KR20170141729A - 안정적 페로브스카이트 기반 광전자 장치의 제작 - Google Patents

안정적 페로브스카이트 기반 광전자 장치의 제작 Download PDF

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KR20170141729A
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루이스 가츠야 오노
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각코호진 오키나와가가쿠기쥬츠다이가쿠인 다이가쿠가쿠엔
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Abstract

페로브스카이트 기반 광전자 장치를 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 유기금속 할라이드 페로브스카이트를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 정공 수송 물질(HTM) 및 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계로서, 용매는 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등점을 갖는, 용액 제조 단계; 및 활성층에 용액을 스핀-코팅함으로써 정공 수송층(HTL)을 형성하는 단계를 포함한다. 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등점을 갖는 용매는 클로로포름 및 디클로로메탄을 포함한다.

Description

안정적 페로브스카이트 기반 광전자 장치의 제작
본 발명은 안정적 페로브스카이트(perovskite) 기반 광전자 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
태양 전지(또한 광기전 전지라 불림)는 광기전 효과를 나타내는 반도체를 사용하여 태양 에너지를 전기로 전환하는 전기 장치이다. 태양 광기전은 현재, 수력 및 풍력에 이어, 전세계적 설비 용량에 있어 세번째로 가장 중요한 재생가능 에너지원이다. 이들 태양 전지의 구성은 p-n 접합 개념에 기초하며, 여기서는 태양 방사로부터의 광자가 전자-정공 쌍으로 전환된다. 상업적인 태양 전지에 사용되는 반도체의 예는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 무정형 실리콘, 카드뮴 텔루라이드, 및 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드를 포함한다. 상업적으로 가용한 전지의 태양 전지 에너지 전환 효율은 현재 약 14-22%인 것으로 보고된다.
태양 전지의 상업화에 있어서는 높은 전환 효율, 장기간 안정성 및 저비용 제작이 필수적이다. 이러한 이유로, 태양 전지에서 종래의 반도체를 대체하기 위해 폭넓게 다양한 물질이 연구되었다. 예를 들어, 유기 반도체를 사용한 태양 전지 기술은 비교적 새로운 것이며, 여기서 이들 전지는 액체 용액으로부터 가공될 수 있고, 이는 잠재적으로 저비용의 대규모 생산으로 이어진다. 유기 물질 외에, 예를 들어 유기금속 할라이드 페로브스카이트(CH3NH3PbX3 및 CH3NH3SnX3 - 여기서 X=Cl, Br, I임 -) 또는 이들의 조합은 고효율, 저비용 태양 기술의 다음 세대를 위한 유망한 물질로서 현재 떠오르고 있다. 이들 합성 페로브스카이트는 광-발생 전자 및 정공이 전지 내의 열로서의 그들의 에너지를 상실하는 대신에 전류로서 추출되도록 충분히 멀리 이동하는 것을 허용하는 높은 전하 캐리어 이동성 및 수명을 나타낼 수 있는 것으로 보고되었다. 이들 합성 페로브스카이트는 용액 처리, 진공 증발 기술, 화학 기상 증착 등과 같은 유기 태양 전지를 위해 사용되는 것과 동일한 막박 제조 기술을 사용하여 제작될 수 있다.
최근 보고에 따르면 이러한 분류의 물질, 즉 유기금속 할라이드 페로브스카이트는 다른 광전자 장치에서도 고성능 반도체성 매체의 가능성을 갖는다. 특히, 일부 페로브스카이트는, 이들을 발광 다이오드 (LED)에 사용하기 위한 매력적인 후보물로 만드는 강한 광발광 특성을 나타낸다고 공지되어 있다. 추가로, 페로브스카이트는 또한 간섭(coherent) 광 방출 특성, 따라서 전기 구동 레이저에 사용하기에 적합한 광학 증폭 특성을 나타낸다고 보고되었다. 이들 장치에서, 전자 및 정공 캐리어는 광발광 매체 안으로 주입되는 반면, 태양 전지 장치에서는 캐리어 추출이 필요하다.
그러나, 지금까지 기존의 제작 기술을 사용하여서는 안정된 페로브스카이트 기반 장치를 획득하는 것이 어려웠다. 고성능 장치의 저비용 제작 기술에 대한 지속적으로 증가하는 필요성의 관점에서, 태양 전지 및 다른 광전자 용례에 적합한 안정적이며 고 효율적인 페브로스카이트 기반 장치를 생산하기 위한 새로운 제작 기술이 요망된다.
[비특허문헌]
NPL1: G. E. Eperon 등, Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells. Energy Environ. Sci. 7, 982 - 988 (2014년).
