KR102108141B1 - 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>, <기판으로 입사되는 태양광이 전자수송층 측 나노 구조물을 거치기 이전에 페로브스카이트 광 흡수층에 먼저 다다르게 되는 구조> 등으로 대폭 개선하고, 이를 통해, 태양전지 생산주체 측에서, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점>, <나노 구조물에 의한 입사 태양광의 산란 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>, <기판으로 입사되는 태양광이 전자수송층 측 나노 구조물을 거치기 이전에 페로브스카이트 광 흡수층에 먼저 다다르게 되는 구조> 등으로 대폭 개선하고, 이를 통해, 태양전지 생산주체 측에서, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점>, <나노 구조물에 의한 입사 태양광의 산란 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결하게 하는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 태양전지 관련 기술이 급격한 발전을 이루면서, 페로브스카이트 태양전지와 관련된 기술 또한 빠른 발전을 거듭하고 있다.
예를 들어, 대한민국등록특허 제10-1666309호(명칭: 이산화규소 나노입자 지지층 페로브스카이트 태양전지의 제조방법)(2016.10.13.자 공고), 대한민국공개특허 제10-2016-139986호(명칭: 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법)(2016.12.07.자 공개), 대한민국등록특허 제10-1707050호(명칭: 페로브스카이트계 광흡수층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 광흡수층을 포함하는 페로브스카이트계 태양전지)(2017.02.17.자 공고), 대한민국공개특허 제10-2019-7811호(명칭: 광 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조 방법)(2019.01.23.자 공개) 등에는 종래의 기술에 따른 페로브스카이트 태양전지에 대한 일례가 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 페로브스카이트 태양전지(10)는 기판(11)과, 기판(11)의 상부에 배치되는 투명전극(12)과, 투명전극(12)의 상부에 배치되는 전자수송층(13)과, 전자수송층(13)의 상부에 배치되는 페로브스카이트 광 흡수층(14)과, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(14)의 상부에 배치되는 정공수송층(15)과, 상기 정공수송층(15)의 상부에 배치되는 금속전극(16)이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다. 이 경우, 상기 전자수송층(13)은 TiO2 등의 금속 산화물로 이루어진 나노 구조를 형성하게 된다.
이때, 종래 에서는 투명전극(12)이 증착/배치된 기판(11) 상에 일련의 습식 코팅 공정을 진행시켜, 나노 구조의 전자수송층(13)을 형성시킨 후, 이 나노 구조의 전자수송층(13) 상에 일련의 습식 코팅 공정을 진행시켜, 페로브스카이트 광 흡수층(14)을 형성시키고, 이어, 페로브스카이트 광 흡수층(14) 상에 일련의 습식 코팅 공정을 진행시켜, 정공수송층(15)을 형성시킨 후, 최종적으로 이 정공수송층(15) 상에 금속전극(16)을 형성시켜, 페로브스카이트 태양전지(10)를 제조하게 된다.
그러나, 이처럼, 페로브스카이트 태양전지(10)를 이루는 각 구성요소들을 용액을 기반으로 하는 일련의 습식 코팅 공정을 통해 제조하게 되는 경우, 태양전지 생산주체 측에서는 후술하는 각종 심각한 문제점을 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
우선, 상술한 바와 같이, 페로브스카이트 태양전지(10)를 이루는 각 구성요소들을 용액을 기반으로 하는 일련의 습식 코팅 공정을 통해 제조하게 되는 경우, 페로브스카이트 광 흡수층(14)은 대기에 노출되는 환경을 수시로 겪게 되는데, 이때, 페로브스카이트 광 흡수층(14)을 이루는 물질은 대기 중의 산소, 수분 등에 그 반응성이 매우 높기 때문에, 만약, 별도의 보완 조처 없이, 페로브스카이트 광 흡수층(14)이 대기에 반복적으로 노출되는 경우, 해당 페로브스카이트 광 흡수층(14) 측에서는 자가 안정성이 크게 저하되는 심각한 문제점을 일으키게 된다.
