KR20220163056A - 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로브스카이트 태양전지모듈 - Google Patents
대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로브스카이트 태양전지모듈 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 a) 페로브스카이트 전구체를 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매에 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 준비하는 단계; b) 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계; 및 c) 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계;를 포함함으로써 균일성이 우수한 고밀도의 페로브스카이트 박막을 포함하는 광전변환효율이 우수한 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로브스카이트 태양전지모듈에 관한 것으로, 상세하게 고밀도의 균일성이 우수한 박막의 형성이 가능한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광전변환효율이 우수한 페로브스카이트 태양전지모듈에 관한 것이다.
현재의 화석 연료를 대체하기 위해 친환경적이고 지속 가능한 태양에너지, 풍력에너지, 조력에너지 등을 포함한 다양한 재생에너지원들이 고려되고 있다.
특히, 태양으로부터 방출되는 에너지의 양은 무한하고 친환경적이기 때문에 태양에너지를 활용하는 방법 및 그 효율을 높이기 위한 연구는 지속되고 있고, 그 중에서도 실리콘 태양전지에 버금가는 효율을 가지면서도, 소재 가격이 매우 낮고, 저온 공정이나 저가의 용액 공정이 가능하여 상업성이 우수한 페로브스카이트 태양전지에 관한 관심은 매우 높은 상황이다.
유무기 페로브스카이트 화합물로 지칭되는 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식으로 대표되는 물질로 20%에 이르는 효율이 보고(대한민국 공개특허 제2014-0035284호)되어 있으나, 이는 7cm2 이하의 면적을 갖는 소면적 태양전지의 효율로 대면적의 태양전지 모듈에서는 동일한 효율이 달성되지 못하는 한계점을 갖고 있는 실정이다.
이를 극복하기 위해 대한민국 등록특허 제10-2201896호에서는 슬롯 다이 코팅방식을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산 방법을 제공하고 있지만, 여전히 7cm2 이하의 면적을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제공하고 있으며, 유독 성분으로 인해 산업안전보건법에 의한 규제물질로 적용된 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 용매를 사용하고 있다.
이에, 독성이 현저히 감소한 DMF 용매의 대체재를 이용하여 대량 생산 및 대면적화가 가능하면서도 우수한 효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제공하기 위한 상업화 공정의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 고밀도의 균일성이 우수한 박막의 형성이 가능한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 독성이 현저히 감소한 물질을 이용하여 대량 생산 및 대면적화가 가능한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 페로브스카이트 전구체를 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매 및 인핸서(enhancer)에 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계; 및 기재 상에 상기 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 화합물용액은 유기용매에 페로브스카이트 전구체를 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 준비하는 단계; 및 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계;를 포함하여 제조하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계에서 인핸서에 의해 열처리 전 페로브스카이트 전구체를 포함하는 중간상(intermediate phase)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 화합물 용액은 15 내지 40 wt%의 인핸서를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계에서 아세틸콜린 할라이드를 더 첨가하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 화합물 용액은 0.1 내지 10 wt%의 아세틸콜린 할라이드를 더 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 전구체는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 화합물은 아미디니움계 이온을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 화합물은 유기 암모늄 이온을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 열처리 온도는 80 내지 200℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 열처리는 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 기재는 기재 상에 전하전달체가 형성된 기재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 전하전달체가 형성된 기재에 표면처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 전하전달체가 형성된 기재의 표면처리는 2 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 상기 기재 상에 도포하여 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 다음, 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계 이 후, 형성된 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 부동태막은 2 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액의 도포는 메니스커스 힘(meniscus force)을 기반으로 한 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 메니스커스 힘(meniscus force)을 기반으로 한 도포 방식은 바 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 블레이드 코팅 방식에서 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액의 도포에 이어 건조하는 단계가 바로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 있어, 페로브스카이트 박막의 면적은 30cm2 이상의 면적일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따라, 전술한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 중 어느 한 방법에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈의 대면적은 30cm2 이상 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈의 광전변환효율(power conversion efficiency, PCE)은 18% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 용매 대비 독성이 현저히 감소한 대체 용매에 용해된 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합함으로써 균일성이 우수한 고밀도의 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있고, 이에 의해 제조되어 우수한 광전변환효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈을 제공할 수 있다.
도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조 공정을 모식적으로 나타낸 모식도이고, 도 1(b)는 일 실시예에 따라 제조된 실제 사진을 도시한 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(c)는 각각 비교예 1 및 비교예 2의 SEM 이미지를 도시한 도면이고, 도 2(b) 및 도 2(d)는 각각 TiO2 기재 상에 형성된 2Me 및 DMF 용매 액적의 측정된 접촉각을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 3, 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 페로브스카이트 박막의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 각각 비교예 1 및 실시예 1의 열처리 전과 열처리 후의 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 제조되는 페로브스카이트 박막의 형성 과정을 나타내는 모식도이다.
도 6(a), 도 6(b), 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각 비교예 1, 비교예 6, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 페로브스카이트 박막 표면의 모폴로지를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 7은 실시예 1의 CHP 인핸서가 포함된 페로브스카이트 혼합물 용액 및 페로브스카이트 전구체를 포함하지 않는 2Me-CHP 용액의 FTIR 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈의 J-V 커브를 도시한 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(c)는 각각 비교예 1 및 비교예 2의 SEM 이미지를 도시한 도면이고, 도 2(b) 및 도 2(d)는 각각 TiO2 기재 상에 형성된 2Me 및 DMF 용매 액적의 측정된 접촉각을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 3, 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 페로브스카이트 박막의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 각각 비교예 1 및 실시예 1의 열처리 전과 열처리 후의 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 제조되는 페로브스카이트 박막의 형성 과정을 나타내는 모식도이다.
도 6(a), 도 6(b), 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각 비교예 1, 비교예 6, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 페로브스카이트 박막 표면의 모폴로지를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 7은 실시예 1의 CHP 인핸서가 포함된 페로브스카이트 혼합물 용액 및 페로브스카이트 전구체를 포함하지 않는 2Me-CHP 용액의 FTIR 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈의 J-V 커브를 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 페로브스카이트 전구체를 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매 및 인핸서(enhancer)에 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계; 및 기재 상에 상기 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.
이 때, 페로브스카이트 화합물용액은 유기용매에 페로브스카이트 전구체를 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 준비하는 단계; 및 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계;를 포함하여 제조하는 것일 수 있다.
종래는 페로브스카이트 박막을 제조함에 있어, 일반적으로 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone), 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(n-methyl-2-pyrrolidinone)과 같은 상온에서 높은 끓는점(boiling point) 및 낮은 증기압(vapor pressure)를 갖는 극성 비양자성 용매(polar aprotic solvent)를 사용하였다. 이러한 용매들을 사용하여 강한 물리적인 힘(shear force)이 수반되는 스핀 코팅과 같은 방식으로 페로브스카이트 박막을 제조할 시 소규모 및/또는 소면적의 페로브스카이트 박막 제조에는 문제가 없었지만, 대면적의 페로브스카이트 박막을 제조할 경우, 페로스카이트 박막의 결정이 존재하는 등, 연속 공정에 기반한 대량 생산에는 실질적으로 불가능한 코팅 방법이며, 연속 공정에 적합한 도포 방법을 사용할 경우는 상기 용매들의 느린 증발 속도(evaporation rate)로부터 기인한 낮은 핵생성 밀도 및 빠른 결정 성장으로 인해 균일성이 우수한 박막의 제조에는 한계가 있었다.
