주기적인 나노구조를 적용한 페로브스카이트 태양전지 제작 및 구동 특성연구

Abstract

본 논문에서는 주기적인 나노구조 페로브스카이트(perovskite)를 이용한 유-무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지(Organic-inorganic hybrid perovskite solar cells)에 대해 연구하였다. 페로브스카이트 태양전지는 최근 간단한 제작공정과 높은 광흡수 계수 및 긴 전자와 전공의 수송 길이 등으로 인한 높은 효율로 광활성층(Active layer)으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 Al2O3, 혼합 할로겐 페로브스카이트(Mixed halide perovskite) 이중층 나노 복합체, 페로브스카이트 덮개층(Capping layer), Spiro-OMeTAD, Au로 구성된 태양전지를 제작하였으며, 페로브스카이트는 광활성층과 케리어 수송 물질로 사용되었다. 특히, 연구에서 사용된 혼합 할로겐 페로브스카이트는 기존의 페로브스카이트에 비해 안정성 높아 사용하였다. 나노임프린트 리소그래피 (Nanoimprint lithography)방법을 이용하여 페로브스카이트 태양전지 덮개층에 주기적인 나노구조를 도입하였다. 나노구조가 도입되지 않은 페로브스카이트 태양전지와 나노구조가 도입된 페로브스카이트 태양전지의 특성을 비교한 결과 단락 전류(Short circuit current) 및 에너지 변환 효율(Power conversion efficiency)의 상승을 확인하였다. 또한, 소자 내부의 반사도 감소를 확인하였고, 소자에 대한 전산모사(Numerical simualtion)를 진행하여 동일한 결과를 얻었다. 이러한 결과는 소자의 IPCE(Incident photon to electron conversion efficiency) 측정 결과와도 일치하였다. 즉, 적절한 주기를 가지는 페로브스카이트 덮개층은 태양전지의 빛을 국한시키고 광흡수를 증가시키며, 결과적으로 광전류와 에너지 변환 효율을 증가시킴을 확인하였다.