또한, 상술한 종래의 용액 기반 제조 체제 하에서, 나노 입자를 포함하는 용액으로 형성되는 전자수송층(13)은 그 결정성이 취약할 뿐만 아니라, 용액을 원인으로 하는 유기물 및 불순물로 인하여, 전자를 원활하게 수송시켜 주시 못하는 심각한 문제점을 일으키게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 습식 코팅 공정을 통해 증착/배치된 나노 구조의 전자수송층(13) 상에 일련의 습식 코팅 공정을 추가 진행시켜, 페로브스카이트 광 흡수층(14)을 형성시키게 되면, 표면에 미리 형성되어 있던 전자수송층(13)의 나노 구조가 용액에 의해 무너지거나 응집되는 현상이 불가피하게 발생하여, 전자수송층(13)의 균일성은 물론, 페로브스카이트 광 흡수층(14)의 균일성까지도 크게 저하되는 심각한 문제점이 발생하게 되며, 나아가, 페로브스카이트 용액이 전자수송층(13)의 나노 구조 사이로 침투하기 어려워짐으로써, 전자수송층(13) 및 페로브스카이트 광 흡수층(14) 사이에, 다수의 공극(Void)이 발생하게 되고, 그 결과, 태양전지(10)의 전체적인 전기적 특성이 저하되는 심각한 문제점이 발생하게 된다.
또한, 일련의 습식 코팅 공정을 통해, 기판(11)의 상부에 나노 구조의 전자수송층(13)을 형성시킨 후, 이 전자수송층(13)의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층(14)을 형성시키게 되면, 기판(11)을 통해 페로브스카이트 광 흡수층(14) 측으로 입사되는 태양광은 나노 구조의 전자수송층(13)을 반드시 통과할 수밖에 없게 되며, 그 결과, 나노 구조에 기인한 불필요한 산란 현상을 불가피하게 겪을 수밖에 없게 되고, 결국, 태양전지 생산주체 측에서는 페로브스카이트 광 흡수층(14) 측으로 입사되는 태양광의 입사 효율이 대폭 저하됨으로써, 태양전지의 발전효율 또한 크게 저하되는 심각한 피해를 피할 수 없게 된다.
나아가, 상술한 바와 같이, 습식 코팅 공정을 통해 전자수송층(13)을 형성시키게 되면, 해당 전자수송층(13) 측에서는 태양광(자외선)을 흡수하면서, 불필요한 광 촉매 효과를 일으키게 되며, 그 결과, 페로브스카이트 광 흡수층(14)을 손상시키는 심각한 문제점을 일으키게 된다.
한편, 종래 에서는 상기 용액을 기반으로 하는 습식 코팅 공정의 문제점을 감안하여, <원자층 증착 공정을 이용하여 페로브스카이트 태양전지(10)를 이루는 각 구성요소들(예를 들어, 전자수송층(13))을 제조하는 방안>을 제안하기도 하였다.
그러나, 상기 원자층 증착 공정을 통해 제조되는 전자수송층(13) 측 비정질 박막(예컨대, TiOx 박막)은 고온의 열처리 없이 사용하기에는 그 결정성이 매우 취약한 문제점을 일으키기 때문에(참고로, 플랙서블한 기판(11) 상에서는 별도의 고온 열처리 공정이 불가능하다), 종래의 체제 하에서, 별도의 조치 없이, 상기 원자층 증착 공정을 습식 코팅 공정의 대체 공정으로 채택하기에는 많은 문제점이 따를 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>, <기판으로 입사되는 태양광이 전자수송층 측 나노 구조물을 거치기 이전에 페로브스카이트 광 흡수층에 먼저 다다르게 되는 구조> 등으로 대폭 개선하고, 이를 통해, 태양전지 생산주체 측에서, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점>, <나노 구조물에 의한 입사 태양광의 산란 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결하게 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 투명전극을 포함하는 기판의 상부에 전자수송층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송층의 상부에 전자수송용 나노 구조물을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물의 표면에 페로브스카이트 시드 층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물 및 상기 페로브스카이트 시드 층을 포함하는 상기 전자수송층의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 정공수송층 및 금속전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 1 전자수송용 나노 구조물을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 부가 페로브스카이트 광 흡수층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 2 전자수송용 나노 구조물을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 2 전자수송용 나노 구조물을 포함하는 부가 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 전자수송층을 형성시키는 단계와; 인-시투(In-situ) 상태에서, 상기 전자수송층의 상부에 금속전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 개시한다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서는 상기 각 제조방법을 통해 제조되는 페로브스카이트 태양전지를 개시한다.
