페로브스카이트 태양전지의 최적화 광학 모델링 및 시뮬레이션 방법
OPTIMIZED OPTICAL MODELING AND SIMULATION METHOD FOR PEROVSKITE SOLAR CELLS
특허 요약
본 발명에서는 유한차분 시간 영역 시뮬레이션을 사용하여 활성층을 설계함으로써 MASnI 3 페로브스카이트 기반 광전지의 광전자 효과를 입증하였다. 이를 위해 AM 1.5G가 태양광 광원으로 선택되었으며 400-900 nm 파장 영역을 제공하도록 설정되었다. 또한, 활성층 설계 방법으로 활성층 두께를 20nm에서 200nm까지 20nm 간격으로 제어하였다. 활성층의 두께가 두꺼워질수록 J sc 는 급격하게 상승하여 포화되었으며, 200 nm에서 J sc 는 25.64 mA cm -2 로 가장 높았다. 이에 더해, 활성층 두께에 따른 빛의 파장별 전계 강도 분포를 해결하였으며, 실내 광원 하에서 최적 소자의 활성층 두께와 생성율에 따른 J sc 를 계산하여 실내 응용 분야로 연구 분야를 확장할 수 있었다.
청구항
번호청구항
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150nm의 두께를 갖는 FTO층;50nm의 두께를 갖는 TiO2층;160~200nm의 두께범위를 갖는 MASnI3 페로브스카이트층;200nm의 두께를 갖는 spiro-OMeTAD층; 및 100nm의 두께를 갖는 Au층;을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.

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제 1 항에 있어서상기 MASnI3 페로브스카이트층의 두께범위는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.

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제 2 항에 있어서상기 MASnI3 페로브스카이트층의 두께는 200nm인 것을 특징으로 하는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 산출된 고효율 태양전지.

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제 2 항에 있어서상기 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션은,상기 MASnI3 페로브스카이트층의 각주파수, 전기장 강도 및 유전율에 기초하여 단위 부피당 전력 흡수 값(Pabs)을 [식 1]을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 산출된 고효율 태양전지.[식 1] 단, ω는 각주파수, |E|2는 전기장 강도, imag(ε)는 유전율.

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제 4 항에 있어서,상기 유한차분시간영역(FDTD)을 이용한 시뮬레이션 방법은,전기장 강도와 유전율의 허수부 사이의 관계로부터 단위 부피당 전력 흡수값(Pabs)을 유도하고, 상기 단위 부피당 전력 흡수 값(Pabs)을 기반으로 [식 2]를 이용하여 상기 MASnI3 페로브스카이트층에 흡수된 광자 수를 도출하는 것을 특징으로 하는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 산출된 고효율 태양전지.[식 2] 단, g는 생성 속도, 시뮬레이션 스펙트럼에 대한 적분, 는 플랑크 상수.

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제 5 항에 있어서,상기 유한차분시간영역(FDTD)을 이용한 시뮬레이션 방법은,상기 MASnI3 페로브스카이트층에 흡수된 모든 광자가 전자-정공 쌍을 생성하는 것으로 가정함으로써, [식 3]을 이용하여 광전류 값 I를 산출하는 것을 특징으로 하는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 산출된 고효율 태양전지.[식 3] 단, e는 전자의 전하, g는 생성 속도.

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제 6 항에 있어서,상기 유한차분시간영역(FDTD)을 이용한 시뮬레이션 방법은,[식 4]를 이용하여 상기 MASnI3 페로브스카이트층의 단락 전류 밀도(Jsc)를 계산하는 것을 특징으로 하는 유한차분시간영역(FDTD) 시뮬레이션에 의해 산출된 고효율 태양전지.[식 4] 단, e는 전자의 전하, QE(λ)는 광전지의 양자 효율, IAM1.5G는 표준 AM 1.5G 스펙트럼.

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