 페로브스카이트는 고전압을 달성하는 데 어려움을 겪었습니다. 한계는 빠른 결정화 속도와 재료 전구체의 낮은 용해도에 있습니다. 이로 인해 필름 커버리지가 불완전해지고 필름 형태가 불규칙해집니다.

 

이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 2단계 증착 방식을 채택한 후 글로브박스 내에서 분자질소(N2) 가스 하에서 어닐링했습니다. 어닐링 분위기를 제어함으로써 그들은 벌크 특성에 영향을 주지 않고 MAPbCl3의 결정화 동역학에 영향을 미칠 수 있었습니다. 이 공정을 통해 표면 커버리지와 필름 균일성이 크게 향상되었습니다.

 

태양전지의 구성에는 불소가 첨가된 산화주석(FTO) 기판, 탄소-티타늄 이산화물(C/TiO2)을 기반으로 한 전자 수송층(ETL), TiO2 메조다공성 층, MAPbCl3 흡수체, Spiro-OMeTAD 정공 수송층(HTL) 및 금(Au) 금속 접점.

 

표준 조명 조건에서 셀은 인상적인 성능 지표를 나타냈습니다. 전력변환효율 0.81%, 개방전압 1.71V, 단락전류밀도 0.73mA cm−2, 충전율 64.7%를 달성했다.

 

특히, 이 셀은 1.78V의 매우 높은 개방 회로 전압을 나타냈는데, 이는 MAPbCl3 기반 페로브스카이트 태양전지 중 최고 기록입니다. 이 전압은 좁은 밴드갭에 최적화된 기존의 spiro-OMeTAD 정공 수송층을 사용하여 달성되었다는 점은 언급할 가치가 있습니다. 이 놀라운 결과는 좁은 밴드갭을 갖는 세계 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 동일한 접점이 이러한 높은 전압을 유지할 수 있음을 나타냅니다.

 

연구원들은 ACS 간행물에서 볼 수 있는 "최고 전압 페로브스카이트 태양 전지를 위한 MAPbCl3 광 흡수체"라는 제목의 최근 논문을 통해 연구 결과를 발표했습니다.

 

이 획기적인 성과는 고전압 페로브스카이트 태양전지의 발전을 위한 길을 열어주어 보다 효율적이고 지속 가능한 에너지 솔루션에 더 가까이 다가가게 해줍니다. 더 폭넓은 적용 가능성과 향상된 성능으로 인해 페로브스카이트 태양 전지의 미래는 그 어느 때보다 밝아 보입니다.