기호 및 약어 설명

ALD : atomic layer deposition

ETL : electron transport layer

HTL : hole transport layer

J_SC : 단락 전류 밀도

PSCs : 페로브스카이트 태양전지

PV-SCLC : pulsed-voltage space charge limited current

SEM : scanning electron microscopy

SnO₂ : 주석 산화물

SSPL : Steady-state photoluminescence

TRPL : time-resolved photoluminescence

V_OC : 개방전압

XRD : X-ray diffraction

1. 서 론

와이드 밴드갭(wide-band gap) 페로브스카이트 태양전지(PSCs)는 실리콘 태양전지와 적층 된 차세대 탠덤(tandem) 태양전지 기술로 주목받고 있다^1,2,3). 특히 상부 셀로 사용되는 wide-band gap 페로브스카이트는 높은 개방전압(V_OC) 확보가 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 밴드갭 확장에 따른 결정구조 및 조성 변화, 계면 결함 증가로 인한 방사성 재결합 심화로 개방전압 손실 및 장기 안정성 저하라는 한계가 존재한다^3,4).

이러한 문제는 주로 전하 수송층과 페로브스카이트 계면에서 기인하는 것으로 보고되며, 따라서 고성능·고안정성 wide-band gap PSCs 구현을 위해 전하 수송 특성의 제어가 필수적이다. 특히, 전자 수송층(electron transport layer, ETL)은 광 조사 하에서 생성된 전자를 선택적으로 추출하고 정공을 차단하는 역할을 하며, 소자의 전하 수송 효율, 계면 재결합, 안정성 등을 결정하는데 중요하다⁵⁾.

최근 원자층 기상 증착(atomic layer deposition, ALD)을 통한 박막 형성법이 낮은 온도에서도 균일도가 우수하고 두께 및 조성 조절이 용이하며, PSCs 및 tandem 상부셀의 전하 수송층 형성에 적합한 방법으로 부각되고 있다^6,7,8). 대표적인 전하 수송층 물질인 주석 산화물(SnO₂)은 높은 광학 투과율, 우수한 전자이동도, 깊은 전도대 에너지 준위, 뛰어난 화학적 안정성 특성으로 PSCs에서 널리 사용되고 있다^7,9,10,11).

최근 Zhang et al 의 연구 결과에 따르면, SnO₂의 농도에 따라, 미들 밴드갭 페로브스카이트 결정 크기가 달라지고, 이에 PSCs의 효율이 달라짐을 발표했다¹²⁾. 뿐만 아니라, Chrisey et al 이 발표한 연구 결과에 따르면, ALD를 통해 형성된 SnO₂ 박막 두께는 전하 수송층의 전기전도도, 표면 거칠기, 계면 상태 밀도, 그리고 밴드 정렬에 직접적인 영향을 미침을 알 수 있다¹⁰⁾.

그러나, SnO₂ 두께가 wide-band gap 페로브스카이트 내의 전하 이동에 대한 직접적인 연관성을 보이는 연구가 부족하다. wide-band gap 페로브스카이트는 상대적으로 캐리어 확산 길이가 짧고 이온 이동에 의한 전기장 분포 변화가 두드러지기 때문에, 전하 수송층 두께에 따른 전기장 분포, 전하 축적, 그리고 계면 재결합의 경쟁 관계가 민감하게 나타날 수 있다¹¹⁾. 따라서 ALD를 통해 형성된 SnO₂ 두께를 정밀하게 조절하면서 발생하는 전하 수송 특성 변화를 정량적으로 규명하는 것은, 와이드 밴드갭 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 신뢰성을 동시에 향상 시키기 위해 중요하다.

본 연구에서는 ALD 방법으로 증착된 SnO₂ 전하 수송층 두께 조절이 wide-band gap 페로브스카이트 박막 내의 전하 수송 경로와 재결합 메커니즘에 미치는 영향을 time-resolved photoluminescence (TRPL) 및 pulsed-voltage space charge limited current (PV-SCLC) 기법을 활용하여 정량적으로 분석하였다. 이를 통해 SnO₂ 전하 수송층 두께 최적화를 통한 전하 이동도 분석을 통한 고효율 태양전지 설계에 중요함을 사사하고자 한다.

2. 실 험

모든 페로브스카이트 박막 및 전구체 용액은 대기 조건에서 제조되었다. PSCs는 n-i-p 구조로 제작하였다. 먼저, 유리 기판을 세제, 증류수, 에틸알코올, 아세톤 순으로 초음파 세척을 각각 15분간 실시하였다. 이후 질소 가스로 건조하고, 80℃에서 추가로 건조하였다. 기판의 친수성 증가를 위해 15분간 UV-Ozone 처리하였다.