NPL2: Z. Hawash 등, Air-exposure induced dopant redistribution and energy level shifts in spin-coated spiro-MeOTAD films. Chem. Mater. 27, 562-569 (2015년).
NPL3: J. Burschka 등, Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature Vol. 499, 316 - 320 (2013년 7월).
[특허문헌]
PL1: Lupo 등, US 5,885,368
PL2: Windhap 등, US 6,664,071
PL3: Onaka 등, US 8,642,720
PL4: Isobe 등, US 2012/0085411A1
PL5: Nishimura 등, US 2012/0325319A1
PL6: Kawasaki 등, US 2013/0125987A1
PL7: Horiuchi 등, US 2014/0212705A
PL8: Arai 등, US 2015/0083210A
PL9: Arai 등, US 2015/0083226A1
PL10: Snaith 등, US 2015/0122314A1
페로브스카이트 기반 광전자 장치를 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 유기금속 할라이드 페로브스카이트를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 정공 수송 물질(HTM) 및 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계로서, 용매는 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등점을 갖는, 용액 제조 단계; 및 활성층에 용액을 스핀-코팅함으로써 정공 수송층(HTL)을 형성하는 단계를 포함한다. 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등점을 갖는 용매는 클로로포름 및 디클로로메탄을 포함한다.
도 1은 (a)에서 클로로벤젠(ClB) 전지의 AFM 이미지의 사진을 나타내고, (b)에서 클로로포름(ClF) 전지의 AFM 이미지를 나타내고, (c)에서 ClB 전지의 SEM 이미지를 나타내며, (d)에서 ClF 전지의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 2는 (a)에서 ClB 전지의 j-V 곡선의 도표를 그리고 (b)에서 ClF 전지의 곡선의 도표를 나타낸다.
도 3은 (a)의 전방향 주사 및 (b)의 역방향 주사에 기초한 5개의 개별 ClB 전지의 전력 전환 효율(PCE), 개방-회로 전압(Voc), 단락 전류(jsc), ~102 시간에 걸쳐 공기에서 측정된 충전 계수(FF)의 도표를 도시한다.
도 4는 (a)의 전방향 주사 및 (b)의 역방향 주사에 기초한 6개의 개별 ClF 전지의 PCE, jsc, Voc, 및 ~102 시간에 걸쳐 공기 중에서 측정된 FF 값의 도표를 도시한다.
도 5는 안정성 시험 102 시간 후에 측정된 ClB 및 ClF 전지의 I 3d 코어 레벨에 대응하는 사후-분석 XPS의 도표를 도시한다.
도 6은 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 제조된 스핀-코팅된 스피로-MeOTAD 필름의 AFM 이미지를 도시한다.
도 7은 (a)의 클로로포름 및 (b)의 클로로벤젠을 사용하여 제조된 스핀-코팅된 폴리스티렌 필름의 AFM 이미지를 도시한다.
유기금속 할라이드 페로브스카이트 필름을 제작하기 위한 종래 방법의 원료 물질은 PbCl2, PbBr2, PbI2, SnCl2, SnBr2, SnI2 등과 같은 할라이드 물질, 및 CH3NH3Cl, CH3NH3Br, CH3NH3I 등과 같은 메틸암모늄 (MA=CH3NH3 +) 물질을 포함한다. MA 화합물 대신에 또는 그것과 조합하여, 포름아미디늄(FA= HC(NH2)2 +) 화합물이 또한 사용될 수 있다. 유기금속 할라이드 페로브스카이트는 일반적으로 ABX3로 표현되는 사방정계 구조를 가지며, 여기서 유기 원소(MA, FA) 또는 다른 적절한 유기 원소가 각각 위치 A를 차지하고; 금속 원소(Pb2 + 또는 Sn2 +)가 각각 위치 B를 차지하며; 할로겐 원소(Cl-, I- 또는 Br-)가 각각 위치 X를 차지한다. (예를 들어, Eperon 등, NPL1을 참고하라). 원료 물질은 AX 및 BX2로 표시되며, 여기서 AX는 X 음이온을 위한 할로겐 원소(Cl, I 또는 Br)와 조합되는 A 양이온을 위한 유기 원소(MA, FA) 또는 다른 적절한 유기 원소를 갖는 유기 할라이드 화합물을 나타내며; BX2는 X 음이온을 위한 할로겐 원소(Cl, I 또는 Br)와 조합되는 B 양이온을 위한 금속 원소(Pb 또는 Sn)를 갖는 금속 할라이드 화합물을 나타낸다. 여기서, AX의 실제 원소(X) 및 BX2의 실제 원소(X)는 각각이 할로겐 그룹으로부터 선택되는 한 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, AX의 X는 Cl일 수 있으며, BX2의 X는 Cl, I 또는 Br일 수 있다. 따라서, 혼합 페로브스카이트, 예를 들어 MAPbI3 - XClX의 형성이 가능하다. "페로브스카이트" 및 "유기금속 할라이드 페로브스카이트"라는 용어는 본 문헌에서 상호교환가능하게 그리고 동의어로 사용된다.
