KR20220129261A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층, 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 구비된 도전성 전하 전달층을 구비한 페로브스카이트 태양 전지를 포함하고, 상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하며, 상기 광흡수층 내부의 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)은 상기 일면에서 상기 타면으로 갈수록 같거나 작아지고, 상기 광흡수층의 일면의 광학 밴드 갭은 상기 광흡수층의 타면의 광학 밴드 갭보다 큰 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 페로브스카이트 태양 전지를 적용한 태양 전지에 관한 것이다.
종래에 기판형 태양 전지 위에 페로브스카이트 태양 전지가 적층된 탠덤 태양 전지가 제안된 바 있다. 페로브스카이트 태양 전지는 단파장의 광을 흡수하고 기판형 태양 전지는 장파장의 광을 흡수한다. 따라서, 페로브스카이트 태양 전지가 단파장의 광을 잘 흡수하고 장파장의 광을 잘 투과시켜 장파장의 광이 기판형 태양 전지 쪽으로 잘 전달되도록 하는 것이 탠덤 태양 전지의 효율 향상을 위해 필요하다.
페로브스카이트 태양 전지의 두께가 두꺼울 경우 장파장의 광을 잘 투과시키지 못하므로 페로브스카이트 태양 전지의 두께를 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 페로브스카이트 태양 전지의 두께가 얇아지면 전류(current)가 낮아진다는 문제점이 있다.
따라서 두께가 얇아서 장파장의 광을 잘 투과시키면서도 전류를 높일 수 있는 페로브스카이트 태양 전지를 제조할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 페로브스카이트 태양 전지의 두께를 얇게 형성하면서 전류를 높임으로써 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 증착 공정을 이용하여 제조함으로써 광흡수층 내의 할로겐 원소의 함량을 용이하게 조절할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층, 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 구비된 도전성 전하 전달층을 구비한 페로브스카이트 태양 전지를 포함하고, 상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하며, 상기 광흡수층 내부의 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)은 상기 일면에서 상기 타면으로 갈수록 같거나 작아지고, 상기 광흡수층의 일면의 광학 밴드 갭은 상기 광흡수층의 타면의 광학 밴드 갭보다 큰 태양 전지를 제공한다.
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고, 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고, 상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소의 함량보다 많고, 상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량보다 적을 수 있다.
본 발명은 또한 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층, 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 구비된 도전성 전하 전달층을 구비한 페로브스카이트 태양 전지를 포함하고, 상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하며, 상기 광흡수층은 제1 할로겐원소와 제2 할로겐원소를 포함하고, 상기 광흡수층 내부의 제1 할로겐원소의 함량은 상기 일면에서 상기 타면으로 갈수록 같거나 적어지고, 상기 광흡수층의 일면의 제1 할로겐원소 함량은 상기 광흡수층의 타면의 제1 할로겐원소 함량보다 많은 태양 전지를 제공한다.
상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량보다 적을 수 있다.
상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 클 수 있다.
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광흡수층은 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층, 광학 밴드 갭이 중간인 제2 층, 및 광학 밴드 갭이 가장 높은 제 3층을 포함하고, 상기 제1 층은 상기 광흡수층의 타면에 인접하고, 상기 제3 층은 상기 광흡수층의 일면에 인접할 수 있다.
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고, 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고, 상기 제1 층은 상기 제2 할로겐 원소를 포함하고 상기 제1 할로겐 원소를 포함하지 않고, 상기 제2 층은 상기 제1 할로겐 원소 및 상기 제2 할로겐 원소를 모두 포함하고, 상기 제3 층은 제1 할로겐 원소를 포함하고 상기 제2 할로겐 원소를 포함하지 않을 수 있다.
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고, 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고, 상기 제1 층, 상기 제2 층, 및 상기 제3 층 각각이 상기 제1 할로겐 원소 및 상기 제2 할로겐 원소를 모두 포함하고, 상기 제1 할로겐 원소의 함량은 상기 제3 층에서 가장 많고 상기 제1 층에서 가장 적으며, 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층에서 가장 많고 상기 제3 층에서 가장 적을 수 있다.
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함하고, 상기 제3 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층에서보다 상기 제2 층에서 많거나 또는 상기 제3 층에서보다 상기 제2 층에서 많을 수 있다.
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함하고, 상기 제3 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층에서 균일할 수 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지 아래에 구비된 버퍼층 및 상기 버퍼층 아래에 구비된 기판형 태양 전지를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 공정; 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 광흡수층을 형성하는 공정은 아민 계열 화합물 및 아미딘 계열 화합물에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 적어도 하나의 할로겐화 수소를 반응시키는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하고, 상기 광흡수층의 일면의 광학 밴드 갭은 상기 광흡수층의 타면의 광학 밴드 갭보다 큰 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 할로겐화 수소는 제1 할로겐화 수소 및 제2 할로겐화 수소를 포함하고, 상기 제1 할로겐화 수소에 포함된 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐화 수소에 포함된 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고, 상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량보다 많고, 상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 적을 수 있다.
상기 할로겐화 수소는 제1 할로겐화 수소 및 제2 할로겐화 수소를 포함하고, 상기 제1 할로겐화 수소에 포함된 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐화 수소에 포함된 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고, 상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 많고, 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 적을 수 있다.
상기 광흡수층과 도전성 전하 전달층을 형성하기 이전에 기판형 태양 전지를 형성하는 공정 및 상기 기판형 태양 전지 상에 버퍼층을 형성하는 공정을 추가로 수행하고, 상기 광흡수층과 도전성 전하 전달층은 상기 버퍼층 상에 형성할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광흡수층의 광학 밴드 갭(Optical band gap)을 다양한 범위로 형성함으로써, 페로브스카이트 태양 전지의 두께를 얇게 형성하면서 전류를 향상시켜 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아민 계열 화합물 및 아미딘 계열 화합물에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 2종 이상의 할로겐화 수소를 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정을 통해 반응시켜 페로브스카이트 화합물을 제조하기 때문에, 광흡수층의 광학 밴드 갭 조절이 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상온 ~ 200℃ 이하, 바람직하게는 50~150℃의 온도에서 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD)을 통해 박막을 형성할 수 있기 때문에, 최종 얻어지는 페로브스카이트 화합물 내의 유기물이 CVD 공정 또는 ALD 중에 분해되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물의 종류에 따라 최종 얻어지는 페로브스카이트(Perovskite) 화합물의 광흡수율, 광학 밴드 갭(Optical Band Gap), 캐리어 이동도 및 물질 안정성이 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광흡수층의 하면에서 상면까지의 광학 밴드 갭 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광흡수층의 하면에서 상면까지의 광학 밴드 갭 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도로서, 이는 결정질 태양 전지 위에 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지가 적층된 탠덤(tandem) 태양 전지에 관한 것이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, 결정질 태양 전지(100), 상기 결정질 태양 전지(100)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되는 버퍼층(200), 상기 버퍼층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되는 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300), 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되는 제1 전극(400), 및 상기 결정질 태양 전지(100)의 일면, 예로서 하면 상에 형성되는 제2 전극(500)을 포함한다.