본 발명에서는 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>, <기판으로 입사되는 태양광이 전자수송층 측 나노 구조물을 거치기 이전에 페로브스카이트 광 흡수층에 먼저 다다르게 되는 구조> 등으로 대폭 개선하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 태양전지 생산주체 측에서는, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점>, <나노 구조물에 의한 입사 태양광의 산란 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 페로브스카이트 태양전지를 개념적으로 도시한 예시도.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 우선, 물리 기상 증착 장치를 활용하여, 건식 진공 증착 공정을 진행시키고, 이를 통해, 투명전극(22)을 포함하는 기판(21)의 상부에 전자수송층(23)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 형성시키게 된다.
참고로, 본 발명에서는 본 출원인에 의해 기 출원/등록된 대한민국등록특허 제10-1833921호(명칭: 물리 기상 증착 장치)에 개시된 물리 기상 증착 장치를 활용하여, 본 발명의 제조방법을 실현하였다(물론, 이러한 본 발명이 실현되는 물리 기상 증착 장치는 상황에 따라 다양한 변형을 이룰 수 있다).
한편, 상술한 절차를 통해, 투명전극(22)을 포함하는 기판(21)의 상부에 전자수송층(23)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송층(23)의 상부에 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 형성시키게 된다.
이렇게 하여, 전자수송층(23)의 상부에 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 페로브스카이트 시드 층(25a)을 균일하게 코팅/형성하게 된다.
여기서, 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)은 일례로, <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 무기물의 표면에 유기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 시드 층(25a)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
다른 예로, 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 유기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 유기물의 표면에 무기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 시드 층(25a)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착함으로써, 유/무기 복합원소로 구성된 페로브스카이트 시드 층(25a)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 무기/유기 혼합물로는 MAPbI3, FAPbI3, MAPbBr3, FAPbBr3, MASnI3, 등의 유/무기 복합원소로 구성된 할로겐화물 또는 칼코게화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로 제 1 무기물의 표면에 제 2 무기물을 증착함으로써, 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 결합된 페로브스카이트 시드 층(25a)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있다.
나아가, 또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착함으로써, 해당 혼합 무기물로 구성된 페로브스카이트 시드 층(25a)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있고, 상기 혼합 무기물로는 CaTiO3, BaTiO3, CeCrO3, GdMnO3, SmCoO3, KNbO3, BaSnO3, CaZrO3, SrCeO3, DyAlO3, BiFeO3, LaCoO3 등이 선택될 수 있다.
이러한 여러 실시 형태의 코팅/증착 절차 하에서, 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면을 따라, 페로브스카이트 시드 층(25a)(예컨대, MAPbI3 등)이 균일하게 코팅/증착 완료되면, 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 및 페로브스카이트 시드 층(25a) 측에서는 상호 간에 페로브스카이트 시드 층(25a)이 전자수송용 나노 구조물(24)을 감싸는 일련의 코어-쉘 타입(Core-shell type) 구조 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type) 구조를 자연스럽게 형성하게 된다.
상술한 절차를 통해, 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 페로브스카이트 시드 층(25a)이 코팅/증착 완료되면, 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성시키게 된다.
여기서, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(25)은 일례로, <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 무기물의 상부에 유기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(25)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 유기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 유기물의 상부에 무기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(25)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착함으로써, 유/무기 복합원소로 구성된 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 무기/유기 혼합물로는 MAPbI3, FAPbI3, MAPbBr3, FAPbBr3, MASnI3, 등의 유/무기 복합원소로 구성된 할로겐화물 또는 칼코게화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(25)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로 제 1 무기물의 상부에 제 2 무기물을 증착함으로써, 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있다.
나아가, 또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(25)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착함으로써, 해당 혼합 무기물로 구성된 페로브스카이트 광 흡수층(25)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있고, 상기 혼합 무기물로는 CaTiO3, BaTiO3, CeCrO3, GdMnO3, SmCoO3, KNbO3, BaSnO3, CaZrO3, SrCeO3, DyAlO3, BiFeO3, LaCoO3 등이 선택될 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 및 페로브스카이트 시드 층(25a) 측에서는 상호 간에 일련의 코어-쉘 타입(Core-shell type) 구조 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type) 구조를 자연스럽게 사전 형성하고 있었기 때문에, 페로브스카이트 광 흡수층(25)이 후속으로 형성 완료되는 경우, 해당 페로브스카이트 광 흡수층(25) 및 전자수송층(23)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 측에서는 예를 들어, 전자수송용 나노 구조물(24)의 파손 문제, 불필요한 공극의 발생 문제 등을 전혀 겪지 않으면서, 서로 간의 접촉 면적을 최대한으로 극대화시킬 수 있게 되며, 결국, 태양전지 생산주체 측에서는 제품의 전체적인 전기적인 특성이 대폭 향상되는 이점을 폭 넓게 향유할 수 있게 된다.
