KR20210100189A - 페로브스카이트 필름 태양광 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

페로브스카이트 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은, 기판; 기판의 적어도 일부 표면에 설치되는 투명 전도 산화물층; 기판으로부터 떨어진 투명 전도 산화물층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전자 수송층; 투명 전도 산화물층으로부터 떨어진 전자 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 광활성층; 전자 수송층으로부터 떨어진 광활성층의 적어도 일부 표면에 설치되는 정공 수송층; 광활성층으로부터 떨어진 정공 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전극; 및 광활성층에 설치되어 광활성층과 전극의 볼록부를 이격시키는 차단층을 포함한다. 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은 차단층이 설치됨으로써, 광활성층과 전극이 직접 접촉하여 발생되는 션트 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있어, 페로브스카이트 태양광 모듈의 성능을 현저히 향상시킨다.

Description

페로브스카이트 필름 태양광 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은 태양광 소자 분야에 관한 것으로, 특히 페로브스카이트 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
페로브스카이트 태양 전지는 현재 빠르게 발전하고 있는 태양 전지로서, 고효율, 저비용, 간단한 제조 등 특점을 가지고 있다. 페로브스카이트 태양 전지는 구조에 따라 평면 구조 및 메조포러스 구조로 구분되고, 주로 투명 전극, 전자 수송층, 페로브스카이트 광흡수 재료, 정공 수송층, 대향 전극 등을 포함한다. 페로브스카이트 재료가 광을 흡수한 후, 광생성 전자 및 정공이 생성되어 전자 수송층 및 정공 수송층으로 각각 전달되고, 외부 회로와 연결되어 루프를 형성하여 전기 에너지를 출력한다.
그러나 종래의 페로브스카이트 태양 전지는 여전히 개선이 필요하다.
이를 감안하여, 본 발명은 페로브스카이트 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기술적 해결수단은 다음과 같이 구현된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 페로브스카이트 태양광 모듈을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은, 기판; 상기 기판의 적어도 일부 표면에 설치되는 투명 전도 산화물층; 상기 기판으로부터 떨어진 상기 투명 전도 산화물층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전자 수송층; 상기 투명 전도 산화물층으로부터 떨어진 상기 전자 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 광활성층; 상기 전자 수송층으로부터 떨어진 상기 광활성층의 적어도 일부 표면에 설치되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 및 상기 전자 수송층을 통과하여 상기 투명 전도 산화물층과 서로 연결되는 볼록부가 설치되고, 상기 광활성층으로부터 떨어진 상기 정공 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전극; 및 상기 광활성층에 설치되어 상기 광활성층과 상기 볼록부를 이격시키는 차단층을 포함한다.
종래 기술에 비해, 본 발명의 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈은 적어도 다음과 같은 장점을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈은 광활성층에 차단층이 설치되고 차단층을 이용해 광활성층과 전극을 이격시킬 수 있어, 광활성층에 발생되는 광생성 전자 또는 정공이 금속 전극에 유입되는 것을 방지함으로써, 페로브스카이트 태양광 모듈의 성능을 향상시킨다. 아울러, 차단층을 이용해 광활성층과 전극을 이격시킴으로써, 레이저 또는 물리적 스크라이빙 과정에서 발생될 수 있는 화학적 반응으로 인한 광활성층의 분해, 손상 등 부정적인 영향을 방지할 수도 있다. 이 밖에, 상기 차단층은 광활성층이 형성됨과 동시에 형성될 수 있어 제조 방법이 간단하다.
또한, 상기 투명 전도 산화물층에는 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 상기 전자 수송층의 일부가 상기 제1 스크라이빙 영역 내부에 설치되거나; 또는, 상기 투명 전도 산화물층 및 상기 전자 수송층에는 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 상기 차단층의 일부가 상기 제1 스크라이빙 영역 내부에 설치된다.
또한, 상기 광활성층은 페로브스카이트로 형성되고, 상기 차단층은 할로겐화물계 재료, 산화물계 재료, 질화물계 재료 및 탄화물계 재료 중 적어도 하나로 형성된다.
또한, 상기 차단층의 밴드갭은 상기 광활성층의 밴드갭보다 크다.
또한, 상기 차단층의 밴드갭은 2.5 eV 이상이고, 상기 광활성층의 밴드갭은 1.5 ~ 1.8 eV 이다.
