페로브스카이트와 게르마늄을 이용한 탠덤형 태양전지

Abstract

이중 접합을 이용한 탠덤형 태양전지는 높은 변환효율을 달성하기 위해 널리 쓰이는 태양전지의 구조 중 하나로, 태양 스펙트럼의 광자 에너지 분포와, 반도체의 밴드갭 사이의 불일치를 감소시켜 높은 변환효율을 달성할 수 있게 해준다. 넓은 밴드갭을 가진 물질을 이용한 태양전지를 상단 셀로 이용하여 가시광 영역의 빛을 흡수시키고 비교적 좁은 밴드갭을 가진 물질을 하단 셀로 이용하여 근적외선 영역의 빛까지 흡수하게 설계하여 전체 태양전지의 흡광범위를 증가시켜 높은 변환효율을 달성할 수 있다. 이번 연구에서는 반투명한 페로브스카이트 태양전지를 가시광 영역의 빛을 흡수할 상단 셀로 이용하고, 좁은 밴드갭을 가진 게르마늄 태양전지를 하단 셀로 사용하여 1800nm에 이르는 근적외선 영역을 흡수하도록 설계하고 실험이 진행되었다. 처음으로 두 셀을 기계적으로 접합시킨 4-단자 태양전지를 제작하였고 이는 최대 18%의 PCE를 보여주었다. 이 후, 페로브스카이트와 게르마늄을 구조적으로 하나의 셀로 병합하여 페로브스카이트-게르마늄의 상보적인 광흡수 영역을 지닌 태양전지의 2-단자 태양전지가 이루어질 수 있다는 것을 확인하였다. 이 2-단자 페로브스카이트-게르마늄 태양전지의 효율은 15.15%를 보여주었다. 마지막으로, 게르마늄의 p-n접합 하단 태양전지를 유연한 박막 형식으로 설계하고 제작하여 동일 방식의 유연한 박막 형태의 페로브스카이트 상단 태양전지와 통합하여 결과적으로 유연한 페로브스카이트-게르마늄 태양전지를 제작하였다. 이 유연한 탠덤 태양전지는 13.61%의 효율을 보여주었다.