나노기술 및 정책 정보

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● 미국 University of Cambridge의 Stuart MacPherson 교수와 일본 오키나와 과학기술연구소 공동연구팀이 나노미터 규모에서의 요소 변화 관찰을 통해 페로브스카이트의 성능 저하에 대한 원인을 발견

● 페로브스카이트는 전통적인 실리콘 기반 태양광 전지보다 달성할 수 있는 에너지 생산량이 많지만, 제한된 수명이 핵심 장벽

● 탈탄소화를 위해 페로브스카이트 전지는 적어도 10년 이상 작동되어야 하지만, 실리콘 전지와 비슷한 안정성을 가진 페로브스카이트 소자는 지금까지 개발되지 못한 상황

● 이에 연구팀은 페로브스카이트의 아킬레스건이라 할 수 있는 ‘지속성’을 해결하는 방안을 제안

● 연구팀은 이전 연구에서 페로브스카이트 광전지의 성능을 저하하는 결함인 일명 ‘캐리어 트랩(carrier traps)’을 조명하였으며, 이를 기반으로 고해상 기술을 활용하여 페로브스카이트 필름에 빛을 비춰 나노 규모 특성의 변화 과정을 관찰한 결과, 수명 문제가 나노 규모의 트랩(캐리어 트랩)에서 발생한다는 것을 확인

● 이는 화학 성분과 페로브스카이트 필름을 조정함으로써 연구원들이 장치를 준비할 때, 수명을 저하시키는 단계가 얼마나 많이 형성되는지, 나아가 장치가 얼마나 오래 지속되는지를 제어할 수 있음을 제시

● 특히, 연구팀은 페로브스카이트의 노후화는 필름의 광분해와 관련이 있다는 것을 확인

● 해당 연구로 전지 처리 과정에서 남아 있는 미세한 나노미터 크기의 포켓도 페로브스카이트의 태양전지 수명에 악영향을 끼치는 것을 확인하였으며, 제조 공정에서는 이러한 단계의 흔적을 없애기 위해 구조의 세심한 조정이 필요하다는 것을 제시

※ Nature 게재(2022.05.24.), “Local Nanoscale Phase Impurities are Degradation Sites in Halide Perovskites”