또한, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은, 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 차단층에 위치하고, 상기 전극의 볼록부가 내부에 설치되는 제2 스크라이빙 영역을 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방법은, (1) 기판에 투명 전도 산화물층을 형성하고, 스크라이빙을 통해 상기 투명 전도 산화물층에 제1 스크라이빙 영역을 형성한 후, 상기 투명 전도 산화물층에 전자 수송층을 형성하는 단계; (2) 상기 전자 수송층에 차단층 및 광활성층을 형성하는 단계; (3) 상기 차단층 및 상기 광활성층에 정공 수송층을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 정공 수송층에 전극을 설치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법은, 투명 전도 산화물층 및 전자 수송층이 형성된 후, 차단층 재료 및 광활성층 재료를 전자 수송층에 더 인가하고, 차단층 재료 및/또는 광활성층 재료에 선택적인 상변화가 발생되도록 하여 차단층 및 광활성층을 획득한다. 그 다음, 차단층 및 광활성층에 정공 수송층을 형성하고 전극을 설치하여 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈을 획득한다. 상기 방법은 기존의 페로브스카이트 태양광 모듈 제조 공법에 비해 공정을 너무 많이 추가할 필요없고, 상기 방법을 사용함으로써 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈을 간편하고 고효율적으로 획득할 수 있다.
또한, 단계 (1)에서, 기판에 투명 전도 산화물층 및 전자 수송층을 순차적으로 형성한 후, 스크라이빙을 통해 상기 투명 전도 산화물층 및 상기 전자 수송층에 제1 스크라이빙 영역을 형성할 수도 있다.
또한, 단계 (2)에서, 상기 전자 수송층에 차단층 및 광활성층을 동시에 형성한다.
또한, 상기 방법은 단계 (4) 전에, 스크라이빙을 통해 상기 전자 수송층, 상기 정공 수송층 및 상기 차단층에 제2 스크라이빙 영역을 형성한 다음, 상기 정공 수송층에 전극을 설치하고, 상기 전극의 볼록부를 상기 제2 스크라이빙 영역 내부에 설치하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양태 및 장점은 아래 설명에서 일부가 제공될 것이며, 일부는 아래 설명으로부터 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 이해될 것이다.
본 발명의 부가적인 양태 및 장점은 아래 설명에서 일부가 제공될 것이며, 일부는 아래 설명으로부터 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 이해될 것이다.
상기 페로브스카이트 태양광 모듈은 차단층이 설치됨으로써, 광활성층과 전극이 직접 접촉하여 발생되는 션트 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있어, 페로브스카이트 태양광 모듈의 성능을 현저히 향상시킨다.
도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되고 명세서의 일부를 구성하며, 아래의 구체적인 실시형태와 함께 본 발명을 해석하기 위해 사용되고, 본 발명을 제한하기 위함이 아니다. 도면에서,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈의 구조 모식도이고;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈의 구조 모식도이며;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈의 구조 모식도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈의 구조 모식도이며;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법의 흐름 모식도이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법의 흐름 모식도이며;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압출 코팅기를 이용하여 차단층 재료 및 광활성층 재료를 코팅하는 방법의 모식도이고;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압출 코팅기를 이용하여 차단층 재료 및 광활성층 재료를 코팅하는 방법의 다른 시각의 모식도이며;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단층 및 광활성층을 형성하는 방법의 흐름 모식도이고;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단층 및 광활성층을 형성하는 방법의 흐름 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고, 상기 실시예의 예시는 도면에 도시되며, 동일하거나 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 소자 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 소자를 나타낸다. 아래에서 도면을 참조하여 설명되는 실시예는 예시적인 것이고 본 발명을 해석하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다. 실시예에서 구체적인 기술 또는 조건이 표기되지 않은 경우, 본 분야의 문헌에서 설명된 기술 또는 조건에 따라 수행되거나 또는 제품 설명서에 따라 수행된다. 생산업체가 표기되지 않은 사용된 전체 시제 또는 기기는 모두 상업적으로 구입하여 획득할 수 있는 통상적인 제품이다.
본 발명의 설명에서, 용어 "중심", "세로 방향", "가로 방향", "길이", "폭", "두께", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "최상", "바닥", "내부" 및 "외부" 등이 지시하는 방향 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계를 기반으로 하고, 본 발명에 대한 설명의 편의 및 단순화를 위한 것일 뿐, 지시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방향을 구비하고 특정된 방향으로 구성 및 조작됨을 지시하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명에 대한 제한으로 이해되어서는 아니됨을 이해해야 한다.
