에너지/환경

페로브스카이트 재료에서 전하수송의 독특한 양자간섭 효과 규명

발행일 : 2019 / 12 / 26

난카이대학교 리웨룽(李躍龍) 연구팀은 샤먼대학교, 영국 랭커스터대학교 등의 연구팀과 공동으로 세계 최초로 페로브스카이트 재료에서 나노스케일 전하수송의 독특한 양자간섭 효과를 발견함으로써 양자효과 기반의 페로브스카이트 재료·장치 개발에 가능성을 제공하였다. 해당 성과는 “Nature Communications”에 온라인으로 게재되었다.

최근, 페로브스카이트 재료는 양호한 광전자학적 특성으로 재료과학 연구의 핫이슈가 되면서 태양전지, 발광다이오드, 광전식감지기 등 분야에 성공적으로 응용되고 있다. 페로브스카이트 재료에서 전하수송 과정은 해당 재료 성능에 영향을 미치는 핵심 부분이다. 페로브스카이트 재료에서 나노스케일 전자수송의 특이적 효과에 대한 연구·이해는 페로브스카이트 재료·장치 설계, 성능 향상에 중요한 지시적 의미가 있다.

리웨룽 연구팀은 일련의 페로브스카이트 양자점을 설계 합성한 후, 샤먼대학교 훙원징(洪文晶) 연구팀은 자체적으로 개발한 피코미터급 변위 조절 정밀도를 보유한 과학기기를 기반으로 페로브스카이트 양자점에 대한 원위치 테스트를 수행하였다. 연구팀은 금 전극이 페로브스카이트 크리스탈셀(crystal cell) 사이에서의 미끄럼 이동을 통해 단일 크리스탈셀 위 5Å 떨어진 서로 다른 연결부위 사이에서의 전하 수송을 테스트하였다. 이를 통해 동일 크리스탈셀의 서로 다른 부위에 전극을 연결시 전하 수송능력이 약 1개 수량급으로 뚜렷이 증강됨을 의외로 발견했다. 또한 랭커스터대학교 연구팀과의 협력을 통해 기존에 보고된 바 없는 상기 전기전도도 증강 현상은 전하가 나노스케일 페로브스카이트 재료에서 수송될 때 발생하는 양자간섭 효과에서 비롯됨을 규명하였다.

학제 간 융합 국제협력을 통해 획득한 해당 성과는 양자간섭 연구시스템을 페로브스카이트 재료 분야에로 확장시킴으로써 고효율 페로브스카이트 태양전지 등 광전 장치의 비밀을 밝힘과 아울러 양자효과 기반의 신형 고성능 페로브스카이트 광전 장치라는 새로운 연구 분야를 개척할 전망이다.

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