KR20210151544A - 수분 안정성과 장기 안정성이 향상된 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분 안정성과 장기 안정성이 향상된 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판층; 상기 기판층 상에 배치되는 광전소자; 및 상기 광전소자 상에 배치되어 상기 광전소자를 밀봉하는 봉지층을 포함하고, 상기 봉지층은 실리카 에어로겔(Silica Aerogel) 필름인 것을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.

Description

수분 안정성과 장기 안정성이 향상된 태양전지{SOLAR CELL WITH IMPROVED STABILITY AGAINST MOISTURE AND LONG-TERM STABILITY}
본 발명은 수분 안정성과 장기 안정성이 향상된 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 효율 저하 없이 수분 안정성과 장기 안정성을 개선시킬 수 있는 봉지층을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자로서, 현재 가정은 물론 우주에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에 이르기까지 사용되고 있으며, 태양광 자동차, 태양광 에어컨 등도 주목받고 있다.
이러한 태양전지는 주로 실리콘 반도체를 이용하고 있으나, 고순도 실리콘 반도체의 원자재 가격 및 이를 이용한 태양전지 셀 제조공정의 복잡성으로 인해 발전단가가 높다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 화석연료에 의한 발전단가보다 3~10배 높기 때문에 각국 정부의 보조에 의해서 시장이 성장하고 있다는 한계를 안고 있다. 이러한 이유로 실리콘을 사용하지 않는 태양전지의 연구개발이 활성화되었고, 1990년대부터는 유기반도체 소재인 염료를 이용한 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell; DSSC)와 전도성 고분자를 이용한 고분자태양전지(Polymer Solar Cell)가 본격적으로 연구되기 시작하였다. 이러한 DSSC와 고분자태양전지와 같은 유기반도체 기반 태양전지가 학계와 산업계의 많은 노력에도 불구하고 사업화 단계에까지 이르지 못하였으나, 최근 DSSC와 고분자태양전지의 장점을 융합한 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cell, PSC)의 출현에 의해 차세대 태양전지에 대한 기대감이 한층 높아지고 있는 상황이다.
페로브스카이트 태양전지는 종래 DSSC와 고분자 태양전지의 융합형 태양전지로서, DSSC와 같이 액체 전해질을 사용하지 않아서 신뢰성이 개선되었으며, 페로브스카이트의 광학적 우수성으로 인해 고효율이 가능한 태양전지이며 최근 공정개선, 소재개선 및 구조개선을 통하여 지속적으로 효율이 향상되고 있다. 이와 같은 페로브스카이트 태양전지는 기판층, 제1 전극층, 전자수송층(또는 정공수송층), 페로브스카이트층을 포함하는 광전소자, 정공수송층(또는 전자수송층) 및 제2 전극층으로 구성된다.
페로브스카이트 태양전지는 최근 효율의 급격한 증가와 공정상의 가격 경쟁력을 갖추어 추후 실리콘 태양전지의 대체재로 거론되고 있다. 하지만, 안정성 문제로 인하여 상용화가 지연되고 있고, 특히 수분에 대한 안정성 확보가 시급한 실정이다
한편, 봉지층은 수분 또는 산소 등의 외부적 요인에 민감한 광전소자 또는 장치 등을 보호하기 위하여 사용되는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따라 봉지층(30)으로 글래스(Glass)를 사용하고, 에폭시(40)를 이용하여 광전소자(20)를 밀봉시킨 태양전지(100)를 보여주는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래에는 봉지층(30)으로서의 글래스(Glass)를 광전소자(20)가 배치된 기판층(10)과 대향되도록 배치한 후, 광전소자(20)를 외부적 요인으로부터 완전히 차단하기 위해 에폭시(40)를 통해 봉지층(30)과 기판층(10)을 부착시킨 후, UV 경화를 진행하였다.