상기 결정질 태양 전지(100)는 웨이퍼와 같은 반도체 기판(110), 상기 반도체 기판(110)의 일면에 소정의 도펀트를 도핑한 제1 반도체층(120), 상기 반도체 기판(110)의 타면에 소정의 도펀트를 도핑한 제2 반도체층(130)을 포함한다.
한편, 도면에는 상기 반도체 기판(110)의 일면이 요철 구조이고, 그에 따라 상기 제1 반도체층(120) 역시 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어지는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 반도체 기판(110)의 일면은 평평한 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 반도체층(120) 역시 평평한 구조를 가질 수 있다.
또한, 도면에는 상기 반도체 기판(110)의 타면이 평평한 구조이고 그에 따라 상기 제2 반도체층(130)도 평평한 구조로 형성된 모습을 도시하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 반도체 기판(110)의 타면도 요철 구조로 형성하고 상기 제2 반도체층(130)이 반도체 기판(110)의 타면의 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 기판(110)은 P형 또는 N형 웨이퍼로 이루어질 수 있고, 상기 제1 반도체층(120)은 상기 반도체 기판(110)과 상이한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있고, 상기 제2 반도체층(130)은 상기 반도체 기판(110)과 동일한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있다. 예로서, 상기 반도체 기판(110)은 P형 웨이퍼로 이루어질 수 있고, 상기 제1 반도체층(120)은 N형 도펀트로 도핑될 수 있고, 상기 제2 반도체층(130)은 P형 도펀트로 도핑되어 P+층으로 이루어질 수 있다.
상기 버퍼층(200)은 상기 제1 반도체층(120) 상에 형성된다. 상기 제1 반도체층(120)이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 버퍼층(200)은 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어진다. 그러나, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 반도체 기판(110)의 일면이 평평한 구조를 가지고, 상기 버퍼층(200) 역시 평평한 구조를 가질 수 있다.
상기 버퍼층(200)은 결정질 태양 전지(100)와 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300) 사이에 구비되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지가 터널 접합을 통한 탠덤 태양 전지의 구조를 이루도록 한다.
상기 버퍼층(200)은 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)를 투과하는 장파장의 광을 손실 없이 상기 결정질 태양 전지(100)로 입사될 수 있도록 하기 위한 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 예로서, 상기 버퍼층(200)은 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 금속성 소재 또는 전도성 고분자로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서 상기 물질에 n형 또는 p형 도펀트가 도핑될 수도 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(300)는 도전성 전하 전달층(321, 322) 및 광흡수층(310)을 포함한다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(300)는 하나 이상의 도전성 전하 전달층(321, 322)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)는 상기 버퍼층(200) 상에 구비된 제1 도전성 전하 전달층(321), 상기 제1 도전성 전하 전달층 상에 구비된 광흡수층(310), 및 상기 광흡수층(310) 상에 구비된 제2 도전성 전하 전달층(322)을 포함하여 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 도전성 전하 전달층(321, 322)이 상기 광흡수층(310)의 양면 중 어느 하나의 면에만 배치될 수도 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(321)이 전자 전달층으로 이루어지고 상기 제2 도전성 전하 전달층(322)이 정공 전달층으로 이루어질 수도 있고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(321)이 정공 전달층으로 이루어지고 상기 제2 도전성 전하 전달층(322)이 전자 전달층으로 이루어질 수도 있다.
상기 전자 전달층은 BCP(Bathocuproine), C60, 또는 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 등과 같은 N-type 유기물 또는 ZnO, c-TiO2/mp-TiO2, SnO2, 또는 IZO와 같은 당업계에 공지된 다양한 N-type 금속 산화물과 그에 더불어 다양한 유기,무기물을 포함한 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 정공 전달층은 Spiro-MeO-TAD, Spiro-TTB, 폴리아닐린, 폴리피놀, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 또는 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 N-type 유기물을 포함하여 이루어질 수도 있고, Ni산화물, Mo산화물 또는 V산화물, W산화물, Cu 산화물 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 P-type 금속 산화물과 그에 더불어 다양한 유기,무기물을 포함한 화합물로 이루어질 수도 있다.
상기 광흡수층(310)은 페로브스카이트 화합물을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물은 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온 및 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온에서 선택된 적어도 하나, 유기 금속 화합물의 2가 양이온 및 1종 이상의 할로겐 원소를 포함한다. 일반식으로 ABX3와 같이 표시할 수 있다.
상기 ABX3에서, 상기 A는 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온으로 이루어질 수도 있고, 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온으로 이루어질 수도 있고, 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온과 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온을 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 A는 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온이 x비율로 포함되고 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온이 y비율로 포함된 구조로 이루어질 수 있다. 이때, x와 y는 각각 0보다 크고, x+y=1이다.
상기 ABX3에서, 상기 B는 상기 유기 금속 화합물의 2가 양이온으로 이루어진다.
상기 ABX3에서, 상기 X는 1종 이상의 할로겐 원소로 이루어진다.
상기 아민 계열의 화합물은 메틸아민(methylamine), 에틸아민(ethylamine), 및 페네틸아민(phenethylamine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 아미딘 계열의 화합물은 포름아미딘(formamidine)으로 이루어질 수 있다.
