두 계면, 하나의 분자
페로브스카이트 태양전지는 실험실 사각형에서 완전한 모듈로 확대할 때 효율과 안정성을 잃는다. 상하이 자오퉁대학, 중국 에너지 소자 푸젠 과학기술혁신연구소의 CATL 21C 랩, 상하이 비탄소 에너지 전환 및 활용 연구소의 팀이 두 계면을 동시에 해결했다.
연구진은 제조 과정에서 이기능성 분자 스페이서로 5-아미노발레르산 하이드로아이오다이드(5AVAI)를 도입했다. 이 분자의 카복실기는 페로브스카이트 아래에 있는 자기조립 단분자막에 고정되어 표면 젖음성과 분자 정렬을 개선한다. 아미노기는 페로브스카이트와 수송층에 상호작용하여 둘 사이의 접촉을 강화한다. 추가 후처리 단계는 필요하지 않다.
10cm 모듈의 수치
페로브스카이트가 결정화되면서 5AVAI의 일부가 상부 표면으로 이동하여 결함을 패시베이션하고 격자 변형을 완화한다. 이 인시투 접근법을 사용하여 연구팀은 스케일러블 슬롯다이 코팅으로 제작된 64제곱센티미터 개구 면적의 10cm x 10cm 모듈에서 22.31퍼센트의 전력 변환 효율(인증 21.69퍼센트)을 보고했다.
내구성 수치는 효율만큼 중요하다. 모듈은 75°C에서 2,000시간 연속 작동 후 초기 효율의 95.6퍼센트를 유지했는데, 이는 대면적 페로브스카이트 모듈에서 보고된 최고 결과 중 하나다.
확대가 여전히 어려운 이유
소면적 페로브스카이트 전지는 현재 27퍼센트를 넘는 효율을 보이지만, 그 성능을 상업적 모듈 크기로 옮기는 것이 어려운 부분이었다. 큰 표면을 균일하게 코팅하기 어렵고, 셀 스트립 사이의 상호 연결이 전력을 생성하지 않는 사영역을 만들기 때문이다.
젖음성, 계면 접촉, 변형을 단일 제조 단계에서 해결함으로써 이 방법은 수명이 긴 페로브스카이트 제품 제조로 가는 더 간단한 경로를 제시한다. 전력망 규모 배치는 이러한 결과가 산업용 코팅 라인에서 얼마나 유지되는지에 달려 있다.
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