Solar cells generate electricity from sunlight. It is one of the promising renewable energy technologies which have become important in recent years due to environmental issues, such as global warming and air pollution. With the worries over the depletion of conventional fossil fuels it is gaining ever more interest. This thesis describes the study conducted on organic thin-film solar cells, particularly investigating the possibility of semitransparent photovoltaic cells which can be used for building integrated photovoltaics (BIPV). Normal and inverted solar cells are fabricated following the steps in the literature and their performances are compared. As buffer layers, PEDOT:PSS is used for normal structure and a thin layer of $Cs_2CO_3$ is used for inverted cells. Efficiency up to 4.2% is achieved, which is the highest among the evaporated $Cs_2CO_3$ based cells reported in the literatures. Efficient semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) cells are presented in an inverted geometry employing ZnS/Ag/$WO_3$ (ZAW) as a top anode and ITO/$Cs_2CO_3$ as a bottom cathode. Upon identification of the light absorption that differs depending on the illumination direction, the degree of the absorption asymmetry is tuned by varying the ZAW structure to maximize the efficiency for one direction or to balance it for both directions. Optical simulation is performed to find the appropriate thickness for each design scheme. $WO_3$ has relatively small effect on the optical characteristics of the whole device and is mainly used as a buffer layer. Power conversion efficiency close to that of conventional opaque OPV cells is demonstrated in semitransparent cells for the ITO side illumination by taking advantage of the internal reflection occurring at the organic/ ZAW interface. Cells with efficiencies that are reduced but balanced for both illumination directions are also demonstrated. The EQE spectra of the cells are shown for both illumination directions to verify the validity of the measured quantities. The overall transmittances of the cells made by respective design scheme are virtually the same, having averaged transmittance of 28.3% and 27.3% in the visible spectrum. These levels of transmittance are comparable to typical commercially available tinting films. It is the author’s wish that this thesis will contribute to creation of a new market in photovoltaic industry for organic solar cells.
태양전지는 태양광을 흡수하여 전기를 만들어낸다. 태양전지는 최근에 지구 온난화나 환경오염등과 같은 환경관련 이슈들로 인해 중요도가 높아진 재생 가능한 에너지들 중 하나이다. 계속된 화석연료의 사용으로 고갈 위험이 커지면서 많은 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 유기 박막 태양전지, 구체적으로 건물과 통합되어 발전될 수 있는 태양전지에 사용될 수 있는 반투명 태양전지에 대해 연구된 결과를 소개한다. 보통 구조와 반전된 구조가 먼저 문헌에 소개된 바와 같이 제작하여 성능을 비교하였다. 보통 구조에는 흔히 쓰이는 PEDOT:PSS가, 반전된 구조에는 얇은 $Cs_2CO_3$ 층이 증착되었다. 반전된 구조는 효율이 4.2%까지 나왔는데, 이는 보고된 증착된 $Cs_2CO_3$을 이용한 반전구조 태양전지 중에서 가장 높은 수치이다. ZnS/Ag/$WO_3$ (ZAW)를 상부 전극으로 사용하고 ITO/$Cs_2CO_3$을 하부 전극으로 한 고효율 반투명 유기 태양전지(ST-OPV)도 선보인다. 이 태양전지는 빛을 비추는 방향에 따라 흡수 정도가 다른 성격을 보였는데 이 흡광의 비대칭성은 ZAW 구조를 조금씩 바꾸면서 조절이 가능하였다. 이로써 본 태양전지는 한쪽 방향의 빛에 효율을 극대화하거나 양 방향에 대해 비교적으로 균형을 이루는 두 가지 방법으로 디자인 될 수 있었다. 각 디자인에 대한 각 층의 적정 두께는 광학 시뮬레이션 프로그램으로 선정되었다. $WO_3$는 전체 셀의 광학 특성에 큰 영향을 미치지 않는다고 판명되었고 단지 버퍼층 역할을 위해 삽입되었다. ITO 방향으로 빛을 비추었을 때 유기층과 ZAW 전극의 경계면에서 일어나는 내부 반사를 이용하여 불투명한 셀의 효율과 근접한 효율을 얻을 수 있었다. 효율은 약간 떨어지지만 양 방향에 대해 균형을 이룬 전지도 소개된다. 측정된 값의 유효성 검사를 위해 각 셀에 대해 양 방향의 EQE 스펙트럼도 제시된다. 각 디자인 방법들로 제작된 셀들의 평균 투과율은 각각 28.3%와 27.3%로 비슷한 값을 보였다. 이 수준의 투과율은 현재 시판되고 있는 윈도우 틴팅 필름과 비슷한 수준임을 확인할 수 있었다. 저자는 본 연구가 유기태양전지의 새로운 시장 창조에 일조했으면 한다.
