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원자력연구개발기구(JAEA) J-PARC센터, 중국 베이징(北京)고압과학연구센터, 미국 플로리다 주립대학(The Florida State University), 프랑스 국가싱크로트론방사광센터(SOLEIL) 등의 국제 공동 연구그룹이 태양광 발전 재료로 유망한‘유기·무기 하이브리드 페로브스카이트(CH3NH3PbI3)’에 대한 수소의 동위원소를 치환함으로써 태양 전지로서의 성능을 향상시킴.

유기·무기 하이브리드 페로브스카이트는 압력을 인가하여 결정격자가 변화함으로써 발전 성능을 향상시킬 수 있음. 반면에 압력을 너무 가하면 결정 구조가 흐트러져 새로운 특성이 향상되지 못했음.

연구진은 유기 분자 중의 수소를 중수소로 동위 원소 치환함으로써 고압 하에서의 결정 구조의 왜곡을 억제하고, 광 발광 강도의 증대, 내환경 성능을 향상시킬 수 있음을, in situ 중성자·X선 회절, 광학 측정, 광기전력 측정 등을 통해 규명함.

본 연구 결과에 따라 유기·무기 하이브리드 페로브스카이트에 있어 태양광 발전 특성 향상의 열쇠가 되는 구조와 발광 특성의 관계를 규명할 수 있게 됨. 또한, 지금까지 이루어지지 않았던‘동위 원소 치환’에 의한 성능 향상이라는 새로운 관점을 부여했으며, 향후 보다 안정적인 고성능 태양전지의 개발에 공헌할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Advanced Functional Materials(Suppressed Lattice Disorder for Large Emission Enhancement and Structural Robustness in Hybrid Lead Iodide Perovskite Discovered by High-Pressure Isotope Effect)에 게재됨.