나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 푸졘(福建) 물질 구조 연구소 산하 "기능 나노 구조 디자인 및 조립 중점 실험실" 가오펑(高鵬) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 큰 체적의 1-나프탈렌 메틸 아민 요오드(naphthyl methyl amine iodide, NMAI)를 이용한 부동태화(passivation) 페로브스카이트 인터페이스를 개발하는데 성공하였음.

PEAI와 같이 나프탈렌 메틸 아민 요오드(naphthyl methyl amine iodide, NMAI)는 강한 극성(極性)의 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide, DMF) 용액 속에서 PbI2와의 혼합 원스텝 스핀 코팅(one-step spin coating)을 통해 2D 페로브스카이트를 형성하는 동시에 효율적인 2D/3D 페로브스카이트 LED 디바이스를 개발하는데 응용됨.

하지만 NMAI는 약한 극성의 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 용액 속에서 3D 페로브스카이트 필름 후처리를 실행할 때 PEAI는 다른 특성을 나타내는데 XRD 측정 테스트 결과 100℃의 고온 하에서도 처리 후의 3D 페로브스카이트 필름 표면 절대부분의 암모늄 염(ammonium salt)은 이온 교환 반응에 참여하지 않고 극소량의 2D 페로브스카이트만 형성하게 됨.

완벽한 배터리 디바이스 중에서 페로브스카이트와 공동 전송 층간의 NMAI 층은 다음과 같은 협동 부동태화(passivation) 효과를 나타내는데 첫째로, NMAI 자체의 양성(兩性) 이온 특성은 페로브스카이트 표면 이온 결합의 부동태화를 발생시키며, 둘째로, NMAI와 페로브스카이 표면 상호 역할은 인터페이스 양극을 형성하며 진공 에너지 레벨의 변화를 유도하여 인터페이스의 에너지 밴드 매칭을 개선시키며, 셋째로, 절연 NMAI는 전자 차단 역할을 발휘함.

NMAI 층의 다중 부동태화(passivation) 효과는 제조한 페로브스카이트 배터리 디바이스로 하여금 비교적 높은 전자 발과 효율성을 나타낼 수 있도록 하는데 이런 상황은 페로브스카이트와 공동 전송 층 인터페이스의 비(非) 복사 복합은 대폭 감소된다는 점을 의미하고 있음.

한 개 표준 태양광 조사 하에서 디바이스의 개방 회로(Open circuit) 전압은 최고 1.20V 수준에 도달하고, 광전기 전환 효율은 최고 21% 수준에 도달하는 것으로 나타났음.

이번 연구는 암모늄 염(ammonium salt)의 부동태화(passivation)를 위해 새로운 아이디어를 제공한 동시에 페로브스카이트의 부동태화로 하여금 페로브스카이트 태양 전지 효율성을 한층 더 향상시킬 수 있도록 하는데 필요한 기술 수단을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Energy Materials’ ("Efficient Perovskite Solar Cells by Reducing Interface‐Mediated Recombination: a Bulky Amine Approach")지에 게재됨.