태양전지 효율의 미묘한 균형(delicate balance)

North Carolina 주립 대학의 연구자들은 태양전지의 효율은 내부 층(도메인)의 크기와 순도사이에 미묘한 균형이 있다는 것을 밝혔다. 

폴리머 기반의 태양전지는 전자 업셉터와 전자 도너 물질로 구성된 두개의 도메인으로 만들어 진다. 

태양전지 효율은 몇몇 인자에 기초한다: 가능한 많은 양의 빛 에너지를 유지한채 엑시톤이 도너와 업셉터 도메인 계면으로 쉽게 이동해 갈 수 있어야 한다. 전하가 엑시톤으로 부터 분리되면 전하는 효율적으로 전극쪽으로 갈 수 있어야 한다.

하지만 사실은 이들 도메인은 분리되어 있지 않으며 순수하지 않다. 현재의 공정은 태양전지의 효율과 관련된 인자들에 영향을 주는 복잡하고, 다중 도메인 구조를 만들기 때문이다. 

그들은 태양전지의 복잡한 구조가 성능에 정확히 어떻게 영향을 끼치는지 알기 위해 진보된 soft x-ray 기술을 이용해서 특이하게 혼합된 그리고 때때로 모순된 방법으로 혼합된 도메인을 관찰했다. 

유기 태양전지의 2 도메인을 하나의 바닐라 층과 또 하나의 초콜릿 층이 있는 케이크 반죽이라고 가상해 보자. 처음에 계면적은 케이크 팬의 면적이다. 그들 층에 포크를 이용해서 소용돌이를 일으켜 반죽을 섞으면 더 많은 바닐라와가 초콜릿과 만나게 되고 심지어 더 많은 계면적으로 만든다. 태양전지에서 계면적이 클 수록 전하 분리를 증가 시켜 성능이 향상된다. 

하지만, 계속해서 2 층을 혼합하면 덜 순수한 균일한 반죽을 얻게 되고 전하 재결합에 의해 태양전지의 성능은 떨어뜨린다.  

 

실제 소자에서 구조는 서로 다른 크기의 포크로 큰 운동과 작은 운동의 조합으로 소용돌이를 만들어 생성되는 구조로 생각할 수 있다. 여기에는 도메인의 크기, 순도 그리고 성능에 복잡한 상충점이 있다. 

참고: http://news.ncsu.edu/releases/tp-adeadvmat/