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태양전지의 나노 결함이 반드시 전력 생산에 영향을 미치는 것은 아닙니다.

플라톤에 의해 재발행
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12월 21, 2023

(나노 워크 뉴스) DESY가 이끄는 국제 연구팀은 전례 없는 해상도로 재료의 결함과 태양 전지에서 생성되는 전력 사이의 상관 관계를 조사해 왔습니다. 팀은 놀라운 결과를 얻기 위해 다양한 실험 기술을 사용했으며 현재 해당 저널에 발표했습니다. 고급 과학 (“3D 및 다중 모드 X선 현미경을 통해 CIGS 태양 전지에서 공극의 영향이 밝혀졌습니다”): 소위 CIGS 셀을 제조할 때 필연적으로 발생하는 결함은 전력 출력을 감소시킬 수 있지만 그 효과는 예상보다 훨씬 덜 일반적이고 훨씬 더 국지적입니다. 3D 및 다중 모드 X선 현미경을 통해 CIGS 태양 전지에서 공극의 영향이 밝혀졌습니다. 실험적 개념. 두 가지 서로 다른 실험을 위해 동일한 층 스택의 두 샘플을 준비합니다. 첫 번째 실험에서는 샘플을 인쇄 회로 기판에 장착하고 전기적으로 접촉시켜 유도 전류 맵을 측정할 수 있습니다. 두 번째 실험에서는 샘플을 조각내어 핀에 장착하고 원통형으로 성형합니다. 다양한 각도의 투영을 획득하여 처리하고 개별 레이어로 분해할 수 있는 3D 재구성을 생성합니다. (©첨단과학) CIGS 셀은 기본적으로 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄으로 구성되며 두께가 약 XNUMX분의 XNUMXmm에 불과한 얇은 층에 적용됩니다. 이러한 얇은 두께는 자원 보존에도 도움이 될 뿐만 아니라; 기존의 결정질 태양전지와 달리 CIGS 셀은 유연성이 뛰어나 다양한 응용 분야에 적합합니다. 문제는 일반적으로 기판에 여러 다른 층을 증착하여 CIGS 셀을 제조할 때 전기 생성 흡수층에 보이드라고 알려진 작은 영역이 형성되어 셀의 발전에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 연구팀은 이제 이 관계를 자세히 조사했습니다. 연구원들은 타이코그래픽 및 단층 촬영 기술을 사용하여 생산 관련 공극이 셀의 위치와 정렬 방식을 보여주는 XNUMX차원 이미지를 만들었습니다. 그들은 덴마크 공과대학의 태양전지에서 불과 몇 마이크로미터 크기의 실린더를 절단하고 스위스 Paul Scherrer 연구소의 SLS 가속기에 의해 생성된 싱크로트론 방사선을 사용하여 이를 조사함으로써 이를 수행했습니다. 이번 연구의 공동저자인 DESY의 Michael Stuckelberger는 “공극은 인접한 결정 영역 사이의 경계에서 주로 발생합니다.”라고 그들의 연구 결과를 요약했습니다. “그들은 모두 표면 가까이에 놓여 있으며 일반적으로 표면에 수직으로 정렬되어 있습니다. 또한 일종의 3D 네트워크인 상부구조로 배열되어 있는 것도 확인할 수 있었습니다.” 저자들은 자신들의 연구 결과가 스위스 Empa 제조업체의 생산 공정에 통합되어 공극의 유해한 영향을 더욱 줄이고 궁극적으로 태양 전지의 효율성을 높일 수 있기를 바라고 있습니다. 그런 다음 팀은 DESY의 고성능 X선 소스 PETRA III의 P06 빔라인을 사용하여 태양전지의 정확히 어느 영역에서 얼마나 많은 전기가 생성되는지 분석했습니다. 동시에 그들은 X선 형광을 사용하여 샘플의 국소적인 화학적 구성을 분석할 수 있었으며, 이 데이터를 가장 높은 공간 분해능으로 다시 수집할 수 있었습니다. 이 모든 정보를 결합함으로써 연구원들은 놀랍고 고무적인 결론에 도달할 수 있었습니다. "전기 생성이 감소하면 실제로 공극 바로 근처에서 이러한 현상이 발생합니다."라고 Stuckelberger는 말합니다. "그러나 우리는 또한 대부분의 공극이 전지의 전력 생산에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 확인했습니다." 그럼에도 불구하고 연구원들은 오늘날 이용 가능한 X선 소스가 태양 전지의 나노 크기 결함을 연구하고 작동 방식에 대한 체계적인 결론을 도출하는 능력을 제한한다는 사실도 깨달았습니다.

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