화공생명공학과 허성연 교수(제1저자)가 프린스턴대학교 전기전자과의 Barry Rand 교수 연구팀, Antoine Kahn 교수 연구팀, 화학과의 Andrew Bocarsly 교수 연구팀과의 공동연구를 통하여 할로겐 페로브스카이트 나노 입자 박막의 성공적인 전기화학적 n-타입 도핑을 입증하였고, 본 연구 성과를 에너지분야 세계적 학술지인 ACS Energy Letters (IF: 23.101) 22년 1월호에 게재하였다.  

할로겐 페로브스카이트 물질은 우수한 광학적 특성으로 인하여 차세대 태양전지 및 LED 등의 광전자소자의 소재로써 사용되고 있으며, 특히 할로겐 페로브스카이트 물질의 도핑은 전기적, 광학적 특성을 조절하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 세계적으로 도핑 조절에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.

하지만, 할로겐 페로브스카이트 물질의 도핑은 할로겐 물질의 전기화학적 불안정성에 의해서 n-타입으로 전기화학적 도핑이 불가능하다고 여겨졌다.

본 연구에서는 나노 입자 박막의 본질적 기공 특성을 이용하고, 안정한 전기화학적 인가 전압 범위를 설정하여 전압 인가를 통해 물질의 안정성을 확보하는 동시에 n-타입으로 도핑을 수행하였다. 분광법을 이용하여 성공적으로 n-타입 도핑이 수행되었음을 확인하였고, 최종적으로 전기 전도도 및 발광 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

▲(왼쪽부터) 전기화학적 n-타입 도핑, 허성연 교수

본 연구를 통해 전기화학적 방법이 할로겐 페로브스카이트 물질의 도핑에 이용될 수 있음을 보여주었고, 향후 소자로의 적용 가능성을 시사하였다.

[논문 정보]

저널명: ACS Energy Letters (IF: 23.101)

논문 제목: Electrochemically n-Doped CsPbBr₃ Nanocrystal Thin Films

(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02554)

저자: Sungyeon Heo, Kwangdong Roh, Fengyu Zhang, Steven E. Tignor, Andrew B. Bocarsly, Antoine Kahn, Barry P. Rand9