초록 ▼

○ 고효율 초저가 태양전지 기술 확보를 위해 차세대 하이브리드 태양전지 기술 개발이 활발히 진행되고 있는데 효율적인 기술개발을 위해서는 기판, 광전극, 광흡수층, 정공전도층, 상대전극 등 태양전지를 구성하는 다양한 플랫폼에 대한 체계적인 연구 개발 및 이의 조화로운 융합이 필수적임.
○ 본 과제에서는 하이브리드 태양전지의 고성능화를 달성하기 위하여 “고성능 유무기 광흡수층 기술 개발” 및 “신개념 광대역 흡광 태양전지 기술 개발”이라는 2개의 연구방향을 설정하고 이를 위한 플랫폼에 대한 원천기술 연구를 수행하였음.
○ A

○ 고효율 초저가 태양전지 기술 확보를 위해 차세대 하이브리드 태양전지 기술 개발이 활발히 진행되고 있는데 효율적인 기술개발을 위해서는 기판, 광전극, 광흡수층, 정공전도층, 상대전극 등 태양전지를 구성하는 다양한 플랫폼에 대한 체계적인 연구 개발 및 이의 조화로운 융합이 필수적임.
○ 본 과제에서는 하이브리드 태양전지의 고성능화를 달성하기 위하여 “고성능 유무기 광흡수층 기술 개발” 및 “신개념 광대역 흡광 태양전지 기술 개발”이라는 2개의 연구방향을 설정하고 이를 위한 플랫폼에 대한 원천기술 연구를 수행하였음.
○ ALD로 SnS 광흡수층을 형성시겼으며 성막시 기판 온도에 따른 Sn과 S의 조성 변화를 확인함. 이를 유무기 하이브리드 태양전지에 적용하여 0.93% 효율을 확보함.
○ Cu와 Sb metal을 각각 스퍼터 및 열증착기를 이용하여 적층시키고 Pre-Annealing을 하여 적적히 mixing후, Se화 열처리를 통해 CuSbSe₂ 삼성분계 광흡수층을 제작함.
○ ALD를 이용하여 ZnOS 버퍼층을 제작하였으며, Oxygen과 Sulfur의 비율 변화에 따른 특성변화를 확인하였으며, 이를 유무기 하이브리드 태양전지에 적용하여 ZnO단일층 적용 대비 20%상승한 5.45%의 효율을 달성함.
○ ALD를 이용하여 TiO₂ 버퍼층을 제작하였으며, 이를 유무기 하이브리드 태양전지 n-type buffer로 적용하여 5.04%의 효율을 달성함.
○ 비진공 용액 공정용 박막증착을 위해 스핀 코팅 공정을 이용하여 Sb₂S₃ 광흡수층 제작 공정 조건을 확보함. 용액 제조방법에 따라 Sb₂S₃ 광흡수층의 몰폴로지 제어가 가능하고 기존 CBD 공정 대비 고품질 oxide-free Sb₂S₃ 광흡수층을 제작하였으며, 이를 하이브리드 태양전지에 적용하여 3.8% 고효율 planar Sb₂S₃ 태양전지를 제작함.
○ Ag nanowire/ZnO의 core-shell 형태의 나노광전극 제작기술을 확보하였으며, ALD Sb₂S₃ 하이브리드 태양전지에 적용하여 3.02%의 소자효율을 달성하였음.
○ Two-step 공정을 통해 합성되는 perovskite 박막성장 메커니즘을 ripening 성장모델로써 실험적으로 규명하고 이를 바탕으로 mp-TiO₂ solar cell 구조에서 14.1% 효율을 달성함.
○ 전기분무 기반으로 제작한 CuInO_x+TiO₂ 박막을 box furnace로 selenization하여 CuInSe+TiO₂ 박막을 제작하는 기술을 확보함. 제작된 CISe 박막은 805 nm의 흡광 파장영역을 지님.
○ 전기분무 기반 텐덤 소자 제작을 위해 Dual needle 및 dual pump를 이용하여 광흡수체와 TiO₂를 동시에 분사하여 광전극을 제작하는 기술을 확보함.
○ Sphere 형태의 TiO₂ 광전극을 전기분무 기법으로 제작하여 두께별 최적화를 통해 9.5μm에서 7.65%의 소자효율을 달성하였음.
○ 두 개의 다른 TiO₂ solution을 dual pump로 분사하여 disk 형태와 nanofiber 형태의 TiO₂가 섞여 있는 광전극을 전기분무 기법으로 제작하여 단일 disk TiO₂ 형태 cell 보다 10% 높은 광전변환효율을 달성함.
○ 유기태양전지의 경우 기존의 고분자-풀러렌계 대비 안정성이 우수한 고분자-고분자계 태양전지에 있어 전하전달에 유리한 모폴로지를 형성하기 위해 공용매 공정을 적용하여 효율이 3.63%에서 4.96% 로 향상되는 것을 확인하였음.
○ 플렉시블 태양전지를 위한 유연기판개발을 위해 은나노와이어를 함침시킨 고분자필름을 제작하여, 투과율 85%이상, 면저항 30Ω/⎕이하의 복합필름을 개발하였으며, 추가적인 고온열안정성을 위해 폴리이미드를 적용한 복합필름개발을 진행중임.

