인장물성을 통한 유연 페로브스카이트 태양전지의 유연성 특성화

Abstract

최근 에너지 및 환경문제로 인해 친환경 차세대 에너지원으로 태양전지가 많은 관심을 받고 있다. 그 중, 발전단가가 저렴하고, 간단한 기술을 통해 고효율을 얻을 수 있는 페로브스카이트 구조의 유무기 복합재료를 이용한 태양전지에 대한 연구가 급속도로 진행되고 있다. 또한 유연 전자기기의 가능성으로 인해 유연태양전지 소자에 대한 연구도 함께 관심받고 있다. 대부분의 유연 페로브스카이트 태양전지는 수천회의 굽힘시험 후에 효율의 열화가 발생하게 되는데, 일반적으로 소자의 가장 약한층에서 파괴가 발생하기 때문이다. 따라서 유연 페로브스카이트 태양전지의 기계적 신뢰성을 평가하는 것이 중요하다. 하지만, 그에 대한 정확한 파괴 메커니즘은 아직 불분명하다. 나노인덴테이션 및 전산모사 기법을 이용한 소수의 연구가 진행되었지만, 결정립계 및 핀홀 같은 다양한 구조적 결함이 고려되지 않았기 때문이다. 이러한 결함을 고려하는 가장 적합한 방법은 인장시험을 통한 분석인데, 페로브스카이트 소재 자체가 가지는 대기중에서 쉽게 열화되는 특성으로 인해 샘플링 및 핸들링이 어려워 그에 대한 연구가 거의 전무하다. 따라서, 본 연구에서는 소자와 동일한 공정을 통해 독립형 박막을 제작한 후, SEM 내에서 in-situ 인장시험을 진행하였다. 또한 유연 페로브스카이트 소자를 제작하여 다양한 굽힘반경내에서 반복굽힘시험을 진행하였고, 그 결과 얻은 임계굽힘곡률이 인장시험을 통한 탄성 변형한계점과 매우 잘 일치한다는 것을 확인하였고, 인장시험을 통한 페로브스카이트 소재의 파괴 메커니즘에 대해 규명하였다.