페로브스카이트 태양전지는 최근 몇 년간 전력 변환 효율이 급격히 증가하면서(3년 2006%에서 현재 25.5%로) 발전하여 실리콘 기반 광전지보다 경쟁력이 높아졌습니다. 그러나 경쟁력 있는 상업화되기까지는 많은 과제가 남아 있습니다. technology.
현재 NYU Tandon School of Engineering의 팀은 광전지 내에서 유기 정공 수송 물질의 p 형 도핑을 포함하는 중요한 단계에서 병목 현상을 해결하는 프로세스를 개발했습니다. 연구,“CO2 페 로브 스카이 트 태양 전지용 유기 중간층 도핑”은 자연.
현재, 산소가 정공 수송층으로 유입 및 확산되어 달성되는 p- 도핑 공정은 시간 집약적 (하루에 몇 시간에서 몇 시간)이어서 페 로브 스카이 트 태양 전지의 상업적 대량 생산이 불가능합니다.
부교수 André D. Taylor와 박사후 연구원 인 Jaemin Kong이 이끄는 Tandon 팀은 화학 및 생물 분자 공학과의 조교수 Miguel Modestino와 함께 이산화탄소 (CO) 사용을 통한이 핵심 단계의 속도2) 산소 대신.
페 로브 스카이 트 태양 전지에서 도핑 된 유기 반도체는 일반적으로 광활성 페 로브 스카이 트 층과 전극 사이에 위치한 전하 추출 중간층으로 필요합니다. 이러한 중간층을 도핑하는 기존의 방법은 리튬 염 인 리튬 비스 (트리 플루오로 메탄) 설폰이 미드 (LiTFSI)를 π- 공액 유기물 인 스피로 -OMeTAD에 첨가하는 것입니다. 반도체 페 로브 스카이 트 태양 전지의 정공 수송 재료로 널리 사용됩니다. 그런 다음 spiro-OMeTAD : LiTFSI 블렌드 필름을 공기와 빛에 노출시켜 도핑 공정을 시작합니다.
이 방법은 시간이 많이 소요될뿐만 아니라 주변 조건에 따라 크게 달라집니다. 대조적으로 Taylor와 그의 팀은 스피로 -OMeTAD : LiTFSI 용액을 CO로 버블 링하는 빠르고 재현 가능한 도핑 방법을보고했습니다.2 자외선 아래. 그들은 그들의 공정이 산소 버블 링 공정에서 얻은 것보다 약 100 배 더 높은 깨끗한 블렌드 필름에 비해 중간층의 전기 전도도를 10 배까지 빠르게 향상 시켰음을 발견했습니다. 공동2 처리 된 필름은 또한 후 처리없이 안정적이고 고효율의 페 로브 스카이 트 태양 전지를 생성했습니다.
“장치 제작 및 처리 시간을 단축하는 것 외에도 페 로브 스카이 트 태양 전지에 사전 도핑 된 spiro-OMeTAD를 적용하면 전지가 훨씬 더 안정적으로 만들어집니다.”라고 수석 저자 인 Kong은 설명합니다. “이것은 부분적으로 spiro-OMeTAD : LiTFSI 용액에서 해로운 리튬 이온의 대부분이 CO 동안 탄산 리튬으로 안정화 되었기 때문입니다.2 버블 링 과정.”
그는 연구자들이 사전 도핑 된 용액을 페 로브 스카이 트 층에 스핀 캐스트 할 때 탄산 리튬이 여과되는 결과를 초래한다고 덧붙였다. 따라서 효율적인 정공 수송 층을 위해 상당히 순수한 도핑 된 유기 물질을 얻을 수 있습니다.”
삼성, 예일대, 한국 화학 연구원, 시립대 대학원, 원광대, 광주 과학 기술원 연구진이 참여한 연구진도 CO2 도핑 방법은 PTAA, MEH-PPV, P3HT 및 PBDB-T와 같은 다른 π- 공액 폴리머의 p 형 도핑에 사용할 수 있습니다. Taylor에 따르면 연구자들은 태양 전지에 사용되는 일반적인 유기 반도체를 넘어서는 경계를 넓히려 고합니다.
“우리는 CO의 광범위한 적용 가능성이2 다양한 π-conjugated 유기 분자에 대한 도핑은 유기 태양 전지에서 유기 발광 다이오드 (OLED) 및 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET)에 이르는 연구를 자극하며, 모두 유기 반도체의 제어 된 도핑이 필요한 열전 장치에 이르기까지 다양합니다.”라고 Taylor는 설명합니다. ,이 프로세스는 상당히 많은 양의 CO를 소비하기 때문에2 가스, 그것은 또한 CO를 고려할 수 있습니다2 향후 포획 및 격리 연구.
“이제 정부와 기업이 모두 CO를 줄이고 자하는시기에2 탈탄 화하지 않을 경우 배출되는이 연구는 다량의 CO에 반응 할 수있는 방법을 제공합니다.2 차세대 태양 전지를 개선하고 대기에서이 온실 가스를 제거하기 위해 탄산 리튬을 사용했습니다.”라고 설명하면서이 새로운 접근 방식에 대한 아이디어는 팀의 배터리 연구에서 얻은 반 직관적 인 통찰력이라고 덧붙였습니다.
“리튬 산소 / 공기 배터리를 사용한 오랜 역사를 통해 산소 전극이 공기에 노출되어 리튬 탄산염이 형성되는 것은 리튬 이온 배터리를 고갈시켜 배터리 용량을 파괴하기 때문에 큰 문제라는 것을 알고 있습니다. 그러나이 스피로 도핑 반응에서 우리는 실제로 리튬을 결합하고 리튬이 이동성 이온이되는 것을 방지하는 탄산 리튬 형성을 이용하고 있습니다. 페 로브 스카이 트 태양 전지. 우리는이 CO가2 도핑 기술은 유기 전자 제품 및 그 이상의 기존 문제를 극복하기위한 디딤돌이 될 수 있습니다. "