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기록적인 태양 전지 성능을 위한 미세 조정

동향 개요

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기관명 NDSL
작성자 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
작성일자 2018-11-28 00:00:00.000
내용 재료 과학자들은 유기 비 플러렌 기반 단일 접합 태양 전지의 성능에 대한 새로운 기록을 달성했다. 일련의 복잡한 최적화를 사용하여 1 평방 센티미터의 표면적에서 12.25 %의 인증된 전력 변환 효율을 달성했다. 이 표준화된 표면적은 프로토 타입 제작을 위한 예비 단계이다. 연구 결과는 네이처 에너지 (Nature Energy) 저널 ('Fine-tuning of the chemical structure of photoactive materials for highly efficient organic photovoltaics')에 발표되었다. 유기 태양 광 시스템은 지난 몇 년 동안 급속한 발전을 했다. 대부분의 경우, 유기 태양 전지는 반도체의 두 층으로 구성되어 있다. 하나는 전자를 공급하여 도너 역할을 하고, 두 번째는 억셉터 또는 전자 도체 역할을 한다. 용융물로부터 인출되거나 진공 시스템에서 침전되어야 하는 통상적으로 사용되는 실리콘과는 달리, 이 시스템에서 중합체 층은 지지 필름 상에 직접 용액으로부터 증착될 수 있다. 한편으로 이것은 비교적 낮은 제조 비용을 의미하며, 다른 한편으로는 이러한 유연한 모듈은 도시 공간에서 실리콘 태양 전지보다 더 쉽게 사용될 수 있다. 오랜 시간 동안 탄소 기반의 나노 입자인 풀러렌은 이상적인 수용체로 여겨졌지만 플러렌 기반 복합 재료의 본질적인 손실은 여전히 ​​잠재 효율을 심각하게 제한하고 있다. 따라서 최근 수행된 연구는 패러다임 전환을 가져왔다. 국제적인 협력을 통해 풀러렌 보다 더 많은 빛을 흡수하는 새로운 유기 분자를 발견했다. 성능과 내구성의 현저한 향상은 유기 하이브리드 인쇄 태양 전지가 이제 상업적 용도로 흥미 롭다는 것을 의미한다. 그러나 실용적인 프로토 타입을 개발하려면 기술을 몇 평방 밀리미터의 실험실 차원에서 1 평방 센티미터의 표준화된 차원으로 옮겨야 한다. 스케일링 과정에서 상당한 손실이 자주 발생한다. 연구팀은 이 손실을 크게 줄일 수 있었다. 복잡한 과정에서 그들은 유기 반도체의 광 흡수, 에너지 준위 및 미세 구조를 조절했다. 이 최적화의 주된 초점은 고출력 전기의 중요한 전제 조건인 도너 및 억셉터의 호환성과 단락 전류 밀도와 개방 회로 전압의 균형이다. 이 연구를 설명하는 가장 좋은 방법은 레고 벽돌 상자를 상상하는 것이다. 단일 분자 그룹을 폴리머 구조에 삽입하고 조정했으며 이는 태양 전지의 기능에 중요한 특수한 특성에 영향을 미쳤다. 그 결과 12.25 %의 전력 변환 효율을 얻었는데 이는 수용체가 풀러렌으로 이루어지지 않는 표면적이 1cm2 인 솔루션 기반 유기 단일 접합 태양 전지에 대한 새로운 인증 기록이다. 연구자들은 스케일링 손실을 낮은 수준으로 유지하는데 성공하여 작은 표면에 있는에서 가장 높은 값이 13 % 미만에 머물렀다는 점도 흥미롭다. 동시에 온도와 햇빛과 같은 시뮬레이션 조건 하에서 생산 관련 안정성을 입증할 수 있었다. 다음 단계는 실제 프로토 타입 개발이 시작되기 전에 모듈 크기로 모델을 확장하는 것이다.
