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네덜란드 암스테르담 대학(Universiteit van Amsterdam), 델프트 공과대학(Delft University of Technology), 일본 오사카 대학(Osaka University)의 연구진은 특정 페로브스카이트(perovskite) 나노결정이 캐리어 증폭(carrier multiplication)을 가지고 있다는 것을 처음으로 증명했다. 페로브스카이트는 나노기술, 특히 나노구조로 된 태양전지 분야에 매우 유망한 특성을 가지고 있다. 지금까지 페로브스카이트에서 관찰되지 않는 유용한 특성 중의 하나는 캐리어 증폭인데, 이것은 광을 전기로 매우 효율적으로 전환시켜주는 역할을 한다. 결정은 원자, 분자, 이온으로 구성되고, 모든 방향으로 반복되는 구조로 정렬된다. 우리는 소금, 다이아몬드, 눈송이처럼 일상생활에서 이런 결정체를 접하고 있다. 이중에서 나노미터 크기의 결정은 매우 흥미로운 특성을 가지고 있다. 페로브스카이트는 러시아 광물학자인 레브 페로브스키(Lev Perovski)의 이름을 따서 명명된 물질이고, 모두 동일한 결정 구조를 가진 특정 물질군을 형성한다. 이러한 페로브스카이트는 많은 바람직한 전기적 특성을 가지고 있기 때문에 LED, TV 스크린, 태양전지, 레이저에 매우 유용하게 적용될 수 있다. 이러한 이유 때문에 페로브스카이트는 지난 몇 년 동안에 많은 과학자들에게 광범위하게 조사되고 있다. 캐리어 증폭은 지금까지 페로브스카이트에서 존재하지 않았던 특성이다. 예를 들어, 태양전지가 빛 에너지를 전기로 변환시킬 때 한 번에 한 개의 입자에서 진행된다. 그러나 특정 물질의 경우에, 충돌하는 빛이 충분한 에너지를 가지고 있다면 더 많은 전자-홀 쌍이 여기될 수 있는데, 이것을 캐리어 증폭이라고 한다. 태양 에너지의 33% 이상이 전기로 변환된다. 그러나 캐리어 증폭 효과가 있다면 최대 효율은 44%까지 올라간다. 페로브스카이트가 캐리어 증폭 효과를 가지는 것은 매우 흥미롭다. 이번 연구진은 세슘, 납, 요오드로 페로브스카이트 나노결정을 만들었고, 분광학 방법으로 측정했을 때 캐리어 증폭 효과가 발생된다는 것을 증명했다. 페로브스카이트 나노결정은 매우 효율적인 광 검출기를 구성하는데 사용될 수 있고, 차세대 태양전지를 만드는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Efficient carrier multiplication in CsPbI3 perovskite nanocrystals” 라는 제목으로 게재되었다. |
