KR20230147195A - 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 이를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 이를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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KR20230147195A
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라파엘 슈마거
울리히 더블유. 파에트졸드
줄리에 로저
폴 파슬
토비아스 아브지헤르
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칼스루헤 인스티투트 퓌어 테흐놀로기
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Abstract

본 발명은, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110) 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 다음의 단계들, 즉, a) 제1 층 적층체(112)를 생성하는 단계 ― 제1 층 적층체(112)는 적어도 하나의 기판(116), 적어도 하나의 제1 전극(118), 및 적어도 하나의 제1 층(120)을 포함함 ―; b) 제2 층 적층체(114)를 생성하는 단계 ― 제2 층 적층체(114)는 적어도 하나의 흡수체 층(130) 및 적어도 하나의 제2 층(134)을 포함함 ― 를 포함하며, a) 단계에서, 페로브스카이트 층(124)이 제1 층 적층체(112)에 도입되거나, 또는 b) 단계에서, 페로브스카이트 층(124)이 제2 층 적층체(114)에 도입되고, 방법은 또한 다음의 단계들, 즉, c) 제1 층 적층체(112)를 제2 층 적층체(114)에 붙이는 단계, 및 d) 제1 층 적층체(112)와 제2 층 적층체(114) 사이에 기계적 및 전기적 연결로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연결이 형성되며 여기서 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지(110)가 형성되도록 제1 층 적층체(112)를 제2 층 적층체(114)와 라미네이팅하는 단계를 갖고, 제1 층(120) 및 제2 층(134)은 각각, 정공 수송 층(122), 전자 수송 층(136), 버퍼 층(137), 재결합 층(132), 또는 전극 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 페로브스카이트 층(124)은 제1 층 적층체(112) 또는 제2 층 적층체(114)의 라미네이트 형성 층을 형성한다.

Description

페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 이를 제조하기 위한 방법
본 발명은, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 더 상세하게는, 광전자 공학의 분야에 위치한다. 그러나, 대체적으로, 다른 응용들이 또한 고려될 수 있다.
지난 10년간의 페로브스카이트 반도체들에 기반한 광기전 소자(photovoltaics)(PV) 분야에서의 광범위한 연구는 급속한 발전으로 이어졌다. 특히, 단일-접합 페로브스카이트 태양 전지들에 대해 이미 25 % 초과의 효율들이 달성되었다. 하이브리드 유기-무기 금속 할라이드-페로브스카이트 반도체들이 또한 그들의 특출한 광전자 특성들, 이를테면, 그들의 높은 흡수 계수들, 그들의 높은 전하 캐리어 이동도들, 및 그들의 낮은 재결합률들 때문에 방대한 양의 관심을 끌고 있다.
페로브스카이트 결정 구조에서 할라이드 음이온의 조성의 변화를 통한 이러한 페로브스카이트들의 조정가능한 밴드갭은 기본적으로 넓은 스펙트럼 범위 내에서 강한 광 흡수를 가능하게 한다. 낮은 물질 비용들 및 광범위한 가능한 증착 기법들로, 페로브스카이트들은 대체적으로 차세대의 다중-접합 태양 전지들에 대한 유망한 후보들로서의 자격이 있다. 다중-접합 태양 전지들은 다수의 흡수체들을 결합하며, 이는, 효율이 대체적으로 단일-접합 태양 전지들의 효율보다 훨씬 높다는 것을 의미한다. 따라서, 특히 이러한 다중-접합 태양 전지들에 대해, 웨이퍼 기반 규소 또는 구리-인듐-갈륨 디셀레니드 태양 전지들과 같은 확립된 광기전 기술들의 조합에 의해 효율이 증가될 수 있으므로 페로브스카이트들이 관심 대상이다. 이는, 페로브스카이트 기재 태양 전지들이 현재 향후의 광기전 소자 시장에 대해 유망한 기술이라는 것을 의미한다.
그에 따라, 페로브스카이트 태양 전지들은 기본적으로 높은 효율들을 나타내고, 대체적으로, 그들의 양호한 광전자 특성들에 의하여 다중-접합 태양 전지들에 이상적으로 적합하다.
종래 기술은, 페로브스카이트를 기재로 하는 단일-접합 태양 전지들 및 다중-접합 태양 전지들을 설명한다.
US 10 229 791 B2는, 비-증착 방법에 의해 페로브스카이트 태양 전지를 제조하는 방법을 설명한다. 더 상세하게는, 이 방법은, 반-건조된 상태의 광 흡수 층 맨 위에 정공 수송 층을 형성함으로써 제1 기판을 제조하는 단계, 및 제1 기판에 대향하는 전극을 갖는 제2 기판을 가압하고 건조시키는 단계를 포함한다.
간행물(S. P. Dunfield 등의 Curtailing perovskite processing limitations via lamination at the perovskite/perovskite interface, ACS Energy Lett. (2018), doi:10.1021/acsenergylett.8b00548)은, 2개10.1021의 투명 전도성 산화물/수송 물질/페로브스카이트 반쪽-적층체가 서로 독립적으로 생성된 다음 페로브스카이트/페로브스카이트 계면에서 함께 라미네이팅되는 방법을 설명한다.
WO 2017/200732 A1은, 제1 표면 상에 n-형 산화물 층을 갖는 제1 기판 및 제1 표면 상에 p-형 산화물 층을 갖는 제2 기판을 제공하는 것에 의한 라미네이팅된 구조의 생성을 설명한다. 제1 기판의 제1 표면 또는 제2 기판의 제1 표면 또는 둘 모두가 액체 할라이드 층을 갖는다. 제1 기판은 제2 기판과 접촉하게 압착되며, 이에 따라, 제1 기판의 제1 표면이 제2 기판의 제1 표면과 접촉한다. 이어서, 라미네이팅된 구조를 형성하기 위해 할라이드 층이 고체화된다.
WO 2019/173803 A1은, 제1 표면과 제2 표면 사이에 다음의 층들, 즉, 제1 페로브스카이트 층 및/또는 제2 페로브스카이트 층 중 적어도 하나를 갖는 적층체를 위치시키는 단계; 및 적층체를 가열하고/거나 적층체를 가압함으로써 일정 기간 동안 적층체를 처리하는 단계를 포함하는 방법을 설명하며, 여기서, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 장치가 적층체의 가열 및 가압을 제공한다.
간행물(H. Kanda 등의 Interface Optoelectronics Engineering for Mechanically Stacked Tandem Solar Cells Based on Perovskite and Silicon, ACS Appl. Mater. Interfaces. (2016), doi:10.1021/acsami.6b07781)은, CH3NH3PbI3 페로브스카이트(상부 전지) 및 p-형 단결정 규소를 사용하는 2-단자 및 4-단자 탠덤(tandem) 태양 전지들을 위한 2.5 nm의 얇은 Au 층을 사용하는 반사-방지 특성들을 갖는 광자 컴포넌트들 및 정공의 추출을 위한 전자 컴포넌트의 개발을 설명한다.
태양 전지들 또는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지들, 예컨대, 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지의 개별 층들이 다양한 프로세스들에 의해 제조될 수 있는 경우가 일반적이다. 이들은, 예컨대, 진공 코팅 방법들, 액체 상 프로세스들, 및 이 둘의 조합을 포함한다. 페로브스카이트 태양 전지의 페로브스카이트 층 및 규소 태양 전지에 대한 추가적인 층들의 도포(apply)는 층들의 순차적 시퀀스에 의해 달성될 수 있다.
US2020/0212243 A1은, 페로브스카이트 태양 전지가 규소 태양 전지 상에 라미네이팅되어 그에 결합되는 일체형 탠덤 태양 전지를 제조하는 방법을 설명한다. 본 개시내용에 따르면, 고르지 않게 구조화된 텍스처를 갖는 기판 상에 스퍼터링 방법에 의해 제1 미세다공성 전구체 박막을 형성하고, 이어서, 페로브스카이트 흡수 층을 형성하기 위해 제1 미세다공성 전구체 박막 맨 위에 얇은 할라이드 막을 형성하며, 여기서, 광의 반사가 감소될 수 있고, 광학 경로 길이가 증가될 수 있다. 그에 따라서, 광 흡수율이 증가될 수 있다.
페로브스카이트 태양 전지의 페로브스카이트 층을 규소 태양 전지 상에 라미네이팅하는 것은 대체적으로, 완전한 순차적 생성에 기인하는 제한을 제거한다. 라미네이션 프로세스에 의한 층들의 도포는 기본적으로, 캡슐화, 접촉, 및 전하 캐리어 수송 층들에 대해 이미 알려져 있다.
기본적으로, 페로브스카이트 태양 전지들 또는 페로브스카이트 흡수체의 라미네이션과 관련된 다수의 특허들 및 간행물들이 존재한다. 그 특허들 및 간행물들은 기본적으로, 페로브스카이트 층을 페로브스카이트 태양 전지들에 대한 다른 층 상에 라미네이팅하는 것, 및 전하 수송 층들 또는 액체 페로브스카이트를 갖는 페로브스카이트 층들을 라미네이팅하는 것을 다룬다.
EP 3 244 455 A1은, 무기/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 디바이스를 제조하는 방법을 설명한다. 이 방법은 다음의 단계들, 즉, a) 제1 표면 층과 제2 표면 층 사이의 접촉을 가능하게 하기 위해 제1 구조과 제2 구조를 라미네이팅하는 단계 ― 제1 구조는 물질 i) 내지 물질 v) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 표면 층을 포함하고, 제2 구조는 제1 표면 층과 독립적으로 물질 i) 내지 물질 v) 중 적어도 하나를 포함하는 제2 표면 층을 포함함 ―; 및 b) 라미네이트에 열 및 물리적 힘을 가하는 단계를 포함하며, 여기서, 제1 구조 및 제2 구조에는, i) 무기/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물, ii) 유기 할라이드, iii) 금속 할라이드, iv) 무기/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 전구체, 및 v) 금속 할라이드 전구체가 적층된다.
게다가, 특허들 및 간행물들은 대체적으로, 투명 전도성 접착제의 도움으로 페로브스카이트 층을 페로브스카이트 태양 전지들에 대한 다른 층에 결합하는 것을 논의한다.
간행물(C.O. Quiroz 등의 Interface Molecular Engineering for Laminated Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with 80.4% Fill Factor, Adv. Funct. Mater. (2019), doi:10.1002/adfm.201901476)은, 단일체 페로브스카이트/규소 탠덤 태양 전지들을 위한 폴리(스티렌술포네이트)로 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT:PSS) 및 d-소르비톨을 기재로 하는 다목적 본딩 층을 설명한다.
간행물(I.Y. Choi 등의 Two-terminal mechanical perovskite/silicon tandem solar cells with transparent conductive adhesives, Nano Energy. (2019), doi:10.1016/j.nanoen.2019.104044)은, 투명 전도성 접착제(TCA)를 사용하여 페로브스카이트 전지에 역방향으로 규소 전지를 본딩함으로써 제조되는, 2개의 단자를 갖는 페로브스카이트 및 규소로 구성된 신규한 기계적 탠덤 태양 전지를 설명한다.
US 2016/0111223 A1은 광전자 디바이스를 설명한다. 이 디바이스는, (a) 금속, 전도성 산화물, 또는 전도성 유기 화합물로 구성되는 대향 전극을 포함하는 상부 디바이스 컴포넌트; (b) 유리 또는 중합체 캐리어 기판, 투명 전도성 코팅뿐만 아니라 유리 또는 중합체 기판을 포함하는 작업 전극, 차단 층, 활성 층, 정공 전도 층을 포함하는 하부 디바이스 컴포넌트, (c) 상부 디바이스 컴포넌트와 하부 상부 디바이스 컴포넌트 사이에 배치되는 전도성 접착제, 및 (d) 전도성 접착제와 정공 전도 층 사이에 있고 그들과 접촉하는 활성 층 내로의 전자들의 주입의 용이성을 위한 접촉 층을 포함한다.
간행물(R. Schmager 등의 Laminated Perovskite Photovoltaics: Enabling Novel Layer Combinations and Device Architectures, Adv. Funct. Mater. (2020), doi:10.1002/adfm.201907481)에서, 페로브스카이트 태양 전지의 2개의 독립적으로 생성된 반쪽-적층체의 라미네이션이 부가적으로 설명된다.
페로브스카이트 기재 태양 전지들의 비교적 새로운 기술은 기본적으로, 여전히 몇몇 난제들, 예컨대, 개선된 장기 안정성 및 고온도들에서의 안정성의 보장을 극복할 필요가 있다. 더욱이, 순차적 층 증착에서의 물질 선택은 기본적으로 프로세스 또는 물질 비-상용성들에 의해 제한된다. 이는 기본적으로, 도포되는 임의의 추가적인 층이 이전 층을 파괴하지 않는 것을 보장할 필요가 있기 때문이다. 파괴는 대체적으로, 비-상용가능 용매들, 과도하게 높은 프로세스 온도들, 또는 예컨대 물리적 가스 상 증착에서의 고에너지 입자들에 의한 기계적 파괴에 기인할 수 있다.
