Hot electron based solar cells that collect highly energetic hot electrons as a photocurrent has been widely studied, because they can exceed the maximum efficiency of standard solar cells. However, the relaxation of hot electrons occurs so fast that it is hard to collect them efficiently, which is major challenge for practical use. For this reason, hybrid lead halide perovskite ($MAPbI_3$) has been emerged as a strong candidate for light absorbers in hot electron solar cells because it shows much longer lifetime and diffusion length of hot electrons than other semiconductors. However, there is no attempt to utilize such outstanding hot electron properties for photovoltaics. Therefore, we investigated $MAPbI_3$ modified plasmonic nanodiode to improve hot electron generation for effective hot electron capture. With photocurrent and incident photon to current conversion efficiency measurement, we confirmed enhanced photo-conversion efficiency. Also, based on pump-probe experiment, we showed elongated lifetime of hot electrons in perovskite with plasmonic structure. Therefore, we conclude that plasmonic effect can affect positively on both hot electron generation and lifetime. These findings could suggest novel method to amplify hot electron generation that can contribute to design efficient hot carrier solar cell.
핫전자 기반 태양전지는 고 에너지의 핫전자를 광전류로서 포집 하는 소자로, 기존 태양전지의 최대효율을 뛰어넘는다는 점에서 널리 연구되어오고 있다. 하지만 핫전자의 소멸이 매우 빠르게 일어난다는 치명적인 문제로 인해 아직까지 실용적인 효율에 이르지 못하고 있다. 한편, 최근 유무기 혼합 페로브스카이트에서 긴 핫전자 확산거리와 수명을 갖고 있다는 연구가 보고되면서 본 물질은 핫전자 태양전지의 빛 흡수 층으로서 크게 촉망 받고 있다. 이에 대해, 우리는 혼합 페로브스카이드의 일종인 $MAPbI_3$를 플라즈모닉 다이오드에 결합함으로써 핫전자 생성이 증폭 되는 현상에 대해 연구하고자 한다. 본 연구에서는, 핫전자 생성에 대한 플라즈모닉 효과의 영향을 보기 위해 플라즈모닉 효과가 일어나지 않는 금 박막과 페로브스카이트가 결합된 나노 다이오드에서 비교실험이 진행되었고, 실험 결과, 입사 광자 대비 전류 전환 효율과 광전류 측정 분석을 통해 플라즈모닉 다이오드에서 훨씬 높은 광반응이 나타남을 보였다. 또한, 시간분해 분광 측정을 통해 핫전자의 수명 또한 길어짐을 확인하였다. 따라서 우리는 플라즈몬 공명 효과가 핫전자 생성과 수명에 긍정적으로 기여할 수 있음을 확인하였고, 이는 효율적인 핫전자 태양전지를 디자인 하는데 새로운 방법을 제시할 것으로 기대한다.
