그래핀 양자점과 TiOx 패시베이션 층이 적용된 그래핀/Si 양자점 기반 태양전지 특성 연구

초록

본 연구에서는 트리플루오로메탄설포닐 아마이드(trifluoromethanesulfonyl amide, TFSA)-도핑 그래핀(TFSA-Gr), 그래핀 양자점(GQDs), 및 TiOx 패시베이션층을 결합한 실리콘 양자점(SiQDs) 기반 태양전지의 특성을 분석하였다. 그 결과, TFSA-Gr/GQDs/SiQDs/Si/TiOx 태양전지는 0.575 V Voc, 38.76 mA/cm2 Jsc, 77.71% FF 및 17.32% 변환효율(PCE)을 달성하였다. GQDs 중간층은 TFSA-Gr/SiQDs 계면에서 전자–정공 재결합을 억제하고, TiOx 층은 Si/음극 계면 손실을 감소시켜 전하 수집 효율을 향상시켰다. 또한, 암전류 I–V 분석에서 높은 션트저항(Rsh: 6627 Ω·cm2)과 낮은 직렬저항(Rs: 2.85 Ω·cm2), 이상계수(n)는 1.91을 보여 재결합 억제와 효율 향상을 입증하였다. 더불어, 셀은 1 sun 조건에서 120시간 동안 약 1.3%의 PCE 감소만을 나타내며 우수한 안정성을 유지하였다. 이러한 결과는 TFSA-Gr/GQDs/SiQDs/Si/TiOx 구조가 고효율 그래핀/Si 기반 태양전지 설계의 유망한 접근법임을 보여준다.

키워드