나노기술 및 정책 정보

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소위 메탈 할라이드 페로브스카이트 그룹은 최근 몇 년간 광전지 분야에 혁명을 일으켰음. 일반적으로 메탈 할라이드 페로브스카이트는 ABX3 구조를 따르는 결정질 물질로 조성이 다양함. 여기서 A, B 및 X는 서로 다른 유기 및 무기 이온의 조합을 나타냄. 이러한 재료는 태양전지에 사용하기에 이상적인 여러 가지 특성을 가지고 있으며 레이저, 발광 다이오드 (LED) 또는 광 검출기와 같은 광전자 장치를 훨씬 더 효율적으로 만드는 데 도움이 됨. 메탈 할라이드 페로브스카이트의 유리한 특성은 높은 광 수확 능력과 태양 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환하는 놀라운 능력을 포함함. 이 재료의 또 다른 특징은 전하 캐리어와 이온이 모두 내부에서 이동할 수 있음. 전하 운반체 수송은 태양전지의 광전지 작동에 필요한 기본 프로세스이지만 이온 결함 및 이온 수송은 종종 이러한 장치의 성능에 바람직하지 않은 결과를 초래함. 이 연구 분야의 상당한 진전에도 불구하고 페로브스카이트 재료의 이온 물리학에 관한 많은 질문이 여전히 열려 있음.

켐니쯔와 드레스덴 공과대학교(Chemnitz University of Technology, TU Dresden) 공동연구팀이 메탈 할라이드 페로브스카이트의 이온 결함 배치를 발견했음. 그들은 이러한 물질을 구성하는 이온의 필수 속성을 식별할 수 있었음. 이온의 이동은 물질에 결함을 유발하여 페로브스카이트 태양전지의 효율성과 안정성에 부정적인 영향을 미침. 작업 그룹은 서로 다른 특성(양전하 또는 음전하 등)에도 불구하고 관찰된 모든 이온의 운동이 일반적인 전달 메커니즘을 따르며 결함과 이온을 할당할 수 있음을 발견했음. 이것은 Meyer-Neldel 규칙으로 알려져 있음. 페로브스카이트 재료의 이온 결함 배치을 조사하는 것은 간단한 작업이 아님. 결함이 의도적으로 도입되고 유형과 밀도가 점진적으로 조정된 페로브스카이트 샘플에 대해 광범위한 분광 특성화를 수행해야했음. 연구의 가장 중요한 결과 중 하나는 페로브스카이트 재료에서 이온과 전자 사이의 복잡한 상호 작용임. 페로브스카이트 재료의 다양한 이온 결함 밀도를 변경함으로써 전위와 장치의 개방 회로 전압이 영향을 받음. 이는 결함 엔지니어링이 최신 기술을 뛰어 넘는 페로브스카이트 태양 전지의 성능을 향상시키는 강력한 도구임을 강조함.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Probing the ionic defect landscape in halide perovskite solar cells") 지에 게재됨