양면 모놀리식 모두

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이미지: 양면 단일체 전체 페로브스카이트 탠덤의 개략도(왼쪽) 및 단면 주사 전자 현미경 이미지(오른쪽).더보기

크레딧: Hongjiang Li, Yurui Wang, Han Gao, Mei Zhang, Renxing Lin, Pu Wu, Ke Xiao 및 Hairen Tan 작성

메탈할라이드 페로브스카이트 태양전지는 전력변환효율(PCE)이 4% 미만에서 25% 이상으로 빠르게 증가해 큰 주목을 받고 있다. 페로브스카이트 태양전지를 상용화하려면 낮은 추가 비용으로 성능을 더욱 향상시키는 것이 중요합니다. 가장 유망한 경로 중 하나는 단일 접합 태양전지의 Shockley-Queisser 한계를 극복하기 위해 직렬 구성을 채택하는 것입니다.

상보적인 밴드갭을 갖는 두 개의 흡수체를 적층함으로써 직렬 태양전지는 단일 접합 태양전지보다 더 높은 PCE를 약속합니다. 페로브스카이트는 직렬형 태양전지에 매우 바람직합니다. 완전 페로브스카이트 탠덤 태양전지는 저렴한 비용, 높은 전력 및 유연성으로 인해 매우 유망합니다.

난징 대학의 Hairen Tan 교수가 이끄는 과학자 팀은 eLight에 발표된 새로운 논문에서 최초의 양면 단일체 전체 페로브스카이트 직렬 태양 전지를 시연했습니다. "양면 모놀리식 전체 페로브스카이트 직렬 태양전지의 출력 전력 잠재력 공개"라는 논문에서는 해당 장치가 훨씬 더 높은 출력 전력 잠재력을 가지고 있음을 발견했습니다.

모놀리식 전체 페로브스카이트 탠덤은 최근 인증된 값인 28.0%로 크게 향상되었습니다. 이러한 발전에도 불구하고, 균등화 에너지 비용(LCOE)을 낮추기 위해 더 높은 출력 전력 밀도(OPD)를 달성하기 위한 다른 전략이 여전히 매우 요구되고 있습니다. 페로브스카이트 태양전지의 OPD를 높이는 또 다른 효과적인 전략은 양면 구성을 활용하는 것입니다. 이는 장치 뒷면에 도달하는 빛, 즉 알베도(주변에서 반사되고 산란되는 빛)를 활용하여 상당한 OPD 이득을 허용합니다.

투명 전도성 산화물(TCO)을 후면 전극으로 사용하면 잘 확립된 단면 구성을 기반으로 양면 페로브스카이트 태양 전지를 구성할 수 있습니다. 더 중요한 것은 양면 페로브스카이트 태양전지가 단면 태양전지보다 더 안정적이라는 것입니다. 수치 시뮬레이션은 양면 탠덤 셀이 탠덤 아키텍처와 양면 설계의 장점을 상속할 수 있음을 보여줍니다. 이는 단면 탠덤 및 단일 접합 양면 태양전지를 뛰어넘는 더 높은 열역학적 효율성을 가능하게 합니다.

알베도가 있는 경우 단면 탠덤의 최적화된 전류 정합 설계는 양면 구성의 불일치로 이어집니다. 하단 하위 셀의 전류는 양면 모놀리식 탠덤에서 알베도에 따라 증가합니다. 단면 탠덤에 비해 후면 투명 전극은 후면 반사 없이 빛을 투과시켜 하단 서브셀의 전류를 줄입니다. 현재 매칭은 양면 직렬 구성으로 재설계되어야 합니다.

연구팀은 투명전도성산화물(TCO)을 후면전극으로 활용한 양면 전 페로브스카이트 탠덤 태양전지 설계 및 제작을 시연했다. 다양한 후면 조명 하에서 전류 매칭을 얻기 위해 상단 서브셀의 밴드갭 엔지니어링이 적용되었습니다. 광전지 매개변수와 스펙트럼 응답에 대한 알베도의 영향이 체계적으로 조사되었습니다. 에너지 수율 계산은 실제 조건에서 양면 아키텍처를 활용하여 더 높은 출력 전력 밀도를 나타냅니다.

양면 전체 페로브스카이트 모놀리식 탠덤은 투명한 후면 전극을 사용하여 시연되었습니다. 이를 통해 탠덤의 뒷면에 영향을 미치는 빛을 수확할 수 있습니다. 양면 탠덤은 단면 탠덤에 비해 더욱 눈에 띄는 성능 향상을 보여주었습니다. 후면 조명과 양면 탠덤의 현재 매칭을 달성하기 위해 상단 서브셀 밴드갭만 조정되었으며, 이는 40% 미만의 알베도에 유효했습니다. 알베도가 40%를 초과하면 탠덤 전류 밀도가 포화됩니다. 연구자들은 상단 서브셀의 밴드갭을 더 감소시키거나 하단 서브셀의 밴드갭을 증가시킬 것을 제안했습니다.