رسالة جامعية
Passivation of the Defects in Perovskite Photovoltaics and Analyses for Their Impact on the Performance and Stability ; 페로브스카이트 광전변환 소자 결함 제어 및 전자적 결함 특성과 소자 성능/안정성의 상관관계 연구
| العنوان: | Passivation of the Defects in Perovskite Photovoltaics and Analyses for Their Impact on the Performance and Stability ; 페로브스카이트 광전변환 소자 결함 제어 및 전자적 결함 특성과 소자 성능/안정성의 상관관계 연구 |
|---|---|
| المؤلفون: | 윤지완 |
| المساهمون: | 박병우, Alan Jiwan Yun, 공과대학 재료공학부 |
| بيانات النشر: | 서울대학교 대학원 |
| سنة النشر: | 2023 |
| المجموعة: | Seoul National University: S-Space |
| مصطلحات موضوعية: | Organometal Halide Perovskite, Perovskite Solar Cell, Thermal Stability, Photostability, Interfacial Modification, Defect Passivation, Trap Density of States, Depth-Profile Defect Analysis, 620.1 |
| الوصف: | 학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 재료공학부, 2023. 2. 박병우. ; 반도체 소재에서 일어나는 광발전 효과에 기반하여 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지는 근미래에 인류가 직면할 에너지 문제에 대한 해결책으로 제시되고 있다. 이는 기존의 화석/원자력 발전이 자원한정성, 폐기물/부산물에 의한 환경/안전 문제 등의 한계점을 가지는 반면 태양광 발전의 경우 친환경적이고 반영구적인 에너지원을 이용함으로써 지속 가능성 측면에서 효율적인 에너지 사용 방안이기 때문이다. 이와 같은 수요에 따라 고효율, 고안정성 태양전지 개발을 위한 연구가 가속화되고 있으며 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 광발전 소재 탐색에 대한 연구 역시 활발히 진행되고 있다. 비교적 낮은 생산비용으로 높은 광발전 효율을 기대할 수 있는 CiGS, CdTe 등의 소재가 실리콘의 대체재로 제시되는 가운데, 2012년 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 우수한 광학적, 전자적 특성이 주목 받으면서 페로브스카이트 태양전지가 유력한 차세대 태양전지 후보로 떠오르고 있다. 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3 결정 구조의 페로브스카이트 소재 중 유기 분자를 A 사이트 양이온으로 갖는 소재를 일컫는다. 무기 결정과 유기 소재가 결합된 독특한 화학적 구성 덕분에 기존의 소재들과 차별화되는 물리적 특성들이 발현되며, 높은 흡광계수, 긴 전하 확산거리, 높은 전자/정공 이동도와 낮은 엑시톤 결합에너지는 해당 물질이 우수한 광발전 소재로 작동할 것임을 확신케 하였다. 특히 Si, CIGS, CdTe 등의 소재와는 달리 용액공정을 통한 합성이 가능한 동시에 결함준위가 얕아 낮은 비용으로도 우수한 성능의 태양전지를 제작할 수 있다는 강점이 있다. 그러나 페로브스카이트 태양전지에 대한 수년간의 연구를 거쳐 현재는 단위 소자의 광발전 효율이 단결정 실리콘 태양전지에 버금가는 수준에 도달하였음에도 불구하고, 유무기 페로브스카이트가 물/전기장/빛/열 등의 외부인자에 대해 낮은 안정성을 보이면서 상용화에 어려움을 겪고 있다. 외부인자에 의한 열화기작을 이해하고 극복하기 위한 시도와 노력들이 지속되고 있는 가운데, 계층구조 페로브스카이트 태양전지의 계면이 열화기작에서 중요한 역할을 한다는 점이 보고되면서 계면 특성 개질 및 결함 제어의 여부가 차세대 태양전지 완성의 열쇠로 여겨진다. 본 학위논문에서는 소자의 전하전달층 및 페로브스카이트 개질을 통해 각 계면의 물리적 특성을 개선하고자 했던 연구 결과를 소개한다. 새로운 공정을 적용하여 제작된 박막과 단위소자의 다양한 특성들을 체계적으로 분석하였으며, 해당 특성들이 소자 성능과 안정성에 미치는 영향을 정량화하여 비교하였다. 특히, 임피던스와 정전용량 측정을 이용한 분석법을 도입하여 페로브스카이트 층에 존재하는 전자적 결함 특성을 집중적으로 분석하였다. 에너지 준위에 따른 결함 상태도 및 나노미터 단위의 결함 공간분포도를 계산함으로써 전자적 결함에 의한 물리적 현상들을 파악하고자 하였으며, 전 장에 걸쳐 결함특성과 소자 성능/안정성 사이의 상관관계를 논의하였다. 1 장에서는 태양전지의 작동원리와 하이브리드 페로브스카이트에 대한 소개를 시작으로 연구 및 논의의 바탕이 되는 배경을 설명하고자 하였다. 지난 10 년 간의 페로브스카이트 연구 동향과 성과들을 간략히 요약하였으며, 본 학위 연구의 방향이 어떻게 설정되었는지에 대해 소개하였다. 또한, 태양전지 소자의 결함특성을 측정하기 위해 사용한 분석법들을 소개하고, 결함특성에 대한 깊이 있는 이해가 왜 필요한지를 서술하고자 하였다. 2 장에서는 SnO2 기반의 새로운 전자전달층 제작 공정과, 이에 의한 계면 특성 및 소자 성능 향상을 확인하였다. 다양한 온도에서 합성된 SnO2 나노입자 기반의 박막에 대해, 박막과 상부층, 그리고 소자의 특성을 비교 분석하였으며, 이에 따른 소자의 광발전 계수 변화를 관찰하였다. 더 나아가, 임피던스 분석을 통해 SnO2/페로브스카이트 계면에 존재하는 깊은 전자 결함 분포를 분석하였으며, 이를 통해 깊은 전자결함 밀도와 개방 회로 전압 간의 상관 관계를 실험적으로 규명하였다. 낮은 결함 밀도로 인해 SnO2 기반의 ... |
| نوع الوثيقة: | doctoral or postdoctoral thesis |
| وصف الملف: | xvii, 203 |
| اللغة: | English |
| ردمك: | 978-0-00-000000-2 0-00-000000-0 |
| العلاقة: | 000000176066; https://hdl.handle.net/10371/193202Test; https://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000176066Test; I804:11032-000000176066; 000000000049▲000000000056▲000000176066▲ |
| الإتاحة: | https://hdl.handle.net/10371/193202Test https://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000176066Test |
| رقم الانضمام: | edsbas.BBA6F028 |
| قاعدة البيانات: | BASE |
| ردمك: | 9780000000002 0000000000 |
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