초록 ▼

□ 연구개요
▶ 할로겐화물 태양전지의 초고효율을 위한 광자 리사이클링 핵심 요소 기술 개발
※할로겐화물 페로브스카이트 태양전지 이론 한계 수준 달성에 필수적인 ‘광자 리사이클링(Photon recycling)’ 현상 극대화를 위한 핵심 요소 기술 개발을 목표로 함
※구체적으로 소재 관점에서 방사성 재결합 최대화 기술과 방사된 광자의 재흡수 최대화 기술, 소자 관점에서 높은 내부 반사를 통한 재방출 광자 손실 최소화 기술, 그리고 소재와 소자의 상호 관계 분석을 위한 광자 리사이클링 신규 평가 기술 개발을 목표로 함<

□ 연구개요
▶ 할로겐화물 태양전지의 초고효율을 위한 광자 리사이클링 핵심 요소 기술 개발
※할로겐화물 페로브스카이트 태양전지 이론 한계 수준 달성에 필수적인 ‘광자 리사이클링(Photon recycling)’ 현상 극대화를 위한 핵심 요소 기술 개발을 목표로 함
※구체적으로 소재 관점에서 방사성 재결합 최대화 기술과 방사된 광자의 재흡수 최대화 기술, 소자 관점에서 높은 내부 반사를 통한 재방출 광자 손실 최소화 기술, 그리고 소재와 소자의 상호 관계 분석을 위한 광자 리사이클링 신규 평가 기술 개발을 목표로 함
❖ 핵심 요소 기술
[E1] 방사성 재결합 최대화 소재 기술 (소재의 발광양자효율 최대화)
[E2] 재흡수 최대화 소재 기술 (소재의 Stokes shift 최소화)
[E3] 재방출 광자 손실 최소화 소자 기술 (소자의 광학 설계 최적화)
[E4] 광자 리사이클링 평가 기술 (소재-소자 연계 평가법 개발)

□ 연구 목표대비 연구결과
[E1] 소재의 발광양자효율 최대화
※각 연차별 목표인 상부 계면, 내부, 하부 계면의 고품질화 연구 진행을 통해 소재의 발광양자효율을 최대화할 수 있는 세부 요소 기술들을 성공적으로 도출하였음. 이와 연관된 내용들로 Nat. Energy, Energy Environ. Sci, Joule에 보고함
[E2] 소재의 Stokes shift 최소화
※각 연차별 목표인 간접천이 밴드갭 억제, 고품질 단일조성 할로겐화물 박막 제작, Urbach 에너지 최소화를 위한 연구 진행을 통해 Stokes shift를 줄이기 위한 세부 요소 기술들을 성공적으로 도출하였음. 이에 관한 내용들을 정리하여 ACS nano, ACS Appl. Mater. Interfaces에 보고함.
[E3] 소자의 광학 설계 최적화
※각 연차별 목표인 후면 거울 전극 소재 탐색 및 적용, 재방출 광자의 기생 흡수 최소화를 위한 전하수송층 설계 연구, 전하수송층 굴절률 제어 연구 진행들 통해 광학 설계 최적화를 위한 세부 요소 기술들을 도출하였음. 이와 관계된 Adv. Energy mater. 및 Adv. Funct. Mater.에 보고했을 뿐 아니라, 2건의 특허를 출원함.
[E4] 소재-소자 연계 평가법 개발
※광 전하 특성 평가 시스템을 성공적으로 구축하고, 이를 기반으로 연차별 목표인 할로겐화물 박막 및 이종 계면의 특성 도출, 동종 접합 특성 분석, 소자의 발광양자효 효율 평가 연구를 성공적으로 수행하고 소재-소자 연계 평가법을 제시하였음. 이와 관련된 내용들을 정리하여 J. Phys. Chem, Adv. sci, Joule 에 보고함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
◎ 연구개발결과의 중요성
※본 연구개발을 통해 분류 기술별 광자 리사이클링 효과를 최대화 하기 위한 소재 핵심 요소 기술들을 개발하였을 뿐 아니라,할로겐화물 소재에서 관찰되던 '광자 리사이클링'을 태양전지에서 최초로 구현하고 이 현상이 태양전지 효율에 부여하는 효과에 대한 결과를 도출하였음. 본 과제에서 개발한 소재 요소기술 및 원천기술은 아래의 관점에서 그 중요성이 높음.
< 재료적 관점 >
※본 연구를 통해 구현한 할로겐화물 소재는 우수한 결함 내성 및 광전기적 특성으로 인해 다결정임에 불구하고 고품질의 소재를 구현할 수 있음을 특징으로함.이러한 이유로 할로겐화물 소재는 미래의 반도체 소재로서의 잠재력이 높게 평가되며, 차후 단결정 실리콘 및 GaAs와 같은 기존 반도체 소재들과 구분되는 차세대 소재로서 평가받을 것으로 예상되기에 학문적, 산업적 중요성이 높음.또한, 이 소재의 적용 분야가 광전변환소자 태양전지뿐 아니라, LED, photodetectort, x-ray detector, gamma-ray detector, TFT 소자, 그리고 신틸레이터까지 방대하여 그 파급력이 아주 높은 것으로 판단됨.
< 소자 관점 >
※광자 리사이클링이 태양전지에 구현하였고, 이를 통해 추가적인 개방전압 상승 효과가 존재함을 증명하여 이를 최초로 보고함. 이러한 소자에서의 광자 리사이클링 현상을 최대화하는 연구는 향후 페로브스카이트를 포함하는 모든 초고효율 태양전지에 모두 필요로 할 것이기에, 본 연구개발결과들은 한계 효율에 근접하는 초고효율 소자 구현을 위한 기반이 될 것으로 판단됨.
< 측정법 관점 >
※할로겐화물 태양전지에서 광자 리사이클링 극대화를 위한 소재-소자 연계 분석법을 도출하고, 발광양자효율과 태양전지의 효율의 상관관계 및 향후 측정 방향성을 확보하였음.소재-소자 연계 분석법을 통해 얻은 결과들은 이종계면 계면이라는 할로겐화물 소자의 특이점을 극복할 수 있음의 보여줬다는 점에서 의미가 있으며, 향후 고효율 태양전지 구현을 위한 주춧돌이 될 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 연차별 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 26
• 끝페이지 ... 41