분광분석법(TPC) 개발을 통한 페로브스카이트 장거리 전하 이동성 규명 

에너지과학기술대학원 임종철 교수 연구팀이 신규 분광분석법(TPC)을 개발해 페로브스카이트 단결정 및 다결정 박막의 장거리 전하 이동성을 규명했다.

에너지과학기술대학원 임종철 교수와 영국 옥스퍼드 대학 Henry J. Snaith 교수 연구팀의 공동연구 결과가 국제 저명 학술지인 ‘Nature Communications’(IF: 17.694)에 7월 20일 자로 게재됐다. (논문 제목: Long-range charge carrier mobility in metal halide perovskite thin-films and single crystals via transient photo-conductivity)

최근 페로브스카이트를 LED, 광검출기, 트랜지스터 등 광전자 소자 및 반도체 소자에 적용하려는 많은 연구가 이루어지고 있는 가운데 페로브스카이트 소재 기반 소자에서 성능을 높이기 위해선 장거리 전하 이동성에 대한 이해가 매우 중요하다.

이에 장거리 전하 이동성을 연구하기 위해 현재까지 FETs, SCLC, TOF, OPTP, TRMC 등 다양한 분석법들이 연구에 활용되고 있지만, 위 분석법들은 다양한 측정 인자가 존재해 명확한 분석에 어려움이 있다.

이에 연구팀은 ‘Transient photo-conductivity’(TPC)라는 신규 광물리 분광분석법을 개발해 장거리 전하 이동성을 연구했다. TPC 분석법은 소재의 광전자 특성을 실제 소자에서 구동 조건에 도입함으로써 광전자의 실시간 밀도 변화를 규명하는 방법으로 소자의 작동원리 이해 및 성능 향상에 큰 기여를 할 수 있다. 

특히, 연구팀은 최근 많은 연구자가 관심 갖는 단결정 및 다결정 페로브스카이트의 장거리 전하 이동성을 TPC 분석을 통해 비교하고, 페로브스카이트 다결정 박막에서의 장거리 전하 이동성이 단결정 소재의 광전자 특성만큼 향상될 수 있다는 가능성을 규명했다.

임종철 교수는 “이번 TPC 측정법은 페로브스카이트와 같은 어느 분야에만 한정된 것이 아닌 탄소 재료, 양자점, 유기 분자, 금속 산화물, 반도체 재료와 같이 광범위한 소재 분야에 적용해 장거리 전하 이동성을 측정할 수 있어 우수한 활용성이 기대된다”고 밝혔다.