반면에, 본 발명의 일 양태에 따른 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매에 페로브스카이트 전구체를 용해 시킨 후, 인핸서를 혼합하여 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 후, 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성함으로써 대면적을 코팅함에도 불구하고 균일성이 우수한 고밀도의 페로브스카이트 박막을 제공할 수 있는 장점을 갖는다.
상세하게, 페로브스카이트 전구체 용액에 포함되는 유기용매는 기재 상에서 액적의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매로서 기재 상에서 낮은 접촉각을 가짐으로 이종 핵생성(heterogeneous nucleation)을 위한 에너지 장벽(energy barrier)이 낮아 이종 핵생성에 유리하고, 페로브스카이트의 이종 핵생성에 의해 더 작고 밀집된 입자로 구성된 페로브스카이트 박막이 형성될 수 있다. 또한, 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서를 혼합함으로써, 생성된 페로브스카이트 핵의 결정성장을 효과적으로 컨트롤하여 균일성이 우수한 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 페로브스카이트 전구체를 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매에 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 접촉각은 액체와 기체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때의 각도를 의미할 수 있다. 즉, 접촉각은 고체 표면의 젖음성(wettability)를 나타내는 것이며 고체 표면 상에서 정형화된 액체 액적에 의해 측정될 수 있다.
일 실시예로, 기재 상에서 페로브스카이트 전구체를 용해시키는 유기용매 액적의 접촉각은 5 내지 13°일 수 있고, 구체적으로 5 내지 10°일 수 있으며, 보다 구체적으로 6 내지 10°일 수 있다.
본 발명에 일 구체예로, 유기용매 액적의 접촉각이 측정되는 기재는 추후 상술할 페로브스카이트 화합물 용액이 도포되어 대면적 페로브스카이트 박막이 형성되는 기재로서, 트랜지스터와 같은 전자 소자, 광을 발생하는 발광 소자, 메모리 소자, 광발전용 소자(태양전지), 센서 등, 페로브스카이트 박막이 구비되는 소자의 기본 구조에 따라, 페로브스카이트 박막의 하부에 구비되는 구성요소가 기 형성된 기판일 수 있다.
구체적으로, 페로브스카이트 박막이 광흡수층으로 구비되는 페로브스카이트 태양전지의 기본 구조에 따라 전하전달체가 형성된 기재일 수 있다.
일 예로, 전하전달체는 전자 전달을 위해 사용되는 금속산화물일 수 있다. 구체적인 일 예로, 금속산화물은, 타이타늄 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 몰리브데넘 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 란타늄 산화물, 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물 및 스트론튬-타이타늄 산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물일 수 있다.
전자전달체는 금속산화물 다공막과 금속산화물 치밀막이 적층된 구조일 수 있다.
금속산화물 다공막의 두께는 50 내지 300nm, 구체적으로는 100 내지 200nm일 수 있다. 다공막인 경우 그 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있고, 구체적으로 50 내지 100 m2/g일 수 있다. 금속산화물 다공막은 금속산화물 입자간 빈 공간에 의해 다공 구조를 가질 수 있으며, 금속산화물 입자의 평균 입경은 5 내지 100 nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 전자전달체가 금속산화물 다공막을 포함하는 경우, 다공막 하부에는 금속산화물의 치밀막이 더 구비될 수 있다. 금속산화물의 치밀막은 페로브스카이트 박막과 전하전달체 하부에 위치하는 전극간 접촉을 방지하는 역할을 함과 동시에 전자를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 금속산화물의 치밀막의 두께는 10nm 이상, 보다 구체적으로 10 내지 50nm, 보다 더 구체적으로 10 내지 30nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 전하전달체가 형성된 기재에 표면처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구체예로, 표면처리는 1 내지 10mM의 아세틸콜린(acetylcholine) 할라이드를 포함하는 용액을 전하전달체가 형성된 기재 상에 도포하여 수행될 수 있고, 바람직하게 2 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액, 보다 바람직하게는 4 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 전하전달체가 형성된 기재 상에 도포하여 수행될 수 있다.
이 때, 아세틸콜린 할라이드는 아세틸콜린 브로마이드(ACBr), 아세틸콜린 요오드화물(ACI), 아세틸콜린 클로라이드(ACCl) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액의 제조를 위한 용매는 아세틸콜린 할라이드가 충분히 용해되면 그 사용에 특별히 제한되는 것은 아니나, 일 예로 이소프로판올, 에탄올, 메탄올, 톨루엔 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
후술할 페로브스카이트 박막은 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 형성되는데, 전하전달체가 형성된 기재를 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액으로 표면처리 함에 따라 기재의 표면에서 초기에 형성되는 페로브스카이트의 결함을 감소시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있다. 다만, 전하전달체로의 전하 이동을 방해하지 않고 결함 감소의 효과로 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 상기 농도 범위의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 이용하여 전하전달체가 형성된 기재의 표면처리를 수행하는 것이 바람직하다.
전술한 기재 상에서 열역학적 평형에 의해 측정된 액적(droplet)의 접촉각은 페로브스카이트 박막의 특성에 영향을 미칠 수 있다.
상세하게, 페로브스카이트 결정상은 기재 상에 도포된 페로브스카이트 전구체 용액으로부터 형성될 수 있다. 이 때, 기재 상에 존재하는 페로브스카이트 전구체 용액 액적의 접촉각 θ는 이종 핵생성을 위한 깁스 프리 에너지(△Gºhetero)에 영향을 미친다. 즉, 불균일 핵성장을 위한 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)는 하기 식 1로 표현될 수 있다.
(식 1)
△Gºhetero = Φ△Gºhomo
식 1에서 △Gºhomo는 동종 핵생성(homogeneous nucleation)을 위한 깁스 프리 에너지이고 Φ는 전술한 θ에 의존하는 팩터로 하기 식 2로 표현될 수 있다.