상기 유기 금속 화합물의 2가 양이온은 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로부터 유래될 수 있다. 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물은 Pb, Sn, Ge, Sb, Bi 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물은 하기 화학식 1:
화학식 1
(상기 화학식 1에서 R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬기로 이루어지고, 상기 X는 Pb, Sn, Ge, Sb, Bi 및 Ba로 이루어진 군에서 선택됨)
로 표현되는 화합물로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물은 Pb(CH3)4, Pb(C2H5)4, Pb(SCN), (C2H5)3PbOCH2C(CH3)3, Pb(C11H19O2)2, Pb((CH3)3C-COCHCO-C(CH3)3)2, Pb((C6H5)2PCH2P(C6H5)2)2, Pb(N(CH3)2C(CH3)2OH)2, 및 C12H28 N2O2Pb로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물의 종류에 따라 최종 얻어지는 페로브스카이트(Perovskite) 화합물의 광흡수율, 광학 밴드 갭(Optical Band Gap), 캐리어 이동도 및 물질 안정성이 조절될 수 있다.
상기 할로겐 원소는 할로겐화 수소로부터 유래될 수 있다. 할로겐화 수소는 HI, HBr, HF, 및 HCl로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 할로겐화 수소의 종류에 따라 최종 얻어지는 페로브스카이트(Perovskite) 화합물의 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)이 조절될 수 있다.
상기 아민 계열 화합물, 상기 아미딘 계열 화합물, 상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 상기 할로겐화 수소는 상온 ~ 200 ℃범위의 온도에서 기화하는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 50℃ ~ 150℃ 범위의 온도에서 기화하는 물질로 이루어진다. 그에 따라서, 상기 ABX3의 화합물을 제조하는 공정을 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하의 온도에서 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정 또는 원자층 증착(ALD)을 통해 수행할 수 있게 되어, 최종 얻어지는 ABX3의 화합물 내의 유기물이 CVD 또는 ALD 공정 중에 분해되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 상기 CVD 또는 ALD공정을 수행할 때 플라즈마를 인가하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물은 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온 및 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온에서 선택된 적어도 하나, 적어도 하나의 알칼리금속 계열 화합물의 1가 양이온, 유기 금속 화합물의 2가 양이온 및 1종 이상의 할로겐 원소를 포함한다. 일반식으로 CABX3와 같이 표시할 수 있다.
상기 CABX3에서, 상기 A는 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온으로 이루어질 수도 있고, 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온으로 이루어질 수도 있고, 또는 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온과 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 CABX3에서, 상기 C는 적어도 하나의 상기 알칼리금속으로 이루어질 수 있다.
상기 CA는 상기 아민 계열 화합물의 1가 유기 양이온이 x비율로 포함되고 상기 아미딘 계열 화합물의 1가 유기 양이온이 y비율로 포함되고, 상기 알칼리금속의 1가 양이온이 z비율로 포함된 구조로 이루어질 수 있다. 이때, x, y, 및 z는 각각 0보다 크고, x+y+z=1이다.
상기 CABX3에서, 상기 B는 상기 2가 양이온으로 이루어지고, 상기 X는 1종 이상의 할로겐 원소로 이루어진다.
상기 아민 계열의 화합물, 상기 아미딘 계열의 화합물, 상기 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 상기 할로겐화 수소는 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 알칼리금속 계열 화합물은 하기 화학식 2:
화학식 2
(상기 화학식 2에서 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소 또는 알킬기로 이루어지고, 상기 Y는 알칼리금속임)
로 표현되는 화합물로 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 알칼리금속 계열 화합물이 반응물에 추가됨으로써, 수분, 열 및 플라즈마에 취약한 1가 유기 양이온의 불안정성이 보완될 수 있다.
상기 광흡수층(310)의 하면과 상기 광흡수층(310)의 상면은 서로 다른 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)을 가진다. 구체적으로, 상기 광흡수층(310)의 하면은 상기 광흡수층(310)의 상면의 광학 밴드 갭 보다 작은 광학 밴드 갭을 갖는다. 본 발명에서 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)은 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로로 되는 에너지 영역과 그 에너지 차를 말하고, 그 단위는 eV이다.
상기 광흡수층(310)의 하면과 상면의 광학 밴드 갭을 조절함으로써, 페로브스카이트 태양 전지(300)의 두께를 얇게 형성하면서도 전류를 높일 수 있다. 구체적으로, 상기 광흡수층(310)의 상면은 상기 광흡수층(310)의 하면에 비하여 태양광이 입사되는 면에 상대적으로 가깝게 위치하므로, 상기 광흡수층(310)의 상면의 광학 밴드 갭을 상기 광흡수층(310)의 하면의 광학 밴드 갭보다 크게 형성함으로써, 페로브스카이트 태양 전지(300)의 전류를 높일 수 있다. 본 명세서 전체에서는 상기 광흡수층(310)의 상면이 상기 광흡수층(310)의 하면에 비하여 태양광이 입사되는 면에 상대적으로 가깝게 위치하는 면임을 가정하여 설명하지만, 만약, 상기 광흡수층(310)의 하면이 상기 광흡수층(310)의 상면에 비하여 태양광이 입사되는 면에 상대적으로 가깝게 위치하게 되면 그에 대한 설명도 반대가 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광흡수층(310) 내부의 광학 밴드 갭은 상면에서 하면으로 갈수록 같거나 작아질 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광흡수층(310)의 하면에서 상면까지의 광학 밴드 갭 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수층(310)의 경우 그 하면에서 상면까지 광학 밴드 갭이 점차로 증가할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 광흡수층(310)의 하면에서 상면까지 광학 밴드 갭이 일정한 기울기를 가지면서 점차로 증가할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 기울기가 일정하지 않을 수도 있다.
상기 광흡수층(310)에 포함된 페로브스카이트 화합물은 제1 할로겐 원소(X1) 및 제2 할로겐 원소(X2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제2 할로겐 원소(X2) 각각을 포함하는 페로브스카이트 화합물은 AB(X1)m(X2)n으로 표시할 수 있다. 이때, 상기 A와 상기 B는 전술한 바와 동일하고, 상기 m, n은 각각 0보다 크고, m+n=3이다.
상기 제1 할로겐 원소(X1)은 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 광학 밴드 갭보다 큰 값의 광학 밴드 갭을 가진다. 이 경우, 상기 광흡수층(310)의 상면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량은 상기 광흡수층(310)의 하면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량보다 많고, 상기 광흡수층(310)의 상면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량은 상기 광흡수층(310)의 하면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량보다 적을 수 있다.
또한, 상기 광흡수층(310)의 하면에서는 상대적으로 작은 광학 밴드 갭을 가지는 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량이 상대적으로 큰 광학 밴드 갭을 가지는 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량보다 많고, 상기 광흡수층(310)의 상면에서는 상대적으로 큰 광학 밴드 갭을 가지는 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량이 상대적으로 작은 광학 밴드 갭을 가지는 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량보다 많을 수 있다.
