하이브리드 태양 전지는 유기 반도체와 무기 반도체의 장점을 결합합니다. 하이브리드 광전지는 기증자 및 수송 구멍으로 빛을 흡수하는 공액 고분자로 구성된 유기 물질을 가지고 있습니다. 하이브리드 셀의 무기 물질은 수용체 및 전자 전달체로 사용됩니다. 하이브리드 광전지 장치는 롤 투롤 (roll-to-roll) 공정뿐만 아니라 확장형 태양 광 변환에 대한 저비용 가능성도 가지고있다.

이론
태양 전지는 광전지 효과에 의해 태양 광을 전기로 변환시키는 장치입니다. 태양 전지의 전자는 햇빛에서 광자 에너지를 흡수하여 원자가 밴드의 전도대로 여기시킨다. 이것은 전위 장벽 (예 : pn 접합)에 의해 분리 된 홀 전자 쌍을 생성하고 전류를 유도합니다. 유기 태양 전지는 활성 물질 층에 유기 물질을 사용합니다. 분자, 폴리머 및 하이브리드 유기 태양 전지는 현재 연구되고있는 유기 광전지 장치의 주요 종류입니다.

하이브리드 태양 전지
하이브리드 태양 전지에서, 유기 물질은 높은 전자 수송 물질과 혼합되어 광활성 층을 형성한다. 두 물질은 단일 물질보다 더 큰 전력 변환 효율을 가질 수있는 헤테로 접합 형 광활성 층에 함께 조립된다.물질 중 하나는 광자 흡수체 및 여기자 기증자 역할을합니다. 다른 물질은 접합부에서 엑시톤 해리를 용이하게한다. 전하가 전달 된 다음 기증자에서 생성 된 여기자가 기증자 – 억 셉터 복합체에서 비 국부 화 된 후에 분리된다.

억 셉터 물질은 흡수체에 대한 엑시톤의 결합 에너지에 대해 적절한 에너지 오프셋을 필요로한다. 다음 조건이 만족되면 전하 이동이 유리하다 :

여기서 첨자 A 및 D는 각각 억 셉터 및 공여체를 지칭하고, EA는 전자 친화력이고, U는 공여체상의 여기자의 쿨롱 결합 에너지이다. 계면의 에너지 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. MEH-PPV와 같이 일반적으로 사용되는 광전지 고분자에서 여기자 결합 에너지는 0.3 eV에서 1.4 eV입니다.

여기자를 분리하는데 필요한 에너지는 LUMOs 또는 공여체와 수용체의 전도대 사이의 에너지 오프셋에 의해 제공된다. 해리 후, 캐리어는 퍼콜 레이션 네트워크를 통해 각각의 전극으로 운반된다.

재결합에 의한 소멸 전의 엑시톤이 물질을 통해 확산시킬 수있는 평균 거리는 엑시톤 확산 길이이다.이것은 5-10 나노 정도의 고분자로는 부족합니다. 방사성 및 비 방사성 붕괴의 시간 척도는 1 피코 초에서 1 나노초까지입니다. 이 길이 내에서 억 셉터에 가까운 엑시톤이 광전류에 기여합니다.

짧은 엑시톤 확산 길이의 문제를 처리하기 위해, 상분리 된 이중층보다는 벌크 헤테로 접합 구조가 사용된다. 중합체 매트릭스 전체에 입자를 분산 시키면 전하 이동이 일어날 수있는 더 큰 계면 영역이 생성된다. 그림 2는 이중층과 벌크 헤테로 접합의 차이점을 보여줍니다.

인터페이스 및 구조의 유형
무기 – 유기 하이브리드 태양 전지의 인터페이스를 제어하면 세포의 효율을 높일 수 있습니다. 이러한 증가 된 효율은 전하 분리를 용이하게하고 각 구조의 나노 스케일 길이 및 주기성을 제어하여 전하가 분리되어 재결합되지 않고 적절한 전극을 향해 이동하도록 유기물과 무기물 사이의 계면 표면적을 증가시킴으로써 달성 될 수있다. 세 가지 주요 nanoscale 구조는 전자 기증 유기, alternatining 무기 – 유기 라멜라 구조와 nanowire 구조로 주입 mesoporous 무기 필름입니다.

