안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
페로브스카이트는 ABX3라는 기본 화학식을 갖는 독특한 결정 구조를 가지고 있습니다. 여기서 A는 유기 또는 무기 양이온, B는 납이나 주석 같은 중심 금속 이온, X는 할로젠 음이온을 의미합니다. 결정 구조를 보면 거대한 입방체의 각 꼭짓점에 A 이온이 위치하고, 그 중심에 B 이온이 자리하며, 각 면의 중심에 X 이온이 배치되어 중심 금속을 둘러싸는 팔면체 구조를 형성합니다.
이 구조에서 태양광 발전의 핵심은 중심 금속과 할로젠 이온이 결합하여 만드는 BX6 팔면체의 3차원 네트워크입니다. 무기 반도체적 관점에서 볼 때, 금속과 할로젠 원자 오비탈의 겹침은 전자가 존재할 수 있는 가전자대와 전도대를 형성하며, 그 사이의 에너지 차이인 밴드갭이 태양광 흡수에 매우 적절하게 형성됩니다.
빛 에너지를 흡수하면 가전자대의 전자가 전도대로 들뜨면서 전자와 정공 쌍인 엑시톤이 생성됩니다. 페로브스카이트는 유전율이 높아 전자와 정공 사이의 인력이 매우 약하기 때문에, 생성된 전하들이 결합 상태에 머물지 않고 즉시 자유롭게 분리되는 특징이 있습니다. 또한 규칙적인 무기 격자 구조 덕분에 전하의 이동 속도가 빠르고 재결합 없이 이동할 수 있는 거리가 길어서, 전극까지 효율적으로 도달하여 높은 광전 변환 효율을 나타내게 됩니다. 이러한 우수한 전하 분리와 수송 능력은 페로브스카이트가 차세대 소재로 주목받는 결정적인 이유입니다.