그러나 에폭시(40)를 경화시키는 과정에 사용되는 UV light는 광전소자(20)에 포함된 페로브스카이트층(23)에 손상을 초래할 수 있고, 이는 소자 효율을 감소시키므로 이에 대한 개선책이 필요한 상황이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광전소자의 효율 감소 없이 수분 안정성과 장기 안정성을 향상시킬 수 있는 새로운 봉지층을 구비한 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지는, 기판층; 상기 기판층 상에 배치되는 광전소자; 및 상기 광전소자 상에 배치되어 상기 광전소자를 밀봉하는 봉지층을 포함하고, 상기 봉지층은 실리카 에어로겔(Silica Aerogel) 필름인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실리카 에어로겔 필름은 실리카가 포함된 용액을 통해, 스핀 코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이 코팅 및 디핑 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법으로 코팅된 것일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 에어로겔 필름의 두께는 1 μm 이하이고, 투과율은 85 내지 95%인 것일 수 있다.
또한, 상기 실리카 에어로겔 필름은 극성 또는 비극성으로 표면개질된 것일 수 있다.
이때, 상기 실리카 에어로겔 필름은 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane, TMCS), 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDSZ), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane, PTMS), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane, PTES), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxylsilane, MTMS), 및 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane, MTES)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상과 자일렌(xylene)의 혼합물에 의해 표면개질된 것일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 에어로겔 필름은 Cu, Na, Sn, Zn, K, Li 및 Ca으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 원소로 도핑된 것일 수 있다.
이때, 상기 실리카 에어로겔 필름은 구리 아세테이트, 나트륨 아세테이트, 주석 아세테이트, 아연 아세테이트, 칼륨 아세테이트, 리튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 도핑된 것일 수 있다.
한편, 상기 광전소자는 페로브스카이트층을 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 광전소자는, 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer); 상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 배치된 페로브스카이트층; 상기 페로브스카이트층 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층; 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 배치된 제2 전극층을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 태양전지는, 상기 페로브스카이트층이 제1 페로브스카이트층 및 상기 제1 페로브스카이트층 상에 적층된 제2 페로브스카이트층을 포함하는 페로브스카이트-페로브스카이트 텐덤 구조의 태양전지일 수 있다.
그리고, 상기 태양전지는, 상기 기판층이 실리콘 태양전지를 포함하는 실리콘-페로브스카이트 텐덤 구조의 태양전지일 수 있다.
본 발명에 따르면 광전소자를 밀봉하는 봉지층으로서 글래스와 에폭시 접착제를 사용하지 않고, 실리카 에어로겔(Silica Aerogel) 필름인 봉지층을 사용함으로써, UV light의 사용에 따른 페로브스카이트층의 손상이 발생하지 않고, 그에 따라 광전소자 효율 감소 없이 태양전지의 수분 안정성과 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 글래스(Glass) 봉지층과 에폭시를 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 평면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 글래스 봉지층과 에폭시를 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 봉지층을 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 봉지층을 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실리카 에어로겔을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 봉지층을 포함하는 페로브스카이트-페로브스카이트 텐덤 구조의 태양전지를 보여주는 측면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 봉지층을 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지층을 이용하여 광전소자를 밀봉시킨 태양전지를 보여주는 측면도이며, 도 5는 실리카 에어로겔을 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지(100)는, 기판층(10); 상기 기판층(10) 상에 배치되는 광전소자(20); 및 상기 광전소자(20) 상에 배치되어 상기 광전소자(20)를 밀봉하는 봉지층(30)을 포함하고, 상기 봉지층(30)은 실리카 에어로겔(Silica Aerogel) 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 광전소자(20)를 밀봉하는 봉지층(30)으로서 글래스와 에폭시 접착제를 사용하지 않고, 방수성 및 단열성이 뛰어난 실리카 에어로겔 필름인 봉지층(30)을 사용함으로써, UV light의 사용에 따른 페로브스카이트층(23)의 손상이 발생하지 않고, 그에 따라 광전소자(20) 효율 감소 없이 태양전지(100)의 수분 안정성과 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.
에어로겔은 공기를 의미하는 "aero"와 3차원 네트워크 구조를 의미하는 "gel"의 합성어로서, 물질 합성시 형성된 겔구조를 그대로 유지한 상태에서 겔구조 내 액체를 공기로 치환해 얻은 고다공성 나노구조체이다. 에어로겔은 1 내지 50 ㎚ 크기의 나노입자로 이루어져 있으며 비중이 매우 작은 백색 반투명의 고체로서, 다공성 구조를 갖고 있고, 단열성, 방수성 및 방음효과가 우수한 성질을 갖고 있다.