전도성 투명 접착제를 이용한 라미네이션은 대체적으로, 부가적인 및/또는 원치 않는 광학적 및/또는 전기적 손실들을 야기할 수 있는 추가적인 층을 요구한다. "반"-건조 정공 수송 층을 통한 라미네이션은 기본적으로 가능한 정공 수송 물질들의 선택을 통해 프로세스를 제한한다. 하나의 건조 층 및 하나의 반-건조 층이 층 적층체들의 각각의 층 상에 요구되므로, 기본적으로 용매 비-상용성들을 수반하는 용매 기반 접근법만을 사용하는 것이 기본적으로 가능하다. 습윤 페로브스카이트 층의 라미네이션은 기본적으로 스케일링 업하기가 어렵다. 2개의 페로브스카이트 층의 라미네이션은 기본적으로, 둘 모두의 층 적층체들에 대한 페로브스카이트의 도포를 요구한다. 이는 첫째로는 기본적으로 더 어렵고/복잡하고, 둘째로는 기본적으로, 페로브스카이트 층 아래의 물질의 선택을 추가적으로 제한한다.
본 발명의 목적
그로부터 진행하여, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 세부적인 단점들 및 제한들을 적어도 부분적으로 극복하는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. 더 상세하게는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 그의 제조 방법은, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지들의 장기 안정성을 증가시키고 물질들 및 층들의 새로운 조합들을 가능하게 할 것이다.
본 발명의 개시내용
이러한 목적은, 독립 청구항들의 특징들을 갖는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 및 그의 제조 방법에 의해 달성된다. 추가적인 세부사항들에 대해, 종속 청구항들의 특징들, 설명의 나머지, 및 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
"갖다", "포함하다", "함유하다", 또는 "구비하다"라는 용어들 또는 이들의 임의의 문법적 변형들이 이하에서 비-배타적인 방식으로 사용된다. 그에 따라서, 이러한 용어들은, 이러한 단어들에 의해 도입되는 특징들 외의 어떠한 추가적인 특징들도 존재하지 않는 상황들 또는 하나 이상의 추가적인 특징이 존재하는 상황들과 관련될 수 있다. 예컨대, "A가 B를 갖는다", "A가 B를 포함한다", "A가 B를 함유한다", 또는 "A가 B를 구비한다"라는 표현은, B 외에 어떠한 추가적인 요소도 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 배타적으로 B로 이루어진 상황), 또는 B에 부가하여 하나 이상의 추가자적인 요소, 예컨대, 요소 C, 요소 C 및 요소 D 또는 더 추가적인 요소들이 A에 존재하는 상황과 관련될 수 있다.
게다가, "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 표현들 및 이러한 표현들의 문법적 변형들은, 이들이 하나 이상의 요소 또는 특징과 연관되어 사용될 때, 그리고 요소 또는 특징이 한 번 또는 한 번 초과로 존재할 수 있다는 것을 표현하도록 의도될 때, 일반적으로, 예컨대 특징 또는 요소의 최초 도입 시 한 번만 사용된다는 것을 주목한다. 특징 또는 요소의 임의의 후속하는 새로운 언급에서, 대응하는 표현 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"은 일반적으로, 특징 또는 요소가 한 번 또는 한 번 초과로 존재할 수 있는 가능성을 제한함이 없이, 다시 사용되지 않는다.
게다가, "바람직하게", "특히", "예컨대"라는 표현들 또는 유사한 표현들은, 대안적인 실시예들이 그에 의해 제한됨이 없이, 임의적 특징들과 함께 아래에서 사용된다. 그에 따라, 이러한 용어들에 의해 도입되는 특징들은 임의적 특징들이고, 이러한 특징들이 청구항들 및 특히 독립 청구항들의 보호 범위를 제한하려는 어떠한 의도도 존재하지 않는다. 그에 따라, 본 발명은, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인지할 바와 같이, 다른 구성들을 사용하여 또한 수행될 수 있다. 유사한 방식으로, "본 발명의 일 실시예에서"에 의해 또는 "본 발명의 일 작업 예에서"에 의해 도입되는 특징들은, 그에 의해 독립 청구항들의 대안적인 구성들 또는 보호 범위를 제한하려는 어떠한 의도도 없이, 임의적 특징들인 것으로 간주된다. 게다가, 이러한 도입 표현들은, 그에 의해 도입되는 특징들의 다른 특징들과의 임의의 가능한 조합들에 대해, 그들이 임의적인 특징이든 임의적이지 않은 특징이든 간에, 영향을 미치지 않도록 의도된다.
"제1" 및 "제2"라는 단어들은, 임의의 시퀀스 또는 우선순위를 특정함이 없는, 예컨대, 제1 요소들 또는 제2 요소들의 다수의 유형들 또는 각각에 대한 정확히 하나의 유형이 제공될 수 있다는 옵션을 배제함이 없는 단순한 설명들로서 간주되어야 한다. 더욱이, 부가적인 요소들, 예컨대, 하나 이상의 제3 요소가 존재할 수 있다.
본 발명의 제1 양상에서, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지를 제조하는 방법이 설명된다.
방법은, 이하에서 설명되는 방법 단계들을 포함할 수 있다. 방법 단계들은 특히, 특정된 시퀀스로 수행될 수 있다. 그러나, 상이한 시퀀스가 마찬가지로 고려될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 방법 단계는 시간상 겹쳐서 또는 동시에 수행될 수 있다. 게다가, 하나, 하나 초과, 또는 모든 방법 단계들이 한 번 또는 그렇지 않으면 반복적으로 수행될 수 있다. 방법은 추가적인 방법 단계들을 부가적으로 더 포함할 수 있다.
방법은 다음의 단계들을 포함한다:
a) 제1 층 적층체를 생성하는 단계 ― 제1 층 적층체는 적어도 하나의 기판, 적어도 하나의 제1 전극, 및 적어도 하나의 제1 층을 포함함 ―;
b) 제2 층 적층체를 생성하는 단계 ― 제2 층 적층체는 적어도 하나의 흡수체 층 및 적어도 하나의 제2 층을 포함함 ―.
a) 단계 에서, 페로브스카이트 층이 제1 층 적층체에 도입되거나, 또는 b) 단계에서, 페로브스카이트 층이 제2 층 적층체에 도입된다. 임의적으로, a) 단계에서, 페로브스카이트 층이 제1 층 적층체에 도입될 수 있고, b) 단계에서, 페로브스카이트 층이 제2 층 적층체에 도입될 수 있다. 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다:
c) 제1 층 적층체를 제2 층 적층체에 붙이는(apply) 단계;
d) 제1 층 적층체와 제2 층 적층체 사이에 기계적 연결, 전기적 연결로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연결이 형성되어 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지가 형성되는 그러한 방식으로 제1 층 적층체를 제2 층 적층체와 라미네이팅하는 단계.
제1 층 및 제2 층은 각각, 정공 수송 층, 전자 수송 층, 버퍼 층, 재결합 층, 전극 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 페로브스카이트 층은, 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성한다.
제2 층 적층체는 또한 적어도 하나의 제2 전극을 포함할 수 있다.
제1 또는 제2 층 적층체는 재결합 층을 포함할 수 있다.
"다중-접합 태양 전지"라는 표현은, 입사 광을 전류로 변환하는 2개 이상의 흡수체 층을 갖는 태양 전지를 지칭한다. 흡수체 층들은 특히, 층층이(one on top of another) 적층될 수 있다. 광에 대면하는 최상위 흡수체 층은 짧은 파장을 갖는 광을 흡수하고 더 긴 파의 광이 통과할 수 있게 한다. 아래의 제2 흡수체 층은 차례로, 반도체들의 경우에 밴드갭 에너지로 지칭되는 것에 의해 결정되는 제한 파장에 이르는 스펙트럼의 일부분을 흡수한다. 따라서, 다중-접합 태양 전지는 또한 "적층체 태양 전지"로서 설명될 수 있다. 특히, 그것은 정확히 2개의 흡수체 층을 갖는 다중-접합 태양 전지일 수 있다. 정확히 2개의 흡수체 층을 갖는 다중-접합 태양 전지는 탠덤 태양 전지로 또한 지칭될 수 있다. 따라서, "페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지"라는 표현은 기본적으로, 흡수체 층들들 중 적어도 하나가 페로브스카이트를 포함하는 다중-접합 태양 전지를 지칭한다. 추가적인 흡수체 층은 특히, 규소를 포함할 수 있다. 게다가, 추가적인 흡수체 층은, 태양 전지, 특히 규소 태양 전지이거나 이를 포함할 수 있다. 게다가, 추가적인 흡수체 층은 페로브스카이트를 포함할 수 있다. 게다가, 추가적인 흡수체 층은, 예컨대, 구리-인듐-갈륨 디셀레니드(CIGS)를 포함하는 유기 또는 무기 흡수체 층일 수 있다. 대체적으로, 다른 구성들이 또한 가능하다. 추가적인 흡수체 층에 대한 추가적인 가능한 물질들이 이하에서 설명된다.
"층"이라는 용어는 기본적으로 직육면체 형상의 임의의 요소를 정의하며, 1차원에서의 그 범위는 두께로 지칭된다. 층은 특히, 나노미터 범위 내지 마이크로미터 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 특히, 층은 최대 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 층은 연속적인 층일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 층은 하나 이상의 위치에서, 예컨대, 함몰부들 또는 중단부들에 의해 중단될 수 있다. 층은 기판 또는 추가적인 층에 증착되거나 도포될 수 있다. 예시적인 제조 방법들이 이하에서 상세히 설명된다.
"층 적층체"는 본 발명의 맥락에서 대체적으로, 서로에 대해 직접 도포되거나 하나 이상의 중간층의 삽입이 있는 적어도 2개의 층의 시퀀스를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 층 적층체는 동일한 물질의 다수의 층들을 포함할 수 있다. 게다가, 층 적층체는 상이한 물질들의 층들을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 실시예들이 또한 고려될 수 있다. 층 적층체는 특히, 적어도 3개의 층을 가질 수 있다. 대체적으로 상이한 수의 층들이 또한 고려될 수 있다. 층들은 계면들에 의해 서로 획정될 수 있다. 계면들은 평면형이거나 텍스처링될 수 있다. 따라서, "층 적층체"는 "층 구성"으로 또한 지칭될 수 있다. 층 적층체는 또한 부가적으로 층들 이외의 요소들을 포함할 수 있다. 특히, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 전극 및/또는 제2 전극은 임의적으로 핑거 전극, 그리드 또는 그리드형 전극의 형태를 취할 수 있다. 제1 전극 및/또는 제2 전극은 특히, 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 층들 사이에 배치될 수 있다.
제1 층 적층체의 층들은 상호 중첩된 배열로 있을 수 있다. 게다가, 제2 층 적층체의 층들은 상호 중첩된 배열로 있을 수 있다. "상호 중첩"이라는 표현은 대체적으로, 2개의 표면이 서로 대향하게 배열되는, 한 표면의 다른 표면에 대한 포지션을 지칭한다. 특히, 제1 표면과 제2 표면은 서로 직접 접촉할 수 있다. 특히, 제2 층은 제1 층 맨 위에 놓일 수 있고, 여기서, 제1 표면 및 제2 표면은 적어도 부분적으로 접촉한다. 그러한 배열에서, 제2 층은, 예컨대, 제1 층보다 더 작은 치수들, 특히, 더 짧은 길이 및/또는 폭을 가질 수 있거나 또는 그 반대가 또한 가능하다. 여기서, 제2 표면의 부분들이 제1 층에 의해 덮이지 않는 것이 가능하거나 또는 그 반대가 또한 가능하다. 게다가, 제1 층 및 제2 층은 상호 오프셋된 배열로 있을 수 있으며, 이는, 제2 층의 일부분이 제1 층의 가장자리를 넘어 돌출될 수 있거나 또는 그 반대가 또한 가능하다는 것을 의미한다.
"층 적층체의 생성"은 대체적으로, 기판 또는 다른 층에 층 적층체에 대한 하나 이상의 층의 증착 또는 도포를 포함할 수 있는 임의의 동작을 지칭한다. 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발, 회전식 코팅, 블레이드 코팅, 잉크젯 인쇄, 분무 코팅, 슬롯 다이 코팅, 롤 코팅, 그라비어 인쇄 방법들, 원자 층 증착으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다. 특히, 원자 층 증착에 의해 SnOx의 층을 도포하는 것이 가능하다.
"흡수체 층"이라는 용어는 대체적으로, 적어도 하나의 전하 캐리어 생성 층을 포함하는 임의의 층을 지칭한다.
