Power, Energy

최고 효율, 최소 물질과 복잡성을 가진 태양 전지

장종엽엔에스 2015. 1. 16. 08:43

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-16
보조 유기 층들을 가진 실리콘 기반 박막 태양 전지는 적외선 광을 이용할 수 있다.

이 전지는 약 1마이크로미터 두께 이하에서 많은 활성층들로 구성되었다. 새로운 하이브리드 태양 전지는 비정질 실리콘 및 유기 층으로 구성된 매우 얇은 두 개의 층으로 만들어졌다. 이용된 물질들의 적은 부피에도 불구하고 이 하이브리드 전지는 11.7%의 기록적인 효율을 가지고 있다.

유기층은 반도체 폴리머들과 혼합된 축구공 분자로 알려진 풀러렌들로 만들어진다. 이는 실리콘 층들에 의해 전기 에너지로 이용될 수 없는 적외선 광을 전환할 수 있다.

적층된 전지 내 유기와 무기 물질들의 상보적인 화합물은 미래 태양 전지에 대한 유망한 선택을 제공하고 있다. 이 전지는 "Hybrid Organic/Inorganic Thin-Film Multijunction Solar Cells Exceeding 11% Power Conversion Efficiency"라는 제목으로 저명 기술 저널 어드밴스드 머터리얼스에서 그들의 연구를 게재한 포츠담 대학과 HZB 연구팀에 의해 BMBF의 새로운 독일 프로그램 내 선도 연구와 개혁을 통해 공동 개발되었다.

이 전지의 기본적인 성분은 수소로 배치된 비정질 실리콘 (수소화 비정질 실리콘/ a-Si:H)의 매우 얇은 층이다. 이 종류의 단순한 박막 태양 전지들은 그들이 단지 스펙트럼의 청색과 녹색 영역들 내 광자들만을 이용할 수 있어 높은 효율을 얻기 힘들다.

포츠담 대학 디터 네어 교수의 연구그룹 내 박사과정 학생인 스테판 롤라드와 HZB PVcomB 내 롯거 슈랏만 교수의 지도를 받고 있는 박사과정 학생 세바스찬 노이베르트는 탠뎀 전지에 먼저 또 다른 a-Si:H 층을 부가하고 이후 적외선 광을 전기 에너지로 전환될 수 있게 부가 유기층을 증착했다. 이 방법으로 그들은 11% 이상으로 삼중 접합 전지의 효율을 증가시킬 수 있었다. 또한, 이 태양 전지의 구조는 훌륭히 에이징 (aging) 효과에 견딜 수 있다. 이 성공은 다른 연구 영역들인 유기 반도체와 무기 반도체에서 박사과정 학생들의 밀접한 협력이 어떻게 개선된 특성들을 가진 새로운 소자 구조들을 만들수 있는지 인상 깊게 보여주고 있다.

이 전지는 산업계에서 일반적으로 성립된 박막 기술을 이용하여 쉽게 제조될 수 있으며 큰 시트들 내에서 생산하는데 적합하다. a-Si:H 층들의 높은 흡수 계수들과 유기 층의 특성은 1마이크로미터 이하의 두께로 활성적층을 가능하게 해 주며 이는 최소의 재료로 최대의 효과를 얻는 결과라고 연구원들이 주장했다.

그림 설명: a-Si:H는 투명 전면 접촉으로 역할을 하는 AZO 필름 상에 증착된다. 유기 하부 전지는 전도 폴리머 물질(PEDOT)과 금속 후 접촉으로 만들어진 전면 접촉을 포함한다.