KR101942696B1 - 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용 방법과 응용 - Google Patents
페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용 방법과 응용 Download PDFInfo
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용방법과 응용에 관한 것으로, 메인 챔버를 포함하고 메인 챔버 내에 각각 두개의 전구체 가열판과 기판 고정홈이 설치되고, 전구체 가열판 위에는 각각 전구체 저장용기가 설치되고, 상기 기판 고정홈위에는 박막을 증착할 기판을 여러그룹 놓아 두며, 그룹별 기판은 서로 등을 맞대도록 두장의 기판을 놓아 두고, 상기 두장의 기판의 박막을 증착할 표면은 각각 메인 챔버의 일단을 향하며; 메인 챔버의 좌우양단은 각각 캐리어가스 흡기제어밸브가 있는 캐리어가스 배관에 연결되고, 메인 챔버에 진공처리장치가 연결되고, 메인 챔버에 기판을 가열하기 위한 메인 챔버 가열장치가 더 설치되며; 양단의 캐리어가스 배관에는 각각 용매증발장치가 연결된다. 본 발명은 메인 챔버의 양단에서 동시에 흡기하고 기판이 서로 등을 맞대도록 한 배열방식을 채택함으로써 이 방법을 이용한 페로브스카이트 박막을 제작하는 속도는 기존 방법의 두배이다.
Description
본 발명은 반도체 기술 분야에 관한 것으로, 특히 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용방법과 응용에 관한 것이다.
태양전지는 에너지 전환 소자로서, 반도체의 광기전 효과를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 발전에 따라, 태양 에너지 발전은 이미 수력발전을 제외한 가장 중요한 재생 가능한 에너지가 되었다. 현재 상업적으로 사용가능한 태양전지 모듈은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 카드뮴텔루라이드, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 등을 포함하나 대부분은 에너지 소모량이 크고 원가가 높다.
근래 페로브스카이트 태양전지가 주목받고 있다. 이 페로브스카이트 태양전지는 유기금속 할라이드를 광흡수층으로 이용한다. 이 재료로 박막 태양전지를 제조함에 있어서 공정이 간편하고 생산단가가 낮고 안정하고 변환효율이 높으며, 2009년부터 지금까지 광전 변환효율은 3.8%에서 22%이상까지 올려 상업화 실리콘 태양전지보다 높고 단가가 경쟁력이 있다.
기존 페로브스카이트 태양전지 제조의 핵심인 페로브스카이트 층의 제작은 용액 방법과 기상방법 두 가지의 방법으로 실현될 수 있다. 용액 방법은 생산환경과 장비에 대한 요구가 낮고 조작이 간편하여 상온 상압에서 막을 제작할 수 있으나 형성된 페로브스카이트 막의 균일성이 부족하며, 막의 미세구조에 있어서 구멍이 많고 누설전류가 커서 태양전지의 효율에 영향을 미치고 반복성이 부족하다. 따라서 이 방법은 대규모 및 대형 생산에 적용되지 못한다. 기상방법은 환경과 생산과정 파라미터에 대해 더 정밀하게 제어함으로써 상기와 같은 문제를 극복할 수 있으며, 장비에 대해 간단하게 확장함으로써 대규모 생산을 이룰 수 있다. 기상방법에 있어서, 한 가지는 화학적 기상증착(CVD)과 같은 방법과 장비를 이용하여 페로브스카이트 층을 제작함에 관한 것이다. 종래 기술에 있어서, 사용된 CVD장비에서 반응물 증기는 모두 캐리어가스(carrier gas)를 따라 단일 방향으로 기판 일측 표면으로 유통되어 증착 및 확산되어 반응하고, 기판 다른 측은 투명을 확보하기 위해 배플을 이용하여 차폐하고 기판의 배플이 설치된 일측이 전혀 이용되지 않기 때문에 페로브스카이트 층의 제작효율을 저하시키고, 특히 태양광 모듈의 실제 생산활용에 있어서 모듈의 최종단가는 생산량과 밀접히 관련되며, 생산량이 높을수록 모듈의 단가가 낮아진다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용방법과 응용을 제공하는 것이며, 기존 기판의 배플을 구비하는 일측을 다른 한장의 기판으로 교체하고 두장의 기판은 서로 등을 맞대도록 작업자리에 서 있을 때, 동시에 캐리어가스와 반응물의 유통형식을 개진하여 캐리어가스와 반응물 증기가 CVD관의 양단에서 중간구역으로 동시에 유동하고 중간구역은 기판을 저장하고 반응하기 위한 구역으로서 서로 등을 맞대도록 두장의 기판이 동시에 균일하게 반응물증기를 받아 반응을 일으킴으로써 동일한 작업자리에서 동시에 두장의 기판을 제작할 수 있어 페로브스카이트 층의 효율성을 배가시켜 대규모 생산 시의 생산량을 향상시킨다.
