신규 페녹사진코어 구조를 기반으로 한 정공 수송 물질을 사용한 페로브스카이트태양전지의 특성 및 안정성 개선에 관한 연구
Novel phenoxazine core based hole transport materials on improving the characteristics and stability of perovskite solar cells
- 주제어 (키워드) 페로브스카이트 태양전지 , 정공수송물질 , Perovskite Solar Cells , PSCs , Hole Transport Material , HTM , Sodium sulfonate
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079832
- UCI I804:11029-000000079832
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
페로브스카이트 태양전지란 태양빛을 전기 신호로 변환하는 차세대 태양광 발전 소자로, 높은 효율과 낮은 제조 비용으로 주목받고 있다. 특히, 가볍고 유연한 특성을 활용하여 다양한 응용 분야에서 활용 가능성이 높아 4차 산업 시대의 주요 에너지 소자로 자리 잡고 있다. 그러나 페로브스카이트 태양전지 는 소자 내 결함(trap state)으로 인해 전하 재결합이 촉진되며, 이는 효율과 장기 안정성을 저하시키는 주요 원인으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 이러한 결함 문제를 해결하기 위해 Na 이온과 TBP (4 Tert-Butylpyridine) 간의 배위 결합을 이용한 정공수송물질의 메커니즘을 분 석하였다. FTIR 분석을 통해 TBP의 비공유 전자쌍이 Na 이온과 배위 결합 하여 고리 구조의 결합 강도를 변화시키는 것을 확인하였으며, 이를 통해 소 자의 안정성과 효율을 향상시킬 수 있음을 입증하였다. 또한, Li-TFSI 첨가 시 안정성이 저하되는 문제를 Contact Angle 측정을 통해 규명하고, Li-TFSI 없이도 효율과 안정성을 개선하는 방안을 제시하였다. 더불어, 신규 페녹사진 코어 구조를 기반으로 한 정공수송물질 내 SO₃ 그 룹이 페로브스카이트 계면에서 Pb 결함과 결합하여 패시베이션 층을 형성하 는 메커니즘을 제안하였다. XPS 분석을 통해 SO₃-Pb 결합 형성이 trap state를 감소시키고 전하 재결합을 억제함을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 신규 정공수송물질이 기존 Spiro-OMeTAD 기반 물질 대비 더 높은 안정성과 효율을 제공할 수 있음을 보여준다.
more초록 (요약문)
Perovskite solar cells are next-generation photovoltaic devices that convert sunlight into electrical energy. They have garnered attention due to their high efficiency and low manufacturing costs. With lightweight and flexible characteristics, they hold significant potential for applications in various fields, positioning themselves as a key energy solution in the era of the Fourth Industrial Revolution. However, defects within perovskite solar cells, known as trap states, promote charge recombination, which is a major factor reducing both efficiency and long-term stability. In this study, we addressed the defect issue by analyzing the mechanism of hole transport materials involving the coordination bonding between Na ions and TBP (4-tert-butylpyridine). FTIR analysis revealed that the lone pair of electrons in TBP coordinates with Na ions, altering the binding strength of the ring structure. This interaction was found to enhance the stability and efficiency of the device. Furthermore, we identified that the addition of Li-TFSI decreases stability, as confirmed through contact angle measurements, and proposed strategies to improve efficiency and stability without the use of Li-TFSI. Additionally, we developed a novel hole transport material based on a phenoxazine core structure, where the SO₃ groups in the material interact with Pb defects at the perovskite interface to form a passivation layer. XPS analysis confirmed the formation of SO₃-Pb bonds, which reduced trap states and suppressed charge recombination. These findings demonstrate that the newly developed material offers higher stability and efficiency compared to conventional Spiro-OMeTAD-based hole transport materials.
more목차
제 Ⅰ 장. 서 론 1
1.1 연구배경 1
제 Ⅱ 장. 재료 및 실험 3
2.1 재료 3
2.2 실험 방법 4
2.3 분석 기기 5
제 Ⅲ 장. 연구 내용 6
3.1 PBTPA 기반 소자의 특성 분석 6
(1) 신규 정공 수송 물질을 도입하게 된 배경 6
(2) PBTPA 의 물질 자체 특성 및 비교 8
(3) Na-TBP complex 메커니즘 13
(4) SO3-Pb 패시베이션 16
3.2 PBTPA PCBDPA SPIRO-OMeTAD 비교에 관한 연구 20
(1) PCBDPA 구조 20
(2) PL TRPL analysis 21
(3) Hole only device (SCLC) analysis 23
(4) 효율과 안정성 25
제 Ⅳ 장. 결론 27
참고문헌 28