유기금속 할라이드 페로브스카이트는 태양 전지, LED, 레이저 등과 같은 광전자 장치의 활성층을 위해 사용될 수 있다. 여기서, "활성층"은 광기전 장치에서 광자의 캐리어(전자 및 정공)로의 전환이 발생하는 흡수층을 지칭하며; 광발광 장치에 대해서, 그것은 전하 캐리어가 광자를 발생시키도록 조합되는 층을 지칭한다. 정공 수송층(HTL)은 광기전 장치에서 활성층으로부터 전극으로 정공 캐리어를 수송하기 위한 매체로서 사용될 수 있으며, 광발광 장치에 대해, HTL은 전극으로부터 활성층으로 정공 캐리어를 수송하기 위한 매체를 지칭한다. 페로브스카이트 기반 장치에서 HTL를 형성하기 위해 사용되는 정공 수송 물질(HTM)의 예는, 2,2′,7,7′-테트라키스(N,N′-디-p-메톡시페닐아민)-9,9′-스피로비플루오렌(스피로-MeOTAD, 스피로-OMeTAD라고도 칭함), 폴리스티렌, 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일) (P3HT), 폴리(트리아릴 아민) (PTAA), 그래핀 옥시드, 니클 옥시드, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트(PEDOT:PSS), 구리 티오시아네이트(CuSCN), CuI, Cs2SnI6, 알파-NPD, Cu2O, CuO, 서브프탈로시아닌, 6,13-비스(트리이소프로필실리레티닐) 펜타센(TIPS-펜타센), PCPDTBT, PCDTBT, OMeTPA-FA, OMeTPA-TPA, 및 퀴노리지노 아크리딘을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
페로브스카이트 기반 장치를 위한 HTL을 형성하기 위해서 전형적으로 용액법이 채용된다. 예를 들어, 4-테르트-부틸피리딘(tBP) 및 리튬 비스-(트리플루오로메틸술포닐) 이미드 염(Li-염)을 갖는 스피로-MeOTAD의 용액이 페로브스카이트 필름에 HTL을 형성하기 위해서 스핀-코팅될 수 있다. 그러나, Hawash 등(NPL2)에 의해 기재된 최근 연구는 스피로-MeOTAD로 구성된 이들 용액 처리 필름이 전형적으로 고밀도의 핀홀을 포함한다는 것을 나타낸다. 여기서, 핀홀은 필름에 침투하는 소직경의 정공의 형상을 갖는 결함으로서 규정된다. 이들 핀홀은 필름의 전체 두께를 통해 또는 필름 표면으로부터 시작하여 필름 안으로 깊게 침투할 수 있다. HTL의 이들 핀홀은 층 사이의 쇼트닝 또는 혼합을 통해 페로브스카이트 기반 장치의 불안정성을 유발할 수 있으며, 이는 HTL를 형성하기 위해 용액 처리 스피로-MeOTAD 필름을 사용하는 전형적인 페로브스카이트 태양 전지가 공기에 노출될 때 효율이 급격하게 감소되는 원인이 될 가능성이 있다. 이들 핀홀은 또한 HTL를 위한 용액 처리 스피로-MeOTAD를 포함하는 전형적인 페로브스카이트 태양 전지의 매우 짧은 수명의 원인이 될 가능성이 있다. 그 영향은 두 가지인 것으로, 즉 (i) 핀홀은 수분이 HTL를 통해 이주하여 페로브스카이트에 도달하고 그것을 열화시키는 것을 용이하게 하고; (ii) 핀홀은 페로브스카이트로부터의 구성 원소, 예를 들어 아이오딘이 상부 표면으로 이주하고 페로브스카이트를 열화 또는 분해시키는 것으로 고려된다. 이러한 관찰에 기초하여, HTL로서의 사용을 위한 스피로-MeOTAD의 제조를 위한 용매의 선택은 핀홀 형성을 회피하도록 최적화되며, 따라서 페로브스카이트 태양 전지의 수명을 증가시킨다.
