2014년 3월 29일 토요일

MoOx 접촉 패시베이션 Si 태양전지

MoOx는 전통적으로 유기 전자소자에서 홀 접촉 층으로 이용되고 있었는데 아무도 가장 일반적인 Si 반도체에 적용하려는 시도가 없었다. 

태양전지는 일반적으로 광흡수 반도체층의 한쪽면은 홀을 투과시키고 전자를 차단하는 selective contact 층이 있고 다른 쪽면에는 전자를 투과시키고 홀을 차단하는 상호 보완적인 selective contact층으로 이루어져 있다. 

소자가 태양광을 받으면 이들 selective contact은 전자 또는 홀에 대해 싱크(sink)와 같은 행동하고 각 contact은 화학 포텐셜 기울기를 만들어 결과적으로 확산 전류를 생성시킨다. 

소위 Si 이종접합 태양전지는 24.7% 만큼 높은 효율을 보이고 있다. 이 소자는 표면 패시베이션 층으로 얇은 a-Si:H을 사용해서 Voc가 750 mV가 넘는다. 

하지만, a-Si:H는 단지 1.7~1.8 eV의 밴드갭을 가지고 있고 높은 결함을 지니고 있다는 것이 문제이다. 

이 패시베이션 층이 단지 수 나노미터로 얇다 하더라도 태양광 스펙트럼의 UV와 가시광 부분에서 여전히 광흡수 손실(parasitic absorption)이 있다. 이 문제는 광흡수 반도체 층이 Voc을 증가시키기 위해 덜 얇아질 수록 더 심각해 진다. 




연구자들은 열증착된 MoOx(x<3)에 기반한 n형 Si 이종접합 태양전지를 위한 근본적으로 다른 홀 접촉 방식을 찾아냈다. MoOx는 어떤 금속 보다 높은 일함수를 갖고  있기 때문에 그것의 Fermi 에너지 준위를 반도체의 valence band에 가깝게 놓을 수 있어 홀을 MoOx로 효과적으로 주입시키거나 뽑아낼 수 있다. 

그들은 패시베이션 되지 않은 MoOx/c-Si 태양전지에서 14.3%의 효율을 얻었고 a-Si:H을 산화 접촉층과 Si 흡수체 사이에 패시베이션 층으로 삽입했을 때, MoOx/a-Si:H/c-Si, 18.8%의 효율을 얻었다. 

밴드갭 3.3 eV의 hole-selective contact인 MoOx는 인상적인 전류 1.9 mA/cm2와 일반적인 Si 이종접합 셀과 같은 거의 동일한 Voc(711 mV)을 유지할 수 있게 한다.  

참고: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56693 

태양전지용 물질의 일함수

일함수는 전자가 광흡수층에서 전극으로 이동하는데 어려움을 겪는 정도와 관련이 있다. 

Ca: 2.90 eV

Al: 4.25~4.30 eV(electron accepting 전극)

Au: 5.1~5.2 eV(hole accepting 전극)

MoOx: 3.3 eV(홀 전도체)

V2O5

WO3

Ag: 4.45 eV

PEDOT:PSS: 5.15 eV

ITO: 4.70 eV

FTO: 4.4 eV

2014년 3월 28일 금요일

적외선을 전기로 바꿀 수 있는 새로운 Si 태양전지

Si 태양전지가 태양광 스펙트럼의 적외선 부분을 이용할 수 있는 능력이 있다는 것은 새로운 것은 아니다. 

하지만 Si는 Si의 고유한 밴드갭에 의해 대부분의 적외선은 효과적으로 이용되지 못한다. 


(그림 1: Si 기판위에 다분산 Si 콜로이드의 bird's-eye view SEM이미지, 삽입 그림은 단일구의 세밀한 이미지를 보여준다. 다결정 본성이 grain contrast effect에 의해 표면위에 나타난다.)


