Organic and perovskite solar cells with the advantages of low cost and easy fabrication process, can be the great prospects of commercial applications. In order to overcome the Shockley-Queisser limit of the single junction solar cells, their tandem structure becomes an emerging technology. The design of tandem devices is implemented via inverted single sub-cells, the interconnecting layers, and light management to improve their photovoltaic performance.In chapter 2 and chapter 3, thermal and long-term stable organic single solar cells with pentacene were achieved. Pentacene has a dramatic effect on the growth of PCBM crystallites in the organic solar cells during thermal treatment process. Pentacene can modify the growth kinetics of PCBM crystallites under the long-time aging process at a high temperature of 120 °C. The PCE of non-encapsulated pentacene devices were only reduced by about 25 % for four months in the ambient air.In chapter 4, the efficient perovskite single solar cells based on the low-temperature solution-processed ZnO electron transport layer were developed. Moisture was a very important parameter for the reaction of MAI and ZnO when it happened in ambient air. For the first time, the perovskite film was dynamically spin-coated on the solution-processed ZnO layer. The perovskite solar cells had an average PCE of 11.23%. These results are expected to overcome the reaction issue of perovskite precursor materials for interconnecting layer of organic/perovskite hybrid tandem solar cells.In chapter 5 and chapter 6, an efficient homo-tandem organic solar cells based on the P3HT:PCBM blends have been successfully fabricated in ambient air using an novel interconnecting layer of PEDOT:PSS/MoO3/Au/Al/ZnO. The interfacial engineering of pentacene on the organic active layer benefits to the fabrication processes of tandem device. The interconnecting layer has excellent electric and robust property for tandem organic solar cells. With the pentacene based bottom sub-cells, the organic homo-tandem solar cells got a remarkable PCE of 3.54%.In this study, organic/perovskite hybrid tandem solar cells based on the P3HT:PCBM blends and MAPbI3 materials were successfully fabricated in air. The high open-circuit voltage of 1.5 V of the tandem solar cells is the sum of the organic and perovskite sub-cells, 0.6 V and 0.9 V respectively. With proper light management, the PCE of the tandem solar cells increased from 4.49 to 8.46%. The origin hysteresis of the organic/perovskite hybrid tandem solar cells was well studied. A buffer layer of PCBM between ZnO and perovskite layers highly reduced the hysteresis. Based on these researches, it opens a promising route for high efficient and less-hysteresis organic/perovskite hybrid tandem solar cells with the powerful organic and perovskite photo-active layer.
저 비용과 쉬운 제조 공정의 이점을 지닌 유기 및 perovskite 태양 전지는 상업적 응용 분야에 있어서 전망이 밝습니다 Single junction 태양 전지의 Shockley-Queisser 한계를 극복하기 위해, tandem structure 구조가 사용되어 질 것입니다. tandem devices의 설계는 역전 된 단일 sub-cell, 상호 연결 층 및 광전지 성능을 향상시키는 조명 관리를 통해 구현됩니다. 제 2 장과 제 3 장에서는 펜타 센 (pentacene)을 갖는 열적 및 장기간 안정적인 유기 단일 태양 전지를 만들었다.Pentacene은 120°C의 고온에서 장시간 숙성 과정에서 PCBM 미결정의 성장 역학에 영향을 미칠 수 있습니다. 캡슐화 되지않은 Pentacene 소자의 PCE는 대기 중에서 4 개월 동안 약 25% 만 감소되었다.제 4 장에서는 저온 용액 처리 ZnO 전자 수송층을 기반으로 한 효율적인 단일 perovskite 태양 전지를 개발했다. 수분은 MAI와 ZnO가 주변 대기에서 일어 났을 때 MAI와 ZnO의 반응에 매우 중요한 변수였다. 처음으로 perovskite 필름은 용액으로 처리 된 ZnO층에 dynamic mode로 스핀코팅 하였다. perovskite 태양 전지의 평균 PCE는 11.23 %였다. 이러한 결과는 유기 / perovskite 혼합 tandem 태양 전지 연결 층에 대한 perovskite 전구 물질의 반응 문제를 극복 할 것으로 기대된다.제 5 장과 제 6 장에서는 P3HT :PCBM 기반으로하는 효율적인 Homo-tandem유기 태양 전지가 PEDOT:PSS/MoO3/Au/Al/ZnO의 새로운 연결 층을 사용하여 주변 대기에서 성공적으로 제조되었습니다. 유기 활성층상의 펜타 센의 계면 공학은 탠덤 소자의 제조 공정에 유리하다. 상호 연결 층은 tandem 유기 태양 전지에 대해 우수한 전기적 특성 및 튼튼한 특성을 갖는다. 펜타 센을 기본으로하는 하부 서브 셀의 경우, 유기 homo-tandem 태양 전지는 3.54%의 괄목할만 한 PCE를 갖는다.본 연구에서는 P3HT:PCBM 혼합물과 MAPbI3 물질을 기반으로 한 유기/perovskite 하이브리드 tandem 태양 전지가 공기 중에서 성공적으로 제조되었다.탠덤 태양 전지의 1.5 V의 높은 열린 회로 전압은 각각 유기 및 perovskite 서브 셀의 합계 0.6 V 및 0.9 V이다. 유기/perovskite 하이브리드 탠덤 태양 전지의 초기 히스테리시스는 잘 연구되었다. ZnO와 perovskite 층사이의 PCBM 버퍼층은 히스테리시스를 크게 감소시켰다. 이러한 연구를 바탕으로, 강력한 유기 및 perovskite 광활성 층을 가진 고효율 및 적은 히스테리시스를 가진 유기/perovskite 하이브리드 탠덤 태양 전지를위한 유망한 경로를 열었다.