본 문헌은 결과적인 HTL에서의 핀홀의 수를 감소시키기 위한 목적에 있어서 페로브스카이트 필름에 퇴적되는 정공 수송 물질(HTM)의 제조에 있어서의 용매의 역할을 명확하게 하기 위해 실행된 실험 및 분석에 대한 설명을 포함한다. 이하에서, 스피로-MeOTAD는 구체적 HTM 예로서 사용되지만, 본 방법론은 다른 유형의 HTM에 적용가능하다. 우선, 일반적으로 사용되는 클로로벤젠 대신에 용매로서 클로로포름을 사용하는 경우가 고려된다. 이하에서 첨부의 도면을 참고하여 상세를 설명한다. 구체적 값이 다양한 단계, 실험 및 분석을 설명하기 위해 본원에 기재되지만, 이들은 근사 값이거나 그리고/또는 측정 공차 내에 있다는 것을 이해해야 한다.
예시적인 공정으로 유리에 코팅된 플루오린 도핑 주석 산화물(FTO)을 사용하여 투명 도전 기판을 제조하였다. FTO는 소듐 도데실 술페이트의 수성 용액에 의한 브러싱(brushing), 물에 의한 세정, 그 후의 2-프로판올에서의 음파 처리, 및 마지막으로 N2 가스에 의한 건조에 의해 에칭 및 클리닝되었다. 80 nm 두께 TiO2 치밀층을 아세틸아세톤, Ti(IV) 이소프로폭시데 및 무수 에탄올의 3:3:1 wt. 혼합물을 사용하여 분무 열분해에 의해 퇴적시켰다. ~170 nm 두께의 거대조직 TiO2 층을 4000에서 1:3 wt.의 테르피네올 중의 희석 페이스트 (90-T)를 스핀-코팅함으로써 퇴적시키고, 후속하여 10분 동안 350℃에서 그리고 30분 동안 480℃에서 소결하였다. 냉각 후, 기판을 15분 동안 UV-O3에서 처리하였고 페로브스카이트 퇴적을 위해 N2 글로브박스로 옮겼다.
이어서, Burschka 등(NPL 3)에 기재된 바와 같이 변형된 2 단계 용액법에 따라 기판에 대한 페로브스카이트 퇴적을 실행하였다. 먼저, 디메틸포름아미드 중의 PbI2 용액(460 mg mL- 1)을 제조하고 적어도 2 시간 동안 70℃에서 교반 상태로 두었다. 용액을 70℃로 미리 가열된 거대조직 TiO2 기판 상에 30초 동안 6000 rpm에서 스핀-코팅하였다. 스핀-코팅을 개시하기 전에, 용액을 적절한 세공 침윤을 위해 메소다공성 층에 10초 동안 놔두었다. 스핀-코팅 후에, PbI2 층을 20분 동안 70℃에서 건조하였다. 제2 단계 동안, 2-프로판올(IPA) 중의 20 mg mL-1 메틸암모늄 아이오다이드(MAI) 용액을 제조하고 70℃에서 유지시켰다. PbI2 필름을 기판을 완만하게 흔드는 상태에서 30초 동안 MAI 용액에 침지시켰다. 침지 후에, 기판을 과잉 IPA에서 세정하고, 스핀-코터를 사용하여 샘플을 회전시킴으로써 즉시 건조시켰으며, 70℃에서 핫 플레이트 상에서 20분 동안 어닐링하였다. 결과적인 페로브스카이트는 이 경우 MAPbI3이다.
이어서, 각각의 기판에 퇴적된 페로브스카이트 필름을 사용하여 태양 전지를 제작하였다. 태양 전지 샘플의 제1 배치(batch)를 제작하였고, 각각의 샘플은 3개의 물질: 72.5 mg/mL 농도로 클로로벤젠에 용해된 스피로-MeOTAD, 아세토니트릴에 용해된 17.5μL의 Li-비스(트리플루오로메탄술포닐)-이미드(LiTFSI)(52mg/100μL), 및 28.8μL의 테르트-부틸피리딘 (t-BP)의 혼합물을 사용하여 제조된 HTL을 포함한다. 이들 혼합물 용액은 페로브스카이트 필름에 스핀-코팅되어, 본원에서 ClB 전지라 지칭되는 태양 전지 샘플의 제1 배치에 올려졌다. 태양 전지 샘플의 제2 배치를 제작하였고, 각각의 샘플은 모든 다른 재료는 동일하고 클로로벤젠 대신에 용매로서 클로로포름을 사용하여 제조된 HTL을 포함한다. 클로로벤젠 대신에 클로로포름을 포함하는 혼합물 용액은 페로브스카이트 필름에 스핀-코팅되었다. 이들 전지를 본원에서는 ClF 전지라 칭한다. 마지막으로, 양 배치에 대해서, Au 상부 전극(100 nm)을 0.05, 0.08, 0.12, 및 0.16 cm2의 태양 전지 활성 면적을 형성하는 새도우 마스크를 통해 열 증발에 의해 퇴적시켰다.
