WO2016186317A1 - 페로브스카이트 태양 전지 모듈 - Google Patents

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WO2016186317A1
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perovskite solar
solar cell
layer
absorbing layer
perovskite
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김동환
이해석
강윤묵
이승훈
김영도
박효민
김성탁
정태원
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고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a perovskite solar cell module, and more particularly, to a perovskite solar cell module in which solar cells including a material having a perovskite structure as an absorbing layer are electrically connected to each other.
  • Photovoltaic solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using photovoltaic effect.
  • Silicon solar cell is typical, and general commercial solar cell is composed of p-type and n-type semiconductors. Equipped with front and rear electrodes, electrons and holes generated by light irradiation are separated and collected in the electrodes. As a result, unit cells of the solar cell module are formed.
  • a plurality of solar cells are connected in series or in parallel to obtain output, and then packaged for outdoor use. This type is called a solar cell module.
  • a solar cell including an absorbing layer as a material having a perovskite structure may have excellent photoelectric conversion efficiency due to better charge separation and photocharge accumulation characteristics than conventional silicon thin film solar cells.
  • the absorbing layer may be patterned through a laser scribing process or a mechanical scribing process.
  • problems such as damage or shunt (SHUNT) in the absorbing layer that may occur in the structure during the scribing process may occur.
  • SHUNT damage or shunt
  • a shunt phenomenon occurs in which electrons generated in the absorption layer through contact between the metal electrode and the absorption layer move to the metal electrode instead of the transparent electrode, thereby degrading the photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cell module. May occur.
  • an object of the present invention is to provide a perovskite solar cell module that can improve the photoelectric conversion efficiency by suppressing the shunt generation.
  • the perovskite solar cell module according to the embodiments of the present invention may be formed in each of the first and second cell regions on the transparent substrate and the transparent substrate partitioned into a first cell region and a second cell region. And a transparent electrode, an absorbing layer made of a perovskite material, a metal electrode into which holes are introduced from the absorbing layer, and a hole conducting layer interposed between the absorbing layer and the metal electrode and transferring the holes to the metal electrode.
  • first and second perovskite solar cells wherein the metal electrode is connected to a transparent electrode included in the second perovskite solar cell, and the first and second perovskite solar cells
  • each of the perovskite solar cells may further include a blocking layer interposed between the transparent electrode and the absorption layer to suppress the return of electrons to the absorption layer.
  • the absorbing layer included in the first perovskite solar cell includes an extension electrically connected to the transparent electrode included in the second perovskite solar cell,
  • Each of the perovskite solar cells further includes a blocking layer interposed between the transparent electrode and the absorbing layer to prevent electrons from returning to the absorbing layer, and the extension part may be interposed between the insulating portion and the blocking layer.
  • the end of the insulating portion may be connected to the transparent substrate.
  • each of the perovskite solar cells further comprises a shunt suppressor interposed between the sidewall and the insulating portion of the absorbing layer and inhibits the movement of electrons to the connection portion to the absorbing layer.
  • a shunt suppressor interposed between the sidewall and the insulating portion of the absorbing layer and inhibits the movement of electrons to the connection portion to the absorbing layer.
  • the absorption layer may include an extension electrically connected to the transparent electrode included in the adjacent solar cell.
  • the extension portion thereof may be connected to the transparent substrate.
  • the perovskite solar cell module may include a transparent substrate partitioned into a first cell region and a second cell region, and formed in each of the first and second cell regions on the transparent substrate. And first and second perovskite solar cells each having a transparent electrode, an absorbing layer made of a perovskite material, and a metal electrode into which holes are introduced from the absorbing layer, the first perovskite solar cell A connecting portion for electrically connecting the first and second perovskite solar cells by interconnecting an included metal electrode and a transparent electrode included in the second perovskite solar cell, and the connecting portion and the absorbing layer. And a shunt suppressing film interposed therebetween to prevent electrons formed in the absorbing layer from being moved to the connection portion.
  • connection portion may be in physical contact with the end of the metal electrode and the upper portion of the transparent electrode.
  • the connecting portion and the metal electrode may be made of the same material.
  • the shunt suppression film may have a shorter diffusion distance than the absorber layer.
  • the shunt suppression layer may be made of a dielectric material.
  • each of the perovskite solar cells may further include a blocking layer interposed between the transparent electrode and the absorption layer to suppress the return of electrons to the absorption layer.
  • the shunt suppression layer may be interposed between the blocking layer and the connection portion.
  • the insulating part included in the hole conductive layer may be interposed between the connection part included in the metal electrode and the absorbing layer to prevent the electrons formed in the absorbing layer from moving to the connection part.
  • a shunt suppression film is provided between the connecting portion and the absorbing layer to suppress electrons formed in the absorbing layer from moving to the connecting portion. Thereby, the damage and the shunt which arise at the time of manufacturing a perovskite solar cell module can be suppressed. As a result, the efficiency of the perovskite solar cell module can be increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for describing a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to another embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a perovskite solar cell module is formed in each of the first and second cell regions on the transparent substrate and the transparent substrate partitioned into a first cell region and a second cell region.