페로브스카이트 층은 흡수체 층으로서 구축(set up)될 수 있다. "페로브스카이트 층"이라는 용어는 대체적으로, 페로브스카이트를 포함 또는 구비하는 임의의 층을 지칭한다. "페로브스카이트"라는 용어는 대체적으로 임의의 물질을 지칭한다. 일 예는 ABX3 화학 구조를 갖는 3D 페로브스카이트들이며, 여기서, X는 아이오딘, 브로민, 또는 염소(또는 이들의 임의의 혼합물)일 수 있고, B는 납 또는 주석(또는 이들의 임의의 혼합물)일 수 있고, A는 메틸암모늄, 포름아미디늄, 세슘, 칼륨, 또는 루비듐(또는 이들의 임의의 혼합물)일 수 있다. 대체적으로, 언급된 3D 페로브스카이트들의 화학 구조에서의 임의의 변형들 및 그러한 화학 구조 중의 불순물들이 또한 포함된다. 추가적인 예는, 화학 구조가 ABX3 구조와 상이하고 2D 물질들을 형성하는 저차원 페로브스카이트들의 예이다. 페로브스카이트 층은 특히, 열 증발, 회전식 코팅, 블레이드 코팅, 잉크젯 인쇄, 분무 코팅, 슬롯 다이 코팅, 롤 코팅, 그라비어 인쇄 방법들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성가능하다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다. 특히, 페로브스카이트 층은, 열 증발, 회전식 코팅, 블레이드 코팅, 잉크젯 인쇄, 분무 코팅, 슬롯 다이 코팅, 롤 코팅, 그라비어 인쇄 방법들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체에 도포될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, a) 단계에서, 페로브스카이트 층이 제1 층 적층체에 도입되거나, 또는 b) 단계에서, 페로브스카이트 층이 제2 층 적층체에 도입된다. 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체는 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 제1 층 적층체는 여러 층들을 가질 수 있고, 층들 중 하나는 페로브스카이트 층일 수 있다. 제2 층 적층체는 여러 층들을 가질 수 있고, 층들 중 하나는 페로브스카이트 층일 수 있다. 임의적으로, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체는 각각 적어도 하나의 추가적인 페로브스카이트 층을 가질 수 있다.
제2 층 적층체의 흡수체 층은 특히, 규소를 포함 또는 구비할 수 있다. 따라서, 제2 층 적층체의 흡수체 층은 "규소 층"으로 또한 지칭될 수 있다. 규소는 특히, p-n 접합 또는 p-i-n 접합을 갖는 단결정질, 다결정질, 또는 비정질 규소의 형태를 취할 수 있다. 규소는, 이하에서 상세히 제시되는 바와 같이, 평면형이거나 텍스처링될 수 있다. 게다가, 제2 층 적층체의 흡수체 층은, 태양 전지, 특히 규소 태양 전지이거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 구성들이 또한 고려될 수 있다.
"기판"이라는 용어는 대체적으로, 하나 이상의 추가적인 요소를 지탱하는 특성을 갖고 그에 따라서 기계적 안정성을 갖는 임의의 요소를 지칭한다. 제1 층 적층체의 기판은 특히, 투명 구성일 수 있다. 제1 층 적층체의 기판은 또한 가요성 기판의 형태를 취할 수 있다. 제1 층 적층체의 기판은, 중합체, 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)로 제조되었을 수 있다. 제1 층 적층체의 기판은 또한 유리로 제조되었을 수 있다. 유리는 5 ㎛ 내지 5 mm, 특히 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 제1 층 적층체의 기판은 강성 기판, 특히, 유리로 만들어진 강성 기판의 형태를 취할 수 있다.
기판은, 특히, d) 단계의 수행 이후에, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 캡슐화에 대해 구축될 수 있다. 모든 광학적 및 전기적 기능 층들의 도포 이후의 순차적 생성에 의해, 캡슐화는 물, 산소, 및/또는 반응성 물질들과 같은 외부 영향들로부터 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지를 보호하기 위해 구축될 수 있다. 라미네이션에 의하여, 기판, 특히, 유리 또는 막은, 라미네이션 직후에 이미 경계 층을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 대체적으로, 크게 단순화된 프로세스 단계 시퀀스가 가능하다. 게다가, 대체적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 안정성을 증가시키는 것이 가능하다.
기판은 특히, 착색된 기판일 수 있다. 착색된 기판은 특히, 막 및/또는 유리를 포함 또는 구비할 수 있다. 그에 따라, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 색상 또는 시각적 인지를 조정하는 것이 가능하다. 착색된 기판들을 갖는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지들은 특히, 구축-통합(building-integrated) 광기전 소자에 사용될 수 있다.
기판은 임의적으로, d) 단계의 수행 이후에 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지로부터 제거될 수 있다. 예컨대, 접착-방지 층이 기판에 도포될 수 있으며, 이는 특히, 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지로부터의 기판의 제거를 위해 구축될 수 있다.
기판, 및/또는 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 거친 표면을 가질 수 있다. 거친 표면은, 제조 프로세스로부터 발생할 수 있다. 거친 표면은 특히, 1 nm 내지 2 ㎛, 특히, 50 nm 내지 300 nm의 제곱 평균 제곱근 거칠기를 가질 수 있다. 거친 표면은 또한, 1 nm 내지 10 ㎛, 특히, 10 nm 내지 1 ㎛의 최고점과 최저점 사이(피크-대-밸리)의 거리를 가질 수 있다. 본 발명의 방법은 특정 제조 방법들에 내재할 수 있는 이러한 거칠기를 해결할 수 있고, 따라서, 산업 응용들에 대한 이익에 도움이 될 수 있다. 이는, 예컨대, 제조 방법의 결과로서 기본적으로 거친 표면을 갖는 CIGS 최하부 태양 전지들에 대해 특정 관련성을 가질 수 있다.
게다가, 기판, 및/또는 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 텍스처를 갖는 적어도 하나의 텍스처링된 표면을 가질 수 있다. 텍스처는 구체적으로 제조 프로세스에 의해 생성되었을 수 있다. 텍스처링된 표면은, 2 nm보다 큰, 특히 250 nm보다 큰 제곱 평균 제곱근 거칠기를 가질 수 있다. 게다가, 텍스처링된 표면은, 20 nm 내지 100 ㎛, 특히, 500 nm 내지 10 ㎛의 최고점과 최저점 사이(피크-대-밸리)의 거리를 가질 수 있다. 특히, 태양광에 노출되는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 외측 면 및/또는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 뒷면 및/또는 특히 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 라미네이션의 계면에 있는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지 내의 층의 표면이 텍스처링된 표면을 가질 수 있다. 특히, 제1 층 적층체의 라미네이트 형성 층의 표면 및/또는 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층의 표면은 텍스처링된 표면일 수 있다. 특히, 단일면 또는 양면 텍스처링된 규소 태양 전지들이 특정 관심 대상이며, 이들의 텍스처는 흡수를 개선할 수 있는 더 양호한 광 결합을 가능하게 한다. 그에 따라, 더 높은 효율들을 달성하는 것이 가능하다.
텍스처는 주기적으로 또는 무작위로 생성되었을 수 있다. 텍스처는 특히, 다수의 요소들을 가질 수 있다. 예컨대, 텍스처는 나노텍스처링 또는 마이크로텍스처링일 수 있다. "나노텍스처링"이라는 용어는 대체적으로, 표면의 상승부(elevation)들 및/또는 함몰부들이 1 나노미터 이상의 범위, 특히 10 nm 내지 1000 nm의 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 800 nm의 범위, 더 바람직하게는 100 nm 내지 500 nm의 범위 내의 치수들을 갖는 임의의 텍스처를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "마이크로텍스처링"이라는 용어는 대체적으로, 표면의 상승부들 및/또는 함몰부들이 1 마이크로미터 이상의 범위, 특히 2 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위, 더 바람직하게는 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위 내의 치수들을 갖는 임의의 텍스처를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 치수들은 특히, 상승부들 또는 함몰부들의 높이, 폭, 및/또는 깊이일 수 있다. 요소들은, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 층의 표면 상의 상승부로서 구성될 수 있다. 특히, 요소들은 인접한 요소들로부터 일정 거리에 있는 격리된 요소들일 수 있다. 요소들은 서로 어떠한 접촉도 없게 구성될 수 있다. 대안적으로, 요소들은 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 요소들은 특히, 원뿔형 형상, 특히 원뿔대형 형상; 사면체형 형상, 특히 피라미드형 형상; 원통형 형상, 특히 원형 원통형 형상 또는 타원형 원통형 형상; 구형 형상으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 형상을 가질 수 있다. 결과적으로, 텍스처는, 원뿔형 형상, 특히 원뿔대형 형상; 사면체형 형상, 특히 피라미드형 형상; 원통형 형상, 특히 원형 원통형 형상 또는 타원형 원통형 형상; 구형 형상으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 가질 수 있다. 대체적으로, 다른 실시예들이 또한 고려될 수 있다. 텍스처링된 표면은 자기-세정 작용을 가질 수 있다. 게다가, 텍스처링된 표면은, 특히, 광이 효과적으로 흡수될 수 있고 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 높은 효율들이 달성될 수 있도록 하기 위해, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 광학 특성들을 개선할 수 있다.
예컨대, d) 단계 동안, 적어도 하나의 텍스처가 기판 상에 형성될 수 있다. 기판은 막이거나 막을 포함할 수 있고, 막의 적어도 하나의 표면은 고온 엠보싱에 의해 라미네이팅 동안 텍스처를 수용할 수 있다. 그에 따라, 부가적인 프로세스 단계를 수행함이 없이 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 부가적인 기능성을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 텍스처링된 표면은 또한 d) 단계의 수행 이전에 기판 상에 형성되었을 수 있다. 특히, 텍스처링된 막 및/또는 텍스처링된 유리를 제공하는 것이 가능하다.
게다가, 기판, 및/또는 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 적어도 하나의 층은 결함들을 갖는 적어도 하나의 표면을 가질 수 있다. 결함들은 특히, 제조 프로세스들 또는 처리 단계들의 불완전성들로부터 또는 열화로부터 발생할 수 있다. 결함들은 특히, 불순물들, 잔류 프로세스 물질들, 스크래치들, 및/또는 이물질들, 특히 먼지 및/또는 입자들을 포함한다. 본 발명의 방법은, 특히 종래의 제조 프로세스들과 대조적으로, 결함들에 대해 기본적으로 내성이 있고, 따라서, 산업 제조에 대한 이익에 도움이 된다. 특히, 제조 장애가 감소될 수 있다.
특히, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 하나 이상의 추가적인 층은 텍스처링된 표면 및/또는 거친 표면을 가질 수 있다. 추가적인 층들은 특히, 5 ㎛보다 큰, 특히 10 ㎛보다 큰 층 두께를 갖는 층들일 수 있다. 특히, 추가적인 층은 흡수체 층, 특히 태양 전지일 수 있다. 태양 전지는, 규소 태양 전지, 페로브스카이트 태양 전지로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다른 태양 전지들이 또한 고려될 수 있다. 게다가, 추가적인 층은 페로브스카이트 층일 수 있다.
층 또는 기판의 텍스처링된 표면은 대체적으로, 부가적인 층들, 특히, 5 ㎛ 미만의 층 두께를 갖는 부가적인 층들의 도포를 통해 제1 층 적층체 내에서 또는 제2 층 적층체 내에서 계속될 수 있다.
"전극"이라는 용어는 대체적으로, 적어도 하나의 추가적인 전극과 함께 작용하는 임의의 전자 전도체 및/또는 정공 전도체를 지칭하며, 여기서, 각각의 경우에, 이러한 전극들 중 2개 사이에 매질이 존재하며, 이를 이용하여 이러한 전극들이 상호작용한다. 전극은 특히, 적어도 하나의 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다.
제1 층 적층체의 제1 전극은 특히, 투명할 수 있다. 제1 전극은 특히, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 플루오린 도핑된 주석 산화물(FTO), 수소 도핑된 인듐 산화물(IO:H), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 게다가, 제1 전극은, 금, 은, 알루미늄, 구리, 몰리브데넘(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 제1 전극은 특히, 층의 형태를 취할 수 있다. 제1 전극은 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다.
제2 층 적층체의 제2 전극은 특히, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 플루오린 도핑된 주석 산화물(FTO), 수소 도핑된 인듐 산화물(IO:H), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 게다가, 제2 전극은, 금, 은, 알루미늄, 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 제2 전극은 특히, 2개 이상의 물질의 조합물을 가질 수 있다. 조합물은, 층층이 있는 2개 이상의 물질 및/또는 서로 나란히 있는 2개 이상의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 조합물은 연속적인 ITO 층 상의 좁은 금 라인들을 포함할 수 있다. 제2 전극은 특히, 층의 형태를 취할 수 있다. 제2 전극은 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다.
제1 전극 및/또는 제2 전극은 적어도 하나의 전도성 산화물을 포함할 수 있고, 15 nm 내지 300 nm, 바람직하게는 50 nm 내지 200 nm, 더 바람직하게는 100 nm 내지 150 nm의 층 두께를 가질 수 있다. 제1 전극 및/또는 제2 전극은 또한 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있고, 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 50 nm 내지 100 nm의 층 두께를 가질 수 있다.
