Due to their unique, size-dependent optical, electronic, optoelectronic properties, colloidal quantum dots (QDs) have attracted a great deal of attention for potentially widespread use in optoelectronic devices such as light-emitting diodes and photodetectors. In addition, colloidal QDs are solution-processable at a low temperature, and on this basis are also promising candidate material systems for low-cost, high-efficiency solar cells. With these advantages, there has been growing interest in quantum dot solar cells (QDSCs) as next-generation photovoltaic devices. In particular, lead sulfide (PbS) and lead selenide (PbSe) QDs have large Bohr radii, providing a strong quantum confinement effect and a facile tunability of band gap energy ($E_g$). These advantages also offer better carrier transport characteristics and wide spectral responses for photovoltaic applications. As a result, the performance of PbS and PbSeQDSCs has shown rapid improvements over the last few years. Although there has been rapid progress in QDSCs, there remain challenges to be solved for further improvement. In this thesis, we study the engineering of structure and processing of PbS QDSCs. Specifically, in the chapter 2 and 3, we focus on the interface defects at the junction and depletion region width of the QDSCs to improve the device performance. In the chapter 4, we report single-step fabrication of large-scale QD films from a colloidal quantum dot ink solution, which can expand the fabrication process from lab-scale to large-scale. The QDSCs are next-generation photovoltaic devices which have great potential and promising result. By engineering device structure, much improvements of device performance are exhibited in this thesis. We also demonstrate a new methodology enabling directly fabrication of large-scale QD film. We expect that these results can be highly useful for the further improvement of efficiency in QDSCs and the realization of high-throughput fabrication of QDSCs.
콜로이드 양자점은 크기에 따라 광학적, 전기적 특성이 변하는 특이한 성질을 지니고 있다. 때문에 이를 태양전지나 발광 다이오드와 같은 광전자 소자에 응용하려는 연구들이 많이 진행되었다. 그 중에서도 콜로이드 양자점 태양전지는 저가격, 고효율 태양전지를 달성할 수 있는 잠재력이 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있으며, 실제로 효율이 몇 년 사이 급속하게 발전하였다. 하지만 아직이를 상용화하기 위해서는 특성이 더 향상되어야 하며, 기존 연구실 수준의 제조에서 벗어나 대면적 생산이 가능해야 한다. 본 학위논문에서는 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법들을 설명할 것이다. 먼저, 2장과 3장에서는 콜로이드 양자점의 계면 결함을 줄이고, 양자점 필름의 공핍 영역을 증가시키는 방법을 통해 양자점 태양전지의 특성을 향상시킨 연구에 대해 얘기할 것이다. 4장에서는 양자점 잉크를 대면적으로 코팅하는 기술을 통해 기존 연구실수준으로 국한된 양자점 태양전지 제조기술을 대면적 제조기술로 확장시킨 연구를 다룰 것이다. 이와 같은 연구들을 통하여 좀 더 상용화에 가까워진 양자점 태양전지 제조기술을 확보할 수 있었다. 양자점 태양전지는 낮은 생산단가와 높은 효율을 가지고 있어 향후 차세대 태양전지로 더욱더 각광받을 수 있을 것이다.
