유기금속 트리할라이드(organometal trihalide) 페로브스카이트 반도체의 광흡수 효율은 지난 5년 동안에 3.8%에서 20% 이상까지 증가했다.
이 재료는 (CH3NH3)PbX3이라는 화학식을 가지고 있다. 현재 이 재료는 태양전지를 위한 새로운 재료로서 큰 잠재력을 가지고 있다.
다수의 과학자들은 이런 반도체 속의 흡수체와 전하 수집 층을 최적화하는데 주로 초점을 맞추는데 반해서 이를 제조할 때의 습도와 같은 주위 조건이 이런 박막의 성능에 어떤 영향을 끼치는지에 대해서 훨씬 적은 관심을 가졌다.
영국 옥스퍼드 대학의 헨리 스네이스와 그의 연구진은 프로세스 동안에 습기에 노출한 메틸암모늄 납(methylammonium lead) 페로브스카이트 박막으로 만들어진 광발전 장치들이 건식 환경에서 제조된 메틸암모늄 납 페로브스카이트 박막으로 제작된 장치와 비교했을 때 상당히 향상된 개회로 전압과 향상된 광발광을 가진다는 것을 발견했다.
한 마디로 박막이 더 나은 품질을 가진다는 것을 의미한다. 습기에 노출된 박막이 낮은 전하 트랩(charge trap) 결합을 가지기 때문에 이런 향상이 발생한다.
이탈리아 기술원, 아인트호벤 대학, 워싱턴 대학의 과학자들이 포함된 이번 연구진은 워터 버블러를 통과함으로써 건조 질소 유동을 제어할 수 있는 맞춤형 챔버 속에 위치시킨 메틸암모늄 납 페로브스카이트 박막을 대상으로 실험을 수행했다.
페로브스카이트 박막은 진공 오븐에서 밤새도록 건조됐으며 이후에 완벽하게 건조시키기 위해서 습기가 없는 글로브박스 속에 저장됐다. 이번 연구진은 챔버 속의 습기의 양을 점차적으로 증가시키면서 박막의 광발광성과 광흡수성을 조사했다.
스네이스 교수는 “우리의 연구는 고성능 페로브스카이트 기반의 장치를 제조할 때 실내 습도를 제어하고 처리 조건을 최적화하기 위한 지침을 제공하는 것이 중요하다는 것을 보여준다”면서 “제조할 때 습기에 노출된 태양전지는 고성능을 가지는데 영향을 끼치지만, 건조된 환경 속에서 제어된 합성 및 제조는 의도된 것과 반대 효과를 이끌고 낮은 성능의 장치를 실제로 이끌 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
