KR101994427B1 - 태양전지의 광흡수체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 광흡수체 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지의 광흡수체 제조 방법은, FA와 MA를 모두 포함하고, 또한 FA를 사용함에도 불구하고 페로브스카이트 결정 형성을 용이하게 하면서도 델타-페이즈로 변화되지 않는 광흡수체를 제조할 수 있다는 특징이 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 광흡수체 제조 방법에 관한 것으로, 수분 안정성이 높은 페로브스카이트 광흡수체의 제조 방법에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위하여 태양 에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이중, 태양광으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양 전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양 전지란, 태양광으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생시키는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.
태양광으로부터 광 에너지를 흡수하여 엑시톤을 형성할 수 있는 다양한 물질들이 보고되고 있으며, 최근에는 페로브스카이트형 화합물이 주목받고 있다. 페로브스카이트형 화합물은 일반적으로 양이온(A 및 M)과 음이온(X)이 AMX3의 화학식으로 구성되며, CH3NH3PbI3가 태양전지의 흡수체로 사용될 수 있음이 보고된 이후(Scientific Reports 2, 591), 다양한 화합물이 보고되고 있다.
이러한 페로브스카이트 화합물은 양이온과 음이온의 치환 등 구조의 변경이 가능한데, 이를 통한 밴드갭의 변화를 통하여 태양전지에 적합한 흡수체를 제조할 수 있다. 또한, 최근에는 다양한 전자 전달층 및 정공 전달층이 페로브스카이트 화합물과 함께 사용되어, 태양전지 효율을 높일 수 있음이 보고되고 있다.
그러나, 페로브스카이트 화합물은 태양전지의 흡수체로 사용되는데 몇 가지 한계가 있다. 먼저, 페로브스카이트 화합물은 수분에 민감하여 수분에 노출시 분해 등의 문제가 있어 태양전지에 적용시 장기 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 페로브스카이트 화합물의 구성 원소를 치환하는 연구가 진행되고 있으나, 수분에 대한 안정성이 높으면서도 태양전지의 흡수체로 유용한 화합물은 상당히 제한적이다.
수분 안정성을 높이기 위한 다른 대안으로, 완전한 실링 기술이 도입될 수 있다. 즉, 페로브스카이트 화합물을 태양전지에 적용한 후, 이로부터 수분과의 접촉을 차단하기 위하여 실링하는 방법을 들 수 있으나, 가격이 올라가는 문제가 있다.
한편, 페로브스카이트 화합물 중 유기 양이온으로 메틸암모늄 대신 포름아미디니움(formamidinium)이 가능하며, 이의 밴드갭이 작고 흡수 가능 영역이 넓어 태양 전지의 흡수체로서의 가능성이 높다. 그러나, 상기 페로브스카이트 화합물은 메틸암모늄을 포함하는 페로브스카이트 화합물에 비하여 수분에 대한 안정성이 보다 떨어진다는 문제가 있다.
이의 대안으로 메틸암모늄과 포름아미디니움을 모두 포함하는 페로브스카이트 화합물이 보고되고 있으나, 여전히 수분에 대한 안정성이 떨어진다는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은, 메틸암모늄과 포름아미디니움을 모두 포함하는 페로브스카이트 화합물의 제조 방법으로서 이의 수분 안정성을 높일 수 있는 방법을 예의 연구한 결과, 후술할 바와 같이 간단한 방법으로 상기의 문제를 해결할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 수분 안정성이 높은 태양전지의 광흡수체 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 하기 화학식 5로 표시되는 태양전지의 광흡수체 제조 방법을 제공한다:
1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 용매화물, 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물을 포함하는 용액을, 전극 상에 도포하여 광흡수체를 형성하는 단계;
2) 상기 광흡수체를 열처리하는 단계; 및
3) 상기 열처리된 광흡수체를 이소프로판올로 세척하는 단계:
[화학식 1]
[H2N-CH=NH2]X
[화학식 2]
[CH3NH3]X'
[화학식 3]
MX2
[화학식 4]
MX'2
[화학식 5]
([H2N-CH=NH2]MX3)1-a([CH3NH3]MX'3)a
상기 화학식 1 내지 5에서,
M은 2가의 금속 양이온이고,
X 및 X'는 서로 상이한 할로겐이고,
a는 0 초과 1 미만의 실수이다.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물은, 페로브스카이트 화합물이다. 본 발명에서 사용되는 용어 "페로브스카이트(perovskite)"란, 러시아 광물학자 Lev Perovski의 이름을 딴 것으로, 양이온(A 및 M)과 음이온(X)이 AMX3의 화학식으로 구성되며, 최초의 페로브스카이트형 물질인 Ural 산에서 발견된 CaTiO3와 같은 결정 구조를 가지는 물질을 의미한다.
