KR102632624B1 - 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 기판, 상기 기판 상에 복수개의 셀로 구분되는 패터닝된 투명 전극층, 상기 투명 전극층 상에 배치되며 적어도 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 필름부, 상기 필름부 상에 배치되며 상하 방향으로 상기 투명 전극층과 중첩되는 후면 전극층을 포함하고, 상기 필름부를 사이에 두고 상기 투명 전극층의 크기 기준으로 상기 후면 전극층이 상기 투명 전극층과 중첩되는 중첩도가 70% ~ 90% 이내인 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
페로브스카이트 태양 전지는 차세대 태양 전지로서, 현재 널리 사용되는 Si solar cell 보다 높은 효율을 가지고 있어, 다양한 연구가 급속도로 진행되고 있다.
한편, 일반적인 페로브스카이트 태양 전지의 short circuit current density(Jsc) 값은 전체 후면 전극(back electrode)에 의해 결정된다. 이에 따라, 일반적인 페로브스카이트 태양 전지는 셀의 개수가 증가할수록 Jsc 값이 감소되는 특징이 나타나기 때문에, 많은 수의 셀을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지의 전류 출력이 기대치보다 낮은 문제가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상대적으로 높은 전류 밀도구축이 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 기판, 상기 기판 상에 복수개의 셀로 구분되는 패터닝된 투명 전극층, 상기 투명 전극층 상에 배치되며 적어도 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 필름부, 상기 필름부 상에 배치되며 상하 방향으로 상기 투명 전극층과 중첩되는 후면 전극층을 포함하고, 상기 필름부를 사이에 두고 상기 투명 전극층의 크기 기준으로 상기 후면 전극층이 상기 투명 전극층과 중첩되는 중첩도가 70% ~ 90% 이내인 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 후면 전극층과 상기 투명 전극층의 중첩도가 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 기판은 리지드 타입의 투명한 유리 기판 또는 플렉서블 타입의 투명한 폴리머 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
추가로, 상기 패터닝된 투명 전극층은 제1 방향으로 인접된 다른 셀을 구분하는 복수개의 제1 에칭 영역들과, 각각의 셀들에 형성되며, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접된 서로 다른 크기를 가지는 투명 전극 부분들을 구분하는 각각의 제2 에칭 영역들을 포함하며, 상기 투명 전극 부분들은 상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제1 투명 전극 부분과, 상기 제2 에칭 영역을 사이에 두고 상기 제1 투명 전극 부분과 인접되게 배치되면서 상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제2 투명 전극 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 상기 복수개의 셀들 중 제1 셀에는 상기 제1 방향 기준으로 제1 투명 전극 부분, 제2 에칭 영역, 제2 투명 전극 부분이 배치되고, 상기 제1 셀에 인접된 제2 셀은 상기 제1 방향 기준으로 제2 투명 전극 부분, 제2 에칭 영역 및 제1 투명 전극 부분이 배치되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 복수개의 셀들 중 가장자리에 배치된 셀들의 상기 제1 투명 전극 부분들에는 극성 단자들이 형성되고, 상기 복수개의 셀들 중 가장자리로부터 안쪽에 배치된 셀들의 제1 투명 전극 부분 및 상기 제2 투명 전극 부분의 가장자리 일부는 인접된 다른 셀들을 전기적으로 연결되는 연결 단자들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 제조 방법은 기판 상에 복수개의 셀로 구분되는 패터닝된 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 투명 전극층 상에 배치되며 적어도 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 필름을 증착하는 단계, 상기 필름부 상에 배치되며 상하 방향으로 상기 투명 전극층과 중첩되는 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 후면 전극층을 형성하는 단계는 상기 필름부를 사이에 두고 상기 투명 전극층의 크기 기준으로 상기 후면 전극층이 상기 투명 전극층과 중첩되는 중첩도가 80% 이상이 되도록 상기 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방법에서 상기 패터닝된 