X-선 이미징이 새로운 태양전지 생산에 길을 열다

(텐덤 유기 태양전지 셀 스택의 ptychographic phase contrast projection, Ag 전극(아랫쪽 녹색 밴드) 위에 폴리머 층, 상부 전극(적색이 섞인 윗쪽 녹색 밴드) 그리고 두 태양전지 사이의 ZnO(좁은 진한 파란색 밴드).)

DTU(Technical University of Denmark)의 과학자들은 뚜렷한 X-선 이미징으로 수 미터 길이의 텐덤 유기 태양전지를 안정적으로 생산할 수 있는 길을 열었다. 

그들은 다양한 용액을 이용해서 서로 다른 층이 플렉서블 기판 위에 인쇄하고 코팅되는 제조 방법을 이용했다. 이렇게 하면 거의 모든 원하는 길이의 태양전지를 롤투롤 공정으로 값싸고 고속 제조 가능하다. 

하지만, 이런 형태의 태양전지는 에너지 수확 효율이 매우 낮다. 그래서 그들은 태양전지 2개를 서로 적층하여 텐덤 유기 태양전지를 만들었다. 텐덤 태양전지는 2개의 광흡수층이 서로 다른 태양광 스펙트럼 영역을 흡수하여 입사광을 더 잘 전기 에너지로 변환할 수 있다. 

하지만, 이미 코팅된 층이 다음 층의 용매에 의해 용해되어 태양전지가 동작하지 안할 위험이 있다. 

첫번째 태양전지의 재용해를 막기 위해 두 태양전지 사이에 중간층으로 40 nm 두께의 ZnO 막을 삽입했다.

과학자들은 뚜렷한 X-선 이미징으로 텐덤 셀의 중간층의 모양과 기능 뿐 아니라 다른 층의 상태(두께, 밀도, 화학 성분)를 파악할 수 있었다. 이렇게 해서 그들은 중간층의 올바른 배합을 알 수 있었고 거친 구조의 Ag 전극의 좋은 전도도와 전도성 폴리머가 Ag 전극에 스며들어 형성된 매끄러운 표면과 결합된 기판 전극을 관찰할 수 있었다. 

전체 구조를 볼 수 있다는 것은 개선할 수 있는 셀 파라미터(Voc, Jsc, FF)가 무엇이고 어떤 인자(기판 전극, 중간층)가 소자 아키텍처에 중요한지를 알 수 있는 것이다. 

이렇게 해서 만들어진 텐덤 유기 태양전지의 효율은 2.67%으로 매우 낮지만 텐덤 구조이기 때문에 효율을 증가시킬 수 있는 잠재력은 있다. 

참고: http://www.desy.de/information__services/press/pressreleases/@@news-view?id=8981