페로브스카이트 박막은 유리 기판 위에 직접 스핀 코팅하여 제조하였다. 페로브스카이트 전구체 용액의 조성은 Cs_0.17FA_0.83Pb(I_0.77Br_0.23)₃이다. 전구체 용액은 CsI, PbI₂, PbBr₂, FAI를 DMF / DMSO 혼합 용매(부피비 4:1)에 용해하여 제조하였다. 용액은 0.45 μm PTFE 필터로 여과한 후 스핀 코팅하여 사용하였다. 스핀 코팅은 500 rpm에서 5초, 1000 rpm에서 10초, 5000 rpm에서 50초로 조건을 설정하였다. 스핀 코팅 종료 30초 전에 0.2 μL의 ethyl acetate (EA)를 기판에 떨어뜨린 후 150℃에서 15분간 열처리(annealing)하였다.

PSCs의 소자 구조는 ITO / SnO₂ / perovsktie / Sprio-OMeTAD / Ag 로 구성하였다. 사전 패터닝 된 ITO 유리 기판에는 15% SnO₂ 나노 입자를 물에 분산시킨 용액을 기판 위에 4000 rpm에서 30초간 스핀 코팅한 후, 150℃ 에서 30분 동안 열처리하여 제조하였다. 대조군으로는 ALD 공정을 활용하여 제조하였다. 증착 공정은 앞선 논문에 발표된 방법을 활용하였다¹³⁾. ALD 공정에서 SnO₂를 증착 하기 위한 전구체는 tetrakisdimethyla nmiotin (TDMASn)을 사용하였고, ozone을 reactant로 사용하였다. 소스 공급 시간과 퍼지 시간은 각각 1.5초, 15초로 진행하였다. TDMASn은 canister의 온도를 50℃로 가열하여 공정을 진행하였고, 공정 중 기판 온도는 120℃로 하였으며, 증착 횟수를 다르게 하여 두께 조절하였다.

정공 수송층(hole transport layer, HTL)로 사용된 Spiro-OMeTAD 용액은 22.5 mg의 Spiro-OMeTAD를 0.2 mL의 chlorobenzene (CB)에 용해하고, Li-bis(trifluoromethanesulfonic)imide (Li-TFSI) 용액(340 mg을 1 mL acetonitrile에 용해) 3.75 μL와 4-tert-butylpyridine (tBP) 3.75 μL을 1 mL의 CB에 용해한 용액을 각각 첨가하여 제조하였다. 이 용액을 3000 rpm에서 30초간 스핀 코팅하였다. 마지막으로, 120 nm 두께의 Ag 전극을 10^-5 torr의 진공 상태에서 열 증착 법으로 증착 하였다.

J-V Measurement

J-V 측정은 Ivium State 시스템과 AM 1.5 태양광 시뮬레이터를 사용하여 100 mW / cm²의 광세기로 수행하였다. 측정 시 전압-전류 특성을 얻어 전지의 광전변환 효율, 개방전압, 단락전류, 충전수송 특성을 파악하였다.

SSPL and TRPL Measurement

Steady-state photoluminescence (SSPL) 및 TRPL 측정은 시분해 단일광자 계측기(TCSPC, FluoTime 300, Picoquant GmbH)를 이용하였다. SSPL은 20 MHz 주파수와 0.0125 μJ / cm² / pulse의 에너지 밀도에서 측정하였고, TRPL은 0.5 MHz 주파수와 0.011 μJ / cm² / pulse로 수행하였다. 시료 구조는 ITO / SnO₂ / perovsktie로 구성되었다.​

PV-SCLC Measurement

PV-SCLC 측정은 Keithley 2450 source meter를 이용해 상온 및 상습 조건에서 어두운 상태로 진행되었으며, 기기 구성은 Glass / Au / SnO₂ / perovsktie / PCBM / Au 구조였다. 전하 이동도 및 트랩 밀도 등을 분석할 수 있다.

XRD Measurement

X선 회절(X-ray diffraction) 분석은 페로브스카이트 박막의 표면 결정성을 확인하기 위해 수행되었다. 본 실험에서는 일본의 MiniFlex II Rigaku 장비를 사용하였으며, Cu Kα 복사선(λ = 1.54051 Å)을 활용하여 측정하였다.

