현재 나노기술 - 보도 자료: 구조화된 반사 방지층을 갖춘 효율적인 페로브스카이트 셀 - 더 넓은 규모의 상용화를 향한 또 다른 단계

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페로브스카이트 태양전지를 위해 제조된 벌집 텍스처의 시각화(출처: 바르샤바 대학 물리학부 Maciej Krajewski). 과학자 팀의 연구는 "Advanced Materials and Interfaces" 저널 표지에 발표되어 높이 평가되었습니다. CREDIT
Maciej Krajewski, 바르샤바 대학교 물리학부

요약 :
간단하고 비용 효율적인 생산 공정과 뛰어난 성능으로 인해 현재 지배적인 실리콘 셀의 후속 제품으로 널리 간주되는 페로브스카이트 기반 태양전지는 이제 심층적인 연구 대상이 되고 있습니다. 프라운호퍼 태양 에너지 ISE 연구소와 바르샤바 대학 물리학부의 과학자 팀은 Advanced Materials and Interfaces 저널에 상당히 향상된 광전자 특성을 지닌 페로브스카이트 광전지를 발표했습니다. 논문에서 볼 수 있듯이 차세대 셀의 광 손실을 줄이는 것은 광범위한 구현을 위한 주요 과제 중 하나입니다.

구조화된 반사 방지층을 갖춘 효율적인 페로브스카이트 셀 - 더 넓은 규모의 상용화를 향한 또 다른 단계

바르샤바, 폴란드 | 게시일: 6년 2023월 XNUMX일

태양광발전은 지난 20년 동안 패널 효율과 설치 용량을 고려하면 상당한 발전을 이루었으며, 이는 1000년 이후 전 세계적으로 2000배나 증가했습니다. 실리콘은 태양광 패널을 생산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 재료였지만 현재는 셀 이 요소를 기반으로 물리적 효율성 한계에 접근하고 있습니다. 따라서 과학자들은 전지 효율을 향상시키는 동시에 더 저렴하고 환경 친화적인 생산을 가능하게 하는 혁신적인 솔루션을 적극적으로 모색하고 있습니다.

페로브스카이트 기반 전지는 이 두 가지 기준을 모두 충족하며 잘 확립된 화학적 방법을 사용하여 생산 시 26% 이상의 효율성, 용이성 및 비용 효율성을 제공합니다. 현재 전 세계 수많은 연구 기관에서 효율성과 대기 조건에 대한 저항성을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 그들이 직면한 과제 중 하나는 페로브스카이트 셀과 실리콘 셀을 통합하는 동시에 반사 및 기생 흡수로 인한 손실을 줄이는 것입니다. 이러한 손실을 최소화하기 위해 실리콘 셀은 일반적으로 부식성이 강한 화학 물질로 에칭됩니다. 이 공정은 표면에 미세한 피라미드 패턴을 생성하여 전체 장치의 반사를 효과적으로 줄여 장치에서 생성되는 전류를 증가시킵니다. 불행하게도 페로브스카이트는 많은 화학 물질에 민감하기 때문에 지금까지 덜 침습적인 스퍼터링을 통해 적용되는 덜 효과적인 평면 반사 방지 코팅이 사용되었습니다.

Advanced Materials and Interfaces에 발표된 연구에서 과학자들은 나노임프린팅 방법을 사용하여 페로브스카이트 태양전지 위에 벌집 모양 대칭을 갖는 효율적인 반사 방지 구조를 만들었습니다. 이 기술을 사용하면 100cm²를 초과하는 매우 넓은 표면에 나노미터 규모의 구조를 생산할 수 있습니다. "이 접근 방식은 재생 가능 에너지원으로의 에너지 전환이 시급히 필요한 상황에서 매우 중요한 대면적 장치의 생산 공정에서 확장성을 보장합니다."라고 University of Physics 학부의 연구원인 Msc Maciej Krajewski는 말합니다. 바르샤바. 이러한 변형된 샘플은 이전에 사용된 평면 반사 방지층을 사용하는 전지에 비해 더 높은 효율성을 보여줍니다.

효율성 향상 외에도 발표된 연구의 또 다른 중요한 발견은 이 층의 적용 절차가 페로브스카이트를 손상시키지 않아 특정 셀 아키텍처에 맞게 조정된 다른 구조를 사용할 가능성을 열어준다는 것입니다. 지금까지 과학자들은 유사한 반사 방지 구조를 별도로 준비된 층으로 적용했는데, 이는 필연적으로 규모가 작고 활성 층을 손상시키기 쉬운 또 다른 기술 공정으로 옮겨졌습니다. 직접 나노임프린팅 방법을 사용하면 단일 기술 프로세스로 전체 장치를 대규모로 제조할 수 있으며 이는 전체 장치 비용을 줄이는 데 중요합니다.

또한 적용된 방법은 직렬 구성, 즉 실리콘과 페로브스카이트 셀을 결합하는 것과 호환되므로 완전히 새로운 응용 가능성을 열어줍니다. 결과적으로, 절차를 신흥 광전지 아키텍처로 직접 이전하여 효율성을 더욱 향상시킬 수 있는 가능성이 있습니다. 발표된 결과는 생산에 나노임프린팅 기술을 활용하여 뛰어난 광전자 특성을 갖춘 새로운 광전지 장치의 길을 열었습니다.

실험과 모델링은 Freiburg의 Fraunhofer ISE에서 Msc 연구원이 참여하여 수행되었습니다. 바르샤바 대학교의 마시에이 크라예프스키(Maciej Krajewski). 연구 자금은 Fraunhofer Gesellschaft(ICON 프로그램 내 프로젝트 MEEt), University of Warsaw 물리학부, University of Warsaw 물리학부, University of Warsaw Foundation의 실험물리학 연구소 및 Erasmus+ 프로그램 및 Deutsche Bundesstiftung Umwelt.

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바르샤바 대학교 물리학부 소개
바르샤바 대학교의 물리학과 천문학은 1816년 당시 철학부의 일부로 등장했습니다. 1825년에는 천문대가 설립되었습니다. 현재 바르샤바 대학교 물리학부는 실험 물리학, 이론 물리학, 지구 물리학, 수학적 방법학과 및 천문 관측소로 구성되어 있습니다. 이 연구는 양자부터 우주론까지 현대 물리학의 거의 모든 영역을 다루고 있습니다. 본 학부의 연구 및 교수진은 250명이 넘는 교수진으로 구성되어 있습니다. 약 1,100명의 학생과 170명 이상의 박사 과정 학생이 UW 물리학부에서 공부하고 있습니다. 바르샤바 대학교는 상하이의 학술 과목 글로벌 순위에 따라 물리학 분야에서 교육하는 세계 최고의 대학 75개 중 하나입니다.

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