성균나노과학기술원 (SAINT) 및 나노공학과 이진욱 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지 및 형광다이오드 (이하 LED) 소자의 효율과 안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심 기술 개발에 성공하였다. 관련 연구 논문 3편이 재료분야 국제저널랭킹 상위 2% 이내 저널인 Advanced Materials (영향력지수=25. 809)지에 게재되었다.

페로브스카이트 물질에 기반한 태양전지 및 LED 소자는 최근 소자효율이 상용화된 실리콘 태양전지 및 OLED에 근접하여 차세대 광전소자로 각광받고 있다. 하지만 높은 효율에 비해 소자의 구동안정성이 상용화된 제품에 비해 크게 떨어는 문제점이 있었다.

저온에서 생성되는 페로브스카이트 박막내에는 전하를 띈 이온성 결함이 높은 농도로 존재하는데, 태양전지 및 LED 소자가 작동하는 환경에서 높은 농도의 이온성 결함이 소자 내 전기장에 의해 쉽게 이동하여 페로브스카이트 및 전하수송 층을 파괴하는 문제점이 존재하였다.

이진욱 교수 연구팀은 페로브스카이트 박막 내에서 이러한 이온성 결함의 이동경로를 차단하여 태양전지 및 LED 소자의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심 기술을 개발하였다.

연구팀이 개발한 기술을 이용하여 태양전지의 경우 수명이 기존 222시간에서 2011시간으로 약 9배 이상 (Advanced Materials, 2020, 1906995), LED의 경우 그 수명이 기존 약 12분에서 200시간이상으로 1000배 (Advanced Materials, 2020, 32, 1905674) 이상 개선할 수 있었다.

이진욱 교수 연구팀이 개발한 기술은 페로브스카이트 광전소자의 안정성 문제를 해결하기 위한 중요한 과학적 단서를 제공하였을 뿐만 아니라 추후 페로브스카이트 태양전지 및 LED 소자 상용화를 위한 주요 원천기술이 될 것으로 예상되고 있다.

또한 연구팀은 앞서 태양전지의 열역학적 이론 효율 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 각광받는 양자점 태양전지의 효율 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발하여 발표한 바 있다 (Advanced Materials, 2019, 31, 1900111).

※ 관련 논문
1) Steric Impediment of Ion Migration Contributes to Improved Operational Stability of Perovskite Solar Cells, Advanced Materials, 2020, 1906995. (교신저자-이진욱)
2) Surface‐2D_Bulk‐3D Heterophased Perovskite Nanograins for Long‐Term‐Stable Light‐Emitting Diodes - Advanced Materials, 2020, 32, 1905674. - Wiley Online Library (제 1저자-이진욱)
3) A Small‐Molecule “Charge Driver” enables Perovskite Quantum Dot Solar Cells with Efficiency Approaching 13%, Advanced Materials, 2019, 31, 1900111. (교신저자-이진욱)