주사 전자 현미경(SEM), X-선 회절(XRD) 및 UV-가시광 분광법에 의한 페로브스카이트 필름 특징화를 실행하였다. 이와 같이 제조된 페로브스카이트 필름에서 14.1°, 28.4° 및 43.2°에서의 특징적 XRD 피크가 관찰되었고, 이는 사방정계 결정 구조의 (110), (220) 및 (330)에 대응한다. SEM 이미지는 거대조직 TiO2 필름을 완전히 덮는 균일한 층을 나타냈으며, 페로브스카이트 결정 영역은 50 내지 100 nm의 범위에 있다. UV-가시광 주사에서의 페로브스카이트 필름의 흡광도 개시(onset in absorbance)는 1.58 eV의 광학 밴드 갭을 확인해준다.
원자력 현미경(AFM) 및 SEM에 기초하여 HTL의 형태 특징화를 실행하였다. 도 1은 (a)에서 ClB 전지의 AFM 이미지의 사진을, (b)에서 ClF 전지의 AFM 이미지를, (c)에서 ClB 전지의 SEM 이미지를, 그리고 (d)에서 ClF 전지의 SEM 이미지를 나타낸다. AFM 이미지는 Au 전극에 의해 덮이지 않은 스피로-MeOTAD 영역에서 취득되었다. SEM 이미지는 Au 전극에서 취득되었다. (a)에서는 ClB 전지의 스피로-MeOTAD HTL에서의 핀홀의 존재가 증명되는 반면, (b)에서는 ClF 전지의 HTL에서 핀홀이 가시적으로 나타나지 않는다. (c)에 도시된 바와 같이 아래 있는 핀홀에 의해 발생하는 보이드가 또한 ClB 전지의 Au 전극에서 관찰되며, Au 전극 아래의 스피로-MeOTAD 필름 형태를 반영한다. 한편, 보이드는 (d)의 ClF 전지의 Au 전극에서는 가시적으로 나타나지 않는다.
도 2는 (a)에서 ClB 전지의 j-V 곡선의 도표를 그리고 (b)에서 ClF 전지의 곡선의 도표를 나타낸다. 구체적 층 순서는 FTO/bl-TiO2/mp-TiO2/MAPbI3/스피로-MeOTAD/Au이다. 전지는 1 sun(AM1.5G) 하에 조사되었다. ClB 배치의 최우수 전지(즉, 최고 성능 전지)는 각각 1.047 V, 19.7 mA/cm2, 0.72, 및 14.9 %의 개방-회로 전압(Voc), 단락 전류(jsc), 충전 계수(FF) 및 전력 전환 효율(PCE)을 나타내었다. ClF 배치의 최우수 전지는 각각 1.036 V, 19.7 mA/cm2, 0.56, 및 11.4 %의 Voc, jsc, FF, 및 PCE를 나타내었다. 클로로포름 제조 HTL을 갖는 ClF 전지의 낮은 충전 계수 및 PCE는 핀홀 부재 시의 스피로-MeOTAD 층의 느린 공기 유도 도펀트 재분배에 기인하는 직렬 저항의 증가에 의한 것으로 고려된다. 상부 접촉 증발 전의 스피로-MeOTAD 층의 스핀-코팅 후의 공기 노출 단계는 최적 효율을 달성하는데 중요한 것으로 고려된다.