한편, 상술한 절차를 통해 전자수송용 나노 구조물(24) 및 상기 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 상기 전자수송층(23)의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층(25)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 페로브스카이트 광 흡수층(25)의 상부에 정공수송층(26)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)을 형성시키게 된다.
이렇게 하여, 페로브스카이트 광 흡수층(25)의 상부에 정공수송층(26)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 정공수송층(26)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)의 상부에 금속전극(27)(예컨대, Au 등)을 형성시키고, 이를 통해, 본 발명에 따른 패로브스카이트 태양전지(20)를 제조 완료하게 된다.
이러한 제조과정을 거친 본 발명의 일 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지(20)는 기판(21), 기판(21)의 상부에 배치되는 투명전극(22), 투명전극(22)을 포함하는 기판(21)의 상부에 배치되는 전자수송층(23)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 전자수송층(23)의 상부에 배치되는 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 전자수송용 나노 구조물(24)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 표면에 코팅되는 페로브스카이트 시드 층(25a)(예컨대, MAPbI3 등), 페로브스카이트 시드 층(25a)을 포함하는 전자수송층(23)의 상부에 배치되는 페로브스카이트 광 흡수층(25)(예컨대, MAPbI3 등), 페로브스카이트 광 흡수층(25)의 상부에 배치되는 정공수송층(26)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등), 정공수송층(26)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)의 상부에 배치되는 금속전극(27)(예컨대, Au 등) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시에서는 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>로 대폭 개선하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 태양전지 생산주체 측에서는, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결할 수 있게 된다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시에서는 우선, 물리 기상 증착 장치를 토대로 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 투명전극(32) 및 정공수송층(33)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)을 포함하는 기판(31)의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)을 형성시키게 된다. 이 경우, 정공수송층(33)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)은 건식 진공 증착 공정을 통해 투명전극(32)의 상부에 형성되는 절차를 겪게 된다.
여기서, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)은 일례로, <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 투명전극(32) 및 정공수송층(33)을 포함하는 기판(31)의 상부에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 무기물의 상부에 유기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(34)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 투명전극(32) 및 정공수송층(33)을 포함하는 기판(31)의 상부에 유기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 유기물의 상부에 무기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(34)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 투명전극(32) 및 정공수송층(33)을 포함하는 기판(31)의 상부에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착함으로써, 유/무기 복합원소로 구성된 페로브스카이트 광 흡수층(34)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 무기/유기 혼합물로는 MAPbI3, FAPbI3, MAPbBr3, FAPbBr3, MASnI3, 등의 유/무기 복합원소로 구성된 할로겐화물 또는 칼코게화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 투명전극(32) 및 정공수송층(33)을 포함하는 기판(31)의 상부에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로 제 1 무기물의 상부에 제 2 무기물을 증착함으로써, 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 결합된 페로브스카이트 광 흡수층(34)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있다.
나아가, 또 다른 예로, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 투명전극(32) 및 정공수송층(33)을 포함하는 기판(31)의 상부에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착함으로써, 해당 혼합 무기물로 구성된 페로브스카이트 광 흡수층(34)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있고, 상기 혼합 무기물로는 CaTiO3, BaTiO3, CeCrO3, GdMnO3, SmCoO3, KNbO3, BaSnO3, CaZrO3, SrCeO3, DyAlO3, BiFeO3, LaCoO3 등이 선택될 수 있다.
상술한 각 실시 타입의 절차를 통해, 투명전극(32) 및 정공수송층(33)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)을 포함하는 기판(31의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 형성시키게 된다.
이렇게 하여, 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)을 형성시키게 된다.
여기서, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)은 일례로, <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)의 상부에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 무기물의 상부에 유기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
다른 예로, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)의 상부에 유기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 유기물의 상부에 무기물을 증착함으로써, 무기물과 유기물이 결합된 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 유기물로는 예를 들어, Cs, methylammonium(MA, CH3NH3), ethylammonium(EA, CH3CH2NH3), formamidinium(FA, NH2CHNH2) 등의 단일 또는 복합으로 구성된 할로겐화물 또는 칼코계화물이 선택될 수 있으며, 상기 무기물로는 예를 들어, Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 등의 단일 또는 복합 원소로 구성된 금속 할로겐화물 또는 금속 칼코계화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)의 상부에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착함으로써, 유/무기 복합원소로 구성된 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 무기/유기 혼합물로는 MAPbI3, FAPbI3, MAPbBr3, FAPbBr3, MASnI3, 등의 유/무기 복합원소로 구성된 할로겐화물 또는 칼코게화물이 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)의 상부에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로 제 1 무기물의 상부에 제 2 무기물을 증착함으로써, 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 결합된 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있다.