본 발명에서 상기 A에 해당하는 양이온으로 2종의 양이온을 포함하며, 구체적으로 [H2N-CH=NH2]+와 [CH3NH3]+을 포함하며, 약칭으로 각각 FA 및 MA라고도 한다. 상기 2종의 양이온으로 페로브스카이트를 구성하게 되면 페로브스카이트 구조의 치밀성이 높아지고 밴드갭을 변화시킬 수 있어 태양전지의 광흡수체로 보다 유용하게 사용할 수 있다.
한편, 일반적인 페로브스카이트 화합물(AMX3)의 제조 방법은, AM 화합물과 MX2 화합물을 반응시켜 페로브스카이트 결정을 생성시키는 단계를 포함한다. 한편, 페로브스카이트 결정은 주변 환경에 따라 여러 결정형을 가지는 것으로 보고되고 있으며, 태양전지의 광흡수체로서의 역할을 할 수 있는 결정형은 특정 결정형만 가능한 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, FAPbI3의 페로브스카이트는 수분에 의하여 델타-페이즈(δ-phase)로 변화되는데, 이는 광흡수체의 역할을 할 수 없어 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 한 원인이 되고 있다.
이러한 델타-페이즈 변화의 주요 원인은, 이론적으로 제한되는 것은 아니나, 특히 FA를 사용하여 생성되는 페로브스카이트의 경우에 더욱 두드러지며 미반응 MX2도 이러한 변화의 주요 원인이 되고 있다.
이에 본 발명은, 상기 화학식 5의 페로브스카이트 제조 방법으로서, FA와 MA를 모두 포함하고, 또한 FA를 사용함에도 불구하고 페로브스카이트 결정 형성을 용이하게 하면서도 델타-페이즈로 변화되지 않는 광흡수체의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 각 단계별로 상세히 설명한다.
화학식 1로 표시되는 화합물, 화학식 2로 표시되는 화합물, 화학식 3으로 표시되는 화합물의 용매화물, 및 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물을 포함하는 용액을, 전극 상에 도포하여
광흡수체를
형성하는 단계(단계 1)
상기 단계 1은, 상기 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물의 전구체를 전극 상에 도포하여 광흡수체를 형성하는 단계이다.
상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물은 각각 FA 및 MA를 포함하는 화합물이고, 상기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물은 각각 페로브스카이트의 중심 금속을 포함하는 화합물이다.
상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물을 포함하는 용액에서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 총 몰수가 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 총 몰수 보다 높은 것이 바람직하다.
이론적으로는 상기 화학식 1 및 2의 화합물과 상기 화학식 3 및 4의 화합물이 각각 1:1의 몰비로 반응하는 것이나, 실제로 몰비가 1:1로 사용되는 경우에는 페로브스카이트 결정이 효과적으로 생성되지 않으며, 이에 따라 상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물이 반응에 참여하지 않고 잔류하게 된다. 이와 같이 잔류하는 화합물, 특히 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물들은 수분에 의한 델타-페이즈 변화가 가능하기 때문에, 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물을 포함하는 용액에서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 총 몰수가 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 총 몰수가 1.1 내지 1.3이고, 가장 바람직하게는 1.2이다. 상기의 범위에서 페로브스카이트 결정이 효과적으로 생성될 수 있다.