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 필름을 증착하는 단계 및 상기 후면 전극층을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 대기 조건에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 다른 상용화된 태양 전지(Si solar cell 등)보다 높은 효율을 가지므로, 태양 전지의 크기를 소형화할 수 있고, 그에 따라, 웨어러블 및 휴대용 전자 산업에 쉽고 다양하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 유연한 기판 위에 제작할 경우 flexible한 태양 전지로 구현할 수 있어, 다양한 flexible 전자 장치에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 back electrode 영역이 상대적으로 작아, 영역 형성에 들어가는 Ag 및 Au가 적게 사용되므로 제조비용이 절감되는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 일반적인 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 경우 불활성 가스 분위기인 glove box 내에서 제조되지만 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 경우, 대기 중에서 제조가 가능하므로 페로브스카이트 태양 전지 상용화를 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈 구조의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 부분 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 리지드 타입 및 플렉서블 타입 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 다양한 형태의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 일 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제조 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 부분 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 리지드 타입 및 플렉서블 타입 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 다양한 형태의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 일 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제조 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈 구조의 한 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 부분 구조를 나타낸 도면이다. 도 3은 리지드 타입 및 플렉서블 타입 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(10)은 복수개의 셀들(101, 102, 103, 104, 105)을 포함하며, 각각의 태양 전지 모듈 셀들(101, 102, 103, 104, 105)은 투명 기판(110), 투명 전극층(120), 제1 전하수송층(130)(예: NiO층), 페로브스카이트 광활성층(140), 제2 전하수송층(150) 및 후면 전극층(160)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전하수송층(130), 페로브스카이트 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)은 완성된 필름 형태로 제공될 수 있다. 추가로, 상기 페로브스카이트 태양 전지 모듈(10)은 특정 셀(예: 제1 셀(101))의 후면 전극층(160)과 인접된 다른 셀(예: 제2 셀(102)의 투명 전극층(120)을 전기적으로 연결하는 내부 연결 전극(162)을 포함할 수 있다.
상기 투명 기판(110)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명하게 형성되어야 하며, 예를 들어, 투명한 유리 또는 투명 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 투명 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly EthyleneTerephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Poly Ethylene Naphthalate: PEN), 폴리카보네이트(Poly??Carbonate: PC), 폴리프로필렌(Poly-Propylene: PP), 폴리이미드(Poly- Imide: PI), 트리 아세틸 셀룰로오스(Tri Acetyl Cellulose: TAC) 등을 들 수 있다.