( 출처 : 보고서 초록 3p )

Abstract ▼

○ We investigated highly reproducibe SnSx thin-absorber by atomic layer deposition (ALD) technique. Atomic layer growth of SnSx from TDMASn and H₂S has been studied at substrate temperatures ranging from 120 – 200℃. It was shown that the layer-by-layer growth was self-limited at 185℃. The

○ We investigated highly reproducibe SnSx thin-absorber by atomic layer deposition (ALD) technique. Atomic layer growth of SnSx from TDMASn and H₂S has been studied at substrate temperatures ranging from 120 – 200℃. It was shown that the layer-by-layer growth was self-limited at 185℃. The deposition rate and Sn/S composition of the SnSx films grown at 185℃ was 0.66 Å/cycle and 0.96. The planar ALD-SnSx solar cells comprised to Au / ALD-SnSx / ALD-Sb₂S₃ / bl-TiO₂ /FTO showed the power conversion efficiency of 0.93 % at 1sun condition.

○ We investigated ZnOS buffer layer by atomic layer deposition technique. Atomic layer growth of ZnOS from DEZn, H2O and H2S has been studied at S/O composition ratio ranging from 1/49 – 1/6.
The planar ALD-Sb₂S₃ solar cells comprised to Au / Poly-3-hexylthiophene (P3HT) / ALD-Sb₂S₃ / ALD-ZnOS (1/16) / ALD-ZnO / FTO showed the greatly improved power conversion efficiency of 5.45 % at 1 sun condition whereas the planar ALD-Sb₂S₃ solar cells without ALD-ZnOS (1/16) exhibited 4.52 % of power conversion efficiency.

○ We investigated the core-shell nanostructure photoelectrodes to improve the cell performance of the ALD-Sb₂S₃ based hybrid solar cells. The core-shell nanostructure photoelectrodes are typically comprised of a core made of Ag nanowires and a shell of ZnO coating layer covering on the surface of Ag nanowires. We controlled the thickness of ZnO shell layers by ALD-ZnO deposition cycles. The thickness of ZnO shell layers were about 40, 60, 80nm, respectively. When the thickness of ZnO shell layer is approximately 60 nm, the ALD-Sb₂S₃ based hybrid solar cells show the best efficiency of 3.02 %. The core-shell nanostructure photoelectrodes have significantly improved the cell efficiency due to the increased charge collection efficiency by the core of Ag nanowires.

○ A high-quality Sb₂S₃ thin-absorber were prepared by non-vacuum solution process. We have investigated the growth of Sb₂S₃ absorber according to various conditions such as spin-coating cycle, precursor source, compositional ratio of SbCl₃ : TU, and the interface between blocking layer and absorber layer. These factor was found to have an significant effect on absorber morphology. By controlling the condition of the Sb₂S₃ precursor solutions, it possible to manipulate the morphology of Sb₂S₃ absorber layers,which was closely related with photovoltaic properties of Sb₂S₃-sensitized solar cells. We could fabricate planar Sb₂S₃-sensitized solar cells with high-quality Sb₂S₃ absorber layer.
The Sb₂S₃-sensitized solar cells show the best efficiency of 3.8%.