또한, 상기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물은, 용매화물을 형성하고 있다는 특징이 있다. 페로브스카이트 화합물의 결정형이 제조되기 위해서는 중심 금속(Pb) 주변으로 양이온과 음이온이 배치되어야 하는데, 용매화물을 형성하고 있는 경우에는 용매가 중심 금속 주변에 배치되어 있다가 양이온과 음이온으로 치환되는 반응이 진행되기 때문에 페로브스카이트 화합물의 결정형이 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물은 디메틸술폭사이드(DMSO)가 바람직하다. 결합된 용매의 분자 개수는 다양할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 화학식 3 및 4에서, M은 Pb2 +, Sn2 +, Pd2 +, Cu2 +, Ge2 +, Sr2 +, Cd2 +, Ca2+, Ni2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Sn2 +, Yb2 +, 또는 Eu2 +인 것이 바람직하며, Pb2 +가 가장 바람직하다.
상기 단계 1에서 용액의 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 스핀-코팅, 딥 코팅, 스크린 코팅, 스프레이 코팅, 전기 방사 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 용액의 도포는 10초 내지 10분 동안 수행할 수 있다.
또한, 상기 용액의 용매로는 상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물을 용해시킬 수 있는 용매라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 감마-부티로락톤, DMSO, DMF 또는 이의 혼합 용매 등이 바람직하다.
또한 바람직하게는, 상기 용액의 도포 후에 광흡수체 상에 비용매를 도포하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 비용매를 도포하게 되면, 앞서 도포된 용액의 용매가 비용매로 흡수되어 페로브스카이트 결정이 보다 효과적으로 제조될 수 있다.
상기 비용매의 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 스핀-코팅, 딥 코팅, 스크린 코팅, 스프레이 코팅, 전기 방사 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 용액의 도포는 10초 내지 10분 동안 수행할 수 있다.
한편, 상기 전극은 태양전지에 사용될 수 있는 전극이면 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, PEDOT:PSS 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전극 상에는 다공성 금속 산화물이 형성되어 있을 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물은 광흡수체가 빛을 흡수할 수 있는 면적을 넓게 할 수 있을 뿐만 아니라, 광흡수체에서 발생하는 전자를 전달할 수 있는 전자 전달층의 역할을 할 수 있다. 상기 금속 산화물로는, TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, WO3, W2O5, In2O3, Ga2O3, Nd2O3, PbO, 또는 CdO를 사용할 수 있다.
상기 다공성 금속 산화물은 금속 산화물 입자를 포함하는 슬러리를 도포 및 건조한 후, 이를 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물은 평균 입자 크기가 5 내지 500 nm일 수 있으며, 다공성 금속 산화물 층의 두께는 50 nm 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기
광흡수체를
열처리하는 단계(단계 2)
상기 단계는, 상기 단계 1에서 형성된 광흡수체를 열처리하는 단계로서 형성된 페로브스카이트 결정을 고정화하는 단계이다. 상기 열처리 온도는 40 내지 300℃가 바람직하다.
상기
열처리된
광흡수체를
이소프로판올로 세척하는 단계(단계 3)
상기 단계는, 상기 단계 2에서 열처리된 광흡수체를 이소프로판올로 세척하는 단계이다.
상기 단계 1과 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 상기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물에 비하여 과량이 사용되기 때문에, 광흡수층에는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 잔류하게 되고, 이러한 화합물은 수분 존재 하에 델타-페이즈로 변화되어 광흡수층의 수분 안정성을 떨어뜨리는 한 요인이 된다. 또한, 상기 잔류 화합물은, 광흡수체에 형성된 FA를 포함하는 페로브스카이트와 반응하여 이를 델타-페이즈로 변화시키게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 단계 3과 같이, 광흡수층을 이소프로판올로 세척하여 형성된 페로브스카이트 결정 외에 다른 물질을 제거하여, 광흡수층에서 델타-페이즈가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 세척은 1회 내지 수회 반복할 수 있다. 또한, 상기 이소프로판올을 광흡수체 상에 도포하거나, 또는 상기 광흡수체가 형성된 전극을 이소프로판올에 침지하는 등의 방법으로 수행할 수 있다.