본 발명은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용방법과 응용을 제공하는 것이며, 여기서 메인 챔버를 포함하고, 이때 상기 장비에는 메인 챔버 내에 각각 두개의 전구체 가열판과 기판 고정홈이 설치되고, 두개의 전구체 가열판은 각각 메인 챔버의 좌우양단부에 인접하고, 기판 고정홈은 두개의 전구체 가열판사이에 설치되며, 전구체 가열판위에는 각각 전구체 저장용기가 설치되고, 기판 고정홈위에는 박막을 증착할 기판을 여러그룹 놓아 두며, 그룹별 기판은 서로 등을 맞대도록 두장의 기판을 놓아 두고, 두장의 기판의 박막을 증착할 표면은 각각 메인 챔버의 일단을 향하며; 메인 챔버의 좌우양단은 각각 캐리어가스 흡기제어밸브가 있는 캐리어가스 배관에 연결되고 메인 챔버에 진공처리장치가 연결되고 메인 챔버에 기판을 가열하기 위한 메인 챔버가열장치가 더 설치되며; 양단의 캐리어가스 배관에는 각각 용매증발장치가 연결된다.
또한, 메인 챔버가열장치는 기판 고정홈에 놓는 여러그룹의 기판을 가열하고 전구체 가열 테이블에서 각각 이에 놓는 전구체 저장용기를 가열한다. 두장의 박막을 증착할 기판은 등을 맞대도록 한 그룹으로 되어 밀착하게 기판 고정홈에 놓이고, 그의 박막을 증착할 표면은 각각 메인 챔버의 일단을 향하면서 메인 챔버의 양단에서 캐리어가스 배관을 통해 반응가스를 주입하며 반응가스와 용매증발장치에서 발생된 용매증기가 작용하여 함께 박막을 증착할 기판의 표면에 증착되고 메인 챔버 내에서는 진공 및 가열되는 환경조건에서 화학반응을 일으킨다. 이 설계구조를 이용하여 그룹별 기판의 양측면을 동시에 증착하여 페로브스카이트 층의 제작효율을 향상시킨다.
또한, 메인 챔버 내에 분기 파티션보드가 더 설치되고 분기 파티션보드는 각각 전구체 저장용기와 메인 챔버 양단부에 설치된 캐리어가스 배관구 사이에 설치된다. 분기 파티션보드는 각각 분기 파티션보드 고정홈을 통해 탈착이 가능하게 메인 챔버의 내벽에 설치되며 분기 파티션보드에 관통구멍이 여러개 설치된다.
캐리어가스 배관에서 메인 챔버에 주입되어 분기 파티션보드에 의해 분기되고 순차적으로 균일하게 뒤쪽의 분기 파티션보드 고정홈 구역으로 진입하며, 캐리어가스가 가져온 용매증기의 유기소분자를 균일하게 기판표면에 증착하여 증착물질이 기판표면에서 일어나는 화학반응의 효과를 향상시켜 더 큰 입경을 구비한 결정체의 페로브스카이트 층을 얻는다. 관통구멍의 형상은 다양하게 형성될 수 있고 원형, 삼각형 및 다른 다각형 중 적어도 어느 한가지로 형성될 수 있다.
또한, 진공처리장치는 진공펌프와 진공제어밸브를 포함하고 진공 배관을 통해 메인 챔버에 연결되고, 진공펌프와 진공제어밸브는 순차적으로 진공 배관에 설치되며, 진공제어밸브는 메인 챔버에 더 인접한다.
진공처리장치는 메인 챔버에 적절한 진공환경을 제공하는 것을 확보하여 증착물질의 화학반응에 편리하다.
또한, 용매증발장치는 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 연결된다. 용매증발장치는 용매용기, 용매 가열기 및 용매증기제어밸브를 포함하고, 용매 가열기는 각각 용매용기를 가열하여 용매의 증기가 각각 용매증기제어밸브와 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 진입한다.
용매증발장치는 메인 챔버의 외측에 설치되어 더 정확하게 용매증발온도와 증기유량을 제어하여 기판박막의 증착 효과를 향상시킨다.
또한, 캐리어가스 배관에는 각각 예비 기능 가스장치가 연결되고, 예비 기능 가스장치는 예비 기능 가스 배관과 예비 기능 가스 흡기밸브를 포함한다. 기능 가스는 흡기종류가 수소, 산소 및 메탄 등을 포함하나 이에 한정되지 않고, 반응 중에 최종 반응물에 대한 요소 비율과 전기적 특성을 조정하기 위한 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법을 더 개시하는데, 하기와 같은 단계를 포함한다.
(i) 기판세정
계면활성제, 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필알코올을 순차적으로 이용하여 기판을 각각 20분 초음파 세정하고, 질소로 풍건한 후, 5분의 자외선-오존 살균 처리를 수행한다.
