나노기술 및 정책 정보

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● 성균관대학교의 전일 교수, 고려대학교의 우한영 교수 공동연구팀이 나노물질인 풀러렌 제공층을 가지는 고효율 페로브스카이트 태양전지의 구조를 세계 최초로 개발

● 전자 수송재료로 개발된 대부분의 풀러렌 유도체는 극성 용매에 불용성을 가지고 있어 소량만 첨가 가능하며 국한된 소자 구조에만 적용 가능하다는 한계점을 보유

● 기존 풀러렌의 경우, 안티 솔벤트(Anti solvent)에 용해시켜 페로브스카이트 필름을 형성하는 방법과 전자 수송층을 도입하는 방법에만 국한되어 있어 전자 수송능력을 극대화하기에는 구조가 한정적인 어려움이 존재

● 이에 연구팀은 비극성 용매뿐만 아니라 극성 용매에서도 용해성이 뛰어난 풀러렌 유도체를 합성하였고, 이들의 농도 구배 제어가 가능한 풀러렌 제공층 구조를 개발

● 페로브스카이트 태양전지에 적용하기 위해 다이렉트 도핑(Direct doping), 오버코팅(Overcoating), 오버코팅+웨이팅(Overcoating + waiting)의 3가지 방법을 적용함으로써 구조적인 한계를 극복하여 모든 구조에 적용이 가능

● 개발한 풀러렌 제공층 위에 페로브스카이트 필름 형성 시, 웨이팅 효과를 이용하여 페로브스카이트 필름 내에 농도 구배를 통한 정밀 제어로 전자 수송재료의 흡수를 자유롭게 조절이 가능

● 이를 통해 큰 페로브스카이트 결정 형성 유도, 에너지 소자의 효율 및 안정성을 극대화하여 고효율화 및 고안정성에 최적화된 소자를 구현해 낼 수 있었다는 설명

● 제작된 페로브스카이트 태양전지의 광전효율은 23.34%로 풀러렌 제공층이 존재하는 않는 기존 태양전지의 광전효율(21.88%) 보다 우수

※ Advanced Energy Materials 게재(2022.04.17.), “Homogeneously Miscible Fullerene inducing Vertical Gradient in Perovskite Thin-Film toward Highly Efficient Solar Cells”

※ 과학기술정보통신부, 한국연구재단(개인기초연구(신진연구)사업, 개인기초연구(중견연구)사업, 개인기초연구(박사후국내연수)사업) 지원