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엑스선 리소그래피에 의한 세슘계 페로브스카이트 나노결정 막의 개질

전문가 제언: ○ 유기납할로겐화물 페로브스카이트 이온결정 기반의 태양전지는 뛰어난 광흡수성, 전하이동도, 광발광(PL) 그리고 저렴한 용액가공성으로 한국이 효율 및 특허에서 세계 기록을 가진 차세대 태양전지로 인정받고 있다. 이들 특성은 디스플레이용 발광다이오드(LED), 레이저 등의 광전자 소자에도 요소기술이며, 고비용 제조 설비가 필요 없어 중소기업을 위한 미래 첨단 먹을거리 사업 후보로 세계적 연구의 대상이 되고 있다.

○ 안정성이 보다 유리한 무기계 세슘납할로겐화물, CsPbX3(X는 Cl, Br 그리고 I)는 아직 효율은 낮지만 2015년 X. Li 등에 의한 콜로이드 실온 합성법이 성공된 나노결정(NC)(주로 양자크기효과를 가진 양자점, QD)의 더 높아진 성능을 갖게 되었다. 그러나 아직 한국에서는 이 방향 연구가 찾기 힘들다. CsPbX3의 색은 손쉬운 음이온교환반응에 의해 대부분의 가시광 내 다른 색으로 바꿀 수 있어 패턴화(LED 등)에 유리하다.

○ CsPbX3의 효율향상은 물론, 수분, 산소, 열에 대한 안정성 향상을 위한 연구는 끝이 없어 NC(또는 QD) 표면의 유기 리간드 가교(TMA, trimethylaluminum의 기화 이용 알루미나 망 형성)에 의한 CsPbX3의 뛰어난 성능향상(외부양자효율 EQE, PL양자수율 등)이 2016년 보고되었다.

○ 이 글은 통상의 연구실 내 XPS로 연구가 가능한 낮은 선속(일례로 1011광자/㎟？s에서 30min～5h)의 엑스선 리소그라피의 조사로 NC 표면에 있는 유기 리간드 간 C=C 결합을 유도하여 NC 박막의 안정성을 크게 향상한 내용을 소개하고 있다. 또한 안정성이 낮은 요오드화물의 CsPbI3 박막이 습기, 공기, 순수 그리고 생물학적 완충제에 노출되어도 열화로부터 크게 보호될 수 있고, 기체 시약 등을 사용한 다양한 색의 패턴을 선택적 음이온교환반응에 의해 쉽게 얻을 수 있음도 소개하고 있다. CsPbX3 합성, 엑스선 리소그라피 등의 체계적 설명이 유익하다.

○ 이들 NC들은 수용액 환경에서의 응용을 포함한 여러 분야에 활용하는데 유망한 후보자로 기대된다. 그럼에도 불구하고 국내의 이 분야 연구개발은 미흡한 수준이다. 관련과학기술자들의 적극적인 관심과 ICT 종주국에 걸맞은, 정부의 적극적 지원을 촉구한다.

저자: F. Palazon, et al.
자료유형: 니즈학술정보