연구진이 새로운 방법을 개발했습니다. 페로브스카이트 결정질 실리콘 직렬형 태양전지 이는 밴드갭 폭이 1.67eV인 최상층 페로브스카이트 셀과 새로운 카바졸 기반 자기 조립 단층(SAM)을 사용합니다. 자체 조립된 단층이 없는 셀 구조에 비해 직렬 셀은 더 높은 효율성을 달성하고 IEC 61215 표준 열 순환 테스트를 통과합니다.

시드니 대학교, 뉴사우스웨일스 대학교, 호주 맥쿼리 대학교, 독일 Forschungszentrum jlich 대학교, 중국 남부 과학 기술 대학교, 슬로베니아 류블랴나 대학교의 연구원들이 페로브스카이트-실리콘 태양전지 디자인을 개발했습니다. 1.67eV의 밴드 갭을 갖는 최상층 페로브스카이트 셀과 카바졸 기반 자가 조립 단층을 사용합니다. 상단 셀의 에너지 밴드갭은 1.67eV이며, 이는 현재까지 이러한 유형의 셀에서 달성한 가장 높은 밴드갭 중 하나입니다.

탠덤형 태양전지의 상단 셀로서 출력 전류에 맞는 높은 에너지 밴드갭을 가져야 합니다. 그러나 페로브스카이트와 전하 선택층 사이의 비방사성 재결합과 에너지 전위로 인해 이러한 상단 셀은 더 높은 밴드갭 전압 이동을 갖습니다. 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 카바졸 기반의 자기조립단일층(SAM)을 효과적인 정공선택층(HSL)으로 활용했다. SAM은 과거 태양전지 실험에 사용되었으며, 광흡수 과산화물층과 전자 수송층 사이의 접착력을 크게 향상시키기 위해 가공 중에 분자 접착제를 추가하는 경우가 많았습니다.

연구진은 "SAM은 일반적으로 앵커 그룹, 스페이서 그룹 및 말단 그룹으로 구성됩니다"라고 설명했으며, 단층은 인산(Ph-2PACz)과 두 개의 벤젠 고리를 기반으로 확장된 공액 시스템을 생성한다고 덧붙였습니다. "카바졸 기반 SAM-HSL은 신뢰할 수 있는 안정성과 페로브스카이트와 일치하는 에너지 수준을 가지며 정공을 선호하는 '다중 전자'이기 때문에 나타납니다.

실리콘-페로브스카이트 직렬 태양전지의 개략도

상부 페로브스카이트 셀은 ITO(인듐 주석 산화물) 기판, SAM, 페로브스카이트 흡수층, 벅민스터 풀러렌(C60) 전자 수송층, 프탈로시아닌(BCP) 버퍼층 및 구리(Cu) 금속 접점으로 구성됩니다. 전력 변환 효율은 21.3%, 개방 전압은 1.26V, 단락 밀도는 20.5mA/cm2, 충전율은 82.6%이다.

0.41V의 밴드갭 전압 변화는 기록된 모든 1.67eV 페로브스카이트 셀 중에서 가장 낮은 것 중 하나였습니다. 팀은 말했다.

상부 셀의 존재로 인해 1.03cm2 면적의 페로브스카이트 결정질 실리콘 탠덤 태양전지의 전력 변환 효율은 28.9%에 도달하고, 개방 전압은 1.91V에 도달합니다.

연구팀은 또한 "Ph-2PACz 기반 탠덤 셀은 습열 280시간 후에도 성능 손실이 미미할 정도로 더 큰 습열 내구성을 나타냈습니다. 특히 Ph-2PACz 기반 캡슐화 탠덤 셀은 여전히 98.8의 초기 효율을 유지합니다." 200회 열 주기 후 %, IEC 61215 PV 모듈 표준 통과.