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dc.contributor.advisor Lee, Jong Soo -
dc.contributor.author Lee, Seung Ho -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:52:40Z -
dc.date.available 2016-08-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2016 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002294463 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1456 -
dc.description.abstract In recent times, the emergence of organic-inorganic halide perovskite materials have been considerable attention to many scientists in photovoltaic fields due to high light absorption coefficient, outstanding charge carriers diffusion length and optical band gap as light absorbers.
Herein, we have applied colloidal quantum dots to hole-conducting layers in methylammonium lead triiodide-based perovskite solar cells. First, we use lead sulfide(PbS), colloidal quantum dots(QDs) which are synthesized by hot-injection method due to low-cost, solution-processable materials, strong absorption coefficient and size-dependent optical properties compared to expensive organic-conducting materials. They are spin-coated on mesoscopic perovskite layers to form n-i-p junctions. The devices with different optical band gaps of PbS QDs show slightly enhanced current density contrary to reduced open-circuit voltages than hole-free perovskite solar cells. The maximum power conversion efficiency has reached 6.7% with PbS QDs. We also synthesized Au-PbS core-shell structures for the hole-transporting layer due to strong p-type doping effect resulting in enhanced hole transfer and the relation between plasmon from cores and excitons from shells. Furthermore, we have applied CZTS and CZTSe QDs composed of quaternary Copper-Zinc-Tin-Sulfur or Selenium compounds to hole transport layer for enhancing the photovoltaic performances and tuning band gaps of perovskite solar cells. CZTS and CZTSe QDs with diameters of 10 to 20nm were also synthesized by hot-injection method and when they are spin-coated on the absorber layer solar cell devices show higher current density, open-circuit voltage and IPCE than hole-conducting materials free perovskite solar cell. Their maximum power conversion efficiency has been over 7% and open-circuit voltage has been changed depending on particle’s compositions. ⓒ 2016 DGIST
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dc.description.tableofcontents 1. Introduction 1 --
2. Theoretical Section 4 --
2.1. Colloidal Quantum Dots 4 --
2.1.1. Solution phase synthesis of quantum dot nanoparticles 4 --
2.1.2. Properties of colloidal quantum dot nanoparticles 4 --
2.2. Perovskite Solar Cells 5 --
2.2.1 The advancement of efficiency in perovskite solar cells 5 --
2.2.2 Properties of organic-inorganic perovskite materials 6 --
2.2.3 Structural types of perovskite solar cells 7 --
2.2.4 Fabricating solution-processed perovskite solar cells 8 --
3. Experimental Section 9 --
3.1. Materials 9 --
3.2. Synthesis of Colloidal Quantum Dots 9 --
3.2.1. Synthesis of colloidal gold nanocrystals 9 --
3.2.1. Synthesis of colloidal PbS quantum dots 10 --
3.2.2. Synthesis of colloidal Au-PbS quantum dots 10 --
3.2.3. Synthesis of colloidal Cu2ZnSnS4 quantum dots 11 --
3.2.4. Synthesis of colloidal Cu2ZnSnSe4 quantum dots 12 --
3.3. Solar Cell Fabrication 12 --
3.4. Characterization 14 --
4. Results & Discussion 16 --
4.1. Characterization of colloidal quantum dots 16 --
4.2. Characterization of perovskite films 22 --
4.3. Characterization of perovskite solar cells with nanocrystals 27 --
5. Summary & conclusion 35 --
6. References 36
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dc.format.extent 40 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject hot-injection method -
dc.subject Perovskite solar cells -
dc.subject n-i-p heterojunction solar cell -
dc.subject colloidal quantum dots -
dc.subject PbS -
dc.subject CZTS QDs -
dc.subject CZTSe QDs -
dc.title The Synthesis and Characterization of Colloidal Nanocrystals for Perovskite Solar Cells -
dc.title.alternative 효율적인 페로브스카이트 태양 전지를 위한 정공 전달용 콜로이드 나노 입자 개발 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2294463 -
dc.description.alternativeAbstract 본 연구는 용액 상태의 콜로이드 퀀텀 닷 나노 입자를 합성하여 페로브스카이트 태양 전지의 정공 전달 층에 적용시켜 보았다. 우선 hot-injection 방법으로 합성하였으며, PbS 퀀텀 닷의 특성인 사이즈별 밴드갭 조정과 높은 흡광 계수, 유기 전도성 물질 대비 낮은 가격의 특성을 가진 것을 바탕으로 n-i-p 접합 구조를 가진 다공성 페로브스카이트 층에 평균 3nm 사이즈의 나노 입자를 용액 공정 중 하나인 스핀코팅을 진행하였다. 밴드갭이 다른 PbS 물질을 적용시킨 소자는 정공 전달체가 없는 태양 전지에 비해 향상된 전류 밀도 (current density)를 가졌지만 개방전압(open circuit voltage)은 예상과 달리 감소했다. 개방 전압이 감소한 요인은 유기 리간드와 불완전한 계면으로 인한 것으로 보인다. 반면 전류 밀도는 PbS QDs에서 생성된 전하 및 페로스브스카이트 층에서 생성된 정공 전달 향상과 연관되어 있는 것으로 예상된다. 최대 효율은 6.7%를 기록했다. 또한 au 나노입자의 plasmon과 PbS의 exciton의 관계로 강한 p타입 도핑 효과를 가지는 Au-PbS 코어쉘 나노 입자를 합성해 페로브스카이트 정공 층에 적용시켜보았지만 효율은 PbS에 비해 감소했다.
값싼 구리를 기반으로 한 4원계 원소인 CZTS(구리, 아연, 주석, 황)와 CZTSe(구리, 아연, 주석, 셀레늄)를 hot-injection 방식으로 합성하여 정공 층에 적용해보았다. 그 결과 무정공층 페로브스카이 소자에 비해 향상된 전하밀도와 개방전압을 보여주었다. 향상된 전하밀도는 광에너지 전환 효율 증가 및 정공 전달 향상과 연관되며, 증가된 개방 전압은 낮은 valence band level의 위치와 페로브스카이 대비 높은 conduction band level로 인한 것임을 알 수 있었다. 태양전지의 최대 효율은 7.5%를 달성했다. 콜로이드 퀀텀 닷 나노입자를 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달 층으로 적용해봄으로써 기존 유기물질 기반의 페로브스카이트 태양전지가 갖고 있는 가격 및 상용화 문제, 안정성 문제를 해소해줄 것으로 기대된다. ⓒ 2016 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Systems Engineering -
dc.contributor.coadvisor Jeong, Nak Cheon -
dc.date.awarded 2016. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-08-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 에너지시스템공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Seung Ho -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Jong Soo -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jeong, Nak Cheon -
dc.contributor.alternativeName 이승호 -
dc.contributor.alternativeName 이종수 -
dc.contributor.alternativeName 정낙천 -
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Department of Energy Science and Engineering Theses Master

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