(ii)BX2층 제작
단계 (i)에서 처리된 기판에서 용액방법 또는 진공증착방법을 이용하여 일측표면에 한 층의 BX2층을 증착하고, 상기 층의 두께는 100nm~1000nm이고, B는 납, 주석, 텅스텐, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 안티몬, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 비스무트, 폴로늄 중 적어도 한 가지의 양이온이고; X는 요오드, 브롬, 염소, 아스타틴 중 적어도 한 가지의 음이온이다.
(iii)페로브스카이트 층 제작
단계 (ii)에서 BX2가 증착된 기판을 메인 챔버의 기판 고정홈에 놓되, 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버의 일단을 향하며,
전구체 저장용기에 반응물인 AX를 넣되, A는 아미노기, 아미딘 또는 알칼리 계열 중의 적어도 한 가지이며,
진공처리장치를 작동하여 메인 챔버 내의 기압이 1Pa~105Pa이며,
메인 챔버 가열장치를 작동하여 메인 챔버를 예열하여 메인 챔버의 온도가 50~250℃이도록 하며,
메인 챔버의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판에 연결되고 전구체 가열판의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역의 온도가 기판 고정홈이 설치된 기판온도구역의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며,
전구체 가열판의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브를 열어 메인 챔버 내에 진입된 흡기량을 조절하여 기판의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지이며,
화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버 내로 용매증기를 주입하고, 용매는 아미드용매, 설폰/설폭사이드용매, 에스테르용매, 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소용매, 알코올용매, 케톤용매, 에테르용매 및 방향족 탄화수소용매 중 어느 하나로서, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아마이드, γ-부티로락톤 또는 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하나 이에 한정되지 않고, 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 지속시간은 5~100분이다.
（iv）어닐링처리
화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기내에 남겨진 반응물인 AX를 제거하고 진공도 10-5Pa~105Pa 상태에서 메인 챔버 내의 기판을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버 내로 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지를 천천히 주입하고, 메인 챔버의 자연 냉각을 기다린다.
또한, 탈착이 가능한 분기 파티션보드는 장착상태 또는 분리상태에 처하고, 장착이 필요하면 분기 파티션보드가 각각 분기 파티션보드 고정홈에 고정된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법의 응용을 더 개시하는데 이는 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작에 응용된다.
또한, 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작은 하기와 같은 단계를 포함한다.
(a) 적절한 투명기판층을 선택하고 기판층은 유리기판과 폴리에틸렌 글리콜 테레프탈레이트(PET를 포함하나 이에 한정되지 않고, 기판층에 투명전도층을 증착하고 투명전도층은 인듐 도핑 주석 산화물(ITO), 불소 도핑 주석 산화물(FTO) 및 그래핀을 포함하나 이에 한정되지 않다.
(b) 투명전도층에는 홀수송층 또는 전자수송층을 증착하고 그의 재료는 그래핀, PEDOT:PSS, PTAA, CuSCN, CuI, MoOx, WO3, V2O5, NiO, PEI, ZrO2, ZnO, TiO2, SnO2, BCP, 탄소 60 및 그의 유도체를 포함하나 이에 한정되지 않고, 그 증착방법은 진공증착방법, 전자빔증발법, 마그네트론스퍼터링법, 원자층증착법, 광에칭법, 화학기상증착법, 스크린인쇄법, 수열법, 전기화학적증착법, 스핀코팅(spin-coating), 블레이드코팅(blade-coating), 바 코팅(bar coating), 슬롯다이코팅(slot-die coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 잉크젯프린팅(ink-jet printing)을 포함하나 이에 한정되지 않다.
(c) 홀수송층 또는 전자수송층 상에 페로브스카이트 층을 하기와 같이 증착하는데, (b)단계에서 처리된 기판에 용액 방법 또는 진공증착방법으로 한층의 BX2 층을 증착하고 두께는 100nm~1000nm이며, B는 납, 주석, 텅스텐, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 안티몬, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 비스무트 및 폴로늄 중 적어도 한 가지의 양이온이고; X는 요오드, 브롬, 염소 및 아스타틴 중 적어도 한 가지의 음이온이며; BX2가 증착된 기판을 메인 챔버의 기판 고정홈에 놓되, 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버의 일단을 향하며, 전구체 저장용기에 반응물인 AX를 넣되, A는 아미노기, 아미딘 또는 알칼리 계열 중의 적어도 한 가지이며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버 내의 기압이 10-5Pa~105Pa이며, 메인 챔버를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~250℃이도록 하며, 메인 챔버의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판에 연결되고 전구체 가열판의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역의 온도가 기판 고정홈이 설치된 기판온도구역의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브를 열어 메인 챔버 내에 진입된 흡기량을 조절하여 기판의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버 내로 용매증기를 주입하고, 용매는 아미드용매, 설폰/설폭사이드용매, 에스테르용매, 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소용매, 알코올용매, 케톤용매, 에테르용매 및 방향족 탄화수소용매 중 어느 하나로서, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아마이드, γ-부티로락톤 또는 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하나 이에 한정되지 않고, 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 지속시간은 5~100분이며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기 내에 남겨진 반응물인 AX를 제거하고 진공도 10-5Pa ~105Pa 상태에서 메인 챔버 내의 기판을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버 내로 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성한다.