제1 전극 및/또는 제2 전극은 각각, 층의 형태, 특히 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 층의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 제1 전극 및/또는 제2 전극은 층 전극의 형태를 취할 수 있다. 그러나, 제1 전극 및/또는 제2 전극이 반드시 층의 형태를 취할 필요는 없다. 대안적으로, 제1 전극 및/또는 제2 전극은 핑거 전극, 바람직하게는 은(Ag)으로 만들어진 핑거 전극, 그리드 또는 그리드형 전극의 형태를 취할 수 있다. 대체적으로, 다른 실시예들이 또한 고려될 수 있다.
"재결합 층"이라는 용어는 대체적으로, 재결합, 즉, 전자들과 정공의 자발적 재결합이 발생하는 태양 전지의 임의의 층을 지칭한다. 재결합 층은 특히, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 플루오린 도핑된 주석 산화물(FTO), 수소 도핑된 인듐 산화물(IO:H), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 게다가, 재결합 층은, 금, 은, 알루미늄, 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 재결합 층은 특히, 2개 이상의 물질의 조합물을 포함할 수 있다. 조합물은, 층층이 있는 2개 이상의 물질 및/또는 서로 나란히 있는 2개 이상의 물질을 포함할 수 있다. 재결합 층은 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다. 재결합 층은 적어도 하나의 전도성 산화물을 포함할 수 있고, 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 50 nm, 더 바람직하게는 10 nm 내지 20 nm의 층 두께를 가질 수 있다. 재결합 층은 또한 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있고, 1 nm 내지 10 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 5 nm의 층 두께를 가질 수 있다.
"정공 수송 층" 및 "전자 수송 층"이라는 용어들은 대체적으로, 대응하는 전하 캐리어들의 이동을 가능하게 하는 임의의 전하 수송 층들을 지칭한다. 정공 수송 층은, 중합체, PTAA(폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민]), PEDOT:PSS(폴리(에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)), 폴리-TPD(폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘]), P3HT(폴리(3-헥실티오펜))로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 정공 수송 층은, 소분자들, 특히, 스피로-OMeTAD(2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디-4-메톡시페닐아미노)-9,9'-스피로비플루오렌)에 기반한 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 정공 수송 층은, 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산), (7) MeO-2PACz ([2-(3,6-디메톡시-9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 자기-조립 단층(self-assembly monolayer)을 포함할 수 있다. 게다가, 정공 수송 층은, 금속 산화물, 특히 산화구리(CuO), 특히 산화니켈(NiO), 아이오딘화구리(CuI), 티오시안산구리(CuSCN)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기 물질을 포함할 수 있으며, 여기서, 무기 물질은 결정질 형태로 있을 수 있거나 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 정공 수송 층은 또한, Li-TFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드), TBP(4-tert-부틸피리딘), FK209(트리스[2-(1H-피라졸-1-일)-4-tert-부틸피리딘]코발트(III), 트리스[비스(트리플루오로메틸-술포닐)이미드]), F4-TCNQ(2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄)로 이루어진 그룹으로부터의 물질들 중 하나로 도핑될 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 2개 이상의 물질의 조합물을 포함할 수 있다. 조합물은, 층층이 있는 2개 이상의 물질 및/또는 서로 나란히 있는 2개 이상의 물질 및/또는 2개 이상의 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발, 회전식 코팅, 나이프 코팅, 잉크젯 인쇄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다.
전자 수송 층은, PCBM(6,6-페닐 C61 부티르산 메틸 에스테르), ICBA(인덴-C60 비스부가물), C60으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 전자 수송 층은, 금속 산화물, 특히 산화주석(SnO2), 특히 산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기 물질을 포함할 수 있으며, 여기서, 무기 물질은 결정질 구성을 가질 수 있거나 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 2개 이상의 물질의 조합물을 포함할 수 있다. 조합물은, 층층이 있는 2개 이상의 물질 및/또는 서로 나란히 있는 2개 이상의 물질 및/또는 2개 이상의 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 열 증발, 회전식 코팅, 나이프 코팅, 잉크젯 인쇄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다.
전자 수송 층, 정공 수송 층은 각각 0 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 200 nm의 층 두께를 가질 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 치수들이 또한 고려될 수 있다.
게다가, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체는 하나 이상의 버퍼 층을 가질 수 있다. 버퍼 층은, 바쏘쿠프로인(bathocuproin)(BCP), 플루오린화리튬(LiF), 폴리플루오렌(PFN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 층은, 예컨대, Al2O3, ZnO, 또는 TiO2에 기반한 하는 나노입자들을 포함하는 적어도 하나의 무기 물질을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 버퍼 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 그리고/또는 정공 수송 층 맨 위에 도포될 수 있다. 대체적으로, 다른 구성들이 또한 고려될 수 있다.
게다가, 버퍼 층은, 정공 수송 층의 물질 또는 전자 수송 층의 물질을 포함할 수 있다. 버퍼 층은 특히, PCBM(6,6-페닐 C61 부티르산 메틸 에스테르); ICBA(인덴-C60 비스부가물); C60; 금속 산화물, 특히 산화주석(SnO2), 특히 산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 특히, 결정질 구성일 수 있거나 나노입자들을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 층은, 중합체, PTAA(폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민]), PEDOT:PSS(폴리(에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌-술포네이트)), 폴리-TPD(폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘]), P3HT(폴리(3-헥실티오펜))로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 층은, 소분자들, 특히, 스피로-OMeTAD(2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디-4-메톡시페닐아미노)-9,9'-스피로비플루오렌)에 기반한 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 층은, 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산), (7) MeO-2PACz ([2-(3,6-디메톡시-9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 자기-조립 단층을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 층은, 금속 산화물, 특히 산화구리(CuO), 특히 산화니켈(NiO), 아이오딘화구리(CuI), 티오시안산구리(CuSCN)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기 물질을 포함할 수 있으며, 여기서, 무기 물질은 결정질 형태로 있을 수 있거나 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 버퍼 층은 부가적으로, Li-TFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드), TBP(4-tert-부틸피리딘), FK209(트리스[2-(1H-피라졸-1-일)-4-tert-부틸피리딘]코발트(III), 트리스[비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드]), F4-TCNQ(2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄)로 이루어진 그룹으로부터의 물질들 중 하나로 도핑되었을 수 있다.
버퍼 층은, 0 nm 내지 30 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 20 nm의 층 두께를 가질 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 치수들이 또한 고려될 수 있다.
게다가, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체는 하나 이상의 부동화 층을 가질 수 있다. 부동화 층은, PEAI/PEABr/PEACl(페닐에틸암모늄 아이오딘화물/브로민화물/염화물), OAI/OABr/OACl(옥틸암모늄 아이오딘화물/브로민화물/염화물), BAI/BABr/BACl(부틸암모늄 아이오딘화물/브로민화물/염화물), LiF(플루오린화리튬), PMMA(폴리(메틸 메타크릴레이트)), Al2O3(산화알루미늄), 루이스(Lewis) 염기들, 루이스 산들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 부동화 층은, 예컨대, 전자 수송 층 맨 위에 그리고/또는 정공 수송 층 맨 위에 도포될 수 있다. 대체적으로, 다른 구성들이 또한 고려될 수 있다. 부동화 층은 표면 기능화(functionalization)에 사용될 수 있다. 이는 기본적으로, 인접한 층의 화학적 특성들을 변경한다. 부동화 층은 특히, 회전식 코팅, 열 증발, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 나이프 코팅, 잉크젯 인쇄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 증착 방법에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 대체적으로, 다른 방법들이 또한 고려될 수 있다.
부동화 층은 1 nm 내지 10 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 5 nm의 층 두께를 가질 수 있다.
위에 제시된 바와 같이, c) 단계에서, 제1 층 적층체는 제2 층 적층체에 붙여진다. 이와 관련하여 "붙인다"라는 용어는, 2개의 층 적층체를 층층이 적층하는 것을 지칭한다.
제1 층 적층체는 제1 종결 층을 가질 수 있다. 제2 층 적층체는 제2 종결 층을 가질 수 있다. "종결 층"이라는 표현은 대체적으로, 층의 길이방향 측에 의해 층 적층체 또는 층 구성의 외부 환경에 인접하는 다수의 상호 중첩된 층들을 포함하는 층 적층체 또는 층 구성의 임의의 층에 관한 것이다. c) 단계에서, 제1 층 적층체는, 제1 층 적층체의 제1 종결 층 및 제2 층 적층체의 제2 종결 층이 서로 인접하는 그러한 방식으로 제2 층 적층체에 붙여질 수 있다. "서로 인접"이라는 표현과 관련하여, 위의 "상호 중첩"이라는 용어의 정의와 유사하게 참조가 이루어진다.
페로브스카이트 층은 제1 종결 층을 형성할 수 있고, 전자 수송 층 또는 정공 수송 층은 제2 종결 층을 형성할 수 있다. 이는 또한 뒤바뀔 수 있는데, 즉, 페로브스카이트 층이 제2 종결 층을 형성할 수 있고, 전자 수송 층 또는 정공 수송 층이 제1 종결 층을 형성할 수 있다. 게다가, 제1 종결 층 또는 제2 종결 층은 각각 버퍼 층들일 수 있다.
제1 층 및/또는 제2 층이 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 추가적인 층들에 도포되는 것이 가능하다. 따라서, 제1 층 및/또는 제2 층이 반드시 페로브스카이트 층에 도포될 필요는 없다. 라미네이션에 의해, 대체적으로, 제1 층 및/또는 제2 층을 페로브스카이트 층에 도포하는 것이 가능하다. 대체적으로, 진공 페이즈로부터 무기 정공 수송 층들 및/또는 전자 수송 층들을 생성하는 것이 가능하다. 여기서, 콤팩트한 특성들로 고수준의 품질이 존재할 수 있다. 이는, 예컨대 나노입자들을 사용하므로 항상 다공성 층들을 생성하는 액체 상으로부터의 물질들로는 기본적으로 불가능하거나 제한된 정도로만 가능하다. 콤팩트한 층들은 대체적으로 컴포넌트 아키텍처의 안정성에 기여할 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 층은 제1 층 맨 위에 그리고/또는 제2 층 맨 위에 도포될 수 있다. 그러나, 다른 설계들이 또한 고려될 수 있다.
위에 제시된 바와 같이, d) 단계에서, 제1 층 적층체는 제2 층 적층체 상에 라미네이팅된다. "라미네이팅"이라는 용어는 대체적으로, 특히 접착제들과 같은 추가적인 보조 물질들 없이 적어도 2개의 요소를 결합하는 임의의 점착성(cohesive) 열 방법을 지칭한다. 2개의 요소는 층층이 고온 프레스(hot press) 내로 도입될 수 있고, 결합 방법은 온도 및 압력의 작용 하에서 실행될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, "라미네이팅"이라는 용어는 특히, 제1 층 적층체의 제1 종결 모습(sight)을 제2 층 적층체의 제2 종결 층에 결합하는 임의의 점착성 열 방법을 지칭한다. "기계적 연결"이라는 용어는 대체적으로, 요소들의 적절한 동작 시에 2개 이상의 요소의 분리가 방지되는 그러한 방식으로의 2개 이상의 요소 사이의 연결을 지칭한다. "전기적 연결"이라는 용어는 대체적으로, 요소들 사이에 전기적 접촉이 설정되는 그러한 방식으로의 2개 이상의 요소 사이의 연결을 지칭하며, 이는, 접촉 구역을 통해 전하 캐리어가 요소들 사이에서 수송될 수 있다는 것을 의미한다. d) 단계 동안, 대체적으로, 2개 초과의 층 적층체가 서로 라미네이팅되는 것이 또한 가능하다. 특히, 제1 층 적층체 및 제2 층 적층체는 d) 단계 동안 적어도 하나의 추가적인 층 적층체, 특히, 적어도 하나의 제3 층 적층체에 라미네이팅될 수 있다.
라미네이션을 위해, 제1 층 적층체 및 제2 층 적층체는 고온 프레스 내로 도입될 수 있다. 압력 및 온도의 작용 하에서, 페로브스카이트 층은 제1 층 적층체와 제2 층 적층체 사이의 기계적 및 전기적 연결의 결과로 재결정화될 수 있다. 고온 프레스는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 가질 수 있다. 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 먼저, 특히 5 MPa 내지 20 MPa의 유지 압력으로 가열될 수 있다. 프로세스 온도의 달성 시, 압력이 프로세스 압력으로 증가될 수 있다. 프로세스 온도는 특히, 50 ℃ 내지 300 ℃, 특히 60 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다. 프로세스 압력은 특히, 10 MPa 내지 250 MPa, 특히 20 MPa 내지 150 MPa일 수 있다. 프로세스는 특히, 1 s 내지 2 h, 특히 5 min 내지 30 min의 기간에 걸쳐 실시될 수 있다. 예컨대, d) 단계는, 90 ℃의 프로세스 온도, 80 MPa의 프로세스 압력에서 10 min의 지속기간 동안 실시될 수 있다. 후속하여, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 냉각될 수 있고, 압력은 소산될 수 있다. 여기서, 시퀀스는 변할 수 있다. 예컨대, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지가 먼저 냉각될 수 있고, 이어서 압력이 소산될 수 있다. 대안적으로, 압력이 먼저 소산될 수 있고, 이어서 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지가 냉각될 수 있다.
