Understanding electronic structure of electron transport layer (ETL) and light absorbing layer is essential to improve the conversion efficiency of the perovskite solar cell (PSC). Improved efficiency of PSCs was provided by Nb-doped $BaSnO_3$ as ETL by tailoring electronic structure of the $BaSnO_3$ with Nb doping. The Nb-doped $BaSnO_3$ was prepared by a sol-gel method followed by a hydrothermal treatment; the Nb content was varied from 1, 2, and 5 mol%. The X-ray photoelectron spectroscopy and UV-Vis result showed that the Fermi level of $BaSnO_3$ shifted toward the conduction band minimum (CBM) when the Nb content becomes higher. The changes of short circuit current $(J_{SC})$ and open circuit voltage $(V_{OC})$ of PSCs were explained in relation to the electronic structure of the $BaSnO_3$ layer. As a compromise of changes in $J_{SC}$ and $V_{OC}$, the best efficiency of 11.44% was demonstrated by PSCs with 1 mol% Nb-doped $BaSnO_3$.
현재 상용화된 실리콘 태양전지를 대체할 3세대 태양전지 기술 개발을 위해 전 세계에서 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 2009 년에 처음으로 개발된 이후 급격한 효율 증가를 보인 페로브스카이트 태양전지의 변환 효율이 최근 22.1 %에 도달했다. 머지않은 시기에 페로브스카이트 태양전지의 효율이 이론적 한계인 31 %에 도달할 것으로 보인다. 페로브스카이트 태양전지의 변환 효율을 향상시키기 위해서는 전자 전도층과 광 흡수층의 전자띠 구조를 이해하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 나이오븀이 도핑된 바륨주석산화물을 전자 전도층으로 사용함으로써 페로브스카이트 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있음을 보였다. 나아가 전자 전도층과 광 흡수층의 전자 띠 구조를 보임으로써 나이오븀을 도핑하는 것이 페로브스카이트 태양전지의 효율에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 졸-겔 방법으로 1, 2, 5 몰%의 나이오븀이 도핑된 바륨주석산화물 나노입자를 합성하였고 엑스선 광전자 분광법과 자외선-가시광선 분광분석을 통해 나이오븀 함량이 높아질 때 바륨주석산화물의 페르미 준위와 최소 전도대 값과의 차이가 줄어드는 것을 보였고, 그 결과 나이오븀 함량이 높아질 때 단락 전류는 증가하고 개방회로 전압은 감소하는 것을 보였다. 단락 전류와 개방회로 전압의 상충된 변화 양상의 결과로써 1 몰% 나이오븀이 도핑된 바륨주석산화물을 전자 전도층으로 사용하였을 때 페로브스카이트 태양전지의 효율이 11.44 %의 최고 효율을 갖는다는 것을 입증했다.
