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하이브리드 태양 전지는 유연한 전자 장치 및 휴대용 장치에 응용
Nov 03, 2018

표면 결함의 영향을 이해하면 하이브리드 유기 / 무기 태양 전지의 효율이 향상됩니다.

               하이브리드 태양 전지는 태양 광을 전기로 변환하기 위해 유기 물질과 무기 물질의 층을 포함하는 인터페이스를 사용합니다. 산화 아연 (ZnO)은 저렴하고 독성이 없으며 쉽게 입수 할 수 있기 때문에 무기 재료로 널리 사용됩니다.

그러나, ZnO / 유기 - 도너 벌크 헤테로 접합을 사용하는 하이브리드 태양 전지의 변환 효율은 ZnO가 유기 공여 물질에 혼합 될 때 현재 2 %에 불과하다. 반면에, ZnO가 전극과 폴리머 또는 작은 분자 수용체의 층 사이에 샌드위치 된 층으로 사용될 때 적절한 6.1 %의 효율이 달성되었습니다.

KAUST Solar & Photovoltaics Engineering Research Center의 Jean-Luc Bredas와 동료 인 Li Li는 ZnO의 본질적인 결함이 성능 저하의 핵심 요소라고 의심합니다. 다양한 하이브리드 재료 사이의 전자 특성의 차이를 비교함으로써 아연 공극은 유기 물질과 무기 물질 사이의 계면에서 전하 분리 과정을 방해함으로써 변환 효율을 감소 시킨다는 결론을 내렸다.

ZnO는 사용 된 유기 물질 및 건축물의 유형에 따라 벌크 헤테로 접합에서 상이한 역할을 채택하는 것으로 잘 알려져있다. 섹시 티에 닐과 같은 고분자 또는 소분자 공여체와 혼합되면, ZnO는 전자 수용체의 역할을 맡습니다. 그것은 전자를 수용하거나 수용하여 섹시 티에 닐 층에 양극으로 충전 된 정공을 남깁니다.

전극과 플러렌 수용체 층 사이에 끼워지면 ZnO는 전자를 플러렌 층에서 전극으로 전달하는 것을 돕습니다. 이러한 프로세스를 통해 태양 광을 전기로 효율적으로 변환 할 수 있습니다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 산화 아연 표면의 아연 결함이이 두 가지 과정에 어떻게 영향을 주는지 조사했습니다. ZnO / 섹시 티에 닐 벌크 헤테로 접합의 경우, ZnO 표면에서의 아연 공극은 ZnO / 섹시 티에 닐 계면에서의 국부 전하 이동을 방해 할 수 있고 또한 강한 쿨롱 상호 작용으로 인한 효율적인 전하 분리를 방지 할 수있다. 그러나, ZnO / 풀러렌 계면에서, 이러한 공공은 전하 이동 프로세스에 유의 한 영향을 미치지 않는다.

이러한 이유로, 지금까지 개발 된 ZnO / 유기 헤테로 접합은 비효율적이다. 반면, 아연 공극은 ZnO / 풀러린 계면보다 ZnO / 섹시 티에 닐에 유의하게 더 큰 부정적인 영향을 준다. 이 결과는 유연한 전자 장치 및 휴대용 장치에 적용되는 하이브리드 태양 전지의 개발에 중요한 영향을 미칩니다.

"우리가 조사한 바에 따르면 ZnO와 같은 전도성 금속 산화물 표면의 결함이 전반적인 전자 특성과 궁극적으로 소자 효율을 어느 정도 결정하는지에 관한 것입니다"라고 Bredas는 말했습니다. 그는이 연구 결과가 표면 개질을 통해 태양 전지의 효율을 향상시킬 수있는 가능성을 제시했다.