초록 ▼

연구의 목적 및 내용
열처리 조건(셀레늄 분압, 온도, 시간) 제어를 통해 CZTS 결정립 구조 및 도핑 농도를 조절하여 개방전압을 높이고, 태양전지 특성을 개선시킬 계획이다. 로컬 컨택의 구조를 최적화하여 광 흡수층/후면 전극 계면 패시베이션 및 개방전압의 증대를 이룰 계획이다. 아직 CZTS에 본 연구진이 시도했던 패시베이션에 관련된 사례는 흔치 않다.
최근 들어 페로브스카이트 태양전지 효율 증가의 주기가 길어지면서, 좀 더 근본적인 물질의 특성과 안정성에 대한 연구들이 중요시되고 있다. 이와 같은 연구를 통해 물

연구의 목적 및 내용
열처리 조건(셀레늄 분압, 온도, 시간) 제어를 통해 CZTS 결정립 구조 및 도핑 농도를 조절하여 개방전압을 높이고, 태양전지 특성을 개선시킬 계획이다. 로컬 컨택의 구조를 최적화하여 광 흡수층/후면 전극 계면 패시베이션 및 개방전압의 증대를 이룰 계획이다. 아직 CZTS에 본 연구진이 시도했던 패시베이션에 관련된 사례는 흔치 않다.
최근 들어 페로브스카이트 태양전지 효율 증가의 주기가 길어지면서, 좀 더 근본적인 물질의 특성과 안정성에 대한 연구들이 중요시되고 있다. 이와 같은 연구를 통해 물질 자체, 소자의 구동 메커니즘을 좀 더 폭 넓게 이해할 수 있다.

연구결과
계면 패시베이션 구조 최적화: 신개념 하부 패시베이션 뿐만 아니라 CZTS 상부 계면에도 신개념 상부 패시베이션 구조를 도입하였는데 CZTS와 CdS 계면에서 Cu-Cd 상호확산 방지막 역할을 하여 더 clean 한 계면이 형성됨을 확인할 수 있다. 이를 태양전지로 제작하여 소자특성을 분석한 결과 개방전압뿐만 아니라 FF가 증가하였고 결과적으로 8.65%의 광변환 효율을 달성하였다. 또한 개방전압의 경우 0.458V를 기록하였는데 이를 개방전압 손실 값으로 변환하면 약 0.542 V로 현재 보고된 세계최고기록인 0.560 V 보다 0.018 V 낮은 수치이다. 또한 상부 패시베이션이 CZTS 태양전지 결함 패시베이션에 있어 어떤 역할을 하는지 보기 위해 LT-PL 분석을 진행한 결과 상부 패시베이션 층이 증착된 경우 non-radiative recombination center가 패시베이션 되었음을 확인 할 수 있다.
페로브스카이트 박막 내부의 charge carrier dynamics 연구: 합성 후 열처리가 유기 무기 하이브리드 페로브스카이트 박막의 재료 특성과 태양전지 성능에 미치는 영향을 연구 했다. 켈빈 프로브 힘 현미경 분석을 통하여 그레인 경계에서 포지티브 포텐셜 장벽의 존재를 보여 주었고, 이는 전자와 정공의 재결합을 억제함으로써 태양전지 성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한 배리어의 높이는 어닐링 시간과 함께 증가했으며 이는 디바이스 성능과 직접적으로 관련이 있다. 잠재적인 배리어의 기원은 Nano-Auger 전자 분광학에 의해 밝혀진 것처럼 화학적 비균질성인 것으로 보였다. 어닐링 지속 시간에 상관없이 Light J-V 특성이 비슷한 온도 의존성을 나타내는 것이 관찰되었다.

연구결과의 활용계획
CZTS의 경우, 구조적 최적화를 통해 효율 증대 및 개방 전압 손실을 줄여 태양전지 효율의 개선을 이루고, 패시베이션에 대한 지식을 축적하였다. 페로브스카이트의 경우, 켈빈 힘 원자현미경과 나노오제 전자 분광법을 이용하여 charge carrier 거동부터 입계면에서의 화학적 조성 연구까지 진행을 하여 새로운 결과들을 발견하였다. 본 연구에서 얻은 지식을 통하여 더 높은 수준의 페로브스카이트 태양전지 효율 및 물리적 현상 규명에 대한 지식을 축적하였다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & contents
By controlling the heat treatment conditions (selenium partial pressure, temperature, time), the CZTS crystal structure and doping concentration are controlled to improve the open-circuit voltage and the solar cell characteristics.
We plan to optimize the structure of the

Purpose & contents
By controlling the heat treatment conditions (selenium partial pressure, temperature, time), the CZTS crystal structure and doping concentration are controlled to improve the open-circuit voltage and the solar cell characteristics.
We plan to optimize the structure of the local contact to increase the interfacial passivation and open-circuit voltage of the light absorbing layer / back electrode. There are still a few cases of passivation that our team has tried in CZTS. In recent years, as the period of increase in the efficiency of the perovskite solar cell has become longer, studies on more fundamental material properties and stability have become important. Through such research, the driving mechanism of the material itself and the device can be understood more broadly.

Result
CZTS passivation: A new concept of upper passivation structure was introduced in the CZTS upper interface in the CZTS CdS interface as the Cu-Cd inter-diffusion barrier. And it is possible to confirm formation of cleaner interface. As a result of analyzing the device characteristics by fabricating it with a solar cell, it is confirmed that FF is increased not only by the open voltage but also by the light conversion efficiency of 8.65%. In the case of open-circuit voltage 0.458V, which translates to an open-circuit voltage drop of about 0.542V, which is 0.018V lower than the world's highest 0.560V reported today.
Perovskite: we studied the effects of post-synthesis thermal treatments on material properties of organic-inorganic hybrid perovskite films and their photovoltaic performance for Pb-based materials. Kelvin probe force microscopy revealed the existence of a positive potential barrier at grain boundaries, which is known to be beneficial by suppressing carrier recombination. The height of the barrier increased with the annealing duration, which directly correlated with the device performance. The origin of the potential barrier appeared to be chemical inhomogeneity as revealed by Nano-Auger electron spectroscopy. Qualitatively similar temperature-dependence of current-density vs bias characteristics were observed regardless of the annealing duration, where efficiency collapsed at low temperatures due to a diverging series resistance

Expected Contribution
In the case of CZTS, structural optimization improves efficiency and reduces open-circuit voltage loss, improving solar cell efficiency and accumulating passivation knowledge. In the case of perovskite, new progress has been made by using Kelvin force atomic microscopy and nano auger spectroscopy, from charge carrier behavior to chemical composition studies at grain boundary. Through the knowledge gained in this study, we have accumulated knowledge of higher level perovskite solar cell efficiency and physical phenomena identification.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 12
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 12
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 12
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 13
• 8. 참고문헌 ... 13
• 9. 연구성과 ... 14
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 14
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 14
• 12. 기타사항 ... 14
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 15
• 끝페이지 ... 18