이 밖에, 용어 "제1", "제2"는 설명 목적으로만 사용되며, 상대적인 중요성을 지시 또는 암시하거나 지시된 기술특징의 수량을 암시적으로 나타내는 것으로 이해될 수 없다. 이로부터, "제1", "제2"로 한정된 특징은 적어도 하나의 해당 특징을 명시적 또는 암시적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서 "복수개"는 특별히 구체적으로 한정하지 않는 한, 2개, 3개 등과 같이 적어도 2개를 의미한다.
본 발명에서 명확하게 규정 및 한정하지 않는 한, "장착", "서로 연결", "연결", "고정" 등 용어는 넒은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어, 명확하게 한정하지 않는 한, 고정 연결일 수 있고, 탈착 가능한 연결이거나 일체로 형성될 수도 있으며, 기계적 연결이거나 전기적 연결일 수 있고, 직접 연결되거나 중간 매체를 통해 간접 연결될 수도 있으며, 두 개의 소자 내부의 연통 또는 두 개의 소자의 상호 작용 관계일 수 있다. 당업자는 구체적은 상황에 따라 본 발명에서의 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 발명에서 명확하게 규정 및 한정하지 않는 한, 제1 특징이 제2 특징의 "상" 또는 "하"에 위치하는 것은 제1 특징 및 제2 특징이 직접 접촉되거나, 또는 제1 특징 및 제2 특징이 중간 매체를 통해 간접 접촉되는 것일 수 있다. 또한, 제1 특징이 제2 특징의 "위", "상방" 및 "상부면"에 위치하는 것은 제1 특징이 제2 특징의 바로 위 또는 대각선 위에 위치하는 것일 수 있거나, 또는 단순히 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징보다 높음을 나타낼 수 있다. 제1 특징이 제2 특징의 "아래", "하방" 및 "하부면"에 위치하는 것은 제1 특징이 제2 특징의 바로 아래 또는 대각선 아래에 위치하거나 또는 단순히 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징보다 낮음을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 페로브스카이트 태양광 모듈을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은 기판(100), 투명 전도 산화물층(200), 전자 수송층(300), 광활성층(400), 정공 수송층(500), 전극(600) 및 차단층(700)을 포함한다. 여기서, 투명 전도 산화물층(200)은 기판(100)의 적어도 일부 표면에 설치되고, 전자 수송층(300)은 기판(100)으로부터 떨어진 투명 전도 산화물층(200)의 적어도 일부 표면에 설치되며, 광활성층(400)은 투명 전도 산화물층(200)으로부터 떨어진 전자 수송층(300)의 적어도 일부 표면에 설치되고, 정공 수송층(500)은 전자 수송층(300)으로부터 떨어진 광활성층(400)의 적어도 일부 표면에 설치되며, 전극(600)은 상기 광활성층(400)으로부터 떨어진 정공 수송층(500)의 적어도 일부 표면에 설치되고, 전극(600)은 볼록부(610)가 구비되며, 볼록부(610)는 정공 수송층(500), 광활성층(400) 및 전자 수송층(300)을 통과하여 투명 전도 산화물층(200)과 연결되며, 차단층(700)은 광활성층(400)에 설치되어 광활성층(400)과 전극(600)의 볼록부(610)를 이격시킨다.