  • a transparent electrode an absorbing layer made of a perovskite material, a metal electrode into which holes are introduced from the absorbing layer, and a hole conducting layer interposed between the absorbing layer and the metal electrode and transferring the holes to the metal electrode, respectively.
  • First and second perovskite solar cells wherein the metal electrode is connected to a transparent electrode included in the second perovskite solar cell, and the first and second perovskite solar cells
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • a solar cell module 100 includes solar cells composed of a transparent substrate 110, a first solar cell 120, and a second solar cell 130. 120, 130).
  • the transparent substrate 110 may include a glass substrate or a polymer substrate. Outside sunlight may be incident on the bottom surface of the transparent substrate 110.
  • the transparent substrate 110 may be divided into a plurality of cell regions 111 and 112.
  • the transparent substrate is divided into a first cell region 111 and a second cell region 112.
  • Each of the cell regions 111 and 112 may be formed with perovskite solar cells.
  • the first solar cell 120 is formed in the first cell region 111 on the transparent substrate 110.
  • the first solar cell 120 generates power by performing photoelectric conversion using sunlight incident through the transparent substrate 110.
  • the first solar cell 120 includes a transparent electrode 121, an absorption layer 123, a metal electrode 125, and a hole conductive layer 124.
  • the transparent electrode 121 is formed on the transparent substrate 110.
  • the transparent electrode 121 may be formed of a transparent conductive oxide such as, for example, ITO, FTO, ZnO, ATO, PTO, AZO, or IZO. Electrons generated by the photoelectric effect may flow from the absorption layer 123 to the transparent electrode 121.
  • the absorbing layer 123 is formed on the transparent electrode 121.
  • the absorption layer 123 absorbs sunlight to form a carrier pair of electrons and holes through a photoelectric effect.
  • the absorption layer 123 is made of a material having a perovskite structure.
  • the absorbing layer 123 may be formed of a material having a titanium oxide and a perovskite structure.
  • the metal electrode 125 is formed on the absorbing layer 123.
  • the metal electrode 125 may be made of metal such as Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os.
  • Holes generated in the absorption layer 123 may flow through the metal electrode 125.
  • the metal electrode 125 is connected to the transparent electrode included in the second perovskite solar cell, and includes a connecting portion 125a for electrically connecting the first and second perovskite solar cells. do.
  • connection part 140 is connected to the transparent electrode 121 included in the second perovskite solar cell 130.
  • the first and second perovskite solar cells 120 and 130 are electrically connected to each other. That is, the connection unit 140 connects the first and second perovskite solar cells 120 and 130 in series.
  • the perovskite solar cell module 100 including the first and second perovskite solar cells 120 and 130 is formed.
  • connection part 140 may have a shape extending in a vertical direction with respect to the upper surface of the transparent substrate 121.
  • the connection part 140 is formed along sidewalls of the hole conductive layer 124 included in the first perovskite solar cell 120.
  • the connection part 140 may be connected to an upper surface of the transparent electrode 121 included in the second perovskite solar cell 130.
  • the hole conductive layer 124 is interposed between the absorbing layer 123 and the metal electrode 125.
  • the hole conductive layer 124 may effectively transfer holes (holes) generated in the absorbing layer 123 to the metal electrode 125.
  • the hole conductive layer 124 includes an insulating portion 124a interposed between the absorbing layer and the connection portion.
  • the insulating part 124a may electrically insulate the absorbing layer from the connection part.
  • the insulating portion 124a directly contacts the side of the absorbing layer 123a to increase an effective area through which holes (holes) can move between the hole conductive layer 124 and the absorbing layer 123.
  • holes generated in the absorption layer 123 may effectively move to the metal electrode 125 through the hole conductive layer 124.
  • the hole conductive layer 124 may include a single molecule or a polymer hole transport material, but is not limited thereto.
  • spiro-MeOTAD (2,2 ', 7'-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl-amine) -9,9'spirobifluorene) may be used as the monomolecular hole transport material.
  • the hole conductive layer 124 may further include a Li-based dopant, a Co-based dopant, or both a Li-based dopant and a Co-based dopant as a doping material.
  • the hole conductive layer 124 may further include an additive such as tBP.
  • tBP a mixture of spiro-MeOTAD, tBP, and Li-TFSI may be used as a material constituting the hole conductive layer 124.
  • the first solar cell 120 may further include a blocking layer 122.
  • the blocking layer 122 is interposed between the transparent electrode 121 and the absorbing layer 123.
  • the electrons generated in the absorbing layer 123 should move to the transparent electrode 121, but the electrons may not return to the transparent electrode 121, but may return to the absorbing layer 123. That is, the blocking layer 122 may improve the photoelectric conversion efficiency by allowing electrons to easily move to the transparent electrode 121.
  • the blocking layer 122 may include titanium oxide.
  • the blocking layer 120 may be made of a material having an anatease structure. As a result, the blocking layer 122 may have excellent photocatalytic properties.
  • the second solar cell 130 is formed in the second cell region 112 on the transparent substrate 110.
  • the second solar cell 130 may have a structure substantially the same as that of the first solar cell 120.
