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작성자 교수
작성일 2018/09/03 (월)
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ㆍ조회: 356   
페로브스카이트 태양 전지의 히스테리시스 효과

페로브스카이트 태양 전지의 히스테리시스 효과
What happens in a solar cell when the lights go out?

해외과학기술동향

2018-07-26

조명이 꺼지면 태양 전지에서 일어나는 거동은 사용되는 재료에 크게 의존한다. 종래의 실리콘 태양 전지에서의 해답은 매우 간단한다. 전지에 의해 생성된 전류는 더 이상 흐르지 않게 된다.
이것은 전지가 짧은 순간 동안 전기를 계속 공급하는 소위 페로브스카이트 태양 전지와 다른 특성이다. 마찬가지로 조명이 켜지면 이 전지에 전원이 완전히 공급되는데 잠시 시간이 걸린다. 이러한 원치 않는 효과를 히스테리시스 (hysteresis)라고 한다.
독일 마인츠 (Mainz)의 막스 플랑크 (Max Planck) 고분자 연구팀은 페로브스카이트 태양 전지에서 일어나는 공정을 정밀하게 측정하였다 (Energy Environmental Science, "How the Formation of Interfacial Charge Causes Hysteresis in Perovskite Solar Cells").
페로브스카이트 태양 전지는 현재 태양 전지 학회를 매료시키고 있다. 이 새롭고 값싸고 가공하기 쉬운 재료는 빛을 전기로 변환하는데 거의 이상적인 물리적 특성을 가지고 있다. 완전 검정색이기 때문에 천분의 1 밀리미터 이하의 매우 얇은 층으로 모든 입사 광선을 흡수하기에 충분하다.
또한, 이 물질은 매우 양호한 전기 전도체로서, 생성된 전하를 접촉 및 연결된 장치로 빠르고 효율적으로 전송할 수 있게 한다. 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 때 22.7 %의 효율로 페로브스카이트 태양 전지는 이미 최고 다결정 실리콘 태양 전지 (22.3 %)보다 성능이 우수하다.
그러나 효율을 더 높이고 페로브스카이트 태양 전지를 상용화하기 위해서는 작동 중에 태양 전지에서 발생하는 모든 과정을 이해하는 것이 매우 중요하다.
연구팀은 빛을 전환한 후 페로브스카이트 태양 전지의 작동 과정을 밝혀 냈다.
이를 위해 연구자들은 의도적으로 태양 전지의 중간을 잘라 전지의 횡단면상의 작은 영역을 연마했다. 원자힘 현미경에서, 연마된 횡단면 위에 얇은 금속 팁을 위치시켰다. 끝 부분에서 이 금속 팁은 인간의 머리카락보다 1 만 배 이상 얇은 약 10 나노미터에 불과하다.
연구팀은 켈빈 탐침력 현미경 (Kelvin probe force microscopy)으로 알려진 방법을 사용하여 팁 바로 아래에 있는 연마된 단면적의 전기 전압을 측정할 수 있었다. 이 기술을 변경하여 높은 공간적 및 높은 시간 해상도로 태양 전지의 개별 층에서 전압 프로파일을 측정할 수 있었다.
태양 전지에 걸리는 전압 프로파일은 입사광에 의해 생성된 전하의 분리에 영향을 미치기 때문에 특히 중요하다. 정전기력으로 인해, 양전하는 음극으로 이동하고 음전하는 전압의 양극으로 이동한다. 태양 전지의 조명을 받은 단면에서, 페로브스카이트 층의 가장자리에서 전하의 축적을 발견했다. 이 전하 축적은 빛이 꺼진 후 짧은 순간 동안 안정적이었다.
페로브스카이트 계면에서의 이러한 전하는 히스테리시스의 주요 역할을 한다. 왜냐하면 빛이 꺼진 후 약 0.5 초 동안 셀에 전기장을 유지하기 때문이다. 이것은 히스테리시스가 이러한 계면에서의 개선에 의해 영향을 받거나 완전히 억제될 수 있음을 의미한다. 이것은 페로브스카이트 태양 전지의 개발에서 중요한 단계가 될 것이다.


  • 관련연구자

    Stefan Weber


  • 관련기관

    Max-Planck-Institut für Polymerforschung


  • 과학기술분류

    에너지/자원, 물리학, 전기/전자, 재료


  • 본문키워드(한글)

    페로브스카이트,태양전지,히스테리시스,계면,켈빈 탐침력 현미경


  • 본문키워드(영문)

    perovskite,solar cell,hysteresis,interface,Kelvin probe force microscopy


  • 원문언어

    영어


  • 국가

    독일


  • 원문출판일

    2018-07-25


  • 출처

    https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=50755.php


  • Artistic representation of the layer structure in a perovskite solar cell

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