칼슘 티타늄 태양 전지를 향상시키는 PLQY(광학 발광 양자 생산율)의 핵심 논리는비방사성 복합을 억제하다.(결함 상태에서 캐리어를 포획할 확률을 줄인다) 동시에 캐리어의 복사 복합 효율을 최적화한다.PLQY의 영향 요소 (결함, 결정도, 인터페이스 품질, 환경 안정성 등) 를 기반으로 현재 연구에서 일련의 효과적인 전략이 개발되었습니다.

다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.

1. 결함 둔화: 비방사성 복합센터 감소

결함 (표면/체상 결함, 결정계 결함) 은 비방사성 복합을 초래하는 주요 원인이므로결함 둔화PLQY를 향상시키는 핵심 전략입니다.

1. 표면 둔화: 표면 결함을 표적으로 수리한다

칼슘 티타늄 박막 표면에 대량의 비배위 이온(예를 들어 Pb²)이 존재한다⁺) 및 서스펜션 키는 고활성 비방사성 복합 센터입니다.표면 둔화는 기능성 분자/이온을 도입하여 결함을 메우고 표면 상태의 밀도를 낮춘다.

·유기분자 둔화：
암모니아 함유(-NH₂), 히드록시(-OH) 또는 황기(-SH)의 유기분자(예: PEA)⁺、丁胺（BA⁺), 티오 요소, 구아니딘 염 등) 배위 키를 통해 표면이 포화되지 않은 Pb²와⁺결합, 결함 전하 중화.예를 들어,PEA⁺손질된 MAPbI₃표면은 PLQY를 10%에서 60% 이상으로 향상시킬 수 있습니다.

·무기이온 둔화：
무기염(예: CsI, RbCl, KBr, Pb(SCN)₂)의 양이온(Cs⁺그리고 RB⁺) 또는 음이온(I)⁻그리고 Cl⁻그리고 SCN⁻) 는 격자 빈자리 (예: A 비트 빈자리, X 비트 빈자리) 를 메워 결함 형성을 억제할 수 있다.예를 들어, CsI 둔화를 통해 FA 감소₀.₈₅MA₀.₁₅PbI는₃의 표면 결함, PLQY 30% 이상 향상.

·2차원 칼슘 티타늄광 둔화층：
3D 칼슘 티타늄 표면에서 2 D 칼슘 티타늄 광산 (예: (PEA) 성장₂PbI는₄、(BA)₂PbI는₄), 그 소수성 표면은 동시에 결함을 둔화시키고 수산소를 차단할 수 있다.2D층의 긴 체인 유기 양이온은 표면 결함을 커버 할 수 있으며 2D/3D 인터페이스의 에너지 수준 일치는 표면에서 캐리어의 비방사성 복합을 감소시켜 PLQY를 크게 향상시킬 수 있습니다 (일부 체계는 90% 이상).

2. 체상 둔화: 내부 결함 형성 억제

체상 결함 (예를 들어 빈자리, 간극 원자, 불순물상) 은 주로 칼슘 티타늄 결정 과정 중의 동력학적 불안정 또는 화학 계량비 불균형에서 비롯되며, 체상 둔화는 결정 과정을 조절하거나 혼합제를 도입하여 결함을 억제한다.

·전구체 혼합 둔화：
칼슘 티타늄 전구체에 소량의"결함 포획제"(예를 들면 요소류, 티오 요소류, 아미노산 파생물) 를 도입하고, 그 분자 중의 극성 기단 (예를 들면 C = O, C = S) 은 Pb² 와 함께 할 수 있다⁺또는 I⁻배위, 결정 과정 중 결함의 생성을 억제한다.예를 들어, 전구체에 0.5% 의 티오 요소를 첨가하면 CsPbI가₃의 체상 결함 밀도는 수량 레벨을 낮추고 PLQY는 20% 에서 70% 로 향상됩니다.