  • the absorption layer 123 included in the first perovskite solar cell is an extension part electrically connected to the transparent electrode included in the second perovskite solar cell ( 123a).
  • the absorption layer 123 may have a '-' shape when viewed in cross section.
  • the extension part 123a may be interposed between the insulating part 125a and the blocking layer 122.
  • the extension part 123a included in the absorbing layer 123 may suppress electrons moving in the blocking layer 122 from moving to the extension part 123a to generate a leakage current.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell module 100 includes a transparent substrate 110 and solar cells 120 and 130.
  • the solar cell module has a structure substantially the same as that of the transparent substrate 110 and the solar cells 120 and 130 included in the solar cell module described with reference to FIG. 1. However, the difference will be described in detail.
  • An end portion of the insulating portion 124a is connected to the transparent substrate.
  • an extension portion 123a and an end thereof are connected with the transparent substrate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • a solar cell module 100 includes a transparent substrate 110 and solar cells 120 and 130.
  • the solar cell module has a structure substantially the same as that of the transparent substrate 110 and the solar cells 120 and 130 included in the solar cell module described with reference to FIG. 2.
  • Each of the solar cells included in the solar cell module 100 according to an embodiment of the present invention further includes a shunt suppression unit 150 interposed between the sidewall of the absorbing layer 123 and the insulating unit 124a. .
  • the edge portion 124a When the edge portion 124a has a relatively thin thickness, an insulation effect between the absorbing layer 123 and the connecting portion 125a may be reduced.
  • the shunt suppressor 150 is interposed between the sidewall of the absorber layer 123 and the insulating part 124a to suppress electrons formed in the absorber layer 123 from moving directly to the connection part 140. .
  • the shunt suppression layer 150 may suppress leakage current that may occur in the solar cell module 100.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell module 100 is a transparent substrate 110, the first solar cell 120, the second solar cell 130, the connecting portion 140 and And a shunt suppression film 150.
  • the transparent substrate 110 may include a glass substrate or a polymer substrate. Outside sunlight may be incident on the bottom surface of the transparent substrate 110.
  • the transparent substrate 110 may be divided into a plurality of cell regions 111 and 112.
  • the transparent substrate is divided into a first cell region 111 and a second cell region 112.
  • Each of the cell regions 111 and 112 may be formed with perovskite solar cells.
  • the first solar cell 120 is formed in the first cell region 111 on the transparent substrate 110.
  • the first solar cell 120 generates power by performing photoelectric conversion using sunlight incident through the transparent substrate 110.
  • the first solar cell 120 includes a transparent electrode 121, an absorption layer 123, and a metal electrode 125.
  • the transparent electrode 121 is formed on the transparent substrate 110.
  • the transparent electrode 121 may be formed of a transparent conductive oxide such as, for example, ITO, FTO, ZnO, ATO, PTO, AZO, or IZO. Electrons generated by the photoelectric effect may flow from the absorption layer 123 to the transparent electrode 121.
  • the absorbing layer 123 is formed on the transparent electrode 121.
  • the absorption layer 123 absorbs sunlight to form a carrier pair of electrons and holes through a photoelectric effect.
  • the absorption layer 123 is made of a material having a perovskite structure.
  • the absorbing layer 123 may be formed of a material having a titanium oxide and a perovskite structure.
  • the metal electrode 125 is formed on the absorbing layer 123.
  • the metal electrode 125 may be made of metal such as Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os.
  • Holes generated in the absorption layer 123 may flow through the metal electrode 125.
  • the first solar cell 120 including the transparent electrode 121, the absorbing layer 123, and the metal electrode 125 may be independently driven.
  • the first solar cell 120 may further include a blocking layer 122 and a hole conductive layer 124.
  • the blocking layer 122 is interposed between the transparent electrode 121 and the absorbing layer 123.
  • the electrons generated in the absorbing layer 123 should move to the transparent electrode 121, but the electrons may not return to the transparent electrode 121, but may return to the absorbing layer 123. That is, the blocking layer 122 may improve the photoelectric conversion efficiency by allowing electrons to easily move to the transparent electrode 121.
  • the blocking layer 122 may include titanium oxide.
  • the blocking layer 120 may be made of a material having an anatease structure. As a result, the blocking layer 122 may have excellent photocatalytic properties.
  • the hole conductive layer 124 is interposed between the absorbing layer 123 and the metal electrode 125.
  • the hole conductive layer 124 may effectively transfer holes (holes) generated in the absorbing layer 123 to the metal electrode 125.
  • the hole conductive layer 124 may include a single molecule or a polymer hole transport material, but is not limited thereto.
  • spiro-MeOTAD (2,2 ', 7'-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl-amine) -9,9'spirobifluorene) may be used as the single molecule hole transport material.
  • the hole conductive layer 124 may further include a Li-based dopant, a Co-based dopant, or both a Li-based dopant and a Co-based dopant as a doping material.
  • the hole conductive layer 124 may further include an additive such as tBP.
  • tBP a mixture of spiro-MeOTAD, tBP, and Li-TFSI may be used as a material constituting the hole conductive layer 124.