(그림 2: 소자 구좌와 밴드 다아아그램의 도식도. (a) 소자의 기본 구조. (b) 소자의 밴드 다이아그램 제안. ) 


하지만 스페인의 연구자들은 최초로 광전류가 Mie 모델(고전적인 구 공진기)을 따르는 다결정 Si으로 만들어진 마이크로미터 크기의 구로 광다이오드를 개발했다. 

공진 포톤의 긴 체류 시간은 광전류 반응을 강화시키고 벌크 Si의 흡수단을 훨씬 넘어선 적외선 영역으로 확장시킨다.   

참고: http://cleantechnica.com/2014/03/27/silicon-solar-photovoltaic-cell-created-can-turn-infrared-radiation-electricity/

as-grown InGaN 태양전지의 성능 향상시키기

프랑스의 과학자들이 InGaN 다중 양자우물에 기반한 태양전지를 발표했다. 그 태양전지는 2%의 효율을 달성했다. 

이 효율로는 상업성은 없지만 태양광 스펙트럼에 대한 전력 변환 성능을 최적화하기 위해 다중 접합을 이용하는 그러한 구조를 개발하는 것은 흥미가 있다. 

그들의 연구는 기존의 InGaN 기반 태양전지의 연구와 다른데 InGaN에 대해 전면 또는 후면 코팅과 표면 처리를 하지 않았고 단지 InGaN/GaN 다중 양자우물(multiple quantum wells, MQWs) 구조의 기여만이 효율에 고려되었다. 



이 소자는 사파이어(Al2O3)위에 MOCVD을 이용하여 만들어졌다. Si이 도핑된 n형 GaN(GaN:Si) 버퍼는 3.2 nm 두께의 6✕10^19/cm3의 캐리어 밀도와 10 nm 두께의  2✕10^19/cm3로 강하게 도핑된 영역으로 이루어져 있다. MQW는 GaN가 배리어로 있는 15 또는 30 층의 InGaN로 이루어져 있다. Mg가 도핑된 p형  GaN(GaN:Mg)는 7✕10^16/cm3으로 도핑되었다. 

01.과 0.19의 인듐 함량일때 MQW의 cut-offs의 파장은 각각 380과 465 nm이다. 이 값은 순수한 GaN의 cut-offs 파장으로 부터 적색 이동(red-shifted)된 것이다. 

1 sun 복사하에서 인듐 함량 0.19이고 우물의 개수가 15개인 소자에서 가장 높은 2%의 효율을 얻었다. 

낮은 인듐 함량의 소자는 더 짧은 파장에서 cut-off가 일어나기 때문에 불리하지만 태양광 스펙트럼의 대부분이 더 긴 파장쪽으로 편중되어 있다는 것을 고려할 필요가 있다. 

하지만 높은 인듐 함량의 소자는 약 3배 높은 직렬 저항과 누설을 막는 병렬 저항이 더 낮다.  

참고: http://www.semiconductor-today.com/news_items/2014/MAR/CEA_250314.shtml

2014년 3월 24일 월요일

탄소 나노튜브의 제어된 배치가 태양전지 성능을 크게 향상시키다



탄소 나노튜브가 태양전지 성능 증대에 도움을 줄 수 있다고 오랫동안 예측되어 왔지만 효과적인 구현을 위한 장벽이 존재해 왔다. 예를 들어, 탄소 나노튜브는 기능을 최적화하기 위해 나노튜브가 상호 연결되어 있는 잘 정렬된 네트워크로 조립이 될 필요가 있다. 

Umea 대학의 연구자들은 처음으로 탄소 나노튜브가 폴리머 메트릭스 안에 제어된 나노 규모 크기를 갖는 복잡한 네트워크 아키텍처로 엔지니어링 될 수 있다는 것을 보여줬다. 

그들은 결과물인 나노 네트워크가 상용 방법으로 제조된 랜덤 네트워크에서 측정된 전하 수송 능력 보다 100배 이상 높은 전하 수송 능력을 지니고 있다는 것을 발견했다. 