(d) 반도체 광흡수층에 전자수송층 또는 홀수송층을 증착하고 그의 재료는 그래핀, PEDOT:PSS, PTAA, CuSCN, CuI, MoOx, WO3, V2O5, NiO, PEI, ZrO2, ZnO, TiO2, SnO2, BCP,탄소 60 및 그의 유도체를 포함하나 이에 한정되지 않고, 그 증착방법은 진공증착방법, 전자빔증발법, 마그네트론스퍼터링법, 원자층증착법, 광에칭법, 화학기상증착법, 스크린인쇄법, 수열법, 전기화학적증착법, 스핀코팅(spin-coating), 블레이드코팅(blade-coating), 바 코팅(bar coating), 슬롯다이코팅(slot-die coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 잉크젯프린팅(ink-jet printing)을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착한다.
기존 기술과 비교해 보면, 본 발명에 따른 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용방법과 응용은 메인 챔버의 양단에서 동시에 흡기하고 기판이 서로 등을 맞대도록 한 배열방식을 채택함으로써 이 방법을 이용한 페로브스카이트 박막을 제작하는 속도는 기존 방법의 두배이다. 또한, 용매증기를 주입하고 기압을 적절하게 조정함으로써 페로브스카이트 박막의 결정입자의 입경도 1μm이상으로 증대되고 원래 방법에 따른 200nm~300nm와 비교하여 대폭 상승한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술문제, 기술방안 및 유익효과는 더 명백해지기 위해 도면과 실시예를 통해 진일보로 본 발명에 대해 하기와 같이 상세하게 설명하기로 한다. 여기서 제공된 실시예는 이해를 돕기 위한 예시이며, 본 발명에 대해 한정하고자 하는 것이 아님은 자명한 것이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비는 메인 챔버(26), 캐리어가스 배관, 진공처리장치, 메인 챔버가열장치 및 용매증발장치를 포함한다.
캐리어가스 배관은 메인 챔버(26)의 좌우양단에서 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 통해 각각 메인 챔버(26)에 연결된다. 화살표(2,21)는 캐리어가스의 유동방향을 표시한다. 진공처리장치는 메인 챔버(26)에 연결된다. 메인 챔버가열장치는 메인 챔버(26)에 설치되어 이를 가열한다. 용매증발장치는 양단의 캐리어가스 배관에 설치되어 각각 캐리어가스 배관에 연결된다.
메인 챔버(26) 내에 각각 두개의 전구체 가열판(9,13)과 기판 고정홈(10)이 설치되고, 두개의 전구체 가열판(9,13)은 각각 메인 챔버(26)의 좌우양단에 인접하고, 기판 고정홈(10)은 두개의 전구체 가열판(9,13) 사이에 설치된다. 전구체 가열판(9,13) 위에는 각각 전구체 저장용기(8,12)가 설치되고, 기판 고정홈(10) 위에는 박막을 증착할 기판(11)을 여러그룹 놓아둔다. 그룹별 기판(11)은 서로 등을 맞대도록 두장의 기판(11)을 놓아두고, 두장의 박막을 증착할 기판(11)의 표면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향한다. 메인 챔버가열장치는 기판(11)을 가열한다.
메인 챔버(26) 내에는 분기 파티션보드(27,28)가 더 설치되고, 분기 파티션보드(27,28)는 각각 전구체 저장용기(8,12)와 메인 챔버(26) 양단부에 설치된 캐리어가스 배관구 사이에 설치된다.분기 파티션보드(27,28)는 분기 파티션보드 고정홈(29,30)을 통해 메인 챔버(26)의 내벽에 설치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 분기 파티션보드(27,28)는 각각 탈착이 가능하도록 분기 파티션보드 고정홈(29,30)에 설치되어, 필요에 따라 분기 파티션보드(27,28)를 탈착한다. 분기 파티션보드(27,28)에 관통구멍이 여러개 설치된다.
진공처리장치는 진공펌프(15)와 진공제어밸브(14)를 포함한다. 진공처리장치는 진공 배관을 통해 메인 챔버(26)에 연결되고, 진공펌프(15)와 진공제어밸브(14)는 순차적으로 진공 배관에 설치되며, 진공제어밸브(14)는 메인 챔버(26)에 더 인접한다. 진공처리장치를 설치하는 목적은 메인 챔버(26) 내에 포함된 기체 압력을 제어하여 박막 증착 시 적당한 반응압력을 제공한다.
용매증발장치는 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 연결된다. 용매증발장치는 용매용기(6,17), 용매 가열기(5,18) 및 용매증기제어밸브(7,16)를 포함하고, 용매 가열기(5,18)은 각각 용매용기(6,17)를 가열하여 용매의 증기가 각각 용매증기제어밸브(7,16)와 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 진입한다.