상기 광흡수층(310) 내부의 상기 제1 할로겐원소(X1)의 함량은 상면에서 하면으로 갈수록 같거나 적어지고, 상기 제2 할로겐원소(X2)의 함량은 상면에서 하면으로 갈수록 같거나 많아질 수 있다. 특히, 상기 광흡수층(310)의 상면에서 하면으로 갈수록 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량은 점차로 감소하고 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량은 점차로 증가하고, 상기 광흡수층(310)의 하면에서 상면으로 갈수록 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량은 점차로 감소하고 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량은 점차로 증가할 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물의 일반식 AB(X1)m(X2)n으로 설명하면, 상기 광흡수층(310)의 상면에서 하면으로 갈수록 상기 m은 감소하고 상기 n은 증가할 수 있고, 반대로, 상기 광흡수층(310)의 하면에서 상면으로 갈수록 상기 m은 증가하고 상기 n은 감소할 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물(AB(X1)m(X2)n)의 제1 및 제2 할로겐 원소 중 광학 밴드 갭이 큰 제1 할로겐 원소(X1)의 함량이 증가할수록 페로브스카이트 화합물의 광학 밴드 갭 역시 증가할 수 있고, 광학 밴드 갭이 작은 제2 할로겐 원소(X2)의 함량이 증가할수록 페로브스카이트 화합물의 광학 밴드 갭 역시 감소할 수 있다.
플루오로(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 및 요오드(I) 중에서 플루오로(F)의 광학 밴드 갭이 가장 크고, 염소(Cl)의 광학 밴드 갭이 그 다음으로 크고, 브롬(Br)의 광학 밴드 갭이 그 다음으로 크고, 요오드(I)의 광학 밴드 갭이 가장 작다. 구체적으로, 염소(Cl)의 광학 밴드 갭은 3.1eV이고, 요오드(I)의 광학 밴드 갭은 1.6eV이다.
상기 페로브스카이트 화합물이 염소(Cl)와 요오드(I) 각각을 포함할 경우 광학 밴드 갭이 상대적으로 큰 염소(Cl)의 함량이 증가하면 페로브스카이트 화합물의 광학 밴드 갭 역시 증가하고, 광학 밴드 갭이 상대적으로 작은 요오드(I)의 함량이 증가하면 제1 페로브스카이트 화합물의 광학 밴드 갭 역시 감소하게 된다. 따라서, 상기 광흡수층(310) 내의 페로브스카이트 화합물이 염소(Cl)와 요오드(I)를 포함할 경우, 상기 광흡수층(310)의 하면에서는 상기 요오드(I)의 함량이 상기 염소(Cl)의 함량보다 많고 상기 광흡수층(310)의 상면에서는 상기 염소(Cl)의 함량이 상기 요오드(I)의 함량보다 많게 되며, 특히, 상기 요오드(I)의 함량은 상기 광흡수층(310)의 상면에서 하면으로 갈수록 증가하고, 상기 염소(Cl)의 함량은 상기 광흡수층(310)의 하면에서 상면으로 갈수록 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광흡수층(310)에 포함된 페로브스카이트 화합물이 상기 제1 할로겐 원소(X1)와 상기 제2 할로겐 원소(X2)에 더하여 제3 할로겐 원소(X3)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 할로겐 원소(X1), 제2 할로겐 원소(X2) 및 제3 할로겐 원소(X3)를 포함하는 페로브스카이트 화합물은 AB(X1)m(X2)n(X3)o으로 표시할 수 있다. 상기 m, n, o은 각각 0보다 크고, m+n+o=3이다.
상기 제3 할로겐 원소(X3)는 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 광학 밴드 갭보다 작고, 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 광학 밴드 갭보다 큰 값의 광학 밴드 갭을 가지는 것으로, 상기 광흡수층(310)의 하면으로부터 상면으로 갈수록 상기 제3 할로겐 원소(X3)의 함량이 증가하다 다시 감소할 수 있다. 즉, 상기 페로브스카이트 화합물의 AB(X1)m(X2)n(X3)o에서 상기 “o”은 광흡수층(310)의 하면에서 상면으로 갈수록 증가하다 감소할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 제3 할로겐 원소(X3)의 함량은 상기 광흡수층(310) 전체에서 균일할 수도 있다. 상기 제1 할로겐 원소(X1)가 염소(Cl)로 이루어지고 상기 제2 할로겐 원소(X2)가 요오드(I)로 이루어진 경우 상기 제3 할로겐 원소(X3)는 브롬(Br)으로 이루어질 수 있다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광흡수층(310)은 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층(a), 광학 밴드 갭이 중간인 제2 층(b), 및 광학 밴드 갭이 가장 높은 제3층(c)을 포함함으로써, 상기 광흡수층(310)의 광학 밴드 갭이 그 하면에서 그 상면까지 계단식으로 증가할 수 있다. 이때, 상기 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층(a)은 상기 광흡수층(310)의 하면에 인접한 영역이고, 상기 광학 밴드 갭이 가장 높은 제3층(c)은 상기 광흡수층(310)의 상면에 인접한 영역이다.
도 3에 따른 광흡수층(310) 내의 페로브스카이트 화합물은 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 광학 밴드 갭 보다 낮은 광학 밴드 갭을 가지는 제2 할로겐 원소(X2)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층(a)은 상기 제2 할로겐 원소(X2)는 포함하고 상기 제1 할로겐 원소(X1)는 포함하지 않고, 상기 광학 밴드 갭이 중간인 제2 층(b)은 상기 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제2 할로겐 원소(X2)를 모두 포함하고, 그리고, 상기 광학 밴드 갭이 가장 높은 제3 층(c)은 제1 할로겐 원소(X1)는 포함하고 상기 제2 할로겐 원소(X2)는 포함하지 않을 수 있다.
또는, 상기 제1 층(a), 상기 제2 층(b), 및 상기 제3 층(c) 각각이 상기 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제2 할로겐 원소(X2)를 모두 포함할 수도 있으며, 이 경우 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량은 상기 제3 층(c)에서 가장 많고 상기 제1 층(a)에서 가장 적으며, 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량은 상기 제1 층(a)에서 가장 많고 상기 제3 층(c)에서 가장 적게 된다.
