신재생에너지로 유명한 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cells; PSC)에 효율향상과 경제성 확보를 위해 다공성 ZrO2를 전자전달층 채용과 카본 전극층 채용에 따른 물성변화를 확인하였다. ZrO2 전자전달층 연구는 ZrO2를 전자전달층과 기존 TiO2 채용 소자와의 비교와, ZrO2를 채용한 소자에서 ...
신재생에너지로 유명한 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cells; PSC)에 효율향상과 경제성 확보를 위해 다공성 ZrO2를 전자전달층 채용과 카본 전극층 채용에 따른 물성변화를 확인하였다. ZrO2 전자전달층 연구는 ZrO2를 전자전달층과 기존 TiO2 채용 소자와의 비교와, ZrO2를 채용한 소자에서 urea 첨가에 따른 효율 향상 효과를 확인하였다. 카본 전극 채용은 기존의 정공전달층으로 이용되던 spiro와 귀금속 전극을 다공성 카본 전극으로 대체하고, 페로브스카이트 형성의 열처리를 hot-plate, oven, RTA(rapid thermal annealing; RTA)로 나누어 양산성과 경제성 관점에서 확인하였다. 두 경우 각각 glass/FTO/compact-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/spiro/Au electrode 구조와 glass/FTO/compact-TiO2/meso-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/carbon 구조로 준비하였다. 특히 카본 전극 소자는 proveskite/HTL/Au electrode 층을 perovskite/carbon이 되는 시료를 준비하였고 이때 perovskite 열처리 과정을 hot-plate, oven, RTA로 처리하여 준비하였다. 준비된 시료들의 미세구조와 성분 분석은 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM)와 electron probe micro analyzer(EPMA)를 이용하였고, 표면 조도 및 투과도는 AFM, 3D profiler, UV-VIS-NIR을 이용하여 분석하였다. 광전기적 특성을 확인하기 위해 solar simulator와 potentiostat을 이용하였다. ZrO2 전자전달층과 기존의 TiO2를 비교한 연구는, ZrO2, TiO2 각 층의 두께가 증가함에 따라 페로브스카이트 층의 두께가 증가하다가 감소하였다. 이때 각 두께의 골 간격이 페로브스카이트 그레인 크기에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 최적 두께에서 ZrO2, TiO2 각각의 최고 광전효율 은 12.80, 12.00%로 ZrO2가 우수한 특징을 보였다. 따라서 ZrO2층이 새로운 전자전달층이 될 수 있음을 확인하였다. ZrO2 전자전달층이 채용된 페로브스카이트 태양전지의 효율 향상을 위해 urea가 첨가된 페로브스카이트를 채용하여, 최고 효율 15.43%를 확인하였다. 이러한 효율 향상은 urea가 첨가됨에 따라 페로브스카이트 그레인이 257 nm에서 384 nm로 증가하여 나타난 결과였다. 전자전달층의 두께가 증가함에 따른 효율 감소는 공통적으로 전자전달층 두께가 증가함에 따른 투과도의 감소로 인하여 페로브스카이트에 도달하는 빛 에너지가 감소하여 나타난 현상이었다. 따라서 ZrO2 층이 새로운 전자전달층으로 채용가능성과 urea를 통한 페로브스카이트 그레인 증가효과가 적용되어, TiO2를 대체할 수 있는 재료임을 확인하였다. 다공성 카본 전극 연구의 경우, 열처리 방법에 따른 광전기적 특성을 확인한 결과 공정시간과 양산성을 고려하면 RTA 방안이 유리할 수 있었다. 미세구조 분석 결과, 표면 미세구조의 경우, hot-plate 처리에서 페로브스카이트 과잉상이 형성된 것을 확인할 수 있었으며, RTA와 oven 처리에서는 비교적 균일한 표면을 확인할 수 있었다. 열처리에 따른 카본 전극 소자의 단면 미세구조의 경우, hot-plate 처리로 제작한 시편은 상부에 과잉상을 확인할 수 있었고, 카본 전극 층에 미세한 크랙을 확인할 수 있었다. oven 처리로 제작된 시편은 hot-plate에 비해 비교적 균일한 단면 구조를 확인 할 수 있었으며, 상부에 미세한 페로브스카이트 층을 확인할 수 있었다. RTA 처리로 제자된 시편은 전반적으로 페로브스카이트가 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 광전기적 특성결과, hot-plate으로 제작한 소자는 2.66%, oven 3.87%, RTA 4.10%의 효율을 확인하였다. 따라서 대면적 소자의 공정시간을 고려한 새로운 열처리 방안으로 RTA 공정의 채용 가능성을 확인하였다. ZrO2 전자전달층과 urea의 첨가로 페로브스카이트 태양전지의 효율증가가 가능하였고, 카본전극의 채용과 적절한 열처리 방법의 채용으로 경제성 확보가 가능하였다.