캐리어가스 배관에는 각각 예비 기능 가스장치가 연결되고, 예비 기능 가스장치는 예비 기능 가스 배관과 예비 기능 가스 흡기밸브(3,20)를 포함한다. 화살표(4,19)는 예비 기능 가스의 유동방향을 표시한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법을 더 개시하는데 하기와 같은 단계를 포함한다.
(i) 기판세정
계면활성제, 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필알코올을 순차적으로 이용하여 기판(11)을 각각 20분 초음파 세정하고, 질소로 풍건한 후, 5분의 자외선-오존 살균 처리를 수행한다.
(ii) BX2층 제작
단계 (i)에서 처리된 기판(11)에서 용액방법 또는 진공증착방법을 이용하여 일측표면에 한 층의 BX2층을 증착하고, 상기 층의 두께는 100nm~1000nm이고, B는 납, 주석, 텅스텐, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 안티몬, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 비스무트, 폴로늄 중 적어도 한 가지의 양이온이고; X는 요오드, 브롬, 염소, 아스타틴 중 적어도 한 가지의 음이온이다.
(iii)페로브스카이트 층 제작
단계 (ii)에서 BX2가 증착된 기판(11)을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 두장의 기판(11)에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 AX를 넣되, A는 아미노기, 아미딘 또는 알칼리 계열 중의 적어도 한 가지이며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 기압이 10-5Pa~105Pa이며, 메인 챔버가열장치를 작동하여 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~250℃이도록 하며, 메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결되고 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내에 진입된 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아마이드, γ-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈을 포함하나 이에 한정되지 않고, 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 지속시간은 5~100분이다.
(iv）어닐링처리
화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 AX를 제거하고 진공도 1Pa~105Pa 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지를 천천히 주입하고, 메인 챔버(26)의 자연 냉각을 기다린다.
탈착이 가능한 분기 파티션보드(27,28)는 장착상태 또는 분리상태로 될 수 있고, 장착이 필요하면 분기 파티션보드(27,28)가 각각 분기 파티션보드 고정홈(29,30)에 고정된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법의 응용을 더 개시하는데 이는 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작에 응용된다. 이하, 실시예를 통해 더욱 설명하기로 한다.
실시예1:
페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작은 하기와 같은 단계를 포함한다.
(a) 유리기판을 투명기판으로서 선택하여 기판층에 투명전도층을 증착하고 투명전도층은 인듐 도핑 주석 산화물이다.
(b) 투명전도층에는 홀수송층을 증착하고 그의 재료는 PEDOT:PSS이고 그의 증착방법은 블레이드코팅 방법이다.
(c) 홀 수송층에 페로브스카이트 층을 증착하는 단계는 하기와 같다. (b)단계에서 처리된 기판에는 용액 방법으로 한층의 PbCl2층을 증착하고 두께는 100nm~200nm이며, PbCl2가 증착된 기판을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 그중 두장의 기판(11)에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 CH3NH3I를 넣으며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 기압이 1Pa~100Pa이며, 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~100℃이도록 하며, 메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결되고 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내에 진입된 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 메탄올이고 용매의 증발온도는 50~100℃로 제어되며, 지속시간은 1~10분이며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 CH3NH3Cl를 제거하고 기압이 1Pa~100Pa인 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 50~100℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 질소를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성한다.
(d) 반도체 광흡수층에 전자수송층을 증착하고 그의 재료는 티타니아이고 그의 증착방법은 마그네트론스퍼터링법이다.
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착한다.
실시예2:
다른 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작은 하기와 같은 단계를 포함한다.
(a) 유리기판을 투명기판으로서 선택하여 기판층에 투명전도층을 증착하고 투명전도층은 불소 도핑 주석 산화물이다.
(b) 투명전도층에는 홀수송층을 증착하고 그의 재료는 NiO이고 그의 증착방법은 진공증착방법이다. (c)홀수송층에 페로브스카이트 층을 증착하는 단계는 하기와 같다. (b)단계에서 처리된 기판에는 진공증착방법으로 한층의 PbBr2 층을 증착하고 두께는 400nm~600nm이며, PbBr2가 증착된 기판을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 그중 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 CH3NH3Br을 넣으며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 진공도가 100Pa~1000Pa이며, 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 100~200℃이도록 하며, 메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결되고 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내의 진입 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 디메틸술폭시드이고 용매의 증발온도는 100~150℃로 제어되며, 가열시간은 30~50분이며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 CH3NH3Br을 제거하고 진공도가 10-3Pa~1Pa인 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 100~200℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 헬륨가스를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성한다.
(d) 반도체 광흡수층에 전자수송층을 증착하고 그의 재료는 SnO2이고 그의 증착방법은 슬롯다이코팅이다.
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착한다.
실시예3:
다른 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작은 하기와 같은 단계를 포함한다.
(a) 폴리에틸렌글리콜테레프탈레이트기판을 투명기판으로서 선택하여 기판층에 투명전도층을 증착하고 투명전도층은 그래핀이다.