· 이온 혼합 조정 격자：
이질 이온 도입(예: A 비트 Cs 혼합)⁺그리고 RB⁺; X비트 혼합 Br⁻그리고 Cl⁻) 칼슘 티타늄 결정을 안정시키고 결정의 왜곡으로 인한 결함을 줄일 수 있다.예를 들어,FA₀.₈₅Cs는₀.₁₅PbI는₃(FA: 헤모글로빈, Cs: 세슘) 대비 순수 FAPbI₃, 웨이퍼가 더 안정적이고 체상 결함이 적으며 PLQY가 약 40% 향상되었습니다.

2. 결정 조절: 결정계 결함 감소

결정계는 결함밀집구역 (예를 들면 미배위이온, 결정격착위) 으로서 높은 결정도, 큰 결정립자의 칼시움티타늄광박막은 결정계의 밀도를 감소시켜 비복사복합을 낮출수 있다.

1.용제 공정 최적화 결정 동력학

전구체 용액의 용제 구성이나 휘발 속도를 조절하여 결정 입자의 완만한 성장을 촉진하여 큰 크기, 낮은 결함의 결정을 형성한다.

·혼합 용매 전략：DMF(N, N-디메틸메틸메틸아미드)나 DMSO(디메틸타미플루)에 고비점 용제(예를 들어 GBL(감마-부틸에스테르), CB(클로로벤젠)를 넣어 용제의 휘발을 늦추고 결정 시간을 연장해 결정 입자가 충분히 자라도록 한다.예를 들어,MAPbI₃전구체에 GBL을 추가하면 결정 입자 크기가 1μm에서 5μm 이상으로 늘어나 결정계 밀도가 낮아지고 PLQY가 25% 향상된다.

·반용제 보조결정: 칼슘 티타늄 광습막에 반용제 (예: 디에틸에테르, 클로로벤젠) 를 첨가하여 전구체의 용해도를 빠르게 낮추고 균일한 핵을 유도하여 작은 결정과 결정계를 감소시킨다.반용제 적출 시간 (예: 박막 반건조 시 적출) 을 최적화하면 결정의 질을 더욱 향상시킬 수 있으며, PLQY는 30~50% 향상시킬 수 있다.

2.퇴화 공정 최적화

퇴화 온도와 시간은 결정도에 직접적인 영향을 미친다: 저온 퇴화는 결정이 전면적이지 못하게 하기 쉽다 (비결정상이 많다), 고온 퇴화는 그룹 휘발을 유발할 수 있다 (예: MA⁺분해).

·단계적으로 퇴화하다.: 먼저 저온 (60~80℃) 으로 예처리하여 전구체를 천천히 핵으로 만든다.다시 고온 (100~150 ℃) 에서 퇴화하여 결정 입자의 생장과 결함 복구를 촉진한다.예를 들어,FAPbI₃"80 ℃ /5min + 150 ℃ /10min"을 사용하여 단계별로 퇴화하면 결정도가 현저하게 향상되어 PLQY가 15% 에서 55% 로 증가한다.

3. 인터페이스 공학: 인터페이스 비복사 복합 억제

칼슘 티타늄 광산과 전하 전송층 (HTL/ETL) 의 인터페이스는 캐리어가 복합된'고위험 구역'(에너지 수준 실배, 인터페이스 결함) 으로 인터페이스를 최적화하면 복합 손실을 줄일 수 있다.

1. 전송층 인터페이스 손질

전송 레이어 표면에 버퍼 레이어를 도입하여 에너지 수준 매칭을 개선하고 인터페이스 결함을 둔화시킵니다.

·ETL(전자 전송 계층) 손질: TiO 에서₂또는 SnO₂표면 코팅 슬림형 Al₂O는₃、ZnO 또는 TPBi와 같은 유기 분자는 인터페이스 결함 밀도를 낮추고 TiO를₂의 가이드는 칼슘 티타늄 광산의 가이드와 더 일치하며 인터페이스에서 전자의 축적을 줄입니다.예를 들어,Al₂O는₃손질된 TiO₂/ 칼슘 티타늄 인터페이스는 PLQY를 약 20% 향상시킬 수 있습니다.

