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첨단기술정보

그래핀 양자점에 의한 고속 전자 추출로 페로브스카이트 셀의 효율향상

전문가 제언: 친환경 고효율 태양전지 기술은 에너지의 사회적 니즈를 충족시키는데 매력적이다. CH3NH3PbI3계 감응 페로브스카이트 태양전지는 메조크기와 평면 이종접합 두 기술면에서 관심을 끌고 파워변환효율(PCE)은 15%가 넘었다.

고 흡광제 페로브스카이트의 유명한 특징의 하나는 전자/정공 확산길이가 삼요오드화물에서 100 nm에 이르고 혼합할로겐화물 CH3NH3PbI3-xClx에선 1㎛가 넘어 현재 저온 용액가공 태양전지재료(~10 nm)보다 훨씬 길다. 이는 광대역 스펙트럼 흡수, 높은 개방회로전압 등과 더불어 페로브스카이트 태양전지 변환효율의 20% 초과 가능성에 대한 열광을 고취하고 있다.

그러나 페로브스카이트 태양전지 내 전자/정공 주입시간의 측정치는 각각 0.4 및 0.6 ns로 핫 캐리어 냉각(또는 열중성자화)시간(~0.4 ps)보다 여러 자리 수 길다. 변환된 광자에너지의 상당량이 버려지고 캐리어 트랩에 의해서도 손실되고 있다. 효과적 전자/정공 추출을 위한 여러 방법이 제안되었는데 풀러렌, 그래핀, 코어/셸 금속 나노입자와 같은 특수재료 이용이지만, 아직 전자트랩 중심보다 빠른 전자 깔때기로서의 이들의 역할은 입증되지 못하였다.