- 양자점 기반 태양전지 동향
Quantum Dots : 낮은 Band gap을 가진 반도체 혹은 화합물 반도체의 크기를 Exciton Bohr Radius 이하의 크기인 2~10nm로 조절한 0차원의 나노입자이다. 보통 수백에서 수천개의 원자로 구성
Colloidal Quantum Dot : 양자점의 표면에 계면활성제(Surfactant)가 결합을 이루어 용매상 분산성을 가질 수 있는 양자점
CQD를 PV에 이용하려면 band gap 이나 electron-hole mobility를 PV에 맞춰 조절해야 한다. CQD를 구성하는 반도체 나노입자 및 이 표면을 둘러싸고 있는 계면활성제의 특성을 변화시켜 조절 가능하다.
- 조절 방법
1. 양자점의 크기 조절을 통해 양자구속효과(Quantum Confinement Effect)를 일으켜 밴드갭 제어. 양자점의 크기가 작아질수록 벌크가 아니라 원자 상태와 유사해짐->양자역학 식에 따라 파울리 배타원리로 인해 양자점의 에너지 준위가 양자화된다. 양자점이 작아질수록 밴드갭이 커짐.
2. 양자점을 이루는 화합물의 종류, 조성을 변화. 일반적으로 양자점은 낮은 밴드갭의 반도체로 시작하여 크기를 조절해 밴드갭을 조절하는 방법을 쓴다. 하지만 일정 이하의 크기로 양자점을 줄이면 표면적이 급격히 증가하여 안정성 감소. 또한 양자점을 합성할 때 사용되는 전구체(Precursor)의 반응성(Reactivity)의 한계 때문에 입자의 크기가 일정 이상 커지지 않아 일정 이하의 밴드갭을 얻지 못함. 반도체의 조성을 변화시키거나 도핑을 통해 Defect energy level 생성.
양자점의 표면에 결합해있는 계면활성제는 양자점의 안정적 용매 분산을 도와줌. but 많이 사용되는 Oleic Acid, Oleyamine 등은 전도성이 없어 저항의 역할을 함.
->해결방법 : 계면활성제를 이루는 탄소사슬의 길이를 줄여 양자점 사이의 거리 줄임, 유기 계면활성제 대신 무기리간드 이용하여 양자점들을 가교결합(이온,공유결합 같이 완전한 결합)시켜 양자점 광활성층을 형성해 전자-정공의 이동 속도를 최대화.