나노기술 및 정책 정보

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● 일본 오키나와과학기술대학원, 미국 University of Cambridge 국제 공동 연구팀이 최첨단 페로브스카이트 박막 내 3종류의 결함을 확인

● 본 결함은 페로브스카이트의 제조 과정에서 발생하는 것으로 생각되며, 광 전환 효율을 제한할 가능성이 있음.

● 연구진은 최신 장치를 이용하여 결함을 나노미터(nm) 규모 해상도로 영상화하고, 그 특성을 조사함으로써 3종류의 결함이 있음을 규명

● 첫 번째 결함은 결정립계의 결함으로, 빛에 의해 생성된 정공(正孔)이 페로브스카이트 결정립 경계에 존재하는 미세한 결함에 포획되어 결함 부분보다 훨씬 넓은 영역에서 효율을 저하시킬 것으로 예상

● 두 번째 결함은 전구체 재료가 결정화될 때, 전형적인 입방체 페로브스카이트 구조가 아닌 육방정 구조가 되면서 발생하며, 빛에 의해 생성된 정공을 포획함으로써 효율에 악영향을 미치게 됨.

● 세 번째 결함은 요오드화납 결함으로 페로브스카이트 재료를 제조할 때 사용되는 재료인 요오드화납이 석출된 것으로 효율에 끼치는 영향은 거의 없다고 여겨짐.

● 연구진은 페로브스카이트의 결함 밀도를 낮추기 위해 빛·산소 처리를 실시하고 결함에 대한 효과를 조사하기로 함.

● 페로브스카이트를 가시광선과 매우 소량의 산소를 포함한 조건에서 노출한 결과, 결함에 미치는 효과가 다르다는 것이 밝혀짐.

● 본 연구 성과는 페로브스카이트 태양전지의 성능을 향상시키기 위해 각 종류의 결함이 미치는 악영향에 대해 각각 특화된 접근법이 개발될 필요가 있다는 것을 시사

※ 용어설명

- 페로브스카이트(perovskites): CaTiO3 결정 구조를 갖는 물질로, 빛을 잘 흡수해 많은 전하를 만들며, 저렴하고 간편한 제조 공정이 가능

※ Energy & Environmental Science 게재(2021.09.15.)“Unraveling the varied nature and roles of defects in hybrid halide perovskites with time-resolved photoemission electron microscopy”