하향변환 층을 적용한 페로브스카이트 태양전지의 특성 연구 = Characteristics of Perovskite Solar Cells with Down-Conversion Layers
저자
발행사항
성남 : 가천대학교 일반대학원, 2020
학위논문사항
학위논문(석사)-- 가천대학교 일반대학원 : 나노과학기술융합학과 전기공학전공 2020. 2
발행연도
2020
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
경기도
형태사항
66 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 최형욱
UCI식별코드
I804:41005-200000283112
소장기관
페로브스카이트 태양전지는 연구기간에 비하여 이례적으로 높은 광전효율을 달성한 태양전지로서 차세대 태양전지 중 유력한 후보로 손꼽힌다. 페로브스카이트 태양전지는 공정상 제약이 적어 연간 수많은 연구결과가 쏟아지며 매우 다양하게 연구되고 있는 분야이다. 현재 연구되고 있는 ABX3구조의 유-무기 할라이드 태양전지는 1.5eV 이상의 밴드갭을 가진 납 기반 물질로서 양이온 물질로 1가 양이온(A-site)에는 메틸암모늄, 포름아미디늄, 세슘, 루비듐, 2가 양이온 (B-site)에는 납, 음이온(X-site)으로는 할로겐 물질로서 아이오딘, 브롬, 염소를 적용하여 연구되고 있다.
본 연구에서는 CH3NH3I과 PbI2을 반응하여 페로브스카이트를 제조하였으며 다양한 방법으로 페로브스카이트 태양전지의 특성변화를 관찰하였다. 첫 번째 연구에서는 위 두 물질을 혼합 후 소성하는 과정에서 시간과 온도차이를 통하여 CH3NH3PbI3의 결정립을 관찰하고 전기적 특성을 측정하였을 때에 소성 온도가 150oC에서 10 분, 120oC에서 40분인 경우, 평균 효율은 14.3 %, 최대 효율은 14.58 %였다. 두 번째 실험으로 다공성 TiO2층에 UV/Ozone처리 후 페로브스카이트 층을 형성하였을 때에 0.5%의 효율 향상이 있음을 확인하였다. 세 번째 실험에서는 큰 밴드갭을 가진 산화갈륨아연 입자를 전자수송층에 섞어 이산화티탄과 산화갈륨아연 입자의 상호작용에 의한 밴드갭 변화에 따라 개방전압이 0.1ev 상승하여 15.06%의 효율을 가진 태양전지를 수득하였다. 마지막 실험으로는 입사면에 산화갈륨아연을 하향변환층으로서 적용하여 자외선 조사에 따른 전류의 생성을 확인하였다.
본 연구는 하향변환층에 의해 페로브스카이트의 태양전지로서의 기능이 저하되지 않음을 확인하고 자외선 센서로서의 기능을 할 수 있음을 나타낸다.
Perovskite solar cells are one of the most promising candidates for the next generation of solar cells. Perovskite solar cells have been studied in a variety of ways a lot due to few process constrains. The ABX3 structured organic-inorganic halide perovskite solar cell currently under study is a lead-based material with a bandgap of 1.5 eV or more (For monovalent cation substance, and methyl ammonium, formamidinium, cesium, rubidium, for divalent cation (B-site), lead and for anion (X-site) iodine, bromine and chlorine as halogens)
In this study, perovskite was prepared by reacting methyl ammonium iodide (CH3NH3I) and lead iodide (PbI2), and the characteristics of the perovskite solar cell were observed by various methods. In the first study, the grains of CH3NH3PbI3 were observed through the time and temperature difference during the mixing and annealing of the two materials, When the annealing 10 minutes at 150 oC and 40 minutes at 120 oC, the average efficiency was 14.3% and the maximum efficiency was 14.58%. In the second experiment, when the perovskite layer was formed after UV / Ozone treatment on the porous TiO2 layer, it was confirmed that there was an efficiency improvement of 0.5%. In the third experiment, gallium zinc oxide particles having a large band gap were mixed in the electron transport layer, and the open voltage increased by 0.1 ev, resulting in an increase in the band gap caused by the interaction of titanium dioxide and gallium zinc oxide particles. In the last experiment, gallium zinc oxide was applied to the incident surface as a down-conversion layer to confirm the generation of electric current by ultraviolet irradiation.
This study confirms that the perovskite function as a solar cell is not degraded by the downconversion layer and shows that it can function as an ultraviolet sensor.
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