한편, 상기 단계 3 이후에는 광흡수체를 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 광흡수체 상에 정공 전달층 및 전극을 순차로 형성할 수 있다.
상기 정공 전달층은 태양전지에 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 고체형 정공 전달 물질 또는 액상 전해질을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 고체형 정공 전달 물질로는, 스피로-OMeTAD(2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p-메톡시페닐아민)9,9'-스피로비플루오렌)), P3HT(폴리(3-헥실티오펜)), PCPDTBT(폴리[2,1,3-벤조티아디아졸-4,7-디일[4,4-비스(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b:3,4-b']디티오펜-2,6-디일]]), PVK(폴리(N-비닐카바졸)), HTM-TFSI(1-헥실-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드), Li-TFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드), tBP(tert-부틸피리딘), PDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)) 등을 사용할 수 있다. 상기 액상 전해질로는, 요오드와 첨가제를 용매에 용해시킨 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 우레아(urea), 티오우레아(thiourea), 부틸피리딘(tert-butylpyridine) 및 구아니딘 사이오시아네이트(guanidium thiotianate) 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제에 에틸아세테이트, 아세토니트닐, 톨루엔 및 메톡시프로피오니트틸 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 용매를 사용할 수 있다.
또한, 상기 전극으로는 태양전지에 사용될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 ITO, FTO, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 주석계 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 유리 기판 또는 플라스틱 기판에, Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 도전층이 형성될 수 있다.
태양전지의
광흡수체
상기 본 발명에 따라 제조되는 태양전지의 광흡수체는 상기 화학식 5로 표시되는 화합물로 구성되어 있다.
상기 화학식 5로 표시된 바와 같이, 2종의 유기 양이온(FA 및 MA)을 포함하고 있으며, 특히 수분에 의하여 델타-페이즈로 변화될 수 있는 물질을 실질적으로 포함하지 않는다. 또한, FA 및 MA를 동시에 포함하기 때문에 페로브스카이트 결정 구조가 보다 치밀하고 태양전지에 적용시 FA 또는 MA를 단일종을 포함하는 페로브스카이트에 비하여 효율이 현저히 높다.
바람직하게는, 상기 화학식 1 내지 5에서, X는 아이오도이고, X'는 브로모이다. 이는 FA와 MA의 크기가 상이하기 때문에, 구조의 치밀성을 위하여 이에 대응되도록 X를 포함하는 것을 의미한다.
또한 바람직하게는, 상기 화학식 5에서 a는 0.1 내지 0.2의 실수이다. 상기 a는 상기 화학식 1 내지 4의 화합물의 사용량을 조절하여 결정할 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 화학식 5는 ([H2N-CH=NH2]PbI3)0.85([CH3NH3]PbBr3)0.15이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에 따라 이소프로판올로 세척한 경우에는 그렇지 않은 경우와 달리 수분에 노출되는 경우에도 델타-페이즈가 형성되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 제조 방법은 수분에 대한 안정성이 현저히 개선된 태양전지의 광흡수체를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 광흡수체 제조 방법은, FA와 MA를 모두 포함하고, 또한 FA를 사용함에도 불구하고 페로브스카이트 결정 형성을 용이하게 하면서도 델타-페이즈로 변화되지 않는 광흡수체를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조한 광흡수체의 XRD 데이터를 나타낸 것이다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
비교예
1:
광흡수체
제조
(단계 1)
25 × 25 mm 크기의 FTO 기판의 끝 부분을 에칭하여 부분적으로 FTO를 제거하였다. 0.1 M의 titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) 1-부탄올 용액을 총 4번에 걸쳐 FTO 기판에 air-spray로 코팅하고, 500℃에서 25분 동안 소결하여 두께 약 70 nm의 TiO2 막을 제조하였다. 평균 40 nm 크기(직경)의 TiO2 paste 1.5 g 및 에탄올 10 mL를 포함하는 분산 용액을, 상기 치밀막 상에 5000 rpm으로 60초 동안 스핀 코팅하였다. 핫플레이트에서 125℃로 열처리한 후, muffle furnace를 사용하여 500℃에서 1시간 동안 소결하였다.
