최근 떠오르는 페로브스카이트(perovskite) 납 (Pb) 기반의 페로브스카이트 태양 전지의 여전히 문제로 남아있는 유독한 납의 함유, 장기 불안정성을 해결하기 위해 보다 우수한 페로브스카이트 조성을 찾기 위한 필수적인 접근법이다. 본 연구에서, 주석 (Sn)이 풍부한 (Sn:Pb = 6:4) 페로브스카이트에서의 효과를 밝히기 위해 주석-납 이중금속구조의 페로브스카이트 (MASn0.6Pb0.4I3) 페로브스카이트에 ...
최근 떠오르는 페로브스카이트(perovskite) 납 (Pb) 기반의 페로브스카이트 태양 전지의 여전히 문제로 남아있는 유독한 납의 함유, 장기 불안정성을 해결하기 위해 보다 우수한 페로브스카이트 조성을 찾기 위한 필수적인 접근법이다. 본 연구에서, 주석 (Sn)이 풍부한 (Sn:Pb = 6:4) 페로브스카이트에서의 효과를 밝히기 위해 주석-납 이중금속구조의 페로브스카이트 (MASn0.6Pb0.4I3) 페로브스카이트에 브롬 (Br)을 점진적으로 첨가한 MASn0.6Pb0.4I3−xBrx 페로브스카이트를 제안하고 분석했다. 브롬의 다양한 첨가량에 따라 결정학적, 형태학적, 광학적 및 광전지적 특성화를 진행하였다. 주석이 풍부한 페로브스카이트 격자에 브롬을 포함시킴으로써 페로브스카이트 박막의 주목할 만한 결정성의 향상과 조밀한 표면을 발견하였다. Light-intensity dependent open circuit voltage (Voc) 측정으로 적절한 양의 브롬이 첨가된 (x = 0.4) 소자의 트랩 준위에 의한 재결합 (trap-assisted recombination)을 많이 억제됨을 보였다. 이러한 결과들은 전례없는 12.1%의 전력 변환 효율 (power conversion efficiency)과 0.78V의 개방 전압 (Voc ; open circuit voltage)을 달성하는 데에 기여했으며 또한, 광전류 출력 안정성 (photocurrent-output stability)과 히스테리시스 (hysteresis)가 크게 향상되었다. 최적화된 브롬 조성을 이용하여, 다양한 주석 함유량에 따른 페로브스카이트 광흡수층에 대해 연구하기 위해 MAPb1-xSnxI2.6Br0.4와 같은 조성의 페로브스카이트를 제안하고 분석하였다. 적절한 비율의 주석 (x = 0.4-0.6)을 사용하여 더 적은 비율의 주석보다 향상된 결정성과 함께 조밀한 박막 표면을 얻었다. 주석이 과다 첨가된 페로브스카이트 (x = 0.8) 에서는, 향상된 결정성에도 불구하고 균일성이 불량한 박막이 형성되었다. 분석된 페로브스카이트를 태양 전지에 적용하여 광전지 특성을 조사했다. 그 결과로, 최적화한 조성의 페로브스카이트 (x = 0.6)는 놀라운 광전류 출력 안정성을 갖는 13.40%의 인상적인 전력 변환 효율을 나타내었으며, 이는 페로브스카이트 물질에 관한 트랩 준위에 의한 재결합의 억제와 관련된다. 이러한 결과들은 친환경적인 페로브스카이트 태양 전지의 개발과 이렇게 개발된 낮은 밴드갭 (1.24-1.26eV) 페로브스카이트를 이용하는 안정적인 단일 구조의 이중 접합 페로브스카이트 태양전지 (monolithic tandem cells) 개발을 위한 길을 열것이다.
최근 떠오르는 페로브스카이트(perovskite) 납 (Pb) 기반의 페로브스카이트 태양 전지의 여전히 문제로 남아있는 유독한 납의 함유, 장기 불안정성을 해결하기 위해 보다 우수한 페로브스카이트 조성을 찾기 위한 필수적인 접근법이다. 본 연구에서, 주석 (Sn)이 풍부한 (Sn:Pb = 6:4) 페로브스카이트에서의 효과를 밝히기 위해 주석-납 이중금속구조의 페로브스카이트 (MASn0.6Pb0.4I3) 페로브스카이트에 브롬 (Br)을 점진적으로 첨가한 MASn0.6Pb0.4I3−xBrx 페로브스카이트를 제안하고 분석했다. 브롬의 다양한 첨가량에 따라 결정학적, 형태학적, 광학적 및 광전지적 특성화를 진행하였다. 주석이 풍부한 페로브스카이트 격자에 브롬을 포함시킴으로써 페로브스카이트 박막의 주목할 만한 결정성의 향상과 조밀한 표면을 발견하였다. Light-intensity dependent open circuit voltage (Voc) 측정으로 적절한 양의 브롬이 첨가된 (x = 0.4) 소자의 트랩 준위에 의한 재결합 (trap-assisted recombination)을 많이 억제됨을 보였다. 이러한 결과들은 전례없는 12.1%의 전력 변환 효율 (power conversion efficiency)과 0.78V의 개방 전압 (Voc ; open circuit voltage)을 달성하는 데에 기여했으며 또한, 광전류 출력 안정성 (photocurrent-output stability)과 히스테리시스 (hysteresis)가 크게 향상되었다. 최적화된 브롬 조성을 이용하여, 다양한 주석 함유량에 따른 페로브스카이트 광흡수층에 대해 연구하기 위해 MAPb1-xSnxI2.6Br0.4와 같은 조성의 페로브스카이트를 제안하고 분석하였다. 적절한 비율의 주석 (x = 0.4-0.6)을 사용하여 더 적은 비율의 주석보다 향상된 결정성과 함께 조밀한 박막 표면을 얻었다. 주석이 과다 첨가된 페로브스카이트 (x = 0.8) 에서는, 향상된 결정성에도 불구하고 균일성이 불량한 박막이 형성되었다. 분석된 페로브스카이트를 태양 전지에 적용하여 광전지 특성을 조사했다. 그 결과로, 최적화한 조성의 페로브스카이트 (x = 0.6)는 놀라운 광전류 출력 안정성을 갖는 13.40%의 인상적인 전력 변환 효율을 나타내었으며, 이는 페로브스카이트 물질에 관한 트랩 준위에 의한 재결합의 억제와 관련된다. 이러한 결과들은 친환경적인 페로브스카이트 태양 전지의 개발과 이렇게 개발된 낮은 밴드갭 (1.24-1.26eV) 페로브스카이트를 이용하는 안정적인 단일 구조의 이중 접합 페로브스카이트 태양전지 (monolithic tandem cells) 개발을 위한 길을 열것이다.
