세포 보호제: 바이오

Penn State 연구원은 효율성을 희생하지 않으면서 안정성을 높이는 생체모방 태양광 발전 장치를 보유하고 있습니다. 출처: Luyao Zheng 제공. 판권 소유.

2023년 8월 11일

매튜 캐롤

펜실베이니아주 유니버시티 파크 — 펜실베니아주립대학교 과학자들은 모든 생명체의 세포 주변 보호 장벽인 세포막을 빌려 차세대 태양광 성능을 향상시킬 수 있는 생체모방 태양광 장치를 만드는 새롭고 비용 효과적인 방법을 개발했습니다. 기술.

연구진은 가시광선을 흡수하는 데 뛰어난 독특한 결정 구조로 명명된 페로브스카이트 태양전지 재료를 천연 지질 생체 분자의 합성 버전과 결합하여 습기로 인한 분해를 방지하는 데 도움을 주었습니다. 이러한 생체분자는 우리 몸에서 생성되는 지방이나 왁스 같은 물질로 콜레스테롤처럼 물에 녹지 않으며 세포막의 주요 구성성분입니다. 생체분자는 페로브스카이트 주위에 막과 같은 층을 형성하여 테스트의 안정성과 효율성을 높였습니다. 이 접근 방식은 페로브스카이트 태양 전지 설계 방식에 혁신적인 영향을 미칠 수 있다고 과학자들은 Advanced Energy Materials 저널에 보고했습니다.

Penn State의 재료 과학 및 공학과에서 박사 과정을 밟고 있는 동안 이 연구를 수행한 Yuchen Hou는 "지질 분자는 자연적으로 습기에 매우 좋으며 물에 용해될 수 없습니다."라고 말했습니다. "우리는 특정 기능을 가지고 자연에서 수백만 년 동안 진화한 분자를 선택하고, 그 물질이 우리의 인공 장치에서 동일한 기능을 가질 수 있는지 확인합니다."

Hou에 따르면 페로브스카이트는 전통적인 실리콘의 효율성을 뛰어넘기 때문에 유망한 태양전지 기술이다. 그러나 이 물질은 공기 중의 습기와 같은 습기에 노출되면 빠르게 분해되며, 보호층을 만들려는 이전의 시도는 효율성을 희생하고 비용을 증가시키는 것을 의미했다고 과학자들은 말했습니다.

새로운 방법으로 생체분자는 페로브스카이트 주변에 나노박막층을 형성해 외부 요소로부터 페로브스카이트를 보호하고 수명을 연장했다. Hou에 따르면, 이 방법은 실리콘 태양전지의 기존 제조 방법보다 저렴하고 쉬우며 여전히 우수한 전기적 특성을 지닌 물질을 생성하므로 효율성을 희생하지 않고 대형 장치를 만들 수 있으며 셀이 얼마나 많은 햇빛을 전기로 변환할 수 있는지를 알 수 있습니다.

펜스테이트 재료공학과 박사후 연구원이자 이번 연구의 공동저자인 루야오 정(Luyao Zheng)은 “이 연구에서 우리는 페로브스카이트 태양전지 분야의 두 가지 주요 문제인 효율성과 안정성을 해결하려고 노력하고 있다”고 말했다. . "여기서 가장 큰 성과는 넓은 영역에 걸쳐 정말 좋은 균일성을 갖춘 매우 큰 모듈을 만들 수 있었고 안정성은 물론 매우 좋은 효율성을 유지할 수 있었다는 것입니다."

물이 페로브스카이트와 접촉하면 물질이 분해되기 시작하여 실험실 테스트에서 액체가 노란색으로 나타나는 납 이온을 형성합니다. 본 연구에 사용된 지질 생체분자(맨 아래 줄, 가운데)는 페로브스카이트를 보호하여 효율성을 유지하면서 더 나은 안정성을 제공했습니다.

페로브스카이트를 제조하는 일반적인 공정에는 습식 화학이 포함됩니다. 즉, 전구체 또는 성분이 용매 용액에서 액화되어 얇은 필름으로 고체화됩니다. 그런 다음 이 물질을 다른 층과 쌓아 태양전지를 만듭니다.

액체 페로브스카이트 전구체에 지방 생체 물질을 추가하면 에멀젼이 생성됩니다. 이 물질은 기름과 물처럼 분리되지만 서로 고르게 분산된 상태로 유지됩니다. 이러한 역학으로 인해 생체재료는 페로브스카이트 외부 주위에 얇은 층을 형성하여 이중층 구조를 만들 수 있었습니다.

재료과학과 카이 왕(Kai Wang) 조교수는 “이 마이크로 에멀젼 잉크를 1단계 공정으로 직접 증착함으로써 최상층이 생체분자막으로 감싸인 나노입자로 구성된 자기조립 과정을 관찰했다”고 말했다. 엔지니어링과 연구의 공동 저자. “우리는 이 새로운 이중층 개념이 태양전지 기술 개선에 생체모방 분자를 포함시킬 수 있는 경로를 열어줄 것으로 기대합니다.”