도 3에 따른 광흡수층(310) 내의 페로브스카이트 화합물이 제1 할로겐 원소(X1), 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 광학 밴드 갭 보다 낮은 광학 밴드 갭을 가지는 제2 할로겐 원소(X2), 및 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 광학 밴드 갭 보다 낮고 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 광학 밴드 갭보다 높은 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소(X3)를 포함할 수도 있다.
이 경우, 상기 제1 할로겐 원소(X1)의 함량 및 상기 제2 할로겐 원소(X2)의 함량은 전술한 바와 동일할 수 있고, 상기 제3 할로겐 원소(X3)의 함량은 상기 제1 층(a)에서보다 상기 제2 층(b)에서 많을 수 있고, 상기 제3 할로겐 원소(X3)의 함량은 상기 제3 층(c)에서보다 상기 제2 층(b)에서 많을 수 있다. 경우에 따라서, 상기 제3 할로겐 원소(X3)의 함량이 상기 제1 층(a), 상기 제2 층(b) 및 상기 제3 층(c)에서 균일할 수도 있다.
또는, 상기 제1 층(a)은 상기 제2 할로겐 원소(X2)는 포함하고 상기 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제3 할로겐 원소(X3)는 포함하지 않고, 상기 제2 층(b)은 상기 제3 할로겐 원소(X3)는 포함하고 상기 제1 할로겐 원소(X1) 및 상기 제2 할로겐 원소(X2)는 포함하지 않고, 그리고, 상기 제3층(c)은 제1 할로겐 원소(X1)는 포함하고 상기 제2 할로겐 원소(X2) 및 상기 제3 할로겐 원소(X3)는 포함하지 않을 수 있다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광흡수층(310)은 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층(a), 광학 밴드 갭이 중간인 제2 층(b), 광학 밴드 갭이 가장 높은 제3 층(c), 상기 제1 층(a)과 상기 제2 층(b) 사이에 구비된 제4 층(d), 및 상기 제2 층(b)과 상기 제3 층(c) 사이에 구비된 제5 층(e)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 층(a), 제2 층(b), 및 제3 층(c)은 전술한 도 3과 동일하다.
상기 제4 층(d)은 상기 제1 층(a)의 광학 밴드 갭에서부터 상기 제2 층(b)의 광학 밴드 갭까지 점차로 증가하고, 상기 제5 층(e)은 상기 제2 층(b)의 광학 밴드 갭에서부터 상기 제3 층(c)의 광학 밴드 갭까지 그 광학 밴드 갭이 점차로 증가할 수 있다. 상기 제4 층(d) 및 상기 제5 층(e)의 구성은 전술한 도 2의 구성을 참조하면 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 광흡수층(310)을 구성하는 페로브스카이트(Perovskite) 화합물의 박막은 아민 계열 화합물 및 아미딘 계열 화합물에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 적어도 하나의 할로겐화 수소를 반응시키는 공정을 통해서 얻을 수 있다.
아래 반응식은 CVD공정으로 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 1
위 반응식 1에서 알 수 있듯이, 메틸아민, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 CH3NH3PbI3(MAPbI3)의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 1에서는 도시하지는 않았지만, 메틸아민과 요오드화 수소가 반응하여 CH3NH3I(메틸암모늄 요오드화물; Methylammonium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 1에서, 상기 메틸아민 대신에 에틸아민 또는 페네틸아민을 반응시킬 수도 있고, 상기 요오드화 수소 대신에 브롬화수소(HBr) 또는 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다.
위 반응식 1로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 3의 제1 층(a), 제2 층(b) 및 제3 층(c) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
아래 반응식 2는 CVD공정으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 2
위 반응식 2에서 알 수 있듯이, 포름아미딘, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 NH2CHNH2PbI3(FAPbI3)의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 2에서는 도시하지는 않았지만, 포름아미딘과 요오드화 수소가 반응하여 NH2CHNH2I(포름아미디늄 요오드화물; Formamidinium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 2에서, 상기 요오드화 수소 대신에 브롬화수소(HBr) 또는 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다.
상기 반응식 2에 따라 제조된 NH2CHNH2PbI3(FAPbI3)의 화합물의 광학 밴드 갭 에너지는 1.47eV이고, 상기 반응식 1에 따라 제조된 CH3NH3PbI3(MAPbI3)의 화합물의 광학 밴드 갭 에너지는 1.57eV이다. 즉, 상기 반응식 2에 따라 제조된 NH2CHNH2PbI3(FAPbI3)의 화합물의 광학 밴드 갭 에너지가 상기 반응식 1에 따라 제조된 CH3NH3PbI3(MAPbI3)의 화합물의 광학 밴드 갭 에너지보다 낮다. 그에 따라서, 상기 반응식 2에 따라 제조된 NH2CHNH2PbI3(FAPbI3)의 화합물을 태양 전지의 광흡수층으로 이용할 경우는 상기 반응식 1에 따라 제조된 CH3NH3PbI3(MAPbI3)의 화합물을 태양 전지의 광흡수층으로 이용할 경우에 비하여 보다 넓은 태양광 스펙트럼을 흡수할 수 있다.
위 반응식 2로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 3의 제1 층(a), 제2 층(b) 및 제3 층(c) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
아래 반응식 3은 CVD공정으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 3
위 반응식 3에서 알 수 있듯이, 메틸아민, 포름아미딘, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 CH3NH3NH2CHNH2PbI3(MAFAPbI3)의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 3에서는 도시하지는 않았지만, 메틸아민과 요오드화 수소가 반응하여 CH3NH3I(메틸암모늄 요오드화물; Methylammonium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 포름아미딘과 요오드화 수소가 반응하여 NH2CHNH2I(포름아미디늄 요오드화물; Formamidinium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 3에서, 상기 메틸아민 대신에 에틸아민 또는 페네틸아민을 반응시킬 수도 있고, 상기 요오드화 수소 대신에 브롬화수소(HBr) 또는 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다.
상기 반응식 3에 따라 제조된 CH3NH3NH2CHNH2PbI3(MAFAPbI3)의 화합물은 복수 개의 1가 양이온을 갖게 되어, 상기 반응식 3에 따라 제조된 CH3NH3NH2CHNH2PbI3(MAFAPbI3)의 화합물을 태양 전지의 광흡수층으로 이용할 경우 보다 고효율의 페로브스카이트 태양 전지를 얻을 수 있다.