아래에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법에서, 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200)을 형성한 다음, 투명 전도 산화물층(200)에 대해 스크라이빙을 수행하여, 제1 스크라이빙 영역을 획득할 수 있고(방안 1), 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)을 형성한 다음, 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)에 대해 스크라이빙을 수행하여, 제1 스크라이빙 영역을 획득할 수도 있다(방안 2). 이로부터, 상기 방안 1에서, 투명 전도 산화물층(200)에 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 나아가 투명 전도 산화물층(200)에 전자 수송층(300)을 더 형성할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 수송층(300)의 일부가 제1 스크라이빙 영역 내부에 형성된다. 상기 방안 2에서, 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)에 모두 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 나아가, 전자 수송층에 차단층(700)을 더 형성할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 차단층(700)의 일부가 제1 스크라이빙 영역 내부에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광활성층(400)은 페로브스카이트층이고, 예를 들어, CH3NH3PbIx, CH3NH3PbBrx 등으로부터 페로브스카이트 결정 형태를 형성하여 획득될 수 있다. 상기 차단층(700)은 할로겐화물계 재료, 산화물계 재료, 질화물계 재료 및 탄화물계 재료 중 적어도 하나로 형성된다. 할로겐화물계 재료는 예를 들어 염화물(예컨대, 염화납), 브롬화물(예컨대, 브롬화시안) 또는 요오드화물(예컨대, 요오드화납)일 수 있고, 산화물계 재료는 예를 들어 Al2O3, SiO2 등 일 수 있다. 바람직하게, 할로겐화물계 재료는 브롬화물 또는 요오드화물을 사용하며, 이로부터 브롬화물 또는 요오드화물로 형성된 차단층(700)은 광활성층(400)(페로브스카이트층)의 가장 자리에 대해 일정 정도로 부동태화 작용을 일으킬 수 있어, 광활성층(400)의 안정성을 더 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차단층(700)의 밴드갭은 광활성층(400)의 밴드갭보다 크다. 이로부터, 차단층(700)은 광활성층(400)의 광생성 전자 및 정공이 전극으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있어, 태양광 모듈의 전반적 신뢰성을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차단층(700)의 밴드갭은 2.5 eV 이상이고, 광활성층(400)의 밴드갭은 1.5 ~ 1.8 eV이다. 이로부터, 광활성층(400)에서 생성된 광생성 전자 및 정공에 대한 차단층(700)의 차단 효과가 더욱 훌륭하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈은 또한, 전자 수송층(300), 광활성층(400), 정공 수송층(500) 및 차단층(700)에 대해 스크라이빙을 수행하여 획득됨으로써, 전자 수송층(300), 광활성층(400), 정공 수송층(500) 및 차단층(700)에 위치하고, 전극(600)의 볼록부(610)가 내부에 설치되는 제2 스크라이빙 영역을 더 포함할 수 있다.
이 밖에, 설명해야 할 것은, 본 발명의 페로브스카이트 태양광 모듈은 기판, 투명 전도 산화물층, 전자 수송층, 정공 수송층 및 전극의 구체적인 종류 또는 재료에 대해 특별히 제한하지 않으며, 당업자는 통상적인 선택에 따라 획득할 수 있다. 예를 들어, 기판은 유리 기판을 사용할 수 있고, 투명 전도 산화물층은 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 붕소 도핑된 산화아연(BZO), 갈륨 도핑된 산화아연(GZO), 갈륨 알루미늄 도핑된 산화아연(GAZO), 불소 도핑된 산화주석(FTO), 주석 도핑된 산화인듐(ITO), 텅스텐 도핑된 산화인듐(IWO) 및 티타늄 도핑된 산화인듐(ITIO) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 전자 수송층은 풀러린 유도체(PCBM)로 형성될 수 있고, 정공 수송층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS)로 형성될 수 있으며, 전극은 금속 전극(예컨대, Ag전극, Cu전극, Au전극 등), 산화물 전극, 카본 재료 전극 또는 복합 전극을 사용할 수 있고, 차단층이 광활성층과 전극을 이격시킬 수 있으므로 본 발명의 태양광 모듈은 대향 전극 재료에 대한 선택 범위가 더욱 넓다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 본 발명의 페로브스카이트 태양광 모듈은 패키징, 백플레이트 등 통상적인 구조가 더 구비될 수 있으며, 여기서 더이상 설명하지 않는다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 페로브스카이트 태양광 모듈에 대한 패키징 또는 백플레이트의 설치가 간편하도록, 대향 전극 및 정공 수송층에 대해 스크라이빙을 더 수행하여 제3 스크라이빙 영역(830)을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방법은, (1) 기판에 투명 전도 산화물층을 형성하고, 스크라이빙을 통해 투명 전도 산화물층에 제1 스크라이빙 영역을 형성한 후, 투명 전도 산화물층에 전자 수송층을 형성하는 단계; (2) 전자 수송층에 차단층 및 광활성층을 형성하는 단계; (3) 차단층 및 광활성층에 정공 수송층을 형성하는 단계; 및 (4) 정공 수송층에 전극을 설치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법은, 투명 전도 산화물층 및 전자 수송층이 형성된 후, 차단층 재료 및 광활성층 재료를 전자 수송층에 더 인가하고, 차단층 재료 및/또는 광활성층 재료에 선택적인 상변화가 발생되도록 하여 차단층 및 광활성층을 획득한다. 그 다음, 차단층 및 광활성층에 정공 수송층을 형성하고 전극을 설치하여 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈을 획득한다. 상기 방법은 기존의 페로브스카이트 태양광 모듈 제조 공법에 비해 공정을 너무 많이 추가할 필요없고, 상기 방법을 사용함으로써 상기 실시예의 페로브스카이트 태양광 모듈을 간편하고 고효율적으로 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단계 (1)에서, 기판에 투명 전도 산화물층 및 전자 수송층을 순차적으로 형성한 후, 스크라이빙을 통해 상기 투명 전도 산화물층 및 상기 전자 수송층에 제1 스크라이빙 영역을 형성할 수도 있다. 구체적으로, 상기 페로브스카이트 태양광 모듈의 제조 방법에서, 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200)을 형성한 다음, 투명 전도 산화물층(200)에 대해 스크라이빙을 수행하여 제1 스크라이빙 영역(810)(도 5에 도시된 바와 같음)을 획득할 수 있고, 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)을 형성한 다음, 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)에 대해 스크라이빙을 수행하여 제1 스크라이빙 영역(810)( 도 6에 도시된 바와 같음)을 획득할 수도 있다.
