<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안>

나노크기의 동전 스택으로 만들어진 태양광

재료과학자들은 은행창구에서 볼 수 있는 동전을 쌓아놓은 모습과 같이 성장한 나노기둥을 만드는 간단한 기술을 개발하여 이를 이용하여 태양전지의 성능과 경제성을 향상시키는데 기여할 수 있게 되었다. 매사추세츠 암메스트 대학의 Alejandro Briseno 교수는 자연모방 접근방법을 사용하여 태양전지를 만들었으며 이는 잔디 잎 하나에 나노크기의 코인 동전들이 쌓여 성장한 기둥 모습과 같은 형상으로 자연이 가장 효율적으로 빛을 수확하는 식물의 구조들 중 하나이다. 가진다. Briseno와 스탠포드 대학 및 독일 드레스덴 기술대학의 동료들은 고전력 전환 효율을 제공하기 위해 오랫동안 작업해온 고분자 건축 구조물에서 진전을 이루었다.

연구팀은 시스템이 유기 태양전지에서 벌크 헤테로접합 주게-받게(donor-acceptor), positive-negative (p-n)로 사용될 때 효율이 줄어들게 하는 불연속적인 통로가 생기지 않게 하기 위해서 단일 결정 유리 나노기둥을 사용하였다. 이러한 접근은 또한 고분자의 혼합물에서 시간이 지남에 따라 그들의 상(phase)이 분리되는 거동을 잃어 에너지 이송이 줄어들 때 나타나는 불안전성 문제들을 해결해준다. 같은 접근을 배터리 및 수직 트랜지스터에 적용할 수 있다고 Briseno는 말한다. 이들 시스템과 전극 표면에서의 분자 배향과 충진 구조물을 조절하기 위해서 연구팀은 유기 결정을 지지하기 위해 그래핀을 사용하였다. 그래핀은 연구팀이 그동안 사용해온 보다 일반적인 기지체 보다 실험에서 학생의 실수에 의해 사용되고 좋은 결과가 우연히 발견된 것이다.

연구팀은 결정화 메커니즘을 결정하여 일단 성장 조건들을 최적화시키고 전자주사 현미경을 사용하여 성장하는 상세한 내용을 조사하였다. “잔디 풀잎 블레이드”가 쌓인 동전들과 유사하다는 사실은 이들이 가능한 가장 큰 이송 비등방성을 가진다는 것을 의미한다. 이러한 조건에서 전자 흐름은 기지체에 수직인 나노기둥에서 더 빨라진다.

수직 나노기둥은 광 흡수, 전하 분리 및 수집을 위해 이상적인 가하학적인 구조를 대표한다고 Briseno는 말한다. “우리의 시스템은 고밀도 배열 시스템, 수직 배향 및 광을 에너지로 효율적으로 전환하는 능력을 가진 잔디와 유사한 특성을 가진다”고 Briseno는 말한다. 기술은 간단하고 경제적이며 상업적으로 구할 수 있는 주게 및 받게 계열에 적용할 수 있다고 Briseno는 말한다. “우리는 우리가 개발한 나노기둥 태양전지들이 도구, 장난감, 센서 및 단기간 사용하고 폐기하는 장비들과 같이 적은 에너지를 사용하는 분야에 응용할 수 있을 것으로 예측한다고 그는 말한다.

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