위 반응식 3으로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 3의 제1 층(a), 제2 층(b) 및 제3 층(c) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
아래 반응식 4는 CVD공정으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 4
위 반응식 4에서 알 수 있듯이, 메틸아민, 포름아미딘, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소 및 브롬화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 CH3NH3NH2CHNH2PbI3-xBrx(x는 0 내지 3의 정수)(MAFAPbI3-xBrx)의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 4에서는 도시하지는 않았지만, 메틸아민과 요오드화 수소가 반응하여 CH3NH3I(메틸암모늄 요오드화물; Methylammonium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 포름아미딘과 요오드화 수소가 반응하여 NH2CHNH2I(포름아미디늄 요오드화물; Formamidinium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 4에서, 상기 메틸아민 대신에 에틸아민 또는 페네틸아민을 반응시킬 수도 있고, 상기 요오드화 수소 또는 브롬화 수소 대신에 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다.
위 반응식 4에서, 시간이 경과함에 따라 요오드화 수소의 첨가량을 감소시키고, 브롬화 수소의 첨가량을 증가시키는 방법으로 반응시킬 수도 있다.
상기 반응식 4에 따라 제조된 CH3NH3NH2CHNH2PbI3-xBrx(x는 0 내지 3의 정수)(MAFAPbI3-xBrx)의 화합물은 복수의 할로겐 물질을 도핑하여 얻은 것으로서, 상기 반응식 3에 따라 제조된 CH3NH3NH2CHNH2PbI3(MAFAPbI3)의 화합물에 비하여 광학 밴드 갭을 보다 넓은 범위로 정밀하게 제어할 수 있다.
위 반응식 4로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 2의 광흡수층 및 전술한 도 4의 제4 층(d) 및 제5 층(e) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
아래 반응식 5는 CVD공정으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 5
위 반응식 5에서 알 수 있듯이, 알칼리금속 계열 화합물로서 Cs(헥사메틸디실아잔; HMDS), 메틸아민, 포름아미딘, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소 및 브롬화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 Cs(CH3NH3NH2CHNH2PbI3-xBrx)(x는 0 내지 3의 정수)(Cs(MAFAPbI3-xBrx))의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 5에서는 도시하지는 않았지만, 메틸아민과 요오드화 수소가 반응하여 CH3NH3I(메틸암모늄 요오드화물; Methylammonium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 포름아미딘과 요오드화 수소가 반응하여 NH2CHNH2I(포름아미디늄 요오드화물; Formamidinium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 5에서, 시간이 경과함에 따라 요오드화 수소의 첨가량을 감소시키고, 브롬화 수소의 첨가량을 증가시키는 방법으로 반응시킬 수도 있다.
위 반응식 5에서, 상기 알칼리금속 계열 화합물에서 세슘(Cs)을 리튬(Li), 소듐(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb), 또는 프랑슘(Fr)으로 치환시킨 알칼금속 계열 화합물을 반응시킬 수도 있고, 상기 메틸아민 대신에 에틸아민 또는 페네틸아민을 반응시킬 수도 있고, 상기 요오드화 수소 또는 브롬화 수소 대신에 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다. 위 반응식 5로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 2의 광흡수층 및 전술한 도 4의 제4 층(d) 및 제5 층(e) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
아래 반응식 6은 CVD공정으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 박막을 형성하는 방법에서의 반응식이다.
반응식 6
위 반응식 6에서 알 수 있듯이, 알칼리금속 계열 화합물로서 Cs(헥사메틸디실아잔; HMDS) 및 Rb(헥사메틸디실아잔; HMDS), 메틸아민, 포름아미딘, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물로서 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납, 및 할로겐화 수소로서 요오드화 수소 및 브롬화 수소를 반응시키면, 페로브스카이트 화합물로서 CsRb(CH3NH3NH2CHNH2PbI3-xBrx)(x는 0 내지 3의 정수)(CsRb(MAFAPbI3-xBrx))의 화합물이 얻어지고 그와 더불어 부산물로서 헥사메틸디실아잔(HMDS)이 얻어진다.
위 반응식 6에서는 도시하지는 않았지만, 메틸아민과 요오드화 수소가 반응하여 CH3NH3I(메틸암모늄 요오드화물; Methylammonium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 포름아미딘과 요오드화 수소가 반응하여 NH2CHNH2I(포름아미디늄 요오드화물; Formamidinium Iodide)의 부산물이 얻어질 수 있고, 또한, 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납과 요오드화 수소가 반응하여 PbI2의 부산물이 얻어질 수도 있다.
위 반응식 6에서, 시간이 경과함에 따라 요오드화 수소의 첨가량을 감소시키고, 브롬화 수소의 첨가량을 증가시키는 방법으로 반응시킬 수도 있다.
위 반응식 6에서, 상기 알칼리금속 계열 화합물에서 세슘(Cs) 또는 루비듐(Rb)을 리튬(Li), 소듐(Na), 포타슘(K), 또는 프랑슘(Fr)으로 치환시킨 알칼금속 계열 화합물을 반응시킬 수도 있고, 상기 메틸아민 대신에 에틸아민 또는 페네틸아민을 반응시킬 수도 있고, 상기 요오드화 수소 또는 브롬화 수소 대신에 염화수소(HCl)를 반응시킬 수도 있고, 상기 비스(비스(트리메틸실릴))아미노납에서 납(Pb)을 Sn, Ge, Sb, Bi, 또는 Ba로 치환시킨 유기 금속 화합물을 반응시킬 수도 있다.
위 반응식 6으로 얻어진 페로브스카이트 화합물의 박막은 전술한 도 2의 광흡수층 및 전술한 도 4의 제4 층(d) 및 제5 층(e) 중 하나의 층을 구성할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 전극(400)은 태양광이 입사하는 입사 면에 형성되므로 소정 형태로 패턴 형성된다. 제2 전극(500)도 소정 형태로 패턴 형성됨으로써 태양광의 반사광이 태양 전지 내부로 입사될 수 있도록 구성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
이상은 결정질 태양 전지 위에 페로브스카이트 태양 전지가 적층된 탠덤 태양 전지에 관해서 설명하였지만, 본 발명이 반드시 탠덤 태양 전지에 한정되는 것은 아니고, 전술한 광흡수층(310)을 구비한 페로브스카이트 태양 전지도 포함한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 결정질 태양 전지(100)를 제조한다.
