최근 실험 연구에서 디메틸설폭사이드(DMSO)와 계면활성제 도핑 PEDOT:PSS 블렌드 사용해 효율적 Si/유기 하이브리드 태양전지 제조. PEDOT:PSS 박막을 극성 용매 후처리 시 소자 성능 추가 향상. 용매 극성 높을수록 효율 높음 확인. 메탄올 처리 시 PEDOT:PSS 전도도 1105 S cm⁻¹ 달성, 대응 하이브리드 셀 기록적 효율 12.22% 도달. X선 광전자 분광법(XPS)과 라만 분광법에서 절연성 PSS 제거와 고분자 구조 변화가 성능 향상 핵심임 밝혀짐. 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 메탄올 처리 소자 더 큰 재결합 저항과 정전용량 보여, 이 단순 저비용 접근법 효과 입증.
실리콘-유기 하이브리드 태양전지는 결정질 실리콘 높은 흡수와 유기 층 경량, 용액 공정성 결합해 저온, 비용 효율적 광전지 길 제시. 정공 수송층(HTL)은 전하 추출과 직렬 저항에 핵심; PEDOT:PSS는 높은 전도도와 광투과도로 유기 전자 소자 HTL로 널리 쓰임. 그러나 절연성 폴리스티렌 술포네이트(PSS) 성분 성능 제한. 기존 연구들 공동용매(DMSO, 에틸렌 글리콜)나 산 처리로 PEDOT:PSS 전도도 향상 시도했으나 안정성 저해나 가혹 화학물질 필요. 본 연구는 온화한 후처리로 극성 알코올, 특히 메탄올 사용해 절연성 PSS 선택적 제거와 PEDOT 사슬 재배향으로 Si/PEDOT:PSS 계면 개선, 소자 안정성 저해 없이 성능 향상 탐구.
양면 연마 n형 CZ Si(100) 웨이퍼(2.6-3.5 Ω·cm, 450 µm) 아세톤, 에탄올, DI 물 초음파 20분씩 세척. 80°C 피라냐 용액(3:1 H₂SO₄/H₂O₂) 30분 산화, 세척 후 5% HF 5분 식각 H-Si 표면 노출. 10% HNO₃ 5분 침지로 얇은 SiO₂ 패시베이션 층 형성. PEDOT:PSS(Clevios PH1000) 분산액에 5 wt% DMSO, 1 wt% Triton X-100 혼합, SiO₂/Si 기판 위 스핀 코팅(1500 rpm, 60초), N₂ 하 140°C 10분 어닐링. 건조된 PEDOT:PSS 박막 위 메탄올(또는 다른 알코올) 60 µL 적가 후 재스핀 코팅(2000 rpm, 60초), 최종 120°C 10분 어닐링. 은(200 nm) 그리드 열증착 상부 전극, 알루미늄(200 nm) 고진공(~10⁻⁷ Pa) 하 후면 증착. 소자 활성 면적 0.3 cm².
소자 성능(J-V, EQE) AM 1.5(100 mW cm⁻²) 제논 램프 조명, 기준 실리콘 셀 보정 측정. PEDOT:PSS 박막 전도도 4점 프로브(RST-9) 측정. XPS Thermo ESCALAB 250(Al Kα), 라만 532 nm 레이저. EIS CHI660E 워크스테이션(10⁻¹-10⁶ Hz). 투과율과 AFM으로 광학, 표면 특성 평가.
그림 1 다양한 알코올 처리 셀 J-V, EQE 특성. 대조군(DMSO만) V_OC=0.552 V, J_SC=27.09 mA cm⁻², FF=63.6%, PCE=9.51%. IPA 처리 PCE 9.98%(J_SC=27.71, FF=64.7%). 에탄올 처리 PCE 10.69%(V_OC=0.556, J_SC=28.16, FF=68.3%). 메탄올 처리 최고 PCE 12.22%(J_SC=30.58, FF=72.0%)로 대조군 대비 28% 향상.
Figure 1
4점 프로브 측정 결과 PEDOT:PSS 전도도 DMSO 없이 0.3 S cm⁻¹에서 DMSO 포함 650 S cm⁻¹로 증가. IPA, 에탄올, 메탄올 후처리 후 각각 826, 908, 1105 S cm⁻¹로 추가 상승. 시트 저항 대조군 200 Ω·cm²에서 메탄올 105 Ω·cm²로 감소. 550 nm 투과율 모든 박막 >95% 유지, 향상 전자적 기원임 지시.
Figure 2
라만 스펙트럼 PEDOT Cα-Cβ 피크 대조군 1429 cm⁻¹에서 IPA 1425.8, 메탄올 1422.7 cm⁻¹로 체계적 이동, 벤조이드→퀴노이드 구조 전이 반영, 전하 이동도 향상. XPS S 2p 분석 PSS/PEDOT 비율 대조군 2.48에서 메탄올 1.33 감소, 절연성 PSS 선택적 제거 확인. AFM 표면 조도 모든 처리 ≤2.4 nm 낮게 유지.
Figure 3
Figure 4
EIS 메탄올 처리 소자 더 큰 재결합 저항(R_PN)과 긴 소수캐리어 수명(τ≈751 µs) 보임, 대조군 622 µs 대비 계면 재결합 감소 지시. Mott-Schottky 분석 내장 전위 무시할 변화, 성능 향상 밴드 정렬 이동 아닌 전하 수송 개선 기인 확인.
Figure 5
본 연구 PEDOT:PSS 박막 메탄올 단순 후처리로 전도도 현저 향상(최대 1105 S cm⁻¹) 결과 Si/PEDOT:PSS 하이브리드 태양전지 효율 12.22% 달성 입증. 향상 원인: 선택적 PSS 제거, PEDOT 사슬 구조 재배열, 계면 재결합 감소. 공정 온화한 용매 스핀 코팅과 저온 어닐링만 포함해 확장 가능, 비용 효율적 고성능 하이브리드 광전지 경로 제시.
나노물질
요약 페로브스카이트 광흡수층 내 캐리어 수송 거동은 페로브스카이트 태양전지(PSC)의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 페로브스카이트 물질의 밴드 구조 설계를 통해 캐리어 재결합 손실을 줄였습니다. 열 증착법으로 그래디언트 두께 비율을 가진 초박막 (PbI₂/PbBr₂)ₙ 필름을 납 할라이드 전구체 층으로 증착하고, 대기 분위기에서 2단계 법으로 그래디언트 밴드 구조를 가진 PSC를 제작했습니다. 비교를 위해 MAPbI₃와 MAPbIxBr3-x 균질 페로브스카이트 물질로 PSC도 제작했습니다. 그 결과 타입-II 그래디언트
요약 본 연구에서는 무기 주석 도핑 페로브스카이트 양자점(PQD)을 탄소 기반 페로브스카이트 태양전지(PSC)에 도입하여 광전 성능을 개선하였다. 첫째, Sn2+ 도핑 함량을 조절함으로써 주석 도핑 PQD의 에너지 준위를 조정하여 최적의 밴드 정렬과 광생성 전자-정공 쌍의 분리 향상을 실현하였다. 둘째, 자체 p-타입 도핑 효과로 인해 상대적으로 높은 수용체 농도를 가진 주석 도핑 PQD의 도입은 페로브스카이트 후면 근처의 공핍 영역 폭을 감소시켜 정공 추출을 강화하였다. 특히 CsSn0.2Pb0.8I3 양자점(QD) 첨가 후, 기
