Suppression of Wrinkle Formation in CsFAMAPbIBr Perovskite Solar Cells via Antisolvent Temperature Control = 항용매 온도 제어를 통한 CsFAMAPbIBr 페로브스카이트 태양전지의 주름 형성 억제 연구

국문 초록 (Abstract)

유-무기 할라이드 페로브스카이트는 높은 광흡수 계수, 긴 전하 수명, 조절 가능한 밴드갭, 자유로운 조성 조절을 바탕으로 짧은 시간 내에 급격히 발전해 왔으며, 항용매 공정은 고품질의 페로브스카이트 박막을 제조하는데 핵심적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 항용매 처리 과정에서 다양한 표면의 형태가 발생하며, 지금까지 보고된 연구들은 주로 극저습 환경이나 조성 변화에 따른 주름 형성 메커니즘을 통해 태양전지 소자의 성능과 안정성에 부정적인 영향을 끼친다 다루었으나, 실제 상대습도와 상온 환경에서의 주름 발생 및 억제 메커니즘은 명확히 규명되지 않았다. 이에 본 연구에서는 CsFAMAPbIBr 페로브스카이트 대상으로 항용매의 온도를 제어하여 주름 형성과 억제에 대한 메커니즘을 규명하였다. 저온 항용매 처리(LTAW,3℃)는 점도 증가로 이온 이동을 억제하고 핵 생성 밀도를 낮춰 균일하고 평탄한 박막의 형성을 유도하는 반면, 실온 항용매 처리(RTAW, 25℃)는 낮은 점도로 인해 이온 이동과 핵 생성이 활발하여 구조적 불균일성을 보였다. 그 결과, LTAW 기반 박막은 균일한 전하 수명과 안정성을 보이며 소자 효율 23.81%를 달성했으며, RTAW 기반 소자 22.28% 대비 우수한 성능을 나타냈다. 따라서 LTAW 공정은 고품질, 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하기 위한 효과적인 전략임을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Organic–inorganic halide perovskites have rapidly advanced due to their high absorption coefficient, long carrier lifetime, tunable band gap, and compositional versatility. Among various processing parameters, antisolvent washing critically determines nucleation, growth, and film morphology. Notably, a wide range of morphological features has been reported depending on the antisolvent process. Wrinkling is one of the most characteristic phenomena and is known to deteriorate device performance and stability; however, its origin under ambient processing conditions has not been clearly established. Here, we investigate CsFAMAPbIBr perovskite films by precisely controlling the antisolvent temperature to elucidate the mechanism governing wrinkle formation and suppression. Low-temperature antisolvent washing (LTAW, 3°C) increases solution viscosity and reduces ion mobility, thereby suppressing nucleation and enabling directional crystal growth. This process yields flat films with spatially uniform ionic and carrier distributions. In contrast, room- temperature antisolvent washing (RTAW, 25°C) promotes rapid ion migration and high nucleation density owing to its lower viscosity, leading to strain accumulation, ionic inhomogeneity, and wrinkle formation. As a result, LTAW devices exhibit uniform carrier lifetimes, enhanced stability, and a power conversion efficiency of 23.81%, surpassing the 22.28% achieved by RTAW. These findings demonstrate that simple temperature control during antisolvent processing effectively suppresses wrinkling and enables high-quality, high-efficiency perovskite solar cells.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables ii
• List of Figures iii
• ABSTRACT ⅳ
• 1. Introduction 1
• 2. Background 3
• 2.1. Perovskite 3
• 2.2. Perovskite solar cell structure 5
• 2.3. Antisolvent process 7
• 3. Experimental 9
• 3.1. Chemicals and reagents 9
• 3.2. Solar cell fabrication 9
• 3.3. Characterization· 10
• 4. Results and discussion 12
• 5. Conclusion 25
• References 26
• Abstract (in Korean) 33