상기 결정질 태양 전지(100)는 웨이퍼와 같은 반도체 기판(110)의 일면, 특히 상면을 식각하여 요철 구조를 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제1 반도체층(120)을 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 타면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제2 반도체층(130)을 형성하는 공정을 통해 제조한다.
상기 반도체 기판(110)의 일면이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 제1 반도체층(120)은 상기 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어진다.
한편, 도면에는 상기 반도체 기판(110)의 타면, 특히 하면이 평평한 구조로 형성되고 그에 따라 상기 제2 반도체층(130)도 평평한 구조로 형성된 모습을 도시하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 반도체 기판(110)의 타면도 요철 구조로 형성하고 상기 제2 반도체층(130)이 상기 반도체 기판(110)의 타면의 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서, 상기 반도체 기판(110)의 타면, 특히 하면이 요철 구조로 형성되고 상기 반도체 기판(110)의 일면, 특히 상면이 평평한 구조로 형성되는 것도 가능하다.
상기 반도체 기판(110)은 전술한 P형 또는 N형 웨이퍼로 이루어지며, 따라서, 상기 광흡수층에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 결정질 태양 전지(100) 상에 버퍼층(200)을 형성한다.
상기 버퍼층(200)은 상기 제1 반도체층(120) 상에 형성된다. 상기 제1 반도체층(120)이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 버퍼층(200)은 상기 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어진다.
상기 버퍼층(200)은 결정질 태양 전지(100)와 후술하는 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300) 사이에 구비되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지가 터널 접합을 통한 탠덤 태양 전지의 구조를 이루도록 한다.
상기 버퍼층(200)은 전술한 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)를 투과하는 장파장의 광을 손실 없이 결정질 태양 전지(100)로 입사될 수 있도록 하기 위한 물질로 이루어지는 것이 것이 바람직하며, 따라서, 상기 광흡수층에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 버퍼층(200) 상에 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)를 형성한다.
상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)의 형성 공정은 상기 버퍼층(200) 상에 제1 도전성 전하 전달층(321)을 형성하는 공정, 상기 제1 도전성 전하 전달층(321) 상에 광흡수층(310)을 형성하는 공정, 및 상기 광흡수층(310) 상에 제2 도전성 전하 전달층(322)을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)는 전술한 바와 같이 CVD 또는 ALD 공정으로 형성할 수 있으며, 그에 대한 반복 설명은 생략한다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)의 상면 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 결정질 태양 전지(100)의 하면 상에 제2 전극(500)을 형성한다.
상기 제1 전극(400) 및 상기 제2 전극(500)은 전술한 바와 같고, 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(400) 상에 요철 구조의 패시베이션층(600)을 형성한다. 이때, 상기 패시베이션층(600)의 일부는 식각하여 상기 제1 전극(400)이 노출될 수 있도록 한다.
상기 패시베이션층(600)을 요철구조로 형성함에 따라 상기 페로브스카이트 태양전지(300)로 입사되는 광량이 증가될 수 있다.
상기 패시베이션층(600)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)으로 이루어질 수 있으며, 상기 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 상기 페로브스카이트 태양전지(300) 상에 형성하게 되면, 마이크로 피라미드 구조의 요철구조를 얻을 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 결정질 태양 전지(100)를 제조한다.
상기 결정질 태양 전지(100)는 반도체 기판(110)의 하면을 식각하여 요철 구조를 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 상면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제1 반도체층(120)을 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 하면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제2 반도체층(130)을 형성하는 공정을 통해 제조할 수 있다.
상기 반도체 기판(110)의 하면이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 제2 반도체층(130)은 상기 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어진다.
상기 제1 반도체층(120)은 상기 반도체 기판(110)과 상이한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있고, 상기 제2 반도체층(130)은 상기 반도체 기판(110)과 동일한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 결정질 태양 전지(100)의 상면 상에 버퍼층(200)을 형성한다.
상기 버퍼층(200)은 상기 제1 반도체층(120) 상에 형성된다. 상기 제1 반도체층(120)이 평평한 구조로 형성됨에 따라 상기 버퍼층(200)도 평평한 구조로 이루어진다.
상기 버퍼층(200)은 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 버퍼층(200) 상에 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)를 형성한다. 상기 버퍼층(200)이 평평한 구조로 형성됨에 따라 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)도 평평한 구조로 형성될 수 있다. 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)는 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)의 상면 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 결정질 태양 전지(100)의 하면 상에 제2 전극(500)을 형성한다.
상기 제1 전극(400) 및 제2 전극(500)도 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(400) 상에 요철 구조의 패시베이션층(600)을 형성한다. 이때, 상기 패시베이션층(600)의 일부는 식각하여 상기 제1 전극(400)이 노출될 수 있도록 한다.
상기 패시베이션층(600)을 요철구조로 형성함에 따라 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)로 입사되는 광량이 증가될 수 있다.
상기 패시베이션층(600)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)으로 이루어질 수 있으며, 상기 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 상기 페로브스카이트 태양 전지(300) 상에 형성하게 되면, 마이크로 피라미드 구조의 요철구조를 얻을 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 결정질 태양 전지(100)를 제조한다.
상기 결정질 태양 전지(100)는 반도체 기판(110)의 일면과 타면을 식각하여 요철 구조를 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제1 반도체층(120)을 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 타면에 소정의 도펀트를 도핑하여 제2 반도체층(130)을 형성하는 공정을 통해 제조할 수 있다.
상기 반도체 기판(110)의 일면과 타면이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 제1 반도체층(120) 및 상기 제2 반도체층(130)은 각각 요철 구조에 대응하는 형상으로 이루어진다.
상기 제1 반도체층(120)은 상기 반도체 기판(110)과 상이한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있고, 상기 제2 반도체층(130)은 상기 반도체 기판(110)과 동일한 극성을 가지는 도펀트로 도핑될 수 있다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 결정질 태양 전지(100)의 상면 상에 버퍼층(200)을 형성한다.
상기 버퍼층(200)은 상기 제1 반도체층(120) 상에 형성된다. 상기 제1 반도체층(120)이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 버퍼층(200)도 요철 구조로 이루어진다.
