Study on defect passivation in perovskite solar cells using amine-based additives

Abstract

태양광 에너지를 활용한 발전 장치인 태양전지는 크게 세 개의 세대를 거치며 발전해 왔다. 1세대는 높은 전하 이동성을 가졌으나 높은 제조 비용의 결정질 실리콘 태양전지이며, 2세대에는 저비용·저효율의 쿠퍼 인듐 갈륨 셀레나이드 태양전지 등이 속한다. 현재는 3세대로 진입하여 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 등이 주목받고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 기반 공정을 통한 손쉬운 제조, 높은 광 흡수, 긴 전하 확산 길이 등의 장점으로 인해 주목받았다. 2009년에 3.8%의 효율이 보고된 이래로 2023년에는 26%에 근접한 효율을 선보일 정도로 빠른 성장을 이루었다. 그러나 페로브스카이트 태양전지는 다결정질의 특성으로 인해 결정립계에서 이온 이동, 높은 트랩 밀도 등의 결함이 발생하여 효율이 감소하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 한 가지 주요 방법은 첨가제를 도입하여 이온 이동 및 트랩과 같은 결함을 줄이고 전하 수집을 향상시키는 것이다. 본 연구에서는 페로브스카이트 결정의 결함을 제거하고 결정성을 향상하려는 방법으로 아민 기반 첨가제를 도입하는 연구를 수행하였다. 첨가제를 통해 결정 형성 과정을 조절하고, 이에 따른 변화를 광학적 및 전기적으로 분석하였다. 이를 통해 결정성이 크게 향상되었으며, 결함 밀도도 감소하였다.