용액-성장 CH3NH3PbI3 단결정의 전자 홀 확산 거리가 173 um이 넘다

NH3NH3PbI3(MAPbI3)은 태양전지, 레이저, LED, 그리고 광 센서 등에 응용되고 있다. 이런 것이 가능한 것은 MAPbI3의 gammavoltaic 효과에 의한 것이다. 

MAPbI3 단결정 막은 grain boundary가 MAPbI3 다결정(MPC) 막보다 더 커서 전하 트랩 밀도가 적어 캐리어 확산 거리가 더 길다. 

연구자들은 MPC 막의 캐리어 확산 거리를 증가시키기 위해 용액 어닐링을 해서 grain boundary가 커지는 효과로 인해 캐리어 확산 거리를 1 um으로 증가시켰다. 

또한, 그들은 저온 용액 공정을 통해 3 mm 크기의 MAPbI3 단결정(MSC)을 만들어 기본적인 전기적 특성을 분석했다. 1 sun 하에서 전자와 홀의 확산 거리가 173 um가 넘었고 약한 빛에서 3 mm 두께의 MAPbI3 단결정 페로브스카이트 태양전지의 내부 양자 효율이 100%에 도달한다는 것을 알았다. 

과포화된 MAPbI3 용액으로 부터 크기가 큰 MSC는 온도 구배가 있는 top-seeded solution growth(TSSG) 방법에 이용됐다. 

그릇 하단의 크기가 작은 MSC는 과포화 용액을 위한 MA+, Pb2+, I- 이온 농도를 유지하고 있다; 용액의 반인 더 차가운 그릇 상단 쪽의 용액이 과포화된다. 더 큰 MSC는 더 작은 MSC의 소모에 위해 자라는 것이다. 

용액의 상단과 하단의 작은 온도 차는 더 큰 MSC로 물질을 수송하기 위한 충분한 대류를 유도한다. 성장한 MAPbI3의 평균 크기는 3 mm이고 최대 크기는 ~10 mm이다.  

참고: Electron-hole diffusion lengths > 175 um in solution-grown CH3NH3PbI3 single crystals, Qingfeng Dong, et al, Science, 27 February 2015, Vol 347 issue 6225. pp 967