광전소자 성능 향상을 위한 광학적 해석 기법 연구

Abstract

지난 10여 년 간 재생에너지와 디스플레이와 산업에서 태양전지와 유기발광다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED)를 위시한 광전소자에 대한 관심이 대폭 증가하였다. 두 경우 모두 광자-전자간 에너지 전환 효율이 중요한데, 이를 향상시키기 위한 방법은 전기적 특성을 개선하는 방법과 광학적 특성을 개선하는 방법으로 구분할 수 있다. 본 학위논문에서는 이 중 계산 광학적인 방법을 이용하여 태양전지와 OLED의 성능을 분석하고 이를 향상시키기 위한 연구를 다루고자 한다. 본 논문의 2~3장은 태양전지, 4~6장은 OLED에 대한 내용으로 분리하여 구성하였다.우선 태양전지의 경우 최근 페로브스카이트 기반의 디바이스가 각광받고있는데, 공정이 단순하여 값싸게 만들 수 있는 장점이 있기 때문이다. 최근 효율이 급격하게 향상되며 실리콘을 대신할 태양전지로써 가장 유력한 후보로 꼽히고 있다. 2장에서는 태양전지의 원리와 기존에 연구되던 페로브스카이트 물질들의 문제를 소개하고 3장에서는 이를 대체하기위한 물질로 Cs2Au2I6 페로브스카이트를 제안하고 성능을 제일원리계산 및 광학계산을 통해 예측한다.다음으로 OLED의 경우 발광층의 높은 굴절률로 인해 평면층상구조의 광추출효율이 제한된다. 이에 다양한 연구자들이 광추출구조에 대한 연구를 하고 있다. 본 논문에서는 이 중 특히 1차원 물결 구조를 가진 디바이스에 대한 연구를 수행하였다. 그러나 OLED의 광추출효율을 평가하기위해 주로 이용하는 유한차분시간영역법(Finite Difference Time Domain, FDTD)의 경우 방대한 계산량으로 인해 시간이 오래 걸리는 단점이 있어, 이를 해결하기위한 방안으로 그동안 평면층상구조에서만 사용 가능하던 CPS모델을 1차원 물결 구조로 확장하는 연구를 수행하였다. 4장에서는 OLED의 원리와 성능 지표, 5장에서는 평면층상구조에서의 OLED의 손실채널과 CPS모델을 소개하고 이를 FDTD 결과와 비교한다. 6장에서는 1차원물결구조로 CPS 모델을 확장하는 연구를 수행한다.