(식 2)
식 1 및 식 2에서 나타난 바와 같이, 기재 상에 존재하는 페로브스카이트 전구체 용액 액적의 접촉각 θ가 작을수록 이종 핵생성을 위한 깁스 프리 에너지의 에너지 장벽(energy barrier)이 낮음을 알 수 있다. 이와 같이 기재 상에 존재하는 페로브스카이트 전구체 용액 액적의 접촉각 θ가 작을수록 기재 상에서 페로브스카이트의 이종 핵생성이 쉽게 일어날 수 있고, 이는 더 작고 밀집된 입자로 구성된 페로브스카이트 박막의 형성을 가능하게 할 수 있기 때문에 기재 상에서 페로브스카이트 전구체를 용해시키는 유기용매 액적의 접촉각은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
일 예로, 페로브스카이트 전구체를 용해시키는 유기용매는 페로브스카이트 전구체에 대한 용해도가 우수하고, 기재 상에서 유기용매 액적의 접촉각이 상기 범위를 만족하면 되므로 본 발명은 이에 제한되지 않으나, 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol, 2Me) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol, 2Me)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 페로브스카이트 전구체는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조를 가지는 유기금속할로겐화물, 오가노메탈 할라이드 페로브스카이트 화합물 또는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물을 의미한다. 구체예로, 페로브스카이트 화합물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 음이온(X)으로 이루어지고, AMX3의 화학식을 만족하는 화합물 기준, MX6 옥타헤드론의 X(음이온)의 자리에 칼코젠 음이온과 할로겐 음이온 중 선택되는 하나 이상의 음이온이 위치하는 화합물을 의미할 수 있다.
일 예로, AMX3의 화학식에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M는 2가의 금속 이온이며, X는 I-, Br-, F-및 Cl-에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 2가의 금속 이온인 M의 예로, Cu2+, Ni2+, Ge2+, Mn2+, Co2+, Fe2+, Pb2+, Sn2+, Yb2+, Cd2+ 및 Cr2+에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 페로브스카이트 화합물은 아미디니움계 이온을 포함할 수 있다.
일 구체예로, 아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +)등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 페로브스카이트 화합물은 유기 암모늄 이온을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 유기 암모늄 이온은 (R1-NH3 +)X로 표기할 수 있고, R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, X는 Cl-, Br-, F-, 및 I- 에서 선택되는 하나 도는 둘 이상의 할로겐 이온일 수 있다. 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R1은 C1-C24의 알킬, 좋게는 C1-C7 알킬, 보다 좋게는 메틸일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 페로브스카이트 전구체는 아미디니움계 이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 유기 암모늄 이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 페로브스카이트 전구체의 총 몰수를 1로 하여, 아미디니움계 이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물 : 유기 암모늄 이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물의 몰비는 0.70 내지 0.95 : 0.30 내지 0.05, 구체적으로는 0.80 내지 0.95 : 0.20 내지 0.05일 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 인핸서란 페로브스카이트 전구체 용액에 첨가되어 페로브스카이트 박막의 모폴로지 특성을 향상 시킬 수 있는 물질을 의미한다. 즉, 균일성이 우수하고 핀홀이 존재하지 않는 고밀도의 페로브스카이트 박막의 형성을 가능하게 하는 물질인 것이다.
상세하게, 인핸서를 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액이 전술한 기재 상에 도포된 이 후, 페로브스카이트 결정상으로 변환되는 것을 지연시키는 중요한 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 구체예로, 페로브스카이트 화합물 용액에 함유된 인핸서에 의해 후술할 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계에서 열처리 전에 페로브스카이트 전구체를 포함하는 중간상(intermediate phase)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 진행되는 페로브스카이트의 결정의 성장률은 인핸서에 의해 제어될 수 있고, 이는 인핸서에 의해 형성된 중간상으로부터 기인되어 가능한 것이다. 앞서 상술한 종래의 경우, 낮은 핵생성 밀도 및 빠른 결정 성장으로 인해 균일성이 우수한 박막의 제조에는 한계가 있었지만, 본 발명의 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법은 종래의 빠른 결정 성장을 효과적으로 제어하여 핀홀이 존재하지 않고 높은 밀도를 가지며 균일성이 우수한 페로브스카이트 박막의 형성을 가능하게 할 수 있는 것이다. 즉, 최종 결정화된 페로브스카이트 박막은 인핸서를 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액이 전술한 기재 상에 도포된 이 후 페로브스카이트 전구체를 포함하는 중간상이 형성되고 후술할 열처리 과정을 통해 형성되는 것이다.
일 예로, 인핸서는 1-사이클로헥실-2-피롤리돈(1-cyclohexyl-2-pyrrolidone), N-사이클로헥실-2-피롤리돈(N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, CHP), 헥사메틸포스포아미드(examethylphosphoramide, HMPA), 우레아(urea) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 페로브스카이트 화합물 용액은 10 내지 50 wt%의 인핸서를 함유할 수 있고, 바람직하게는 15 내지 40 wt%의 인핸서를 함유할 수 있으며, 보다 바람직하게 18 내지 35 wt%의 인핸서를 함유할 수 있고, 보다 더 바람직하게는 18 내지 30 wt%의 인핸서를 함유할 수 있으며, 보다 더욱더 바람직하게는 18 내지 25 wt%의 인핸서를 함유할 수 있다.
페로브스카이트 화합물 용액에 상기 범위보다 적게 인핸서가 함유될 경우, 페로브스카이트 결정의 성장을 효과적으로 제어하지 못해 핀홀이 발생되어 균일성이 좋지 못한 페로브스카이트 박막이 형성될 수 있고, 상기 범위보다 많은 인핸서가 페로브스카이트 화합물 용액에 함유되면 페로브스카이트 박막의 표면 조도(surface roughness)가 증가하여 태양전지의 효율 측면에서 단점이 될 수 있기 때문에 인핸서는 페로브스카이트 화합물 용액에 상기 범위를 만족하는 범위 내에서 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예로 인핸서를 함유하는 페로브스카이트 화합물 용액에 아세틸콜린 할라이드를 더 첨가하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조할 수 있다.
구체적으로 페로브스카이트 화합물 용액은 0.1 내지 10 wt%의 아세틸콜린 할라이드를 더 함유할 수 있고, 좋게는 0.1 내지 8 wt%, 보다 좋게는 0.1 내지 5 wt%의 아세틸콜린 할라이드를 더 함유할 수 있다.
페로브스카이트 화합물 용액에 더 함유된 아세틸콜린 할라이드로 인해 페로브스카이트 내부에 존재하는 결함이 감소할 수 있고, 이러한 효과에 의해 페로브스카이트 태양전지의 개방전압(open circuit voltage, Voc)이 향상되어 페로브스카이트 태양전지의 효율이 개선될 수 있다. 이 때, 페로브스카이트 화합물 용액이 10 wt%를 초과하여 아세틸콜린 할라이드를 더 함유할 경우, 페로브스카이트 태양전지의 개방전압의 향상을 유도할 수 있으나, 필 팩터의 감소가 수반되어 페로브스카이트 태양전지의 효율이 저하될 수 있으므로 아세틸콜린 할라이드는 페로브스카이트 화합물 용액에 상기 범위로 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 기재 상에 인핸서를 함유하는 페로브스카이트 화합물 용액의 도포는 메니스커스 힘(meniscus force)을 기반으로 한 방식으로 수행될 수 있다.