·HTL(빈 공간 전송 레이어) 손질: Spiro-OMeTAD 또는 PTAA 표면에 CuI, NiO 가져오기ₓ또는 단일 분자층 (예: 페놀 유도체) 을 자체 조립하면 빈 구멍 추출 효율을 높이고 빈 구멍의 인터페이스 체류를 줄일 수 있다.예를 들어, CuI 코스메틱의 Spiro-OMeTAD/칼슘 티타늄 인터페이스는 PLQY를 30%에서 50%로 향상시킵니다.

2. 칼슘 티타늄/전송층 에너지 수준 매칭 최적화

칼슘 티타늄 에너지 레벨과 더 일치하는 전송 재료를 선택하여 캐리어 추출 장벽을 줄입니다.예를 들어, TiO에 비해₂(컨덕터 약 - 4.0 eV), SnO₂의 가이드 벨트 (약 - 4.4 eV) 는 MAPbI 에 더 가깝습니다.₃컨덕터 벨트 (약 - 4.0 eV), 전자 추출 효율, 인터페이스 복합 감소, PLQY 향상 (SnO₂기본 부품 PLQY는 일반적으로 TiO보다₂베이스 높이 10~20%).

4. 안정성 향상: 분해로 인한 PLQY 저하 억제

칼슘 티타늄의 분해 (물, 산소, 조명 유도) 는 새로운 결함 (예: PbI) 을 발생시킵니다₂、PbO 불순물상) 때문에 PLQY가 지속적으로 낮아지기 때문에 안정성을 높이는 것이 높은 PLQY를 유지하는 관건이다.

1. 조별 안정화

혼합 양이온/음이온 시스템 사용(예: MA₀.₁FA는₀.₆Cs는₀.₃Pb (I)는₀.₈Br는₀.₂)₃), 이온간의 상호작용을 통해 수정격의 기변과 성분휘발을 억제하여 재료의 분해방지능력을 제고한다.예를 들어, 혼합 양이온 칼슘 티타늄은 순수 MA 기반 칼슘 티타늄에 비해 공기 중에 100 시간 방치 한 후 PLQY 보존율이 30% 에서 70% 로 향상되었습니다.

2. 패키징 및 차단 레이어 설계

패키징(예: 유리/금속 패키징) 또는 Al과 같은 수산소 차단층 도입₂O는₃、PET/Al 복합막), 수산소 침입 감소.예를 들어,Al₂O는₃도금 패키지된 부품은 85% 습도에서 30일 동안 방치되며 PLQY는 초기 값의 80% 이상을 유지합니다(패키지되지 않은 부품은 10%만 유지).

5. 자극조건 최적화: 비복사복합증강을 피면한다

측정이나 응용에서 자극 조건을 합리적으로 조절하면 PLQY가"인위적으로 감소"되지 않도록 할 수 있습니다.

·자극 강도 조절: 높은 자극 강도 방지 (예: > 10¹⁸광자/cm²・s），캐리어 농도가 너무 높아 오헐 복합 (비방사성 복합의 일종) 을 유발하는 것을 방지한다;

·온도 제어: 높은 PLQY가 필요한 장면 (예: 발광 응용 프로그램) 에서 온도 (예: 77K) 를 적절히 낮추고 열 활성화의 결함 포획을 억제하며 방사선 복합 비중을 높일 수 있습니다.

요약

PLQY 향상을 위한 핵심 전략은 다음과 같습니다."결함 둔화 위주, 결정과 인터페이스 최적화 보조, 안정성 향상 보장 장기효과".표면/체상 둔화를 통해 비방사성 복합센터를 직접 감소시키고, 결정 조절과 결합하여 결정계의 결함을 낮추며, 인터페이스 공정은 캐리어 추출을 최적화하고, 다시 안정성 설계를 보조하여 분해를 억제함으로써 칼슘 티타늄 광산의 PLQY를 현저하게 향상시킬 수 있다 (현재 우수한 체계의 PLQY는 이미 100% 에 가깝다).이러한 전략은 PLQY를 향상시킬 뿐만 아니라광학 발광 양자 생산율또한 태양전지의 태양광 성능 (예: 회로 전압, EQE) 을 동시에 향상시킬 수 있다. 낮은 비복사 복합 손실은 고효율 부품의 공통된 특징이기 때문이다.