참고: http://cleantechnica.com/2014/03/24/controlled-placement-carbon-nanotubes-creates-big-boost-solar-cell-performance-research-shows/ 

그래핀 위에 성장시킨 3-5족 나노와이어 태양전지

Illinois 대학의 연구자들은 시드와 기판이 필요 없는 그래핀 위에 직접 형성된 3-5족 나노와이어 어레이에서 새로운 성능 수준을 얻었다. 




그들은 처음으로 어떤 금속 촉매 또는 리소그라피 패터닝 없이 그래핀 위에 직접 성장시킨 InAs 줄기 위에 동축(coaxial) p-n 접합 InGaAs 나노와이어로 새로운 태양전지 아키텍처를 보였다. 

이번 연구에서 그들은 InGaAs 성장시 발생하는 상분리를 극복했고 성공적으로 단일상의 InGaAs를 성장시켜 매우 고무적인 태양전지 성능을 보여줬다. 

그들은 2차원 시트(그래핀)위에 bottom up으로 3-5족 나노와이어를 성장시키기 위해 van der Waals epitaxy라고 불리는 방법을 사용했다. Ga, In, 그리고 As 가스가 그래핀 시트가 놓여 있는 챔버로 주입되면 즉각적으로 나노와이어 자기 조립이 일어나고 그래핀 표면에 수직한 와이어가 밀한 카펫 형태로로 성장한다. 

이전 연구에서 연구자들은 그래핀 위에 자란 InGaAs 와이어는 자발적으로 InGaAs 껍데기가 바깥쪽에 있는 InAs 코어로 분리된다라는 것을 알았다. 이를 해결하기 위해 InGaAs 성장 중에 InAs segment를 주입하여 자발적인 상 분리를 유도하는 독특한 van der Waals epitaxy가 이용됐다.  

이렇게 자란 InGaAs 나노와이어는 수직하고, 뽀족하지 않고, 크기와 높이 그리고 도핑 제어가 가능하다. 또한 3상 조성 튜닝 범위가 넓어  2차원 van der Waals 시트(그래핀)와 monolithic heterogeneous intergration을 위한 에너지를 준다.  



AM1.5G 일광조도하에서 그래핀 위의 코어-셀 In0.25Ga0.75As (Eg ~ 1.1 eV) 나노와이어 어레이가 2.51%의 변환 효율을 나타냈다.  

참고: http://www.sciencenewsline.com/articles/2014032416460065.html

2014년 3월 23일 일요일

Si 태양전지를 위한 어레이(array)

태양전지가 얼마나 잘 광을 전기 에너지로 변환시키느냐는 광을 얼마나 잘 흡수하느냐에 전적으로 달려있다. 

지금까지 결정질 Si 기반 태양전지의 흡수 효율은 Si의 낮은 흡수 계수에 의해 제한된다. 이것은 본질적인 이슈이다. 

하지만 연구자들은 나노와이어 형태의 Si이 훨씬 좋은 흡수를 제공한다고 한다. 그 이유는 나노와이어는 안테나 효과(antenna effect)라고 하는 광을 구속하는 광 공동(optical cavity)으로써 역할을 하기 때문이다. 

그들은 나노와이어가 수직으로 또는 수평으로 배열된 어레이로 패킹되었을 때 어떻게 Si 나노와이어가 광을 흡수하고 흡수 특성이 어떻게 나노와이어의 모양과 조성에 의해 영향을 받는지에 대해 일련의 시뮬레이션(finite-difference time-domain(FDTD))을 했다. 

그들은 단일 나노와이어에서 어레이로 규모가 커질 때 흡수가 강화되는 것을 발견했다. 

많은 연구원들은 어레이의 흡수 효율은 떨어져야 한다고 생각하고 있었다. 왜냐면 단일 나노와이어의 안테나 효과는 어레이로 규모가 확대되면 없어지기 때문이다. 

하지만 이번 연구는 단일 나노와이와 나노와이어 어레이 사이의 흡수 효율은 거의 똑같다는 것을 보여준다. 그 이유는 나노와이어 어레이에만 있는 회절 효과 때문이다. 