  • the second solar cell 130 is formed in the second cell region 112 on the transparent substrate 110.
  • the second solar cell 130 may have a structure substantially the same as that of the first solar cell 120.
  • the connection part 140 may include the metal electrode 125 included in the first perovskite solar cell 120 and the transparent electrode 121 included in the second perovskite solar cell 130. Interconnect. As a result, the first and second perovskite solar cells 120 and 130 are electrically connected to each other. That is, the connection unit 140 connects the first and second perovskite solar cells 120 and 130 in series. As a result, the perovskite solar cell module 100 including the first and second perovskite solar cells 120 and 130 is formed.
  • connection part 140 may be made of the same material as the metal electrode 125. That is, the connection part 140 may be formed at the same time as the metal electrode 125.
  • connection part 140 may have a shape extending in a vertical direction with respect to the upper surface of the transparent substrate 121.
  • the connection part 140 may include an end portion of the metal electrode 125 and the second perovskite solar cell along the sidewall of the absorbing layer 123 included in the first perovskite solar cell 120. It may be connected to the top surface of the transparent electrode 121 included in 130.
  • the shunt suppression layer 150 is interposed between the connecting portion 140 and the absorbing layer 123.
  • the shunt suppression layer 150 suppresses electrons formed in the absorption layer 123 from directly moving to the connection unit 140. As a result, the shunt suppression layer 150 may suppress leakage current that may occur in the solar cell module 100.
  • the absorption layer 123 included in the first and second perovskite solar cells is formed through a patterning process such as a laser process or a scribing process. Damage may occur on side surfaces of the absorber layer 123 during the patterning process. In this case, the shunt suppression layer 150 may mitigate damage occurring on the exposed side of the absorbing layer 123 during the patterning process.
  • the shunt suppression layer 150 may be formed by deteriorating the side of the absorbing layer 123 exposed during the patterning process. That is, the shunt suppression layer 150 may be formed by applying heat to the absorption layer 123. As a result, the shunt suppression layer 150 may extend vertically along the side of the absorber layer 123.
  • the shunt suppression layer 150 may be formed through a deposition process to have a diffusion distance shorter than that of the absorption layer 123.
  • the absorbing layer 123 may have an L shape when viewed in cross section.
  • the absorption layer 123 may cover the side of the blocking layer 122 to contact the upper surface of the transparent electrode 121 included in the second perovskite solar cell 130.
  • the shunt suppression layer 150 formed by deteriorating the exposed sidewall of the absorbing layer 123 is formed to cover the side of the absorbing layer 123 as a whole and covers the blocking layer 122 and the connecting portion 140. Insulate electrically. Accordingly, the shunt suppression layer 150 may suppress electrons from moving from the blocking layer 122 to the connection part 140.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for describing a perovskite solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell module 100 may include a transparent substrate 110, a first solar cell 120, a second solar cell 130, a connection unit 140, and And a shunt suppression film 150.
  • the solar cell module is substantially the same as the transparent substrate 110, the first solar cell 120, the second solar cell 130, and the connection unit 140 included in the solar cell module described with reference to FIG. 1. Has a structure.
  • the shunt suppression layer 150 is interposed between the connecting portion 140 and the absorbing layer 123.
  • the shunt suppression layer 150 suppresses electrons formed in the absorption layer 123 from directly moving to the connection unit 140. As a result, the shunt suppression layer 150 may suppress leakage current that may occur in the solar cell module.
  • the absorption layer 123 included in the first and second perovskite solar cells is formed through a patterning process such as a laser process or a scribing process. Damage may occur on the exposed side of the absorbing layer 123 during the patterning process.
  • the shunt suppression layer 150 may alleviate damage occurring on the side surface of the absorbing layer 123 during the patterning process.
  • the shunt suppression layer 150 may be formed by depositing a dielectric material on the side of the absorbing layer 123 exposed during the patterning process. That is, after the patterning process, the shunt suppression layer 150 may be provided by forming a dielectric using a dielectric material.
  • the shunt suppression layer 150 may be made of a material such as TiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 , SiOx, intrinsic amorphous silicon, HfOx, ZrOx, or ZnS.
  • the shunt suppression layer 150 may be interposed between the connection part 140 and the hole conductive layer 124 and between the connection part 140 and the blocking layer 122.
  • the shunt suppression layer may suppress leakage current from which electrons move from the blocking layer 122 to the connection part 140.
  • the insulating part included in the hole conductive layer may be interposed between the connection part included in the metal electrode and the absorbing layer to prevent the electrons formed in the absorbing layer from moving to the connection part.
  • a shunt suppression film is provided between the connecting portion and the absorbing layer to suppress electrons formed in the absorbing layer from moving to the connecting portion.
  • the damage and the shunt which arise at the time of manufacturing a perovskite solar cell module can be suppressed.
  • the efficiency of the perovskite solar cell module can be increased.

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Abstract

페로브스카이트 태양 전지 모듈은 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판 및 투명 기판 상에 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층, 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극 및 흡수층 및 금속 전극 사이에 개재되며 정공을 금속 전극으로 전달하는 홀전도층을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 포함하고, 금속 전극은 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극에 연결되며, 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부를 포함하고, 홀전도층은 흡수층 및 연결부 사이에 개재되어 흡수층을 연결부로부터 전기적으로 절연시키는 절연부를 포함한다.

