태양전지의 성능 향상

태양광 효율 개선은 태양전지의 성능을 향상시키는 데 있어 핵심적인 요소입니다.

광전 효과(빛을 전기로 변환하는 현상)는 1839년 에드몽 베케렐이 발견한 것으로, 태양전지의 기초가 되는 원리입니다. 1950년대 이후 태양전지의 효율은 1950년대의 4%에서 오늘날 20% 이상으로 증가했으며, 태양전지 효율을 더욱 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있습니다..

Using Perovskites in Solar Cells

전통적으로 태양전지는 전기를 생산하기 위해 무기 반도체를 사용해 왔습니다. 풍부한 양과 안정성, 유리한 광학적 및 전기적 특성으로 인해 실리콘은 1950년대부터 태양 전지에서 가장 많이 선택된 반도체였지만 제조 비용이 비싸고 에너지 집약적이었습니다.

페로브스카이트 반도체는 실리콘에 비해 튜닝성, 제조 용이성 등 많은 잠재적 이점을 제공합니다. 2012년 과학자들은 10% 이상의 변환 효율을 가진 안정적인 박막 페로브스카이트를 제작했습니다. 그 이후로 효율은 빠르게 증가하여 25% 이상의 실험실 기록을 세웠습니다.  또한 실리콘을 페로브스카이트와 결합하면 거의 30%의 광전지 효율을 제공할 수 있는 탠덤 태양전지를 만들 수 있습니다. 이 최첨단 기술은 비용 효율적이고 청정에너지를 개발할 수 있는 진정한 잠재력을 보여줍니다.1

Figure 1: General structure of a perovskite solar cell

Photovoltaic Efficiency: How to Improve It

페로브스카이트 태양전지의 광전지 효율을 더욱 높이기 위한 한 가지 접근 방식은 추출 층을 개선하는 것입니다. 광발광(PL)은 이를 연구하는 훌륭한 기술입니다. 광 생성된 전자가 페로브스카이트 층의 정공과 재결합하면 광발광 반응이 일어납니다. 전하 캐리어가 페로브스카이트와 인접한 층 사이에서 더 효율적으로 전달될수록 PL 반응은 덜 강렬해집니다. 따라서 PL은 태양 전지의 추출 층으로서 다양한 재료의 효율을 비교하여 태양 전지의 전체 광전지 효율을 비교하는 데 탁월한 프로브가 됩니다.

Figure 2: PL Spectra comparing two perovskite solar cell stacks measured on the FLS1000 Photoluminescence Spectrometer. This can be used to infer the photovoltaic efficiency of a solar cell.

Improving Photovoltaic Efficiency with the FLS1000 Photoluminescence Spectrometer

Figure 3: FLS1000 Spectrofluorometer

Edinburgh Instruments FLS1000은 페로브스카이트 태양 전지에서 다양한 재료의 PL 반응을 모니터링하여 광전지 효율을 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 이를 통해 어떤 물질이 가장 낮은 PL 응답을 생성하여 전하 캐리어 전달 효율이 가장 높고 셀 내에서 사용하기에 가장 효과적인지 결정하기 위해 물질을 선별할 수 있습니다.

References

1.  C. Kamaraki, M. T. Klug, T. Green, L. M. Perez, and C. Case, Perovskite/silicon tandem photovoltaics: Technological disruption without business disruption, Appl. Phys. Lett., 119, 2021, 070501

Download the App Note: Comparing Hole Extraction Efficiencies in Perovskite Solar Cells using Photoluminescence Quantum Yield.