다양성과 효율성을 결합한 태양 전지 기술

 

페로브 스카이트 태양 전지는 지난 10년 동안 놀라운 발전을 이루어왔습니다. 이 태양 전지의 효율성은 지금껏 오랫동안 확립된 실리콘 태양 전지의 효율성과 비슷합니다. 페로브 스카이트는 특별한 결정 구조를 가진 혁신적인 재료입니다. 전 세계의 연구원들은 실제 적용을 위한 페로브 스카이트 광전지 기술을 준비하기 위해 노력하고 있습니다. 단위 표면적당 많은 전기를 생산할수록 소비자에게 더 매력적인 태양 전지입니다.

2개 이상의 셀을 적층하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있습니다다. 적층된 각 태양 전지가 태양 스펙트럼의 다른 부분에서 빛을 흡수하는 데 효율적이라면 기존의 손실을 줄이고 효율성을 높일 수 있습니다. 이 효율성은 입사광이 전기로 변환되는 정도를 측정한 것입니다. 다용도성 덕분에 페로브 스카이트 태양 전지는 이러한 탠덤을 위한 뛰어난 구성 요소가 됩니다. 페로브 스카이트와 실리콘을 사용하는 탠덤 태양 전지는 29% 이상의 기록적인 효율 수준에 도달했고, 이는 페로브 스카이트(25.7%) 또는 실리콘(26.7%)으로 만들어진 개별 전지보다 상당히 높다고 볼 수 있습니다.

 

이동성 및 유연성을 위해 페로브 스카이트와 CIS 결합

페로브 스카이트를 구리-인듐-디셀레나이드(CIS) 또는 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드(CIGS)와 같은 다른 재료와 결합하면 훨씬 더 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 조합을 통해 건물 뿐만 아니라 차량과 휴대용 장비에도 설치할 수 있는 가볍고 유연한 탠덤 태양 전지를 생산할 수 있습니다. 이러한 태양 전지는 보관을 위해 접거나 말아서 필요할 때 확장할 수도 있는데요. 예를 들어 블라인드 또는 차양에 올려 그늘을 제공하는 동시에 전기를 생성할 수 있습니다.

 

최대 효율이 24.9%인 직렬 태양 전지(23.5% 인증)는 이 기술에 대해 보고된 가장 높은 효율이며 거의 갈륨이 없는 구리-인듐 이셀레나이드 태양 전지를 직렬로 연결하여 전혀 도달하지 못한 최초의 고효율 수준입니다. 갈륨의 양을 줄이면 약 1eV(전자 볼트)의 좁은 밴드 갭이 나타나며, 이는 직렬로 연결된 더 낮은 태양 전지에 대한 이상적인 값인 0.96eV에 매우 가깝습니다.

협대역 갭을 갖는 CIS 태양전지 - 낮은 브롬 함량을 갖는 페로브 스카이트 태양전지

밴드갭은 태양전지가 전기를 생산하기 위해 흡수할 수 있는 태양 스펙트럼의 일부를 결정하는 물질적 특성이다. 모놀리식 탠덤 태양 전지에서 밴드 갭은 두 전지가 최대 효율을 달성하기 위해 유사한 전류를 생성할 수 있도록 해야 합니다. 하위 셀의 밴드 갭이 변경되면 상위 셀의 밴드 갭을 변경에 맞게 조정해야 하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

효율적인 탠덤의 통합과 밴드 갭을 조정하기 위해서는 일반적으로 브롬 함량이 높은 페로브 스카이트가 사용됩니다. 그러나 이는 종종 전압 강하 및 위상 불안정으로 이어집니다. KIT 연구진과 파트너들은 탠덤 베이스의 밴드갭이 좁은 CIS 태양전지를 사용하기 때문에 브롬 함량이 낮은 페로브스카이트를 사용하여 상부 전지를 생산할 수 있어 보다 안정적이고 효율적인 전지를 얻을 수 있습니다.

페로브 스카이트 및 CIS 탠덤 태양 전지의 잠재력을 보여주고 향후 개발을 위한 토대를 구축하여 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. EU의 PERCISTAND 프로젝트, 특히 네덜란드 응용 과학 연구 기구와의 긴밀한 협력 덕분에 이 이정표에 도달했습니다. 독일 연방경제기후행동부(BMWK)가 자금을 지원하는 CAPITANO 프로젝트에서 중요한 기초 작업이 이루어지기도 했습니다.