고려대학교 행정학과

A series of anionic conjugated polyelectrolytes (CPEs) is synthesized based on poly(fluorene-co-phenylene) by varying the side-chain ionic density from two to six per repeat units (MPS2-TMA, MPS4-TMA, and MPS6-TMA). The effect of MPS2, 4, 6-TMA as interlayers on top of a hole-extraction layer of poly(bis(4-phenyl)-2,4,6-trimethylphenylamine (PTAA) is investigated in inverted perovskite solar cells (PeSCs). Owing to the improved wettability of perovskites on hydrophobic PTAA with the CPEs, the PeSCs with CPE interlayers demonstrate a significantly enhanced device performance, with negligible device-to-device dependence relative to the reference PeSC without CPEs. By increasing the ionic density in the MPS-TMA interlayers, the wetting, interfacial defect passivation, and crystal growth of the perovskites are significantly improved without increasing the series resistance of the PeSCs. In particular, the open-circuit voltage increases from 1.06 V for the PeSC with MPS2-TMA to 1.11 V for the PeSC with MPS6-TMA. The trap densities of the PeSCs with MPS2,4,6-TMA are further analyzed using frequency-dependent capacitance measurements. Finally, a large-area (1 cm(2)) PeSC is successfully fabricated with MPS6-TMA, showing a power conversion efficiency of 18.38% with negligible hysteresis and a stable power output under light soaking for 60 s.

본 연구에서는 다수의 이온성 작용기를 가진 공액고분자 전해질(CPE)을 PTAA 정공수송층과 친수성의 페로브스카이트 광활성층 사이에 얇은 중간층으로 도입하여 우수한 광전변환효율(18.94%)의 태양전지를 제작하였다. 또한 이온작용기의 개수가 2개, 4개, 6개(각각 MPS2-TMA, MPS4-TMA, MPS6-TMA)로 서로 다른 공액고분자 전해질을 중간층으로 테스트 하여 이온 작용기 갯수에 따른 페로브스카이트 결정의 passivation 및 페로브스카이트 태양전지의 광전 특성 향상 효과를 연구하였다. 단량체 내 이온 작용기 개수가 증가함에 따라 개방회로 전압을 1.06 V에서 1.11 V 까지, 최대 광전변환효율을 17.47%에서 18.94% 까지 향상시켰다. 이는 공액고분자 전해질의 frontier molecular orbital 에너지 준위 조절과 이온 전하 밀도 증가가 계면 특성 및 전하 캐리어 추출에 긍정적 영향을 미친다는 것을 의미한다. 추가적으로 MPS6-TMA를 사용한 1㎠ 넓이의 대면적 소자에서도 18.38%의 전력 변환 효율과 안정적인 출력을 보여 페로브스카이트 태양전지의 대면적화에 공액고분자 전해질이 해답이 될 수 있음을 제시하였다.