In present study, I report the synthesis of PbSe nanocrystal quantum dots (NQDs) and its solar cell application. PbSe NQD is known for promising material of $3^{rd}$ generation solar cells. I successfully fabricated PbSe NQDs heterojunction solar cell using Layer-by-Layer (LBL) spin coating. I exchanged the bulky surface ligand of PbSe NQDs such as oleic acid (OA) to EDT, then I could achieve strong electronic coupling of PbSe NQDs. By optimizing solar cell fabrication condition, I could increase the overall performance of PbSe NQDs solar cell. Finally, I achieved PbSe NQDs heterojunction solar cell exceeding photocurrent of $20 mA/cm^{2}$. Additionally, I improved PbSe NQD stability by surface treatment with ammonium chloride (NH4Cl). Absorption and PL spectroscopy results revealed that our stability improved PbSe NQDs can maintain their original optical properties over 1 week. Stability improved PbSe NQDs can be applied to PbSe heterojunction solar cell with ultra-long life time in the future.
PbSe 양자점은 큰 엑시톤 보어 반경을 갖기 때문에, 강한 양자구속효과를 이끌어 낼 수 있고, 따라서 벌크 물질이나 다른 양자점들에 비하여 더욱 효과적인 다중 여기자 생성 (Multiple exciton generation, MEG) 현상을 구현할 수 있다. 따라서 PbSe 양자점을 이용하여 태양전지를 만들 경우, 단락전류를 극대화 시켜 높은 광전변환효율을 달성할 수 있다.
본 연구에서는 PbSe 양자점으로 리간드 교환을 포함하는 Layer-by-Layer (LBL) 공정을 통하여 이종접합 태양전지를 제작하였다. 태양전지 제작 공정에서 사용되는 1,2-ethanedithiol (EDT), hydrazine 등의 농도를 최적화하고, aging 과정을 통하여 $20 mA/cm^{2}$ 가 넘는 단락전류를 달성하였다. 또한, 산화에 취약한 PbSe 양자점을 ammonium chloride ($NH_4Cl$)를 이용한 표면처리를 통하여 그 안정성을 매우 향상시켰다. 양자점의 크기와 표면상태를 간접적으로 알아볼 수 있는 흡광도 및 PL 분광분석법을 통하여, NH4Cl을 처리한 경우 PbSe 양자점의 안정성이 9일 이상 유지되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 합성한 안정성이 향상된 PbSe 양자점을 이용하면 산소가 존재하는 환경에서도 오랜 시간 작동하는 PbSe 양자점 기반 태양전지를 제작할 수 있을 것으로 기대된다.
