"cold" 포톤을 달궈서 태양전지 효율 한계를 높이다

저가의 고효율 태양전지를 위한 탐구는 근본적인 것과 기술적인 한계에 직면하게 된다. 이 중 근본적인 것은 1) 물질의 밴드갭 에너지 보다 낮은 에너지의 포톤을 사용할 수 없는 것과 2) 물질의 밴드갭 에너지 보다 높은 에너지의 포톤 흡수에 의해 발생하는 전하 캐리어의 열중성화(thermalization) 3) 광에 의해 생성된 전하 캐리어의 재결합이 야기하는 손실이다. 

MIT의 과학자들은 전기적 up-conversion과 열광전지(thermophotovoltaic, TPV)의 변환 과정을 결합한 thermal up-conversion을 이용하여 저에너지의 포톤을 활용하면 Shockley-Queisser 한계를 넘어설 수 있다고 말한다. 

그들의 태양전지는 단일 접합 태양전지와 thermal up-converter을 결합한 하이브리드 형태이다. 

광활성 물질의 밴드갭 보다 낮은 에너지의 포톤이 up-converter에 의해 흡수되면 열이 발생되고 그 열이 더 높은 에너지의 포톤을 생성시켜 태양전지 셀 쪽을 보낸다. 

이 과정이 가능하려면 up-converter의 전면과 후면 모두 각도와 주파수 선택 이미턴스(emittance) 특성이 세심하게 설계되어야 한다. 

그들은 비집광하에서 이 하이브리드 소자의 최대 효율이 73%에 도달 할 수 있다고 한다. 

높은 up-conversion 효율에 도달하려면 up-converter 온도를 올릴 필요가 있다. 그 온도는 현실적으로 달성 할 수 있는 900 ~ 1600K 이다. 

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=33568.php