(단계 2)
PbI2-DMSO와 PbBr2-DMSO를 85:15 비율로 1 eq의 FAI(0.85)MABr(0.15)을 DMF에 65℃에서 녹여 55 wt% 용액을 제조하였다. 상기 용액을 상기 단계 1에서 제조한 기판 상에 4000 rpm으로 25초 동안 스핀코팅하면서 끝나기 5초 전에 ether 0.5 mL를 syringe를 사용하여 뿌렸다. 150℃에서 20분 동안 열처리하였다. Isopropanol로 세척하지 않았다.
비교예
2:
광흡수체
제조
상기 비교예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
PbI2-DMSO과 PbBr2-DMSO를 85:15 비율로 1.1 eq의 FAI(0.85)MABr(0.15)을 DMF에 65℃에서 녹여 55 wt% 용액을 제조하였다. 상기 용액을 상기 제조한 기판 상에 4000 rpm으로 25초 동안 스핀코팅하면서 끝나기 5초 전에 ether 0.5 mL를 syringe를 사용하여 뿌렸다. 150℃에서 20분 동안 열처리하였다. Isopropanol로 세척하지 않았다.
비교예
3:
광흡수체
제조
상기 비교예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
PbI2-DMSO과 PbBr2-DMSO를 85:15 비율로 1.2 eq의 FAI(0.85)MABr(0.15)을 DMF에 65℃에서 녹여 55 wt% 용액을 제조 하였다. 상기 용액을 상기 제조한 기판 상에 4000 rpm으로 25초 동안 스핀코팅하면서 끝나기 5초 전에 ether 0.5 mL를 syringe를 사용하여 뿌렸다. 150℃에서 20분 동안 열처리하였다. Isopropanol로 세척하지 않았다.
실시예
1:
광흡수체
제조
상기 비교예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
PbI2-DMSO과 PbBr2-DMSO를 85:15 비율로 1.1 eq의 FAI(0.85)MABr(0.15)을 DMF에 65℃에서 녹여 55 wt% 용액을 제조하였다. 상기 용액을 상기 제조한 기판 상에 4000 rpm으로 25초 동안 스핀코팅하면서 끝나기 5초 전에 ether 0.5 mL를 syringe를 사용하여 뿌렸다. 150℃에서 20분 동안 열처리 하였다. Isopropanol로 20초 동안 세척한 후, 5000 rpm으로 30초 동안 용매를 제거하고 80℃에서 3분 동안 열처리하였다.
실시예
2:
광흡수체
제조
상기 비교예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
PbI2-DMSO과 PbBr2-DMSO를 85:15 비율로 1.2 eq의 FAI(0.85)MABr(0.15)을 DMF에 65℃에서 녹여 55 wt% 용액을 제조하였다. 상기 용액을 상기 단계 1에서 제조한 기판 상에 4000 rpm으로 25초 동안 스핀코팅하면서 끝나기 5초 전에 ether 0.5 mL를 syringe를 사용하여 뿌렸다. 150℃에서 20분 동안 열처리 하였다. Isopropanol로 20초 동안 세척한 후, 5000 rpm으로 30초 동안 용매를 제거하고 80℃에서 3분 동안 열처리하였다.
실험예
1:
광흡수체의
수분 안정성 평가
실시예 및 비교예에서 제조한 광흡수체의 수분 안정성을 XRD로 평가하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서, 1 내지 8로 표시한 부분은 다음을 의미한다.
1: 비교예 1의 광흡수체
2: 비교예 2의 광흡수체
3: 실시예 1의 광흡수체
4: 비교예 3의 광흡수체
5: 실시예 2의 광흡수체
6: 실시예 1의 광흡수체를 대기 하에 1시간 동안 노출함
7: 실시예 2의 광흡수체를 대기 하에 1시간 동안 노출함
8: 비교예 3의 광흡수체를 대기 하에 1시간 동안 노출함
도 1에 나타난 바와 같이, isopropanol로 세척하지 않으면 잔여물인 FAI와 MABr에 의해 FAPbI3의 delta-phase가 생성되어 수분에 대한 안정성이 떨어짐을 확인할 수 있었다. 그러나, isopropanol로 세척한 경우에는, 잔여 FAI와 MABr을 씻어주므로 외부에 노출하더라도 PbI2 및 delta-phase가 생성되지 않음을 확인할 수 있었다.
