스프레이 코팅으로 페로브스카이트 성능 향상

Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology(QIBEBT)의 연구원들은 스프레이 코팅된 페로브스카이트 장치의 성능을 실질적으로 향상시켜 전통적으로 스핀 코팅 방법으로만 얻을 수 있었던 효율성에 가깝게 만드는 새로운 "제한된 결정화" 전략을 개발했습니다.이 연구는 이 접근 방식이 보다 깨끗한 결정 성장, 낮은 결함 밀도 및 복잡한 표면에서 확장 가능한 제조를 가능하게 한다는 것을 보여줍니다.

스프레이 코팅은 건물 일체형 광전지에서 곡선형 광전자 공학에 이르기까지 대면적 및 3차원 기판에 매우 적합한 확장 가능한 비접촉 방법이지만, 증착된 필름의 제어되지 않은 결정화 및 높은 결함 밀도로 인해 역사적으로 효율성이 뒤떨어졌습니다.기존의 용매는 작은 물방울 형태로 느리고 불균일하게 증발하여 장치 성능을 저하시키는 불순물과 무질서한 입자 구조를 생성합니다.

팀의 제한된 결정화 접근 방식은 국부적인 고농도(LHC) 전구체 시스템을 엔지니어링하여 액적 수준에서 결정화 경로를 재구성합니다.약한 리간드 용매를 추가함으로써 이 방법은 주요 이온 성분의 확산을 제한하고 요오드화 납 복합체와의 상호 작용을 향상시킵니다.이는 원치 않는 중간 단계와 기생 반응을 억제하여 필름이 형성될 때 균질한 사전 핵형성과 고도로 지향된 α상 페로브스카이트 결정의 직접 형성을 가능하게 합니다.

이 전략의 주요 기술적 이점 중 하나는 트랩 상태 결함 밀도를 약 10^14cm⁻³까지 크게 줄여 전자 손실이 훨씬 적은 필름을 생성한다는 것입니다.팀은 기계 학습 최적화와 결합하여 스프레이 코팅된 페로브스카이트 태양 전지의 전력 변환 효율 25.5%(25.2% 인증)와 효율 22.5%를 초과하는 미니 모듈을 보고했습니다.이 수치는 최첨단 스핀 코팅 셀의 수치에 근접합니다.

고효율 외에도 이 공정은 제조 중 더 높은 습도(약 80%)를 견딜 수 있고 현상 불가능한 곡면 기판에 23% 이상의 성능으로 증착을 가능하게 하여 실제 복잡한 표면 응용 분야에 대한 잠재력을 강조합니다.나노미터에서 마이크로미터까지 지속적인 두께 제어와 패턴 및 3차원 형상과의 호환성은 이 방법의 다양성을 더욱 강조합니다.

요약하면, 이 제한된 결정화 전략은 확장 가능한 스프레이 코팅과 정밀 실험실 기술 사이의 성능 격차를 줄이는 동시에 차세대 페로브스카이트 광전지 및 광전자 장치의 제조 범위를 확장합니다.