위에 제시된 바와 같이, 페로브스카이트 층은 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성한다. "라미네이트 형성 층"이라는 표현은 대체적으로, 온도 및 압력의 작용 하에서 제2 층 적층체의 층에 점착성으로 본딩되는 제1 층 적층체의 층을 지칭한다. 게다가, "라미네이트 형성 층"이라는 표현은, 온도 및 압력의 작용 하에서 제1 층 적층체의 층에 점착성으로 본딩되는 제2 층 적층체의 층을 지칭할 수 있다. 제1 작업 예에서, 페로브스카이트 층은 제1 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성할 수 있고, 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층은 페로브스카이트 층이 아닐 수 있다. 제2 작업 예에서, 페로브스카이트 층은 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성할 수 있고, 제1 층 적층체의 라미네이트 형성 층은 페로브스카이트 층이 아닐 수 있다. 특히, 라미네이트 형성 층은 제1 층 적층체의 제1 종결 층 또는 제2 층 적층체의 제2 종결 층일 수 있다. 게다가, 라미네이트 형성 층은 제1 층 적층체의 제1 종결 층 또는 제2 층 적층체의 제2 종결 층일 수 있고, 표면 처리를 포함할 수 있다. 대안적으로, 추가적인 층이 페로브스카이트 층 맨 위에 도포되었을 수 있다. 추가적인 층은 특히, 버퍼 층, 부동화 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 대체적으로, 추가적인 작업 예들이 또한 고려될 수 있다. 특히, 페로브스카이트 층은, 제1 층 적층체의 제1 종결 층; 제2 층 적층체의 제2 종결 층; 제1 종결 층에 인접한 제1 층 적층체의 층; 제2 종결 층에 인접한 제2 층 적층체의 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 층일 수 있다. 제1 종결 층에 인접한 제1 층 적층체의 층 및 제2 종결 층에 인접한 제2 층 적층체의 층은 또한, 제1 및 제2 종결 층들 아래의 층들로 지칭될 수 있다. 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체는 임의적으로, 추가적인 페로브스카이트 층들을 부가적으로 포함할 수 있다.
다중 라미네이션에 의해, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 단일체 (n+1)-단자 상호연결로 제조될 수 있으며, 여기서, n은 흡수체 층들의 수이다. 그에 따라, (n+1)개의 접촉부를 갖는 직렬 상호연결을 생성하는 것이 가능하다. 각각의 전극 또는 전극들 사이의 접촉 연결 및/또는 상호연결은 층 적층체들의 변위에 의해 실시될 수 있다. 대체적으로, 다른 접근법들이 또한 고려될 수 있다.
d) 단계의 수행 이전에, 페로브스카이트 층의 페로브스카이트는 고체 상으로 있을 수 있다. "상"이라는 용어는 여기서, 온도 및/또는 압력의 단순한 변화에 의해 상이한 물질 상태로 변환될 수 있는 물질의 물질 상태를 지칭한다. 따라서, 페로브스카이트 층은 고체 층일 수 있다. 게다가, 제1 층 적층체의 추가적인 층, 특히 제1 전극 및/또는 제1 층, 및/또는 제2 층 적층체의 추가적인 층, 특히 제2 전극, 및/또는 흡수체 층, 및/또는 재결합 층 및/또는 버퍼 층 및/또는 제2 층은 d) 단계의 수행 이전에 고체 상으로 있을 수 있다. d) 단계 동안, 제1 층 적층체와 제2 층 적층체 사이의 연결은 고체 페로브스카이트 층을 재결정화함으로써 실시될 수 있다. a) 단계 내지 d) 단계는 접착제가 없는 방법 단계들일 수 있다. "접착제가 없는 방법 단계"라는 표현은 여기서 대체적으로, 임의의 접착제의 사용 또는 도포 없이 실시되는 방법 단계를 지칭한다. 또한 적층체의 다른 층들에서의 첨가물로서의 부가적인 접착제의 사용을 없애는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 추가적인 접착제 층을 없애는 것이 가능하다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지에서, 특히, 광학적 및 전기적 기능 층들만이 단독으로 존재할 수 있다. 따라서, 부가적인 광학적, 기계적, 및/또는 전기적 손실이 기본적으로 회피될 수 있다. 이는 대체적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 높은 안정성으로 이어질 수 있다. 게다가, 대체적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 그에 따라, 본 발명의 방법은, 제1 층 적층체를 제2 층 적층체에 본딩함에 있어서 어떠한 액체 상도 존재하지 않으므로 스케일러블 프로세스일 수 있다. 게다가, 컴포넌트 구조는 단순한 것일 수 있다. 제조 비용들이 대체적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 방법에 의해, 대체적으로, 상이한 구성들로의 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지들의 제조가 가능하다. 본 발명의 방법은, 기존 방법들에 의해 기본적으로 획득불가능한, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 신규한 구성들을 가능하게 한다.
라미네이팅은, 콤팩트한 그리고/또는 응집성(coherent) 층들로 구성된 전자 수송 층들 및/또는 정공 수송 층들을 또한 생성할 수 있다. 특히, 층들은 비-다공성 층들일 수 있다. 특히, 층들은 나노 및/또는 마이크로 입자 기반 층들이 아닐 수 있다. 특히, 페로브스카이트, 전자 수송 층 ― 전자 수송 층은, SnO2, TiO2, 카드뮴-셀레늄 양자점들(CdxSey), 산화텅스텐(WxOy), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 산화주석(ZnO)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함함 ―, 및 정공 수송 층 ― 정공 수송 층은, 산화니켈(NiOx), 산화구리(Cu2O), 티오시안산구리(CuSCN), 산화구리(CuOx), 구리 크로뮴 산화물(Cu:CrOx), 몰리브데넘(VI) 산화물(MoO3), 산화바나듐(VxOy), 니켈 프탈로시아닌(NiPc)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 추가적인 물질을 포함함 ― 을 포함하는 조합들을 생성하는 것이 가능하다.
그에 따라, 제조 방법의 프로세스 시퀀스에서 대체적으로, 새로운 자유도가 가능하다. 게다가, 대체적으로, 더 빠른 제조 프로세스 시퀀스들이 가능하다. 또한, 대체적으로, 더 낮은 프로세스 온도들 또는 낮은 에너지 사용, 기계적으로 안정적인 컴포넌트들, 및/또는 안정적인 컴포넌트 아키텍처들을 달성하는 것이 가능하다.
페로브스카이트 층은 800 nm 내지 10 ㎛, 특히 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 층 두께를 가질 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 층은 50 nm 내지 800 nm, 특히 500 nm 내지 600 nm의 층 두께를 가질 수 있다. 두꺼운 페로브스카이트 층에 의해, 흡수체 층의 상부 면 상의 텍스처 또는 거칠기의 균형을 맞추고 적어도 사실상 완전한 커버리지를 보장하는 것이 가능하다. 페로브스카이트 층은 본원에서 흡수체 층의 텍스처에 적응할 수 있고, 흡수체 층의 텍스처로부터 멀리 떨어진 측 상에 정의된/제어된 텍스처, 예컨대, 평면형, 거친, 또는 구조화된 텍스처를 가질 수 있다. 제1 층 적층체 맨 위에 또는 제2 층 적층체 맨 위에 두꺼운 페로브스카이트 층을 도포하는 것이 가능하며, 이는, 적어도 사실상 라미네이션 프로세스에서의 결함들 없이 흡수체 층의 텍스처에 적응한다. 이는 다른 방법들에 의해서는 기본적으로 불가능하다. 그에 따라, 발광 효능 및/또는 각도-의존적 발광 효능 및 그에 따른 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 효율을 증가시키는 것이 가능하다.
게다가, 층 적층체는 대체적으로 반복적으로 라미네이팅될 수 있다. 특히, 층 적층체는 다른 층 적층체 상에 반복적으로 라미네이팅될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 기판, 예컨대, 평면형 규소 웨이퍼, 평면향 유리, 또는 다른 기판을 사용하는 것이 가능하며, 이러한 기판 상에, 예컨대, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), FTO, ITO, SnO2, NiOx의 비-점착 층이 도포될 수 있다. 또한, 대체적으로, 층 적층체가 라미네이션 이후에 유닛으로서 비-점착 층으로부터 다시 탈착될 수 있는 추가적인 층들이 가능하다. 추가적인 층 적층체 상에서의 층 적층체의 다중 라미네이션에 의해, 예컨대, 2개 초과의 흡수체 층을 가질 수 있는 다중-접합 태양 전지를 제조하는 것이 가능하다.
페로브스카이트 층은 평면형 층의 형태를 취할 수 있다. 특히, 페로브스카이트 층 상에 탈착가능한 층을 라미네이팅함으로써 페로브스카이트 층의 평면형 형태를 생성하는 것이 가능하다. 그에 따라, 거친 페로브스카이트 층으로부터 발생하는 다중-접합 태양 전지의 처리에서의 제한을 회피하는 것이 가능하다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 특히, 2개 초과의 흡수체를 가질 수 있다. 2개 초과의 흡수체를 갖는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 특히, 서로 라미네이팅되는 2개 초과의 층 적층체를 가질 수 있다. 그에 따라, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 특히, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 2개 초과의 흡수체를 가질 수 있다. 대체적으로, 다른 구성들이 또한 고려될 수 있다. 예컨대, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 3개의 흡수체, 즉, 페로브스카이트 층, 제1 흡수체 층, 및 제2 흡수체 층을 가질 수 있다. 제1 및/또는 제2 흡수체 층들은, 페로브스카이트, 결정질 또는 비정질 규소, 구리-인듐-갈륨 디셀레나이드(CIGS), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 비화갈륨(GaAs), 게르마늄(Ge), 인듐 갈륨 비소화물(InGaAs), 인듐 갈륨 인화물(InGaP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 대체적으로, 다른 물질들이 또한 고려될 수 있다. 층 적층체들은 특히, 층층이 배치될 수 있다.
추가적인 양상에서, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지가 제안된다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 적어도 하나의 제1 층 적층체를 포함한다. 제1 층 적층체는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제1 층을 갖는다. 게다가, 제1 층 적층체는 적어도 하나의 기판을 가질 수 있다. 또한, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 적어도 하나의 제2 층 적층체를 포함한다. 제2 층 적층체는 적어도 하나의 흡수체 층 및 적어도 하나의 제2 층을 갖는다. 게다가, 제2 층 적층체는 적어도 하나의 제2 전극을 가질 수 있다. 또한, 제2 층 적층체는 재결합 층을 가질 수 있다. 제1 층 적층체는 제2 층 적층체에 붙여졌다. 제1 층 적층체는, 제1 층 적층체와 제2 층 적층체 사이에 기계적 연결, 전기적 연결로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연결이 형성되는 그러한 방식으로 제2 층 적층체 상에 라미네이팅되었다. 제1 층 및 제2 층은 각각, 정공 수송 층, 전자 수송 층, 버퍼 층, 재결합 층, 전극 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체는 페로브스카이트 층을 갖는다. 페로브스카이트 층은, 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성한다.
페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지는, 이미 설명된 또는 아래에서 또한 설명될 바와 같이 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지를 제조하는 방법에 의해 제조가능하다. 따라서, 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지의 구성들 및 설계들의 추가적인 세부사항들에 대해, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지를 제조하는 방법의 위의 설명 및 후속하는 설명에 대해 유사하게 참조가 이루어질 수 있다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 일 작업 예에서, 제1 층 적층체는 제1 전극을 포함할 수 있다. 특히, 제1 전극은 기판 맨 위에 도포되었을 수 있다. 특히, 기판은 유리, 특히, 가요성 유리를 포함할 수 있다. 특히, 기판은 50 ㎛ 내지 5 mm, 특히 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 특히, 제1 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 특히, 제1 전극은 100 nm 내지 500 nm, 특히 120 nm 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 작업 예에서의 제2 층 적층체는 추가적인 기판, 제2 전극, 흡수체 층, 및 재결합 층인 제2 층을 포함할 수 있다. 추가적인 기판은 유리를 포함할 수 있다. 특히, 추가적인 기판은 50 ㎛ 내지 5 mm, 특히 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 제2 전극은 특히 몰리브데넘(Mo)을 포함할 수 있다. 제2 전극은 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛, 특히 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 특히, 흡수체 층은 구리-인듐-갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지를 포함할 수 있다. CIGS 태양 전지는 특히 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. CIGS 태양 전지의 표면은 특히, 1 nm 내지 2 ㎛의 제곱 평균 제곱근 거칠기를 가질 수 있다. 표면은 특히, 추가적인 기판으로부터 멀리 떨어진 표면일 수 있다. 제2 층, 특히 재결합 층은 특히, CIGS 태양 전지의 표면 상에 놓일 수 있다. 제2 층은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 재결합 층은 특히 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 재결합 층은 특히 15 nm 내지 100 nm, 특히 30 nm 내지 70 nm의 두께를 가질 수 있다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체들 및 제2 층 적층체들은 각각 부가적으로, 추가적인 층들, 특히, 특히 100 nm 내지 2 ㎛, 특히 300 nm 내지 800 nm의 두께를 갖는 적어도 하나의 페로브스카이트 층, 적어도 하나의 정공 수송 층 및/또는 적어도 하나의 전자 수송 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 산화니켈(NiOx)로 구성된 정공 수송 층은 특히 10 nm 내지 50 nm, 특히 20 nm 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 정공 수송 층은 특히 자기-조립 단층, 특히 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)를 포함할 수 있다. 2PACz로 구성된 정공 수송 층은 특히, 산화니켈로 구성된 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있고, 그러므로, 이중 정공 수송 층을 형성한다. 전자 수송 층은 특히 산화주석(SnOx)을 포함할 수 있고, 특히 10 nm 내지 50 nm, 특히 30 nm 내지 40 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 전자 수송 층은 특히 풀러렌(C60)을 포함할 수 있고, 특히 10 nm 내지 30 nm, 특히 20 nm 내지 25 nm의 두께를 가질 수 있다. 산화주석으로 구성된 전자 수송 층은 특히, 풀러렌으로 구성된 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있고, 그러므로, 이중 전자 수송 층을 형성할 수 있다.