○ We investigated an Ostwald ripening growth model via two-step process, and deal with the issues about the problem of residual PbI₂ with nonuniform (existence of the pin-hole with large cuboid grain) morphology. The PbI₂ film is coated on the mp-TiO₂ layer, and the 0.032, 0.038, 0.044 and 0.063 of MAI solution were loaded on the PbI₂ films. The Ostwald ripening growth occurred during loading step.
Using low concentration MAI solution, the large size and small number of the isolated cuboid perovskite grains were observed. And it was found that the amount of residual PbI₂ decreases as the low concentration of MAI solution was loaded on the PbI₂ films, and the maximum PCE of ~14.1% and Jsc of 22.63mA/cm² were observed when amount of residual PbI₂ decrease.

○ We have proposed Inorganic hybrid solar cells with the CuInO_x+TiO₂ thin film by the electrospray. The thin film was selenized in a box furnace. We investigated the absorption wavelength of the thin film by the UV-NIR-ViS. The absorption wavelength of the thin film was 805 nm (optical band gap=1.54 eV).

○ We investigated the effects of the thickness of spherical TiO₂ nanoparticle-based photoelectrode on the photocurrent-voltage characteristic of DSSC. The highest energy conversion efficiency, which was 7.65% under light at AM1.5G, was obtained using a TiO₂ electrode with a thickness of 9.5 micrometer. Using a dual needle and pump, We also investigated the multilayer structure for photoelectrode. The mixed TiO₂ photoelectrode of disk and nanofiber was deposted by the electrospray with the dual needle and pump. The DSSC of the mixed shape TiO₂ photoelectrode showed the 10% higher efficiency than the DSSC of the single shape disk TiO₂ electrode.

○ In this study, a highly conductive and flexible transparent substrate with silver nanowires (AgNWs) embedded in the surface of the crosslinked poly(urethane acrylate) (PUA) matrix has been successfully fabricated. The AgNWs-PUA composite electrode is highly flexible and can be bent with negligible change in sheet resistance. The AgNWs-PUA composite electrode shows a low sheet resistance, comparable to that of the ITO electrode. With poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]] (PTB7) and [6,6]-phenyl C71 butyric acid methyl ester(PC71BM)blend film, the power conversion efficiency of 3.98% was achieved for the device fabricated on the AgNWs-PUA composite electrode.

○ In this work, we develop highly efficient all-polymer solar cells that are based on the poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen 2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-alt-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate] (PTB7-Th) polymer donor and poly[[N,N′- bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5 ′- (2,2′- bithiophene)](P(NDI2OD-T2)) polymer acceptor. All-polymer solar cells with 5.4% power conversion efficiency are achieved via solution processing from a co-solvent (p-xylene:chlorobenzene=80:20(v/v)).
The improved efficiency was correlated with a particular PTB7-Th:P(NDI2OD-T2) donor−acceptor blend nanostructure,evidenced by a fiber-like surface morphology, a red-shifted optical absorption, and enhanced PL quenching.

( 출처 : SUMMARY 11p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• S U M M A R Y ... 11
• C O N T E N T S ... 15
• 목차 ... 16
• 그림목차 ... 17
• 표목차 ... 20
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제 1 절 연구 개발의 목적 및 필요성 ... 21
• 제 2 절 연구 개발 범위 ... 26
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 28
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 28
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 33
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 38
• 제 1 절 고성능 유무기 광흡수층 기반 고효율 하이브리드 태양전지 연구 ... 38
• 제 2 절 전기분무 광흡수체 형성 기술 기반 광대역 흡광 태양전지 연구 ... 66
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 91
• 제 1 절 연구목표 달성도 ... 91
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 95
• 제 5 장 연구개발결과 활용계획 ... 97
• 제 6 장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 99
• 제 7 장 참고문헌 ... 100
• 끝페이지 ... 106