나노기술 및 정책 정보

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● 대구경북과학기술원의 최종민 교수, 국민대학교의 김영훈 교수, 고려대학교의 백세웅 교수 공동 연구팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지 후면에 나노구조체 전극을 도입해 태양전지의 빛 흡수 능력과 광전류 생성을 향상시키는데 성공

● 양자점 태양전지 분야 중에서도 페로브스카이트 양자점 태양전지는 최근 빠르게 에너지 발전 효율이 높아지고 있어 차세대 태양전지로서 유망함을 인정받음.

● 태양전지의 효율은 빛 흡수 능력과 빛에 의해 생성된 전하를 전극으로 수송하는 능력에 의해 결정되며, 페로브스카이트 양자점은 뛰어난 광전기적 특성에도 불구하고 태양전지 제작 시에 광흡수층을 두껍게 형성하지 못하여 빛 흡수가 불충분하기 때문에 광전류 생성이 부족

● 이에 연구팀은 페로브스카이트 양자점 태양전지의 후면 전극을 나노구조체로 형성해 전하의 추출량을 최적화시키는 두께는 유지하되, 빛 흡수 및 광전류를 향상시키는데 성공

● 연구팀은 나노임프린트 리소그래피 방법을 통해 페로브스카이트 양자점 태양전지의 정공 전달층에 나노 패턴을 형성하고 정공 전달층 나노 패턴의 굴곡을 따라 전극 물질을 균일하게 증착함으로써 성공적으로 후면 나노구조 전극을 구현

● 또한, 연구팀은 다양한 높이와 주기를 갖는 나노구조 후면 전극을 형성해 나노구조의 형태와 빛의 흡수 능력 그리고 나노구조로 인한 태양전지의 전기적 손실과의 관계를 규명하여 광학적, 그리고 전기적으로 효과적인 나노구조 후면 전극을 설계함으로써 광학적으로 태양전지의 빛 흡수 능력을 향상시켰으며 전기적 손실 없이 태양전지의 효율을 극대화함

● 뿐만 아니라, 태양전지를 비롯한 광전 소자의 전하 전달 물질로 많이 이용되고 있는 유기물의 유리 전이 온도와 유연성 사이의 관계로부터 나노임프린트 리소그래피를 위한 최적의 조건을 규명

● 해당 연구 성과는 향후 유기물을 전하 전달층으로 이용하는 다양한 광전 소자의 나노 패턴 형성 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대

※ Journal of Materials Chemistry A 게재(2022.03.17.), “A small-molecule-templated nanostructure back electrode for enhanced light absorption and photocurrent in perovskite quantum dot photovoltaics”

※ DGIST R&D Program, 한국연구재단(신진연구 과제) 지원