예컨대, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 정공 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 전자 수송 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 전자 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 정공 수송 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 정공 수송 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 전자 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 전자 수송 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 정공 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 정공 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 전자 수송 층 및 추가적인 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 전자 수송 층 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 정공 수송 층 및 추가적인 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층은 특히, 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 정공 수송 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 전자 수송 층, 페로브스카이트 층, 및 추가적인 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 전자 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층은 특히, 페로브스카이트 층 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층 및 추가적인 페로브스카이트 층은 특히, 순차적 라미네이션에 의해 연속적으로 도포될 수 있다.
대안적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 작업 예에서, 제1 층 적층체는 전자 수송 층을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 특히, 제1 전극 맨 위에 놓일 수 있다. 제2 층 적층체는 정공 수송 층, 페로브스카이트 층, 및 추가적인 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히, 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층은 특히, 페로브스카이트 층 맨 위에 놓일 수 있다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 추가적인 작업 예에서, 제1 층 적층체는 기판, 제1 전극, 2개의 제1 층, 및 페로브스카이트 층을 포함할 수 있다. 특히, 제1 전극은 기판 맨 위에 도포되었을 수 있다. 특히, 2개의 제1 층은 제1 전극 맨 위에 도포되었을 수 있다. 특히, 페로브스카이트 층은 2개의 제1 층 맨 위에 도포되었을 수 있다. 2개의 제1 층은 특히 전자 수송 층들, 특히, 2개의 본질적으로 상호 중첩된 전자 수송 층일 수 있다.
기판은 특히 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함할 수 있다. 특히, 기판은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 막이거나 이를 포함할 수 있다. 기판은 특히 125 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극은 특히 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 제1 전극은 특히 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
2개의 제1 층은 특히 2개의 전자 수송 층, 특히, 제1 전자 수송 층 및 제2 전자 수송 층일 수 있다. 제1 전자 수송 층은 특히 산화주석(SnOx)을 포함할 수 있다. 제1 전자 수송 층은 특히 35 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 전자 수송 층은 특히 풀러렌(C60)을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송 층은 특히 20 nm의 두께를 가질 수 있다.
페로브스카이트 층은 특히 Cs0.1(MA0.17FA0.83)0.9Pb(I0.83Br0.17)3을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 층은 특히 370 nm의 두께를 가질 수 있다.
제2 층 적층체는 특히, 제2 전극, 흡수체 층, 및 3개의 제2 층을 포함할 수 있다. 흡수체 층은 특히, 제2 전극 맨 위에 도포되었을 수 있다. 3개의 제2 층은 특히, 흡수체 층 맨 위에 도포되었을 수 있다. 3개의 제2 층은 특히 2개의 정공 수송 층 및 1개의 재결합 층, 특히, 3개의 본질적으로 상호 중첩된 제2 층일 수 있다.
제2 전극은 특히 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 제2 전극은 특히 70 nm의 두께를 가질 수 있다.
흡수체 층은 특히 규소 태양 전지를 포함할 수 있다. 규소 태양 전지는 특히 다음의 아키텍처, 즉, a-Si:H<n>/a-Si:H<i>/c-Si 웨이퍼 <n>/a-Si:H<i>/a-Si:H<p>를 가질 수 있다. 접합은 헤테로 접합일 수 있다. 규소 태양 전지는 특히 양 측들 모두 상에서 연마되었을 수 있다. 규소 태양 전지는 특히 280 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
재결합 층은 특히 흡수체 층 맨 위에 놓일 수 있다. 재결합 층은 특히 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 재결합 층은 특히 30 nm의 두께를 가질 수 있다.
2개의 정공 수송 층은 특히, 재결합 층, 특히 제1 정공 수송 층 및 제2 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제1 정공 수송 층은 특히, 재결합 층 맨 위에 놓일 수 있고, 제2 정공 수송 층은 특히, 제1 정공 수송 층 맨 위에 놓일 수 있다. 제1 정공 수송 층은 특히 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 제1 정공 수송 층은 특히 20 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 정공 수송 층은 특히 자기-조립 단층, 특히 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)를 포함할 수 있다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 추가적인 작업 예에서, 기판은 유리로 제조되었을 수 있다. 기판은 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 제1 전극은 100 nm 또는 150 nm의 두께를 가질 수 있다. 전자 수송 층은 산화주석(SnO2)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 10 nm 또는 20 nm의 두께를 포함할 수 있다. 페로브스카이트 층은 350 nm 또는 700 nm의 두께를 가질 수 있다. 정공 수송 층은 PTAA(폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민])를 포함할 수 있고, 5 nm 또는 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 추가적인 정공 수송 층을 가질 수 있다. 추가적인 정공 수송 층은 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 추가적인 정공 수송 층은 10 nm 또는 20 nm의 두께를 가질 수 있다. 재결합 층은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 재결합 층은 15 nm 또는 70 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 규소 태양 전지를 포함할 수 있다. 규소 태양 전지는 200 ㎛ 또는 300 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 추가적인 작업 예에서, 기판은 유리로 제조되었을 수 있다. 기판은 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 제1 전극은 100 nm의 두께를 가질 수 있다. 전자 수송 층은 산화주석(SnO2)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 층은 350 nm의 두께를 가질 수 있다. 정공 수송 층은 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층은 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 재결합 층은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 재결합 층은 15 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 규소 태양 전지를 포함할 수 있다. 규소 태양 전지는 200 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 추가적인 재결합 층을 가질 수 있다. 추가적인 재결합 층은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 추가적인 재결합 층은 15 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 추가적인 정공 수송 층을 포함할 수 있다. 추가적인 정공 수송 층은 PTAA(폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민])를 포함할 수 있다. 추가적인 정공 수송 층은 5 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 흡수체 층을 가질 수 있다. 흡수체 층은 페로브스카이트를 포함할 수 있다. 흡수체 층은 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 추가적인 전자 수송 층을 가질 수 있다. 추가적인 전자 수송 층은 산화주석(SnO2)을 포함할 수 있다. 추가적인 전자 수송 층은 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 전극은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 제2 전극은 100 nm의 두께를 가질 수 있다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지는 추가적인 기판을 가질 수 있다. 추가적인 기판은 폴리에틸렌 나프탈레이트로 제조되었을 수 있다. 추가적인 기판은 125 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
제안된 디바이스들 및 제안된 방법들은 알려져 있는 디바이스들 및 방법들에 비해 다수의 장점들을 갖는다.
예를 들면, 물질 비-상용성들이 대체적으로 감소될 수 있고, 대체적으로, 개별 층들에 대한 생성 프로세스들의 선택에서 자유도를 얻는 것이 가능하다. 순차적 생성을 통한 전하 수송 층들, 전극들, 및 재결합 층의 선택에서의 제한이 없어질 수 있다. 페로브스카이트 태양 전지의 페로브스카이트 흡수체를 규소 태양 전지 상에 라미네이팅하고 그에 따라 탠덤 페로브스카이트-규소 태양 전지를 제조하는 것이 가능하다. 상당히 더 강건하고 더 안정적인 산화물 전하 캐리어 수송 층들을 2개의 별개의 층 적층체에 포함시키는 것이 가능하다. 추가적인 전하 캐리어 수송 층들 및 전극 층들, 버퍼 층들, 부동화 층들, 접촉 층들, 및/또는 캡슐화 층들의 물질들의 선택이 증가하는 것이 또한 가능해질 수 있다. 전극 층들, 버퍼 층들, 및/또는 부동화 층들은 대체적으로, 제1 층 적층체 및/또는 제2 층 적층체의 페로브스카이트 층 아래에서 더 높은 온도들에서 처리될 수 있다. 더 높은 온도들에서 처리되는 전극 층들, 버퍼 층들, 및/또는 부동화 층들의 특성들은 대체적으로, 층 적층체 상에서 더 낮은 온도들에서 처리되는 전극 층들, 버퍼 층들, 및/또는 부동화 층들과 비교하여 개선될 수 있다. 대체적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 개선된 장기 안정성을 달성하는 것이 부가적으로 가능하다.
라미네이션 방법은 특히, 대체적으로 업스케일링 프로세스들, 예컨대 롤-투-롤 제조에서 적합하다. 게다가, 층 적층체들의 별개의 생성에 의해 병렬화가 달성될 수 있다. 더 큰 물질 선택은 특히, 층들의 생성을 위한 가능한 프로세스들의 더 큰 선택을 가져온다. 라미네이션은 프로세스 선택을 증가시킨다. 특히 라미네이팅 동안의 고체 상의 물질들의 사용은, 대체적으로 스케일러블 프로세스를 가능하게 한다. 그에 따라, 액체 상 프로세스들에서의 균질성 문제들이 회피될 수 있다. 다중-접합 태양 전지들은 대체적으로 저렴하게, 그와 동시에 높은 처리량으로 제조될 수 있다.
라미네이션은 대체적으로 신규한 태양 전지 아키텍처들을 가능하게 한다. 이는 대체적으로, 더 높은 효율들 및 개선된 안정성의 가능성을 열어준다.
페로브스카이트 층이 제1 층 적층체 또는 제2 층 적층체의 라미네이트 형성 층을 형성한다는 사실은 대체적으로, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지에 대한 자유로운 물질 선택 및 정공 수송 층, 전자 수송 층, 버퍼 층, 재결합 층 또는 전극의 증착을 위한 증착 방법들의 자유로운 선택으로 이어진다. 대체적으로, 전하 캐리어-선택 층, 특히 정공 수송 층 또는 전자 수송 층, 및 전극/재결합 층을 페로브스카이트 층에 도포하는 것이 가능하다. 라미네이팅에 의하여, 시간 관점들에서 미리 그리고/또는 공간 관점들에서 페로브스카이트 층 아래에, 요구되는 층들을 생성하는 것이 가능하다. 이는 대체적으로 비-상용성들을 최소화하고, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 층들에 대한 가능한 물질 및/또는 생성 방법들의 선택을 증가시킬 수 있다. 게다가, 추가적인 라미네이트 형성 층이 반드시 페로브스카이트 층 맨 위에 생성될 필요는 없고, 각각의 경우에, 라미네이팅될 층 적층체들 중 하나의 층 적층체 맨 위에 도포될 수 있으므로, 그 층의 물질 선택이 대체적으로 증가될 수 있다.
본 발명의 실시예들
본 발명의 추가적인 임의적 세부사항들 및 특징들은 후속하는 바람직한 작업 예들의 설명으로부터 명백할 것이다. 도면들은 다음을 도시한다:
도 1a 내지 도 1d는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 제조를 위한 본 발명의 방법이다.
도 2a 내지 도 2h는 제1 층 적층체 및 제2 층 적층체의 예시적인 작업 예들이다.
도 3은 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 예시적인 작업 예이다.
도 4a 및 도 4b는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 제1 층 적층체 및 제2 층 적층체의 추가적인 예시적인 작업 예(도 4a) 및 예시적인 작업 예에 대한 측정 데이터(도 4b)이다.
도 5a 내지 도 5h는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 제1 층 적층체 및 제2 층 적층체의 추가적인 예시적인 작업 예들이다.
도 1a 내지 도 1d는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 제조를 위한 본 발명의 방법을 도시한다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 도 1c에 도시된다. 도 1a는 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)를 도시한다. 도 1b는 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)의 라미네이팅을 도시하고, 도 1d는 그래프에서 프로세스 파라미터들의 예시적인 예를 도시한다.
제1 층 적층체(112)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(116) 맨 위에 도포되었다. 제1 층 적층체(112)는, 기판(116) 맨 위의 층의 형태를 취할 수 있는 제1 전극(118)을 갖는다. 게다가, 제1 층 적층체(112)는 제1 층(120)을 갖는다. 제1 층(120)은 제1 전극(118) 맨 위에 형성될 수 있다. 이러한 작업 예에서, 제1 층(120)은 정공 수송 층(122)일 수 있다. 게다가, 이러한 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 페로브스카이트 층(124)을 가질 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 제1 층 적층체(112)의 제1 종결 층(126)을 형성할 수 있다.
