다이나믹코의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19167(2022) 이 기사 인용

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납 할로겐화물 페로브스카이트 메틸암모늄 납 요오다이드(MAPbI3, MAPI)를 기반으로 한 태양 전지 흡수체 제조를 위한 다양한 합성 방법이 과거에 성공적으로 개발되었습니다. 본 연구에서는 산업적으로 매력적인 처리 기술로서 진공 기반 이중 소스 동시 증발에 대해 자세히 설명합니다. 우리는 비정상 처리 방식을 제시하고 두 가지 증발된 구성 요소(MAI 및 PbI2) 중 하나의 시작/종료 지점을 의도적으로 지연시키는 공동 증발 방식의 세부 사항에 집중합니다. 이전에는 규칙적인 닙 구조를 기반으로 하는 태양 전지의 경우 PbI\(_2\)의 사전 증발이 흡수체 성장 및 태양 전지 성능에 매우 유익한 것으로 밝혀졌습니다. 여기서는 역핀 태양전지 아키텍처에서 MAPI 흡수체의 성장을 위해 사전/사후 증착 시퀀스를 사용하여 유사한 비고정 처리 방식을 적용합니다. 태양전지 매개변수와 흡수체 성장의 세부사항을 일련의 다양한 증발 방식에 대해 비교합니다. 우리의 예비 가정과는 달리, 우리는 반전된 구성에서 PbI2의 사전 증발이 해롭다는 것을 발견했습니다. 이는 시드 층의 유익한 효과가 관련이 있는 것이 아니라 이 인터페이스를 통한 향상된 전하 캐리어 전송 및 추출과 관련된 인터페이스 특성에서 비롯된다는 것을 나타냅니다. 향상된 흡수체 성장. 이는 사전 증발된 MAI 및 사후 증착된 PbI2 층을 갖춘 역방향 태양전지 장치의 성능 개선을 통해 더욱 입증됩니다. 마지막으로, 우리는 관찰된 효과를 유발할 수 있는 두 가지 가상의 전자 모델을 제공합니다.

납 할로겐화물 페로브스카이트 반도체는 최근 몇 년 동안 다양한 광전자 응용 분야에서 다용도 반도체로 탁월한 성능을 발휘해 왔습니다1,2. 가장 눈에 띄는 것은 단일 접합(θ > 25%) 및 Si와의 직렬 구성(θ > 29.5%) 모두에서 실험실 규모의 태양 전지가 기대 이상으로 빠르게 증가하는 기록 효율성을 보여주었습니다3.

장치 안정성 외에도 기술의 산업적 활용 측면에서 주요 관심사는 구현된 제조 프로세스의 확장성과 재현성입니다. 습식 화학 방법(예: 스핀 코팅, 인쇄)을 통해 소규모 실험실 규모 태양 전지에 대한 많은 기술 발전이 이루어졌지만 일부 진공 기반 접근 방식도 성공적으로 구현되었습니다.

Liu et al. 는 15% 이상의 효율성에 도달하는 전구체로 메틸암모늄(MA)과 PbCl(_2)을 사용하여 이중 소스 공증착을 통해 효율적인 평면형 페로브스카이트 태양전지를 제조했다고 보고했습니다4. 몇몇 다른 그룹은 이 경로를 따랐으며(납 할로겐화물 전구체로 PbI\(_2\) 또는 PbCl\(_2\) 사용)5 2019년에는 Bolink 등이 최적화된 접촉 층을 사용했습니다. 효율성이 20%를 초과했습니다6. 공동 증발은 일반적으로 작고 균질한 필름을 생성하며 빠르고 쉽게 확장 가능하며 재현 가능한 조건에서 향상된 처리 제어 기능을 제공합니다. 현재 사용되는 두 가지 주요 접근법은 a) 서로 다른 소스로부터의 동시 고정 공동 증발 또는 b) 먼저 하나의 구성 요소만 증착되는 순차 처리(일반적으로 납 할로겐화물, 예: PbI\(_2\))를 기반으로 합니다. 이 전구체 층은 예를 들어 MAI 분위기에 노출되거나 MAI 증착 후 어닐링을 통해 페로브스카이트로 변환됩니다7,8.

두 가지 접근법을 부분적으로 결합하려는 시도, 즉 두 전구체의 적용이 완전히 동기화되지 않고 고정되지 않은 비고정식 공동 증발로 이동하려는 시도는 드뭅니다. 이는 용액 기반 처리에 비해 실제로 공증발의 주요 장점 중 하나이기 때문에 훨씬 더 놀랍습니다. 기판에 도착하는 전구체의 양과 비율은 처리 중에 달라질 수 있습니다. 다른 광전지 기술의 예로서, 황동석 Cu(In,Ga)Se\(_2\) 흡수체를 기반으로 한 고효율 공증착 태양 전지는 복잡한 Cu-poor/Cu-rich/Cu-poor 증발 방식으로 준비됩니다. 최적의 흡수체 특성과 흡수체 내에서 신중하게 설계된 밴드 갭 구배를 구현합니다9.