메조 포러스 필름
메조 포러스 막은 상대적으로 고효율의 하이브리드 태양 전지에 사용되어왔다. 중형 다공성 박막 태양 전지의 구조는 일반적으로 유기 계면 활성제로 포화 된 다공성 무기물을 포함한다. 유기물은 빛을 흡수하고 전자를 무기 반도체 (일반적으로 투명한 전도성 산화물)로 이동시켜 전자를 전극으로 전달합니다. 이러한 셀의 문제점으로는 랜덤 순서와 나노 크기 구조를 제어하여 전하 전도를 촉진시키는 어려움이 있습니다.

순서가 매겨진 라멜라 필름
최근에, 유기 화합물과 무기 화합물의 교호적인 층의 사용은 전착 – 기반 자기 조립을 통해 제어되었다. 이는 교대 유기 – 무기 층의 라멜라 구조 및주기가 용액 화학을 통해 제어 될 수 있기 때문에 특히 중요합니다. 실용적인 효율을 가진이 유형의 전지를 생산하려면 가시 광선을 더 많이 흡수하는보다 큰 유기 계면 활성제가 전자 수용성 무기 층 사이에 침착되어야합니다.

정렬 된 나노 구조의 필름
연구자들은 자기 조직화 과정을 이용하여 전자 공여 유기물에 의해 나노 와이어 나 나노 튜브와 같은 정렬 된 나노 구조를 이용하는 나노 구조 기반의 태양 전지를 성장시킬 수 있었다. 정렬 된 나노 구조는 도너 및 억 셉터 물질 사이의 방향성 전하 수송 및 제어 상 분리의 이점을 제공한다. 나노 와이어 기반의 형태는 내부 반사 감소, 변형 완화 및 결함 허용 오차 증가를 제공합니다. 알루미늄 호일과 같은 저비용 기판에서 단결정 나노 와이어를 만들고 후속 공정에서 변형을 완화하는 능력은 고효율 셀과 관련된 두 가지 주요 비용 장애를 제거합니다. 나노 와이어 기반 태양 전지의 효율성은 급속히 증가했으며, 가장 유망한 나노 수준의 태양 광 하이브리드 기술 중 하나 인 것으로 보인다.

근본적인 도전 요소
대규모 제조를 시작하려면 하이브리드 셀 효율을 높이어야합니다. 효율성에 영향을 미치는 세 가지 요소가 있습니다. 첫째, 밴드 갭은 태양 스펙트럼에서 에너지의 상당 부분을 포함하는 적색 광자를 흡수하도록 감소되어야한다. 현재 유기 광전지는 청색 광자에 대해 양자 효율의 70 %를 나타 냈습니다. 둘째로, 소자의 각 층간의 접촉 저항을 최소화하여 필 팩터 및 전력 변환 효율을 높여야한다. 셋째, 캐리어 재조합을 최소화하고 소자의 직렬 저항을 낮게 유지하면서 광전지가 더 두꺼운 활성층을 가질 수 있도록 전하 캐리어 이동성을 증가시켜야한다.

하이브리드 태양 전지의 종류

고분자 – 나노 입자 복합체
나노 입자는 엑시톤 파장의 순서로 적어도 1 차원에서 1 내지 100 나노 미터 범위의 반도체 재료의 부류이다. 이 크기 조절은 양자 구속 (quantum confinement)을 생성하고 밴드 갭 (band gap) 및 전자 친화력 (electron affinity)과 같은 광전자 특성의 튜닝을 허용합니다. 나노 입자는 또한 부피 비율에 대한 넓은 표면적을 가지며, 이는 전하 이동이 발생하는 더 많은 영역을 제공한다.