제2 층 적층체(114)는 제2 전극(128)을 가질 수 있다. 게다가, 제2 층 적층체(114)는 흡수체 층(130)을 갖는다. 흡수체 층(130)은 제2 전극(128) 맨 위에 형성될 수 있다. 게다가, 제2 층 적층체(114)는 재결합 층(132)을 갖는다. 재결합 층(132)은 흡수체 층(130) 맨 위에 형성될 수 있다. 게다가, 제2 층 적층체(114)는 제2 층(134)을 갖는다. 이러한 작업 예에서, 제2 층(134)은 전자 수송 층(136)일 수 있다. 제2 층(134)은 재결합 층(132) 맨 위에 형성될 수 있다. 제2 층(134)은 제2 층 적층체(114)의 제2 종결 층(138)을 형성할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 라미네이션을 위해, 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)가 고온 프레스 내로 도입될 수 있다. 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)는, 제1 층 적층체(112)의 제1 종결 층(126) 및 제2 층 적층체(114)의 제2 종결 층(138)이 서로의 맨 위에 놓이도록 층층이 배치될 수 있다. 도 1b는 고온 프레스의 하부 플레이트(140) 및 상부 플레이트(142)를 도시한다. 압력 및 온도 하에서, 페로브스카이트 층은 재결정화될 수 있고, 제1 층 적층체(112)와 제2 층 적층체(114) 사이에 기계적 및 전기적 연결이 형성될 수 있다.
도 1c는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)를 도시한다. 입사 광은 화살표(144)로 개략적으로 도시된다.
도 1d는 min 단위의 시간(t)의 함수로서 ℃ 단위의 온도(T) 및 MPa 단위의 압력의 프로세스 파라미터들의 예시적인 그래프를 도시한다. 방법은 3개의 페이즈로 분할될 수 있다. 가열 페이즈(146)에서, 온도가 상승할 수 있다. 페로브스카이트 층의 재결정화가 발생하는 라미네이션 페이즈(148)에서, 온도는 본질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 라미네이션 페이즈(148)의 시작 시, 압력 상승이 발생할 수 있다. 냉각 페이즈(150)에서, 온도가 지속적으로 떨어질 수 있다. 냉각 페이즈(150) 동안, 압력이 낮아질 수 있다.
도 2a 내지 도 2h는 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)의 예시적인 작업 예들을 도시한다. 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)는 도 1a에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)에 적어도 부분적으로 대응하므로, 위의 도 1a의 설명에 대한 참조가 이루어질 수 있다.
도 2a의 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136)을 갖고, 제2 층 적층체(114)는 정공 수송 층(122)을 갖는다. 정공 수송 층(122)은 제2 종결 층(138)을 형성한다. 페로브스카이트 층(124)은 제1 종결 층(126)을 형성한다.
도 2b에서, 제2 층 적층체(114)는 페로브스카이트 층(124)을 갖는다. 페로브스카이트 층(124)은 제2 종결 층(138)을 형성한다. 제1 층 적층체(112)에서, 정공 수송 층(122)은 제1 종결 층(126)을 형성한다. 전자 수송 층(136)은 제1 종결 층(126)을 형성한다.
도 2c에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)는 도 2b에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)에 적어도 대부분 대응한다. 여기서, 제1 층(120)은 전자 수송 층(136)이고 제2 층(134)은 정공 수송 층(122)이다.
도 2d에 따른 작업 예에서, 제2 층(134)은, 제2 종결 층(138)을 형성하는 전자 수송 층(136)이다. 제1 층 적층체(112)는 2개의 제1 층(120), 내측 정공 수송 층(122), 및 버퍼 층(137)을 갖는다. 버퍼 층(137)은 페로브스카이트 층(124) 맨 위에 배치되고 제1 종결 층(126)을 형성한다.
도 2e에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)는 도 2d에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)에 적어도 대부분 대응한다. 여기서, 제2 종결 층(138)은 정공 수송 층(122)이다. 제1 층 적층체(112)는 2개의 제1 층(120), 내측 전자 수송 층(136), 및 버퍼 층(137)을 갖는다. 버퍼 층(137)은 페로브스카이트 층(124) 맨 위에 배치되고 제1 종결 층(126)을 형성한다.
도 2f에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136)을 갖는다. 제2 층 적층체(114)는 페로브스카이트 층(124) 및 2개의 제2 층(134), 내측 정공 수송 층(122), 및 버퍼 층(137)을 갖는다. 버퍼 층(137)은 제2 종결 층(138)을 형성한다.
도 2g에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)는 도 2f에 따른 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)에 적어도 대부분 대응한다. 여기서, 제1 층(120)은 정공 수송 층(122)이다. 제2 층 적층체(114)는 페로브스카이트 층(124) 및 2개의 제2 층(134), 내측 전자 수송 층(136), 및 버퍼 층(137)을 갖는다. 버퍼 층(137)은 제2 종결 층(138)을 형성한다.
도 2h의 제1 층 적층체(112)는 정공 수송 층(122)을 갖고, 제2 층 적층체(114)는 전자 수송 층(136)을 갖는다. 전자 수송 층(136)은 제2 종결 층(138)을 형성한다. 페로브스카이트 층(124)은 제1 종결 층(126)을 형성한다.
도 3은 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 예시적인 작업 예를 도시한다. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 100 nm의 두께를 갖는 은으로 된 제2 전극(128)을 갖는다. 제2 전극(128)은 규소 태양 전지(152) 아래에 도포되었다. 규소 태양 전지(152)는 약 300 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 70 nm의 층 두께를 갖는 ITO 층(도 3에 도시되지 않음)이 제2 전극(128)과 규소 태양 전지(152) 사이에 존재할 수 있다. 70 nm의 두께를 갖는 재결합 층(132)이 규소 태양 전지(152) 맨 위에 도포되었다. 대안적으로, 재결합 층(132)은 35 nm의 두께를 가질 수 있다. 재결합 층(132)은 인듐 주석 산화물을 포함할 수 있다. 20 nm의 두께를 가지며 산화니켈로 구성된 정공 수송 층(122)이 재결합 층(132)의 맨 위에 도포되었다. 10 nm 미만의 두께를 가지며 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민]으로 구성된 추가적인 정공 수송 층(122)이 정공 수송 층(122) 맨 위에 도포되었다. 대안적으로, 추가적인 정공 수송 층(122)은 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)를 포함할 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 추가적인 정공 수송 층(122) 위에 370 nm의 두께로 도포되었다. 산화주석으로 된 전자 수송 층(136)은 20 nm의 두께로 페로브스카이트 층(124) 맨 위에 도포되었다. 제1 전극(118)은 인듐 주석 산화물로 생성되고, 100 nm 내지 150 nm의 두께를 갖는다. 기판(116)은 125 ㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트의 막을 형성한다.
도 4a는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)의 추가적인 예시적인 작업 예를 도시한다.
제1 층 적층체(112)는 기판(116), 제1 전극(118), 2개의 제1 층(120), 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 제1 전극(118)은 기판(116) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 2개의 제1 층(120)은 제1 전극(118) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 2개의 제1 층(120) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 2개의 제1 층(120)은 전자 수송 층들(136), 특히, 2개의 본질적으로 상호 중첩된 전자 수송 층(136)일 수 있다.
기판(116)은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함할 수 있다. 특히, 기판(116)은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 막이거나 이를 포함할 수 있다. 기판(116)은 125 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
제1 전극(118)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 제1 전극(118)은 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
2개의 제1 층(120)은 2개의 전자 수송 층들(136), 특히, 제1 전자 수송 층(154) 및 제2 전자 수송 층(156)일 수 있다. 제1 전자 수송 층(154)은 산화주석(SnOx)을 포함할 수 있다. 제1 전자 수송 층(154)은 35 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 전자 수송 층(156)은 풀러렌(C60)을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송 층(156)은 20 nm의 두께를 가질 수도 있다.
페로브스카이트 층(124)은 Cs0.1(MA0.17FA0.83)0.9Pb(I0.83Br0.17)3을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 370 nm의 두께를 가질 수 있다.
제2 층 적층체(114)는 제2 전극(128), 흡수체 층(130), 및 3개의 제2 층(134)을 포함할 수 있다. 흡수체 층(130)은 제2 전극(128) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 3개의 제2 층(134)은 흡수체 층(130) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 3개의 제2 층(134)은 하나의 재결합 층(132) 및 2개의 정공 수송 층(122), 특히, 3개의 본질적으로 상호 중첩된 제2 층(134)일 수 있다.
제2 전극(128)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 제2 전극(128)은 70 nm의 두께를 가질 수 있다.
흡수체 층(130)은 규소 태양 전지(152)를 포함할 수 있다. 규소 태양 전지(152)는 다음의 아키텍처, 즉, a-Si:H<n>/a-Si:H<i>/c-Si 웨이퍼 <n>/a-Si:H<i>/a-Si:H<p>를 가질 수 있다. 접합은 헤테로 접합일 수 있다. 규소 태양 전지(152)는 양 측들 모두 상에서 연마되었을 수 있다. 규소 태양 전지(152)는 280 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
재결합 층(132)은 흡수체 층(130) 맨 위에 놓일 수 있다. 재결합 층(132)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 재결합 층(132)은 30 nm의 두께를 가질 수 있다.
2개의 정공 수송 층(122), 특히, 제1 정공 수송 층(158) 및 제2 정공 수송 층(160)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 제1 정공 수송 층(158)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있고, 제2 정공 수송 층(160)은 제1 정공 수송 층(158) 맨 위에 놓일 수 있다. 제1 정공 수송 층(158)은 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 제1 정공 수송 층(158)은 20 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 정공 수송 층(160)은 자기-조립 단층, 특히 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)를 포함할 수 있다.
도 4a에 따른 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 다음의 라미네이션 파라미터들, 즉, 80 MPa, 90 ℃, 5 min으로 제조되었을 수 있다.
도 4a에 따른 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 특히, 라미네이팅된 단일체 규소/페로브스카이트 다중-접합 태양 전지일 수 있다. 도 4a에 따른 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는, 20.6 %의 효율, 1.75 V의 개방-회로 전압, 16.0 mA/cm2의 단락-회로 전류 밀도, 및 73.7 %의 충전율(fill factor)을 가질 수 있다.
도 4b는 도 4a에 따른 작업 예에 대한 측정 데이터를 도시한다. mA/cm2 단위의 전류 밀도(J)는 V 단위의 전압(U)의 함수로서 도시된다. 실선은 역방향의 측정치를 도시하고; 점선은 순방향의 측정치를 도시한다.
J-U 곡선으로부터, 하나의 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 위에 설명된 20.6 %의 효율, 1.75 V의 개방-회로 전압, 16.0 mA/cm2의 단락-회로 전류 밀도 및 73.7 %의 충전율을 판독하는 것이 가능하다. 최대 전력의 지점은 역방향에서 측정된 (1.45 V; 14.2 mA/cm2)이며, 이는 20.6 mW/cm2의 출력 전력에 대응한다.
하나의 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 개방-회로 전압은 2개의 페로브스카이트 및 규소 태양 전지의 부가된 전압에 접근하며, 이는, 태양 전지들 둘 모두가 전력에 기여한다는 것을 나타낸다.
낮은 이력현상(hysteresis)을 포함하는 전류 밀도-전압 특성은, 라미네이션 프로세스 동안 이용되는 높은 온도 및 높은 압력에도 불구하고, 페로브스카이트 층(124) 및 규소 태양 전지(152)가 높은 품질을 갖고, 심각한 악화가 예상되지 않는다는 것을 강조한다.
도 5a 내지 도 5h는 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 제1 층 적층체(112) 및 제2 층 적층체(114)의 추가적인 예시적인 작업 예들을 도시한다.
도 5a 내지 도 5h에 따른 모든 작업 예들에서, 제1 층 적층체(112)는 기판(116) 및 제1 전극(118)을 포함할 수 있다. 제1 전극(118)은 기판(116) 맨 위에 도포되었을 수 있다. 기판(116)은 유리, 특히, 가요성 유리를 포함할 수 있다. 기판(116)은 50 ㎛ 내지 5 mm, 특히 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(118)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 제1 전극(118)은 100 nm 내지 500 nm, 특히 120 nm 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 5a 내지 5h에 따른 모든 작업 예들에서, 제2 층 적층체(114)는 추가적인 기판(162), 제2 전극(128), 흡수체 층(130), 및 재결합 층(132)인 제2 층(134)을 포함할 수 있다.
추가적인 기판(162)은 유리를 포함할 수 있다. 추가적인 기판(162)은 50 ㎛ 내지 5 mm, 특히 1 mm의 두께를 가질 수 있다.
제2 전극(128)은 특히 몰리브데넘(Mo)을 포함할 수 있다. 제2 전극(128)은 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛, 특히 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 제2 전극(128)은 추가적인 기판(162) 또는 흡수체 층(130) 사이에 배치될 수 있다.