TEM Measurement

Transmission Electron Microscope (TEM)은 형성된 SnO₂의 두께를 분석하기 위해 수행되었다. 본 실험에서는 AZtecTEM (Oxford instrumnets)를 활용하여 측정하였다.

3. 결과 및 토의

3.1 SnO₂ 두께 및 형성 방식에 따른 페로브스카이트 박막의 광학적∙구조적 특성 분석

ALD 로 형성된 SnO₂의 결정화도를 알아보기 위해, 단일 SnO₂의 XRD 분석을 진행하였다. Fig. 1(a)에서 나타내고 있는 XRD 결과 ALD 공정을 통해서 형성한 SnO₂ 박막의 경우, 비결정성을 가지는 박막으로 형성됨을 알 수 있었다. 나아가, ALD 공정과 spin coating 공정으로 형성된 SnO₂ 박막의 두께를 분석하기 위해, Transmission Electron Microscope (TEM)를 활용하여 SnO₂의 두께를 분석하였다. Fig. 1(b)의 경우, ALD 공정의 150의 공정 횟수를 통해 형성한 SnO₂ 박막의 두께를 나타내었고, Fig. 1(c)의 경우, TEM을 활용하여, 공정 조건에 따라 달라지는 SnO₂의 박막의 두께를 나타내었다.

이어서, SnO₂ 형성 방식이 상부 페로브스카이트 박막의 광학적·구조적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 UV–vis 분석을 통해 흡광도를 측정하였다. 흡광도는 수식 때문에 투과도에 따라 결정되며, 아래와 같은 관계를 가지고 있다.

이때, A는 흡광도, T는 투과도이다.

Fig. 1(d)에 나타나고 있는 바와 같이, ALD SnO₂ (10, 15, 20 nm)와 용액 공정 SnO₂를 비교한 결과, 흡광도는 ALD 15 nm ≈ ALD 20 nm > ALD 10 nm > spin 20 nm 로 나타났다. ALD SnO₂ 상부에 만들어진 페로브스카이트 박막에서 높은 흡광도를 보이는 것은, 균일한 하부 SnO₂로 인해, 우수한 흡광도를 가지는 결정이 성장할 수 있음을 시사한다.

UV-Vis 결과를 사용하여 Tauc plot 계산을 통해 물질의 밴드갭을 다음 식을 통해 유도하였다¹⁴⁾.

여기서 α는 물질의 흡광 계수, h는 플랑크 상수, ν는 광자의 속도, E_g는 밴드갭이다. Fig. 1(e)에 나타나 있는 바와 같이, Tauc plot을 통해 산출해낸 광학적 밴드갭은 모두 1.68 eV로 나타났다. 더욱이 ALD 로 형성된 SnO₂의 박막의 결정성을 알아보기 위해, ALD 15 nm가 형성된 박막의 XRD 분석을 진행하였을 때, 비결정성을 가지는 박막임을 확인할 수 있었다¹³⁾. 나아가, SnO₂의 형성 방식 및 두께가 페로브스카이트 결정성 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해서, XRD 분석을 진행하였다. Fig. 1(f)에 나타나고 있는 바와 같이, 100 결정의 peak intensity 는 ALD 10 nm 공정에서, 14.00°, ALD 15 nm와 20 nm 공정에서, 14.02°에서, spin coated 20 nm = 13.98°에서 관찰되었다. 100 peak intensity의 경우 ALD 15 nm ≈ ALD 20 nm > ALD 10 nm > spin 20 nm로 나타났고, 이는, ALD 공정에서 15 nm 이상의 박막의 경우, 유사한 치밀성과 기판 coverage를 가지게 되어, 상부에 형성된 페로브스카이트 역시 우수한 결정성을 보이게 됨을 알 수 있다¹⁴⁾. 그러나, ALD 공정이 아닌, 용액을 활용한 spin coating 공정으로 형성된 SnO₂ 위에 페로브스카이트를 형성하였을 경우 12.5°에서 PbI₂ 결정 peak가 검출되었는데, 이는 용액 기반 박막 위에 페로브스카이트 형성 시 표면 결함에 의해 페로브스카이트 결정 성장 과정에서 잔류 전구체에 의한 hexagonal 결정 peak가 검출된 것이라고 이해할 수 있다¹⁵⁾. 반면, ALD SnO₂ 위에, 페로브스카이트 박막 형성 시 12.5°에서 PbI₂ 결정 peak가 감소 된 것으로 보아, 치밀하고 균일하게 형성된 박막이 표면 결함을 감소시킬 수 있음을 시사한다^1,16).

