나노기술로 태양전지 효율 10% 이상 증가

연구팀은 태양 전지의 나노구조를 개선해 효율을 10% 이상 높였고, 이를 통해 청정 에너지 기술에 대한 새로운 응용 분야가 열렸습니다.

중국 과학원 산하 허페이 물리과학 연구소 연구팀은 태양광 소재의 나노구조를 최적화하여 태양 전지 효율을 10% 이상 높이는 새로운 방법을 발표했습니다.

이 연구에서 과학자들은 이산화티타늄(TiO₂) 나노로드의 개별 크기는 변화시키지 않고 간격을 조절하는 기술을 성공적으로 개발했습니다. 이 단결정 나노로드는 뛰어난 광 흡수율과 전기 전도성으로 잘 알려져 있으며, 태양 전지, 센서, 광촉매 등에 널리 사용됩니다.

간격을 조절할 수 있는 이산화티타늄 나노로드 구조는 빛을 가두는 능력을 강화하고 태양 전지의 전력 변환 효율을 개선합니다.

이전의 기술적 문제는 나노로드 밀도를 조절하면 높이와 직경이 동시에 변하는 경우가 많아 소자 성능에 영향을 미친다는 것이었습니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 전구체 필름 형성 과정에서 가수분해 단계를 연장했습니다. 이 단계를 연장하면 더 긴 겔 사슬이 형성되어 더 작은 아나타스 입자가 생성됩니다. 아나타스 필름을 수열 처리했을 때, 이 입자들은 그 자리에서 루틸로 변환되었고, 이는 나노로드 성장의 시드로 작용했습니다.

이러한 방식으로 연구팀은 나노로드의 직경과 높이가 일정하면서도 분포 밀도를 제어하는 TiO₂ 박막을 제작했습니다. 이 박막을 CuInS₂ 태양전지(저온 공정)에 적용했을 때, 에너지 변환 효율은 최대 10.44%에 도달했습니다.

저자들은 작동 메커니즘을 설명하기 위해 나노로드 밀도와 빛 흡수, 전류 분리, 그리고 캐리어 회수 능력 간의 관계를 분석하는 "부피-표면-밀도 모델"을 제안했습니다. 이 모델은 나노필러 간격 조절이 광학적 특성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 에너지 손실을 줄이고 전하 수집 능력을 향상시켜 소자의 전반적인 성능을 향상시킨다는 것을 보여줍니다.

이 기술은 태양 전지 분야뿐 아니라 나노 구조가 성능에 결정적인 역할을 하는 광전자 및 촉매 분야에도 새로운 가능성을 열어줍니다. 미세 구조 형성 과정을 제어함으로써, 이 새로운 방법은 값비싸거나 복잡한 제조 기술 없이도 고성능 소재 개발에 중요한 기여를 할 수 있습니다.

이 연구는 태양 전지를 개선하기 위한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 제조 조건, 미세 구조 형성 공정 및 장치 성능 최적화를 연결하는 완전한 시스템을 제시하여 미래의 청정 에너지 기술에 크게 기여할 것입니다.

출처: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html