광활성 층은 나노 입자를 폴리머 매트릭스에 혼합함으로써 생성 될 수있다. 고분자 – 나노 입자 복합체를 기반으로하는 태양 전지 소자는 대부분 고분자 태양 전지와 흡사합니다. 이 경우, 나노 입자는 완전 유기 폴리머 태양 전지에 사용되는 풀러렌 기반의 수용체를 대체합니다. 나노 입자를 기반으로하는 하이브리드 태양 전지는 나노 입자가 풀러렌보다 선호 할 수있는 몇 가지 특성을 가지고 있기 때문에 연구 관심 분야이다.

풀러렌은 고온 아크 방법과 연속 기상 합성의 조합으로 합성되며, 이로 인해 생산이 어렵고 에너지 집약적입니다. 대조적으로 나노 입자의 콜로이드 합성은 저온 공정이다.

PCBM (일반적인 풀러렌 수용체)은 장시간 동안 또는 열에 노출 될 때 확산되어 형태를 변경하고 폴리머 태양 전지의 효율을 낮출 수 있습니다. 나노 입자 태양 전지의 제한된 테스트는 시간에 따라 더 안정적 일 수 있음을 나타냅니다.

나노 입자는 풀러렌보다 흡수가 많으므로 더 얇은 장치에서 더 많은 빛을 이론적으로 흡수 할 수 있습니다.

나노 입자 크기는 흡수에 영향을 줄 수 있습니다. 이것은 가능한 많은 반도체 성 나노 입자가 있다는 사실과 결합되어, 특정 주파수에 쉽게 튜닝 될 수있는 고도로 맞춤화 가능한 밴드 갭을 허용하며, 이는 직렬 형 태양 전지에서 유리할 것이다.

그들의 Bohr 반지름 근처의 크기를 가진 나노 입자는 충분히 에너지가 강한 광자에 부딪 칠 때 두 개의 여기자를 생성 할 수있다.

구조 및 처리
이 장치에 사용되는 고분자의 경우 정공 이동도가 전자 이동도보다 크기 때문에 고분자 상이 정공을 운반하는 데 사용됩니다. 나노 입자는 전자를 전극으로 전달합니다.

고분자 상과 나노 입자 사이의 계면 영역은 커야합니다. 이는 중합체 매트릭스 전체에 입자를 분산시킴으로써 성취된다. 그러나, 나노 입자는 호핑 (hopping) 이벤트에 의해 발생하는 전자 전달을위한 퍼콜 레이션 네트워크를 형성하기 위해 상호 연결될 필요가있다.

효율은 나노 입자의 종횡비, 기하학 및 부피 분율에 영향을받습니다. 나노 입자 구조는 나노 결정, 나노 막대 및 다 분기 구조를 포함합니다. 그림 3은 각 구조의 그림입니다. 상이한 구조는 중합체에서 나노 입자 분산을 수행하고 전자 전달을위한 경로를 제공함으로써 변환 효율을 변화시킨다.

나노 입자상은 전자가 전극에 도달하는 경로를 제공해야합니다. nanocrystals 대신 nanorods를 사용함으로써, 한 크리스탈에서 다른 크리스탈로 호핑 이벤트를 피할 수 있습니다.

제조 방법은 두 물질을 용액에 혼합하고이를 기판 상에 스핀 코팅하고 용매 증발 (졸 – 겔)하는 것을 포함한다. 이러한 방법의 대부분은 고온 처리를 포함하지 않습니다. 어닐링 (annealing)은 고분자상의 순서를 증가시켜 전도성을 증가시킵니다. 그러나, 너무 오랫동안 어닐링하면 폴리머 도메인 크기가 증가하여 결국에는 여기자의 확산 길이보다 커지게되고, 가능하면 콘택의 일부 금속이 광활성 층으로 확산되어 소자의 효율이 저하된다.

