[논문]알킬 사슬이 긴 유기 양이온이 도입된 고효율/고안정성 페로브스카이트 태양전지

정민수

doi:10.14478/ace.2022.1001

알킬 사슬이 긴 유기 양이온이 도입된 고효율/고안정성 페로브스카이트 태양전지
Long Organic Cation-modified Perovskite Solar Cells with High Efficiency and Stability 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.33 no.1, 2022년, pp.78 - 82

정민수 (동의대학교 화학환경공학부)

초록
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무-유기 페로브스카이트 태양전지는 2009년 3.8%에서 2020년 25.5%로 급격한 광전변환효율 상승으로 실리콘 태양전지의 효율과 경쟁할 수준이 되었다. 하지만, 페로브스카이트의 구성성분 중 유기양이온인 메틸암모늄의 열화에 대한 취약성으로 인해 태양전지 소자의 안정성은 여전히 부족하여 상업화에 걸림돌이 되고 있다. 본 연구에서는 태양전지 소자의 광전변환효율의 감소를 최소화하면서 수분 안정성 향상을 위해 열화에 취약한 메틸암모늄의 일부를 소수성의 알킬 사슬이 긴 옥틸암모늄으로 소량 부분 도입하였다. 퓨리에 변환 적외선 흡수분광법과 자외선-가시광선 흡수분광법을 이용하여 옥틸암모늄이 페로브스카이트 결정 내에 도입되었을 확인하였다. 또한, 옥틸암모늄이 소량 부분 도입된 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율은 16.6%로 기존 페로브스카이트 태양전지(18.5%)에 비해 소폭 감소하였지만, 수분 안정성을 나타내는 접촉각은 57.0°에서 72.2°로 크게 향상되었음을 확인하였다. 본 연구는 소수성의 알킬사슬이 긴 유기 양이온을 도입하여 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율과 수분 안정성을 동시에 만족시키는 페로브스카이트 조성 기술 전략을 제공하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Inorganic-organic hybrid perovskite solar cells have demonstrated considerable improvements, reaching 25.5% of certified power conversion efficiency (PCE) in 2020 from 3.8% in 2009 comparable to silicon photovoltacis. However, there remains important concern on the stability of perovskite solar cells under environmental conditions that should be solved prior to commercialization. In order to overcome the problem, we have introduced a small amount of octylammonium iodide with longer alkyl chain than volatile methylammonium iodide into MAPbI3 perovskites. The presence of octylammonium into perovskites were confirmed using Fourier-transform infrared spectroscopy and UV-visible spectroscopy. Moreover, octylammonium-modified perovskite solar cells showed a PCE of 16.6% and enhanced moisture stability with an increased contact angle of 72.2° from 57.0°. This work demonstrated the importance of perovskite compositional engineering for improving efficiency and stability.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 2. XRD pattern for OA₂MA₉Pb₁₀I₂₉ perovskite film. MAPbI₃ perovskite film is included as a control.
그림 Figure 1. (a) Device structure of the perovskite solar cells, (b) cross-sectional view and (c) top-view scanning electron microscope (SEM) images of OA₂MA₉Pb₁₀I₂₉ perovskite film on mesoporous(mp)-TiO₂/blocking(bl)-TiO₂/FTO glass. (d) top-view SEM image of MAPbI3 film is included as a control. Scale bar on the images is 500 nm in length.
그림 Figure 3. (a) Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra and (b) UV-visible absorption spectra plotted as (αhν)² versus photon energy (hν) for OA₂MA₉Pb₁₀I₂₉ perovskite. MAPbI₃ perovskite is included as a control.
그림 Figure 5. Images of contact angle of (a) MAPbI₃, (b) OA₂MA₉Pb₁₀I₂₉.
그림 Figure 4. (a) Histograms with normal distribution of photovoltaic performance from OA₂MA₉Pb₁₀I₂₉ and MAPbI₃ perovskite solar cells, respectively. (b) J-V characteristics of the corresponding devices with their best efficiencies.
표 Table 1. Photovoltaic Parameters of the best Performing Perovskite Solar Cells

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