전기장이 태양전지를 강화시키다

과학자들이 저가의 Zn3P2와 그래핀으로 p-n 접합이 없는 새로운 태양전지 소자를 최초로 개발했다. 이 태양전지는 연간 태양광의 세기가 많이 변하는 지역에 사용할 경우 이상적일 것으로 기대된다.

이 태양전지는 도핑할 필요없기 때문에 고품질의 이종접합을 요구하지 않는다. 그래서 제조 비용이 싸고 인화물과 황화물과 같은 매장량이 풍부하고 친환경적인 물질을 이용할 수 있다.

그들은 Zn3P2과 그래핀으로 간단한 접합으로 생긴 게이트 전압이 그래핀과 ZnP 사이의 에너지 배리어를 튜닝하여 태양전지의 효율을 높일 수 있다는 것을 알았다. 

기존의 태양전지는 일반적으로 전자 에너지 준위가 서로 다른 두 벌크 반도체로 이루어져 있다. 이 반도체들은 전기 배리어를 형성하기 위해 금속 접촉이 된다. 이 전기 배리어는 각 측면으로 부터 전자를 분리시킨다.

여기서 배리어는 서로 다른 높이로 물 탱크을 분리시키는 수력 발전소의 댐으로 비유될 수 있다.

그들은 Cu 위에 성장시킨 그래핀을 Zn3P2 막에 전사시켜 그래핀-Zn3P2 접합을 형성했다. 그리고 난 후 절연층을 그래핀 위에 덮었다. 끝으로 반투명 얇은 top 게이트를 형성했다. 

그래핀-Zn3P2 접합은 그래핀의 페르미 준위를 쉽게 튜닝할 수 있어서 그래핀과 Zn3P2사이의 전기 배리어의 높이를 조절할 수 있다. 음의 게이트 전압일 때는 옴접촉을 보이고 양의 게이트 전압에서는 정류 특성을 보인다. 

그들의 소자는 게이트 전압이 인가되지 않을 때 1%의 효율을 나타냈고 게이트 전압이 2 V일 때 2%의 효율을 보였다. 

그래핀-Zn3P2 접합 기반의 태양전지는 에너지 변환에 유리하도록 전기 배리어를 조정할 수 있기 때문에 연중 일사량 변화가 큰 지역에 유리하다. 

참고: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/58161