연구자들은 단면 모양이 육각형이고 서로 다른 세 Si 조성을 갖는 나노와이어로 시뮬레이션을 시작했다: 결정질 Si으로만 된 나노와이어; 코어에 결정질 Si이 있는 비정질 Si 나노와이어; 또는 결정질 Si 코어와 비정질 Si 껍데기 사이에 정해진 거리를 가지는 나노와이어. 

20 nm 두께의 비정질 Si 껍데기가 임베디드된 결정질 Si 나노와이어가 균일한 결정질 Si 나노와이어에 비해 AM1.5G 태양 스펙트럼(280~1000 nm)하에서 40% 강화된 흡수를 보였다.

이러한 흡수에서 큰 증대는 비정질 Si 껍데기 내의 몇몇 공명 모드의 localization의 결과이다.

직사각형의 단면을 갖는 나노와이어는 육각형 나노와이어와 비교했을 때 특정 파장에 대해 증가된 흡수를 나타냈다.  

이번 시뮬레이션의 결과는 나노와이어 흡수 특성을 전략적으로 재단(tailoring)하기 위한 설계 규칙을 발견할 수 있게 해 줄 것이고 몇개의 광전지 재료를 함께 사용하는 나노 ‘텐덤’ 태양전지의 가능성에 대한 통찰을 줄 것이다.  

참고: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56655



광화학 upconversion으로 태양전지 효율 증가



태양전지는 밴드갭 보다 낮은 에너지의 빛을 흡수할 수 없다. upconversion(UC) 소자는 이런 빛을 수확하는 것인데 그냥 투과될 최소한 두개의 포톤에서 하나의 더 높은 에너지의 포톤을 만들어 셀 쪽으로 다시 내보낸다.

UC를 위한 핵심 필요 조건은 심지어 낮은 강도의 비간섭성 조도하에서도 넓은 흡수와 높은 UC 양자 효율을 갖는 것이다.

Upconversion은 태양전지의 효율을 향상을 위한 수단으로 약 10년 전에 제안되었다. 그 당시 연구는 란탄족 원소가 도핑된 유리 또는 나노입자에서 발생하는 UC 과정을 집중됐다.

희토류의 4f 궤도 사이의 전이(transition)가 결정질 Si 태양전지에 쓰일 수 있는 에너지 범위에 있지만 Er 또는 Yb 기반의 UC 시스템은 Laporte 금지 전이에 의해  흡수가 약하고 좁은 흡수 대역폭 때문에 낮은 양자 효율을 보인다.

최근 유기 분자의 triplet-triplet annihilation (TTA)이 대안적인 UC 메케니즘으로 연구되고 있다. 이 메케니즘은 낮은 포톤 플럭스에도 효과적으로 일어나고 조정 가능한 범위가 높은 흡수 특성을 나타낸다.

TTA-UC로 부터 높은 양자 효율의 핵심은 유기 용매 또는 폴리머 모체 매트릭스에 용해되어 있는 2 가지 서로 다른 유기 분자의 결합에 있다. 



matalated porphyrin은 낮은 에너지의 포톤을 흡수한다(과정 1). 그리고 에시톤의 스핀이 0(singlet)에서 1(triplet)로 바뀌는 빠른 내부 시스템 교차 격는다(과정 2).
이 스핀 상태의 변화는 porphyrin center에 있는 중금속에 의해 가능하고 결과물인 triplet 상태는 비방사적으로 바닥상태로 이완되기 때문에 오래 유지된다. 

분자의 두번째 클래스와의 상호 작용은 triplet 에너지를 triplet 에너지 이동(과정 3)에 의해 소위 이미터 종에게 전달한다.  

잇따른 두 이미터의 상호작용은 TTA(과정 4)을 낞은데 하나의 고에너지 singlet 상태를 만들기 위해 두개의 triplet 여기를 결합시키는 것이다. 

singlet 상태는 효율적인 고에너지 포톤 방출을 통해 빠르게 바닥상태로 이완된다(과정 5). 