흡수체 층(130)은 구리-인듐-갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지(164)를 포함할 수 있다. CIGS 태양 전지(164)는 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. CIGS 태양 전지(164)의 표면(168)은 1 nm 내지 2 ㎛의 제곱 평균 제곱근 거칠기를 가질 수 있다. 표면(168)은 추가적인 기판(162)으로부터 멀리 떨어진 표면일 수 있다. 제2 층(134), 특히 재결합 층(132)은 CIGS 태양 전지(164)의 표면(168) 맨 위에 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께로 놓일 수 있다.
재결합 층(132)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 재결합 층(132)은 15 nm 내지 100 nm, 특히 30 nm 내지 70 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 5a 내지 도 5h에 따른 작업 예들의 제1 층 적층체들(122) 및 제2 층 적층체들(114)은 각각 부가적으로, 추가적인 층들, 특히, 100 nm 내지 2 ㎛, 특히 300 nm 내지 800 nm의 두께를 갖는 적어도 하나의 페로브스카이트 층(124), 정공 수송 층(122), 및 전자 수송 층(136)을 포함할 수 있다.
정공 수송 층(122)은 산화니켈(NiOx)을 포함할 수 있다. 산화니켈(NiOx)로 구성된 정공 수송 층(122)은 10 nm 내지 50 nm, 특히 20 nm 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 정공 수송 층(122)은 자기-조립 단층, 특히 2PACz([2-(9H-카르바졸-9-일)에틸]포스폰산)를 포함할 수 있다.
전자 수송 층(136)은 산화주석(SnOx)을 포함할 수 있고, 10 nm 내지 50 nm, 특히 30 nm 내지 40 nm의 두께를 가질 수 있다. 게다가, 전자 수송 층(136)은 풀러렌(C60)을 포함할 수 있고, 10 nm 내지 30 nm, 특히 20 nm 내지 25 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 5a에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 정공 수송 층(122) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 정공 수송 층(122) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5a에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 전자 수송 층(136)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5b에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 전자 수송 층(136) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5b에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 정공 수송 층(122)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5c에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 정공 수송 층(122)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5c에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 전자 수송 층(136) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 전자 수송 층(136) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5d에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5d에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 정공 수송 층(122) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 정공 수송 층(122) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5e에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 정공 수송 층(122) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 정공 수송 층(122) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5e에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 전자 수송 층(136) 및 추가적인 페로브스카이트 층(166)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층(166)은 전자 수송 층(136) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5f에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136) 및 페로브스카이트 층(124)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 전자 수송 층(136) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5f에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 정공 수송 층(122) 및 추가적인 페로브스카이트 층(166)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층(166)은 정공 수송 층(122) 맨 위에 놓일 수 있다.
도 5g에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 정공 수송 층(122)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5g에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 전자 수송 층(136), 페로브스카이트 층(124), 및 추가적인 페로브스카이트 층(166)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 전자 수송 층(136) 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층(166)은 페로브스카이트 층(124) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124) 및 추가적인 페로브스카이트 층(166)은 순차적 라미네이션에 의해 연속적으로 도포되었을 수 있다.
도 5h에 따른 작업 예에서, 제1 층 적층체(112)는 전자 수송 층(136)을 포함할 수 있다. 전자 수송 층(136)은 제1 전극(118) 맨 위에 놓일 수 있다.
게다가, 도 5h에 따른 작업 예에서, 제2 층 적층체(114)는 정공 수송 층(122), 페로브스카이트 층(124), 및 추가적인 페로브스카이트 층(166)을 포함할 수 있다. 정공 수송 층(122)은 재결합 층(132) 맨 위에 놓일 수 있다. 페로브스카이트 층(124)은 정공 수송 층(122) 맨 위에 놓일 수 있다. 추가적인 페로브스카이트 층(166)은 페로브스카이트 층(124) 맨 위에 놓일 수 있다.
참조 번호들의 목록
110 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지
112 제1 층 적층체
114 제2 층 적층체
116 기판
118 제1 전극
120 제1 층
122 정공 수송 층
124 페로브스카이트 층
126 제1 종결 층
128 제2 전극
130 흡수체 층
132 재결합 층
134 제2 층
136 전자 수송 층
137 버퍼 층
138 제2 종결 층
140 하부 플레이트
142 상부 플레이트
144 화살표
146 가열 페이즈
148 라미네이션 페이즈
150 냉각 페이즈
152 규소 태양 전지
154 제1 전자 수송 층
156 제2 전자 수송 층
158 제1 정공 수송 층
160 제2 정공 수송 층
162 추가적인 기판
164 CIGS 태양 전지
166 추가적인 페로브스카이트 층
168 표면

Claims (24)

  1. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)를 제조하는 방법으로서,
    a) 제1 층 적층체(112)를 생성하는 단계 ― 상기 제1 층 적층체(112)는 적어도 하나의 기판(116), 적어도 하나의 제1 전극(118), 및 적어도 하나의 제1 층(120)을 포함함 ―;
    b) 제2 층 적층체(114)를 생성하는 단계 ― 상기 제2 층 적층체(114)는 적어도 하나의 흡수체 층(130) 및 적어도 하나의 제2 층(134)을 포함함 ―
    를 포함하며, 상기 a) 단계에서, 페로브스카이트 층(124)이 상기 제1 층 적층체(112)에 도입되거나, 또는 상기 b) 단계에서, 상기 페로브스카이트 층(124)이 상기 제2 층 적층체(114)에 도입되고, 상기 방법은,
    c) 상기 제1 층 적층체(112)를 상기 제2 층 적층체(114)에 붙이는(apply) 단계, 및
    d) 상기 제1 층 적층체(112)와 상기 제2 층 적층체(114) 사이에 기계적 연결, 전기적 연결로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연결이 형성되어 상기 페로브스카이트-규소 다중-접합 태양 전지(110)가 형성되는 그러한 방식으로 상기 제1 층 적층체(112)를 상기 제2 층 적층체(114)와 라미네이팅하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 제1 층(120) 및 상기 제2 층(134)은 각각, 정공 수송 층(122), 전자 수송 층(136), 버퍼 층(137), 재결합 층(132), 전극 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 페로브스카이트 층(124)은 상기 제1 층 적층체(112) 또는 상기 제2 층 적층체(114)의 라미네이트 형성 층을 형성하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층 적층체(114)는 적어도 하나의 제2 전극(128)을 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 층 적층체(112)는 제1 종결 층(126)을 갖고, 상기 제2 층 적층체(114)는 제2 종결 층(138)을 가지며, 상기 c) 단계에서, 상기 제1 층 적층체(112)는, 상기 제1 층 적층체(112)의 상기 제1 종결 층(126) 및 상기 제2 층 적층체(114)의 상기 제2 종결 층(138)이 서로의 맨 위에 놓이는 그러한 방식으로 상기 제2 층 적층체(114)에 붙여지는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 층(124)은 상기 제1 종결 층(126)을 형성하고 상기 전자 수송 층(136) 또는 상기 정공 수송 층(122)은 상기 제2 종결 층(138)을 형성하거나, 또는 상기 페로브스카이트 층(124)은 상기 제2 종결 층(138)을 형성하고 상기 전자 수송 층(136) 또는 상기 정공 수송 층(122)은 상기 제1 종결 층(126)을 형성하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(116), 및/또는 상기 제1 층 적층체(112) 및/또는 상기 제2 층 적층체(114)의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 텍스처를 갖는 텍스처링된 표면을 갖는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 텍스처링된 표면은 2 nm보다 큰, 특히, 250 nm보다 큰 제곱 평균 제곱근 거칠기를 갖는, 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 텍스처링된 표면은 20nm 내지 100 ㎛, 특히, 500 nm 내지 10 ㎛의 최고점과 최저점 사이의 거리를 갖는, 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 태양광-대면 외측 면, 상기 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지의 뒷면으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)의 적어도 일 면은 텍스처링된 표면을 갖는, 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텍스처는 나노텍스처링 또는 마이크로텍스처링인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(116), 및/또는 상기 제1 층 적층체(112) 및/또는 상기 제2 층 적층체(114)의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 거친 표면을 갖는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 거친 표면은 1 nm 내지 2 ㎛, 특히, 50 nm 내지 300 nm의 제곱 평균 제곱근 거칠기를 갖는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 거친 표면은 1 nm 내지 10 ㎛, 특히, 10 nm 내지 1 ㎛의 최고점과 최저점 사이의 거리를 갖는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 층(124)은, 열 증발, 회전식 코팅, 블레이드 코팅, 잉크젯 인쇄, 분무 코팅, 슬롯 다이 코팅, 롤 코팅, 그라비어 인쇄 방법들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 상기 제1 층 적층체(112) 또는 상기 제2 층 적층체(114)에 도포(apply)되는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 d) 단계의 수행 이전에, 상기 페로브스카이트 층(124)의 페로브스카이트는 고체 상으로 있는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 a) 단계 내지 상기 d) 단계는 접착제가 없는 방법 단계들인, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 층(124)은 800 nm 내지 10 ㎛의 층 두께를 갖는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 층(124)은 평면형 층의 형태를 취하는, 방법.
  18. 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)로서,
    - 적어도 하나의 제1 층 적층체(112) ― 상기 제1 층 적층체(112)는 적어도 하나의 제1 전극(118) 및 적어도 하나의 제1 층(120)을 포함함 ―; 및
    - 적어도 하나의 제2 층 적층체(114) ― 상기 제2 층 적층체(114)는 적어도 하나의 흡수체 층(130) 및 적어도 하나의 제2 층(134)을 포함함 ―
    을 포함하며,
    상기 제1 층 적층체(112)는 상기 제2 층 적층체(114)에 붙여졌고, 상기 제1 층 적층체(112)는, 기계적 연결, 전기적 연결로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연결이 상기 제1 층 적층체(112)와 상기 제2 층 적층체(114) 사이에 형성되도록 상기 제2 층 적층체(114) 상에 라미네이팅되었고, 상기 제1 층(120) 및 상기 제2 층(134)은 각각, 정공 수송 층(122), 전자 수송 층(136), 버퍼 층(137), 재결합 층(132), 전극 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 제1 층 적층체(112) 또는 상기 제2 층 적층체(114)는 페로브스카이트 층(124)을 포함하고, 상기 페로브스카이트 층(124)은 상기 제1 층 적층체(112) 또는 상기 제2 층 적층체(114)의 라미네이트 형성 층을 형성하는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 층 적층체(16)는 또한 적어도 하나의 기판(116)을 포함하는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판(116)은 유리를 포함하고, 상기 제1 전극(118)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하고, 상기 제2 층 적층체(114)는 추가적인 기판(162)을 포함하고, 상기 추가적인 기판(162)은 유리를 포함하고, 상기 제2 층(134)은 재결합 층(132)이고, 상기 재결합 층(132)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하고, 상기 흡수체 층(130)은 구리-인듐-갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지(164)를 포함하고, 상기 제2 층 적층체(114)는 제2 전극(128)을 더 포함하고, 상기 제2 전극(128)은 몰리브데넘(Mo)을 포함하는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  21. 제20항에 있어서,
    상기 CIGS 태양 전지(164)의 표면은 1 nm 내지 2 ㎛의 제곱 평균 제곱근 거칠기를 갖는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 적어도 하나의 정공 수송 층(122)을 더 포함하고, 상기 정공 수송 층(122)은 산화니켈 또는 자기-조립 단층(self-assembly monolayer)을 포함하며, 상기 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110)는 적어도 하나의 전자 수송 층(136)을 더 포함하고, 상기 전자 수송 층(136)은 산화주석 또는 풀러렌을 포함하는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제1 층 적층체(122)는 제1 층들(120) 중 2개의 제1 층 및 상기 페로브스카이트 층(124)을 포함하고, 상기 2개의 제1 층(120)은 제1 전자 수송 층(154) 및 제2 전자 수송 층(156)을 포함하고, 상기 제1 전자 수송 층(154)은 산화주석을 포함하고, 상기 제2 전자 수송 층(156)은 풀러렌을 포함하고, 상기 기판(116)은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함하고, 상기 제1 전극(118)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하고, 상기 제2 층 적층체(114)는 제2 전극(128)을 더 포함하고, 상기 제2 전극(128)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하고, 상기 제2 층 적층체(114)는 또한 3개의 제2 층(134)을 포함하고, 상기 3개의 제2 층(134)은 제1 정공 수송 층(158), 제2 정공 수송 층(160), 및 재결합 층(132)을 포함하고, 상기 제1 정공 수송 층(158)은 산화니켈을 포함하고, 상기 제2 정공 수송 층(160)은 자기-조립 단층을 포함하고, 상기 재결합 층(132)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하고, 상기 흡수체 층(130)은 규소 태양 전지(152)를 포함하는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
  24. 제23항에 있어서,
    상기 규소 태양 전지(152)는 양 측들 모두 상에서 연마되는, 페로브스카이트 기재 다중-접합 태양 전지(110).
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