| 초록 |
최근 Organo metal halide perovskite 구조를 가지는 광흡수 층을 이용한 태양전지가 많은 발전과 연구가 이루어지고 있으며, 현재까지 최고 20.1%의 변환효율이 보고되고 있다. Perovskite 태양전지의 연구는 크게 두가지의 구조로 진행되고 있으며, 그 구조는 p-i-n 방식의 Planar 구조와 Meso_TiO2를 이용한 Bi-layer 구조이다. Planar 구조의 장점은 모든 공정이 스핀코팅 방법으로 제작 간단하며, 짧은 정공 확산 길이를 보완할 수 있어 charge balance가 더 좋아지는 반면에 J-V 측정시에 이력 현상이 발생하여 정확한 효율을 계산하기 어려운 단점이 있다. 반면, Bi-layer 구조에서는 이력 현상의 최소화가 보고 되었다. 이러한 stacked 이종 접합형 태양전지는 기존 무기물 기반 박막태양전지와 마찬가지로 정공 및 전자 수송 층 간의 계면에서 Conduction Band Offset (CBO), Valence Band Offset (VBO) 의 비 최적화로 인해 전자와 정공의 원활한 이동경로 확보, 반대로 전자와 정공의 재결합 발생으로 효율 감소의 원인이 될 수 있다. 따라서, 소자에서 각 수송층의 역할 및 Perovskite 혼합상 계면에서의 전자와 정공의 이동 메카니즘 이해가 중요해지고 있다. 본 연구에서는, n-type의 PCBM을 이용한 Planar 구조의 태양전지와 TiO2를 이용한 Bi-layer, 두 구조의 전자구조 확인 및 전자-정공 쌍의 이동경로를 확인하기 위하여 Depth Profile X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 를 이용하여 측정하였다. 특히, Meso_TiO2를 이용한 Bi-layer 구조는 Planar 구조 보다 낮은 이력 현상을 보였으며, 효율 또한 2~3% 정도 높았다. 또한, Meso_TiO2 층에 Perovskite 층의 Iodine이 발견되어 I-TiO2의 형태로 존재하는 것을 확인하였다. 결과적으로, 두가지 구조의 Perovskite 태양전지에서 실제 소자의 스택구조의 깊이에 따른 계면에서의 CBO, VBO을 도출하므로 전자-정공 이동 메카니즘을 규명하였다. 또한, TiO2를 사용하는 Bi-layer 구조와 Planar 구조 효율의 차이를 I-TiO2에 의한 연관 지어 설명한다. |