Description

페로브스카이트 태양 전지 모듈
본 발명은 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는 페로브스카이트 구조를 갖는 물질을 흡수층으로 포함하는 태양 전지 셀들이 상호 전기적으로 연결된 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
석유 및 석탄과 같은 기존의 화석에너지 자원이 고갈되고, 후쿠시마 원전사고의 예처럼 안전한 에너지원으로 대체할 수 있고, 지구 온난화 문제가 대두되면서 환경오염을 줄일 수 있는 에너지원 개발에 많은 연구가 되고 있으며 이 중 태양광을 이용한 태양 에너지는 무한히 이용할 수 있어 특히 많은 연구가 진행되고 있다.
태양광을 이용한 태양전지는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로 실리콘 태양전지가 대표적이고, 일반적인 상용 태양전지는 p형과 n형의 반도체로 구성되고, 전후면 전극을 갖추어 광조사에 의해 생성된 전자와 정공은 분리되어 전극에 수집된다. 이로써 태양전지 모듈의 단위 셀들이 형성된다.
하지만, 한 개의 태양전지 셀에서 생산되는 전압과 전류는 미미하여 출력을 얻기 위해서 다수의 태양전지 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한 후 옥외 사용을 위해 패키징하게 되고 이러한 형태를 태양전지 모듈이라 한다.
한편, 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로 흡수층을 포함하는 태양 전지 셀은 기존의 실리콘 박막 태양 전지에 비하여 전하 분리 및 광전하 축적 특성이 우수하여 우수한 광전 변환 효율을 가질 수 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 상호 전기적으로 연결시켜 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 제조할 때 레이저 스크라이빙 공정 또는 기계적 스크라이빙 공정을 통하여 흡수층이 패터닝화 될 수 있다. 이 때, 상기 스크라이빙 공정시 구조물에 발생할 수 있는 흡수층에서의 손상 또는 션트(SHUNT) 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, 금속 전극과 흡수층 사이의 접촉을 통한 상기 흡수층에서 발생한 전자가 투명 전극으로 이동하지 않고 상기 금속 전극으로 이동하는 션트 현상이 발생하여 상기 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 광전 변환 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 종래 기술 상의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 션트 발생을 억제하여 광전 변환 효율을 개선할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈은, 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 상기 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층, 상기 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극 및 상기 흡수층 및 상기 금속 전극 사이에 개재되며 상기 정공을 상기 금속 전극으로 전달하는 홀전도층을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 포함하고, 상기 금속 전극은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극에 연결되며, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부를 포함하고, 상기 홀전도층은 상기 흡수층 및 상기 연결부 사이에 개재되어 상기 흡수층을 상기 연결부로부터 전기적으로 절연시키는 절연부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 상기 흡수층은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극과 전기적으로 연결된 연장부를 포함하고, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함하고, 상기 연장부는 상기 절연부 및 상기 블로킹층 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연부는 그 단부가 상기 투명 기판과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 흡수층의 측벽 및 상기 절연부 사이에 개재되며 상기 흡수층으로 전자가 상기 연결부로 이동하는 것을 억제하는 션트 억제부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡수층은 인접하는 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극과 전기적으로 연결된 연장부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연장부는 그 단부가 상기 투명 기판과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈은, 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 상기 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층 및 상기 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들, 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 금속 전극 및 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극을 상호 연결시켜, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부 및 상기 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제하는 션트 억제막을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부는 상기 금속 전극의 단부 및 상기 투명 전극의 상부와 물리적으로 콘택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부 및 상기 금속 전극은 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 션트 억제막은 상기 흡수층보다 확산 거리가 짧은 것을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 션트 억제막은 유전 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 션트 억제막은 상기 블로킹층 및 상기 연결부 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 홀전도층에 포함된 절연부가 금속 전극에 포함된 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제작 시 발생하는 손상 및 션트를 억제할 수 있다. 결과적으로 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 효율이 증대될 수 있다.
또한, 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제하는 션트 억제막이 구비된다. 이로써, 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제작 시 발생하는 손상 및 션트를 억제할 수 있다. 이로써, 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 페로브스카이트 태양 전지 모듈은, 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 상기 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층, 상기 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극 및 상기 흡수층 및 상기 금속 전극 사이에 개재되며 상기 정공을 상기 금속 전극으로 전달하는 홀전도층을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 포함하고, 상기 금속 전극은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극에 연결되며, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부를 포함하고, 상기 홀전도층은 상기 흡수층 및 상기 연결부 사이에 개재되어 상기 흡수층을 상기 연결부로부터 전기적으로 절연시키는 절연부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 투명 기판(110) 및 제1 태양 전지 셀(120)과 제2 태양 전지 셀(130)로 이루어진 태양 전지 셀들(120, 130)을 포함한다.
상기 투명 기판(110)은 유리 기판 또는 고분자 기판을 포함할 수 있다. 상기 투명 기판(110)의 하면으로 통하여 외부의 태양광이 입사될 수 있다.