나아가, 또 다른 예로, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)은 <건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)의 상부에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착함으로써, 해당 혼합 무기물로 구성된 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)을 형성하는 공정>에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제 1 무기물로는 Ca, K, Ba, Sr, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu 등의 산화물이 선택될 수 있으며, 상기 제 2 무기물로는 Ti, Nb, Sn, Zr, Ce, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc 등의 산화물이 선택될 수 있고, 상기 혼합 무기물로는 CaTiO3, BaTiO3, CeCrO3, GdMnO3, SmCoO3, KNbO3, BaSnO3, CaZrO3, SrCeO3, DyAlO3, BiFeO3, LaCoO3 등이 선택될 수 있다.
이러한 각 실시 타입에 따른 절차 하에서, 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 감싸도록 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)이 추가 형성 완료되면, 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 및 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등) 측에서는 상호 간에 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)이 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)을 감싸는 일련의 코어-쉘 타입(Core-shell type) 구조 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type) 구조를 자연스럽게 형성하게 된다.
한편, 상술한 절차를 통해, 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 형성시키게 된다.
이렇게 하여, 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 12에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 포함하는 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 형성시키게 된다.
이때, 상술한 바와 같이, 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 및 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등) 측에서는 상호 간에 일련의 코어-쉘 타입(Core-shell type) 구조 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type) 구조를 자연스럽게 사전 형성하고 있었기 때문에, 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 후속으로 형성 완료되는 경우, 해당 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 및 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등) 측에서는 예를 들어, 전자수송용 나노 구조물(35,39)의 파손 문제, 불필요한 공극의 발생 문제 등을 전혀 겪지 않으면서, 서로 간의 접촉 면적을 최대한으로 극대화시킬 수 있게 되며, 결국, 태양전지 생산주체 측에서는 제품의 전체적인 전기적인 특성이 대폭 향상되는 이점을 폭 넓게 향유할 수 있게 된다.
한편, 상술한 절차를 통해, 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 13에 도시된 바와 같이, 인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 상부에 금속전극(37, 예컨대, Au 등)을 형성시키고, 이를 통해, 본 발명의 다른 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지(30)를 제조 완료하게 된다.
이러한 제조과정을 거친 본 발명의 다른 실시에 따른 페로브스카이트 태양전지(30)는 기판(31), 기판(31)의 상부에 배치되는 투명전극(32), 투명전극(32)을 포함하는 기판(31)의 상부에 배치되는 정공수송층(33)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등), 정공수송층(33)(예컨대, Spiro-MeOTAD, PEDOT-PSS, NiO 등)의 상부에 배치되는 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등), 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 배치되는 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 제 1 전자수송용 나노 구조물(35)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 감싸도록 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 배치되는 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등), 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 배치되는 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등)을 포함하는 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등)의 상부에 배치되는 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등)의 상부에 배치되는 금속전극(37, 예컨대, Au 등) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시에서는 페로브스카이트 광 흡수층(34)(예컨대, MAPbI3 등), 부가 페로브스카이트 광 흡수층(38)(예컨대, MAPbI3 등) 등을 먼저 형성시킨 후에, 제 2 전자수송용 나노 구조물(39)(예컨대, TiO2, SnO2 등), 전자수송층(36)(예컨대, TiO2, SnO2 등) 등을 후속 형성시키기 때문에, 본 발명의 다른 실시 하에서, 전자수송용 나노 구조물(35,39)은 페로브스카이트 광 흡수층(34,38)의 상부에 위치하게 된다.
