Reinforced solar cells with 26% efficiency can work even in tough space conditions
After 16 brutal thermal cycles, the cells were found to be efficient, while standard cells failed faster.
In space, satellites face brutal temperature shifts from hot sunlight to freezing shadows.
For the next generation of solar panels, this thermal fatigue is a huge technical challenge.
Now, a team of chemists at Ludwig Maximilian University of Munich has found a way to knit these solar cells together at the molecular level, creating a shield that keeps them from shattering in the void.
https://interestingengineering.com/energy/high-efficiency-solar-cells-low-earth-orbit
열악한 우주 환경에서도 작동할 수 있습니다.
16번의 혹독한 열 순환 테스트 후에도 해당 셀은 효율적인 것으로 나타났지만, 표준 셀은 더 빨리 고장났습니다.
우주에서 인공위성은 뜨거운 햇빛부터 얼어붙는 그림자까지 극심한 온도 변화에 직면합니다.
차세대 태양광 패널에 있어 이러한 열 피로는 엄청난 기술적 과제입니다.
-80°C에서 +80°C까지 16번의 혹독한 열 순환 후에도 해당 셀은 초기 전력의 84%를 유지한 반면, 표준 셀은 더 빨리 고장났습니다.
저궤도에서의 열피로
페로브스카이트 태양전지는 제조 비용이 저렴하고 성능이 매우 뛰어나기 때문에 인기가 높습니다. 하지만 이 전지에는 쉽게 파손되는 주요 물리적 결함이 하나 있습니다.
온도가 급격하게 변할 때, 세포의 각 층은 서로 다른 속도로 팽창하고 수축합니다.
저궤도(LEO)에서는 온도가 -80°C(-112°F)에서 +80°C(176°F) 사이를 급격하게 오르내리며, 이로 인해 내부 층들이 서로 다른 속도로 팽창하고 수축합니다.
이러한 열 순환은 심각한 기계적 스트레스를 발생시켜 미세 균열, 층간 박리(박리) 및 전력 출력의 급격한 감소를 초래합니다.
뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학교의 에르칸 아이딘 박사가 이끄는 연구팀은 저궤도의 극한 온도 변화로부터 페로브스카이트 태양 전지를 보호하기 위한 이중 강화 전략을 개발했습니다.
이 연구는 두 가지 분자적 접근 방식을 결합했습니다. 연구팀은 내부 결정 구조와 태양 전지가 기판과 만나는 계면 모두를 안정화했습니다.
분자 접착제
아이딘 팀의 강화 전략은 이중 작용을 하는 분자 "접착제"를 사용하여 태양 전지의 가장 약한 부분을 강화합니다.
페로브스카이트 층에 알파리포산을 주입하면 재료의 결정립 경계를 관통하는 고분자 네트워크가 생성되어 내부 균열을 방지합니다.
동시에, 그들은 설포늄 그룹을 사용하여 페로브스카이트와 전극 사이에 강력한 화학적 결합을 형성하는 특수 분자인 DMSLA를 적용합니다.
이러한 복합적인 접근 방식은 열 스트레스 하에서 세포가 팽창하고 수축하더라도 세포층을 온전하게 유지하는 유연한 보호막 역할을 합니다.
"이 분자들을 유연하면서도 단단하게 고정된 그물망으로 생각할 수 있습니다."라고 아이딘은 설명했습니다. "이 분자들은 페로브스카이트 광흡수층을 기판에 통합된 상태로 유지시켜 온도 변화에 적응할 수 있도록 하고 박리를 방지합니다."
극한의 내구성
이중 분자 고정 네트 기술은 페로브스카이트 태양 전지의 효율을 26%까지 향상시켰습니다. 흥미롭게도 이 기술은 표준 모델보다 우수한 성능을 보였을 뿐만 아니라 극한 환경에서의 내구성까지 개선했습니다.
-80°C(-112°F)에서 +80°C(176°F) 사이의 온도 변화를 반복하는 엄격한 테스트에서 이 강화 셀은 전력의 84%를 유지했으며, 우주 환경에서 이러한 재료를 파괴하는 열팽창 및 박리 현상을 성공적으로 극복했습니다 .
이 연구는 초기 충격 주기가 가장 큰 손상을 초래하지만, 이러한 분자 강화 작용이 고고도 플랫폼 및 심우주 탐사 임무에 필요한 장기적인 구조적 안정성을 제공한다는 것을 밝혀냈습니다.
"이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 기계적 안정성을 재료 내의 핵심 계면과 결정립 경계를 대상으로 조절함으로써 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 이는 해당 기술의 실용화에 한 걸음 더 다가선 것입니다." 라고 아이딘은 말했습니다 .
뮌헨의 연구팀은 현재 과학계에 알려진 가장 혹독한 환경을 견딜 수 있도록 이러한 " 우주 용" 태양 전지를 개선하는 데 집중하고 있습니다.
이는 궤도 위성과 성층권 항공기부터 차세대 유연 태양광 모듈에 이르기까지 모든 곳에서 활용될 수 있는 고성능 경량 태양광 발전 기술의 발전을 이끌 수 있을 것입니다.
이번 연구 결과는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 발표되었습니다
![[Daily Report] March.16(Mon) 2026 CONPAPER](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjmJUEJYxjlF2nMxVPpArs-oxS3KCZOgFRD6L53KLRhGtIUbRzrm30wdQaOVwCO8TgdQPyKMKqpsbc8rV1S_BvJOzPmz3Cabtvt6a4Aho9djb8_7PUhrgNSYdaQ7zZXTz9FcsmOmdfaN70OSDsxwgvwEZH1nBXq2R14LWJLmxdzThBwzo7VvAGAHZRFiPU/w72-h72-p-k-no-nu/img.jpg)
댓글 없음:
댓글 쓰기