국제 연구팀이 PV 장치의 효율을 11% 이상 증가시킬 수 있는 삼황화안티몬(Sb2S3) 태양전지에 대한 일련의 최적화 기술을 제안했습니다. 결과적으로 새로운 셀 설계는 밴드 정렬 제어 및 매개변수 최적화를 크게 향상시키는 것으로 알려져 있습니다.

국제 연구팀이 삼황화안티몬을 기반으로 한 태양전지의 새로운 디자인을 제시했습니다. (Sb2S3)은 기존 Sb2S3 태양전지 개념에 비해 효율이 30% 더 높은 것으로 알려졌습니다.

이러한 종류의 셀 유형은 효율성 측면에서 장치의 성능에 영향을 미치는 Sb2S3 필름의 낮은 결정성과 높은 저항성으로 인해 지금까지 상업적 생산에 도달하지 못했습니다. 그러나 Sb2S3은 1.70~1.90eV 범위의 양호한 밴드갭과 놀라운 광흡수 계수를 가지고 있습니다.

“박막 Sb2S3  태양전지의 수송 현상과 재결합 메커니즘을 면밀히 조사한 연구에서는,과학 보고서에 발표된 과학자들은 Sb2S3 장치가 복사 한계 하에서 최대 26%의 효율을 달성할 수 있지만 흡수체 재료의 결함으로 인해 일반적으로 약 8%로 감소한다고 설명했습니다.

"이 연구의 참신함은 특히 터널링 강화 재결합, Sb2S3/CdS 인터페이스 재결합 및 비방사성 재결합과 같은 다양한 전송 메커니즘의 복잡한 상호 작용에 초점을 맞춘 Sb2S3 태양 전지에 대한 상세한 이론적 조사에 있습니다."라고 그들은 덧붙였습니다.

그들의 분석에 따르면 Sb2S3 셀 성능에 영향을 미치는 두 가지 핵심 요소는 황화 카드뮴입니다. (CdS) 층 도핑 및 두께는 장치의 개방 회로 전압 및 단락 전류에 영향을 미칩니다. 더욱이 그들은 밴드갭과 전자 친화력이 각각 광 흡수와 전하 이동에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

그들은 또한 높은 밴드갭으로 CdS 층을 미세 조정하면 더 많은 수의 광자가 흡수체를 효과적으로 통과할 수 있다고 설명했습니다. 동시에, 낮은 전자 친화력은 단락 전류 및 개방 회로 전압과 같은 주요 매개변수를 개선하는 데 중요한 역할을 하며 궁극적으로 태양전지의 전반적인 변환 효율을 향상시킵니다.”라고 그들은 강조했습니다. "이러한 향상은 CdS/Sb2S3 인터페이스에서 최적의 밴드 정렬을 확립하여 장벽 높이를 줄이고 흡수층에서 CdS로 전자의 원활한 통과를 촉진하는 데서 비롯됩니다."

또한 연구팀은 CdS와 Sb2S3 사이의 계면에 위치한 벌크 트랩의 영향을 분석하여 이러한 계면 결함의 영향이 캐리어의 소수 수명, 확산 길이 및 표면 재결합 속도에 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. “과학자들은 부작용을 완화하기 위한 전략을 개발할 수 있습니다.”라고 학자들은 말했습니다. "여기에는 엔지니어링 인터페이스 구조, 재료 특성 최적화, 패시베이션 기술 강화가 포함되어 재결합을 최소화하고 CdS/Sb2S3 인터페이스의 신뢰성을 향상시켜 궁극적으로 보다 효율적이고 견고한 태양전지 설계로 이어집니다."

팀은 제안된 최적화된 매개변수를 사용하여 간단한 태양전지 아키텍처의 개요를 설명했습니다. 이 장치는 유리와 ITO(인듐 주석 산화물)로 만들어진 기판, CdS 층, Sb2S3 흡수체 및 금(Au) 금속 접점을 기반으로 했습니다.

표준 조명 조건에서 시뮬레이션 및 테스트된 이 장치는 11.68%의 전력 변환 효율, 1.16V의 개방 회로 전압, 9.5mA cm−2의 단락 전류 밀도 및 54.7%의 충전율을 나타냈습니다. 특히, 최적화된 Sb2S3 태양전지는 우수한 성능을 나타낼 뿐만 아니라 향상된 밴드 정렬 제어 및 매개변수 최적화 덕분에 CdS/Sb2S3 인터페이스에서 계면 트랩을 완화하는 데 향상된 신뢰성을 보여줍니다.

연구 그룹은 알제리 연구소 HNS-RE2SD, 방글라데시 원자력위원회, 멕시코 Universidad Autónoma de Querétaro의 과학자들로 구성되었습니다., 인도의 Saveetha 의료 및 기술 과학 연구소, Kalasalingam 연구 및 교육 아카데미, King Saud University 사우디아라비아와 영남대학교 한국에서.