호주 시드니 대학의 John Hooke 나노과학 석좌교수인 Anita Ho-Baillie 교수가 이끄는 연구팀은 세계 최대의 삼중-접합 페로브스카이트-페로브스카이트-실리콘 직렬 태양전지에 대한 태양광 기술 신기록을 세웠습니다.
그들의 16cm2삼중-접합 셀은 23.3%(독립 인증)의 안정적인-상태 전력 변환 효율을 제공합니다. 이는 동종의 대면적 장치에 대해 보고된 최고 수준입니다.- 그녀의 팀은 또한 1cm의2새로운 열 안정성 표준을 확립한 27.06% 효율의 셀입니다(동영상 참조).
효율성 향상에 대한 추진력은 "전력 변환 효율성을 위한 더 큰 헤드룸-에 의해 주도됩니다. 왜냐하면 삼중 접합의 이론적 효율성 한계는 ~51%인 반면 이중 접합의 경우 약 45%이기 때문입니다"라고 시드니 대학의 Net Zero Institute에 소속된 Ho{3}}Baillie는 말합니다. "태양전지의 밴드갭이 제한되지 않은 경우 단일 접합은 33%이지만 실리콘의 경우 30%에 불과합니다."
다중접합 탠덤 태양전지에는 서로 다른 밴드갭이 있는 태양전지를 적층하는 작업이 포함되며-태양을 향하는 면에서 가장 높은 밴드갭을-가집니다-. 이를 통해 각 셀은 태양 스펙트럼의 섹션을 전기 에너지로 보다 효율적으로 변환하고 하위 밴드갭 및 열화 손실을 최소화할 수 있습니다.-
"예를 들어 2개-접합 셀에서 상단의 넓은-밴드갭 접합은 더 높은 광자 에너지를 전기 에너지로 변환하고 좁은 밴드갭 접합보다 더 효율적으로 변환하므로{2}}열화 손실이 줄어듭니다"라고 Ho{3}}Baillie는 설명합니다. "낮은-에너지 광자는 상단의 넓은-밴드갭 접합을 통과하고 전기 에너지 변환을 위해 더 좁은 밴드갭 하단 접합에 의해 흡수됩니다. 하단 접합이 없으면 이러한 낮은-에너지 광자는 서브-밴드갭 비흡수 손실을 초래합니다."
광학 설계
관련된 광학 설계를 설명하기 위해 팀의 상위 2개 페로브스카이트 접합은 금 나노입자를 통해 전기적으로 상호 연결됩니다. Ho-Baillie는 "우리는 광학 모델링을 사용하여 나노입자 범위가 광학 손실에 미치는 영향을 시뮬레이션하고, 전기 모델링을 사용하여 나노입자에 의해 생성된 오믹 접촉을 시뮬레이션했습니다."라고 설명했습니다. "전기적 성능을 손상시키지 않으면서 광학 손실을 최소화하기 위해 충분한 수의 나노입자가 존재할 때 균형이 맞춰집니다."
Ho{0}}Baillie 팀은 또한 "페로브스카이트에서 루비듐을 덜 안정적인 메틸암모늄으로 교체하고 피페라지늄-이염화물(PDCI)을 표면 부동태화 층으로 덜 안정적인 불화리튬으로 교체"함으로써 넓은 밴드갭(1.91-eV) 페로브스카이트 접합의 안정성과 성능을 개선했다고 말합니다.
Ho{0}}초박형 금을 시각화하려는 Baillie의 끈기는 정말 큰 성과를 거두었습니다. “클러스터가 처음으로 반연속적인 필름이 되기 위해서는 형성되는 금의 양이 결정적이어야 합니다.”라고 그녀는 말합니다. "더 많은 금을 사용하면 연속 필름이 성장할 수 있습니다. '클러스터' 임계량 미만에서는 금이 나노입자 형태가 됩니다. 우리 연구 결과를 흥미롭게 만드는 것은 두 개의 접합을 연결하는 데 -연속이든 비연속이든- 필름이 필요하지 않다는 것입니다. 나노입자는 비록 분리되어 있지만 광학 손실을 최소화하면서 수직 캐리어 전송을 위한 접합 사이의 저항 접촉에 충분합니다-."
이 효율성 기록은 현장에서 무엇을 의미합니까? Ho-Baillie는 "우리의 시연은 향후 효율성 개선을 위한 중요한 재료 특성에 대한 통찰력을 제공합니다."라고 말합니다. "손실 분석은 또한 -소형- 및 대형-면적 장치 모두에 대한 향후 효율성 개선을 위한 권장 사항을 제공합니다. 다음은 30% 삼중 접합으로 40%를 향해 나아가는 것입니다."
팀 작업에는 중국, 독일, 슬로베니아의 파트너가 참여했으며 호주 재생에너지청과 호주 연구위원회의 지원을 받았습니다.
