혼합 양이온 페로브스카이트 태양전지 제작 및 특성 분석

Abstract

페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 양이온과 음이온에 따라 달라지는 유-무기 할라이드 페로브스카이트 박막의 특징을 확인하였고 페로브스카이트 태양전지에 가장 적합한 양이온과 음이온의 비율을 찾았다. 태양전지의 효율을 향상할 수 있는 방법인 전자수송층 m-TiO2에 리튬 도핑을 한 효과를 확인하였다. 빛을 조사한 폴링에 의해 페로브스카이트 내부 쌍극자가 정렬되어 태양전지의 에너지 변환 효율이 증가하였다. Cl과 Cs가 첨가된 페로브스카이트 다결정 박막은 광흡수도가 좋고 안정적인 α 상을 형성하였다. 따라서 태양전지의 활성층으로 사용되는 페로브스카이트 박막에서는 Cl과 Cs가 첨가되어야 한다는 것을 확인하였다. 페로브스카이트 박막에 Br의 비율이 증가하면 밴드갭 에너지가 청색편이하여 단락전류가 감소하고 개방접압이 증가한다. Cs의 비율이 다른 소자를 비교하였을 때, Cs가 좋은 결정성을 가지는 α 상을 형성하는데 기여하고 밴드갭 에너지를 높이는 것을 확인하였다. 전자수송층에 리튬 도핑을 하면 비복사 재결합을 발생하는 결함을 방지한다. m-TiO2에 리튬 도핑을 한 태양전지 소자에서 에너지 변환 효율이 향상하였다. 빛을 조사하는 폴링은 빛에 의해 생긴 캐리어가 내부 전위를 높였기 때문에 소자의 성능이 향상하였다. 최종적으로, (FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05 + MACl + CsI 10%의 페로브스카이트 박막으로 태양전지를 제작하였을 때 14.96±0.48%로 가장 높은 에너지 변환 효율을 보였다.