메니스커스 힘(meniscus force)을 기반으로 한 방식으로 페로브스카이트 화합물 용액의 도포를 수행할 경우, 그 공정이 단순하고, 도포되어 코팅되는 용액의 손실이 적어 대규모 또는/및 대면적의 페로브스카이트 박막을 연속 공정에 기반하여 제조할 수 있어 유리하다.
일 구체예로, 페로브스카이트 화합물 용액이 기재 상에 도포되는 방식은 바 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 블레이드 코팅 방식에서 선택되는 하나의 방식에 의해 수행될 수 있다.
일 구체예로, 균일하고 치밀한 페로브스카이트 박막의 형성을 위해서 코팅은 10 내지 50mm/s의 속도로 수행될 수 있고, 바람직하게 15 내지 30mm/s의 속도로 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어, 전술한 도포 방식으로 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 후 이어서 건조하는 단계가 바로 수행될 수 있다.
구체적으로 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 후 이어서 건조하는 단계를 수행하면 페로브스카이트 화합물 용액에 포함된 유기용매의 증발을 균일하게 유도하여 불균일 핵성장을 야기시킬 수 있어 고밀도의 페로브스카이트 박막의 형성에 유리하다.
일 구체예로, 건조는 열풍건조, 자연건조 및 에어 나이프(air-knife)를 이용한 건조 중에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다. 바람직하게는 에어 나이프를 이용하여 건조하는 것일 수 있다. 이 때, 에어 나이프는 복수의 노즐을 포함하여 페로브스카이트 화합물 용액이 도포된 기재 상으로 고속의 흐름(high velocity stream)을 갖는 에어나 가스를 공급할 수 있다.
에어 나이프를 이용한 건조에 사용되는 가스는 에어, 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 산소, 수소 및 이들의 혼합된 기체일 수 있다. 에어 나이프를 통해 공급되는 기체는 0.01 내지 1 MPa의 압력으로 공급될 수 있고, 구체적으로 0.05 내지 0.5 MPa의 압력으로 공급될 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.05 내지 0.2 MPa의 압력으로 공급될 수 있다.
일 실시예에 있어, 에어 나이프를 이용한 건조는 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 후 이어서 코팅 되는 속도와 동일한 속도로 이동하며 건조될 수 있다. 즉, 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 후 이어서 에어 나이프는 코팅 방향과 동일한 방향으로 10 내지 50mm/s의 속도로 이동하며 가스를 블로윙할 수 있고, 바람직하게 15 내지 30mm/s의 속도로 이동하며 가스를 블로윙할 수 있다.
일 구체예에 있어, 에어 나이프를 통해 블로윙되는 가스는 기재의 두께 방향을 기준으로 좌 또는 우의 방향으로 0 내지 90º 의 각도로 공급될 수 있고, 구체적으로는 10 내지 70º 의 각도로 공급될 수 있으며, 보다 구체적으로는 30 내지 60º 의 각도로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 기재 상에 상기 페로브스카이트 화합물 용액을 도포 및 건조 단계 이 후, 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이, 인핸서를 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액을 기재 상에 도포한 이 후, 생성된 페로브스카이트 전구체를 포함하는 중간상은 열처리 과정을 통해 중간상은 결정화된 페로브스카이트 박막으로 변환되는 것이다. 즉, 열처리 과정을 통해 인핸서가 완전히 제거될 때 까지 페로브스카이트 결정은 표면 및 계면 에너지를 줄이기 위해 더 성장하게 되어 균일성이 우수하고 치밀한 구조의 페로브스카이트 박막이 형성되는 것이다.
일 실시예에 있어, 열처리는 40 내지 250 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 구체적으로 60 내지 200 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로 80 내지 200 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 보다 더 구체적으로 80 내지 170 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
일 구체예로, 열처리의 수행 시간은 10 내지 60분일 수 있고, 구체적으로 20 내지 40분 일 수 있다.
본 발명의 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 따라 제조된 페로브스카이트 박막의 두께는 100 내지 800nm 일 수 있고, 실질적으로 300 내지 700nm 일 수 있으며, 보다 실질적으로는 400 내지 650nm 일 수 있다.
일 실시예로, 본 발명의 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 따라 제조된 페로브스카이트 박막은 치밀하고, 핀홀이 존재하지 않으며, 균일성이 우수한 페로브스카이트 박막일 수 있다. 전술한 특성을 갖는 박막은 10cm2 이상의 대면적을 갖는 박막일 수 있으나, 상한은 한정할 필요가 없이 잘 적용될 수 있다. 구체적으로 10 이상, 좋게는 30 이상, 더 좋게는 50이상, 더욱 좋게는 100이상일 수 있다. 예를 들면 10 내지 100cm2 범위의 면적을 갖는 박막일 수 있으며, 1000 cm2 일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 기재 상에 인핸서를 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후, 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계 이 후, 형성된 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
형성된 페로브스카이트 박막의 표면 결함은 페로브스카이트 박막을 활성층으로 포함하는 태양전지의 효율에 영향을 미치기 때문에 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시키면 페로브스카이트 태양전지의 효율 측면에서 바람직할 수 있다.
일 실시예로, 부동태막은 1 내지 10mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 형성될 수 있고, 바람직하게 2 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 4 내지 7mM의 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 형성될 수 있다.
상세하게, 4차 암모늄(quaternary ammonium group) 양이온과 에스터(ester) 그룹으로 구성되는 아세틸콜린 양이온에 의해 직렬저항(series resistance)의 증가 없이 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 효과적으로 감소시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 것이다. 즉, 부동태막에 의해 페로브스카이트 박막 표면의 결함이 치유되어 전자와 정공의 재결합(recombination)을 효과적으로 억제시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 것이다. 그러나 상기 범위를 초과하는 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 도포하여 부동태막을 형성시킬 경우 부동태막의 절연 특성이 태양전지의 효율 향상 효과보다 우세하여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있기 때문에 상기 범위의 농도를 만족하는 아세틸콜린 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시키는 것이 바람직하다.
일 구체예로, 부동태막은 바 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 블레이드 코팅 방식에서 선택되는 하나의 방식에 의해 수행될 수 있고, 부동태막의 형성을 위한 코팅은 10 내지 50mm/s의 속도로 수행될 수 있고, 바람직하게 20 내지 40mm/s의 속도로 수행될 수 있다.
일 예로, 부동태막의 두께는 1 내지 10nm 일 수 있고, 구체적으로 1 내지 8nm 일 수 있으며, 보다 구체적으로 1 내지 5nm 일 수 있다.
본 발명은 다른 일 양태에 따라, 전술한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법중 어느 하나 이상에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 대면적 모듈은 제1전극; 상기 제1전극 상에 형성된 제1전하전달층; 상기 제1전하전달층 상에 형성된 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 제2전하전달층; 및 상기 제2전하전달층 상에 형성된 제2전극을 포함한다.
제1전극은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 제1전극은 광이 수광되는 전면전극일 수 있고, 입사되는 광을 효율적으로 투과시킬 수 있는 투명 전도성 전극일 수 있다.
