Photoconductive noise microscopy revealing the effect of electronic traps on perovskite-based solar cell performance.

광반응성 필름에 존재하는 electronic trap은 전기적 노이즈(electrical noise)를 만들어내며 광전자 소자의 성능에 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 왔다. 하지만, 현재까지 광반응성 필름에서 trap의 분포와 그 효과는 직접적인 방법으로 확인이 매우 어려웠고, 간접적으로 추론할 수밖에 없었다.
홍승훈 교수 연구팀은 2차원의 광반응성 채널에 존재하는 trap의 분포를 광전류 특성과 함께 정량적으로 이미징하기 위한 광전도성 노이즈 현미경(photoconductive noise microscopy)을 개발하였다. 이 방법을 페롭스카이트(perovskite) 기반 태양전지 소자에 적용하여, perovskite의 그레인 구조에서 광전류 값과 trap density의 정량적 분포를 이미징 하였다. 이 결과를 분석하여, perovskite 물질의 국소적인 광전류 특성에 대한 trap의 효과를 정량적으로 관찰하였고, trap의 분포가 광전류 특성을 결정짓는 중요 요인 이라는 것을 밝혔다. 또한, 그 원리를 trap-assisted recombination model을 이용하여 설명하였다. 해당 연구결과는 Nano Energy 저널에 게재 되었으며, 광전도성 노이즈 현미경법은 앞으로 다양한 광반응성 채널의 노이즈와 광전류 특성을 연구하는데 매우 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.

논문 초록:
We developed a “photoconductive noise microscopy” method to directly image electronic charge traps distributed on a methylammonium lead iodide perovskite film in a solar cell device. The method enabled quantitative imaging of trap densities along with local photocurrents on the solar cell film. By analyzing the imaging data, we could reveal quantitative correlations between the trap distribution and local photocurrents. The results show that the spatial density of the charge traps has a power-law relationship with the short-circuit currents during a solar cell operation as well as localized photocurrents under a sample bias, indicating that a charge trap distribution in a perovskite film can be a major factor determining the performance of the perovskite-based solar cells.

참여 연구원: 조덕형, 조동국, 홍승훈

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517306882