Metal halide perovskite solar cells are attracting attention as a next-generation solar cell material with a low manufacturing cost through a solution process and a high efficiency of 25.5% recently. However, due to the characteristics of the fast crystallization rate of perovskite, sandwiched structure, and the complex composition ratio, the film is fabricated as polycrystalline form, inevitable interfacial defect formation, and various intrinsic defects. The defects in perovskite layer act as a factor that degrades the performance and stability of perovskite solar cells. Therefore, for a high-efficiency perovskite solar cell, research is needed to passivate defects at the interface and grain boundaries of perovskite.
In this paper, crystalline carbon nitride was introduced to control defects in perovskite. Crystalline carbon nitride contains various electron-donating functional groups, has excellent stability in operating conditions of solar cells such as high temperature and light, and can form stable dispersion in perovskite precursor. Crystalline carbon nitrite is used as a defect control material in perovskite to reduce the activated defects in perovskite and improve efficiency by 8.9% compared to existing solar cell devices.
메탈 할라이드 페로브스카이트 태양전지는 용액공정을 통한 낮은 제작 비용과 함께 최근 25.5%의 고효율을 기록하며 차세대 태양전지 물질로서 주목받고 있다. 하지만 페로브스카이트 층의 빠른 결정화 속도, 전하 추출층과 계면 접합, 복잡한 구성비를 가진다는 특징 때문에 다결정 형태, 필연적인 계면 결함 형성, 다양한 종류의 결함이 존재한 형태로 필름이 제작되게 된다. 이러한 결함들은 페로브스카이트 태양전지의 성능과 안정성을 약화시키는 요인으로서 작용한다. 그러므로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 위하여 페로브스카이트의 계면과 결정립계에 존재하는 결함을 제어하는 연구가 필요하다.
이를 극복하기 위하여 본 논문에서는 결정질 카본나이트라이드를 도입하여 페로브스카이트 내에서 발생되는 결함을 제어하였다. 결정질 카본나이트라이드는 다양한 전자 기여 작용기를 함유하고 있고 태양전지의 작동 조건인 고온 그리고 빛에 대한 안정성이 우수하며 페로브스카이트 필름에 형성에 사용되는 용액에서 분산이 안정하여 페로브스카이트 필름에 도입될 수 있다. 결정질 카본나이트라이트는 페로브스카이트 내의 결함 제어 물질로 사용되어 페로브스카이트 내의 활성화되어 있는 결함의 양을 감소시켰으며, 기존 태양전지 소자 대비 효율을 8.9 % 향상시켰다.