상기 버퍼층(200)은 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 버퍼층(200) 상에 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)를 형성한다. 상기 버퍼층(200)이 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)도 요철 구조로 형성될 수 있다. 상기 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(300)는 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 상기 페로브스카이트 태양 전지(300)의 상면 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 결정질 태양 전지(100)의 하면 상에 제2 전극(500)을 형성한다.
상기 제1 전극(400) 및 제2 전극(500)도 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(400) 상에 패시베이션층(600)을 형성한다. 이때, 상기 패시베이션층(600)의 일부는 식각하여 상기 제1 전극(400)이 노출될 수 있도록 한다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(300)가 요철 구조로 형성됨에 따라 상기 패시베이션층(600)도 요철 구조로 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(600)은 SiO, SiON, SiN, Al2O3, 또는 MgF 등과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 결정질 태양 전지 110: 반도체 기판
120: 제1 반도체층 130: 제2 반도체층
200: 버퍼층 300: 페로브스카이트 태양 전지
310: 광흡수층 321, 322: 제1, 제2 도전성 전하 전달층
400: 제1 전극 500: 제2 전극
120: 제1 반도체층 130: 제2 반도체층
200: 버퍼층 300: 페로브스카이트 태양 전지
310: 광흡수층 321, 322: 제1, 제2 도전성 전하 전달층
400: 제1 전극 500: 제2 전극
Claims (16)
- 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층, 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 구비된 도전성 전하 전달층을 구비한 페로브스카이트 태양 전지를 포함하고,
상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하며,
상기 광흡수층 내부의 광학 밴드 갭(Optical Band Gap)은 상기 일면에서 상기 타면으로 갈수록 같거나 작아지고,
상기 광흡수층의 일면의 광학 밴드 갭은 상기 광흡수층의 타면의 광학 밴드 갭 보다 큰 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고,
상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고,
상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제1 할로겐 원소의 함량보다 많고,
상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량보다 적은 태양 전지. - 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층, 및 상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 구비된 도전성 전하 전달층을 구비한 페로브스카이트 태양 전지를 포함하고,
상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하며,
상기 광흡수층은 제1 할로겐원소와 제2 할로겐원소를 포함하고,
상기 광흡수층 내부의 제1 할로겐원소의 함량은 상기 일면에서 상기 타면으로 갈수록 같거나 적어지고,
상기 광흡수층의 일면의 제1 할로겐원소 함량은 상기 광흡수층의 타면의 제1 할로겐원소 함량보다 많은 태양 전지. - 제3항에 있어서,
상기 광흡수층의 일면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 광흡수층의 타면에 포함된 상기 제2 할로겐 원소의 함량보다 적은 태양 전지. - 제3항에 있어서,
상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 태양 전지. - 제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광흡수층은 광학 밴드 갭이 가장 낮은 제1 층, 광학 밴드 갭이 중간인 제2 층, 및 광학 밴드 갭이 가장 높은 제 3층을 포함하고, 상기 제1 층은 상기 광흡수층의 타면에 인접하고, 상기 제3 층은 상기 광흡수층의 일면에 인접하는 태양 전지. - 제7항에 있어서,
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고,
상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고,
상기 제1 층은 상기 제2 할로겐 원소를 포함하고 상기 제1 할로겐 원소를 포함하지 않고, 상기 제2 층은 상기 제1 할로겐 원소 및 상기 제2 할로겐 원소를 모두 포함하고, 상기 제3 층은 제1 할로겐 원소를 포함하고 상기 제2 할로겐 원소를 포함하지 않는 태양 전지. - 제7항에 있어서,
상기 광흡수층은 제1 할로겐 원소 및 제2 할로겐 원소를 포함하고,
상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고,
상기 제1 층, 상기 제2 층, 및 상기 제3 층 각각이 상기 제1 할로겐 원소 및 상기 제2 할로겐 원소를 모두 포함하고,
상기 제1 할로겐 원소의 함량은 상기 제3 층에서 가장 많고 상기 제1 층에서 가장 적으며, 상기 제2 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층에서 가장 많고 상기 제3 층에서 가장 적은 태양 전지. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함하고,
상기 제3 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층에서보다 상기 제2 층에서 많거나 또는 상기 제3 층에서보다 상기 제2 층에서 많은 태양 전지. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 광흡수층은 상기 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 작고 상기 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 큰 광학 밴드 갭을 가지는 제3 할로겐 원소를 추가로 포함하고,
상기 제3 할로겐 원소의 함량은 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층에서 균일한 태양 전지. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양 전지 아래에 구비된 버퍼층 및 상기 버퍼층 아래에 구비된 기판형 태양 전지를 추가로 포함하여 이루어진 태양 전지. - 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 공정; 및
상기 광흡수층의 일면과 타면 중 적어도 하나의 면에 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 광흡수층을 형성하는 공정은 아민 계열 화합물 및 아미딘 계열 화합물에서 선택된 적어도 하나의 화합물, 2가 양이온을 포함하는 유기 금속 화합물, 및 적어도 하나의 할로겐화 수소를 반응시키는 공정을 포함하여 이루어지고,
상기 광흡수층의 일면은 상기 광흡수층의 타면에 비하여 태양광의 입사면에 가깝게 위치하고,
상기 광흡수층의 일면의 광학 밴드 갭은 상기 광흡수층의 타면의 광학 밴드 갭보다 큰 태양 전지의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 할로겐화 수소는 제1 할로겐화 수소 및 제2 할로겐화 수소를 포함하고,
상기 제1 할로겐화 수소에 포함된 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐화 수소에 포함된 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고,
상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량보다 많고,
상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 적은 태양 전지의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 할로겐화 수소는 제1 할로겐화 수소 및 제2 할로겐화 수소를 포함하고,
상기 제1 할로겐화 수소에 포함된 제1 할로겐 원소의 광학 밴드 갭은 상기 제2 할로겐화 수소에 포함된 제2 할로겐 원소의 광학 밴드 갭보다 크고,
상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 일면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 많고,
상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제1 할로겐화 수소의 함량이 상기 광흡수층의 타면 형성시 투입되는 상기 제2 할로겐화 수소의 함량보다 적은 태양 전지의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 광흡수층과 도전성 전하 전달층을 형성하기 이전에 기판형 태양 전지를 형성하는 공정 및 상기 기판형 태양 전지 상에 버퍼층을 형성하는 공정을 추가로 수행하고,
상기 광흡수층과 도전성 전하 전달층은 상기 버퍼층 상에 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
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