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고효율 페로브스카이트 태양전지용 전하수송소재 개발 동향 원문보기

태양광발전학회 = Bulletin of the Korea Photovoltaic Society, v.5 no.1, 2019년, pp.7 - 15  

김종현 (아주대학교 분자과학기술학과)

초록
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최근 유기물과 무기물의 복합된 구조를 가지는 페로브스카이트 소재를 광흡수층으로 사용한 태양전지가 연구적으로 큰 관심을 받고 있다. 이러한 유무기 하이브리드형 페로브스카이트 소재는 기존의 광흡수 소재들에서는 발견되지 않던 독특한 광전기적인 특성과 이에 기인하는 고 광전변환효율 그리고 저렴한 박막제조 공정 등으로 인해 기존 차세대 태양전지의 한계에 돌파구를 제시하고 있다. 본 글에서는 이러한 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현을 위해 사용되는 전하수송소재의 종류와 개발동향에 대해서 살펴보고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 10년도 채 되지 않는 짧은 개발기간에도 불구하고 24% 이상의 인증 효율을 나타내는 페로브스카이트 태양전지는 이미 효율적인 측면에서는 실용화 수준을 넘어서고 있다.본 글에서는 이러한 페로브스카이트 태양전지의 비약적인 성능발전에 핵심적인 기여를 한 전하 수송소재의 종류에 대하여 살펴보았다. 살펴본 바와 같이 우수한 전하 수송특 성을 유지하면서도 열/수/광에 대한 안정성 확보 및 낮은 생산단가를 동시에 만족시킬 수 있는 전하수송소재 개발을 통해 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것이라 예상한다.
  • 본 글에서는 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 성능향상에 핵심적인 역할을 해온 전하수송소재의 연구개발현황에 대해 살펴보고 그동안 제시되어 온 소재 개발 방향에 대해 소개하고자 한다.
  • 이러한 다양한 소자 구조를 가지는 페로브스카이트 태양전지에 활용하기 위해 그동안 개발되어온 전하수송소재에 대하여 정공수송소재 및 전자수송소재로 나누어 살펴 보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
페로브스 카이트 소재의 특징 유무기 하이브리드형 금속-할라이드 계열의 페로브스 카이트 소재는 긴엑시톤 확산거리와 높은 전하이동도 그리고 태양광 스펙트럼의 가시광선 영역 전반에 걸친 넓은 파장대역에서의 높은 흡광계수 등의 뛰어난 광전기적 특성을 가진다. 나아가 용액 공정에 기반한 박막형성이 용이 하기 때문에 생산 공정에서 단가를 크게 낮출 수 있는 장점을 가진다.
페로브스카이트 소재를 사용한 태양전지가 연구적으로 큰 관심을 받는 이유는? 최근 유기물과 무기물의 복합된 구조를 가지는 페로브스카이트 소재를 광흡수층으로 사용한 태양전지가 연구적으로 큰 관심을 받고 있다. 이러한 유무기 하이브리드형 페로브스카이트 소재는 기존의 광흡수 소재들에서는 발견되지 않던 독특한 광전기적인 특성과 이에 기인하는 고 광전변환효율 그리고 저렴한 박막제조 공정 등으로 인해 기존 차세대 태양전지의 한계에 돌파구를 제시하고 있다. 본 글에서는 이러한 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현을 위해 사용되는 전하수송소재의 종류와 개발동향에 대해서 살펴보고자 한다.
역구조 페로브스카이트 태양전지의 장점은? 한편, 페로브스카이트 태양전지 구조에 대한 연구영역이 점차 확장되면서, 최근에는 전자와 정공이 추출되는 위치가 반대로 구성된 역구조 페로브스카이트 태양전지 (TCO/HTL/페로브스카이트층/ETL/전극)도 널리 도입되고 있다(그림 3). 특히 역구조 페로브스카이트 태양전지는대부분의 경우 저온에서 박막형성이 용이한 planar형 정공수송층을 도입하고 있어, 공정이 복잡하고 고온 열처리가 수반되는 mesoprous형 정구조 소자에 비해 제작이 간편하고 유연한 태양전지 구현이 가능한 큰 장점을 가진다.
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