Fig. 1

Characterization of SnO₂ (a) XRD spectra of ALD SnO₂ thin layer, (b)15 nm SnO₂ ALD film measured by TEM, and (c) SnO₂ film thickness with difference formation, Characterization of perovskite films according to SnO₂ fabrication method and thickness: (d) UV-Vis absorption spectra, (e) Tauc plots derived from UV-Vis data for bandgap estimation. and (f) XRD patterns indicating perovskite thin film crystallinity

3.2 SnO₂ 공정 방식 및 두께에 따른 광전자 이동 특성 분석

Fig. 2에 나타나고 있는 것과 같이, SnO₂ 공정 방식 및 두께에 따른 광전자 재결합 광전자 이동도 분석을 위해 SSPL 분석과 TRPL 분석을 실시하였다. 시료의 측정 방향은 활성층 내부의 결함에 대한 영향을 최소화하기 위해 기판을 투과해 전하 수송층과 접하는 페로브스카이트 계면 쪽을 조사하여, 전하 추출 특성을 분석하였다. 박막 구조는 ITO / SnO₂ / perovskite로 구성하였다.

광전자 재결합 현상을 관찰하기 위해, SSPL을 측정하여 Fig. 2(a)에 나타내었다. 모든 페로브스카이트 박막의 peak PL intensity는 738 nm에서 일어남을 알 수 있고, 이는 UV-Vis로 계산한 밴드갭 1.68eV에 해당한다. Max PL intensity를 계산하여 Fig. 2(b)에 나타내었고, 이때, PL intensity는 ALD 15 nm < ALD 10 nm < ALD 20 nm < spin 20 nm 로 나타났다. 공정 두께별 다른 PL intensity 결과를 통해 SnO₂ 두께가 전하 추출에 영향을 미침을 알 수 있었다. 뿐만 아니라, 같은 두께에서도 공정 조건에 따라, 광전자 추출 효율이 달라짐을 알 수 있었다. 이때, PL intensity가 빠르게 나타나는 이유는 레이저 조사로 생성된 전하들이 계면에서 재결합하여 PL로 방출되지 않고, 전자 수송층을 통해 추출되었기 때문임을 유추할 수 있었다¹⁷⁾.

나아가, 전하 추출 현상을 관찰하기 위해, TRPL을 측정하여 Fig. 2(c)에 나타내었다. 이때, 물질 내에 존재하는 여러 재결합 경로를 분리하여 이해하기 위해, fitting model은 bi-exponential fitting을 적용했다. Bi-exponential fitting은 다음 수식을 따른다^18,19).

이때, I(t)는 시간에 따른 PL 강도이고, A₁, A₂는 감쇠 비율이며, τ₁ 빠르게 일어나는 재결합 과정에서 나타나는 전하 수명이고, τ₂는 비교적 느리게 일어나는 재결합 과정에서 나타나는 전하 수명이다²⁰⁾. Fig. 2(d)에 나타나고 있는 것과 같이, 전하 수명 계산 결과 용액 공정을 통해 생성된 SnO₂가 적용된 페로브스카이트의 전하 수명이 τ₁ = 6.27 ± 0.85 ns와 τ₂ = 147.32 ± 12.51 ns로 가장 길게 나타났다.

Fig. 2

PL results based on SnO₂ thickness and formation method (a) SSPL spectra showing intensity variations across samples. (b) Maximum SSPL intensity for each condition, indicating charge extraction efficiency. (c) TRPL decay curves illustrating recombination dynamics. (d) Bi-exponential fitting of TRPL data with extracted τ values, reflecting charge carrier lifetimes and recombination pathways

반면, ALD 공정으로 제조된 SnO₂의 두께가 15 nm일 때 τ₁ = 4.26 ± 0.31 ns 와 τ₂ = 89.95 ± 6.12 ns로 가장 짧은 전하 수명을 보였으며, 10 nm (τ1 = 4.87 ± 0.54 ns 및τ2 = 103.21 ± 9.53 ns)와 20 nm (τ1 = 5.49 ± 0.71 ns 및 τ2 = 121.63 ± 11.6 ns) 순으로 나타났다. 평균 전하 수명의 경우, ALD 10, 15, 20 nm, spin 20 nm일 때 각각 99.57 ± 7.48, 83.00 ± 7.13, 118.88 ± 11.09, 143.33 ± 10.66 ns으로 나타났다. 이때, 짧은 전하 수명을 보일수록 재결합 경로가 감소되어 생성된 전하들이 빠르게 전하 수송층을 통해 추출되었음을 알 수 있다¹⁸⁾. 이전 XRD 결과에서, ALD 15 nm와 20 nm에서 모두 우수한 결정성을 보였던 결과에 반하여, 전하 SSPL과 TRPL결과에서 ALD 20 nm 대비 ALD 15 nm의 SnO₂에서 우수한 전하 추출 효율을 보임을 알 수 있다. 이는 전하 수송층을 도입할 때, 전하 추출 효율을 향상시키기 위하여, 전하 수송층의 두께 조절이 필수적임을 알 수 있다.