기재
하이브리드 셀에 사용되는 무기 반도체 나노 입자는 CdSe (크기 범위는 6 ~ 20nm), ZnO, TiO 및 PbS를 포함합니다. 사진 물자로 사용 된 일반적인 중합체는 광대 한 접합이 있고 또한 소수성이다. 사진 소재로서의 효율성은 개방 회로 전압 및 대기 안정성에 직접적인 영향을주는 HOMO 레벨 위치 및 이온화 포텐셜에 영향을받습니다. 사용되는 가장 일반적인 폴리머는 P3HT (폴리 (3- 헥 실티 오펜)) 및 M3H-PPV (폴리 [2- 메 톡시, 5- (2′- 에틸 – 헥 실옥시) -p- 페닐 렌 비닐 렌]])입니다. P3HT는 2.1eV의 밴드 갭을 가지며 M3H-PPV는 ~ 2.4eV의 밴드 갭을 갖는다. 이 값들은 CdSe의 밴드 갭 (bandgap) 인 2.10eV에 해당한다. CdSe의 전자 친화도는 4.4 ~ 4.7eV 범위이다. 사용 된 폴리머가 3.0eV의 전자 친화도를 갖는 MEH-PPV 인 경우, 전자 친화 성의 차이는 CdSe로부터 폴리머로 전자 이동을 유도하기에 충분히 크다. CdSe는 또한 높은 전자 이동도 (600cm2 · V ^-1 · s ^-1 )를 갖는다.

실적 값
입증 된 효율은 PCPDTBT 폴리머 도너 및 CdSe 나노 입자 수락자를 기준으로 3.2 %입니다. 이 소자는 10.1 mA • cm-2의 단락 회로 전류, 개방 회로 전압이 .68 V, 채움 팩터가 .51이었다.

도전 과제
하이브리드 태양 전지는 상용화가 현실화되기 전에 시간이 지남에 따라 효율성과 안정성이 향상되어야합니다. CdSe-PPV 시스템의 2.4 %에 비해 실리콘 광 소자는 20 % 이상의 전력 변환 효율을 갖는다.
문제는 photolayer 형태로 nanoparticle aggregation의 양을 조절하는 것을 포함합니다. 입자는 경계 영역을 최대화하기 위해 분산 될 필요가 있지만, 전자 전달을위한 네트워크를 형성하기 위해 집합해야한다. 네트워크 형성은 제조 조건에 민감합니다. 막 다른 길은 흐름을 방해 할 수 있습니다. 가능한 솔루션은 정렬 된 헤테로 접합을 구현하는 것인데, 구조가 잘 제어됩니다.

구조물은 시간이 지남에 따라 형태 학적 변화, 즉 상 분리를 겪을 수있다. 결국, 폴리머 도메인 크기는 캐리어 확산 길이보다 커져 성능이 저하 될 것이다.

나노 입자의 밴드 갭을 조정할 수는 있지만 해당 폴리머와 일치시켜야합니다. CdSe의 2.0eV 밴드 갭은 빛의 흡광도에 대한 1.4의 이상적인 밴드 갭보다 크다.

관련된 나노 입자는 전형적으로 리간드에 의해 용액 내에서 안정화 된 콜로이드이다. 리간드는 전자 이동성을 감소시킬뿐만 아니라 도너와 나노 입자 수용체 사이의 상호 작용을 방해하는 절연체로서 작용하기 때문에 장치 효율을 감소시킨다. 피리딘 또는 다른 단쇄 리간드에 대한 초기 리간드를 교환함으로써 일부는 아니지만 완전한 성공이 이루어졌습니다.

하이브리드 태양 전지는 벌크 실리콘 반도체보다 재료 특성이 우수합니다. 캐리어 이동도는 실리콘보다 훨씬 작습니다. 실리콘의 전자 이동도는 CdSe에서 600 cm2 · V ^-1 · s ^-1 에 비해 1000 cm2 · V ^-1 · s ^-1 이고, 다른 양자에서는 10 cm2 · V ^-1 · s ^-1 이다 도트 재료. MEH-PPV의 정공 이동도는 0.1 cm2 · V ^-1 · s ^-1 이며 실리콘에서는 450 cm2 · V ^-1 · s ^-1 이다.