(b) 투명전도층에는 전자수송층을 증착하고 그의 재료는 PCBM이고 그의 증착방법은 블레이드코팅방법이다.
(c) 전자수송층 상에 페로브스카이트 층을 증착하는 단계는 하기와 같다. (b)단계에서 처리된 기판에는 용액방법이나 진공증착방법으로 한층의 PbI2층을 증착하고 두께는 800nm~1000nm이며, PbBr2가 증착된 기판을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 그중 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 HC(NH2)2I을 넣으며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 진공도가 104Pa~105Pa이며, 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 200~250℃이도록 하며, 메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결되고 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내의 진입 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 아르곤가스이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 N-메틸-2-피롤리돈이고 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 반응시간은 60~80분이며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 HC(NH2)2I을 제거하고 진공도가 104Pa~105Pa인 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 100~200℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 아르곤가스를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성한다.
(d) 반도체 광흡수층에홀수송층을 증착하고 그의 재료는 WO3이고 그의 증착방법은 진공증착방법이다.
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착한다.
실시예4:
다른 페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작은 하기와 같은 단계를 포함한다.
(a) 폴리에틸렌글리콜테레프탈레이트기판을 투명기판으로서 선택하여 기판층에 투명전도층을 증착하고 투명전도층은 그래핀이다.
(b) 투명전도층에는 홀수송층을 증착하고 그의 재료는 CuSCN이고 그의 증착방법은스프레이 코팅 방법이다.
(c) 전자수송층 상에 페로브스카이트 층을 증착하는 단계는 하기와 같다. (b)단계에서 처리된 기판에는 용액방법으로 한층의 PbCl2층을 증착하고 두께는 200nm~800nm이며, PbCl2가 증착된 기판을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 그중 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 CH3NH3I을 넣으며, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 진공도가 1Pa~105Pa이며, 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~250℃이도록 하며, 메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결되고 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내의 진입 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고 캐리어가스는 질소이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 에틸렌글리콜이고 용매의 증발온도는 50~100℃로 제어되며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 CH3NH3Cl을 제거하고 진공도가 1Pa~105Pa인 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 질소를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성한다.
(d) 반도체 광흡수층에 전자수송층을 증착하고 그의 재료는 탄소 60이고 그의 증착방법은 진공증착방법이다.
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착한다.
요컨대, 본 발명에 따른 장비 및방법을 이용하여 페로브스카이트 박막을 제작하는 공정은 하기와 같다.
(1) 기판을 세정한다.
(2) 100-1000nm의 BX2박막을 증착한다.
(3) 기판을 장비의 메인 챔버에 놓고 메인 챔버를 예열한다.
(4) 메인 챔버에 대해 진공처리를 한다.
(5) 전구체온도영역에 대해 가열한다.
(6) 캐리어가스밸브를 열고 반응을 시작한다.
(7) 방응이 끝나면 남겨진 전구체를 제거하고 계속 메인 챔버를 가열하고 기판에 대해 어닐링처리를 한다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장비와 방법을 이용하여 제작된 페로브스카이트 박막 층은 주사전자현미경으로 관찰된 영상이다. 도면에는 페로브스카이트 박막의 표면이 평평하게 나타나고, 결정입자의 입경은 약 1μm이다.
도4와 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장비와 방법을 이용하여 제작된 페로브스카이트 박막의 광전변환 성능에 대한 도면이다. 도면에는 페로브스카이트 박막의 광전변환 성능이 우수하게 나타난다. 도4는 페로브스카이트 박막에 대한 X선 회절 도면이고, 도면에는 2θ=14.87° 위치의 피크신호가 가장 강하게 나타나고 Sheng 등의 J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 3545-3549의 문헌에 따르면, 이 피크 위치는 [100]표면 페로브스카이트 결정형태에 대응하며 PbX2가 남겨지지 않음에 따른 피크 위치이다. 도5는 페로브스카이트 박막을 광흡수층으로 하여 제작된 페로브스카이트 태양전지에 대한 J-V 테스트 곡선 도면이며, 도면에는 이런 대규모 공업화생산에 적용된 방법으로 제작된 페로브스카이트 태양전지는 광전변환 성능이 16%이상에 달하고 상업화된 태양전지 모듈과 비슷한 성능을 가진다.
상기와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였고, 본 발명은 이에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상과 원칙의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 모든 변경, 균등물, 개진 등은 본 발명의 보호범위 내에 포함된다.
