채플힐에 있는 노스캐롤라이나 대학과 애리조나 주립 대학의 연구원들은 24제곱센티미터의 개방 면적을 가진 대면적 페로브스카이트-실리콘 직렬 태양전지를 설계하고 25.1%의 정상 상태 효율 출력을 달성했습니다.

기공 면적이 42.9제곱센티미터인 페로브스카이트 마이크로모듈의 전류-전압 곡선, 이미지: 노스캐롤라이나 대학교 처치 힐

연구팀은 페로브스카이트 태양광 기술이 작은 면적의 셀에서 넓은 면적으로 확장될 때 흔히 발생하는 문제인 션트 문제를 극복하기 위해 나섰습니다. 광전지의 "션트"는 태양 에너지에 의해 생성된 전하를 위한 대체 경로를 생성하여 효율성 손실을 초래합니다. 션트 저항 감소는 핫스팟 및 전위로 인한 성능 저하를 포함하여 다양한 형태의 모듈 성능 저하 및 고장과 관련이 있습니다.

과학자들은 폴리트리아릴아민(PTAA)으로 만들어진 정공 수송층(HTL)과 넓은 밴드갭(WBG) 페로브스카이트 흡수층 사이에 불화리튬(LiF) 중간층이 배치된 24제곱센티미터의 직렬 전지를 구축했습니다. 이 중간층은 스크레이퍼로 코팅된 PTAA 및 WBG 페로브스카이트 층을 사용하여 매립된 인터페이스에서 물리적 접촉을 개선하고 션트를 완화하는 데 핵심적인 것으로 보고되었습니다.

과학자들은 연구에서 "많은 수의 공극이 있는 최적이 아닌 인터페이스 접촉이 분류 경로 역할을 할 수 있습니다"라고 말합니다. "LiF 중간층이 계면 공극의 형성을 피할 수 있다는 발견은 적층 션트를 줄이는 가능한 이유 중 하나입니다."

연구진은 스퍼터링(PVD), 열 증발(TE) 및 원자층 증착(ALD)을 통해 직렬 전지의 다른 층을 증착했습니다. 그들은 또한 세 가지 다른 바닥 태양전지 구성을 테스트했습니다.

표준 조명 조건에서 테스트한 결과, 24제곱센티미터 탠덤 셀의 효율은 25.2%, 개방 회로 전압(Voc)은 1.89V, 단락 전류 밀도(Jsc)는 18.1mA/cm2, 충전율은 18.1mA/cm2였습니다. (FF)는 0.736이었습니다.

연구진은 “우리가 아는 바로는 이 장치는 문헌에 보고된 가장 효과적인 2단자 직렬 장치 중 하나이며 면적이 10제곱센티미터 이상인 것으로 나타났다”고 말했다.

"여기서 개발된 방법은 효율적이고 재현 가능하며 대규모 페로브스카이트-실리콘 직렬 전지를 개발하는 데 유용합니다"라고 과학자들은 말했습니다.