정공 수송 물질의 전이 쌍극자 모멘트가 페로브스카이트 태양전지 성능에 미치는 영향 연구

Abstract

본 연구에서는 기존의 연구에서는 고려되지 않았던 페로브스카이트 태양전지의 유기 정공 수송층 (Hole Transport Layer, HTL) 의 광 여기 상태 (Photoexcited State) 의 물성을 연구하였다. p-i-n 평면 구조의 페로브스카이트 태양전지에서 입사광은 페로브스카이트 층에 도달하기 전에 HTL을 통과한다. 그러므로 HTL의 광 여기 상태는 태양 전지가 동작할 때 중요하게 작용을 하지만 지금까지 HTM를 설계할 때 이러한 특징이 고려되지 않았다. 본 연구에서는 HTL의 광 여기 상태에서의 특성, 특히 전이 쌍극자 모멘트 (Transition Dipole Moment)를 향상 시키는 것이 높은 효율을 갖는 p-i-n 페로브스카이트 태양전지를 개발하는 방법이 될 수 있음을 보였다. 광 여기 상태에서 높은 전이 쌍극자 모멘트를 극대화 시키는 동시에 여기 상태의 수명을 연장시키기 위해 여기 상태에서 양성자 전달 과정이 일어나도록 유기 HTM 분자를 설계하여 페로브스카이트 태양전지에 응용하였다. 새롭게 설계한 HTL의 이러한 특성이 태양 전지 작동 중에 전하 재조합을 줄이고 전하 추출 능력을 향상시켜 소자의 전력 변환 효율 (Power Conversion Efficiency) 이 높아지는 것을 확인 하였다. 또한 이 HTM은 태양광이 소자에 입사될 때 자외선을 차단 할 수 있으므로 페로브스카이트 태양전지 소자의 안정성을 향상시키는데 유용한 것을 확인할 수 있었다.