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최근 유기-무기 하이브리드 perovskite 태양전지에 대한 연구가 전세계적으로 광범위하게 이루어지고 있다. 유기-무기 하이브리드 perovskite 태양전지는 재료 및 공정 단가가 낮고, 매우 가벼우며, 롤투롤 공정이 가능할 정도로 플랙서블한 특성을 갖기 때문에 주목을 받고 있다.
또한, methyl ammonium lead iodide (CH3NH3PbI3)과 같은 perovskite를 이용한 유기-무기 하이브리드 태양 전지의 높은 효율성이 보고됨에 따라 최근에 이 물질에 대한 관심이 높아지고 있다. The CH3NH3PbI3은 ...

최근 유기-무기 하이브리드 perovskite 태양전지에 대한 연구가 전세계적으로 광범위하게 이루어지고 있다. 유기-무기 하이브리드 perovskite 태양전지는 재료 및 공정 단가가 낮고, 매우 가벼우며, 롤투롤 공정이 가능할 정도로 플랙서블한 특성을 갖기 때문에 주목을 받고 있다.
또한, methyl ammonium lead iodide (CH3NH3PbI3)과 같은 perovskite를 이용한 유기-무기 하이브리드 태양 전지의 높은 효율성이 보고됨에 따라 최근에 이 물질에 대한 관심이 높아지고 있다. The CH3NH3PbI3은 마이크로미터 범위의 긴 전자-홀 확산 거리(electron-hole diffusion length), 직접 밴드 갭(direct band gap)을 통한 높은 흡수성, 낮은 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 통한 높은 개회로 전압(open circuit voltage)의 특징을 가지고 있다. 이러한 물성으로 인해 perovskite는 태양 전지, 광트랜지스터와 같은 광전자 장치를 위한 우수한 후보가 되었다. 최근에 많은 투자 및 광범위한 연구로 인해, 20% 이상의 효율을 가진 고성능 perovskite 태양 전지가 보고되었다. 유기-무기 하이브리드 perovskite film이 가진 고유의 물성으로 인해 패턴화 공정에 큰 어려움이 따른다.
본 연구에서는 대기압 수소 함유 플라즈마 공정과 전자-빔(E-beam)을 이용하여 perovskite film의 식각을 위한 연구를 진행하였다.
먼저 대기압 수소 플라즈마 처리를 이용한 perovskite film의 식각이 가능하다는 점이 확인되었다. 처리 시간이 10초 미만인 경우에는 film의 표면만이 변형되며, 처리 시간을 30초와 60초로 연장시키면 다양한 크기의 3D island를 형성하는 입자 집합체가 관찰되었다. 처리 시간이 더 길어지면 이 집합체 입자들 역시 식각된다고 추정된다. 이와 더불어, 집합체의 병합으로 형성되는 대형 클러스터들이 발견되었다. 이러한 서로 다른 영역들에서 각 성분의 농도는 서로 다르다는 점이 밝혀졌다.
또한, 산소, 질소, 수소 가스 중 수소가 가장 효과적인 것으로 나타났다. 식각은 단계별로 나타난다는 점이 드러났다. 극초기에 식각은 perovskite 결정 격자로부터 CH3와 NH3 분자들의 분해와 제거에 의해 이루어진다. 더욱 긴 처리에서는 식각 과정에 물 분자가 관여되어서 미세구조를 크게 변화시키고 구형 입자가 나타난다. 플라즈마 처리는 film을 패턴화하고 구형 입자를 형성할 수 있는 것으로 나타났다.
마지막으로 집속 E-beam을 이용해 식각시켰다. 식각은 단계별로 일어나는 것으로 나타났다. 즉 가속 전압이 0.5kV 미만인 경우에는 표면에서 미미한 변화가 관찰되었다. 가속 전압을 1kV 이상으로 높이면 구조 변화가 일어났다.