아래에서는 도 5 및 도 6을 각각 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200)을 형성한 다음, 레이저 또는 물리적 스크라이빙을 통해 투명 전도 산화물층(200)에 제1 스크라이빙 영역(810)을 형성한 후, 투명 전도 산화층(200)에 전자 수송층(300)을 더 형성할 수 있으며, 이로부터 전자 수송층(300)의 일부가 제1 스크라이빙 영역(810) 내부에 형성된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 먼저 기판(100)에 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)을 순차적으로 형성한 다음, 레이저 또는 물리적 스크라이빙을 통해 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)에 제1 스크라이빙 영역(810)을 형성할 수 있다. 이로부터, 후속적으로 광활성층(400) 및 차단층(700)이 형성될 경우, 차단층(700)의 일부가 제1 스크라이빙 영역(810) 내부에 형성된다.
설명해야 할 것은, 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업자는 실제 수요에 따라 선택할 수 있는바, 예를 들어, 통상적인 투명 전도 산화물층, 전자 수송층 재료를 이용하여 용액 또는 슬러리로 각각 배합 제조하고, 도포하는 방법을 통해 투명 전도 산화물층(200) 및 전자 수송층(300)이 순차적으로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착 등 방법으로도 형성될 수 있다.
나아가, 도 5 및 도 6을 참조하면, 전자 수송층(300)에 광활성층(400) 및 차단층(700)이 형성된다. 광활성층(400) 및 차단층(700)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업자는 실제 수요에 따라 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위해, 페로브스카이트층을 형성하기에 적합한 통상직인 재료, 차단층을 이용하여 용액 또는 슬러리로 각각 배합 제조하고, 도포하는 방법을 통해 광활성층 및 차단층을 전자 수송층에 형성한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 페로브스카이트층의 재료를 도포한 후, 적절한 처리 방법(예를 들어, 열처리)을 사용함으로써, 페로브스카이트층을 형성하는데 사용되는 재료가 페로브스카이트 결정체 구조로 변형된다.
본 발명의 구체적인 예시에 따르면, 도 7 및 도 8을 참조하면, 다중 노치의 압출 코팅기(900)를 사용하는 동시에, 광활성층 재료 및 차단층 재료를 전자 수송층(300)에 인가할 수 있다. 압출 코팅기(900)에는 복수개의 제1 노치(910) 및 복수개의 제2 노치(920)가 포함되고, 제1 노치(910) 및 제2 노치(920)는 순차적으로 간격을 두고 설치되어 상이한 재료를 출력하기 적합함으로써, 광활성층(400) 및 차단층(700)이 동시에 전자 수송층(300)에 구비된다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 광활성층(400) 및 차단층(700)에 정공 수송층(500)이 형성된다. 정공 수송층(500)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업자는 실제 수요에 따라 선택할 수 있는바, 예를 들어, 통상적인 정공 수송층 재료를 이용하여 용액 또는 슬러리로 배합 제조하고, 도포하는 방법을 통해 정공 수송층(500) 이 순차적으로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착 등 방법으로도 형성될 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 스크라이빙을 통해 전자 수송층(300), 정공 수송층(500) 및 차단층(700)에 제2 스크라이빙 영역(820)을 형성한 다음, 정공 수송층(500)에 전극(600)을 설치하고, 전극(600)의 볼록부(610)를 제2 스크라이빙 영역(820) 내부에 설치한다. 본 발명의 태양광 모듈에는 차단층이 설치되기에, 상기 단계에서, 광활성층(400)에 스크라이빙을 수행할 필요없이 차단층(700)에 대해 스크라이빙을 수행할 수 있고, 이로부터 전극(600)이 설치되는 요구를 만족할 수 있어 태양광 모듈의 신뢰성을 더 향상시킨다.
