Control of the nanomorphology in organic (polymer) - and hybrid photovoltaics is a key factor for maximizing the module power conversion efficiency (PCE) and enhancing the electrical properties related to exciton dissociation at the interfaces between donors and acceptors, diffusion of charge carriers, and charge collection at each electrode.
On the other hand, although spin-coating is the most appropriate laboratory-scale film formation process, scale-up of this process does not ensure uniformity, even within a device. This makes the spin-coating process incompatible with roll-to-roll (R2R) production under ambient conditions, where the latter is desirable for suc-cessful commercialization.
Here we demonstrate the nanoimprinting process incorporating a periodic nanostructure into the inverted polymer solar cells (i-PSCs) can induce a more favorable nanomorphology of BHJ layer with vertical phase segregation, effectively enhancing electrical properties as well as optical performance in i-PSCs. We additionally ap-plied various periodic nanostructures with different geometry such as period and shape, which can influence on polymer chain flow and polymer crystalline nature.
And also, we propose a new approach to form high quality organic films on an aqueous substrate under ambi-ent conditions. The nanomorphology of blended films can be efficiently managed in seconds during the process of spreading on the aqueous substrate. The utility of the films in functional devices is demonstrated by applying the new film formation technique to the fabrication of highly efficient PSCs.
Finally, we report the incorporation of a pristine polymer, PCDTBT with fibrills as an efficient HTL in perovskite solar cells, resulting in highly efficient device performance and high device stability. PCDTBT fibrills formed at the grain boundaries of perovskite layer provides strong adhesion and electrical paths between per-ovskite and PDCTBT layers.
유기 및 유/무기 하이브리드 태양전지에서 나노모폴로지를 제어하는 것은 엑시톤 분리 및 전하의 이동과 각 전극에서의 전하 수집과 같은 전기적 특성을 향상시킬 수 있어 모듈 효율을 최대화하는데 필수적인 요소이다. 한 편, 스핀코팅 공정이 실험실 스케일에서 박막 형성을 위한 가장 효과적인 방법이지만, 이 방법은 대면적 공정에서 박막의 균일도를 제어하기 어려울 뿐만 아니라 공기 중에서 롤투롤 공정이 불가능하다. 따라서 스핀코팅 공정을 대체하기 위한 새로운 박막형성 공정의 개발이 필요하다.
본 Dissertaion에서는 역구조의 유기태양전지에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 도입하여 나노모폴로지를 효과적으로 제어함으로써 광학적 특성 뿐 만 아니라 전기적 특성을 효과적으로 향상시켰다. 또한 부가적으로 다양한 주기 및 다양한 구조의 나노 구조체를 도입하여 이들의 차이가 나노모폴로지에 미치는 영향을 연구하였다.또 한, 대기 중에서 액상 기판상에 자발적 확산 공정에 의해 수초 내에 모폴로지가 제어된 유기 박막을 형성할 수 있는 방법을 개발하였고, 이 공정이 용매 제거의 시간이 매우 짧아 대기 중 공정가능성 및 안정성을 가짐을 연구하였다.
마지막으로, fibril 구조체를 포함하는 PCDTBT를 페로브스카이트 태양전지에 적용함으로써, 전기적 특성 및 기계적 특성을 향상시키고, 소자의 대기 안정성을 향상시켰다.