일 예로, 제1전극은 불소 함유 산화주석(FTO), 인듐 함유 산화주석(ITO), 인듐 함유 산화아연(IZO), 알루미늄 함유 산화아연(AZO) 및 이들의 복합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
일 실시예로, 제1전극 상에 형성된 제1전하전달층은 전자를 전달하는 전자전달층일 수 있다.
전자전달층은 전자전도성 유기물 또는 무기물일 수 있고, 구체적으로 전자전달층은 PEDOT:PSS와 같은 전자전도성 유기박막일 수 있으며 전자전달층의 두께는 50 내지 300nm일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 전자전달층은 무기물일 수 있으며, 무기물은 금속산화물일 수 있다. 무기물인 전자전달층은 앞서 상술한 전하전달체와 동일한 것으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예로, 제1전하전달층 상에 형성된 광활성층은 전술한 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 따라 제조된 페로브스카이트 박막일 수 있다.
광활성층은 입사광으로부터 형성된 전자와 정공을 분리시켜 전류를 만들어내는 광전변환층의 역할을 수행할 수 있고, 전자는 전술한 제1전하전달층을 통해 전달될 수 있는 것이다.
구체적으로, 광전변환의 효율을 향상시키기 위해서는 광활성층이 핀홀이 존재하지 않는 치밀하고 균일성이 우수한 박막의 형태로 존재하여야 하기 때문에 본 발명의 일 양태인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법에 따라 제조된 페로브스카이트 박막이 광활성층인 것이 바람직하다.
일 예로, 광활성층의 두께는 100 내지 800nm 일 수 있고, 실질적으로 300 내지 700nm 일 수 있으며, 보다 실질적으로는 400 내지 650nm 일 수 있다.
일 실시예에 있어, 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈은 광활성층 상에 형성된 제2전하전달층을 포함할 수 있다.
이 때, 제2전하전달층은 전술한 광활성층으로부터 형성된 정공을 전달하는 정공전달층일 수 있다.
정공전달층은 유기 정공전달물질, 구체적으로 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질(정공전도성 유기물)을 포함할 수 있다. 유기 정공전달물질은 무기 반도체 양자점을 염료로 사용하는 통상의 무기 반도체 기반 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서 사용되는 유기 정공전달물질이면 사용 가능하므로 이에 제한되지 않는다.
일 예로, 정공전달층은 유기 정공전달물질의 박막일 수 있으며, 박막의 두께는 50내지 500 nm, 좋게는 100 내지 400 nm, 보다 좋게는 150 내지 250 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 광활성층 및 제2전하전달층 사이에 부동태막을 더 포함할 수 있다. 즉, 제1전극, 제1전하전달층 및 광활성층의 순으로 적층된 구조체에서 광활성층 상에 형성된 부동태막(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 부동태막은 아세틸콜린 할라이드를 포함할 수 있고, 광활성층 상에 형성된 부동태막은 직렬저항(series resistance)의 증가 없이 페로브스카이트 박막 즉, 광활성층 표면의 결함을 효과적으로 감소시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 장점을 갖는다. 부동태막에 의해 광활성층과 제2전하전달층(정공전달층) 계면에서 전자와 정공의 재결합(recombination)을 효과적으로 억제시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 것이다.
일 예로, 부동태막의 두께는 1 내지 10 nm일 수 있고, 구체적으로 1 내지 8 nm일 수 있으며, 보다 구체적으로 1 내지 5 nm일 수 있다.
일 실시예로, 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈은 제2전하전달층 상에 형성된 제2전극을 포함할 수 있다.
제2전극은 당업계에서 통상적으로 사용되는 후면 전극일 수 있고, 구체적으로 제2 전극은 리튬플로라이드/알루미늄(LiF/Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄소(C), 황화코발트(CoS), 황화구리(CuS), 산화니켈(NiO) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 양태에 따라 제공되는 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈의 면적은 10cm2 이상 일 수 있고, 실질적으로 20cm2 이상 일 수 있으며, 보다 실질적으로 30cm2 이상 일 수 있고, 보다 더 실질적으로 40 내지 100cm2 범위의 면적일 수 있다.
본 발명의 일시예에 따라, 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈의 광전변환효율(power conversion efficiency, PCE)은 18% 이상일 수 있고, 구체적으로 19% 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 20% 이상일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 양태에 따라 제조된 페로브스카이트 박막이 광활성층으로 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈에 포함됨에 따라, 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈이 전술한 대면적을 가짐에도 불구하고 상기 범위의 우수한 광전변화효율을 갖을 수 있는 것이다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
(실시예 1)
포름아미디니움 요오드화 납(formamidinium lead triiodide lead iodide, FAPbI3) 및 메틸암모늄 브롬화 납(methylammonium lead tribromide, MAPbBr3)의 분말을 FAPbI3 : MAPbBr3 몰비가 0.95 : 0.05가 되도록 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol, 2Me)에 용해 시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 제조 후, 20 wt%의 1-사이클로헥실-2-피롤리돈(1-cyclohexyl-2-pyrrolidone, CHP)을 함유하도록 페로브스카이트 전구체 용액에 CHP를 첨가하여 0.83M의 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하였다.
이어서, 7 x 7 cm2 크기의 TiO2 기재 상에 페로브스카이트 화합물 용액을 바코팅(bar-coating) 방식을 이용하여 도포하였다. 이 때, 코팅은 25mm/s의 속도로 수행하였고, 코팅을 위한 바가 이동할 때 0.1 MPa의 압력으로 질소가스를 블로윙하는 에어나이프(air-knife)를 바에 뒤이어 바의 이동 속도와 동일하게 이동하도록 하였다(도 1(a)).
TiO2 기재 상에 도포된 페로브스카이트 용액을 150℃ 및 100℃ 의 온도로 각각 15분씩 열처리하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 2Me : CHP로 명명하였다.
도 1(b)는 실시예 1에 따라 제조된 실제 사진을 도시한 도면이다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 30 wt%의 CHP가 함유된 페로브스카이트 화합물 용액을 도포하여 페로브스카이트 박막을 제조하였다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 페로브스카이트 박막의 제조 이후, 아세틸콜린 브로마이드(acetylcholine bromide)를 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA)에 용해 시켜 3mM 농도의 아세틸콜린 브로마이드 용액을 30mm/s의 속도로 바코팅하여 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시켰다.
(실시예 4)
실시예 3과 동일하게 제조하되, 6mM 농도의 아세틸콜린 브로마이드 용액을 이용하여 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시켰다.
(실시예 5)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 페로브스카이트 화합물 용액을 제조 후, TiO2 기재 상에 도포하기 전에 6mM의 아세틸콜린 클로라이드 용액을 TiO2 기재 상에 도포하여 표면처리 하는 단계를 수행한 다음, 제조한 페로브스카이트 화합물 용액을 표면처리된 TiO2 기재 상에 도포하였다.