실리카 에어로겔은 실리카로 이루어진 에어로겔로서, 보통의 겔 상태의 실리카 겔을 건조 탈수하면 물의 모세관 힘에 의해 수축하여 단단한 건교체(xerogel)의 실리카 겔이 되는데, 겔을 액의 임계 온도 이상으로 가열하면 액은 기체가 되고, 이것을 제거해도 이산화규소는 원래의 콜로이드 분산 상태인 채로 유지된다.
이러한 실리카 에어로겔은, 예를 들면, 물유리를 비중 1.2까지 묽게 하고, 이에 같은 부피의 4.3N 아세트산을 가해 실리카 겔을 만들고, 이틀 정도 방치하여 젤리 상태로 응결한 것을 잘 씻어 염류를 제거하고, 이어서 추출기를 사용해 95% 에틸알코올에 의해 물을 10% 이하가 될 때까지 추출한다. 이것을 충분한 알코올과 함께 오토클레이브에 밀폐하여 260℃ 정도까지 가열하고, 기화된 알코올을 방출시킴으로써 제조할 수 있다. 물론, 실리카 에어로겔은 이와 다른 다양한 제조공정을 통해 제조될 수 있다.
한편, 상기 봉지층(30)인 실리카 에어로겔 필름은 실리카가 포함된 용액을 이용하여, 스핀 코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이 코팅 및 디핑 코팅 등의 다양한 코팅 방법을 통해 광전소자(20) 상에 코팅되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기 실리카 에어로겔 필름의 두께는 1 μm 이하이고, 투과율은 85 내지 95%인 것일 수 있다.
상기 실리카 에어로겔 필름의 두께가 상기 수치범위를 초과하면, 원하는 투과율이 확보되지 않아, 광전소자(20)의 수광율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
이때, 상기 실리카 에어로겔 필름의 투과율은 300 내지 800 nm의 파장을 갖는 빛의 투과율일 수 있고, Haze는 0.3% 이하일 수 있으며, 열전도도는 0.01 W/K·m 이상일 수 있다.
또한, 상기 실리카 에어로겔 필름은 극성 또는 비극성으로 표면개질된 것일 것 있다. 실리카 에어로겔은 표면에 -OH기가 형성되어 있어, 원래는 극성의 성질을 가지나, 표면개질을 통해 극성의 성질을 더욱 강하게 하여, 상기 실리카 에어로겔을 극성의 광전소자(20)의 표면에 효율적으로 코팅할 수 있다. 반대로, 실리카 에어로겔의 표면개질을 통해 비극성의 성질을 갖게 하여, 상기 실리카 에어로겔을 비극성의 광전소자(20)의 표면에 효율적으로 코팅할 수 있다.
여기서, 상기 실리카 에어로겔 필름은 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane, TMCS), 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDSZ), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane, PTMS), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane, PTES), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxylsilane, MTMS), 및 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane, MTES)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상과 자일렌(xylene)의 혼합물에 의해 표면개질된 것일 수 있다.
나아가, 실리카 에어로겔 필름의 투과율 및 박막 성능을 더욱 향상시키기 위해, Cu, Na, Sn, Zn, K, Li 및 Ca으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 원소로 도핑될 수 있으며, 이때, 구리 아세테이트, 나트륨 아세테이트, 주석 아세테이트, 아연 아세테이트, 칼륨 아세테이트, 리튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 도핑될 수 있다.
한편, 상기 기판층(10)은, 광을 통과시키는 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판층(10)은 원하는 파장의 광을 선별적으로 통과시키는 물질을 포함할 수 있다. 상기 기판층(10)은, 예를 들어 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide)와 같은 TCO(Transparent Conductive Oxide), 글래스, 석영, 또는 폴리머를 포함할 수 있고, 예를 들면, 상기 폴리머는 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판층(10)은, 예를 들어 100 μm 내지 150 μm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들면 125 μm의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 상기 기판층(10)의 재질 및 두께는 상기 기재된 내용에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 상기 기판층(10)으로는 전술한 것들 이외에도, 실리콘 태양전지 자체가 사용될 수 있는데, 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.
