양면 페로브스카이트 태양전지, 차세대 투자창구?
Jul 26, 2023
3세대 비실리콘 박막전지의 대표주자로서 페로브스카이트 전지는 탄생부터 많은 관심을 받아왔다. 태양광 제조업체, 자본 시장 및 R&D 그룹 모두 페로브스카이트 태양전지에 대한 기대가 큽니다.
시중에서 판매되는 일반적인 결정질 실리콘 태양전지와 비교하여 페로브스카이트 태양전지는 결정질 실리콘보다 광 흡수 용량이 10배 이상 높으며 변환 효율이 지속적으로 향상되고 있습니다. 또한 상대적으로 가볍고 얇으며 적용 시나리오가 풍부하고 재료 제조 비용이 상대적으로 낮습니다. 단점은 안정성이 상대적으로 나쁘고 서비스 수명이 상대적으로 짧다는 것입니다.
그러나 페로브스카이트를 둘러싼 기술 혁신과 개선은 끊임없이 이루어지고 있습니다. 일부에서는 페로브스카이트와 결정질 실리콘을 혼합하여 적층형 태양 에너지를 형성하는 데 중점을 두고 있습니다. 효율을 높이기 위해 양면 페로브스카이트 전지를 개발한 연구팀도 있다.
며칠 전, 미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL) 연구팀은 새로 개발한 양면 페로브스카이트 태양전지가 91% -93% 시설을 달성했다고 주장했습니다.
실험 연구에 따르면, 양면 페로브스카이트 전지는 단면 페로브스카이트 전지보다 20% 더 많은 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
"고효율 양면 단일 접합 페로브스카이트 태양 전지"라는 제목의 이 연구는 Joule 저널에 게재되었습니다.
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후면에서 반사광을 받는 것이 전면에 가까운 효율성
소위 양면 페로브스카이트 태양전지는 이름에서 알 수 있듯이 양면이 태양광을 포착해 전기를 생산할 수 있다는 뜻으로, 후면에 포착된 태양광은 주로 모듈 아래 반사광에서 나온다.
반사광을 흡수하면 효율이 크게 떨어지나요?
단면 태양전지의 효율은 26%로 사상 최고치를 기록했다. 이번에 NREL은 뒷면의 효율이 앞면의 91-93%이고 뒷면의 효율은 약 24%에 달할 수 있다고 주장했습니다. 효과는 여전히 매우 좋습니다.
연구원들은 양면 조명 하에서 매우 가까운 효율을 달성하는 수정된 두께를 가진 양면 페로브스카이트 태양 전지를 설계했다고 말합니다. 그들은 배터리에 필요한 두께를 결정하기 위해 광학 및 전기 시뮬레이션을 사용했습니다.
태양 스펙트럼의 특정 부분에서 대부분의 광자를 흡수하려면 양면 태양 전지 전면의 페로브스카이트 층이 충분히 두꺼워야 하지만 광자를 차단할 정도로 두꺼워서는 안 됩니다. 또한 팀은 저항 손실을 최소화하기 위해 후면 전극의 이상적인 두께를 결정했습니다.
시뮬레이션된 값에 따라 연구팀은 850나노미터의 정확한 두께를 가진 양면 셀을 설계했습니다. 이는 인간 머리카락의 두께인 약 70000나노미터보다 훨씬 얇습니다.
연구원들은 양면 조명으로 달성된 효율성을 평가하기 위해 두 개의 태양광 시뮬레이터 사이에 셀을 배치했습니다. 직접광은 전면을 향하고 후면은 반사광을 받습니다. 페로브스카이트 셀의 효율은 반사광과 전면 조명의 비율이 증가할수록 증가합니다.
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양면 페로브스카이트는 더 경제적이다
NREL은 양면 페로브스카이트 전지의 목표는 옥스포드 PV의 경우 28.6%와 같이 다양한 상용 전지에 대해 발표된 단면 효율과 동등한 전면 효율을 달성하는 것이며 후면 효율은 매우 가깝다고 밝혔습니다. 이 수준까지. 테스트 셀에서 전면 변환 효율은 23%, 후면 변환 효율은 전면 효율의 91-93%였습니다.
NREL 화학 및 나노과학 센터의 수석 과학자인 Kai Zhu는 "이 페로브스카이트 전지는 어느 쪽에서든 매우 효율적으로 작동할 수 있습니다."라고 말했습니다.
그는 단면 셀에 비해 생산 비용은 높지만 장기적으로 양면 페로브스카이트의 발전량은 단면 셀보다 10-20% 더 높을 수 있다고 덧붙였습니다. 양면 페로브스카이트는 더 경제적이다.
미국 에너지부 태양 에너지 기술국의 자금 지원을 받는 NREL 연구는 현재 가상 단계에 있습니다.
현재 단면 페로브스카이트 전지는 양면 전지는 물론이고 아직 대량 생산되지도 않고 있다. 업계에서는 페로브스카이트가 옥상이나 소규모 프로젝트를 시작으로 태양광발전 시장에 진출할 수 있을 것으로 보고 있다. 이러한 프로젝트에서는 설치 비용보다 높은 효율성이 더 중요하며, 이를 위해서는 우선 근막 기술의 혁신이 필요합니다. 현재로서는 이 기술을 시장에 출시하려는 사람들의 주요 관심사입니다.
그러나 양면 태양 에너지는 과학 연구계가 지속적으로 탐구하는 방향입니다.
앞서 네덜란드 에너지연구센터(ECN)는 효율이 최대 30.2%인 양면 탠덤 페로브스카이트 태양전지 개발에 성공했다고 발표했다. 이는 기존 태양전지 효율(약 20%)보다 3분의 1 이상 높은 수준이다. -22퍼센트).
셀은 페로브스카이트 박막 기술, 결정질 실리콘 기술, 양면 실리콘 기술을 채택합니다. 전면에서 햇빛을 흡수해 전기를 생산하는 것 외에도 후면에서도 주변 환경의 산란광과 반사광을 받아 전기를 생산할 수 있다. 따라서 종합적인 발전 효율이 더 높습니다. 단면 태양전지의 한계를 극복하고 30.2%라는 높은 광전변환효율을 달성했다.
중국에서는 이미 양면 결정질 실리콘 태양 에너지에 대한 사용 사례가 있습니다. Huadian Tianjin Haijing 100만 킬로와트의 "소금-태양 보완" 태양광 프로젝트는 양면 태양 에너지를 사용합니다. "소금빛 보완" 발전소에는 양면 발전 설계가 추가되었습니다. 태양광 패널의 위쪽 부분은 전기 에너지를 직접 변환할 수 있을 뿐만 아니라 뒷면도 수면에서 반사된 햇빛을 흡수할 수 있어 태양광 발전소의 발전 효율을 5%-7% 증가시킬 수 있습니다.
