Lead Halide 페로브스카이트 박막의 나노스케일 광전특성 연구

Abstract

페로브스카이트 태양전지(PSCs; Perovskite solar cells)는 단기간의 연구기간에 불구하고 높은 light-harvesting efficiency와 간편하고 낮은 제조방식으로 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 기존의 실리콘 기반의 태양전지에 비해 에너지 변환 효율이 낮고, UV와 수분 환경에 약한 특성을 가지고 있어 환경적인 요인을 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 페로브스카이트 태양전지에서 페로브스카이트 박막 층의 상태에 따라 태양전지의 효율이 크게 좌우되며, 페로브스카이트 광전소자에서 빛에 의해 여기된 전하가 전극으로 수집되는 효율은 소자의 효율을 최적화시키기 위한 핵심요소 중 하나이며, crystal 형태의 페로브스카이트를 광활성화층으로 사용하기 때문에 전극과 박막간의 접촉저항으로 인해 손실되는 부분을 확인할 수 있어 공정 개선에 있어서도 중요한 요소로 작용할 수 있다. 본 연구에서는 테라헤르츠 시분해 분광법을 이용하여 페로브스카이트 박막을 제작하고 서로 다른 구조의 페로브스카이트의 광학적 흡수 특성과 열 효과에 따른 결정 성장을 확인했으며 광전류 영상측정법을 이용하여 페로브스카이트 광전소자의 광전특성을 측정하여 전하확산거리를 연구하였다. 테라헤르츠 시분해 분광법을 통해 페로브스카이트 박막을 측정한 결과 특정 주파수에서 강한 흡수를 보였으며, Triiodide halide perovskite와 Mixed halide perovskite의 각 결정에서의 구조적인 특징을 도출해 낼 수 있었다. 또한 열 효과에 따른 결정 성장을 확인했으며, X-선 회절분석법을 통한 연관성을 재확인하였다. 광전류 영상측정법을 이용하여 페로브스카이트 광전소자의 국소적 광전특성을 측정하여 전하확산거리를 연구하였으며, 광전류 line profile을 이용해 소자의 밴드특성을 도출해내고, 데이터를 fitting하여 전하확산거리를 얻었다. 전기장에 의한 drift 효과를 확인하기 위해 전극 양단에 전압에 인가하여 decay length의 전압의존성을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과들은 페로브스카이트 박막의 결정화 되는 정도 및 조건, 그리고 전하확산거리가 에너지 변환 효율 증대에 중요한 요소라는 것을 보여준다. 본 연구에서는 보다 미시적, 직접적인 관점에서 페로브스카이트 박막과 광전소자 내의 전하수송을 연구했으며, 광학적 흡수 특성과 전하확산거리를 정확히 측정하고 증대시킴으로써 보다 고효율의 광전소자를 설계하는데 큰 기여를 할 것으로 예상한다.