Photovoltaic (PV) technology based on organo-metal halide perovskites (OHPs) offers a promising prospect for the next breakthrough in renewable energy generation. Due to the high absorption coefficients, low exciton binding energy, and balanced charge transport properties with long diffusion lengths, the initial efficiency of such technology of around 3% has been rapidly increased to values as high as 22%, comparable to most inorganic thin film PV technologies. In order to become commercially viable, the reproducibility of unit cell efficiency as well as scalable module geometry should be insured. Moreover, distinctive features that cannot be afforded by traditional silicon PV should be developed.
Phosphorous impurity in precursor solution of $CH_3NH_3PbI_3$ ($MAPbI_3$) was investigated for its effect on enhancing not only the efficiency (avg. efficiency of 13.5%) but also the reproducibility (standard deviation of 0.47) of perovskite solar cells (psSCs). Joint analysis on the experimental results and the electrical modeling of psSCs indicated that minority carrier lifetime and the doping concentration of perovskite layer are highly related to the performance of perovskite photovoltaic devices.
In an effort to develop distinctive functionality in psSCs, semi-transparent PV devices utilizing a metal-based transparent electrode that has a thermal-mirror property were realized. Through intentionally applying a thick metal layer, but still transmissive in the visible wavelength, substantial reflection at the near-infrared (NIR) region was recognized, thereby realizing NIR solar energy rejection of 85.5%.
Lastly, a cost-effective module architecture that can be utilized for vacuum-deposited thin film PVs is presented. The present study focuses on developing a scalable module fabrication process that can minimize the efficiency loss originating from the interconnection regions. By applying a combination process consist of printing and oblique deposition, an inactive length of 415$\mu$m was realized.
유기/무기 할로겐으로 이루어진 페로브스카이트 물질은 처음 보고된 광전변환 효율을 단지 3%에 불과 하였지만 최근 3년간의 학계에서 이루어진 활발한 연구의 결과로, 기존 무기물 기반의 박막 태양전지 기술들과 동일한 수준인 22%의 효율을 기록하며 신재생 에너지 활용에 새로운 혁신을 이루어낼 차세대 태양전지 기술로서 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 향후 본 기술이 상용화여에 성공하기 위해 필요적으로 요구되는 요소 기술들에 대한 연구를 진행하였다. 우선 그동안 잘 보고되지 않았던 인 불순물의 첨가를 통하여 높은 태양전지 효율을 달성 할 수 있을 뿐만 아니라 재현성도 크게 향상됨을 확인하였으며, 여러 실험적 특성 평가 결과와 태양전지 소자의 전기적 모델링을 통하여 페로브스카이트 물질의 전자/전공 수명과 도핑 농도 특성이 소자 성능의 차이를 줄 수 있음을 보였다. 또한 본 기술을 활용하여 기존의 외벽이 유리로 된 건물과 운송 수단의 유리창에 거부감 없이 심미적으로 적용이 가능하며, 동시에 열차단 기능이 추가된 반투명형 태양전지를 개발하였다. 단위 소자에서 개발된 기술은 결국 대면적의 모듈로 확장되는데, 본 논문의 마지막 장에서는 프린팅과 경사 증착을 통해 대면적에도 저가로 적용이 가능한 진공 증착형 박막 태양전지 모듈의 구조 설계에 대한 연구를 진행하였다.
