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호주 플린더스 대학(Flinders University), 퀸즐랜드 대학(The University of Queensland), 시드니 공과대학(University of Technology Sydney), 미국 펜실베이니아 대학(Pennsylvania State University)의 연구진은 저온 페로브스카이트 태양전지를 위한 매우 얇은 포스포린 나노시트(nanosheet)를 제조하는데 성공했다. 포스포린(phosphorene)이라고 알려진 인(燐)으로 만들어진 나노소재는 효율적이고 지속 가능한 차세대 페로브스카이트 태양전지를 만드는 핵심 성분으로 각광을 받고 있다. 페로브스카이트는 가장 빠르게 발전하는 새로운 태양전지 기술 중의 하나이고 상용화된 실리콘 태양전지와 유사한 효율을 가질 수 있다. 실리콘은 옥상용 태양전지 및 기타 태양전지 패널에 사용되고 있지만, 실리콘을 제조하기 위해서는 많은 에너지가 필요하고, 지속 가능성이 낮다. 그에 비해서 포스포린은 가시광선을 흡수하는 우수한 전도체이기 때문에 매우 흥미로운 소재이다. 대부분의 비금속 재료는 하나의 특성만을 가지는데 비해서 포스포린은 두 가지 특성을 동시에 가진다. 이번 연구진은 박리된 흑린(black phosphorus)을 포스포린으로 전환시킬 수 있는 새로운 방법을 발견했다. 간단하면서 빠른 하향식(top-down) 프로토콜은 근적외선 펄스 레이저 조사 하에서 와류 유체(vortex fluidic) 매개 박리로 포스포린 나노시트를 제조할 수 있는 방법이다. 이 새로운 박리 방법은 짧은 처리 시간으로 매우 얇은(4.3 ± 0.4 nm) 포스포린 나노시트가 높은 결정성을 가지게 할 수 있다. 최근 실험에서 태양전지에 포스포린을 적용했을 때 2~3%의 효율이 향상되는 것을 확인했다. 따라서 고품질의 2차원 포스포린을 만드는 연구는 근적외선 레이저 광 펄스, 산업용 전자레인지가 더 효율적으로 작동하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 포스포린에 대한 연구는 수소와 산소를 분해하는 물 분리용 촉매를 만드는 것으로 확장되고 있다. 페로브스카이트 구조를 인위적으로 생성할 수 있는 이런 능력은 다양한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 또한 이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 성능을 개선하고 최적화하는데도 도움을 줄 수 있을 것이다. |
