In past few years, perovskite solar cell shows meteoric rise in solar to electric power conversion efficiency (PCE). Based on long diffusion length and almost ideal bandgap, perovskite solar cell improves energy efficiency. Recently, perovskite solar cell with inverted structure has attracted more attention because of easy-fabrication, cost-effectiveness, and suppressed hysteresis characteristics. Based on these advantages, researches to improve performance and stability have been conducted. In this regard, nickel oxide is used as hole transport layer in inverted perovskite solar cell. But stoichiometric nickel oxide has bad conductivity (~10-13 S/cm). So, it must be very thin layer or be doped to transport hole. In general, monovalent cation or copper ion is used as dopant. But these dopants make strain which comes from ionic radius difference. Strain can be reduced when nitrogen substitute oxygen site. Compared to other dopants, nitrogen has smaller mismatch of ionic radius. Therefore, nitrogen doped nickel oxide layer was fabricated as hole transport layer in inverted solar cell to improve conductivity of inorganic layer and structural stability.
In this study, nickel oxide layer is formed at relatively low temperature. Through unusual anionic doping, hole conductivity increases compare to pristine nickel oxide. Based on this, it was applied to hole transport layer in perovskite solar cell, resulting an improvement in short-circuit current without structural or morphological change.
태양에서 나오는 에너지를 1시간만 모으면 인류가 1년 동안 사용할 수 있는 에너지 양에 달한다고 한다. 태양전지는 이러한 무궁무진한 태양에너지를 이용하는 장치 중 하나이다. 하지만 현재 상용화된 실리콘 태양전지나 박막형 태양전지는 가격과 복잡한 공정이라는 한계점이 있다. 이에 대안으로 최근 페로브스카이트 구조를 갖는 물질을 빛 흡수층으로 사용하는 태양전지가 떠오르고 있다. 저렴한 소재와 간단한 공정은 물론, 대부분의 가시광 흡수능력과 이상적인 밴드갭과 가깝고 우수한 빛 흡수능력을 바탕으로 기존 태양전지와 견줄만한 효율을 기록하고 있다. 하지만 여전히 안정성의 문제가 남아있고, 안정성과 성능을 함께 높이려는 많은 연구가 진행되고 있다. 역구조 태양전지에 홀전도층으로 많이 사용되는 PEDOT:PSS는 공기 중에서 분해되어 전극의 성능을 저하 시키고, 전자를 잘 막아주지 못한다. 이를 대체하기 위하여 무기물을 결합하거나 대체하는 시도들이 보고되고 있다. 그 중 니켈옥사이드는 밴드정렬이 잘 맞고, PEDOT:PSS의 단점을 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 화학양론적 평형을 이루는 니켈옥사이드는 절연특성을 가지고 있어 홀전도층으로 사용하기 위해서는 전도도 향상이 필요하다.
이 연구에서는 다소 낮은 온도에서 무기물 홀전도층인 니켈옥사이드 층을 형성하고, 음이온 자리인 산소 자리에 질소를 도핑하여 도핑으로 인한 변형을 줄이고 전도도를 높였다. 이를 바탕으로 페로브스카이트 태양전지 홀전도층에 적용하여 구조적, 형태적 변화없이 단락전류의 향상을 가져왔다.