Claims (9)
1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 용매화물, 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물을 포함하는 용액을, 전극 상에 도포하여 광흡수체를 형성하는 단계;
2) 상기 광흡수체를 열처리하는 단계; 및
3) 상기 열처리된 광흡수체를 이소프로판올로 세척하는 단계를 포함하는,
하기 화학식 5로 표시되는 태양전지의 광흡수체 제조 방법:
[화학식 1]
[H2N-CH=NH2]X
[화학식 2]
[CH3NH3]X'
[화학식 3]
MX2
[화학식 4]
MX'2
[화학식 5]
([H2N-CH=NH2]MX3)1-a([CH3NH3]MX'3)a
상기 화학식 1 내지 5에서,
M은 2가의 금속 양이온이고,
X 및 X'는 서로 상이한 할로겐이고,
a는 0 초과 1 미만의 실수이고,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 용매화물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물은, 각각 디메틸술폭사이드 용매화물이고,
상기 단계 1의 용액의 용매는 감마-부티로락톤, 디메틸포름아미드, 또는 이의 혼합 용매이다.
2) 상기 광흡수체를 열처리하는 단계; 및
3) 상기 열처리된 광흡수체를 이소프로판올로 세척하는 단계를 포함하는,
하기 화학식 5로 표시되는 태양전지의 광흡수체 제조 방법:
[화학식 1]
[H2N-CH=NH2]X
[화학식 2]
[CH3NH3]X'
[화학식 3]
MX2
[화학식 4]
MX'2
[화학식 5]
([H2N-CH=NH2]MX3)1-a([CH3NH3]MX'3)a
상기 화학식 1 내지 5에서,
M은 2가의 금속 양이온이고,
X 및 X'는 서로 상이한 할로겐이고,
a는 0 초과 1 미만의 실수이고,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 용매화물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 용매화물은, 각각 디메틸술폭사이드 용매화물이고,
상기 단계 1의 용액의 용매는 감마-부티로락톤, 디메틸포름아미드, 또는 이의 혼합 용매이다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물을 포함하는 용액에서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 총 몰수 대비 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 총 몰수가 1.1 내지 1.3인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물을 포함하는 용액에서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 총 몰수 대비 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 총 몰수가 1.1 내지 1.3인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
제1항에 있어서,
M은 Pb2 +, Sn2 +, Pd2 +, Cu2 +, Ge2 +, Sr2 +, Cd2 +, Ca2 +, Ni2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Sn2 +, Yb2+, 또는 Eu2+인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
M은 Pb2 +, Sn2 +, Pd2 +, Cu2 +, Ge2 +, Sr2 +, Cd2 +, Ca2 +, Ni2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Sn2 +, Yb2+, 또는 Eu2+인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
제1항에 있어서,
X는 아이오도이고, X'는 브로모인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
X는 아이오도이고, X'는 브로모인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 단계 1과 단계 2 사이에, 상기 단계 1에서 제조한 광흡수체 상에 비용매를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
상기 단계 1과 단계 2 사이에, 상기 단계 1에서 제조한 광흡수체 상에 비용매를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 3 이후에, 상기 광흡수체를 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
상기 단계 3 이후에, 상기 광흡수체를 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
제1항에 있어서,
a는 0.1 내지 0.2의 실수인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
a는 0.1 내지 0.2의 실수인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 화학식 5는 ([H2N-CH=NH2]PbI3)0.85([CH3NH3]PbBr3)0.15인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
상기 화학식 5는 ([H2N-CH=NH2]PbI3)0.85([CH3NH3]PbBr3)0.15인 것을 특징으로 하는,
제조 방법.
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