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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

2014년 1월 4일 토요일

층으로 이루어진 광포획 이키텍처로 만들어진 반투명 유기 태양전지

ICFO 연구자들은 최근 고효율의 반투명 유기 태양전지를 제조했다.  셀의 구조는 반투명한(투과율 30%) PTB7:PC71BM이고 효율 5.6%을 보였다. 

오늘날의 상용 태양전지는 웨이퍼 기반의 결정질 Si 태양전지인데 대략 15% 효율을 나타내지만 직사광을 받을 수 있도록  정확히 설치되어야 하고 확산광 흡수에 제한적이다. 더우기 무겁고, 불투명하고, 설치 공간을 많이 차지한다.

최근 들어 유기 태양전지(OPV)가 낮은 생산 비용으로 인해 상당한 관심을 끌고 있다.
OPV는 Si 기반 태양전지 만큼의 효율값을 아직 달성하지 못했지만 OPV는 가볍고 매우 플렉서블하고 낮은 빛 강도 뿐아니라 간접광에도 민감하다. 그래서 OPV셀은 다양한 온종일 응용에 있어서 가장 매력적인 태양전지 기술이다.

OPV의 장점 중 더욱 더 관심을 끄는 것은 반투명 소자로 만들수 있는 잠재력이다.

OPV을 투명하게 하기 위해서는 후면 금속 전극의  두께가 단지 몇 나노미터로 얇아져야 한다. 이렇게 되면 태양광을 수집할 수 있는 소자의 능력은 현저히 떨어진다.


(그림 1 ⎜ 폴리머 혼합물과 소자. a, PTB7:PC71BM의 흡광계수. b, 제조된 태양전지의 도식도. 2줄의 ITO가 8줄의 Ag 층과 교차되어 9 mm^2 크기의 셀을 규정한다. 후면에서 긴 금속 줄이 ITO와 접촉하기 위해 증착되었다. 마스크를 사용해서 광결정이 소자의 반을 덮기 위해 성장된다. c, 330 nm ITO에서 제조된 셀의 전류 밀도-전압 곡선.)

이럴 해결하기 위해 ICFO의 과학자들은 비주기적 광결정을 셀에 추가적으로 보태서 셀의 근적외선과 근자외선의 흡수를 증가시켜 일반 유리의 투과도와 거의 다름없는 투과도를 유지하면서 효율 5.6%을 얻었다.

이 효율과 투과도는 이 셀을 BIPV 기술을 위한 매우 경쟁력 있는 제품으로 만든다. 또한 적당한 건축학적인 외관을 주기 위해 셀은 간단히 광결정 층 구성을 변경함으로써 색깔 튜닝이 가능하다.

참고: http://www.nanowerk.com/news2/newsid=32816.php