탄소 나노 튜브
탄소 나노 튜브 (CNT)는 높은 전자 전도성, 높은 열 전도성, 견고 함 및 유연성을 가지고 있습니다.CNT를 이용한 전계 방출 디스플레이 (FED), 변형 센서 및 전계 효과 트랜지스터 (FET)가 시연되었습니다. 각 어플리케이션은 나노 스케일 디바이스 및 유연한 전자 어플리케이션을위한 CNT의 잠재력을 보여줍니다. 광전지 응용 또한이 물질에 대해 연구되어왔다.

주로 CNT는 고분자 기반의 광전지 층 내에서 광 유도 여기자 캐리어 이동 매체 불순물 또는 광활성 (광자 – 전자 변환) 층으로 사용되어왔다. 금속 CNT는 전자 응용 분야에 선호되는 반면, 반도체 CNT는 나중에 사용하는 것이 바람직합니다.

효율적인 캐리어 운송 매체
광전지 효율을 증가시키기 위해, 전자 수용성 불순물이 광활성 영역에 첨가되어야한다. CNT를 중합체에 혼입시킴으로써, 엑시톤 쌍의 해리는 CNT 매트릭스에 의해 달성 될 수있다. CNT의 높은 표면적 (~ 1600 m ² / g)은 엑시톤 해리를위한 좋은 기회를 제공합니다. 폴리머 -CNT 매트릭스 내의 분리 된 캐리어는 인접한 CNT의 퍼콜 레이션 경로에 의해 운반되어 높은 캐리어 이동성 및 효율적인 전하 이동 수단을 제공한다. CNT- 폴리머 하이브리드 광전지의 성능 요소는 무기 태양 전지의 성능 요소에 비해 낮다. P3OT 반도체 폴리머의 SWNT는 0.12 mA / cm2의 단락 전류 (I _sc )로 0.94 V 이하의 개방 회로 전압 (V _oc )을 나타냈다.

금속 나노 입자는 CNT의 외부에 적용되어 엑시톤 분리 효율을 증가시킬 수있다. 금속은 CNT- 폴리머 계면에서 더 높은 전계를 제공하여, CNT 매트릭스에보다 효과적으로 전달하기 위해 여기자 캐리어를 가속시킨다. 이 경우, V _oc = 0.3396V 및 I _sc = 5.88mA / cm ² 이다. 채우기 비율은 0.3876 %이고, 백색광 변환 계수는 0.775 %입니다.

광활성 매트릭스 층
CNT는 캐리어 수송을 증가시키는 첨가 물질뿐만 아니라 광활성 층 자체로서 광전지 장치로서 사용될 수있다. 반도체 단일 벽 CNT (SWCNT)는 고유 한 구조 및 전기적 특성을 갖는 광전지 응용 분야에서 잠재적으로 매력적인 재료이다. SWCNT는 높은 전기 전도도 (구리의 100 배)를 가지며 탄도 캐리어 운송을 나타내어 캐리어 재조합을 크게 감소시킵니다. SWCNT의 밴드 갭은 튜브 직경에 반비례하며, 이는 SWCNT가 태양 스펙트럼과 일치하는 여러 개의 직접 밴드 갭을 나타낼 수 있음을 의미합니다.

효율적인 광 생성 전자 – 홀 쌍 분리를위한 SWCNT의 강한 내장 전계는 높고 낮음의 일 함수를 갖는 두 개의 비대칭 금속 전극을 사용하여 증명되었습니다. 개방 회로 전압 (Voc)은 0.28V이며 단락 전류 (Isc)는 1.12nA • cm-2이며 입사 광원은 8.8W • cm-2입니다. 그 결과 백색광 변환 계수는 0.8 %이다.

도전 과제
CNT가 광전지 어플리케이션에 사용되기 위해서는 몇 가지 문제를 해결해야합니다. CNT는 산소가 풍부한 환경에서 초과 근무 시간을 저하시킵니다. CNT 산화를 방지하기 위해 필요한 패시베이션 층은 전극 영역의 광학 투명도를 감소시키고 광전 효율을 낮출 수있다.