상기 투명 기판(110)은 복수의 셀 영역들(111, 112)로 구분될 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 기판은 제1 셀 영역(111) 및 제2 셀 영역(112)으로 구분된다. 상기 셀 영역들(111, 112) 각각에는 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각이 형성될 수 있다.
상기 제1 태양 전지 셀(120)은 상기 투명 기판(110) 상에 상기 제1 셀 영역(111)에 형성된다. 상기 제1 태양 전지 셀(120)은 상기 투명 기판(110)을 통하여 입사된 태양광을 이용하여 광전 변환을 수행하여 전력을 발생한다.
상기 제1 태양 전지 셀(120)은 투명 전극(121), 흡수층(123), 금속 전극(125) 및 홀전도층(124)을 포함한다.
상기 투명 전극(121)은 상기 투명 기판(110) 상에 형성된다. 상기 투명 전극(121)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, ATO, PTO, AZO, IZO 와 같은 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 투명 전극(121)으로는 상기 흡수층(123)에서 광전 효과에 의하여 발생한 전자가 흐를 수 있다.
상기 흡수층(123)은 상기 투명 전극(121) 상에 형성된다. 상기 흡수층(123)은 태양광을 흡수하여 광전 효과를 통하여 전자 및 정공의 캐리어 쌍을 형성한다.
상기 흡수층(123)은 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 흡수층(123)은 티타늄 산화물 및 페로브스카이트 구조의 물질로 형성될 수 있다.
상기 금속 전극(125)은 상기 흡수층(123) 상에 형성된다. 상기 금속 전극(125)은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir 및 Os과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 전극(125)에는 상기 흡수층(123)에서 생성된 정공이 흐를 수 있다.
상기 금속 전극(125)은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극에 연결되며, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부(125a)를 포함한다.
상기 연결부(140)는 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)에 연결된다. 이로써, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)이 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 연결부(140)는 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)을 직렬 연결시킨다. 이로써 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)이 형성된다.
상기 연결부(140)는 상기 투명 기판(121)의 상면에 대하여 수직 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 상기 연결부(140)는 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀(120)에 포함된 상기 홀전도층(124)의 측벽을 따라 형성된다. 상기 연결부(140)는 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)의 상면과 연결될 수 있다.
상기 홀전도층(124)은 상기 흡수층(123) 및 금속 전극(125) 사이에 개재된다. 상기 홀전도층(124)은 상기 흡수층(123)에서 발생한 홀(정공)을 상기 금속 전극(125)으로 효과적으로 전달 할 수 있다.
상기 홀전도층(124)은 상기 흡수층 및 상기 연결부 사이에 개재된 절연부(124a)를 포함한다. 상기 절연부(124a)는 상기 흡수층을 상기 연결부로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
이로써, 상기 흡수층(123)에서 광전자 효과로 발생한 전자가 상기 금속 전극(125)에 포함된 연결부(125a)로 이동하여 누설 전류가 발생하는 것이 억제된다. 즉, 상기 절연부(124a)는 션트 현상을 억제할 수 있다.
또한 상기 절연부(124a)는 상기 흡수층(123a)의 측부와 직접 컨택함으로써 상기 홀도전층(124) 및 상기 흡수층(123) 사이에 정공(홀)이 이동할 수 있는 유효 면적이 증대된다. 이로써 상기 흡수층(123)에서 생성된 정공이 상기 홀전도층(124)을 통하여 금속 전극(125)으로 효과적으로 이동할 수 있다.
상기 홀전도층(124)은 단분자 또는 고분자 정공 전달 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 단분자 정공 전달 물질로서 spiro-MeOTAD(2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'spirobifluorene)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 홀전도층(124)에는 도핑 물질로서 Li 계열 도펀트, Co 계열 도펀트, 또는 Li 계열 도펀트 및 Co 계열 도펀트 모두가 추가적으로 포함될 수 있다. 또한, 상기 홀전도층(124)에는 tBP 등의 첨가제가 추가적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 홀전도층(124)을 구성하는 물질로서 spiro-MeOTAD, tBP, 및 Li-TFSI의 혼합물을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 태양 전지 셀(120)은 블로킹층(122)을 더 포함할 수 있다.
상기 블로킹층(122)은 상기 투명 전극(121) 및 상기 흡수층(123) 사이에 개재된다. 상기 흡수층(123)에서 생성된 전자는 투명 전극(121)으로 이동하여야 하나, 상기 투명 전극(121)으로 이동하지 못하고 전자가 다시 흡수층(123)으로 복귀할 수 있다. 즉, 상기 블로킹층(122)은 전자가 용이하게 상기 투명 전극(121)으로 이동하게 함으로써 광전 변환 효율을 개선할 수 있다.
상기 블로킹층(122)은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 상기 블로킹층(120)은 아나테제(anatase) 구조를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이로써 상기 블로킹층(122)은 우수한 광촉매 특성을 가질 수 있다.