신재생에너지로 유명한 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cells; PSC)에 효율향상과 경제성 확보를 위해 다공성 ZrO2를 전자전달층 채용과 카본 전극층 채용에 따른 물성변화를 확인하였다. ZrO2 전자전달층 연구는 ZrO2를 전자전달층과 기존 TiO2 채용 소자와의 비교와, ZrO2를 채용한 소자에서 urea 첨가에 따른 효율 향상 효과를 확인하였다. 카본 전극 채용은 기존의 정공전달층으로 이용되던 spiro와 귀금속 전극을 다공성 카본 전극으로 대체하고, 페로브스카이트 형성의 열처리를 hot-plate, oven, RTA(rapid thermal annealing; RTA)로 나누어 양산성과 경제성 관점에서 확인하였다. 두 경우 각각 glass/FTO/compact-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/spiro/Au electrode 구조와 glass/FTO/compact-TiO2/meso-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/carbon 구조로 준비하였다. 특히 카본 전극 소자는 proveskite/HTL/Au electrode 층을 perovskite/carbon이 되는 시료를 준비하였고 이때 perovskite 열처리 과정을 hot-plate, oven, RTA로 처리하여 준비하였다. 준비된 시료들의 미세구조와 성분 분석은 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM)와 electron probe micro analyzer(EPMA)를 이용하였고, 표면 조도 및 투과도는 AFM, 3D profiler, UV-VIS-NIR을 이용하여 분석하였다. 광전기적 특성을 확인하기 위해 solar simulator와 potentiostat을 이용하였다. ZrO2 전자전달층과 기존의 TiO2를 비교한 연구는, ZrO2, TiO2 각 층의 두께가 증가함에 따라 페로브스카이트 층의 두께가 증가하다가 감소하였다. 이때 각 두께의 골 간격이 페로브스카이트 그레인 크기에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 최적 두께에서 ZrO2, TiO2 각각의 최고 광전효율 은 12.80, 12.00%로 ZrO2가 우수한 특징을 보였다. 따라서 ZrO2층이 새로운 전자전달층이 될 수 있음을 확인하였다. ZrO2 전자전달층이 채용된 페로브스카이트 태양전지의 효율 향상을 위해 urea가 첨가된 페로브스카이트를 채용하여, 최고 효율 15.43%를 확인하였다. 이러한 효율 향상은 urea가 첨가됨에 따라 페로브스카이트 그레인이 257 nm에서 384 nm로 증가하여 나타난 결과였다. 전자전달층의 두께가 증가함에 따른 효율 감소는 공통적으로 전자전달층 두께가 증가함에 따른 투과도의 감소로 인하여 페로브스카이트에 도달하는 빛 에너지가 감소하여 나타난 현상이었다. 따라서 ZrO2 층이 새로운 전자전달층으로 채용가능성과 urea를 통한 페로브스카이트 그레인 증가효과가 적용되어, TiO2를 대체할 수 있는 재료임을 확인하였다. 다공성 카본 전극 연구의 경우, 열처리 방법에 따른 광전기적 특성을 확인한 결과 공정시간과 양산성을 고려하면 RTA 방안이 유리할 수 있었다. 미세구조 분석 결과, 표면 미세구조의 경우, hot-plate 처리에서 페로브스카이트 과잉상이 형성된 것을 확인할 수 있었으며, RTA와 oven 처리에서는 비교적 균일한 표면을 확인할 수 있었다. 열처리에 따른 카본 전극 소자의 단면 미세구조의 경우, hot-plate 처리로 제작한 시편은 상부에 과잉상을 확인할 수 있었고, 카본 전극 층에 미세한 크랙을 확인할 수 있었다. oven 처리로 제작된 시편은 hot-plate에 비해 비교적 균일한 단면 구조를 확인 할 수 있었으며, 상부에 미세한 페로브스카이트 층을 확인할 수 있었다. RTA 처리로 제자된 시편은 전반적으로 페로브스카이트가 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 광전기적 특성결과, hot-plate으로 제작한 소자는 2.66%, oven 3.87%, RTA 4.10%의 효율을 확인하였다. 따라서 대면적 소자의 공정시간을 고려한 새로운 열처리 방안으로 RTA 공정의 채용 가능성을 확인하였다. ZrO2 전자전달층과 urea의 첨가로 페로브스카이트 태양전지의 효율증가가 가능하였고, 카본전극의 채용과 적절한 열처리 방법의 채용으로 경제성 확보가 가능하였다.