나아가, SnO₂ 공정 방식 및 두께에 따른 전하 이동 특성 분석을 위해, PV-SCLC를 도입하여 측정한 결과를 Fig. 3(a)에 나타내었다. SCLC 측정을 위한 소자는 전하 이동 특성을 보기 위해, Au / SnO₂ / perovsktie / PCBM / Au의 구조를 사용하였다²¹⁾.

PV-SCLC 분석 시 유전체에 전압을 인가하게 되면, 인가된 외부 전하의 양과 주입되어 생성된 전하의 양에 따라 다른 거동을 보이게 된다. 낮은 전압이 가해지는 경우 전류는 전압에 비례하는 Ohm’s Law를 따르며 다음 식을 만족한다.

이때, J : 전류밀도, V : 외부 인가 전압, d : 물질 두께이며, 전도도는 전류와 두께에 비례하고, 외부인가 전압에 반비례하여 나타난다.

더 높은 전압이 인가되면, 주입된 전하 농도가 유전체 내부 전하 농도 이상이 되어 국부적 전하 밀집(space charge) 효과가 발생하여 Mott-Gurney law를 따르는 제한적 전류가 흐르는 SCLC 영역이 나타난다²²⁾.

이때, μ : 전하 이동도, ε₀ : 진공에서 유전율 ε_r : 물질의 유전상수이다. 이상적인 물질과 달리 결함이 존재하는 실제 유전체에는 일부 주입 전자가 결함을 채우게 되고 남은 일부 주입 전자 많이 이동하게 되어 전류밀도가 전압 제곱 이상에 비례하는 Trap filled 영역이 나타난다. 이때 결함을 채우는 최소 인가전압 V_TFL과 결함 밀도 n_t는 다음 관계를 만족한다²³⁾.

이때, e는 기본 전하량이다. PV-SCLC 측정을 통한 SnO₂ 전자 수송층의 두께와 제조 방법에 따른 전하 수송 특성을 정량적으로 분석한 결과, Fig. 3(b)에 나타나 있는 것과 같이, 전도도는 ALD 15 nm에서 2.50 ± 0.17× 10^-10 S/cm, ALD 10 nm는 1.06 ± 0.10× 10^-10 S/cm, ALD 20 nm는 4.71 ± 0.44 × 10^-11 S/cm, 용액 공정으로 제조된 SnO₂은 3.49 ± 0.21 × 10^-11 S/cm으로 측정되었다. Fig. 3(c)에 나타나 있는 것과 같이, 전자 이동도는 전도도와 유사한 경향성을 보이고 있는데, ALD 15 nm에서 2.97 ± 0.21 × 10^-5 cm²/V·s, ALD 10 nm 에서는 7.20 ± 0.61× 10^-6 cm²/V·s, ALD 20 nm에서 3.99 ± 0.33× 10^-6 cm²/V·s로 나타났으며, 용액 공정으로 제조된 SnO₂는 3.19 ± 0.27 × 10^-6 cm²/V·s로 순으로 나타났다. Fig. 3(d)에 나타나 있는 것처럼, 트랩 밀도는 ALD 15 nm에서 1.87 ± 0.12× 10¹⁶ cm^-3의 최소 트랩 밀도를 나타내었으며, ALD 10 nm (2.18 ± 0.18 × 10¹⁶ cm^-3), ALD 20 nm (2.48 ± 0.21× 10¹⁶ cm^-3), 용액 공정 (2.63 ± 0.21× 10¹⁶ cm^-3) 순서로 높아졌다. 특히 용액 공정 SnO₂와 ALD 10 nm는 고르지 않게 형성된 표면으로 XRD에서 확인한 것과 같이 낮은 결정성 특성으로 인해 높은 트랩 밀도를 나타냈음을 유추할 수 있으며, ALD 20 nm는 두께 증가로 인한 전하 추출 능력의 저하로 인해 증가하여 트랩 밀도가 높아진 것으로 해석된다.

