출처:AZO materials페로브스카이트 태양 전지페로브스카이트 태양전지는 기존 태양전지 기술에 비해 여러 장점을 가지고 있습니다. 다른 태양전지보다 효율이 높고, 가벼우며, 비용이 저렴할 수 있습니다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 층이 전면의 투명 전극과 후면의 반사 전극 사이에 샌드위치 형태로 배치되어 있습니다.전극 수송층과 정공 수송층은 음극과 양극 계면 사이에 삽입되어 전극에서의 전하 수집을 용이하게 합니다.페로브스카이트 태양 전지는 전하 전달층의 형태적 구조와 층 순서를 기준으로 규칙적인 평면 구조, 역 평면 구조, 규칙적인 메조포러스 구조, 역 메조포러스 구조의 4가지 분류로 나뉜다.그러나 이 기술에는 몇 가지 단점이 있습니다. 빛, 습기, 산소는 열화를 유발할 수 있고, 흡수율이 일치하지 않을 수 있으며, 비복사 전하 재결합 문제도 있습니다. 페로브스카이트는 액체 전해질에 의해 부식될 수 있으며, 이는 안정성 문제를 야기합니다.실제 응용을 위해서는 전력 변환 효율과 작동 안정성을 개선해야 합니다. 그러나 최근 기술 발전으로 25.5% 효율의 페로브스카이트 태양 전지가 개발되었으며, 이는 기존 실리콘 태양 전지에 크게 뒤지지 않음을 의미합니다.이러한 목적을 위해 페로브스카이트 태양 전지에 희토류 원소를 응용하는 연구가 진행되어 왔습니다. 희토류 원소는 이러한 문제를 극복하는 광물리적 특성을 가지고 있습니다. 따라서 페로브스카이트 태양 전지에 희토류 원소를 사용하면 태양 전지의 특성이 향상되어 청정 에너지 솔루션을 위한 대규모 구현에 더욱 적합해질 것입니다.희토류 원소가 페로브스카이트 태양 전지에 어떻게 도움이 되는가희토류 원소는 이 차세대 태양 전지의 기능을 향상시키는 데 사용할 수 있는 여러 가지 유리한 특성을 가지고 있습니다. 첫째, 희토류 이온의 산화 및 환원 전위는 가역적이어서 대상 물질 자체의 산화 및 환원을 감소시킵니다. 또한, 이러한 원소를 페로브스카이트 및 전하 수송 금속 산화물과 결합하여 박막 형성을 조절할 수 있습니다.또한, 상 구조와 광전자 특성은 결정 격자에 치환 매립함으로써 조절될 수 있습니다. 결함 부동태화는 결정립계 또는 재료 표면에 이들을 대상 재료에 매립함으로써 성공적으로 달성될 수 있습니다.게다가, 희토류 이온에는 수많은 에너지 전이 궤도가 존재하기 때문에 적외선과 자외선 광자가 페로브스카이트 반응성 가시광선으로 변환될 수 있습니다.이 기술의 장점은 두 가지입니다. 첫째, 페로브스카이트가 고강도 빛에 의해 손상되는 것을 방지하고, 둘째, 재료의 분광 응답 범위를 확장합니다. 셋째, 희토류 원소를 사용하면 페로브스카이트 태양 전지의 안정성과 효율이 크게 향상됩니다.박막의 형태 변형앞서 언급했듯이, 희토류 원소는 금속 산화물로 구성된 박막의 형태를 변형할 수 있습니다. 하부 전하 수송층의 형태가 페로브스카이트 층의 형태 및 전하 수송층과의 접촉에 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있습니다.예를 들어, 희토류 이온 도핑은 구조적 결함을 유발할 수 있는 SnO₂ 나노입자의 응집을 방지하고, 큰 NiOx 결정의 형성을 완화하여 균일하고 치밀한 결정층을 형성합니다. 따라서 희토류 도핑을 통해 결함이 없는 이러한 물질의 박막을 얻을 수 있습니다.또한, 메조포러스 구조를 갖는 페로브스카이트 셀의 스캐폴드 층은 태양 전지에서 페로브스카이트와 전하 수송층 사이의 접촉에 중요한 역할을 합니다. 이러한 구조의 나노입자는 형태학적 결함과 수많은 결정립계를 나타낼 수 있습니다.이는 불리하고 심각한 비방사성 전하 재결합을 초래합니다. 기공 충진 또한 문제입니다. 희토류 이온 도핑은 스캐폴드 성장을 조절하고 결함을 줄여 정렬되고 균일한 나노구조를 생성합니다.희토류 이온은 페로브스카이트의 형태적 구조와 전하 전달층을 개선함으로써 페로브스카이트 태양 전지의 전반적인 성능과 안정성을 향상시켜 대규모 상업적 응용 분야에 더욱 적합하게 만들 수 있습니다.미래페로브스카이트 태양 전지의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 페로브스카이트는 현재 시중에 출시된 실리콘 기반 태양 전지보다 훨씬 저렴한 비용으로 뛰어난 에너지 생산 용량을 제공할 것입니다. 이 연구는 페로브스카이트에 희토류 이온을 도핑하면 그 특성이 향상되어 효율과 안정성이 향상됨을 보여주었습니다. 이는 향상된 성능을 갖춘 페로브스카이트 태양 전지가 현실화되는 데 한 걸음 더 다가섰다는 것을 의미합니다.게시 시간: 2022년 7월 4일