그리고, 상기 광전소자(20)는 CIGS계열, CZTS 계열, a-Si, CdTe, DSSC, OPV 및 페로브스카이트 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 사용할 수 있고, 바람직하게는 페로브스카이트층(23)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광전소자(20)는 더욱 바람직하게는, 제1 전극층(21); 상기 제1 전극층(21) 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer)(22); 상기 전자수송층 또는 정공수송층(22) 상에 배치된 페로브스카이트층(23); 상기 페로브스카이트층(23) 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층(24); 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층(24) 상에 배치된 제2 전극층(25)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 전극층(21)은 상기 기판층(10) 상에 적층되어 형성될 수도 있고, 상기 기판층(10)과 일체로써 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극층(21) 및 상기 제2 전극층(25)은 각각 투광성을 갖는 도전성 소재로 형성될 수 있다. 투광성을 갖는 도전성 소재는, 예컨대 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재 및 금속성 소재 등을 포함할 수 있다. 투명 전도성 산화물로는, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), ICO(Indium Cerium Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), ZITO(Zinc Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), GITO(Gallium Indium Tin Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), ZnO 등이 사용될 수 있다. 탄소질 전도성 소재로는, 예컨대 그래핀 또는 카본나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 금속성 소재로는, 예컨대 금속(Ag) 나노 와이어, Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti와 같은 다층 구조의 금속 박막이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 투명이라는 용어는 빛을 일정 정도 이상 투과할 수 있는 것을 말하며, 반드시 완전한 투명을 의미하는 것으로 해석되지 않는다. 이상 설명한 물질들은 반드시 위에 설명한 실시예들에 한정되는 것은 아니고 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 그 구조 또한 단층 또는 다층이 될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제2 전극층(25) 상에는 제2 전극층(25)의 저항을 낮추고 전하의 전달을 더욱 용이하게 하기 위하여 버스전극(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 상기 버스 전극은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및/또는 이들의 화합물 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전자수송층(22)은 제1 전극층(21) 상에 위치하고, 페로브스카이트층(23)에서 생성된 전자가 제1 전극층(21)으로 용이하게 전달되도록 하는 기능을 할 수 있다. 전자수송층(22)은 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 예컨대 Ti 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, SrTi 산화물 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전자수송층(22)은 컴팩트한 구조의 TiO2, SnO2, WO3 또는 TiSrO3 등을 포함할 수도 있다. 이러한 전자수송층(22)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기 전자수송층(22) 상에는 페로브스카이트층(23)이 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지에서는,　태양광을 흡수하여 광전자-광정공 쌍을 생성하는 광활성 물질로　페로브스카이트 화합물을 채택하였다.　페로브스카이트는 직접형 밴드갭(direct band gap)을 가지면서 광흡수계수가 550nm에서 1.5×104cm-1 정도로 높고, 전하 이동 특성이 우수하며 결함에 대한 내성이 뛰어나다는 장점이 있다.
또한,　페로브스카이트　화합물은 용액의 도포 및 건조라는 극히 간단하고 용이하며 저가의 단순한 공정을 통해 광활성층을 이루는 광흡수체를 형성할 수 있는 장점이 있고, 도포된 용액의 건조에 의해 자발적으로 결정화가 이루어져 조대 결정립의 광흡수체 형성이 가능하며, 특히 전자와 정공 모두에 대한 전도도가 우수하다.
이러한 페로브스카이트　화합물은 하기의 화학식 1의 구조로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
ABX3
(여기서, A는 1가의 유기 암모늄 양이온 또는 금속 양이온, B는 2가의 금속 금속 양이온, X는 할로겐 음이온을 의미한다)
페로브스카이트　화합물은 예컨대, CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3-x, MAPbI3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3-x, HC(NH2)2PbIxBr3-x, HC(NH2)2PbClxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxCl3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbClxBr3-x　등이 사용될 수 있다(0≤x, y≤1). 또한, ABX3의 A에 Cs가 일부 도핑된 화합물도 사용될 수 있다.