To improve efficiency and secure economic feasibility in Perovskite Solar Cells (PSC), which is a well-known renewable energy, the change in properties of PSC were confirmed according to use of electron transport layer of porous ZrO2 and carbon electrode layer. The ZrO2 electron transport layer ...
To improve efficiency and secure economic feasibility in Perovskite Solar Cells (PSC), which is a well-known renewable energy, the change in properties of PSC were confirmed according to use of electron transport layer of porous ZrO2 and carbon electrode layer. The ZrO2 electron transport layer research showed comparison between the device with ZrO2 layer and the device with TiO2 layer, and confirmed the efficiency enhancement effect of urea addition in the ZrO2 device. Use of carbon electrode replaced spiro used as hole transport layers and precious metal electrodes with porous carbon electrodes. Perovskite formation was confirmed from productivity and economic aspect by separating into hot-plate, oven, and RTA (rapid thermal annealing; RTA) process. In both cases, glass/FTO/compact-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/spiro /Au electrode structure and glass/FTO/compact-TiO2/meso-TiO2 /meso-ZrO2/perovskite/carbon structures were prepared, respectively. In particular, samples of carbon electrode device were prepared with perovskite/carbon layer replacing the proveskite/HTL/Au electrode layer through hot-plate, oven, and RTA heat treatment process, separately. The microstructure and composition of the prepared samples were analyzed using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and electron probe micro analyzer (EPMA), and surface roughness and transmittance were analyzed using AFM, 3D profiler, and UV-VIS-NIR. Solar simulator and potentiostat were used to observe the photoelectric characteristics. A research comparing the ZrO2 electron transport layer with TiO2 layer showed that the thickness of perovskite layer increased and then decreased according to the increase in the thickness of each layer. It was confirmed that the trough spacing at each thickness affected the perovskite grain size. At the optimum thickness, higher photoelectric efficiency was measured from the device using ZrO2 since ZrO2 and TiO2 showed the highest photoelectric efficiency of 12.80 and 12.00%, respectively. Therefore, it was confirmed that the ZrO2 layer could be a new ETL. The study of urea-added perovskite to ZrO2 ETL confirmed that the highest efficiency was 15.43%, and the increase in efficiency was generated by the increase in perovskite grains from 257 nm to 384 nm according to urea content. The reason for the decrease in efficiency was a phenomenon that appeared as the light energy reaching the perovskite decreased while the thickness of the electron transport layer increased. Therefore, it was confirmed that ZrO2 was a material which can replace TiO2 as the possibility of using the ZrO2 layer as a new electron transport layer and the effect of increasing the perovskite grain through urea was applied. As a result of photoelectric properties according to the heat treatment method, in the case of porous carbon electrode, oven and RTA method could be advantageous by considering the process time and productivity. As a result of microstructure analysis, in the case of surface microstructure, it was confirmed that an excess perovskite phase was formed in hot-plate treatment, and a relatively uniform surface was confirmed in RTA and oven treatment. In the case of the cross-sectional microstructure, an excess phase was confirmed on the upper part of the sample prepared by hot-plate treatment, and microcracks were observed on the carbon electrode layer. In the case of oven treatment, a relatively uniform cross-sectional structure was confirmed compared to the hot-plate. In the case of RTA, it was confirmed that the perovskite was formed more uniformly throughout. As a result of the photoelectric characteristics, it was confirmed that the manufactured devices had efficiencies of 2.66% through hot-plate, 3.87% through oven, and 4.10% through RTA. Therefore, the possibility in RTA method was confirmed as a new heat treatment method considering the manufacturing process time of a large-area device. The addition of ZrO2 electron transport layer and urea could increase the efficiency of the perovskite solar cell, and it was possible to secure economic feasibility by using a carbon electrode and an appropriate heat treatment method.