상기 제2 태양 전지 셀(130)은 상기 투명 기판(110) 상에 상기 제2 셀 영역(112)에 형성된다. 상기 제2 태양 전지 셀(130)은 상기 제1 태양 전지 셀(120)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 상기 흡수층(123)은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극과 전기적으로 연결된 연장부(123a)를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 흡수층(123)은 단면으로 볼 때 ‘ㄱ’ 자 형상을 가질 수 있다.
이 때, 상기 연장부(123a)는 상기 절연부(125a) 및 상기 블로킹층(122) 사이에 개재될 수 있다. 이로써 상기 흡수층(123)에 포함된 상기 연장부(123a)는 상기 블로킹층(122)에 이동한 전자가 상기 연장부(123a)로 이동하여 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 투명 기판(110) 및 태양 전지 셀들(120, 130))을 포함한다. 상기 태양 전지 모듈은 상기 도 1을 참고로 설명한 태양 전지 모듈에 포함된 투명 기판(110) 및 태양 전지 셀들(120, 130)과 실질적으로 동일한 구조를 가진다. 다만, 차이점에 대하여 상술하기로 한다.
상기 절연부(124a)는 그 단부가 상기 투명 기판과 연결된다. 또한, 연장부(123a) 또한 그 단부가 상기 투명 기판과 연결된다. 이로써, 상기 홀전도층(124) 및 흡수층(123)이 인접하는 제2 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)과 직접적으로 연결되지 않음으로써 보다 효과적으로 션트 현상이 억제될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 투명 기판(110) 및 태양 전지 셀들(120, 130))을 포함한다. 상기 태양 전지 모듈은 상기 도 2를 참고로 설명한 태양 전지 모듈에 포함된 투명 기판(110) 및 태양 전지 셀들(120, 130)과 실질적으로 동일한 구조를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)에 포함된 태양 전지 셀들 각각은 상기 흡수층(123)의 측벽 및 상기 절연부(124a) 사이에 개재된 션트 억제부(150)를 더 포함한다.
상기 졀연부(124a)가 상대적으로 얇은 두께를 가질 경우, 상기 흡수층(123) 및 연결부(125a) 사이에 절연 효과가 저하될 수 있다. 이 경우, 상기 션트 억제부(150)가 상기 흡수층(123)의 측벽 및 상기 절연부(124a) 사이에 개재됨으로써 상기 흡수층(123)에 형성된 전자가 상기 연결부(140)로 직접 이동하는 것을 억제한다. 이로써 상기 션트 억제막(150)은 태양 전지 모듈(100)에서 발생할 수 있는 누설 전류를 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 투명 기판(110), 제1 태양 전지 셀(120), 제2 태양 전지 셀(130), 연결부(140) 및 션트 억제막(150)을 포함한다.
상기 투명 기판(110)은 유리 기판 또는 고분자 기판을 포함할 수 있다. 상기 투명 기판(110)의 하면으로 통하여 외부의 태양광이 입사될 수 있다.
상기 투명 기판(110)은 복수의 셀 영역들(111, 112)로 구분될 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 기판은 제1 셀 영역(111) 및 제2 셀 영역(112)으로 구분된다. 상기 셀 영역들(111, 112) 각각에는 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각이 형성될 수 있다.
상기 제1 태양 전지 셀(120)은 상기 투명 기판(110) 상에 상기 제1 셀 영역(111)에 형성된다. 상기 제1 태양 전지 셀(120)은 상기 투명 기판(110)을 통하여 입사된 태양광을 이용하여 광전 변환을 수행하여 전력을 발생한다.
상기 제1 태양 전지 셀(120)은 투명 전극(121), 흡수층(123) 및 금속 전극(125)을 포함한다.
상기 투명 전극(121)은 상기 투명 기판(110) 상에 형성된다. 상기 투명 전극(121)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, ATO, PTO, AZO, IZO 와 같은 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 투명 전극(121)으로는 상기 흡수층(123)에서 광전 효과에 의하여 발생한 전자가 흐를 수 있다.
상기 흡수층(123)은 상기 투명 전극(121) 상에 형성된다. 상기 흡수층(123)은 태양광을 흡수하여 광전 효과를 통하여 전자 및 정공의 캐리어 쌍을 형성한다.
상기 흡수층(123)은 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 흡수층(123)은 티타늄 산화물 및 페로브스카이트 구조의 물질로 형성될 수 있다.
상기 금속 전극(125)은 상기 흡수층(123) 상에 형성된다. 상기 금속 전극(125)은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir 및 Os과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 전극(125)에는 상기 흡수층(123)에서 생성된 정공이 흐를 수 있다.
상기 투명 전극(121), 흡수층(123) 및 금속 전극(125)을 포함하는 제1 태양 전지 셀(120)은 독립적으로 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 태양 전지 셀(120)은 블로킹층(122) 및 홀전도층(124)을 더 포함할 수 있다.
상기 블로킹층(122)은 상기 투명 전극(121) 및 상기 흡수층(123) 사이에 개재된다. 상기 흡수층(123)에서 생성된 전자는 투명 전극(121)으로 이동하여야 하나, 상기 투명 전극(121)으로 이동하지 못하고 전자가 다시 흡수층(123)으로 복귀할 수 있다. 즉, 상기 블로킹층(122)은 전자가 용이하게 상기 투명 전극(121)으로 이동하게 함으로써 광전 변환 효율을 개선할 수 있다.
