새로운 연구는 무기 페로브스카이트 태양 전지가 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있는 큰 가능성을 보여줍니다.

유기 및 무기 하이브리드 페로브스카이트는 이미 25% 이상의 광전지에서 매우 높은 효율을 입증했습니다. 이 분야에서 널리 퍼진 지혜는 재료의 유기 분자(탄소와 수소 함유)가 결함 보조 캐리어 재결합을 방지하는 것으로 믿어지기 때문에 이 놀라운 성능을 달성하는 데 필수적이라는 것입니다.

캘리포니아 대학(University of California, Santa Barbara) 소재학과의 새로운 연구에 따르면 이 가정이 정확하지 않을 뿐만 아니라 모든 무기 물질이 하이브리드 페로브스카이트보다 성능이 뛰어날 가능성이 있습니다. 결과는 저널의 2021년 10월 20일호 표지에 “효율적인 태양 전지를 위한 후보로서의 모든 무기 할로겐화물 페로브스카이트”라는 제목의 기사에 게재되었습니다. 세포 보고서 물리학.

이 연구의 수석 연구원인 Xie Zhang은 “재료를 비교하기 위해 재조합 메커니즘에 대한 포괄적인 시뮬레이션을 수행했습니다. “태양 전지 재료에 빛을 비추면 광 발생 캐리어가 전류를 생성하고 결함에서 재결합하면 캐리어 중 일부가 파괴되어 효율이 감소합니다. 따라서 결함은 효율 킬러로 작용합니다.”

무기물과 하이브리드 페로브스카이트를 비교하기 위해 연구자들은 두 가지 기본 모델 재료를 연구했습니다. 두 물질 모두 납과 요오드 원자를 포함하지만 한 물질에서는 결정 구조가 무기 원소인 세슘에 의해 완성되고 다른 물질에는 유기 분자인 메틸암모늄이 있습니다.

이러한 과정을 실험적으로 분류하는 것은 매우 어렵지만 Mark의 공로를 인정한 UCSB Materials Group의 Chris Van de Waal 교수가 개발한 새로운 방법론 덕분에 최신 양자 역학 계산은 재조합 속도를 정확하게 예측할 수 있습니다. 그룹의 대학원생인 Turiansky는 재조합 비율을 계산하는 코드 작성을 돕습니다.

Turiansky는 “우리의 방법은 캐리어 손실을 유발하는 결함을 식별하는 데 매우 강력합니다. “우리 시대의 중요한 문제 중 하나인 재생 가능한 에너지의 효율적인 생성에 접근 방식이 적용되는 것을 보는 것은 흥미진진합니다.”

시뮬레이션을 실행한 결과 두 재료의 공통 결함이 비슷한 수준의 재결합을 초래한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 유기 분자는 하이브리드 페로브스카이트에서 해리될 수 있습니다. 수소 원자의 손실이 발생하면 결과적인 “빈자리”가 효율성을 심각하게 감소시킵니다. 따라서 분자의 존재는 자산이 아니라 재료의 전체 효율성에 해롭습니다.

그렇다면 이것이 실험적으로 관찰되지 않는 이유는 무엇입니까? 이것은 주로 완전 무기 물질의 고품질 층을 성장시키는 어려움 때문입니다. 그들은 다른 결정 구조를 채택하는 경향이 있으며 원하는 구조의 형성을 향상시키기 위해서는 더 많은 실험적 노력이 필요합니다. 그러나 최근 연구에 따르면 선호하는 구조를 달성하는 것이 확실히 가능합니다. 그러나 그 어려움은 왜 무기 페로브스카이트가 지금까지 많은 관심을 받지 못했는지를 설명합니다.

Van de Waale은 “예상되는 효율성에 대한 우리의 발견이 무기 페로브스카이트 생산을 위한 추가 활동을 자극할 수 있기를 바랍니다.”라고 결론지었습니다.

참조: Xie Zhang, Mark E. Turiansky 및 Chris G. Van de Walle의 “효율적인 태양 전지 후보로서의 완전 무기 할로겐화물 페로브스카이트”, 2021년 10월 11일, 여기에서 사용 가능. 세포 보고서 물리학.
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100604

이 연구는 에너지부, 과학실, 기초 에너지 과학실의 지원을 받았습니다. 계산은 National Energy Research를 위한 Scientific Computing Center에서 이루어졌습니다.