페로브스카이트 태양전지의 이해

납 할로겐화물 페로브스카이트 반도체 기반의 태양전지는 15%가 넘는 매우 높은 변환 효율과 1 V가 넘는 셀 전압이 상당히 높은 특성을 보인다. 

하지만 페로브스카이트가 어떻게 동작하는지 완벽히 알지 못한다. 

EPEL과 Institute for Solar Fuels의 과학자들은 시간-분해 분광학 기술을 이용해서  어떻게 전하가 페로브스카이트 표면에서 이동하는지 조사했다. 

그들은 TiO2 반도체와 Al2O3 절연체막 중 하나를 이용한 다양한 셀 아키텍처에 대해 연구했다. 이 다공성 막에 CH3NH3PBI3와 유기 홀 수송 물질(hole-transporting material)인 spiro-OMeTAD가 스며들어 있다. 

그들의 결과는 주요한 두 다이나믹스를 제시했다. 

  

(HTM⎜페로브스카이트⎜TiO2셀의 에너지 준위와 전자 이동 과정의 도식도)

1차 전하 분리

(1) 광생성된 전자가 TiO2 나노입자로 주입된다.

(2) 광생성된 홀이 HTM으로 주입된다.

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(3), (4) 엑시톤이 소멸되면서 광발광하거나 비복사(non-radiative) 재결합을 한다.

(5), (6), (7) 3개 계면에서 전하 캐리어의 재결합

연구 결과는 첫째, 광여기된 페로브스카이트에서 전자와 홀 주입이 매우 빠르게 일어나는 것과 동시에 전하 분리가 TiO2와의 접합과 홀 수송 물질과의 접합 둘 다에서 sub-pico초 동안 일어난다. 

둘째, 전하 재결합은 Al2O3 막에 비해 TiO2막에서 상당히 느리다. 

그들의 결과로 부터 할로겐화물 페로브스카이트는 태양전지에서 독특한 반도체 물질이고 두 접합에서 전자와 홀의 이동을 동시에 매우 빠르게하고 두 전하 캐리어를 매우 효과적으로 수송한다는 것을 알았다. 

특히, TiO2 막과 홀 수송 물질에 기반한 아키텍처가 확실히 장점이 있다.

참고: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140121113449.htm