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페로브스카이트 태양전지의 
성능 개선을 위한 새로운 방법 제안  
유·무기 페로브스카이트 물질 내부의 결함을 한가지의 분자로 
부동태화... 발광다이오드, 트랜지스터, 광센서 등 반도체 소자에 적
용할 수 있을 것으로 기대 
□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 이광희 교수와 에
너지융합대학원 김희주 교수 연구팀은 한 가지 분자에 양이온과 음이
온이 동시에 존재하는 이온을 활용하여 페로브스카이트 태양전지의 효
율을 높이는 방법을 찾았다.   
 ∘ 연구팀은 양쪽성이온* 첨가제를 통해 유·무기 복합 페로브스카이트 
내부 결함**의 부동태화***를 통해 페로브스카이트 태양전지 성능을 
높일 수 있음을 확인하였다. 
   양쪽성 이온(zwitterion): 한가지의 분자에 양이온과 음이온이 동시에 존재하는 이온
** 결함(defect): 원자의 주기적인 배열로 이루어진 페로브스카이트 결정에서 원자 
배열의 주기성이 깨지는 부분
*** 부동태화(passivation): 유해 이온의 흡수 혹은 이온의 이동 저지
□ 유·무기 복합 페로브스카이트 태양전지는 용액공정이 가능하며 얇고 
가벼우면서 25%가 넘는 고효율의 소자 성능으로 인해 차세대 태양전
지스트(광주과학기술원) 보도자료
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배포일
2021.01.28.(목) 
보도자료
담당
홍보팀 조동선 팀장
062-715-2061
홍보팀 이나영 선임행정원 
062-715-2062
자료 문의
신소재공학부 이광희 교수
062-715-2325
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지로 주목받고 있다. 하지만 유·무기 복합 페로브스카이트 물질 자체
의 결함으로 인한 소자의 성능이 감소하는 문제가 있어 고성능의 페로
브스카이트 태양전지를 만들기 위해서는 결함제어가 필수적이다. 
 ∘ 페로브스카이트 물질 내부의 결함은 전하를 띄고 있으며, 이 전하는 크
게 양성(positive electric charge)과 음성(negative electric charge)으로 
나뉜다. 이를 제어하기 위해 한 가지 전하 혹은 비공유 전자 쌍을 가
지는 물질을 이용하여 부동태화하는 방법이 널리 알려져 있지만 한 종
류의 전하만을 부동태화 할 수 있는 것이 한계였다.
□ 연구팀은 한 가지 분자에 양이온과 음이온이 동시에 존재하는 양쪽성 
이온의 대표적인 아미노산에 집중하였으며, 그 중 간단하면서 페로브
스카이트 물질의 전구체와 비슷한 L-알라닌*을 사용하였다.
   L-알라딘(L-alanine): 단백질을 구성하는 20개의 아미노산 중 하나로써, 용액의 
pH에 따라 작용기가 가지는 전하가 달라진다. 
 ∘ L-알라닌을 페로브스카이트 물질의 첨가제로 사용하여 물질 내부의 결
함 부동태화 및 결정립 증가를 확인하였으며, 태양전지 소자 효율이 
기존 18.3%에서 20.3%로 증가함을 확인하였다.
 ∘ 이러한 소자 효율의 향상을 광 발광 분광법과 시간 관련 단광자 계산 
기법을 통해 페로브스카이트 물질의 비방사 재결합* 저해로 인한 것임
을 확인하였으며, 특히 광 발광 수명이 10배 이상 증가하였다. 또한 공
간 제한 전류 측정을 통해 내부 결함의 감소를 측정하였으며 저온에서
의 전도도 측정 분석으로 양쪽성이온이 페로브스카이트 내부의 이온 
이동(ion migration)을 저해시키는 것을 확인하였다. 
  * 비방사 재결합(nonradiative recombination): 반도체에서 정공과 전자가 재결합할 
때 방사를 수반하지 않은 것으로 전자가 가지고 있던 에너지는 열로서 방사된다.
□ 이광희 교수는 “이번 연구 성과는 차세대 태양전지로 주목받고 있는 
유·무기 혼합 페로브스카이트 태양전지 개발에 있어 반드시 해결해야 
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할 물질 내부의 결함 문제를 간단한 하나의 양쪽성이온 분자로 해결할 
수 있는 새로운 원리를 제시하였다”면서 “이는 태양전지 분야뿐만 
아니라 유·무기 혼합 페로브스카이트를 사용하는 여러 반도체 소자
(발광다이오드, 트랜지스터, 광센서 등)에 적용할 수 있을 것으로 기대
된다”고 말했다.  
□ 지스트 신소재공학부 이광희 교수와 에너지융합대학원 김희주 교수가 
주도하고 박사과정 김주현 학생과 차세대에너지 연구소(RISE) 김용윤 
박사가 주저자로 참여한 이번 연구는 지스트 연구소(GRI)의 지원으로 
수행되었으며, 연구 결과는 나노기술 분야 국제학술지 스몰(Small)에 1
월 21일 온라인 게재되었다.   <끝>
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논문의 주요 내용
1. 논문명, 저자정보
 - 저널명 : Small, IF: 11.459   
 - 논문명 : Simultaneously Passivating Cation and Anion Defects in Metal Halide 
Perovskite Solar Cells Using a Zwitterionic Amino Acid Additive
 - 저자 정보 : 김주현 (제1저자, 지스트), 김용윤 박사 (공동 제1저자, 지스트),      
김희주 교수 (교신저자, 지스트), 이광희 교수 (교신저자, 지스트)   
1.
유·무기 혼합 페로브스카이트
 ○ 1839년 러시아의 광물학자 레브 페로브스키(Lev Perovski, 1792-1856)가 
발견한 광물의 결정 구조인 ABX3에서 A부분이 유기양이온, B부분이 금속, 
X부분이 할로겐 음이온으로 이루어진 물질  
2.
양쪽성 이온
 ○ 한가지의 분자에 양이온과 음이온을 동시에 가지고 있는 이온
용 어 설 명
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그 림 설 명
<그림 1> 페로브스카이트 태양전지 및 양쪽성 이온의 역할 모식도
(a) 페로브스카이트 물질내부의 결함의 종류 및 L-알라닌 첨가제로 결함 부동태화
(b) L-알라닌 첨가제의 작용기 확인을 위한 FT-IR 분석
(c) 페로브스카이트 물질의 L-알라닌 유무에 따른 AFM 및 2D-GIWAXS 이미지 
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<그림 2> 페로브스카이트 물질내부의 결함에 대한 분석
(a) 페로브스카이트 물질의 광루미네선스 수명 분석
(b) 페로브스카이트 내부에 있는 이온의 이동 분석 
<그림 3> 페로브스카이트 태양전지 및 모듈의 성능
(a) 페로브스카이트 단위소자의 전류 밀도- 전압 곡선
(b) 페로브스카이트 단위소자의 파장에 따른 내부양자효율 곡선
(c) 페로브스카이트 모듈 이미지
(d) 페로브스카이트 모듈의 전류 밀도- 전압 곡선