CCTV 뉴스에 따르면, 중국과학원 칭다오 생물에너지공정연구소 연구팀은 구리-아연-주석-황-셀레늄 태양전지(CZTSSe) 연구에서 획기적인 성과를 거두었다. 광전 변환 효율은 15%를 넘어 국제 권위 있는 기관의 인증을 받았습니다.CZTSSe는 상당한 핵심 장점을 지닌 큰 잠재력을 지닌 차세대 태양전지 기술입니다.
-주요 구성 원소는 지각에 풍부하고 희귀 금속에 의존하지 않으며 재료비가 저렴합니다.
-용액법과 박막 전지 형태로 제조되므로 제조 비용과 재료 소모가 모두 낮습니다.
- 독성 원소가 포함되어 있지 않으며 안전하고 환경친화적이며 복잡한 환경에서도 안정적인 성능을 가지며 대규모 판촉 및 적용에 적합합니다.
이전에는 고온 준비 과정에서 소재 내 금속 이온이 무질서하게 이동하는 경향이 있어 결정 구조가 무질서해지고 결함이 증가해 배터리 효율 향상이 어렵다는 핵심 문제로 인해 이 기술 개발이 제한됐다.
연구팀은 재료 내부에 Li2SnS₃의 특별한 '계면상' 구조를 도입해 혁신적인 솔루션을 제안했다. 이 구조는 금속 이온이 올바른 경로를 따라 이동하도록 유도하고, 이온 이동의 차이를 균형 있게 유지하며, 결정 구조를 보다 균일하고 안정적으로 만들고, 재료의 내부 결함을 크게 줄이고, 더 크고 깔끔한 입자 성장을 촉진하여 근본적으로 배터리의 발전 용량을 향상시킬 수 있는 "교통 전도체"와 같습니다.
이 새로운 메커니즘의 도움으로 연구팀은 여러 주요 지표에서 획기적인 성과를 거두었습니다.
-실험실 광전 변환 효율은 15.45%에 도달하고 국제 인증 효율은 15.04%입니다.
- 1.10eV의 좁은 밴드갭 조건에서 개방 회로 전압이 처음으로 600mV를 초과하여 이러한 유형의 광전지 장치의 성능 병목 현상을 해소했습니다.
금속 이온 이동을 조절하는 Li2SnS3 인터페이스 위상의 개략도
동시에 연구팀은 처음으로 물질 성장 메커니즘의 관점에서 '이온 이동-결함-성능' 사이의 내부 관계를 체계적으로 설명하여 체계적인 이론적 뒷받침을 형성했습니다.
이번 연구 결과는 CZTSSe 태양전지의 후속 연구개발에 대한 새로운 아이디어를 제공할 뿐만 아니라 산업적 응용을 위한 견고한 이론 및 기술 기반을 마련한다.