(실시예 6)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제조된 페로브스카이트 화합물 용액에 0.5wt%의 아세틸콜린 클로라이드(Acetylcholine chloride , ACCl)를 더 첨가하였다.
(실시예 7)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제조된 페로브스카이트 화합물 용액에 1.5wt%의 아세틸콜린 클로라이드(Acetylcholine chloride , ACCl)를 더 첨가하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, CHP를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전구체 용액을 도포하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 2Me로 명명하였다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 비교예 1과 같이 CHP를 첨가하지 않았으며, 페로브스카이트 전구체 용액 제조 시 2ME 용매 대신 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 용매를 이용하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 DMF로 명명하였다.
(비교예 3)
실시예 1과 동일하게 제조하되, CHP 대신 DMSO를 첨가하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 2Me : DMSO로 명명하였다.
(비교예 4)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 2ME 용매 대신 DMF 용매를 적용하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 DMF : CHP로 명명하였다.
(비교예 5)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 2Me 용매 대신 DMF 용매를 적용하고, CHP 대신 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO)를 첨가하여 페로브스카이트 박막을 제조하였고 이를 DMF : DMSO로 명명하였다.
(비교예 6)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 10 wt%의 CHP가 함유된 페로브스카이트 화합물 용액을 도포하여 페로브스카이트 박막을 제조하였다.
(비교예 7)
실시예 3과 동일하게 제조하되, 9mM 농도의 아세틸콜린 브로마이드 용액을 이용하여 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시켰다.
(실험예 1) 페로브스카이트 박막의 모폴로지 특성
제조된 각각의 페로브스카이크 박막의 모폴로지 특성을 비교하였다. 각 박막의 모폴로지는 주사전자현미경(SEM, Nova NanoSEM)을 통해 확인하였고, 추가로 TiO2 기재 상에서 2Me 및 DMF 용매 액적(droplet)의 젖음성(wettability)을 접촉각(contact angle) 측정 장치(Phoenix 300, SEO)를 이용하여 측정하였다.
도 2(a) 및 도 2(c)는 각각 비교예 1(2Me) 및 비교예 2(DMF)의 SEM 이미지를 도시한 도면이고 도 2(b) 및 도 2(d)는 각각 TiO2 기재 상에 형성된 2Me 및 DMF 용매 액적의 측정된 접촉각을 도시한 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 비교예 2(DMF)의 박막은 비교예 1(2Me) 대비 상대적으로 사이즈가 크고 밀집도가 떨어진 입자(grain)로 구성되어 고르지 못한 표면 커버리지(coverage)를 갖는 모폴로지의 특성이 확인 되었다. 이에 반해, 비교예 1은 비교예 2 대비 훨씬 작은 입자로 구성된 페로브스카이트 박막이 제조되었음을 확인하였다. 이는, TiO2 기재 상에 형성된 DMF 및 2ME 액적의 접촉각에서 알 수 있듯이 2ME 액적의 접촉각은 8.33º로 DMF 액적의 접촉각(14.77º)보다 더 작게 측정됨을 확인하였고, 기재 상에서 더 작은 접촉각을 갖을 경우, 불균일 핵생성(heterogeneous nucleation)을 위한 에너지 장벽(energy barrier)이 더 낮다는 것을 의미하고, 불균일 핵성장에 의해 더 작고 밀집된 입자로 구성된 박막이 형성될 수 있는 것이다.
그러나, 비교예 1은 비교예 2 대비 박막특성이 우수함이 확인되었으나, 여전히 기재 표면에 코팅 되지 않은 부분이 존재하고 박막의 균일성(uniformity)이 떨어짐을 확인하였다.
균일성이 우수하고 고밀도의 페로브스카이트 박막을 제조하기 위해서는 기 생성된아일랜드 구조의 결정으로 빠른 핵성장과 더불어 연속적인 박막으로 제조될 수 있는 네트워크적 성장이 수반되어져야만 한다. 이러한 관점에서, 비교예 1은 빠른 핵성장을 야기시키지만 연속적인 네트워크로의 성장에는 한계가 있음을 확인하였다.
이에, 균일성이 우수한 고밀도의 페로브스카이트 박막의 품질 향상을 위해 인핸서(enhancer)의 첨가를 검토하였다.
도 3은 실시예 1(2ME : CHP), 비교예 3(2ME : DMSO), 비교예 4(DMF : CHP) 및 비교예 5(DMF : DMSO)에 따라 제조된 페로브스카이트 박막의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된 바와 같이, DMF 용매를 기반으로 하여 각각 CHP 및 DMSO의 인핸서를 첨가한 비교예 4 및 비교예 5의 경우, 여전히 TiO2 기재 표면에 코팅 되지 않은 부분이 존재함을 확인하였다. 반면에, 2ME 용매를 기반으로 하는 실시예 1 및 비교예 3의 경우는 TiO2 기재 표면이 완전히 페로브스카이트 박막으로 커버된 모폴로지가 관찰되었다.
그러나, 비교예 3(2ME : DMSO)의 경우 핀홀(pinhole)이 관찰되었고, 이는 PbI2를 위한 DMSO 보다 CHP의 형성 에너지(formation energy)가 더 높기 때문인 것으로 판단된다. 즉, 페로브스카이트 박막 형성에 있어 연속적인 네트워크가 형성되기 전에 모든 DMSO가 증발될 경우 핀홀이 형성될 수 있는 것이다.
추가적으로 CHP 인핸서의 효과를 검토하기 위해 실시예 1 및 비교예 1에서 열처리 전 후를 비교 분석 하였다.
도 4는 각각 비교예 1(2Me) 및 실시예 1(2Me : CHP)의 열처리 전과 열처리 후의 사진을 도시한 도면이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 열처리 전과 후의 페로브스카이트 박막이 모두 어두운 검정색임이 관찰되었고, 이는 페로브스카이트 결정은 용매의 증발과 동시에 형성됨을 알 수 있다. 반면에 실시예 1의 경우는 열처리 전의 페로브스카이트 박막은 레디쉬(reddish)한 컬러를 보이지만, 열처리 후에 검정색으로 변환됨을 확인하였다. 이로써, CHP 인핸서는 페로브스카이트 화합물 용액이 기재 상에 도포된 이 후 페로브스카이트 결정상으로 변환되는 것을 지연시키는 중요한 역할을 수행할 수 있음을 확인하였다. 즉, 2Me를 함유하는 페로브스카이트 전구체 용액에 CHP 인핸서를 첨가함으로써 페로브스카이트의 결정화는 중간상(intermediate phase)을 통해서 이루어지는 것이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조되는 페로브스카이트 박막의 형성 과정을 나타내는 모식도이다.
2Me 용매에 용해된 페로브스카이트 전구체는 용매의 증발과 동시에 CHP 인핸서를 포함하는 레디쉬(reddish)한 컬러의 중간상으로 형성된 후, 열처리 과정을 거쳐 결정화된 페로브스카이트 박막으로 변환되는 것이다. 즉, CHP 인핸서에 의해 FAI 및 PbI2 간의 반응이 지연되고, 최종 결정화된 페로브스카이트 박막은 FAI-PbI2-CHP 중간상을 통해 형성되는 것이다.