주위 공기에서 ~102 시간에 걸쳐 정적 상태 태양 전지 성능 파라미터의 진화를 감시하였다. 2시간마다 과도적 광전류 신호를 측정하였다. 본원에서 채용된 안정성 측정 절차는 ISOS-L-1 프로토콜에 대응한다. 페로브스카이트 태양 전지에 부속하는 일반적인 거동 중 하나는 이력현상이다. 즉, 전류 밀도 레벨은 전압이 고에서 저로 변화될 때와 저에서 고로 변화될 때에 동일한 전압이 아니다. 이러한 이력현상 거동을 고려하여, 전방향 및 역방향 주사의 양자 모두가 실행되며, 전방향 주사는 전압을 저에서 고로(즉, j-V 도표에서 jsc로부터 Voc의 방향으로) 변화시키며, 역방향 주사는 전압을 고에서 저로(즉, j-V 도표에서 Voc로부터 jsc의 방향으로) 변화시킨다. 도 3은 (a)의 전방향 주사 및 (b)의 역방향 주사에 기초한 5개의 개별 ClB 전지의 PCE, jsc, Voc, 및 ~102 시간에 걸쳐 공기에서 측정된 FF 값의 도표를 도시한다. 도 4는 (a)의 전방향 주사 및 (b)의 역방향 주사에 기초한 6개의 개별 ClF 전지의 PCE, jsc, Voc, 및 ~102 시간에 걸쳐 공기 중에서 측정된 FF 값의 도표를 도시한다. 습도는 ~42%가 되도록 제어되었다. 도 3 및 도 4와 비교하면, ClB 전지의 각각의 태양 전지 파라미터는 공기 노출 직후 10 내지 20시간까지 급격하게 저하되며, 이후 측정의 종료시까지 천천히 저하되는 긴 꼬리를 남기는 것이 명확하게 보인다. 모든 ClB 전지는 최대 전력점에서 12시간의 연속적인 동작 후 0%의 PCE 값을 얻는다. 한편, ClF 전지는 도 4에서 보이는 바와 같이 상당히 우수한 안정성을 보인다. ClF 전지에 대한 통계 분석은 PCE 값이 처음 12 시간 동안 초기 PCE로부터 ~12%까지만 저하된다. ~100시간의 동작 후, ClF 전지의 PCE는 ~50%까지 저하된다. PCE 프로파일은 jsc, Voc 및 FF 프로파일의 상호작용을 반영하는 것으로 고려된다. 페로브스카이트 기반 태양 전지 구조는 복잡(FTO/bl-TiO2/mp-TiO2/MAPbI3/스피로-MeOTAD/Au)하기 때문에, 각 층의 회선식 물리-화학 변화는 전반적인 jsc, Voc, 및 FF에 영향을 미칠 것으로 예상된다. ClB 전지에서 관찰된 jsc의 붕괴는 동작 시간의 함수로서 저하하는 광전류를 발생시키는 MAPbI3 활성(즉, 흡수) 층의 열화에 주로 기인할 수 있다.
XRD 결과는 또한 페로브스카이트 결정 피크가 ~100 시간 동작 후에 ClB 전지에서 사라지는 것을 확인해 주었다. 페로브스카이트 층의 열화는 부산물로서 MA, MAI, PbI2 및 아이오딘화수소산(HI)을 발생시키는 분위기에서의 H2O(수분)와의 반응에 의해 유발되는 것으로 생각된다. 또한, HI 및 MA는 각각 -35.4℃ 및 -6℃의 비등 온도를 갖고; 따라서 그들은 주로 실온에서 기체 상으로 존재한다. ClF 전지의 감시된 ~100 시간 안정성 프로파일에서 느린 선형 타입 붕괴가 관찰된다. 상술한 바와 같이, 도 1의 (a) 및 (b)의 AFM 이미지는 ClB와 ClF 전지 사이에서 뚜렷하게 상이한 형태를 나타낸다. 이들은 Au 전극에 의해 덮이지 않는 스피로-MeOTAD 영역이다. 고밀도의 핀홀이 ClB 전지에서 관찰되며 주변 공기에 존재하는 H2O 및 O2 기체 분자의 내부 확산을 촉진하여 MAPbI3 활성층을 열화시키고, MAI 및/또는 HI 같은 높은 증기 압력을 갖는 부산물의 외부 확산을 촉진할 것으로 예상된다.
도 1의 (a) 및 (b)의 것과 같은 AFM 이미지에서 명백한 바와 같이, ClF 전지는 ClB 전지와 비교하여 질적으로 상이한 매우 균일하고 높은 커버리지 표면을 가지며, 핀홀이 용이하게 식별될 수 있다. 이러한 관찰은 또한 XPS 측정에 의해 확증된다. 도 5는 상술한 안정성 시험 102 시간 후에 측정된 ClB 및 ClF 전지의 I 3d 코어 레벨에 대응하는 사후-분석 XPS의 도표를 도시한다. 일반적으로, XPS 측정은 표면 감응성이며 상부 표면으로부터 대략 10 nm 깊이까지 원소의 존재를 검출할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, ClB 전지에 대해서, I 3d 코어 레벨과 연관된 XPS 피크는 매우 강하며, 이는 MAI 및/또는 HI 같은 높은 증기 압력을 갖는 부산물의 HTL의 상부 표면으로의 외부 확산을 명확히 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 ClB 전지의 상부 표면에 대해서 대량의 아이오딘 함유 화합물(가장 가능성이 크게는 MAI)이 XPS에 의해 검출되었다. ClF 전지는 또한 일부 아이오딘 종이 상부 표면에 존재하는 것을 나타내었으며, 이는 핀홀 없는 스피로-MeOTAD 층이라도 확산을 완전히 정지시킬 수 없는 것을 의미한다.
