새로운 투명 태양 전지는 과학자들이 에너지 생성 창을 만드는 데 도움이 될 수 있다.

• 2022 년 10월 28일 

머지 않아 창문을 통해 들어오는 자연광은 공간을 밝게 하는 것 이상을 할 수 있다. 과학자들은 에너지 생성 창을 만들 수 있는 염료감응 태양전지(DSC)의 효율성 수준을 달성했다.

이번 주 Nature 저널에 발표된 논문에서 스위스 École Polytechnique Fédérale de Lausanne의 연구원들은 DSC가 전체 가시광선 스펙트럼에서 에너지를 수확하도록 도운 방법을 자세히 설명 했다. 

저가형 박막 태양전지의 일종인 DSC는 광감응 염료를 넓은 밴드갭 반도체 표면에 부착시켜 가시광선을 에너지로 변환시킨다. 재정 및 물리적 실용성에도 불구하고 광 흡수와 에너지 생성을 반도체에 위임하는 기존의 태양 전지만큼 효율적이지 않다. 이것은 에너지 생성 창이 기술적으로 한동안 가능했지만 장치가 리소스 가치가 없었을 것임을 의미한다.

이 새로운 효율성 기록은 그것을 바꿀 수 있다. 스위스의 팀은 세포의 나노결정질 메조포러스 이산화티타늄(TiO2) 필름에서 염료 분자의 조립을 세심하게 제어하여 DSC의 효율성을 향상시켰다. 

필름 표면에 단일 층의 하이드록삼산 유도체를 사전 흡착함으로써 과학자들은 두 가지 맞춤 설계된 증감제의 분자 패킹 및 성능을 개선할 수 있었다. 이러한 증감제는 전체 가시 스펙트럼에서 빛을 수집할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

염료감응 태양전지. (이미지: Ronald Vera Saavedra Colombia/Wikimedia Commons)

태양전지의 성능을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 공기 질량 계수인 표준 기단 1.5 태양광을 시뮬레이션하는 동안 향상된 DSC는 15.2%의 전력 변환 효율(PCE)을 달성했다. 

12.3% 가 2019년에 가장 잘 알려진 DSC PCE 였다는 사실을 고려할 때, 특히 향상된 셀이 500시간의 테스트 동안 작동 안정성을 유지했다는 점을 고려할 때 이 수치는 인상적이다. 

게다가 과학자들이 더 큰 활성 표면적을 가진 장치에서 향상된 DSC를 테스트했을 때 28.4~30.2%의 획기적인 PCE 범위를 달성했다.

팀은 향상된 DSC가 가까운 장래에 에너지 생성 창, 채광창 및 온실을 위한 길을 열 수 있다고 믿는다. 그들은 주변 조명을 에너지원으로 사용하는 저전력 전자 장치에서 위치를 찾을 수도 있다.