나노기술 및 정책 정보

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● 국민대학교 응용화학부의 임상규, 김형민 교수와 한양대학교의 최효성 교수 공동 연구팀이 차세대 태양전지 전자수송층으로 떠오르고 있는 산화주석(SnO2) 나노입자의 자가-증강 비가수분해 합성 방안을 제안

● 산화주석은 높은 전자이동도, 낮은 합성온도, 우수한 광안정성으로 차세대 태양전지의 전자수송층 소재로 주목받고 있으며, 특히, 합성된 산화주석 표면을 염소(Cl) 등으로 패시베이션(passivation)하면 전자수송층 표면 및 계면에서의 고유결함을 줄이는 데 효과적

● 하지만, 기존의 가수분해 합성법은 물로 인해 반응성 조절이 어렵고 합성된 나노입자의 결정성 저하로 추가적인 어닐링 공정이 필요

● 그 대안으로 개발된 벤질알콜 이용 비가수분해 합성법은 반응 부산물의 제거가 어렵고 패시베이션 효율이 떨어지는 문제점을 보유

● 이에 연구팀은 tert-뷰틸알콜을 이용한 새로운 비가수분해 산화주석 나노입자 합성법을 제안

● 이 반응의 부산물인 염화 tert-뷰틸은 tert-뷰틸알콜과 염소 이온으로 쉽게 전환되는데, 이는 다시 반응의 원료와 Cl 패시베이션에 재사용

● 이러한 자체적인 자가-순환 합성은 반응의 완결도 향상, 효과적인 반응 부산물 제거, 패시베이션 효율 향상 등 기존 합성법의 문제점들을 동시에 해결이 가능

● 새로운 합성법으로 만들어진 산화주석 나노입자를 적용한 정구조 페로브스카이트 태양전지는 20.2%의 광전 효율과 70일 후에도 97%의 효율 유지도를 기록

● 또한, 역구조 페로브스카이트 태양전지와 유기태양전지에 적용했을 때도 각각 17.0%와 14.8%의 광전 효율을 달성하는 등 다양한 유형의 차세대 태양전지에 적용 가능함을 확인

※ 용어설명

- 패시베이션(passivation): 산성을 이용해 금속의 부식 생성물이 표면을 피복함으로써 부식을 억제하는 공정

- 어닐링(Annealing): 재료를 고온으로 장시간 유지시킨 후 서서히 냉각하는 열처리 공정

※ Chemical Engineering Journal 게재