최근 연구자들은 박막 태양전지의 태양광 수확을 확장하기 위해  TTA-UC의 가능성을 조사했다.  TTA-UC 시스템은 맞춤 분자 sensitizer 종과 a-Si 태양전지 또는 유기 태양전지 또는 염료감응 태양전지로 구성되어 있다.  

sensitizer의 흡수 영역를 IR로 이동시키기 위해 Pd sensitizer의 𝛑-시스템을 확장했다. 그 결과 130 um 두께의 a-Si:H 셀에서 기존 sensitizer에 비해 좋은 특성을 나타냈다. 

UC unit과 후면 반사 표면을 결합하면 입사광이 여러번 셀로 들어가도록 도와 줄 뿐아니라 upconverted 광을 out-couple하도록 해 준다. 


위 두 접근은 실제 광원과 비슷한 상황하(3 sun 이하)에서 소자 동작이 가능하게 한다. 

참고: http://spie.org/x106644.xml?highlight=x2358&ArticleID=x106644

2014년 3월 18일 화요일

영국 과학자들이 흐린 날 더 잘 동작하는 태양전지를 개발하다



영국 과학자들은 반도체로써 작은 유기 분자를 이용했는데 이 물질은 용액에 용해될 수 있고 3D 프린터로 어떤 모양, 크기, 또는 색깔로도 코팅 가능하다.  

대부분의 태양전지는 강한 태양 직사광하에서 가장 잘 동작한다. 하지만 유기 태양전지는 아주 흥미롭게도 태양 직사광이 아닐때 가장 잘 동작한다.  

과학자들은 유기 태양전지를 태양 직사광에 놓아두었을 때 단지 10%의 효율을 얻었지만 흐린 조건에 두었을 때는 효율을 13%로 점프한다는 것을 발견했다. 

이는 유기 태양전지가 강도가 낮고 산란된 태양광 조건에 더 잘 동작하기 때문이다. 

그렇다고 유기 태양전지가 더 많은 전력을 생산을 하는 것은 아니고 가용한 빛으로 부터 전력을 생산하는데 효율적이라는 것이다.  


참고: http://www.telegraph.co.uk/science/science-news/10701064/British-scientists-develop-solar-panels-which-work-better-on-a-cloudy-day.html

2014년 3월 14일 금요일

유기 태양전지의 효율 증가를 위한 가이드

AIST의 연구자들은 유기 태양전지의 효율의 이론적 한계를 계산했다.

무기 태양전지와의 광흡수에 의한 전하 생성 메케니즘의 차이를 고려하여 유기 태양전지의 광전기 변환 효율의 이론적 한계를 계산했다. 

태양전지의 광전기 변환 효율은 반도체의 밴드갭, 열로 소실, 그리고 전하 재결합과 같은 인자에 의해 제한된다. 

밴드갭 보다 낮은 빛에너지는 흡수되지 않아 전기 생산에 기여하지 못하고 밴드갭 보다 큰 빛에너지는 열로 소실되어 전압이 감소한다. 

만약 광생성 전하가 전극에 도달하기 전에 재결합에 의해 손실이 일어난다면 전류는 떨어진다. 

이렇게 해서 무기 태양전지의 광전기 변화 효율의 이론적 한계가 약 30%라고 Shockley와 Queisser에 의해 1961년에 계산되었다.

유기 물질의 경우 광을 흡수하면 양전하와 음전하 사이의 강한 쿨롱 인력이 작용하여 엑시톤이라고 부르는 결합된 전자-홀 쌍이 생성된다.  

유기 물질에서 엑시톤의 쿨롱 결합 에너지는 상온의 열에너지의 보다 최소한 10배 큰 것으로 추산된다. 

단일 유기 물질 내에서는 엑시톤의 전하 분리가 불충분하기 때문에 유기 태양전지의 두 형태의 물질로 구성되어 있다: 양이온 띄려는 유기 물질과 음이온을 띄려는 유기 물질.  이들 물질 사이의 계면에서 엑시톤의 전하가 분리된다. 