To improve efficiency and secure economic feasibility in Perovskite Solar Cells (PSC), which is a well-known renewable energy, the change in properties of PSC were confirmed according to use of electron transport layer of porous ZrO2 and carbon electrode layer. The ZrO2 electron transport layer research showed comparison between the device with ZrO2 layer and the device with TiO2 layer, and confirmed the efficiency enhancement effect of urea addition in the ZrO2 device. Use of carbon electrode replaced spiro used as hole transport layers and precious metal electrodes with porous carbon electrodes. Perovskite formation was confirmed from productivity and economic aspect by separating into hot-plate, oven, and RTA (rapid thermal annealing; RTA) process. In both cases, glass/FTO/compact-TiO2/meso-ZrO2/perovskite/spiro /Au electrode structure and glass/FTO/compact-TiO2/meso-TiO2 /meso-ZrO2/perovskite/carbon structures were prepared, respectively. In particular, samples of carbon electrode device were prepared with perovskite/carbon layer replacing the proveskite/HTL/Au electrode layer through hot-plate, oven, and RTA heat treatment process, separately. The microstructure and composition of the prepared samples were analyzed using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and electron probe micro analyzer (EPMA), and surface roughness and transmittance were analyzed using AFM, 3D profiler, and UV-VIS-NIR. Solar simulator and potentiostat were used to observe the photoelectric characteristics. A research comparing the ZrO2 electron transport layer with TiO2 layer showed that the thickness of perovskite layer increased and then decreased according to the increase in the thickness of each layer. It was confirmed that the trough spacing at each thickness affected the perovskite grain size. At the optimum thickness, higher photoelectric efficiency was measured from the device using ZrO2 since ZrO2 and TiO2 showed the highest photoelectric efficiency of 12.80 and 12.00%, respectively. Therefore, it was confirmed that the ZrO2 layer could be a new ETL. The study of urea-added perovskite to ZrO2 ETL confirmed that the highest efficiency was 15.43%, and the increase in efficiency was generated by the increase in perovskite grains from 257 nm to 384 nm according to urea content. The reason for the decrease in efficiency was a phenomenon that appeared as the light energy reaching the perovskite decreased while the thickness of the electron transport layer increased. Therefore, it was confirmed that ZrO2 was a material which can replace TiO2 as the possibility of using the ZrO2 layer as a new electron transport layer and the effect of increasing the perovskite grain through urea was applied. As a result of photoelectric properties according to the heat treatment method, in the case of porous carbon electrode, oven and RTA method could be advantageous by considering the process time and productivity. As a result of microstructure analysis, in the case of surface microstructure, it was confirmed that an excess perovskite phase was formed in hot-plate treatment, and a relatively uniform surface was confirmed in RTA and oven treatment. In the case of the cross-sectional microstructure, an excess phase was confirmed on the upper part of the sample prepared by hot-plate treatment, and microcracks were observed on the carbon electrode layer. In the case of oven treatment, a relatively uniform cross-sectional structure was confirmed compared to the hot-plate. In the case of RTA, it was confirmed that the perovskite was formed more uniformly throughout. As a result of the photoelectric characteristics, it was confirmed that the manufactured devices had efficiencies of 2.66% through hot-plate, 3.87% through oven, and 4.10% through RTA. Therefore, the possibility in RTA method was confirmed as a new heat treatment method considering the manufacturing process time of a large-area device. The addition of ZrO2 electron transport layer and urea could increase the efficiency of the perovskite solar cell, and it was possible to secure economic feasibility by using a carbon electrode and an appropriate heat treatment method.
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