이러한 결과들은 ALD 15 nm SnO₂ 전하 수송층이 최적의 전자 이동도, 전도도를 제공하면서 동시에 트랩 밀도를 최소화하여, PSCs에서 효율적인 전하 수송과 재결합 억제를 가능하게 함을 명확히 보여준다. 따라서 ALD 기반 SnO₂ 전하 수송층의 두께 최적화가 페로브스카이트 소자의 고효율화를 위한 중요한 요인임을 확인할 수 있다.

Fig. 3

PV-SCLC measurement of Glass / Au / SnO₂ / perovskite / C₆₀ / Au structure. (a) J-V curves, (b) calculated conductivity results, (c) calculated electron mobility results, and (d) calculated trap density results

3.3 태양전지 소자 성능 평가

SnO₂의 형성 방식에 따른 차이가 PSCs 소자 성능에 미치는 영향을 관찰하기 위해 PSCs 소자를 제작하고 성능평가를 진행하였다. 소자 구조는 Fig. 4(a)에 cross-section scanning electron microscopy(SEM) 분석을 통해 나타나 있는 것과 같이 n-i-p 구조(ITO / SnO₂ / Perovskite / Spiro-OMeTAD / Ag)를 가진다. 소자 제작 조건에 따른 태양전지 성능 측정 전류밀도-전압 곡선을 Fig. 4(b)에 나타냈다. 태양전지 성능은 용액 공정으로 형성된 SnO₂와 가장 우수한 전하 이동 특성을 가진 15 nm 두께의 SnO₂로 분석하였다.

전하 전도도가 낮은 Spin 20 nm SnO₂ 박막 대비 전하 전도도가 우수한 ALD 15 nm를 도입하였을 때, 단락 전류 밀도(J_SC)가 22.60 ± 0.25 mA/cm²에서 23.09 ± 0.32 mA/cm²로 향상되었다. 이는 우수한 전하 전도도로 인해 단락 전류 밀도가 증가한 것으로 보인다. 개방전압은 1.07 ± 0.04 V에서 1.09 ± 0.03 V로 향상되었으며, 전하 추출 증가로 인해 전하 재결합이 감소되어 V_OC가 상승했다 여겨진다. 곡선 인자는 62.40 ± 0.64%에서 63.00 ± 0.40%로 상승했으며, 이는 용액 공정에 비해 감소 된 SnO₂의 두께로 인해 직렬 저항의 감소에 의한 것으로 추측된다. 태양전지 개별 소자 성능 지표가 상승한 결과 광전변환 효율이 15.17 ± 0.47%에서 15.93 ± 0.58%로 향상되었다. 뿐만 아니라, ALD 증착 시 균일한 SnO₂ 박막의 전하 추출 효율이 증가 하여, Forward scan과 Reverse scan에서의 이력현상이 Spin coating 대비 감소한 것으로 보인다.

Fig. 4

PSCs performance with difference formation of SnO₂, (a)cross-section SEM layer with ALD SnO₂ of solar cell structure. (b)J-V curve, (c)J_SC results (d)V_OC results, (e)FF results, and (f)PCE results

4. 결 론

본 연구는 ALD를 통해 형성된 SnO₂ 전자 수송층의 두께 변화가 wide-band gap PSCs의 전하 수송 특성에 대하여 분석하였다. 광학적 및 구조적 특성 분석을 통해 ALD SnO₂ 박막의 용액 공정 대비 우수한 균일도로 인해, 상부에 형성되는 페로브스카이트 박막이 우수한 결정성을 제공함을 확인하였으며, 특히 15 nm 이상의 두께에서 최적의 특성을 나타냄을 확인하였다.

광전자 이동 특성과 전하 이동 특성 분석을 통해, 전하 추출 능력 극대화를 위해 전하 수송층의 최적 두께 제어가 필수적임을 시사한다. 본 연구는 ALD SnO₂ 전하 수송층의 두께가 계면 재결합 억제 및 전하 효율 추출을 최적화하는 데 결정적인 요인임을 규명하였으며, 15 nm 두께의 ALD SnO₂ 전하 수송층이 wide-band gap PSCs에서 고효율 및 고안정성 달성을 위한 최적의 조건을 제공함을 밝혀냈다. 본 연구 결과는 차세대 고성능 tandem 태양전지 개발에 중요한 기초 자료를 제공할 것으로 기대되며, ALD 제조 기반 SnO₂가 PSCs의 상업화를 가속화 하는 데 크게 이바지할 것으로 예상한다.