1. 수행배경

Singlet fission은 빛과 같은 외부 자극에 의해 생성된 하나의 Singlet exciton(전자와 정공이 이루는 쌍)이 Triplet pair를 거쳐서 2개의 Triplet exciton으로 분열되는 현상이다. 이 현상은 Quantum yield, 즉 흡수한 빛 대비 방출되는 빛의 양이 100% 이상이기 때문에 Singlet fission이 태양전지와 같은 태양광 기기들의 에너지 전환 효율을 높이는데 기여할 것이라고 생각하고 있다.

Shockley-Queisser limit에 의하면 이론적으로 얻을 수 있는 최대 에너지 전환 효율은 33.7%이고 현재 대중적으로 많이 사용되는 실리콘 기반의 태양광 전지의 에너지 전환 효율은 약 20% 정도이다. 그에 비해 Singlet fission이 잘 일어나는 소재를 이용하면 34.6%까지 효율이 향상되었고 앞으로 그 이상의 발전이 이루어질 것으로 기대되고 있다.

2. 수행기간

2023.03.09 ~ 2023.06.08

3. 개발작품 설명

이를 위해 Singlet fission이 일어나는 메커니즘에 대한 심도 깊은 연구가 세계 곳곳에서 진행 중이다. 우리 팀은 Singlet fission에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 Parameters들(구조, 용매, 형태 이성질체, Methods, 진동모드 등)을 설정하고 이들에 따라 Single fission이 일어나는 정도가 어떻게 변하는지 탐구하고자 하였다. 이를 위해 양자화학 시뮬레이션 패키지인 Q-chem 5.2 package를 사용하여 이론적인 계산을 진행해보았다.

4. 활용방안

Singlet Fission에 대한 이해도를 높임으로써 태양 전지와 같은 산업 분야에서 이 현상을 실용적으로 활용할 수 있을 것을 기대하고 궁극적으로 에너지 효율 개선에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.