고엔트로피 하이브리드 페로브스카이트 태양전지, 25.7% 효율 달성

중국 저장대학교 연구진이 역전된 페로브스카이트를 개발했습니다 태양전지 고엔트로피 하이브리드 페로브스카이트(HEHP) 소재를 기반으로 합니다. 이 새로운 접근 방식은 장치의 안정성을 향상시키고 탁월한 효율성을 나타내는 것으로 알려졌습니다.

"우리 연구는 페로브스카이트 태양 전지의 효율성과 안정성을 향상시키는 고엔트로피 하이브리드 페로브스카이트(HEHP) 구조의 잠재력을 강조합니다."라고 해당 연구의 교신저자인 Jingjing Xue가 말했습니다. "이 구조는 엔트로피 이득을 제공하고 정렬된 단일 구성 요소에 비해 더 나은 열 안정성과 구조적 견고성을 나타내는 고도로 무질서한 유기 구성 요소를 특징으로 합니다. 유기 구성 요소의 화학적 풍부함은 페로브스카이트 및 관련 재료의 특성을 조정할 수 있는 추가 가능성을 제공합니다."

향상된 안정성과 효율성

연구팀은 이 새로운 물질이 단상 다성분 페로브스카이트 구조를 갖고 있어 기존 페로브스카이트보다 고온에서 더 큰 상 안정성을 제공한다는 것을 입증했습니다. 핵자기공명(NMR) 분광학은 제안된 물질에 서로 다른 유기 양이온이 공존한다는 것을 확인했습니다.

"HEHP 단결정은 5개 유기 양이온 모두의 등몰 혼합물의 피크와 잘 일치하는 모든 유기 양이온의 특징적인 피크를 보여주었습니다."라고 과학자들은 설명했습니다. "이 단결정은 정렬된 무기 구조와 무질서한 유기 중간층으로 구성된 하이브리드 구조로 가장 잘 설명될 수 있습니다."

향상된 장치 구성

연구원들은 HEHP를 사용하여 물과 습기에 대한 저항력이 뛰어난 페로브스카이트 필름을 만들었습니다. 이 필름은 인듐 주석 산화물(ITO) 기판, 주석 산화물(SnO2)의 전자 수송층(ETL), 페로브스카이트 흡수체, 스피로-OMeTAD-를 포함하는 기존 아키텍처를 사용하여 페로브스카이트 태양 전지를 만드는 데 사용되었습니다. 기반 정공 수송층 및 금속 은(Ag) 접촉. 이 장치의 성능은 유사한 페로브스카이트 층이 있지만 HEHP가 없는 참조 장치와 비교되었습니다.

우수한 성능 지표

표준 조명 조건에서 테스트한 결과 HEHP 기반 장치는 다음을 달성했습니다.

• 효율성: 25.7%
• 개방 회로 전압: 1.17V
• 단락 전류 밀도: 25.8mA/cm²
• 채우기 비율: 85.2%

비교하여 참조 기기의 성과는 다음과 같습니다.

• 효율성: 23.2%
• 개방 회로 전압: 1.13V
• 단락 전류 밀도: 25.1mA/cm²
• 채우기 비율: 81.7%

HEHP 기반 셀은 원래 셀의 98% 이상을 유지했습니다.  1,000시간 후에도 효율성이 유지됩니다.

"우리는 HEHP를 통합한 후 비방사성 재결합 감소와 인터페이스 개선으로 인해 개방 회로 전압과 충전율이 향상되었다고 생각합니다."라고 과학자들은 설명했습니다. "전자 간섭을 줄이는 데 있어서 개별 구성 요소에 비해 HEHP가 우월한 것은 다양한 결함과 상승적으로 상호 작용할 수 있는 여러 유형의 A 사이트 양이온이 공존하기 때문일 수 있습니다."

광범위한 적용 가능성

팀은 새로운 페로브스카이트 재료가 다양한 페로브스카이트 구성과 세포 구조에 활용될 수 있다고 확신합니다. "이는 다양한 시나리오에서 페로브스카이트 태양전지의 성능을 향상시키는 보편적이고 결함에 강한 전략 역할을 할 수 있으며, 이는 미래 산업 대량 생산에서 페로브스카이트 장치의 생산 수율을 향상시키는 데 중요합니다."라고 팀은 결론지었습니다.

이 새로운 전지 개념에 대한 자세한 내용은 Nature Photonics에 게재된 "페로브스카이트 태양 전지에 대한 무질서한 유기 부분을 가진 고엔트로피 하이브리드 페로브스카이트" 연구에 보고되어 있습니다.