2Me를 포함한 페로브스카이트 전구체 용액에 첨가된 CHP 인핸서의 농도에 따라 제조된 페로브스카이트 박막 표면의 특성을 비교 분석하였다.
도 6(a), 도 6(b), 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각 비교예 1, 비교예 6, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 페로브스카이트 박막 표면의 모폴로지를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 6(a) 및 도 6(b)에 나타난 바와 같이, 첨가된 CHP의 농도가 낮을 경우, 핀 홀을 포함한 저품질의 박막이 형성됨을 관찰하였고, 첨가된 CHP의 농도가 증가할수록 페로브스카이트 박막의 표면 조도가 증가하는 것을 확인 하였다.
(실험예 2) 페로브스카이트 박막의 구조 특성
CHP 인핸서에 의해 페로브스카이트 결정의 형성이 지연됨을 확인하기 위하여 CHP의 C=O 피크를 푸리에 변환 적외선 분광학(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)으로 분석하였다.
도 7은 실시예 1의 CHP 인핸서가 포함된 페로브스카이트 혼합물 용액 및 페로브스카이트 전구체를 포함하지 않는 2Me-CHP 용액의 FTIR 스펙트럼을 도시한 도면이다.
페로브스카이트 전구체를 포함하지 않는 2Me-CHP 용액에서 C=O 피크는 1660 cm-1 에서 관찰된 반면 페로브스카이트 전구체를 포함하는 2Me-CHP 용액에서의 C=O 피크는 1650 cm-1 에서 관찰되었다. 페로브스카이트 전구체를 포함하는 2Me-CHP 용액에서 컨쥬게이트된(conjugated) C=O 피크의 이동은 새롭게 형성된 페로브스카이트 전구체와의 배위(coordination)로부터 기인한 것으로 결합강도가 약해졌음을 의미한다. 즉, 페로브스카이트 전구체로 CHP 인핸서의 배위와 함께 컨쥬게이트된 C=O 결합은 카보닐 기에 결착된 질소의 고립 전자쌍(lone pair electrons)에 의해 약해지는 것이다. 이로부터 CHP 인핸서는 페로브스카이트 전구체와의 중간상을 형성함을 알 수 있다.
(실험예 3) CHP 농도에 따른 태양전지 모듈의 특성 확인
태양전지 모듈의 성능 확인을 위하여 7 x 7 cm2 크기의 불소 함유 산화주석(제1 전극)이 코팅된 유리 기판(FTO, TEC7, Pilkington) 상에 분무 열분해를 이용하여 치밀한 장벽(barrier) TiO2 박막(bl- TiO2)을 형성하였다. 분무 열분해는 20mM 농도의 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트)(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) 용액을 이용하여 450℃에서 수행되었다.
메조기공의 TiO2 (mp-TiO2) 박막을 mp-TiO2 페이스트를 FTO 기판의 bl-TiO2 박막 위에, 1500rpm으로 40초동안 스핀코팅하고 500 ℃에서 1시간 동안 열처리하여, 두께가 약 120 nm인 다공성 전자 전달층을 제조하였다.
이 후, 다공성 전자전달층 상에 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 6에 따라페로브스카이트 박막을 제조하였다. 페로브스카이트 박막 상에 spiro-OMeTAD 클로로벤젠(100mg/mL)의 정공전달유기물 용액을 스핀 코팅(3000rpm, 30초)하여 정공전달층을 형성하였다. 정공전달유기물 용액은 39.5 μL의 TBP(4-tert-Butylpyridine), 23 μL의 Li-TFSI(520mg/mL in ACN) 및 10μL의 Co-TFSI을 첨가제로 함유하였다. 이후 열 증발법을 이용하여 정공전달층 상부로 70nm 두께의 금 전극을 형성하여 페로브스카이트 태양전지 모듈(5-셀)을 제조하였다.
제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈의 성능은 태양열 시뮬레이터(Newport, Oriel Sol3A Class AAA)와 소스 미터(source meter, Kethley 2400)를 사용하여 측정되었으며, 100 mW/cm2 (AM 1.5G)의 조사 조건에서 측정되었다.
측정된 특성을 하기 표 1에 정리하였으며, 표 1에서 Voc는 개방전압, Jsc는 단락전류밀도, FF는 필 팩터, PCE는 광전변환효율을 의미한다.
| Voc [V] | Jsc [mA/cm2] | FF [%] | PCE [%] | |
| 실시예 1 | 5.64 | 4.54 | 74.83 | 19.19 |
| 실시예 2 | 5.57 | 4.53 | 73.79 | 18.63 |
| 비교예 1 | 4.83 | 4.49 | 68.47 | 14.86 |
| 비교예 6 | 5.36 | 4.51 | 70.46 | 17.05 |
표 1에서 알 수 있듯이 전술한 도 6에서 관찰된 페로브스카이트 박막의 모폴로지 특성의 결과와 긴밀한 연관이 있음을 알 수 있다. 즉, 우수한 박막 특성을 갖는 실시예 1에서 가장 높은 효율을 갖는 것을 확인하였다.
(실험예 4) 부동태 막에 따른 태양전지 모듈의 특성 변화 확인
페로브스카이트 태양전지의 효율은 표면결함에 영향을 받기 때문에 부동태 막에 따른 태양전지 모듈의 특성 변화를 비교 분석하였다.
실험예 3에서 실시한 태양전지 모듈의 제조 방식과 동일하게 적용하되, 다공성 전자전달층 상에 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 7에 따라 페로브스카이트 박막을 제조하였으며, 활성 면적이 15cm2 인 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하였다.
제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈의 특성은 하기 표 2에 정리하였다.
| Voc [V] | Jsc [mA/cm2] | FF [%] | PCE [%] | |
| 실시예 1 | 5.54 | 4.52 | 78.89 | 19.73 |
| 실시예 3 | 5.68 | 4.53 | 79.95 | 20.59 |
| 실시예 4 | 5.79 | 4.54 | 79.91 | 20.99 |
| 비교예 7 | 5.89 | 4.52 | 74.43 | 19.81 |
표 2에 나타난 바와 같이, 아세틸콜린 브로마이드 용액의 농도가 증가할수록 개방전압의 증가됨을 확인하였고, 부동태막이 형성되지 않은 실시예 1 대비 광전변환효율이 증가함을 확인 하였다. 이는, 4차 암모늄(quaternary ammonium group) 양이온과 에스터(ester) 그룹으로 구성되는 아세틸콜린 양이온에 의해 직렬저항(series resistance)의 증가 없이 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 효과적으로 감소시키기 때문이다.
