ABX₃ 구조의 유-무기 복합 소재를 광흡수층으로 사용하는 페로브스카이트 태양전지는 지속적인 연구를 통해 25.7%의 높은 광전변환효율을 달성하였으며, 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 지금까지, 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위해 효율 및 안정성을 개선시키는 핵심 연구들은 주로 페로브스카이트 광 흡수층의 화학적 조성, 전하 수송 물질, 계면 특성 제어 및 소자 구조에 집중되어 왔다. 하지만, 태양전지에서 가장 필수적으로 중요한 역할을 하는 전면 투명전극에 관한 연구는 아직 많이 미진한 상태이다. 전면 투명전극은 광활성층에 입사되는 빛의 양을 조절하고 광활성층 내부에서 생성된 전하 수송체를 수집하는 중요한 역할을 하기 때문에, 지금보다 높은 효율을 달성하기 위해서는 반드시 많은 연구가 필요한 분야이다. 따라서, 기존의 상용 ITO와 FTO 투명전극보다 우수하고 효율적인 전면 투명전극을 개발하여 페로브스카이트 태양전지의 성능을 개선시킨다면, 상용화를 위해 한 단계 앞으로 나갈 수 있다.

본 학위논문에서는 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 수명을 향상시키기 위해 기존의 단점을 보완하고 특성을 개선한 고품질 전면 투명전극 개발에 관한 연구를 수행하였다. 먼저, 페로브스카이트 태양전지에 대한 최적의 ITO 우선성장 향을 결정하기 위해 산소 유량 따른 re-sputtering effect를 이용하여 ITO의 우선성장 방향을 (222)에서 (400)으로 조절하였다. 이를 통해 (222) 와 (400) 우선성장방향으로 성장된 ITO 투명전극의 특성을 페로브스카이트 태양전지의 성능과 관련하여 종합적으로 비교하고 논의하였다. 따라서, 우수한 계면 특성 및 향상된 페로브스 카이트 층의 결정성장을 야기하는 (222) 우선성장방향의 ITO 투명전극은 효과적으로 효율을 개선시킬 수 있는 간단한 방법임을 시사하였다. 또한, ITO의 Sn 도펀트 농도와 페로브스카이트 태양전지 성능 사이의 관계를 설명하고 최적의 Sn 도핑 농도를 갖는 ITO 전극을 개발하였다. Sn 도핑 농도가 최적화된 ITO전극의 특성을 기존 상용 ITO와 비교 분석을 통해 개선된 전기적, 광학적, 구조적, 표면적 및 열적 안정성 특성을 보여주었으며, 후 열처리 효과로 인한 박막 성장 메커니즘도 규명하였다. 이를 통해 고효율 및 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 구현할 수 있는 고품질의 전면 투명전극을 개발하였다.