출처
원문URL 재료 과학자들은 유기 비 플러렌 기반 단일 접합 태양 전지의 성능에 대한 새로운 기록을 달성했다. 일련의 복잡한 최적화를 사용하여 1 평방 센티미터의 표면적에서 12.25 %의 인증된 전력 변환 효율을 달성했다. 이 표준화된 표면적은 프로토 타입 제작을 위한 예비 단계이다. 연구 결과는 네이처 에너지 (Nature Energy) 저널 ('Fine-tuning of the chemical structure of photoactive materials for highly efficient organic photovoltaics')에 발표되었다. 유기 태양 광 시스템은 지난 몇 년 동안 급속한 발전을 했다. 대부분의 경우, 유기 태양 전지는 반도체의 두 층으로 구성되어 있다. 하나는 전자를 공급하여 도너 역할을 하고, 두 번째는 억셉터 또는 전자 도체 역할을 한다. 용융물로부터 인출되거나 진공 시스템에서 침전되어야 하는 통상적으로 사용되는 실리콘과는 달리, 이 시스템에서 중합체 층은 지지 필름 상에 직접 용액으로부터 증착될 수 있다. 한편으로 이것은 비교적 낮은 제조 비용을 의미하며, 다른 한편으로는 이러한 유연한 모듈은 도시 공간에서 실리콘 태양 전지보다 더 쉽게 사용될 수 있다. 오랜 시간 동안 탄소 기반의 나노 입자인 풀러렌은 이상적인 수용체로 여겨졌지만 플러렌 기반 복합 재료의 본질적인 손실은 여전히 ​​잠재 효율을 심각하게 제한하고 있다. 따라서 최근 수행된 연구는 패러다임 전환을 가져왔다. 국제적인 협력을 통해 풀러렌 보다 더 많은 빛을 흡수하는 새로운 유기 분자를 발견했다. 성능과 내구성의 현저한 향상은 유기 하이브리드 인쇄 태양 전지가 이제 상업적 용도로 흥미 롭다는 것을 의미한다. 그러나 실용적인 프로토 타입을 개발하려면 기술을 몇 평방 밀리미터의 실험실 차원에서 1 평방 센티미터의 표준화된 차원으로 옮겨야 한다. 스케일링 과정에서 상당한 손실이 자주 발생한다. 연구팀은 이 손실을 크게 줄일 수 있었다. 복잡한 과정에서 그들은 유기 반도체의 광 흡수, 에너지 준위 및 미세 구조를 조절했다. 이 최적화의 주된 초점은 고출력 전기의 중요한 전제 조건인 도너 및 억셉터의 호환성과 단락 전류 밀도와 개방 회로 전압의 균형이다. 이 연구를 설명하는 가장 좋은 방법은 레고 벽돌 상자를 상상하는 것이다. 단일 분자 그룹을 폴리머 구조에 삽입하고 조정했으며 이는 태양 전지의 기능에 중요한 특수한 특성에 영향을 미쳤다. 그 결과 12.25 %의 전력 변환 효율을 얻었는데 이는 수용체가 풀러렌으로 이루어지지 않는 표면적이 1cm2 인 솔루션 기반 유기 단일 접합 태양 전지에 대한 새로운 인증 기록이다. 연구자들은 스케일링 손실을 낮은 수준으로 유지하는데 성공하여 작은 표면에 있는에서 가장 높은 값이 13 % 미만에 머물렀다는 점도 흥미롭다. 동시에 온도와 햇빛과 같은 시뮬레이션 조건 하에서 생산 관련 안정성을 입증할 수 있었다. 다음 단계는 실제 프로토 타입 개발이 시작되기 전에 모듈 크기로 모델을 확장하는 것이다.
내용 http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=TREND&cn=GTB2018004820
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과학기술표준분류
ICT 기술분류
주제어 (키워드) 1. 유기 태양 전지 비 풀러렌 최적화 용액 처리 2. organic solar cell non fullerene optimization solution process