NTU 팀은 페로브스카이트 세포를 더욱 친환경적으로 만드는 새로운 방법을 찾았습니다.

싱가포르 난양기술대학교(NTU Singapore)의 과학자들이 주도한 연구에서는 페로브스카이트 태양전지의 캡핑 층을 제조하기 위한 새로운 접근 방식으로 무독성 금속을 사용하여 높은 변환 효율을 유지하면서 전지를 더욱 환경친화적으로 만드는 연구 결과를 발표했습니다.

2009년 최초의 페로브스카이트 기반 태양전지가 발표된 이후 과학자들은 페로브스카이트 전지의 효율성과 안정성을 향상시키기 위한 새로운 재료와 제조 기술을 찾기 위해 노력해 왔습니다.

상용화를 가로막는 또 다른 원인 세포의 독성 요소가 환경에 미치는 영향입니다. 페로브스카이트는 수분 및 산소와 반응하거나 빛과 열에 노출되거나 장기간 사용되면 분해될 수 있습니다. 전지가 손상되거나 폐기되면 페로브스카이트 재료와 캡핑 층(환경 스트레스로부터 전지를 보호하고 성능을 높이기 위해 페로브스카이트 층에 코팅)에서 나오는 독성 중금속 납이 환경을 위협할 수 있습니다.

NTU 싱가포르 과학자들은 완전 전구체(FP) 방법이라는 새로운 접근법을 사용하여 합성된 아연 기반 화합물 PEA2ZnX4가 페로브스카이트 전지용 무연 캡핑 층을 생성할 수 있음을 발견했습니다.

전통적인 반전구체(HP) 방법을 적용하는 경우 보호 캡핑 층을 형성하기 위해 아래에 있는 페로브스카이트 층에서 납 이온을 끌어올려야 합니다. 그러나 FP 방식을 사용하면 화합물 용액의 화학물질이 페로브스카이트 층 표면에서 직접 반응할 수 있어 더욱 효과적이다.

FP 방법을 사용하여 과학자들은 아연 기반 화합물로 덮인 1인치 x 1인치 프로토타입 페로브스카이트 셀을 만들었습니다. 전자현미경과 분광학으로 조사한 결과, 아연 기반 캡핑 층은 아래에 있는 페로브스카이트 층의 전기적 특성에 영향을 미치지 않는 동시에 페로브스카이트 층 표면의 결함을 덮고 광 수확 능력을 향상시키는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 시뮬레이션된 햇빛을 사용한 실험에서 프로토타입 셀은 빛의 24.1%를 전기로 변환할 수 있었으며 이는 현재까지 페로브스카이트 태양전지가 달성한 최고 기록에 가깝습니다.

과학자들은 또한 새로운 방법이 전통적인 납 기반 캡핑 층을 만들기 위해 페로브스카이트 층에서 납 이온을 추출할 필요가 없기 때문에 페로브스카이트 층을 보다 환경 친화적이고 안정적이며 효율적으로 만들기 위한 노력에 기여한다고 말합니다. 페로브스카이트와 캡핑 층을 모두 개질하기 위해 다른 재료를 적용하면 전체 전지 성능이 최적화됩니다.

이번 연구에는 싱가포르 과학기술연구청(A*STAR) 산하 재료연구공학연구소(IMRE)도 참여했다.

연구의 세부 사항은 2023년 2월 Nature Energy에서 확인할 수 있습니다. 과학자들은 실제 크기의 세포를 제작하기 위한 방법을 확장하기 위해 노력하고 있습니다.

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