과학자들이 고효율 투명 태양 전지를 제작하다

• 연구원들은 실리콘 마이크로와이어 합성물을 사용하여 에너지 효율적인 투명 태양 전지를 개발합니다.
• 이 태양 전지는 흡수된 햇빛 외에도 반사광을 사용하여 에너지를 생성합니다.

최근 몇 년 동안 투명 태양 전지에 초점을 맞춘 연구의 수문이 태양 에너지가 사회의 요구를 충족시킬 수 있으며 차세대 혁신이 될 수 있다고 믿는 과학자들이 열렸습니다.

이 흥미로운 광기전 현상에서 빛의 유입(가시적인 투명도)과 에너지 생성(태양광 변환 효율) 사이에는 필연적인 상충 관계가 있습니다.

지금까지 우리는 에너지 효율이 낮고 투명도가 적당한 다양한 착색 투명 태양 전지를 보았습니다. 전자 장치, 자동차 창 및 건물 일체형 태양광 창에 배치하기에 적합하지 않습니다.

이제 한국의 울산과학기술원(Ulsan National Institute of Science and Technology)의 연구원들이 실리콘 마이크로와이어 합성물을 사용하여 에너지 효율적인 투명 태양전지를 개발했습니다. 그들은 유연하고 투명한 폴리머 재료에 원통형 실리콘 막대를 내장했습니다.

다른 투명 태양 전지와 어떻게 다른가요?

주로 염료, 유기물 및 페로브스카이트를 기반으로 하는 기존의 투명 태양 전지와 달리, 새로운 유연하고 색 중립적인 태양 전지는 n-실리콘 마이크로와이어 패턴을 기반으로 합니다.

심부 반응성 이온 에칭(deep-reactive ion etching)이라고 하는 방법은 이러한 미세 와이어를 제어 가능한 간격으로 제작하는 데 사용됩니다. 그런 다음 유연한 투명 폴리머 매트릭스에 삽입됩니다.

참조:빛:과학 및 응용 분야 | DOI:10.1038/s41377-019-0234-y | UNIST

실리콘 로드에서 반사되는 태양광을 제어하여 효율성을 높일 수 있도록 설계되었습니다. 보다 구체적으로, 마이크로와이어 사이의 간격을 변경하여 광투과율을 10%에서 55%까지 조정할 수 있습니다.

어떻게 작동합니까?

이 태양 전지의 각 실리콘 막대는 광활성 층으로 작동합니다. 태양광을 흡수하고 전기를 생성합니다. 연구원들은 육안으로 볼 수 없도록 특정 간격으로 막대를 배열했습니다. 따라서 태양 전지는 기판 자체의 유연하고 투명한 특성을 모두 유지합니다.

새로운 투명 태양 전지의 제조 공정 | 연구원 제공

투명도를 손상시키지 않으면서 빛 흡수 능력을 증가시키기 위해 연구원들은 실리콘 마이크로와이어 팁의 모양을 극적으로 변경했습니다. 기존의 태양전지는 빛의 흡수, 투과, 반사가 일어나지만 반사광을 이용하지 못한다.

반면에 새로운 구조는 반사된 빛을 태양 전지로 다시 흡수합니다. 실리콘 막대의 상단에서 반사된 햇빛은 옆에 있는 막대에 흡수됩니다.

경사진 마이크로와이어 기반 투명 태양전지는 가시광선 투명도 10%에서 8% 효율을 보였다. 이는 실리콘계 투명 태양전지 중 가장 높은 효율이다. 수십 번의 굽힘 테스트 후에도 초기 효율을 유지할 수 있습니다.

읽기:지구 온난화는 태양 전지의 효율성을 감소시킬 것입니다.

또한 단단한 유리 기판에서 제조되는 다른 중성색 투명 태양 전지와 달리 이러한 유연한 태양 전지는 모바일 및 웨어러블 장치에서 건물 통합 발전에 이르기까지 다양한 실제 응용 분야를 가질 수 있습니다.