단일핵분열 및 직렬형 태양전지를 사용하면 태양 에너지를 보다 효율적으로 생성할 수 있으며, 동시에 작동 온도를 낮추고 장비의 수명을 연장하며 차세대 태양 에너지 기술 개발을 위한 새로운 패러다임을 제시할 수 있습니다.
탠덤 배터리는 실리콘, 페로브스카이트 나노결정과 같은 새로운 화합물로 구성될 수 있습니다. 페로브스카이트-형 나노결정은 실리콘보다 밴드 갭이 더 크므로 장치가 발전을 위해 더 많은 태양 스펙트럼을 포착하는 데 도움이 됩니다.
전통적인 태양전지의 가장 좋은 해결책은 각 광자가 전기 에너지의 운반체로서 전자를 생성하는 것입니다. 단일항 핵분열 기술은 전통적인 경우보다 두 배 많은 전자를 생성합니다. 즉, 광자 하나가 전자 두 개를 여기시킵니다. 일중항 핵분열을 구현하는 장비에는 테트라센이 있는데, 일중항 핵분열에서 발생하는 에너지를 실리콘으로 전달할 수 있다.
전 세계의 과학자와 엔지니어들은 옥상 및 대규모 어레이에서 흔히 볼 수 있는 기존 단일 접합 실리콘 태양전지를 대체하기 위해 직렬 전지와 단일항 핵분열 공정을 상업용 태양광 장비에 통합하는 최선의 방법을 찾기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
이번에 연구진은 직렬 셀과 단일항 핵분열의 몇 가지 주요 이점을 강조했습니다. 연구자들은 실리콘/페로브스카이트 직렬 전지와 테트라센 기반의 단일항 핵분열 전지가 기존 실리콘 장치보다 낮은 온도에서 작동할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 장비에 대한 열 손실의 영향을 줄이고 장비의 서비스 수명을 연장하며 장비 생산의 에너지 비용을 절감합니다.
예를 들어, 모듈의 작동 온도를 5~10도 낮추면 연간 발전량이 2~4% 증가하는 것과 같습니다. 일반적으로 장치의 수명은 온도가 10도 감소할 때마다 두 배로 늘어나는 것으로 알려져 있습니다. 이는 직렬 배터리 수명이 3.1년, 단일핵분열 배터리 수명이 4.5년 늘어난 셈이다.
또한, 단일항 핵분열 배터리에는 또 다른 장점이 있습니다. 테트라센이 필연적으로 분해되면 태양 복사열에 투명해져서 배터리가 전통적인 실리콘 장치로 계속 기능할 수 있습니다.
본 연구의 수석 저자인 Jessica Yajie 박사는 다음과 같이 말했습니다. "광전지 기술의 상업적 가치는 에너지 변환 효율을 개선하거나 작동 수명을 연장함으로써 달성할 수 있습니다. 전자는 차세대 기술 개발의 주요 원동력인 반면, (이전에는) 사람이 거의 후자인 잠재적 수명-상의 이점을 고려하지 않았습니다."