초록 ▼

□ 연구개요
페로브스카이트 태양전지 상업화를 위해서는 안정성을 갖춘 페로브스카이트 개발이 필요하며, 개발된 페로브스카이트는 가격경쟁력 확보를 위해 용액공정에 적용가능하여야 할 것이다. 하지만 현재까지 주로 사용되고 있는 유기양이온은 질소 양이온 (N+)에 국한되어 있고 비교 후보군이 없기 때문에, 안정성을 갖춘 유기 양이온 설계를 위한 데이터베이스가 없는 실정이다. 본 연구는 분자구조-광전환 변환 효율-안정성 사이의 관계성을 규명하기 위해서 기존에 범용 적으로 사용되고 있는 질소 기반 이외의 새로운 양이온 후보군을 설계하였으며

□ 연구개요
페로브스카이트 태양전지 상업화를 위해서는 안정성을 갖춘 페로브스카이트 개발이 필요하며, 개발된 페로브스카이트는 가격경쟁력 확보를 위해 용액공정에 적용가능하여야 할 것이다. 하지만 현재까지 주로 사용되고 있는 유기양이온은 질소 양이온 (N+)에 국한되어 있고 비교 후보군이 없기 때문에, 안정성을 갖춘 유기 양이온 설계를 위한 데이터베이스가 없는 실정이다. 본 연구는 분자구조-광전환 변환 효율-안정성 사이의 관계성을 규명하기 위해서 기존에 범용 적으로 사용되고 있는 질소 기반 이외의 새로운 양이온 후보군을 설계하였으며, 분해 메카니즘 분석을 하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 cation engineering을 이용하여 고효율 및 안정성을 갖춘 페로브스카이트 태양전지 개발을 목표로 하였다. 범용적으로 사용되나 수분에 취약하다고 알려진 protic 암모니움 대신에, 새로운 썰포니움(S+) 유도체 응용을 시도하였으며, 용액공정이 가능하도록 설계/합성을 통해 페로브스카이트 태양전지로 제작되었다. 3D 페로브스카이트 태양전지의 고효율을 확보하고자, MAPbI3의 grain boundaries와 표면을 썰포니움 양이온으로 passivation하여 고효율 (~ 19%)를 확보 하였고, passivation 효과는 TCSPC 및 임피던스 측정을 통해 확인되었다. 페로브스카이트 박막 및 태양전지의 수분에 대한 안정성 테스트는 80~85% RH 컨디션에서 측정되었다. Aprotic 썰포니움으로 유도된 페로브스카이트는 MAPbI3에 비해 상당히 향상된 수분견뢰도를 보였으며, 비교군인 protic 암모니움 기반 페로브스카이트는 수분하에서 쉽게 분해되는 것으로 나타났다. Protoc 암모니움 기반 양이온의 hygroscopic 특징은 NMR 정량분석을 통해 증명 되었다. 또한 발광스펙트럼 및 XRD 측정 결과, protic 질소 양이온으로 유도된 페로브스카이트는 분해 초반에 물과 결합하여 hydrated phase를 형성하는 것으로 나타났다. 원자레벨 스케일에서 일어나는 현상을 이해하고자 DFT 계산이 수행되었다. 그 결과, aprotic 썰포니움은 물 흡착에 대한 활성화 에너지를 높히며 분해를 일으키는 acid-base 반응을 막음으로써 수분견뢰도를 상당히 향상시켰다. 결론적으로 수분 견뢰도 향상을 위해서는 소수성 기능기 도입도 중요하지만 1) heteroatom 주위의 화학적 환경과 2) stereochemistry도 중요한 것으로 나타났다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 제안하고 있는 새로운 양이온을 이용한 cation engineering은 안정성-분자구조 사이의 관계성을 규명하는 동시에 물질에 관한 big data 축적 및 상업화를 이루어 나가는 과정에 단단한 초석이 될 것이다. 본 연구에서 시도한 썰포니움 양이온 class는 태양전지분야 뿐만 아니라 타 광전자응용장치 (예.LEDs)용 물질 설계를 위해서도 활용될 수 있으며, 안정성을 갖춘 페로브스카이트분 설계에 많은 연구자들의 관심을 불러일으킬 수 있을 것이라 사료된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9