AFM, SEM 및 XPS의 조합된 결과에 기초하여, 각각의 ClF 전지는 ClB 전지보다 HTL에서 상당히 적은 수의 핀홀을 갖는 것으로 결론지어진다. 핀홀 형성에 대한 기본적인 양태 및 메커니즘은 복잡하며 다수의 인자를 포함할 수 있다. HTL 제조에서 사용되는 용매의 특성은 제작된 필름의 결정도 및 형태를 영향을 주는 것으로 고려된다. 핀홀 형성에 대한 기본적인 메커니즘을 밝히기 위해서, 다양한 용매 및 HTM이 시험되었다. 일부 예가 이하에 기재된다.
용매로서의 스피로-MeOTAD 및 디클로로메탄(CH2Cl2) 용액을 제조하였으며, ~400 nm 두께를 갖는 HTL 층을 형성하기 위해 Si 기판에 스핀-코팅되었다. 도 6은 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 제조된 스핀-코팅된 스피로-MeOTAD 필름의 AFM 이미지(5 × 5μm2)를 도시한다. 작은 직경을 갖는 매우 낮은 밀도의 핀홀이 관찰되었다. 통계 분석의 결과는 핀홀의 크기가 직경이 107±2 nm이고, 밀도는 0.5 핀홀/μm2이며, 양자 모두 ClB 전지에서 관찰된 것보다 작은 것을 보여준다.
스피로-MeOTAD 대신에 HTL을 형성하기 위해 폴리스티렌을 사용하여 유사한 실험을 실행하였다. 폴리스티렌은 스피로-MeOTAD 같은 소분자 물질과 상이한 폴리머이다. 도 7은 (a)의 클로로포름 및 (b)의 클로로벤젠을 사용하여 제조된 스핀-코팅된 폴리스티렌 필름의 AFM 이미지(4 × 4 μm2)를 도시한다. (b)에 도시된 바와 같이 클로로벤젠 용매를 채용하였을 때 핀홀이 관찰되었다. P3HT, PTAA, 그래핀 옥시드, 니클 옥시드, PEDOT:PSS, CuSCN, CuI, Cs2SnI6, 알파-NPD, Cu2O, CuO, 서브프탈로시아닌, TIPS-펜타센, PCPDTBT, PCDTBT, OMeTPA-FA, OMeTPA-TPA, 및 퀴노리지노 아크리딘 같은 다양한 유형의 HTM을 사용하면 용매의 선택으로부터 발생하는 핀홀 형성에 대한 유사한 영향이 예상될 수 있다.
최소 밀도 및 크기의 핀홀을 갖는 HTL을 제작하기 위한 본 방법에 따르면, HTM을 용해하기 위한 용매의 선택은 중요한 역할을 한다. 제조된 필름의 결정도 및 형태는 용매의 물리적인 특성, 예를 들어 비등점, 쌍극자 모멘트, 점도, 용해도 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 클로로벤젠(132℃)의 비등점은 클로로포름의 비등점(61.2℃) 및 디클로로메탄의 비등점(39.6°)보다 상당히 높다. 낮은 비등점 용매의 더 빠른 증발은 핀홀을 최소한으로 발생시키면서 HTL 필름을 빠르게 응고시키는데 도움을 주는 것으로 고려된다. 본 방법은 페로브스카이트 활성층에 대한 감소된 핀홀을 갖는 고품질 HTL의 형성에 부속하며, 장치의 향상된 안정성 및 긴 수명으로 이어진다. 따라서, 이는 태양 전지, LED, 레이저 등을 포함하는 임의의 페로브스카이트 기반 광전자 장치를 제작하는데 적용할 수 있다.
본 문헌은 많은 구체사항을 포함하지만, 이들은 본 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한으로서 고려되어서는 안되며, 그보다는 본 발명의 특정 실시예에 대한 특징적인 구체사항의 설명으로 고려되어야 한다. 개별 실시예와 관련하여 본 문헌에서 설명되는 소정 특징은 또한 단일 실시예의 조합으로 실시될 수 있다. 반대로, 단일 실시예와 관련하여 설명되는 다양한 특징은 또한 별개의 다수의 실시예로 또는 임의의 적절한 하위조합으로 실시될 수 있다. 또한, 특징은 소정 조합으로서 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 나아가 처음에는 그렇게 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에 그 조합으로부터 실시될 수 있으며, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변형에 관한 것일 수 있다.

