더 저렴하고 효율적인 태양 에너지를 위해 박막에 태양 전지를 인쇄

By 스완지 대학교 2020년 7월 14일

SPECIFIC 프로젝트의 연구원들이 인쇄된 태양전지에 대해 기록적인 효율성 수준을 달성한 스완지 대학교(Swansea University)의 페로브스카이트 박막의 2단계 롤투롤 코팅. 크레딧: SPECIFIC/스완지 대학교

더 저렴하고 효과적인 태양 에너지를 향한 중요한 단계입니다.

새로운 연구에 따르면 완전 롤투롤 인쇄형 페로브스카이트 태양전지(PSC)에 대해 기록된 최고의 효율성이 보고되었으며, 이는 태양 에너지를 생성하는 보다 저렴하고 효율적인 방법으로 가는 중요한 단계입니다.

Trystan Watson 교수가 이끄는 스완지 대학의 특정 혁신 및 지식 센터 팀은 슬롯 다이 코팅 PSC의 4개 층에 롤투롤 제조 방법을 사용한다고 보고했습니다.

PSC는 12.2%의 안정적인 전력 출력을 제공했는데, 이는 현재까지 롤투롤 인쇄 PSC의 4개 레이어에 대해 기록된 최고 효율입니다.

태양광 산업에 새로 입문한 PSC는 전 세계 연구자들로부터 주목을 받았습니다. 효율성이 현재 시장 선두주자인 실리콘 광전지(PV)와 유사한 수준에 도달함에 따라 PSC의 대형화에 관심이 쏠리고 있습니다.

인쇄된 태양 전지가 포함된 얇고 유연한 필름은 더 저렴하고 효율적인 태양 에너지를 향한 핵심 단계입니다. 스완지 대학(Swansea University) 연구진은 페로브스카이트 태양 전지의 기록적인 효율성 수준을 입증했습니다. 크레딧: SPECIFIC/스완지 대학교

고온, 고진공 증착이 필요한 실리콘 PV와 달리 PSC는 저온에서 용액 처리가 가능해 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.

저온 처리를 통해 플라스틱 기판을 사용하여 유연한 태양전지를 만드는 것이 가능합니다.

용액 처리 능력은 잘 발달된 다양한 인쇄 및 코팅 기술을 적용할 수 있는 기회를 제공합니다.

이러한 장점으로 인해 스완지 대학교 연구원들은 4개 층의 PSC에 롤투롤 제조를 사용할 수 있었습니다.

슬롯 다이 코팅은 대안에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 이는 사전 계량 기술이므로 코팅 전에 습식 필름 두께를 제어할 수 있습니다. 또한 스프레이 코팅이나 스크린 인쇄에 비해 재료 손실이 최소화되어 재료 사용 효율성이 높습니다.

산업 규모에서 필요한 독성 용매를 사용하려면 안전 한계를 유지하기 위해 많은 공기 처리가 필요하며 이로 인해 상당하고 불필요한 비용이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 아세토니트릴 기반 시스템이 사용되었습니다. 이 시스템은 낮은 점도와 낮은 표면 장력으로 인해 유변학적 이점을 가지며, 이로 인해 더 나은 코팅이 가능해집니다.

이와 함께 작업장 노출 한계가 높은 용매의 3원 혼합물이 도입되어 정공 수송 물질 증착을 위해 클로로벤젠을 대체했습니다. 본 연구에서 PSC는 12.2%의 안정적인 전력 출력을 제공했는데, 이는 롤투롤 인쇄 PSC의 4개 레이어에 대해 보고된 최고 효율입니다.

선택한 아키텍처를 위한 완전한 태양전지에는 5개 층의 코팅이 필요합니다. 이 경우 슬롯다이 코팅을 사용하여 4개 층을 코팅하고 열 증발을 사용하여 상단 접점을 씌웠습니다. 아래의 레이어를 파괴하지 않고 다섯 번째(상단) 접점을 슬롯 다이 코팅하는 것은 아직 달성되지 않았습니다. 이 문제를 해결하면 완전히 롤투롤 인쇄된 PSC를 제조할 수 있습니다.

이 프로젝트의 수석 연구원인 SPECIFIC의 Rahul Patidar는 다음과 같이 말했습니다.

"페로브스카이트 태양전지는 전통적인 태양에너지 발전의 효율성을 높이고 비용을 낮추는 것을 목표로 합니다. 이는 효율성이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴할 수 있는 잠재력을 갖고 있으므로 목표는 업스케일링을 위한 제조 방법을 개선하는 것입니다.

이번 연구는 상용화를 향한 다음 단계를 의미한다”고 말했다.

이 연구는 지속 가능한 에너지 및 연료(Sustainable Energy and Fuels)에 게재되었습니다.

참고 자료: Daniel Burkitt, Rahul Patidar, Peter Greenwood, Katherine Hooper, James McGettrick, Stoichko Dimitrov, Matteo Colombo의 "아세토니트릴 기반 단일 단계 페로브스카이트 용매 시스템을 사용하는 롤투롤 슬롯 다이 코팅 P–I–N 페로브스카이트 태양 전지" , Vasil Stoichkov, David Richards, David Beynon, Matthew Davies 및 Trystan Watson, 2020년 5월 4일, 지속 가능한 에너지 및 연료.DOI: 10.1039/D0SE00460J