또한, 태양광 모듈에 대해 패키징 또는 백플레이트를 설치하는 등 통상적인 가공을 진행할 수도 있으며, 여기서 더이상 설명하지 않는다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈에 대한 패키징 또는 백플레이트의 설치가 간편하도록, 대향 전극(600) 및 정공 수송층(500)에 대해 스크라이빙을 더 수행하여 제3 스크라이빙 영역(830)을 획득할 수 있다.
이 밖에, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명은 "선택적인 상변화"를 통해 차단층(700) 및 광활성층(400)을 형성하는 방법을 더 제공한다. 도 9 및 도 10에서, 710은 할로겐화물계 재료(예를 들어, 염화납 및/또는 브롬화납)를 나타내고, 720은 산화물계 재료, 질화물계 재료 또는 탄화물계 재료를 나타내며, 410은 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료를 나타낸다. 여기서, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료는 요오드화 메틸아민(MAI) 및 할로겐화물을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 차단층(700) 및 광활성층(400)은 동시에 형성될 수 있다. 구체적으로, 전술한 다중 노치 압출 코팅기를 이용하여, 상이한 노치를 통해 차단층 재료 및 광활성층 재료를 각각 압출하고 코팅한다. 본 발명의 구체적인 예시에 따르면, 또한, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료를 열처리하여, 페로브스카이트 광활성층을 획득할 수 있다.
도 10을 참조하면, 차단층(700) 및 광활성층(400)은 단계적으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 할로겐화물계 재료를 차단층 재료로 사용할 때, 먼저 전자 수송층(300)에 한 층의 차단층 재료(710)를 도포한 다음, 전술한 다중 노치 압출 코팅기를 이용하여 차단층 재료(710)에 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료(410)를 간격을 두고 도포할 수 있고, 나아가 열처리를 통해 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료(410)가 그 아래에 위치한 차단층(710)과 페로브스카이트 광활성층을 형성할 수 있으며, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료(410)가 간격을 두고 도포되기에, 410 부분이 피복되지 않은 차단층 재료는 차단층을 형성한다. 산화물계 재료, 질화물계 재료 또는 탄화물계 재료를 차단층 재료로 사용할 때, 먼저 전술한 다중 노치 압출 코팅기를 이용하여, 상이한 노치를 통해 차단층 재료 및 페로브스카이트 광활성층 재료 중의 할로겐화물을 각각 압출하고 도포한 다음, 차단층 재료 및 할로겐화물 재료에 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 다른 재료를 도포할 수 있다. 나아가, 열처리를 통해 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 다른 재료 및 할로겐화물 재료가 차단층 재료(720)와 반응하지 않고 페로브스카이트 광활성층을 형성함으로써 차단층 및 광활성층이 획득된다.
이 밖에, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료에서, 요오드화포름아미딘(FAI), Cs 또는 Rb가 함유된 MAI, Cs 또는 Rb가 함유된 FAI를 사용하여 MAI를 대체하거나, 또는 다른 할로겐화물을 사용하여 요오드화납 및 브롬화납을 대체할 수도 있다. 도 10에 도시된 방법에서, 페로브스카이트 광활성층을 형성하기 위한 재료에 KI 또는 HI를 더 추가함으로써, I를 이용하여 페로브스카이트 결정 형태에 존재할 수 있는 흠결을 보완할 수도 있으며, 이로부터 광활성층 재료의 선택적인 상변화 효과를 더 향상시킬 수 있고, 나아가 페로브스카이트 태양광 모듈의 성능을 향상시킨다.
본 발명의 일 구체적인 예시에 따르면, 도 9에 도시된 방법에서, 710은 브롬화납이고, 720은 산화알루미늄이며, 410은 MAI, 요오드화납 및 브롬화납의 혼합 재료이다. 도 10에 도시된 방법에서, 710은 브롬화납이고, 720은 산화알루미늄이며, 410은 MAI, KI 또는 HI, 요오드화납 및 브롬화납의 혼합 재료이다.