(그림 1 : 유기 태양전지의 전하 분리 메케니즘의 도식도: 빛은 일반적으로 유기 양이온을 띄려는 분자(도너)에 의해 흡수되며 도너 안에 있는 전자는 엑시톤을 형성한다. 그런 다음 전하 분리가 일어난다. 결과로써, 도너는 양이온이 되고 업셉터는 음이온이 된다. 이 과정에서 전자는 전하 분리(∆EDA)에 필요한 과잉 에너지를 잃는다.)

이번 연구는 유기 태양전지에서 전하 분리를 위해 필요한 과잉 에너지(excess energy)의 존재에 맞쳐져있다. 

Shockley와 Queisser 이론에서의 과잉 에너지는 전하 재결합률을 증가시켜 전압과 전류를 떨어뜨린다는 것을 보여준다. 하지만 과잉 에너지는 유기 태양전지에서 다른 역할을 한다. 

결합된 양전하와 음전하 사이의 거리가 1 nm이고 유기 물질의 유전상수가 3.5일 때 쿨롱 상호작용을 이용하면 전하 분리를 위한 과잉 에너지는 0.3~0.4 eV로 계산된다. 


(그림 2 : 전하 분리를 위한 과잉 에너지가 0.4 eV일 때 다중접합과 단일접합 유기 태양전지이 광전기 변환 효율의 이론적 한계와 흡수 가능한 빛에너지의 최소값(광흡수단, optical absorption edge) 사이의 관계. 적색선은 전통적인 단일 접합 무기 태양전지의 이론적 한계를 나타낸다.)

전하 분리를 위한 과잉 에너지가 0.4 eV일 때 유기 태양전지의 효율 한계는 21%이다. 

유기 태양전지를 가장 높은 효율로 끌어 올리는 흡수광의 파장은 827 nm(1.5  eV)로 계산되었다. 이것은 광을 흡수하는 도너 유기 물질을 선택할 때 가이드를 제공한다.  

유기 태양전지의 이론적 효율 한계 21%은 현재의 효율 10~12% 보다 높기 때문에 유기 물질 선택과 구조 최적화를 통해 유기 태양전지의 효율은 향상 될 여지는 충분히 있다.  

참고: http://phys.org/news/2014-03-efficiency-solar-cells.html


2014년 3월 12일 수요일

플러렌 없이 유기 태양전지에서 8.4% 변환효율을 얻다

Imec의 연구자들은 2가지 혁신을 통해 8.4% 효율의 유기 태양전지(organic photovoltaic, OPV)를 만들었다.

첫번째로 플러렌이 아닌 업셉터 물질을 사용해서 높은 개방 전압과 가시광에서 효과적인 광흡수를 얻었다. 

두번째로는 높은 Jsc를 상호보완적인 흡수 스펙트럼을 가지면서 효율적인 엑시톤 수확이 일어나는 3종류의 활성 반도체층으로 이루어진 다층 소자 구조로부터 얻었다.

플러렌은 현재의 OPV셀에서 널리 사용되고 있는 업셉터 물질인데 그 이유는 전자를 받을 수 있는 능력과 높은 전자 이동도 때문이다. 

하지만 플러렌 업셉터는 태양광 스펙트럼과 흡수 스펙트럼의 겹침이 적어 광전류 생성이 제한적이고 전자 전도를 위한 에너지 준위가 깊어 Voc를 제한한다. 

OPV셀의 효율을 증가시키기 위해 여러개의 광 활성 물질의 엑시톤 수확을 결합하는 복잡한 텐덤 아키텍처가 종종 제안되고 있다.  