Claims (10)
- 메인 챔버(26)를 포함하는 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비에 있어서,
상기 메인 챔버(26) 내에 각각 두개의 전구체 가열판(9,13)과 기판 고정홈(10)이 설치되고, 상기 두개의 전구체 가열판(9,13)은 각각 메인 챔버(26)의 좌우양단부에 인접하고, 상기 기판 고정홈(10)은 두개의 전구체 가열판(9,13) 사이에 설치되며, 상기 전구체 가열판(9,13) 위에는 각각 전구체 저장용기(8,12)가 설치되고, 상기 기판 고정홈(10) 위에는 여러 그룹의 박막 증착할 기판(11)을 놓아 두며, 각 그룹에서 기판(11)이 서로 등을 맞대도록 두장의 기판(11)을 놓아 두고, 상기 두장의 기판(11)의 박막 증착할 표면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며; 상기 메인 챔버(26)의 좌우양단은 각각 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)가 있는 캐리어가스 배관에 연결되고, 상기 메인 챔버(26)에 진공처리장치가 연결되고, 상기 메인 챔버(26)에 기판(11)을 가열하기 위한 메인 챔버 가열장치가 더 설치되며; 양단의 캐리어가스 배관에는 각각 용매증발장치가 연결되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인 챔버(26) 내에 분기(diversion) 파티션보드(27,28)가 더 설치되고 상기 분기 파티션보드(27,28)는 각각 전구체 저장용기(8,12)와 메인 챔버(26) 양단부에 설치된 캐리어가스 배관구 사이에 설치되며, 상기 분기 파티션보드(27,28)는 각각 분기 파티션보드 고정홈(29,30)을 통해 탈착이 가능하게 메인 챔버(26)의 내벽에 설치되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 진공처리장치는 진공펌프(15)와 진공제어밸브(14)를 포함하고 진공 배관을 통해 메인 챔버(26)에 연결되고, 상기 진공펌프(15)와 진공제어밸브(14)는 순차적으로 진공 배관에 설치되며, 상기 진공제어밸브(14)는 메인 챔버(26)에 더 인접하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 용매증발장치는 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 연결되며, 상기 용매증발장치는 용매용기(6,17), 용매 가열기(5,18) 및 용매증기제어밸브(7,16)를 포함하고, 상기 용매 가열기(5,18)는 각각 용매용기(6,17)를 가열하여 용매의 증기가 각각 용매증기제어밸브(7,16)와 용매 배관을 통해 캐리어가스 배관에 진입하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 캐리어가스 배관에는 각각 예비 기능 가스장치가 연결되고, 상기 예비 기능 가스장치는 예비 기능 가스 배관과 예비 기능 가스 흡기밸브(3,20)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 페로브스카이트 박막의 재료의 구조식은 ABX3이고, A는 아미노기, 아미딘 또는 알칼리 계열 중의 적어도 한 가지이며, B는 납, 주석, 텅스텐, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 안티몬, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 비스무트 및 폴로늄 중 적어도 한 가지의 양이온이고; X는 요오드, 브롬, 염소 및 아스타틴 중 적어도 한 가지의 음이온이며; 어닐링에 사용되는 용매는 아미드용매, 설폰/설폭사이드용매, 에스테르용매, 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소용매, 알코올용매, 케톤용매, 에테르용매 및 방향족 탄화수소용매 중 어느 한가지인 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비. - (i) 기판세정 단계로서,
계면활성제, 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필알코올을 순차적으로 이용하여 기판(11)을 각각 20분 초음파 세정하고, 질소로 풍건한 후, 5분의 자외선-오존 살균 처리를 수행하는, 단계,
(ii) BX2층 제작 단계로서,
단계 (i)에서 처리된 기판(11)에서 용액방법 또는 진공증착방법을 이용하여 일측표면에 한 층의 BX2층을 증착하고, 상기 층의 두께는 100nm~1000nm이고, B는 납, 주석, 텅스텐, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 안티몬, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 비스무트 및 폴로늄 중 적어도 한 가지의 양이온이고; X는 요오드, 브롬, 염소 및 아스타틴 중 적어도 한 가지의 음이온인, 단계,
(iii) 페로브스카이트 층 제작 단계로서,
단계 (ii)에서 BX2가 증착된 기판(11)을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 두장의 기판(11)에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며,
전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 AX를 넣되, A는 아미노기, 아미딘 또는 알칼리 계열 중의 적어도 한 가지이며,
진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 기압이 10-5Pa~105Pa이며,
메인 챔버 가열장치를 작동시켜 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~250℃가 되도록 하며,
메인 챔버(26)의 온도가 일정하게 유지된 후, 전구체 가열판(9,13)에 연결시키고, 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)이 설치된 기판온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고 반응과정을 5~120분 지속하며,
전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내의 진입 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고, 캐리어가스는 질소, 헬륨가스 및 아르곤가스 중 적어도 한 가지이며,
