초록 ▼

□ 연구개요
차세대 광전소재로 주목받고 있는 할라이드계 페로브스카이트 소재의 상용화를 위해 광안정성 확보는 필수요소이다. 본 연구에서는 광조사 시 발생하는 원자단위 현상을 해석하여 할라이드계 페로브스카이트의 광안정성 확보를 위한 인자들을 도출하였다.
(1차년도) 할라이드계 페로브스카이트에 자주 사용되는 유기 양이온의 전자가 여기됐을 때 발생하는 유기물의 분해반응에 대한 해석과 페로브스카이트 격자구조의 변형이 electron-phonon interaction에 미치는 영향을 carrier lifetime을 이용해 기술하고

□ 연구개요
차세대 광전소재로 주목받고 있는 할라이드계 페로브스카이트 소재의 상용화를 위해 광안정성 확보는 필수요소이다. 본 연구에서는 광조사 시 발생하는 원자단위 현상을 해석하여 할라이드계 페로브스카이트의 광안정성 확보를 위한 인자들을 도출하였다.
(1차년도) 할라이드계 페로브스카이트에 자주 사용되는 유기 양이온의 전자가 여기됐을 때 발생하는 유기물의 분해반응에 대한 해석과 페로브스카이트 격자구조의 변형이 electron-phonon interaction에 미치는 영향을 carrier lifetime을 이용해 기술하고 lifetime과 밀접한 구조인자를 도출하였다. 또한 고내구성, 고효율의 할라이드계 페로브스카이트 광전소재의 개발을 위해 DFT 자동 계산 및 분석 플랫폼을 구축하였다.
(2차년도) 들뜬상태를 모사하는 전자분포 조절 방법론을 제일원리 열역학 계산에 결합하여 들뜬상태에서 길어지는 결합거리가 고용체 형성에 미치는 영향이 미미하다는 것을 발견하였으며 상분리 억제 인자 중 B-site 혼합이 높은 효용성을 갖는 것을 확인하였다. 또한 페로브스카이트 계산 물성 DB 구축을 위해 Materials Projects 데이터베이스에서 2원계 이상의 할라이드 화합물의 구조정보, 기계적 특성, 열역학 계산 정보를 수집하였으며 부족한 기계적 특성을 CGCNN을 활용한 기계 학습 예측으로 보완하였다.
(3차년도) 구축한 페로브스카이트 DB를 활용하여 미지 조성의 최적화된 물성을 탐색할 수 있는 기계학습법을 개발하였다. 자체개발한 기계학습법을 무연 페로브스카이트 소재 설계에 적용하여 총 3,165개의 무연 페로브스카이트 후보군을 도출하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 광안정성 향상을 위한 분자의 성질 탐색: 전자가 여기된 상태에서 분자의 HOMO와 LUMO에 대한 분석을 수행하여 amidinium기를 갖는 분자가 안정성 측면에서 우수함을 보였다.
2. 광조사에 의해 발생하는 원자단위 현상 해석: 광조사시 발생하는 격자변형이 전하의 재결합에 큰 영향을 줌을 보였으며 carrier lifetim에 영향을 주는 주요 인자를 도출하였다
3. 페로브스카이트 물성 계산 기초 플랫폼 구축: DFT 레벨의 에너지, 기계적, 전기적 물성을 일정한 포멧으로 데이터화하는 계산 플랫폼을 구축하였다.
4. 할라이드 상분리 조절 인자 도출: B-site 혼합이 상분리를 억제하는데 탁월한 효과가 있음을 이론적으로 설명하였다.
5. 페로브스카이트 계산 물성 DB 구축: 유기 페로브스카이트를 포함하여 10,000개 이상의 할라이드 조성 및 페로브스카이트의 물성을 확보하였다.
6. 무연 페로브스카이트 소재 설계: 구축한 페로브스카이트 DB를 활용해 신소재 개발을 위한 기계학습법을 개발하고 무연 페로브스카이트 개발 연구에 적용하여 태양전지 및 LED에 잠재력을 보이는 후보군들을 도출하였다.
7. 도출된 무연 페로브스카이트 후보군 중, 실현 가능성이 높은 성분의 제조방법 도출을 위한 추가 연구를 진행 중이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
다양한 조성들이 활발하게 연구되는 할라이드계 페로브스카이트의 특성상 이론 연구를 통한 가이드라인 제시는 불필요한 실험을 감소시켜 연구 비용을 절감할 뿐만 아니라 잠재력이 높은 후보 조성들을 빠르게 선별할 수 있어 고내구성 페로브스카이트의 상용화를 가속화 할 수 있다. 본 연구진이 개발한 TDDFT를 활용한 이온 동역학 계산 방법은 후속 연구에서도 지속적인 활용이 가능한 우수한 계산 기법이다. 또한 기계학습을 활용한 물성 탐색 연구가 지속적으로 증가하는 최근 연구 동향의 특성상 연구진이 구축한 페로브스카이트 DB의 활용도는 지속적으로 상승할 것으로 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 2-1) 1차년도 ... 7
• 2-2) 2차년도 ... 8
• 2-3) 3차년도 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 17
• 끝페이지 ... 36