효율적인 캐리어 수송 매체로서의 도전
추가적인 과제는 폴리머 광활성 층 내에서 CNT의 분산을 포함한다. CNT는 엑시톤과 전극 사이에 전하 이동 효율이 좋은 경로를 형성하기 위해 고분자 매트릭스 내에 잘 분산되어 있어야한다

광활성 매트릭스 층으로서의 도전 과제
광활성 층에 대한 CNT의 도전은 CNT의 특정 세그먼트를 도핑하는 것이 어렵 기 때문에 pn 접합을 형성하는 능력이 부족하다는 것을 포함한다. (pn 접합은 내부 내장 전위를 생성하여 광전지 내에서 효율적인 캐리어 분리를위한 통로를 제공한다.) 이러한 어려움을 극복하기 위해, 에너지 밴드 벤딩은 상이한 일 함수의 두 전극의 사용에 의해 행해졌 다. 고효율의 캐리어 분리를 위해 전체 SWCNT 채널을 덮는 강력한 내장 전계가 형성됩니다. 이 응용 분야에서는 CNT의 산화 문제가 더욱 중요합니다. 산화 된 CNT는 금속성이되고 광전지 재료로서 유용성이 떨어지는 경향이 있습니다.

염료 감응 형
염료 감응 형 태양 전지는 광 감응 애노드, 전해질 및 광 전기 화학 시스템으로 구성됩니다. 염료 감응 태양 전지를 기반으로하는 하이브리드 태양 전지는 무기 물질 (TiO2)과 유기 물질로 형성된다.

기재
염료 감응 형 태양 전지를 기반으로하는 하이브리드 태양 전지는 염료가 흡수 된 무기 물질과 유기 물질로 제조됩니다. TiO2는이 무기 물질이 합성하기 쉽고 도너 형태의 산소 공극 때문에 n 형 반도체로서 작용하기 때문에 바람직한 무기 물질이다. 그러나, 티타니아는 UV 스펙트럼의 작은 부분만을 흡수합니다. 반도체 표면에 부착 된 분자 증감 제 (염료 분자)는 스펙트럼의 더 많은 부분을 수집하는 데 사용됩니다. 티타니아 색소 증감 태양 전지의 경우 색소 증감 제 분자 층에 흡수 된 광자가 티타니아의 전도대로 전자 주입을 유도하여 전류가 흐르게된다. 그러나, 티타니아 염료 감응 태양 전지의 짧은 확산 길이 (확산도, Dn≤10-4cm2 / s)는 태양 에너지 변환 효율을 감소시킨다. 확산 길이 (또는 캐리어 수명)를 향상시키기 위해, 다양한 유기 물질이 티타니아에 부착된다.

제작 방법
염료 감응 형 광전기 전지 (그레이 셀)
TiO ₂ 나노 입자는 수십 나노 미터 (~ 100 nm) 크기로 합성됩니다. 광전지를 만들기 위해 티타니아 표면에 분자 증감 제 (염료 분자)가 부착됩니다. 염료가 흡착 된 티타니아는 최종적으로 액체 전해질로 둘러싸인 다. 이 유형의 염료 감응 형 태양 전지는 Grätzel 전지라고도합니다. 염료 감응 태양 전지는 확산 길이가 짧은 단점이있다. 최근, 캐리어 확산 길이를 향상시키기 위해 초분자 또는 다기능 감광제가 연구되어왔다. 예를 들어, 염료 발색단은 2 차 전자 공여체의 첨가에 의해 변형되었다. 소수 캐리어 (이 경우 구멍)는 부착 된 전자 공여체로 확산되어 재결합합니다. 따라서,도 5에 도시 된 바와 같이, 염료 – 양이온 잔기와 TiO2 표면 사이의 물리적 분리에 의해 전자 – 정공 재결합이 지연된다. 마지막으로,이 공정은 캐리어 확산 길이를 증가시켜 캐리어 수명을 증가시킨다.