그러나, 비교예 7의 경우, 필 팩터의 수치가 부동태막이 없는 실시예 1 대비 현저히 감소함을 확인하였다. 즉, 9mM 농도의 아세틸콜린 브로마이드 용액을 이용하여 부동태막을 형성 시 부동태막의 절연 특성이 부동태 처리의 효과보다 뛰어나기 때문에 필 팩터의 수치가 감소하는 것이다.
추가적으로, 실시예 4에 따라 제조된 페로브스카이트 박막을 포함하고 전체 면적 49cm2이며, 10개의 셀이 직렬로 구성(10 series cells)된 페로브스카이트 태양전지 모듈의 성능을 평가하였다. 레이저 패턴닝을 도입하여 활성 면적이 31cm2 인 페로브스카이트 태양전지 모듈의 J-V 커브를 도 8에 도시하였다. 해당 페로브스카이트 태양전지 모듈의 성능 평가 결과 80.77%의 필 팩터 및 20.4%의 광전변환효율의 성능을 가짐을 확인하였다.
(실험예 5) 아세틸콜린 할라이드에 의한 태양전지 모듈의 특성 변화 확인
실험예 4에서 아세틸콜린 브로마이드 용액을 도포하여 형성된 부동태막에 의한 페로브스카이트 태양전지의 효율이 향상됨을 확인 한 후, 아세틸콜린 할라이드에 의한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 특성을 추가적으로 분석하였다.
먼저, 실시예 5에서와 같이, 페로브스카이트의 박막을 제조하기 전에 TiO2 기재 상에 5mM의 아세틸콜린 클로라이드 용액을 도포하여 표면처리한 다음, 페로브스카이트 박막을 제조하여 태양전지 모듈을 제조하였다.
제조된 태양전지 모듈의 특성을 확인한 결과, TiO2 기재 즉, 다공성 전자전달층을 표면처리하지 않은 실시예 1 대비 광전변환효율이 1.32% 향상됨을 확인하였다.
나아가, 인핸서를 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액에 0.5wt%의 아세틸콜린 클로라이드를 더 첨가한 후 페로브스카이트 박막을 제조한 실시예 6, 1.5 wt%의 아세틸콜린 클로라이드를 더 첨가한 후 페로브스카이트 박막을 제조한 실시예 7 및 아세틸콜린 클로라이드를 포함하지 않은 실시예 1에 따라 제조된 페로브스카이트 박막을 적용한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 특성이 비교하였다.
실시예 1, 실시예 6 및 실시예 7에 따라 제조된 페로브스카이트 박막을 포함하는 태양전지 모듈의 광전변환효율을 확인한 결과, 실시예 6 및 실시예 7은 실시예 1 대비 각각 3.1 % 및 3.9% 향상된 효율을 가짐을 확인하였다.
이는, 아세틸콜린 할라이드에 의해 페로브스카이트의 표면 뿐 아니라, 내부에 존재하는 결함을 효과적으로 줄여 페로브스카이트 태양전지의 효율이 증가됨을 알 수 있다.
Claims (23)
- 페로브스카이트 전구체를 기재 상에서 액적(droplet)의 접촉각이 5 내지 13°인 유기용매 및 인핸서(enhancer)에 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계; 및
상기 기재 상에 상기 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 열처리하여 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계;
를 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서
상기 페로브스카이트 화합물용액은
a) 상기 유기용매에 페로브스카이트 전구체를 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 준비하는 단계; 및
b) 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 인핸서(enhancer)를 혼합하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 단계;를 포함하여 제조하는 것인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 인핸서에 의해 열처리 전 상기 페로브스카이트 전구체를 포함하는 중간상(intermediate phase)이 형성되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물 용액은 15 내지 40 wt%의 인핸서를 함유하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 2항에 있어서,
상기 b) 단계에서 아세틸콜린 할라이드를 더 첨가하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물 용액은 0.1 내지 10 wt%의 아세틸콜린 할라이드를 함유하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 페로브스카이트 전구체는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 7항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물은 아미디니움계 이온을 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 8항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물은 유기 암모늄 이온을 더 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 열처리 온도는 80 내지 200℃인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 열처리는 10 내지 60분 동안 수행되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 기재는 기재 상에 전하전달체가 형성된 기재인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 12항에 있어서,
상기 전하전달체가 형성된 기재에 표면처리 하는 단계를 더 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 13항에 있어서,
상기 표면처리는 2 내지 7mM의 아세틸콜린(acetylcholine) 할라이드를 포함하는 용액을 상기 기재 상에 도포하여 수행되는 것인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 페로브스카이트 박막을 형성하는 단계 이 후, 형성된 페로브스카이트 박막 상에 부동태막을 형성시키는 단계를 더 포함하는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 15항에 있어서,
상기 부동태막은 2 내지 7mM의 아세틸콜린(acetylcholine) 할라이드를 포함하는 용액을 페로브스카이트 박막 상에 도포하여 형성되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 도포는 메니스커스 힘(meniscus force)을 기반으로 한 방식으로 수행되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
상기 방식은 바 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 블레이드 코팅 방식에서 선택되는 하나인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 18항에 있어서,
상기 도포에 이어 건조하는 단계가 바로 수행되는 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 대면적은 30cm2 이상의 면적인 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법. - 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈.
- 제 21항에 있어서,
상기 대면적은 30cm2 이상 인 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈. - 제 22항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈의 광전변환효율(power conversion efficiency, PCE)은 18% 이상인 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210071460A KR102602403B1 (ko) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로브스카이트 태양전지모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210071460A KR102602403B1 (ko) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | 대면적 페로브스카이트 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로브스카이트 태양전지모듈 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116096194A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-05-09 | 合肥市旭熠科技有限公司 | 一种制备大面积钙钛矿薄膜的新方法及应用 |
| KR102670841B1 (ko) | 2022-12-26 | 2024-05-29 | 성균관대학교산학협력단 | 페로브스카이트 태양전지 모듈을 재활용하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20140035284A (ko) | 2012-09-12 | 2014-03-21 | 한국화학연구원 | 광흡수 구조체가 구비된 태양전지 |
| KR102201896B1 (ko) | 2019-09-24 | 2021-01-12 | 한국화학연구원 | 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산 방법 |
| KR20210056411A (ko) * | 2018-10-10 | 2021-05-18 | 커먼웰쓰 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 오가니제이션 | 광전자 장치용 페로브스카이트 필름 형성 방법 |
-
2021
- 2021-06-02 KR KR1020210071460A patent/KR102602403B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102201896B1 (ko) | 2019-09-24 | 2021-01-12 | 한국화학연구원 | 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산 방법 |
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| KR102670841B1 (ko) | 2022-12-26 | 2024-05-29 | 성균관대학교산학협력단 | 페로브스카이트 태양전지 모듈을 재활용하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지 |
| CN116096194A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-05-09 | 合肥市旭熠科技有限公司 | 一种制备大面积钙钛矿薄膜的新方法及应用 |
| CN116096194B (zh) * | 2023-04-07 | 2023-08-18 | 合肥市旭熠科技有限公司 | 一种制备大面积钙钛矿薄膜的新方法及应用 |
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