현재까지 페로브스카이트 태양전지에서 주목할만한 업적

Park, Grazel과 그들의 동료들은 홀 수송 물질로 OLEDs을 위해 개발된 spiro-MeOTAD을 적용해서 셀 안정성을 높혔을 뿐 아니라 효율 9.7%을 얻었다. 

그림 2는 페로브스카이트 셀 구조와 관련된 진공 에너지 준위를 보여준다. 

(그림 2 ⎜ a, 일반적인 유기-무기 할로겐화물 태양전지, 2개의 선택층이 있는데 선택층은 고성능에 필수적이지는 않지만 15% 효율의 페로브스카이트 태양전지는 이 두 선택층을 활용했다.  b, 해당 물질(CH3NH3PbI3,  전도성 TiO2  발판)의 진공 에너지 준위)

거의 동시에 Snaith와 동료들은 spiro-MeOTAD와 추가적인 4가지 개선을 더해서 성공적인 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 이 개선 중 하나는 혼합된 할로겐화물 CH3NH3PbI(3-x)Cl(x)을 이용한 것인데 순수한 요오드 기반 페로브스카이트에 비해 더 좋은 안정성과 캐리어 수송을 보였다. 

두번째는 나노다공성 TiO2 표면 위에 앏은 페로브스카이트 층을 코팅하여 매우 얇은 흡수체를 형성했다. 세번째는 전도성 나노다공성 TiO2 대신 Al2O3 네크워크로 대체해서 Voc를 향상시켰다.  

페로브스카이트는 광흡수체로써 역할을 할 뿐아니라 셀 단자간에 전자와 홀 모두를 전송할 수 있다. 그래서 네번째 개선은 이 양극성(ambipolar) 수송을 이용하여 그림 2a의 발판(scaffolding)없이 간단한 평면 셀을 만들 수 있다는 것이다.

12%로 효율 점프는 Seok, Grazel과 동료들이 발판(scaffolding, 페로브스카이트가 침투해 들어간 나노다공성 TiO2) 위에 페로브스카이트 피복층을 입힘으로써 이루어졌다. 

2013년 3월 Grazel 그룹은 TiO2 발판과 2 단계 요오드화물 증착을 이용해서 페로브스카이트 막의 모폴로지를 개선하여 15%의 효율을 얻었다고 발표했다.

Snaith 그룹은 발판이 없는 간단한 평면 셀로 비슷한 결과를 발표했다. 그들은 두 소스 열증착을 이용하여 모폴로지가 개선된 CH3NH3PbI(3-x)Cl(x)막을 만들어 효율 15.4%을 얻었다. 

2013년 말 Seok 그룹은 혼합 할로겐화물 CH3NH3PbI(3-x)Br(x) (Br 10~15%)와 홀 수송체로써 poly-triarylamine을 사용하여 효율 16.2%을 얻었다. 그림 2a의 선택층이 모두 사용되었고 연속 페로브스카이트 층의 두께에 대한 발판 두께의 비가 효율 증가에 중요했다. 

최근 중요한 결과는 용액으로 부터 PbI2를 증착과 기상 CH3NH3I 반응에 의해 in-situ로 페로보스카이트로의 변환이다. 

또한 새로운 HTMs과 ETMs(electron transport media)을 연구하고 있다. 효과적인 ETM은 FTO/밀한 TiO2에서 ITO/ZnO 나노입자(25 nm)로 대체되고 있다. 

저온 공정은 PET 기판에서도 신용할 만한 성능을 준다. 저온 공정은 플렉서블 셀을 위해 필요하고 150 °C이하의 공정 온도를 요구한다. 일반적인 밀한 TiO2층 속의 그래핀 나노조각이 저온 공정을 가능케 한다.  

참고: The emergence of perovskite solar cells, Martin A. Green, et al., Nature Photonics⎜VOL 8⎜JULY 2014.