상기 투명 전극층(120)은 상기 투명 기판(100) 상에 복수개가 형성된다. 여기서, 투명전극(120)은 TCO Glass로서 인듐 틴산화물(Indium Tin Oxide: ITO), 플루오르 틴 산화물(Fluorine Tin Oxide: FTO), 안티몬 틴 산화물(Antimony Tin Oxide: ATO), 징크 산화물(Zinc Oxide), 틴 산화물(Tin Oxide), ZnOGa2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 투명전극(120)은 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다. 투명전극(120) 위에는 투명전극(120)에 전기적으로 연결되는 광전극층이 형성된다. 도 2를 참조하면, 상기 투명 전극층(120)은 셀들(101, 102, 103, 104, 105)별로 구분되며, 예컨대, 제1 방향(또는 가로 방향)으로 나란하게 배치된 복수개의 전극 페어들(120a, 120b)을 포함한다. 상기 전극 페어들(120a, 120b)은 길이가 다른 제1 투명 전극 부분(120a) 및 제2 투명 전극 부분(120b)을 포함할 수 있다. 상기 특정 셀의 전극 페어들(120a, 120b)은 제1 에칭 영역(120c)(예: 세로 방향으로 배치된 에칭 영역)들로 인접된 다른 셀의 전극 페어들과 전기적으로 분리된다. 상기 제1 투명 전극 부분(120a) 및 상기 제2 투명 전극 부분(120b)은 제2 방향(예: 세로 방향)으로 나란하게 배치되며, 각 셀들에는 제2 에칭 영역(120d)이 배치되고, 제2 에칭 영역(120d)은 제1 투명 전극 부분(120a)과 제2 투명 전극 부분(120b)을 제2 방향에서 전기적으로 분리한다. 상기 제1 투명 전극 부분(120a) 및 제2 투명 전극 부분(120b)은 각 셀별로 다르게 배치될 수 있다. 한 예로, 상기 투명 전극 페어(120a, 120b)들의 투명 전극 부분들의 배치 형태는 각 셀별로 교차하며 배치된다. 예컨대, 복수개의 셀들(101, 102, 103, 104, 105) 중 제1 셀(101)에 위치한 투명 전극 페어(120a, 120b)는 상대적으로 짧은 제1 투명 전극 부분(120a)이 제2 투명 전극 부분(120b)보다 갚은 평면에서 상부에 배치되고, 제2 셀(102)에 위치한 투명 전극 페어(120a, 120b)는 상대적으로 짧은 제1 투명 전극 부분(120a)이 제2 투명 전극 부분(120b)보다 같은 평면에서 하부에 위치한다. 투명 전극층(120)의 한 예로서, 가장자리에 배치된 셀들(예: 제1 셀(101) 및 제5 셀(105))의 제1 투명 전극 부분(120a)의 가로 폭은 1cm가 될 수 있고, 세로 폭은 0.9cm가 될 수 있고, 제2 투명 전극 부분(120b)은 가로 폭은 1cm가 될 수 있고, 세로 폭은 3.8cm가 될 수 있다. 투명 전극층(120) 중 가운데 배치된 셀들(예: 제2 셀(102), 제3 셀(103) 및 제4 셀(104))의 제1 투명 전극 부분(120a) 및 제2 투명 전극 부분(120b)의 가로 폭은 0.85cm가 될 수 있다. 한편, 상술한 투명 전극층(120)의 투명 전극 페어(120a, 120b)들의 길이는 한 예시로서, 필름의 목적 크기에 따라 달라질 수 있다.
상기 투명 전극층(120) 상부에는 제1 전하수송층(130) 및 상기 페로브스카이트 광활성층(140)이 적층될 수 있다. 상기 제1 전하수송층(130)은 다양한 정공 수송 물질로 형성될 수 있으며, 단분자 정공 전달 물질 또는 고분자 정공 전달 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 전하수송층(130)은 NiO로 형성될 수 있다.
상기 페로브스카이트 광활성층(140)은 페로브스카이트 물질을 포함하며, 상기 페로브스카이트 물질은 해당 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 페로브스카이트 물질은 분자구조가 ABX3형태이며, 상기 A로는 메틸암모늄(CH3NH3) 또는 포름아미디늄(HC(NH2)2)의 유기물일 수 있고, 상기 B로는 납(Pb)또는 주석(Sn)의 금속 원소일 수 있으며, 상기 X로는 염소(Cl), 브로민(Br), 또는 아이오딘(I)의 할라이드 원소일 수 있다.
상기 제2 전하수송층(150)은 페로브스카이트 광활성층(140)으로부터 전자를 받아 후면 전극층(160)로 이동시킬 수 있는 전자 수송 물질로 이루어질 수 있다. 전자 수송 물질은 플러렌 유도체 중 [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르(Phenyl-C61-butyric Acid Methylester, PCBM)을 사용한다. 전자 수송층은 PCBM을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 전자를 이동시키는 물질이면 어떠한 물질도 가능하며 ETL(Electron Transportation Layer)를 적용할 수도 있다. 일례로 들면 ETL은 PBD, TAZ, spiro-PBD와 같은 고분자와 Alq3, BAlq, SAlq와 같은 저분자 물질을 사용할 수 있다. 페로브스카이트 광흡수체(또는 광활성층)에서 생성된 전자는 PCBM과 같은 전자 수송 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위로 이동하여 후면 전극층(160)으로 이동한다.