Claims (7)

  1. 페로브스카이트 기반 광전자 장치를 제작하는 방법이며, 상기 방법은,
    유기금속 할라이드 페로브스카이트를 포함하는 활성층을 형성하는 단계;
    정공 수송 물질(HTM) 및 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계로서, 용매는 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등 점을 갖는, 용액 제조 단계; 및
    활성층에 용액을 스핀-코팅함으로써 정공 수송층(HTL)을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    용매는 클로로포름인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    용매는 디클로로메탄인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    HTM은 스피로-MeOTAD, 폴리스티렌, P3HT, PTAA, 그래핀 옥시드, 니클 옥시드, PEDOT:PSS, CuSCN, CuI, Cs2SnI6, 알파-NPD, Cu2O, CuO, 서브프탈로시아닌, TIPS-펜타센, PCPDTBT, PCDTBT, OMeTPA-FA, OMeTPA-TPA, 및 퀴노리지노 아크리딘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  5. 유기금속 할라이드 페로브스카이트를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 정공 수송 물질(HTM) 및 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계로서, 용매는 클로로벤젠의 것보다 낮은 비등점을 갖는, 용액 제조 단계; 및 활성층에 용액을 스핀-코팅함으로써 정공 수송층(HTL)을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제작된 페로브스카이트 기반 태양 전지이며, 페로브스카이크 기반 태양 전지는,
    용매로서 클로로포름 또는 디클로로메탄을 사용함으로써 형성되는 HTL을 포함하며, HTL은 용매로서 클로로벤젠을 사용하여 형성되는 HTL보다 작은 밀도 및 작은 크기의 핀홀을 포함하는, 페로브스카이트 기반 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    용매로서 클로로포름 또는 디클로로메탄을 사용하여 형성된 HTL을 포함하는 페로브스카이트 기반 태양 전지는 용매로서 클로로벤젠을 사용하여 형성된 HTL을 포함하는 페로브스카이트 기반 태양 전지보다 더 안정적이며 더 긴 수명을 갖는, 페로브스카이트 기반 태양 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    HTM은 스피로-MeOTAD, 폴리스티렌, P3HT, PTAA, 그래핀 옥시드, 니클 옥시드, PEDOT:PSS, CuSCN, CuI, Cs2SnI6, 알파-NPD, Cu2O, CuO, 서브프탈로시아닌, TIPS-펜타센, PCPDTBT, PCDTBT, OMeTPA-FA, OMeTPA-TPA, 및 퀴노리지노 아크리딘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 페로브스카이트 기반 태양 전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200089058A (ko) * 2019-01-16 2020-07-24 인천대학교 산학협력단 물을 포함하는 2상 딥코팅용 조성물 및 이를 이용한 고분자 박막의 형성 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110785865B (zh) * 2017-09-21 2023-08-11 积水化学工业株式会社 太阳能电池
CN109545972B (zh) * 2018-11-23 2022-12-02 浙江昱辉阳光能源江苏有限公司 一种高稳定性钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN109768164A (zh) * 2018-12-18 2019-05-17 杭州电子科技大学 一种柔性光探测器的制备方法
KR102434775B1 (ko) * 2020-08-21 2022-08-19 성균관대학교산학협력단 에너지 하베스팅 시스템 및 이의 제조 방법
CN114203902B (zh) * 2020-09-16 2022-09-20 南开大学 一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法
EP4300815A1 (en) 2022-06-30 2024-01-03 Sociedad Anónima Minera Catalano-Aragonesa Photovoltaic panel on ceramic support

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1711000A (zh) * 2005-07-19 2005-12-21 天津理工大学 柔性白色有机电致发光器件及其制备方法
KR100696528B1 (ko) * 2005-07-22 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 트리아릴아민계 화합물, 그 제조방법 및 이를 이용한 유기발광 표시 소자
JP5760334B2 (ja) * 2009-06-19 2015-08-05 大日本印刷株式会社 有機電子デバイス及びその製造方法
KR20130044202A (ko) * 2010-02-05 2013-05-02 파나소닉 주식회사 유기 전계 발광 소자, 그의 제조 방법 및 제조 장치
WO2014109610A1 (ko) * 2013-01-10 2014-07-17 한국화학연구원 고효율 무-유기 하이브리드 태양전지의 제조 방법
US9385326B2 (en) * 2013-01-15 2016-07-05 Basf Se Triangulene oligomers and polymers and their use as hole conducting material
CN103928633B (zh) * 2013-01-16 2016-08-03 国网山东省电力公司莒县供电公司 一种有机电致发光器件的制备方法
GB201404840D0 (en) * 2014-03-18 2014-04-30 Isis Innovation Hole conduction layer
JP6732405B2 (ja) * 2015-02-24 2020-07-29 大阪瓦斯株式会社 ペロブスカイト型太陽電池及びその製造方法
JP6486719B2 (ja) * 2015-03-03 2019-03-20 株式会社東芝 光電変換素子の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200089058A (ko) * 2019-01-16 2020-07-24 인천대학교 산학협력단 물을 포함하는 2상 딥코팅용 조성물 및 이를 이용한 고분자 박막의 형성 방법

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