대규모 페로브스카이트 하위 모듈의 효율적인 생산을 위한 불순물 치유 계면 공학

核心概念

불순물 치유 계면 공학 전략을 통해 페로브스카이트 태양 전지의 대면적화와 효율 향상을 달성할 수 있다.

摘要

이 연구에서는 페로브스카이트 태양 전지의 대면적화 과정에서 발생하는 효율 저하 문제를 해결하기 위한 불순물 치유 계면 공학 전략을 제안하였다.

• 포름아미디늄 납 요오드화물(FAPbI3) 기반 페로브스카이트에서 PbI2와 δ-FAPbI3 같은 불순물이 비방사성 재결합과 전하 수송 및 추출 문제를 유발한다.
• 2-(1-cyclohexenyl)ethyl ammonium이라는 기능성 양이온을 도입하여 2차원 페로브스카이트를 형성시켰다.
• 이 2차원 페로브스카이트가 3차원 페로브스카이트의 표면과 결정립계를 수평적, 수직적으로 덮어 불순물을 안정한 2차원 페로브스카이트로 변환시키고 결함을 수동화하였다.
• 또한 효율적인 전하 수송 채널을 제공하였다.
• 이를 통해 소면적(0.085 cm2) 태양 전지에서 25.86%의 최고 효율과 86.16%의 높은 fill factor를 달성하였다.
• 더욱이 715.1 cm2의 대면적 모듈에서도 22.46%의 인증 효율과 81.21%의 fill factor를 기록하며 대면적화 가능성을 입증하였다.

統計資料

소면적 태양 전지의 최고 효율: 25.86%
소면적 태양 전지의 fill factor: 86.16%
대면적 모듈의 인증 효율: 22.46%
대면적 모듈의 fill factor: 81.21%

引述

"불순물 치유 계면 공학 전략을 통해 페로브스카이트 태양 전지의 대면적화와 효율 향상을 달성할 수 있다."
"2-(1-cyclohexenyl)ethyl ammonium이라는 기능성 양이온을 도입하여 2차원 페로브스카이트를 형성시켰다."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Impurity-healing interface engineering for efficient perovskite submodules - Nature

by Haifei Wang,... 於 www.nature.com 09-26-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08073-w

深入探究

불순물 치유 계면 공학 전략을 다른 페로브스카이트 재료에도 적용할 수 있을까?

불순물 치유 계면 공학 전략은 다른 페로브스카이트 재료에도 적용 가능성이 높습니다. 이 전략은 페로브스카이트의 결함을 효과적으로 패시베이션하고, 전하 수송을 개선하는 데 중점을 두고 있습니다. 다양한 페로브스카이트 조성, 예를 들어 메틸암모늄 납 할로겐화물(MAPbI3)이나 세슘 포함 페로브스카이트(CSxFA1-xPbI3)와 같은 재료에서도 유사한 불순물 문제와 비효율적인 전하 이동이 발생할 수 있습니다. 따라서, 2D 페로브스카이트를 활용한 계면 공학 기술을 통해 이러한 재료의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다. 특히, 각 재료의 고유한 특성과 결함 유형에 맞춘 맞춤형 기능성 양이온을 도입함으로써, 보다 넓은 범위의 페로브스카이트 태양 전지의 효율성을 높일 수 있을 것입니다.

불순물 제어 외에 대면적 페로브스카이트 태양 전지 효율 향상을 위한 다른 접근법은 무엇이 있을까?

대면적 페로브스카이트 태양 전지의 효율 향상을 위한 다른 접근법으로는 다음과 같은 방법들이 있습니다. 첫째, 고품질의 원료 사용과 균일한 박막 형성을 통해 결함 밀도를 줄이는 것이 중요합니다. 둘째, 새로운 합성 방법이나 공정 기술을 도입하여 페로브스카이트의 결정 구조를 최적화하고, 결함을 최소화하는 것이 필요합니다. 셋째, 전극 및 전도성 물질의 개선을 통해 전하 수송 경로를 최적화하고, 전하 재결합을 줄이는 방법도 고려할 수 있습니다. 마지막으로, 다양한 층 구조를 도입하여 광 흡수 및 전하 분리를 극대화하는 다층 구조의 개발도 효율 향상에 기여할 수 있습니다. 이러한 접근법들은 불순물 제어와 함께 통합적으로 적용될 때, 대면적 페로브스카이트 태양 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

이 연구에서 제안한 기술이 실제 상용화에 어떤 영향을 미칠 것으로 예상되는가?

이 연구에서 제안한 불순물 치유 계면 공학 기술은 실제 상용화에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 높은 효율성과 안정성을 갖춘 페로브스카이트 태양 전지는 상용화의 주요 요건 중 하나입니다. 이 기술을 통해 대면적 태양 전지의 효율이 22.46%에 달하고, 고른 결함 패시베이션이 이루어짐으로써 장기적인 안정성을 확보할 수 있습니다. 또한, 대면적 모듈에서의 성능 유지가 가능해짐에 따라, 대량 생산 및 상용화가 용이해질 것입니다. 이러한 발전은 태양광 산업의 경쟁력을 높이고, 지속 가능한 에너지 솔루션으로서의 페로브스카이트 태양 전지의 위치를 강화하는 데 기여할 것입니다. 따라서, 이 기술은 상용화 과정에서 중요한 전환점을 제공할 것으로 기대됩니다.