상기 후면 전극층(160)은 도전성 물질이면 어느 것이나 제한 없이 사용 가능하며 구체적으로는 백금, 루테늄, 팔라듐, 이리듐, 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2, Au, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 후면 전극층(160)은 각 셀별로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 태양 전지 모듈(10)의 가장자리에 배치되는 제1 셀(101)에서 후면 전극층(160)의 제1 극성 단자(160_1)(예: 부극성(-) 단자)가 제1 투명 전극 부분(120a) 상에 형성되며, PSC(Perovskite solar cell) 필름부(160a)는 제2 투명 전극 부분(120b)의 일측에 형성된다. 상기 PSC 필름부(160a)는 각 셀들(101, 102, 103, 104, 105)별로 하나씩 배치될 수 있다. 제1 연결 전극 단자(160_3)(예: 도 1의 내부 연결 전극(162))는 PSC 필름부(160a)와 일정 간격 이격된 제2 투명 전극 부분(120b)의 타측에 배치된다. 태양 전지 모듈(10)의 다른 가장자리에 배치된 제5 셀(105)에서 후면 전극층(160)의 제2 극성 단자(160_2)(예: 정극성(+) 단자)는 제2 투명 전극 부분에 배치된다. 셀들을 전기적으로 잇는 연결 전극 단자들(160_3, 160_4)은 각각 제2 투명 전극 부분(120b)의 끝단(예: 제1 투명 전극 부분(120a)으로부터 먼 방향의 끝단)과 제1 투명 전극 부분(120a)에 각각 배치되며, 연결 라인(160_5)들에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 연결 라인(160_5)들은 제1 극성 단자(160_1)와 PSC 필름부(160a), 제2 극성 단자(160_2)와 PSC 필름부(160a), 연결 전극 단자들(160_3, 160_4) 사이에 각각 배치될 수 있다. 한편, 도 2에서는, 설명이 편의를 위해 페로브스카이트 광활성층(140)과 제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)의 배치를 생략하였으나, 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160) 사이에는 상술한 페로브스카이트 광활성층(140)과 제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)이 배치될 수 있다. 한 예로, 페로브스카이트 광활성층(140)과 제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)은 PSC 필름부 영역에만 배치될 수 있다. PSC 필름부 영역을 기준으로 후면 전극층(160)과 연결 라인(160_5)이 투명 전극층(120)과 중첩될 수 있다.
한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(110)은 유리(Glass)가 채택될 수 있으며, 상기 유리 기판(311) 상에 투명 전극층(120)(예: ITO)이 형성될 수 있다. 상기 유리 기판(311) 상에 투명 전극층(120)을 형성한 구조는 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 길이를 가지는 전극 부분들을 하나의 페어로 가지는 셀들을 인접되게 배치한 구조를 포함하며, 상기 유리 기판(311)과 투명 전극층(120) 상에 제1 전하수송층(130), 페로브스카이트 광활성층(140) 및 제2 전하수송층(150)을 형성한 후, 후면 전극층을 형성하면, 301 상태에서와 같이 리지드 타입의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(310)이 마련될 수 있다.
한편, 다른 예로서, 기판(110)은 폴리머(PEN)가 채택될 수 있으며, 상기 폴리머 기판(312) 상에 투명 전극층(120)(예: ITO)이 형성될 수 있다. 상기 폴리머 기판(312) 상에 투명 전극층(120)을 형성한 구조는 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 길이를 가지는 전극 부분들을 하나의 페어로 가지는 셀들을 인접되게 배치한 구조를 포함하며, 상기 폴리머 기판(312)과 투명 전극층(120) 상에 제1 전하수송층(130), 페로브스카이트 광활성층(140) 및 제2 전하수송층(150)을 형성한 후, 후면 전극층을 형성하면, 303 상태에서와 같이 플렉서블 타입의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(320)이 마련될 수 있다.