고체 염료 감응 태양 전지
메조 포러스 (mesoporous) 물질은 직경이 2 ~ 50 nm 인 공극을 포함합니다. TiO2의 색소 증감 된 메조 포러스 막은 광전지를 만드는데 사용될 수 있으며이 태양 전지는 ‘고체 상태의 염료 감응 태양 전지’로 불린다. 메조 포러스 TiO2 박막의 기공은 p 형 반도체 또는 유기 홀 전도 물질과 같은 고체 홀 전도 물질로 채워진다. Grätzel의 셀에있는 액체 전해질을 고체 전하 수송 물질로 대체하는 것이 유익 할 수 있습니다. 전자 – 홀 생성 및 재조합 과정은 Grätzel 세포와 동일합니다. 전자는 광 여기 된 염료로부터 티타니아의 전도 밴드로 주입되고, 정공은 고체 전하 수송 전해질에 의해 전극으로 운반된다. 메조 포러스 티타니아 박막을 기반으로하는 염료 합성 태양 전지에서 높은 태양 에너지 변환 효율을 얻기 위해 많은 유기 물질이 테스트되었습니다.

효율 요인
염료 감응 형 태양 전지의 효율성 요소는 다음과 같습니다.

매개 변수	염료 감응 형 태양 전지의 종류
	그린 셀	고체 상태
효율성 (%)	~ 10-11 ~	~ 4
Voc (V)	~ 0.7	~ 0.40
J sc (mA / ㎠)	~ 20	~ 9.10
채우기 요소	~ 0.67	~ 0.6

도전 과제
액체 유기 전해질은 부식성이 높은 요오드를 함유하고있어 누설, 밀봉, 취급, 염료 탈착 및 유지 보수 문제가 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위해 전해액에 많은 관심이 집중되고 있습니다.

고체 염료 감응 형 태양 전지의 경우, 첫 번째 도전은 무질서 티타니아 메조 포러스 구조에 기인한다.메조 포러스 티타니아 구조는 균일 한 크기 (~ 10 nm)의 잘 배열 된 티타니아 구조로 제조되어야합니다. 두 번째 과제는 고체 전해질을 개발하는 데 있으며, 다음과 같은 특성이 필요합니다.

전해질은 가시 스펙트럼 (넓은 밴드 갭)에 대해 투명해야합니다.
티타니아상의 염료 분자 층을 분해하지 않고 고체 전해질을 증착하기위한 제조가 가능해야한다.

염료 분자의 LUMO는 티타니아의 전도 밴드보다 높아야합니다.

몇몇 p 형 반도체는 중형 다공성 티타니아 막 내부에서 결정화되어 염료 분자 – 티타니아 접촉을 파괴합니다. 따라서, 고체 전해질은 작동 중에 안정해야 할 필요가있다.

나노 구조의 무기 – 저분자
2008 년에 과학자들은 벌크 헤테로 접합 태양 전지에 이상적인 디자인을 제공하는 나노 구조 라멜라 구조를 만들 수있었습니다. 관찰 된 구조는 ZnO와 작은 전도성 유기 분자로 이루어져 있으며 유기 분자와 무기 성분의 교번 층으로 함께 모인다. 유기 분자 사이의 π-π 스태킹에 의해 안정화 된이 고도로 조직화 된 구조는 유기 및 무기 층 모두에서 전도 경로를 허용합니다. 상기 층들의 두께 (약 1 내지 3 nm)는 전하 캐리어들 간의 재결합을 이상적으로 최소화하는 여기자 확산 길이 이내이다. 이 구조는 또한 무기 ZnO와 유기 분자 사이의 계면을 최대화하여 구조 내에서 높은 발색단 (chromophore) 로딩 밀도를 가능하게한다. 재료 선택 때문에이 시스템은 납 또는 카드뮴을 사용하는 다른 많은 시스템과 달리 독성이 없으며 환경 친화적입니다.

이 시스템이 아직 광전지 장치에 통합되지는 않았지만 예비 광전도 측정 결과에 따르면이 시스템은 유기, 하이브리드 및 비정질 실리콘 광 전도체에 대해 측정 된 최고 값 중 하나를 나타내므로 효율적인 하이브리드 광전지 장치를 만들 수 있습니다.