전도성 MOF 기반 페로브스카이트 태양전지
정공수송층이 없는 탄소 전극 페로브스카이트 태양전지(HTL-free C-PSC)는 제조가 간단하고 저렴하며 환경 친화적이라는 장점이 있지만, 계면 에너지 불일치와 심각한 비방사성 재결합으로 인해 효율 향상에 어려움을 겪어왔습니다. 본 연구는 페로브스카이트 층과 탄소 전극 사이의 계면을 개선하기 위해 전도성 금속-유기 골격체(MOF) 엔지니어링 전략을 제안합니다. 연구팀은 Cu3BTC2 나노 기공에 강력한 전자 수용체인 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ)을 도입하여 분자간 π–π 공액 네트워크를 형성했습니다. 이를 통해 전도성이 낮은 MOF를 결함 패시베이션 및 효율적인 전하 추출이 가능한 기능성 층으로 전환했습니다. 풍부한 –COOH 및 –C≡N 그룹은 미배위 Pb2+ 및 I−와 배위하여 표면 결함을 효과적으로 패시베이션하고 트랩 밀도를 감소시키며 비방사성 재결합을 억제합니다. 이러한 개질제는 페로브스카이트-탄소 계면에서의 에너지 준위 정렬을 개선하고 정공 추출 장벽을 낮춤으로써 전하 분리 및 수송을 크게 향상시켰습니다. 그 결과, 소자는 19.06%의 높은 전력 변환 효율을 달성했습니다. TCNQ@Cu3BTC2로 개질된 HTL-free C-PSC는 뛰어난 장기 안정성을 보여, 밀봉 없이 공기 중에서 1000시간 후 초기 효율의 90.2%를 유지했으며, 1200시간 연속 조명 후에도 91.6%를 유지했습니다. 본 연구는 HTL-free C-PSC의 효율과 안정성을 동시에 개선하는 효과적인 전략을 제시하며, 차세대 고성능 및 친환경 태양전지 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.