리지드 타입 페로브스카이트 태양 전지 모듈(310)과 플렉서블 타입 페로브스카이트 태양 전지 모듈(320)의 특성은 다음 표 1과 같이 나타난다.
| Solar Cell Parameters | ||||
| Devices | Voc (V) | Jsc (mAcm-2) | FF(%) | PCE(%) |
| Rigid Module (Glass/ITO) |
5.06 | 3.27 | 0.67 | 11.9 |
| Flexible Module (PEN/ITO) |
4.31 | 5.20 | 0.44 | 9.86 |
도 4는 다양한 형태의 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 일 형태를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 페로브스카이트 광활성층(140)을 중심에 두고 상하로 배치된 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160)의 중첩 비율이 100%인 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 GFF가 78.95%로 나타나며, 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160)의 중첩 비율이 85%인 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 GFF가 80.25%로 나타나며, 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160)의 중첩 비율이 50%인 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 GFF가 48.70%로 나타난다. 여기서 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160)의 중첩 비율이 100%인 일반 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 중첩 비율이 85%인 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 비하여 상대적으로 넓은 후면 전극층을 포함함에도 불구하고, 상대적으로 낮은 GFF 특성을 나타냄을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 일반 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 비하여 상대적으로 적은 양의 물질을 이용하여 후면 전극층을 형성함에도 불구하고, 상대적으로 높은 GFF 특성을 가지는 태양 전지 모듈을 제공할 수 있어, 제조 단가를 줄이면서, 상대적으로 고효율의 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는 본 발명의 페로브스카이트 광활성층(140)의 상하로 중첩되는 투명 전극층(120)과 후면 전극층(160)의 중첩 비율을 85%로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 50% 초과 100% 미만의 중첩 비율 또는 70% ~ 90% 사이의 중첩 비율을 기준으로 상대적으로 높은 GFF 특성을 가지는 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 구성하도록 변형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제조 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(10) 제조 방법으로서, 먼저 S101 단계에서 기판(110) 상에 투명 전극층(예: ITO)을 형성하고, S103 단계에서 에칭 저항 테이핑 작업 후 습식 에칭을 통해 에칭 영역들(120c, 120d)을 형성하여 복수개의 셀들을 구분하여 패터닝된 투명 전극층을 형성하는 패터닝 단계를 포함한다. 여기서, 패터닝된 ITO 기판 형성 단계는 투명 전극층(120)을 아연 분말 층으로 코팅한 다음 2M HCl 용액을 아연 분말에 적하하는 단계, 다음으로 투명 전극층(120) 상단과 하단에서 same alternative separation을 수평으로 수행하여 각 셀의 양극 및 음극 단자를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(10) 제조 방법은 패터닝된 ITO 기판을 각각 15분 동안 탈이온수, 에탄올 및 아세톤에서 순차적인 초음파 처리로 세척하는 S105 단계, 페로브스카이트 광활성층을 적어도 포함하는 필름을 패터닝된 ITO 기판의 특정 영역(예: PSC 필름부 영역)에만 증착하는 S107 단계, 후면 전극층(예: 은 전극(두께 100nm))을 형성하는 S109 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 세척 S105 단계이후 다음 층을 증착하기 직전에 기판에 UV-O 처리(20분)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 추가적으로, S107 단계는 페로브스카이트 광활성층 하부에 제1 전하수송층(예: NiO)을 형성하는 단계와, 페로브스카이트 광활성층 상부에 제2 전하수송층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, S107 단계는 일반 대기 조건에서 중심부에 페로브스카이트 광활성층이 배치되고 상하로 전하수송층들이 형성된 필름을 상기 패터닝된 투명 전극층 중 PSC 필름부 영역에만 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 후면 전극(back electrode) 영역이 일반 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 비하여 작게 형성됨에 따라, 영역 형성에 들어가는 재료 예컨대, Ag/Au가 적게 사용되어, 제조비용 절감이 가능하다. 또한, 일반적인 PSC는 불활성 가스 분위기인 glove box 내에서 제조되지만, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 대기 중에서 제조가 가능하여, 상용화에 상대적으로 용이한 특징을 가지고 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10: 페로브스카이트 태양 전지 모듈
