2015년 3월 21일 토요일

나방과 사람의 눈을 모방한 기술이 태양전지의 성능을 증가시키다

ASTRS와 Helmholtz-Zentrum Berlin과 the Max Planck Institute for Science of Light의 두 기관이 거의 동시에 태양전지를 위한 반사 방지 기술을 발표했다. ASTRS는 나방의 눈을 모방했고 후자는 사람의 눈을 모방했다. 그런데 두 기술을 실현하기 위한 실행 방법은 달랐다. 

나방의 눈의 독특하고 매우 복잡한 렌즈 구조 패턴은 반사방지 효과를 주어 빛을 포획하고 가두는 역할을 한다. 

 나방의 눈을 모방하기 위해 나노임프린트 리소그래피가 이용된다. 폴리카보네이트 필름 위에 니켈 몰드의 크기가 다른 2개를 차례로 임프린트한다. 첫번째 몰드로 임프리트 한 후 희생 폴리머를 코팅한다. 그리고 난후 약간 큰 몰드를 나중에 임프린트하고 희생 폴리머를 제거한다. 이렇게 해서 그들은 나방의 눈을 복제해서 반사율 4.8%을 얻었다. 

 이 기술은 아직 실험실 단계이지만 대면적화를 위해 롤러 프린터 이용이 고려되고 있다.  

사람 눈의 망막의 중심와(fovea centralis)는 수많은 조밀한 깔대기 모양의 수직 배열의 반전(inverted) 콘이 신경 세포에 직접적으로 연결되어 있어 우리가 책이나 TV를 볼 수 있게 해 준다.

연구자들은 어떻게 이 깔대기 모양의 콘이 밝은 곳에서 빛을 포획하는지를 주목했고 태양전지를 위해 빛을 모으고 전달하는 것으로의 응용을 생각했다. 

그들은 Si 표면에 종래의 반도체 공정을 이용하여 마이크로 크기의 수직 배열의 깔대기를 형성했다. 

 나노 구를 Si 기판위에 올려 놓고 에칭을 통해 나노 구 아래의 Si을 남기고 나머지 부분의 Si을 제거한다. 그런 후 나노 구를 제거하게 되면 위쪽이 넓고 아래쪽이 좁은 깔대기 모양이 형성된다. 깔대기의 상부 폭은 800 nm이고 하부 폭은 100 nm이다. 



깔대기가 좁을수록 빛 농도가 증가 했다. 

그들은 이 기술로 박막 태양전지의 효율을 증가를 위해 노력하고 있고 특히 대면적 태양전지에 적용하기 위해 경제성있게 그들의 디자인을 키울수 있는 방법을 찾고 있다.   

참고: http://www.greenoptimistic.com/moth-eyes-solar-cell/#.VQ1Qflq616g, http://www.gizmag.com/silicon-micro-funnels-solar-cell-efficiency/36324/

2015년 3월 7일 토요일

표면 파괴층 최소화가 싸고 친환경적인 태양전지를 만들다



A*STAR 과학자들은 기존 공정을 이용하여 CuO(p-타입) Si(n-타입) 사이의 계면을 조정하여 싸고 고성능 태양전지를 만들었다

그들은 CuO Si 기판 위에  증착시 압력을 증가시켜  결정과 계면 품질을 강화시켰다이렇게 하면 전자와 홀의 재결합비 감소 효과가 있다

CuO p-타입 반도체이고 태양광 흡수에 이상적인 밴드갭을 갖고 있다

문헌에 의하면 CuO Si 고성능 태양전지를 만들기 위한 완변한 쌍이다. 하지만 실제로는 전자와 홀이 그들 내에 재겹합되려는 경향때문에 태양전지에 적용했을때 특성이 좋지 않다. 문제에 대한 원인은 Si 표면위의 SiO2 때문에 CuO Si 사이의 계면 품질이  좋지 않기 때문이다

일련의 분석 기술을 적용하여 그들은 계면 품질은 Cu-rich oxide 층의 형성 뿐아니라 Si 표면 위에 SiO2 생성에 의해 제한적이라는 것을 알았다


또한 그들은 증착 압력과 어닐링 시간을 증가시키면 Cu-rich 층을 최소화 있다는 것을 알았다

참고: http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=39261.php

2015년 3월 5일 목요일

자기 나노입자(Fe3O4)가 유기 태양전지의 성능을 강화시키다

유기 태양전지의 낮은 효율을 개선하기 위한  유망한 방법 하나는 Au 나노 입자를 이용하여 추가적인 태양광을 흡수하고 다시 에너지를 방출할 추가적인 전하 캐리어를 발생시키는 것이다.

하지만 Techinical University of Munich의 과학자들은 다른 접근 방법을 추구했다. 광생성된 전자-홀 쌍이 재겹합하기 전에 분리시키는 것이 관건이기 때문에 전자- 쌍의 수명을 연장하는 방법을 찾은 것이다. 

  전략은 스핀 이라는 양자 물리적 원리에 근간을 두고 있다. 전자와 모두 스핀 양자 1/2 갖고 있다. 만약 전자와 홀의 스핀 방향이 같으면  쌍의 스핀 값은 1이되고 다르면 0 된다. 스핀 값이 1 0일때 보다 전자- 쌍의 수명은 길다


연구자들은 전자- 쌍의 스핀 방향을 같게 하기 위해 Fe3O4 나노 입자를 사용했다. 0.6 wt% Fe3O4를 혼합했을 때 유기 태양전지의 효율은 3.05에서 3.37%으로 증가했다. Fe3O4를 1.0 wt% 이상 첨가하면 누설 전류의 증가로 효율은 급격히 감소한다. 


참고: http://www.desy.de/aktuelles/news_suche/index_ger.html?openDirectAnchor=731