태양 전지의 효율을 향상시키기 위해서는 불순물과 구조적 결함이 없는 재료가 필요하다. KAUST의 연구팀은 2D 유기 무기 하이브리드 재료가 두꺼운 3D 버전보다 결함이 훨씬 적다는 것을 보여주었다.

현대 전자 소자는 대부분 실리콘 결정 기술에 의존한다. 이는 원자 수준까지 완벽하다. 이것은 결함과 불순물이 전자의 흐름에 따라 전자를 분산시켜 재료의 전기적 특성에 악영향을 주기 때문에 중요하다.

그러나 하이브리드 페로브스카이트가 흥미 진진한 전자 소재이지만 실리콘 용으로 개발된 에피택셜 또는 레이어 방법을 사용하여 만들 수 없다. 대신 솔루션 기반 프로세스를 사용하여 생산된다. 이것은 실리콘보다 저렴하지만 결함 수와 종류가 가공 조건에 민감하기 때문에 순도를 조정하기 더 어렵다.

연구팀은 페로브스카이트 재료의 2 차원 층이 3D 대응물질보다 훨씬 더 높은 순도를 달성할 수 있음을 보여주었다 (Nano Letters, "Ultralow self-doping in two-dimensional hybrid perovskite single crystals")

2 차원 하이브리드 페로브스카이트는 큰 하이브리드 페로브스카이트 계열의 하위 그룹이다. 그들은 3 차원 페로브스카이트 구조에 큰 유기 양이온을 삽입함으로써 유도될 수 있다.

하이브리드 페로브스카이트는 납 및 할라이드 (예 : 요오드) 원자와 유기 성분으로 구성된다. 태양 전지 소재의 이러한 종류의 재료는 이미 에너지 전환 효율을 위한 획기적인 가능성을 보여 주었으며 낮은 생산 비용과 유연한 장치에 통합될 수 있는 가능성을 보여주었다. 이러한 특성의 조합은 하이브리드 페로브스카이트를 광전자 응용 분야에 흥미로운 재료로 만들고 있다.

연구팀은 phenethylammonium 또는 methylammonium 중 하나의 유기 성분으로 하이브리드 페로브스카이트의 주기적 층으로 만들어진 2D 소재를 만들었다. 솔루션 기반의 제조 방법을 사용하여 층을 금 전극 위에 놓아 팀이 전기 전도도를 측정할 수 있게 했다.

그들의 측정 결과는 2 차원 물질이 벌크 하이브리드 페로브스카이트보다 3 배 적은 결함을 포함하고 있음을 나타냈다. 연구팀은 phenethylammonium의 큰 유기 양이온이 결정화 동안 결함 형성을 억제하기 때문이라고 제안했다.

다음으로, 연구팀은 높은 광 감지성을 가진 광 전도체를 제작함으로써 광전자 응용 분야에 대한 재료의 가능성을 입증했다. 이러한 결과는 페로브스카이트 태양 전지를 설계하고 최적화하는 데 있어서 발전에 도움이 된다. 결함 형성이 어떻게 억제되는지에 대한 심층적인 연구는 우리의 이해를 돕고 디바이스 성능을 목표로 하는 재료 공학에 도움이 될 것이다.