강하게 상호 작용하는 전자들이 자기적으로 제어 가능한 산화물 계면을 만들고 태양전지 효율을 추가적으로 높인다

광이 태양전지 패널에 비춰질 때 포톤의 일부 에너지는 전기 에너지로 변환되지 않고 열로 버려진다. 

Masao Nakamura와 동료들은 이 버려지는 에너지를 이용할 수 있는 새로운 형태의 태양전지를 만들었는데 이 태양전지는 하나의 포톤에 대해 여러개의 전하를 생성시킬 수 있다. 

컨셉은 전기적 성질이 서로 다른 표면 사이에 계면을 만드는 이종접합에 기반한다. 

최근 연구는 페로브스카이트 산화물이 서로 접촉하면 광전지 효과가 나타날 수 있다는 것을 보였다. 광전지 효과는 상관 시스템(correlated system)이라고 알려진 비 상호작용 전자, 반도체 전자 그리고 상호작용 전자 사이의 경쟁에 의해 나타난다. 

하지만, 페로브스카이트 이종접합으로 태양전지를 만드는 것은 쉽지 않은데 계면의 전기장이 산화물 거동을 원하지 않은 쪽으로 변화시킬 수 있기 때문이다.  

그들은 태양전지에 적용하기 위해 상관(correlated)와 반도체 전자 사이의 최적 균형을 찾기 위해 이종접합 구조를 미묘하게 제어하기를 원했다. 

그들은 광감응성 상관(correlated) 물질로 La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)을 선택했고 레이저 펄스를 이용해서 반도체 페로브스카이트 물질인 Nb가 도핑된 SrTiO3(Nb:STO) 막 위에 증착했다.  

Nb:STO의 표면 방향을 바꾸어 결정 방향이 다른 두 비뚤어진 LSMO 결정을 성장시켰다.  

전기적 평가에서 두 LSMO-STO 접합 모두 반도체 특성을 나타내는 것으로 나타났다. 상관 전자를 평가하기 위해 자기장을 계면에 가했을 때 곧은 LSMO 상 보다 비뚤어진 LSMO 상에서 더 많은 광전류가 생성되었다. 

위 현상에 대해 Nakamura는 페로브스카이트 산화물에 조그마한 구조적과 화학적 변화가 중요한 계면 상 경쟁을 야기 할 수 있는 명백한 증거라고 설명한다.  

참고: http://phys.org/news/2014-10-strongly-interacting-electrons-oxide-interfaces.html