화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치(5,6과 17,18)를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아마이드, γ-부티로락톤 또는 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하나 이에 한정되지 않고, 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 지속시간은 5~100분인, 단계,
(iv) 어닐링처리 단계로서,
화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 AX를 제거하고 진공도 1Pa~10-5Pa 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판(11)을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 질소, 헬륨가스 및 아르곤가스 중 적어도 한 가지를 천천히 주입하고, 메인 챔버(26)의 자연 냉각을 기다리는, 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 청구항 2에 따른 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 탈착이 가능한 분기 파티션보드(27,28)는 장착상태 또는 분리상태로 될 수 있고, 장착이 필요하면 분기 파티션보드(27,28)가 각각 분기 파티션보드 고정홈(29,30)에 고정되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법. - 청구항 7에 있어서,
페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작에 적용되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법. - 청구항 9에 있어서,
페로브스카이트 태양전지의 생산 및 제작 시,
(a) 적절한 투명기판층을 선택하는 단계로서, 기판층은 유리기판과 폴리에틸렌 글리콜 테레프탈레이트 기판을 포함하나 이에 한정되지 않고, 기판층에 투명전도층을 증착하고, 투명전도층은 인듐 도핑 주석 산화물, 불소 도핑 주석 산화물 및 그래핀을 포함하나 이에 한정되지 않는, 단계,
(b) 투명전도층에 홀(hole)수송층 또는 전자수송층을 증착하는 단계로서, 그의 재료는 그래핀, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS), 폴리트리아릴아민(PTAA), 티오시안산 제 1 구리(CuSCN), 제 1 구리 요오드화물(CuI), 산화몰리브덴(MoOx), 산화텅스텐(WO3), 오산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO), 폴리에틸렌이민(PEI), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 바쏘큐프로인(BCP), 탄소 60 및 그의 유도체를 포함하나 이에 한정되지 않고, 그 증착방법은 진공증착방법, 전자빔증발법, 마그네트론스퍼터링법, 원자층증착법, 광에칭법, 화학기상증착법, 스크린인쇄법, 수열법, 전기화학적증착법, 스핀코팅, 블레이드코팅, 바 코팅, 슬롯다이코팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯프린팅을 포함하나 이에 한정되지 않는, 단계,
(c) 홀수송층 또는 전자수송층 상에 페로브스카이트 층을 증착하는 단계로서, 그의 과정은, (b)단계에서 처리된 기판에 용액 방법 또는 진공증착방법으로 한층의 BX2 층을 증착하고 두께는 100nm~1000nm이며, BX2가 증착된 기판을 메인 챔버(26)의 기판 고정홈(10)에 놓되, 두장의 기판에서 박막이 증착되지 않은 일면은 서로 등을 맞대도록 하고, 박막이 증착된 타면은 각각 메인 챔버(26)의 일단을 향하며, 전구체 저장용기(8,12)에 반응물인 AX를 넣되, 진공처리장치를 작동하여 메인 챔버(26) 내의 기압이 10-5Pa~105Pa이며, 메인 챔버(26)를 예열하여 메인 챔버(26)의 온도가 50~250℃가 되도록 하며, 메인 챔버(26) 내의 온도가 일정하게 유지된 후 전구체 가열판(9,13)에 연결시키고, 전구체 가열판(9,13)의 온도를 제어하여 전구체 가열판 온도구역(23,25)의 온도가 기판 고정홈(10)의 기판 온도구역(24)의 온도에 비해 10~100℃ 높도록 하고, 반응과정을 5~120분 지속하며, 전구체 가열판(9,13)의 온도가 일정하게 유지된 후, 캐리어가스 흡기제어밸브(1,22)를 열어 메인 챔버(26) 내의 진입 흡기량을 조절하여 기판(11)의 표면 박막이 화학 반응을 시작하도록 하고, 캐리어가스는 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지이며, 화학 반응을 시작한 지 3~100분 후 용매증발장치(5,6과 17,18)를 이용하여 메인 챔버(26) 내로 용매증기를 주입하고, 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아마이드, γ-부티로락톤 또는 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하나 이에 한정되지 않고, 용매의 증발온도는 50~150℃로 제어되며, 화학반응이 끝난 후, 전구체 저장용기(8,12) 내에 남겨진 반응물인 AX를 제거하고 진공도 10-5Pa ~105Pa 상태에서 메인 챔버(26) 내의 기판을 50~250℃까지 가열하고 가열시간은 5~60분이고, 가열이 종료된 후 캐리어가스 배관을 통해 메인 챔버(26) 내로 질소, 헬륨가스, 아르곤가스 중 적어도 한 가지를 천천히 주입하고, 자연 냉각을 기다리고, 반도체 광흡수층을 형성하는 단계,
(d) 반도체 광흡수층에 전자수송층 또는 홀수송층을 증착하는 단계로서, 그의 재료는 그래핀, PEDOT:PSS, PTAA, CuSCN, CuI, MoOx, WO3, V2O5, NiO, PEI, ZrO2, ZnO, TiO2, SnO2, BCP, 탄소 60 및 그의 유도체를 포함하나 이에 한정되지 않고, 그 증착방법은 진공증착방법, 전자빔증발법, 마그네트론스퍼터링법, 원자층증착법, 광에칭법, 화학기상증착법, 스크린인쇄법, 수열법, 전기화학적 증착법, 스핀코팅, 블레이드코팅, 바 코팅, 슬롯다이코팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅을 포함하나 이에 한정되지 않는, 단계, 및
(e) (d)단계에서 형성된 구조에 금속 전도층을 증착하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비의 사용방법.
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