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미국 UCLA의 연구진은 저가, 고성능 태양전지 및 LED에 사용될 수 있는 유망한 재료 클래스인 페 로브 스카이트가 이전에는 사용되지 않았던 분자 구성 요소를 가지고 있어 전자적 특성을 더욱 조정할 수 있음을 발견함.

러시아 광물 학자 Lev Perovski의 이름을 딴 페로브 스카이트 소재는 세라믹과 같은 무기 분자의 결정 격자 구조와 전체적으로 인터레이스되는 유기 분자를 가지고 있음. 지금까지 이러한 유기 분자는 구조적 기능만을 수행하는 것으로 보였으며 페로브 스카이트의 전자 성능에 직접적으로 기여할 수 없었음.

연구진에 따르면 유기 분자가 적절하게 설계되면 결정 격자 구조를 유지할 뿐만 아니라 재료의 전자적 특성에도 기여할 수 있다고 함. 이 발견은 더욱 발전된 태양전지 및 LED로 이어질 재료의 설계를 개선할 수 있는 새로운 가능성을 열어줌.

더 나은 성능의 페로브 스카이트 물질을 만들기 위해 연구진은 특별히 설계된 유기 분자인 피렌 함유 유기 암모늄을 통합함. 외부에는 양전하를 띤 암모늄 분자가 탄소 원자의 4중 고리인 피렌 분자와 연결되어 있음. 이 분자 설계는 페로브 스카이트의 추가적인 전자 조정을 가능하게 함.

페로브 스카이트의 추가 효과를 입증하기 위해 연구진은 재료로 태양광(PV) 셀 프로토타입을 만든 다음 2000시간 동안 연속 조명 아래에서 테스트함. 새로운 전지는 원래 효율의 85%로 계속해서 빛을 에너지로 변환함. 이것은 동일한 재료로 만들어진 PV 전지와 대조되지만 원래 효율의 60%만 유지하는 대체된 유기 분자가 추가되지 않은 것임.

본 연구 성과는 Science ("Reconfiguring the band-edge states of photovoltaic perovskites by conjugated organic cations")에 게재됨.