Compositional engineering of recently arising perovskites is essential to finding better perovskite compositions. Such compositions are need to address continuing problems with Pb toxicity and the long-term instability of lead (Pb) based perovskite solar cells. In this study MASn0.6Pb0.4I3−xBrx was ...
Compositional engineering of recently arising perovskites is essential to finding better perovskite compositions. Such compositions are need to address continuing problems with Pb toxicity and the long-term instability of lead (Pb) based perovskite solar cells. In this study MASn0.6Pb0.4I3−xBrx was considered and analyzed to examine what effect introducing an increasing quantity of bromine (Br) into Pb−Sn binary perovskite (MASn0.6Pb0.4I3) would have on Sn-rich (Sn:Pb = 6:4) perovskites. Crystallographic, morphological, optical, and photovoltaic characterizations were performed, according to the various amount of Br introduced. Noteworthy improvements in crystallinity and compact coverage of the perovskite films were achieved by including Br into the Sn-rich perovskite lattice. Furthermore, the light-intensity dependent open circuit voltage (Voc) measurement displayed a much suppressed trap-assisted recombination for a proper Br-added (x = 0.4) device. These factors contributed to the attainment of an unprecedented power conversion efficiency of 12.10% and a Voc of 0.78 V. In addition, there was an impressive enhancement of photocurrent-output stability, while little hysteresis was found. By using the optimized Br composition, perovskite with the same composition as MAPb1-xSnxI2.6Br0.4 was proposed and analyzed for use in perovskite optical absorption layers with various Sn contents. With a suitable Sn ratio (x = 0.4–0.6) a dense coverage of films with improved crystallinity characteristics was obtained (when compared with lower Sn ratio (x = 0.2)). In contrast to its enhanced crystallinity, poor film-uniformity was revealed with an excessive Sn ratio (x = 0.8). Photovoltaic characterization was carried out by applying the analyzed perovskite to solar cells. The result of this optimum composition (x = 0.6) was that an impressive power conversion efficiency (PCE) of 13.40% with surprising photocurrent output stability was achieved. The photocurrent output stability is related to retardation of trap-assisted recombination with regards to perovskite materials. These results pave the way for the development of eco-friendly (Pb reduced) PVSCs and stable monolithic tandem cells using the developed low band gap (1.24-1.26 eV).
Compositional engineering of recently arising perovskites is essential to finding better perovskite compositions. Such compositions are need to address continuing problems with Pb toxicity and the long-term instability of lead (Pb) based perovskite solar cells. In this study MASn0.6Pb0.4I3−xBrx was considered and analyzed to examine what effect introducing an increasing quantity of bromine (Br) into Pb−Sn binary perovskite (MASn0.6Pb0.4I3) would have on Sn-rich (Sn:Pb = 6:4) perovskites. Crystallographic, morphological, optical, and photovoltaic characterizations were performed, according to the various amount of Br introduced. Noteworthy improvements in crystallinity and compact coverage of the perovskite films were achieved by including Br into the Sn-rich perovskite lattice. Furthermore, the light-intensity dependent open circuit voltage (Voc) measurement displayed a much suppressed trap-assisted recombination for a proper Br-added (x = 0.4) device. These factors contributed to the attainment of an unprecedented power conversion efficiency of 12.10% and a Voc of 0.78 V. In addition, there was an impressive enhancement of photocurrent-output stability, while little hysteresis was found. By using the optimized Br composition, perovskite with the same composition as MAPb1-xSnxI2.6Br0.4 was proposed and analyzed for use in perovskite optical absorption layers with various Sn contents. With a suitable Sn ratio (x = 0.4–0.6) a dense coverage of films with improved crystallinity characteristics was obtained (when compared with lower Sn ratio (x = 0.2)). In contrast to its enhanced crystallinity, poor film-uniformity was revealed with an excessive Sn ratio (x = 0.8). Photovoltaic characterization was carried out by applying the analyzed perovskite to solar cells. The result of this optimum composition (x = 0.6) was that an impressive power conversion efficiency (PCE) of 13.40% with surprising photocurrent output stability was achieved. The photocurrent output stability is related to retardation of trap-assisted recombination with regards to perovskite materials. These results pave the way for the development of eco-friendly (Pb reduced) PVSCs and stable monolithic tandem cells using the developed low band gap (1.24-1.26 eV).
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