한편, 상기 페로브스카이트층(23) 상에는 정공수송층(24)이 배치될 수 있다. 상기 정공수송층(24)을 통해 페로브스카이트층(23)에서 발생한 홀(정공)을 제2 전극층(25)으로 전달할 수 있다. 정공수송층(24)은 전도성 고분자를 포함할 수 있으며, 예컨대 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), 스파이로-미오타드(Spiro-MeOTAD: 2,2`,7`-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9`spirobifluorene), 폴리아닐린-캄포설폰산(PANI-CSA) 등이 사용될 수 있다. 이러한 정공수송층(24)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 전자수송층(22)/페로브스카이트층(23)/정공수송층(24)은 전술한 층간 구조 및/또는 물질 이외에도 페로브스카이트 태양전지를 구성하는 다양한 층 구조 및 물질이 적용될 수 있고, 상기 전자수송층(22)과 상기 정공수송층(24)은 서로 위치가 바뀌어 형성될 수도 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 봉지층을 포함하는 페로브스카이트-페로브스카이트 텐덤 구조의 태양전지를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 태양전지(100)는, 상기 페로브스카이트층(23)이 제1 페로브스카이트층(23a) 및 상기 제1 페로브스카이트층(23a) 상에 적층된 제2 페로브스카이트층(23b)을 포함하는 페로브스카이트-페로브스카이트 텐덤 구조인 태양전지일 수 있다.
이때, 상기 제1 페로브스카이트층(23a)과 상기 제2 페로브스카이트층(23b)은 서로 다른 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 이와 같이 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 재료들을 이용함으로써 넓은 스펙트럼 영역의 광에너지를 효과적으로 이용할 수 있다.
일 예로, 텐덤 구조의 태양전지에서는 상대적으로 큰 밴드갭을 가지는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 수광면에 위치하고 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 수광면의 반대면에 위치할 수 있다. 이에 따라 텐덤 구조의 태양전지는 전면에서 단파장 영역의 광을 흡수하고 후면에서 장파장 영역의 광을 흡수함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있다. 결과적으로 텐덤 구조의 태양전지는 전체 흡수파장 영역을 넓게 이용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 태양전지는, 실리콘-페로브스카이트 텐덤 구조인 태양전지일 수 있다.
이때, 상기 기판층(10)은 실리콘 태양전지 자체이거나, 실리콘 태양전지를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 실리콘 태양전지는 일반적인 공지의 실리콘 태양전지일 수 있고, 그 구조나 형태는 제한되지 않으며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이라면 자유롭게 적용 가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 기판층
20: 광전소자
21: 제1 전극층
22: 전자수송층 또는 정공수송층
23: 페로브스카이트층
24: 정공수송층 또는 전자수송층
25: 제2 전극층
30: 봉지층
40: 에폭시
100: 태양전지

Claims (11)

  1. 기판층;
    상기 기판층 상에 배치되는 광전소자; 및
    상기 광전소자 상에 배치되어 상기 광전소자를 밀봉하는 봉지층을 포함하고,
    상기 봉지층은 실리카 에어로겔(Silica Aerogel) 필름인 것인 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름은 실리카가 포함된 용액을 통해, 스핀 코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이 코팅 및 디핑 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법으로 코팅된 것인 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름의 두께는 1 μm 이하이고, 투과율은 85 내지 95%인 것인 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름은 극성 또는 비극성으로 표면개질된 것인 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름은 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane, TMCS), 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDSZ), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane, PTMS), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane, PTES), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxylsilane, MTMS), 및 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane, MTES)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상과 자일렌(xylene)의 혼합물에 의해 표면개질된 것인 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름은 Cu, Na, Sn, Zn, K, Li 및 Ca으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 원소로 도핑된 것인 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 필름은 구리 아세테이트, 나트륨 아세테이트, 주석 아세테이트, 아연 아세테이트, 칼륨 아세테이트, 리튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 도핑된 것인 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광전소자는 페로브스카이트층을 포함하는 것인 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광전소자는, 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer);
    상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 배치된 페로브스카이트층;
    상기 페로브스카이트층 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
    상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 배치된 제2 전극층을 포함하는 것인 태양전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 태양전지는, 상기 페로브스카이트층이 제1 페로브스카이트층 및 상기 제1 페로브스카이트층 상에 적층된 제2 페로브스카이트층을 포함하는 페로브스카이트-페로브스카이트 텐덤 구조인 태양전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 태양전지는, 상기 기판층이 실리콘 태양전지를 포함하는 실리콘-페로브스카이트 텐덤 구조인 태양전지.
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