110: 기판
120: 투명 전극층
130: 제1 전하수송층
140: 페로브스카이트 광활성층
150: 제2 전하수송층
160: 후면 전극층
110: 기판
120: 투명 전극층
130: 제1 전하수송층
140: 페로브스카이트 광활성층
150: 제2 전하수송층
160: 후면 전극층
Claims (8)
- 기판;
상기 기판 상에 복수개의 셀로 구분되는 패터닝된 투명 전극층;
상기 투명 전극층 상에 배치되며 적어도 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 필름부; 및
상기 필름부 상에 배치되며 상하 방향으로 상기 투명 전극층과 중첩되는 후면 전극층;을 포함하고,
상기 필름부를 사이에 두고 상기 투명 전극층의 크기 기준으로 상기 후면 전극층과 상기 투명 전극층의 GFF(Geometrical Fill Factor, 기하학적 충전 인자 개념)가 70% ~ 90% 이내이며,
상기 패터닝된 투명 전극층은
제1 방향으로 인접된 다른 셀을 구분하는 복수개의 제1 에칭 영역들과,
각각의 셀들에 형성되며, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접된 서로 다른 크기를 가지는 투명 전극 부분들을 구분하는 각각의 제2 에칭 영역들을 포함하며,
상기 투명 전극 부분들은
상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제1 투명 전극 부분과,
상기 제2 에칭 영역을 사이에 두고 상기 제1 투명 전극 부분과 인접되게 배치되면서 상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 긴 길이를 가지는 제2 투명 전극 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 후면 전극층과 상기 투명 전극층의 GFF가 80% 이상인 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은
리지드 타입의 투명한 유리 기판; 또는
플렉서블 타입의 투명한 폴리머 기판; 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 복수개의 셀들 중 제1 셀에는
상기 제1 방향 기준으로 제1 투명 전극 부분, 제2 에칭 영역, 제2 투명 전극 부분이 배치되고,
상기 제1 셀에 인접된 제2 셀은 상기 제1 방향 기준으로 제2 투명 전극 부분, 제2 에칭 영역 및 제1 투명 전극 부분이 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈. - 제 5항에 있어서,
상기 복수개의 셀들 중 가장자리에 배치된 셀들의 상기 제1 투명 전극 부분들에는 극성 단자들이 형성되고,
상기 복수개의 셀들 중 가장자리로부터 안쪽에 배치된 셀들의 제1 투명 전극 부분 및 상기 제2 투명 전극 부분의 가장자리 일부는 인접된 다른 셀들을 전기적으로 연결되는 연결 단자들이 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈. - 기판 상에 복수개의 셀로 구분되는 패터닝된 투명 전극층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층 상에 배치되며 적어도 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 필름부를 증착하는 단계; 및
상기 필름부 상에 배치되며 상하 방향으로 상기 투명 전극층과 중첩되는 후면 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 후면 전극층을 형성하는 단계는
상기 필름부를 사이에 두고 상기 투명 전극층의 크기 기준으로 상기 후면 전극층과 상기 투명 전극층의 GFF(Geometrical Fill Factor, 기하학적 충전 인자 개념)가 80% 이상이 되도록 상기 후면 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 패터닝된 투명 전극층은
제1 방향으로 인접된 다른 셀을 구분하는 복수개의 제1 에칭 영역들과,
각각의 셀들에 형성되며, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접된 서로 다른 크기를 가지는 투명 전극 부분들을 구분하는 각각의 제2 에칭 영역들을 포함하며,
상기 투명 전극 부분들은
상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제1 투명 전극 부분과,
상기 제2 에칭 영역을 사이에 두고 상기 제1 투명 전극 부분과 인접되게 배치되면서 상기 제1 방향 기준으로 상대적으로 긴 길이를 가지는 제2 투명 전극 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제조 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 패터닝된 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 필름부를 증착하는 단계 및 상기 후면 전극층을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 대기 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제조 방법.
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