물론, 이처럼, 전자수송용 나노 구조물(35,39)이 페로브스카이트 광 흡수층(34,38)의 상부에 위치하는 국면에서, 기판(31)을 통해 페로브스카이트 광 흡수층(34,38) 측으로 입사되는 태양광은 나노 구조물(35,39)을 거치지 않은 상태에서, 페로브스카이트 광 흡수층(34,38) 측에 먼저 다다름으로써, 나노 구조에 기인한 불필요한 산란 현상을 전혀 일으키지 않게 되며, 결국, 태양전지 생산주체 측에서는 페로브스카이트 광 흡수층(34,38) 측으로 입사되는 태양광의 입사 효율이 대폭 저하되는 문제점을 효과적으로 회피하면서, 태양전지의 발전효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시에서는 제품의 제조 패턴을 <인-시투(In-situ) 상태에서의 건식 진공 증착 공정>으로 대폭 개선하면서, 이를 토대로, 제품의 구조를 <페로브스카이트 광 흡수층이 전자수송층 측 나노 구조물을 코어-쉘 타입(Core-shell type) 또는 컨쥬게이트 타입(Conjugate type)으로 감싸는 구조>, <기판으로 입사되는 태양광이 전자수송층 측 나노 구조물을 거치기 이전에 페로브스카이트 광 흡수층에 먼저 다다르게 되는 구조> 등으로 대폭 개선하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 태양전지 생산주체 측에서는, 별다른 어려움 없이, <페로브스카이트 광 흡수층의 대기 노출에 기인한 문제점>, <용액 기반 습식 코팅 공정에 기인한 각종 문제점> 등은 물론, <나노 구조물의 파손에 기인한 문제점>, <기공의 발생에 기인한 문제점>, <페로브스카이트 광 흡수층 및 전자수송층 간 접촉면적 감소에 기인한 문제점>, <나노 구조물에 의한 입사 태양광의 산란 문제점> 등까지도 일괄적으로 해결할 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 상황에 따라 다양한 변형을 이룰 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서는 소스 오염 이슈, 고온 소스 이슈, 유기/무기 물질 이슈 등을 두루 고려하여, 상술한 각 제조방법을 여러 대의 챔버에서 구현할 수도 있게 된다.
이러한 본 발명은 특정 분야에 국한되지 아니하며, 태양전지의 품질향상이 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
10,20,30: 페로브스카이트 태양전지
11,21,31: 기판
12,22,32: 투명전극
13,23,36: 전자수송층
14,25,34: 페로브스카이트 광 흡수층
15,26,33: 전공수송층
16,27,37: 금속전극
24: 전자수송용 나노 구조물
35: 제 1 전자수송용 나노 구조물
38: 부가 페로브스카이트 광 흡수층
39: 제 2 전자수송용 나노 구조물
11,21,31: 기판
12,22,32: 투명전극
13,23,36: 전자수송층
14,25,34: 페로브스카이트 광 흡수층
15,26,33: 전공수송층
16,27,37: 금속전극
24: 전자수송용 나노 구조물
35: 제 1 전자수송용 나노 구조물
38: 부가 페로브스카이트 광 흡수층
39: 제 2 전자수송용 나노 구조물
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- 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 페로브스카이트 광 흡수층을 형성시키는 단계와;
인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 1 전자수송용 나노 구조물을 형성시키는 단계와;
인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 부가 페로브스카이트 광 흡수층을 형성시키는 단계와;
인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 2 전자수송용 나노 구조물을 형성시키는 단계와;
인-시투(In-situ) 상태에서, 건식 진공 증착 공정을 진행시켜, 상기 제 2 전자수송용 나노 구조물을 포함하는 부가 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 전자수송층을 형성시키는 단계와;
인-시투(In-situ) 상태에서, 상기 전자수송층의 상부에 금속전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조방법. - 제 4 항에 있어서, 상기 페로브스카이트 광 흡수층은 <건식 진공 증착 공정으로, 상기 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로, 상기 무기물의 상부에 유기물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 유기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로, 상기 유기물의 상부에 무기물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 무기물의 상부에 제 2 무기물을 증착하는 공정>, 또는, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 투명전극 및 정공수송층을 포함하는 기판의 상부에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착하는 공정>에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 부가 페로브스카이트 광 흡수층은 <건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로, 상기 무기물의 상부에 유기물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 유기물을 증착한 후, 상기 유기물의 상부에 무기물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 무기물 및 유기물이 혼합된 무기/유기 혼합물을 증착하는 공정>, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 1 무기물을 증착한 후, 건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 무기물의 상부에 제 2 무기물을 증착하는 공정>, 또는, <건식 진공 증착 공정으로, 상기 제 1 전자수송용 나노 구조물을 감싸도록 상기 페로브스카이트 광 흡수층의 상부에 제 1 무기물 및 제 2 무기물이 혼합된 혼합 무기물을 증착하는 공정>에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
- 삭제
- 제 4 항에 기재된 제조방법에 의해 제조되는 페로브스카이트 태양전지.
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