(그림 1: 에너지 이동 중간층이 있는 3층 소자 아키텍처. (a) 활성 물질의 분자 구조. (b) 소자 아키텍처의 도식도. (c) 2 단계 엑시톤 분리 메케니즘을 설명하는 활성층의 에너지-준위 다이아그램)

Imec 팀은 태양광 파장별 반응 범위를 향상시키기 위해 간단한 3층 스택을 제안했다. 이 소자 아키텍처는 플러렌이 아닌 두 업셉터와 하나의 도너로 구성되어 있고 불연속한 이종접합으로 배열되어 있다. 

중앙에 있는 도너와 업셉터 사이의 계면에서의 전통적인 엑시톤 분리에 더해서 외곽의 밴드갭이 큰 업셉터 층에서 생성된 엑시톤이 원거리 Forster 에너지 이동에 의해 중앙에 있는 밴드갭이 작은 업셉터으로 가는 것이 지연되고 나중에 도너 계면에서 엑시톤 분리가 일어난다. 

이것은 400nm와 720nm 사이에서 양자효율을 75%이상 낳았고 Voc는 1V에 가깝고 전력 변환 효율 8.4%을 얻었다.  

참고: http://phys.org/news/2014-03-percent-conversion-efficiency-fullerene-free-solar.html

2014년 3월 7일 금요일

투명한 칼라 태양전지가 에너지와 미(beauty)을 가지다

시스루(see-through) 태양전지가 Michigan 대학에서 만들어졌다. 이 셀은 최초의 반투명 칼라 태양전지이라고 믿고 있는데 옥외 광고판과 창문 블라인드로 응용될 수 있다. 


(그림 1⎜소자 구조와 광학 특성. (a) 제안된 구조의 구성도. 이 구조는 캐소드, 애노드, 그리고 아주 얇은 핑안된 a-Si으로 구성되어 있다. 캐소드는 유전체-금속-유전체와 유기층으로 이루어져 있고 애노드는 유전체-금속-유전체로만 이루어져 있다. 아주 얇은 a-Si 층의 두께는 6, 11, 그리고 13 nm이고 각각 청색, 녹색, 그리고 적색에 대응한다. (b) 수직 입사된 청색, 녹색, 그리고 적색광 각각에 대한 계산된 것과 측정된 투과 스펙트럼. (c) 청색, 녹색, 그리고 적색으로 제조된 소자의 사진)


(그림 3 C ⎜AM1.5 조도하에서 하이브리드 셀의 전류 밀도-전압 특성)

연구자들은 적색, 녹색, 그리고 청색의 반투명 a-Si/유기 하이브리드 태양전지를 만들었다. 특히 녹색 소자는 거의 2%의 효율을 나타냈다. 

반투명 칼라 태양전지는 미와 출력 사이에 상충점이 있다. 전기 변환에 쓰이는 태양광의 파장 일부를 그냥 셀을 투과시키거나 반사시켜야 하기 때문이다. 

그들의 칼라 태양전지는 투과 이미지를 흐릿하게하는 염료나 마이크로 구조에 의존하지 않고 특정한 광 파장을 투과시키기 위해 역학적인 구조를 이용했다. 서로 다른 색깔을 얻기 위해 그들은 도핑 안된 a-Si 층의 두께를 변화시켰다. 청색 영역은 6 nm 두께이고 적색 영역은 31 nm 두께이다. 

도핑 안된 매우 얇은 a-Si층 내에서는 전자-홀 재결합을 억제하기 때문에 그 막내에 흡수된 포톤은 추출된 전하에 기여한다.

하이브리드 태양전지의 구조는 금속 산화물+유기 전하 수송층+도핑 안된 a-Si으로 이루어져 있다. 이렇게하면 뚜렷이 다른 색깔이 resonant optical transmission에 의해 만들어 질 수 있다. a-Si층을 통해 광이 전파해 나갈 때 누적된 위상 변화가 a-Si 계면에서 반사에 의한 위상 변이에 비해 상대적으로 작기 때문에 입사광의 입사각도와 편광에 둔감한 색깔을 얻을 수 있다.


참고: http://ns.umich.edu/new/multimedia/videos/22020-transparent-color-solar-cells-fuse-energy-beauty