나노기술 및 정책 정보

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페로브스카이트는 금속에 결합된 유기 물질로 구성된 물질임. 그들의 매혹적인 구조와 특성은 페로브스카이트를 재료 연구의 최전선으로 밀어 붙였으며, 다양한 응용 분야에서 사용하기 위해 연구되었음. 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 특히 인기가 있으며 태양 전지, LED 조명, 레이저 및 광 검출기용으로 연구되고 있음. 예를 들어 페로브스카이트 태양전지(PSC)의 전력 변환 효율은 불과 10년 만에 3.8 %에서 25.5 %로 증가하여 시장을 선도하는 다결정 실리콘을 포함한 다른 박막 태양 전지를 능가함. 페로브스카이트는 일반적으로 투명 전도성 기판 위에 다양한 재료를 혼합하고 적층하여 만들어지며 얇고 가벼운 필름을 생성함. "화학 증착"으로 알려진 이 공정은 지속 가능하고 상대적으로 비용 효율적임. 2014년부터 금속 할라이드계 페로브스카이트는 양이온 또는 할로겐화물을 포름 아미디늄(FAPbI3)과 혼합하여 만들어졌음. 그 이유는 이 레시피가 페로브스카이트 태양 전지에서 높은 전력 변환 효율을 가져 오기 때문임. 그러나 동시에 FAPbI3의 가장 안정적인 단계는 광 비활성 상태로 빛에 반응하지 않을 때임을 의미함. 이는 태양열 수확기가 해야 하는 것과 반대임. 또한 FAPbI3로 만든 태양 전지는 장기적인 안정성 문제를 보임.

스위스 로잔 연방 공과대학교(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - EPFL) 연구팀이 페로브스카이트 태양 전지의 높은 전환율을 유지하면서 포름 아미디늄의 안정성 문제를 극복하는 증착 방법을 개발했음. 새로운 방법에서는 먼저 MASCN (methylammonium thiocyanate) 또는 formamidinium thiocyanate FASCN 증기로 재료를 처리함. 이 혁신적인 처리는 광 불활성 FAPbI3 페로브스카이트 필름을 원하는 감광성 필름으로 바꿈. 연구팀은 새로운 FAPbI3 필름을 사용하여 페로브스카이트 태양 전지를 만들었음. 이 전지는 23 % 이상의 전력 변환 효율과 장기적인 작동 및 열 안정성을 보여주었음. 또한 낮은 (330mV) 개방 회로 전압 손실과 낮은 (0.75V) 전계 발광의 개시 전압이 특징임.

본 연구 성과는 ‘Science’ ("Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite solar cells") 지에 게재됨