서강대학교 화공생명공학과 오세용 교수 연구팀(석사과정 이가은, 석박사통합과정 김주환, 박사과정 김진영)은 한경국립대 김규민 교수 연구팀 및 HODOGAYA CHEMICAL과의 공동연구를 트룩센 기반 자기조립단분자막(DPA-TXO)을 활용한 NiO_X 기반 페로브스카이트 태양전지 계면 제어 기술을 개발, 국제 학술지 Chemical Engineering Journal (IF: 12.5, JCR 상위 4.0%)에 게재했다.

기존 NiO_X 기반 페로브스카이트 태양전지는 계면 결함으로 인한 전하 재결합과 소자 열화가 성능을 제한하는 문제가 있었다. 연구팀은 두 개의 인산기와 카보닐기를 갖는 DPA-TXO를 설계, 인산기를 통해 NiO_X 표면과 강하게 결합하는 동시에 카보닐기를 통해 페로브스카이트의 비배위 Pb²⁺ 결함을 제어했다. 이를 통해 계면 결함을 감소시키고 전하 추출 및 페로브스카이트 결정 품질을 향상시켰으며, 해당 소자는 24.01%의 광전변환효율(PCE)을 기록하고 2520시간 후에도 초기 효율의 95.8%를 유지했다.

이번 연구는 하나의 SAM 분자 내 서로 다른 기능기를 이용해 NiO_X와 페로브스카이트 양쪽 계면을 동시에 제어하는 분자 설계 전략을 제시함으로써, 고효율·고안정성 페로브스카이트 태양전지 개발을 위한 새로운 계면공학적 접근법을 제시했다.

 

 

▲ DPA-TXO의 NiO_X/페로브스카이트 계면에서의 이중 계면 결합 모식도 및 단면 SEM 분석

 

 

 

 

 

▲ AFM 분석을 통한 DPA-TXO와 3PATAT-C3 기반 페로브스카이트 박막 및 광전변환 특성

 

연구실 홈페이지: https://advpoly.sogang.ac.kr/advpoly/

논문 링크:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726035679#s0080

                     

 

이가은 연구원(석사과정, 공동 제1저자), 김주환 연구원(석박통합과정, 공동 제1저자), 김진영 연구원(공저자)