카페인은 태양 전지를 더 적합하게 만듭니다

Wachmacher 분자는 페 로브 스카이 트 태양 전지의 효율과 내구성을 향상시킵니다

이 페 로브 스카이 트 태양 전지에는 카페인이 함유되어있어 더욱 강력하고 열에 안정적입니다. © Rui Wang과 Jingjing Xue
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Wachmacher "포주"태양 전지 : 카페인을 첨가하면 페 로브 스카이 트 박막 태양 전지를보다 내구성 있고 효율적으로 만들 수 있습니다. 카페인의 1 %가 박막 생산에서 페 로브 스카이 트에 첨가되면, 이는 실험에서 알 수 있듯이 결정 구조와 전기 화학적 거동을 향상시킨다. 따라서 카페인 태양 전지는 20 % 이상의 효율을 달성하며 85도에서도 안정적으로 유지됩니다.

페 로브 스카이 트로 만들어진 태양 전지는 미래에 유망한 에너지 원으로 간주됩니다. 그들은 이미 실리콘 셀과 비슷한 효율을 달성하지만 저렴하고 생산하기 쉽기 때문입니다. 이 광물의 결정 성 박막은 용액으로부터 증발 또는 증착에 의해 생성 될 수 있기 때문이다. 그러나 문제는 페 로브 스카이 트가 상대적으로 불안정하고 열, 습기 또는 너무 많은 UV 광의 영향으로 빠르게 분해된다는 것입니다.

카페인 분자는 페 로브 스카이 트와 상호 작용하는 2 개의 카르복실기를 보유한다. © Yoshi231 / CC-by-sa 4.0

커피를 마시는 동안 아이디어가왔다

로스 앤젤레스 캘리포니아 대학의 Rui Wang과 그의 동료들은“페 로브 스카이 트 태양 전지의 본질적인 열 불안정성을 감소시키는 간단하고 비용 효율적이며 보편적으로 적용 가능한 전략이 절실히 필요하다. 대부분의 기존 접근 방식은 특수 코팅 또는 셀 아키텍처를 통해이를 달성하려고합니다.

그러나 Wang과 그의 팀은 이제 언뜻보기에 다른 해결책을 발견했습니다. 왕의 동료 인 징징 휴 (Jingjing Hue)는 다음과 같이 설명했다. ? 카페인을 더 잘 섭취 할 수 있습니까? "

카페인은 결정 구조를 향상시킵니다

기괴하게 들리는 것은 결코 화학적 관점에서 악의적이지 않습니다. 카페인 분자는 이중 결합에 의해 탄소에 연결된 산소 원자 인 두 개의 카르 복실 그룹을 가지고 있기 때문입니다. 이러한 그룹은 페 로브 스카이 트와 상호 작용할 수 있고 긍정적 인 효과를 갖는 것으로 알려져있다. 이론적으로 이것은 카페인에도 적용될 수 있지만 지금까지 아무도 시도하지 않았습니다. 왕과 그의 팀은 그것을 보충했다. 디스플레이

페 로브 스카이 트 층을 제조함에있어서, 그들은 출발 용액에 카페인을 1-2 중량 % 첨가했다. 그런 다음 완성 된 박막을 다양한 분광 및 현미경 분석에 적용했습니다. 실제로 카페인 보충제는 긍정적 인 효과를 나타 냈습니다. 페 로브 스카이 트 결정은 더 크고 더 질서였다. "카페인의 도입은 층 평면에서 페 로브 스카이 트 입자의 성장을 촉진하여 전하 수송을 향상시킬 수있다"고 연구진은 밝혔다.

더 높은 효율과 열 안정성

그러나이 최적화 된 결정 구조는 완성 된 태양 전지를보다 안정적이고 강력하게 만들 것입니까? 이를 위해 연구원들은 페 로브 스카이 트 박막과 ITO (Indium Tin Oxide) 및 기타 구성 요소를 광전지로 결합하고 열에 대한 성능과 안정성을 테스트했습니다.

결과 : 카페인을 첨가해도 태양 전지의 성능이 저하되지는 않습니다. 이 시험에서 카페인 세포의 효율은 20.25 %로 카페인이없는 세포에 비해 기존 실리콘 태양 전지와 거의 비슷하며 연구자들은보고했다. "우리는 이러한 결과에 놀랐습니다."라고 Wang은 말합니다.

또한 열 안정성은 상당히 향상되었습니다. 카페인 태양 전지는 테스트에서 보듯이 85도에서 1, 300 시간 후에도 86 %의 효율을 유지했습니다. 대조적으로, 카페인이없는 대조군 태양 전지는 단지 175 시간 후에 단지 60 %에서 성능 저하를 보여 주었다. 연구자들은이 효과가 카페인의 페 로브 스카이 트 결합 카복실 그룹의 안정화 효과 때문이라고 생각합니다. "카페인의 C = O와의 상호 작용은 열적으로 유도 된 분해를 막는 분자 잠금과 같은 역할을한다"고 설명했다.

미래를위한 좋은 전망

과학자들에 따르면, 카페인을 첨가하면 페 로브 스카이 트 태양 전지를 시장에 내놓는 데 도움이 될 수 있습니다. Wang은“카페인은 페 로브 스카이 트가 결정 성이 높고 결함이 적으며 안정성이 우수하도록 도울 수있다. 또한, 카페인 첨가제는 페 로브 스카이 트 필름의 제조를 용이하게한다. "이것은 카페인이 페 로브 스카이 트 태양 전지의 대규모 생산에 큰 도움을 줄 수 있음을 의미한다"고 연구원은 말했다. (2019 년 7 월; doi : 10.1016 / j.joule.2019.04.005)

출처 : Cell Press

-나자 포드 브레 가르