TiO₂:TiCl4 전자수송층을 도입한 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율 향상

Improved Photoelectric Conversion Efficiency of Perovskite Solar Cells with TiO2:TiCl4 Electron Transfer Layer

페로브스카이트 태양전지의 전자수송층(ETL)인 다공성 TiO₂에 TiCl₄를 흡착시켜 FTO 전극과 광활성층의 직접 접촉을 방지하고, 페로브스카이트 광활성층과 TiO₂:TiCl₄ 전자수송층 간의 전자 이동을 쉽게 함으로써 소자의 광전변환 효율을 높이고자 했다. 제작한 페로브스카이트 태양전지의 구조는 FTO/TiO₂:TiCl₄/Perovskite(CH₃NH₃PbI₃)/spiro-OMeTAD/Ag이다. TiCl₄ 수용액에 다공성 TiO₂를 침지하는 시간을 변화시켜 제작한 소자의 광전기적 특성에 미치는 영향을 비교 평가하였다. TiO₂:TiCl₄ 전자수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율은 TiCl₄ 수용액에 TiO₂ 전자수송층을 30분 동안 침지하여 제작한 소자에서 가장 높은 10.46%를 얻었으며, 이는 TiO₂만의 전자수송층을 갖는 소자에 비해 27% 향상되었다. SEM, EDS, XPS 측정으로 TiCl₄ 흡착으로 인한 TiO₂ 층의 다공성 감소와 Cl 성분의 검출, 페로브스카이트 광활성층의 큐브형 모폴로지와 PbI₂ 피크의 이동을 관찰하였으며, TiO₂:TiCl₄ 층과 페로브스카이트 광활성층이 형성되었음을 확인하였다.

The TiCl₄ as a blocking material is adsorbed in the mesoporous TiO₂ electron transfer layer(ETL) of the Perovskite solar cell to prevent the direct contact between the FTO electrode and the photoactive layer(AL), and facilitate the movement of the electrons between TiO₂:TiCl₄ ETL and Perovskite AL to improve the photoelectric conversion efficiency(PCE). The structure of the perovskite solar cell is FTO/TiO₂:TiCl₄/Perovskite(CH₃NH₃PbI₃)/spiro-OMeTAD/Ag. It was investigated that the dipping time of the TiO₂ into TiCl₄ aqueous solution affects on the photoelectric characteristics of the device. By the dipping for 30 minutes, the PCE of the perovskite solar cell with the TiO₂:TiCl₄ ETL was the highest 10.46%, which is 27% higher than the cell with TiO₂ ETL. From SEM, EDS, and XRD characterization on the TiO₂:TiCl₄ ETL and the perovskite AL, it was measured that the decrease of the porosity of the TiO₂ layer, the detection of the Cl component by the TiCl₄ adsorption, the cube-type morphology of perovskite AL, and shift of the PbI₂ peak of the perovskite AL. From these results, it was confirmed that the TiO₂:TiCl₄ ETL and the perovskite AL were formed.