본 명세서의 설명에서, 용어 "일 실시예", "일부 실시예", "예시", "구체적인 예시" 또는 "일부 예시" 등을 참조한 설명은 해당 실시예 또는 예시를 결부하여 설명된 구체적 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어에 대한 개략적 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 예시를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 설명된 구체적 특징, 구조, 재료 또는 특성은 적합한 방식으로 임의의 하나 또는 복수개의 실시예 또는 예시에서 결합될 수 있다. 이 밖에, 당업자는 서로 모순되지 않는 한 본 명세서에 설명된 상이한 실시예 또는 예시 및 상이한 실시예 또는 예시의 특징을 결합 및 조합할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 도시하고 설명하였으나, 전술한 실시예는 예시적이며 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안됨을 이해할 수 있다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 전술한 실시예를 변경, 수정, 대체 및 변형할 수 있다.
100: 기판; 200: 투명 전도 산화물층; 300: 전자 수송층;
400: 광활성층; 410: 광활성층 재료;
500: 정공 수송층; 600: 전극; 610: 볼록부;
700: 차단층;
710: 할로겐화물계 재료; 720: 산화물계 재료, 질화물계 재료 또는 탄화물계 재료;
810: 제1 스크라이빙 영역; 820: 제2 스크라이빙 영역; 830: 제3 스크라이빙 영역;
900: 압출 코팅기; 910: 제1 노치; 920: 제2 노치

Claims (10)

  1. 페로브스카이트 태양광 모듈로서,
    기판;
    상기 기판의 적어도 일부 표면에 설치되는 투명 전도 산화물층;
    상기 기판으로부터 떨어진 상기 투명 전도 산화물층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전자 수송층;
    상기 투명 전도 산화물층으로부터 떨어진 상기 전자 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 광활성층;
    상기 전자 수송층으로부터 떨어진 상기 광활성층의 적어도 일부 표면에 설치되는 정공 수송층;
    상기 정공 수송층, 상기 광활성층 및 상기 전자 수송층을 통과하여 상기 투명 전도 산화물층과 서로 연결되는 볼록부가 구비되고, 상기 광활성층으로부터 떨어진 상기 정공 수송층의 적어도 일부 표면에 설치되는 전극; 및
    상기 광활성층에 설치되어 상기 광활성층과 상기 볼록부를 이격시키는 차단층을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전도 산화물층에는 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 상기 전자 수송층의 일부가 상기 제1 스크라이빙 영역 내부에 설치되거나;
    또는, 상기 투명 전도 산화물층 및 상기 전자 수송층에는 제1 스크라이빙 영역이 형성되고, 상기 차단층의 일부가 상기 제1 스크라이빙 영역 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광활성층은 페로브스카이트로 형성되고, 상기 차단층은 할로겐화물계 재료, 산화물계 재료, 질화물계 재료 및 탄화물계 재료 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단층의 밴드갭은 상기 광활성층의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 차단층의 밴드갭은 2.5 eV 이상이고, 상기 광활성층의 밴드갭은 1.5 ~ 1.8 eV 인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 차단층에 위치하고, 상기 전극의 볼록부가 내부에 설치되는 제2 스크라이빙 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양광 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법으로서,
    (1) 기판에 투명 전도 산화물층을 형성하고, 스크라이빙을 통해 상기 투명 전도 산화물층에 제1 스크라이빙 영역을 형성한 후, 상기 투명 전도 산화물층에 전자 수송층을 형성하는 단계;
    (2) 상기 전자 수송층에 차단층 및 광활성층을 형성하는 단계;
    (3) 상기 차단층 및 상기 광활성층에 정공 수송층을 형성하는 단계; 및
    (4) 상기 정공 수송층에 전극을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    단계 (1)에서, 기판에 투명 전도 산화물층 및 전자 수송층을 순차적으로 형성한 후, 스크라이빙을 통해 상기 투명 전도 산화물층 및 상기 전자 수송층에 제1 스크라이빙 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    단계 (2)에서, 상기 전자 수송층에 차단층 및 광활성층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    단계 (4) 전에, 스크라이빙을 통해 상기 전자 수송층, 상기 정공 수송층 및 상기 차단층에 제2 스크라이빙 영역을 형성한 다음, 상기 정공 수송층에 전극을 설치하고, 상기 전극의 볼록부를 상기 제2 스크라이빙 영역 내부에 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양광 모듈을 제조하는 방법.
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