상기 블로킹층(122)은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 상기 블로킹층(120)은 아나테제(anatase) 구조를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이로써 상기 블로킹층(122)은 우수한 광촉매 특성을 가질 수 있다.
상기 홀전도층(124)은 상기 흡수층(123) 및 금속 전극(125) 사이에 개재된다. 상기 홀전도층(124)은 상기 흡수층(123)에서 발생한 홀(정공)을 상기 금속 전극(125)으로 효과적으로 전달 할 수 있다.
상기 홀전도층(124)은 단분자 또는 고분자 정공전달 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 단분자 정공전달 물질로서 spiro-MeOTAD(2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'spirobifluorene)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 홀전도층(124)에는 도핑 물질로서 Li 계열 도펀트, Co 계열 도펀트, 또는 Li 계열 도펀트 및 Co 계열 도펀트 모두가 추가적으로 포함될 수 있다. 또한, 상기 홀전도층(124)에는 tBP 등의 첨가제가 추가적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 홀전도층(124)을 구성하는 물질로서 spiro-MeOTAD, tBP, 및 Li-TFSI의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 제2 태양 전지 셀(130)은 상기 투명 기판(110) 상에 상기 제2 셀 영역(112)에 형성된다. 상기 제2 태양 전지 셀(130)은 상기 제1 태양 전지 셀(120)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 연결부(140)는 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀(120)에 포함된 금속 전극(125) 및 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)을 상호 연결시킨다. 이로써, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)이 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 연결부(140)는 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)을 직렬 연결시킨다. 이로써 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들(120, 130)을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)이 형성된다.
상기 연결부(140)는 상기 금속 전극(125)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 연결부(140)는 상기 금속 전극(125)과 동시에 형성될 수 있다.
상기 연결부(140)는 상기 투명 기판(121)의 상면에 대하여 수직 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 상기 연결부(140)는 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀(120)에 포함된 상기 흡수층(123)의 측벽을 따라 금속 전극(125)의 단부 및 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)의 상면과 연결될 수 있다.
상기 션트 억제막(150)은 상기 연결부(140) 및 상기 흡수층(123) 사이에 개재된다. 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)에 형성된 전자가 상기 연결부(140)로 직접 이동하는 것을 억제한다. 이로써 상기 션트 억제막(150)은 태양 전지 모듈(100)에서 발생할 수 있는 누설 전류를 억제할 수 있다.
또한, 레이저 공정 또는 스크라이빙 공정과 같은 패터닝 공정을 통하여 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들에 포함된 흡수층(123)을 형성한다. 상기 패터닝 공정 중 흡수층(123)의 측면에 손상이 발생할 수 있다. 이때 상기 션트 억제막(150)은 상기 패터닝 공정 중 상기 흡수층(123)의 노출된 측면에 발생한 손상을 완화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 션트 억제막(150)은 패터닝 공정시 노출된 흡수층(123)의 측부를 열화시킴으로써 형성될 수 있다. 즉, 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)에 대하여 열을 인가함으로써 형성될 수 있다. 이로써, 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)의 측부를 따라 수직으로 연장되어 구비될 수 있다.
이와 다르게, 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)보다 짧은 확산 거리를 갖도록 증착 공정을 통하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 흡수층(123)은 단면으로 볼 때 ㄱ 자 형상을 가질 수 있다. 이로서 상기 흡수층(123)이 상기 블로킹층(122)의 측부를 커버하여 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀(130)에 포함된 투명 전극(121)의 상면과 접촉할 수 있다. 이 경우, 상기 흡수층(123)의 노출된 측벽이 열화되어 형성된 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)의 측부를 전체적으로 덮도록 형성되며 상기 블로킹층(122) 및 상기 연결부(140)를 전기적으로 절연시킨다. 따라서, 상기 션트 억제막(150)은, 전자가 상기 블로킹층(122)으로부터 상기 연결부(140)로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 투명 기판(110), 제1 태양 전지 셀(120), 제2 태양 전지 셀(130), 연결부(140) 및 션트 억제막(150)을 포함한다. 상기 태양 전지 모듈은 상기 도 1을 참고로 설명한 태양 전지 모듈에 포함된 투명 기판(110), 제1 태양 전지 셀(120), 제2 태양 전지 셀(130) 및 연결부(140)와 실질적으로 동일한 구조를 가진다.
상기 션트 억제막(150)은 상기 연결부(140) 및 상기 흡수층(123) 사이에 개재된다. 상기 션트 억제막(150)은 상기 흡수층(123)에 형성된 전자가 상기 연결부(140)로 직접 이동하는 것을 억제한다. 이로써 상기 션트 억제막(150)은 태양 전지 모듈에서 발생할 수 있는 누설 전류를 억제할 수 있다.
또한, 레이저 공정 또는 스크라이빙 공정과 같은 패터닝 공정을 통하여 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들에 포함된 흡수층(123)을 형성한다. 상기 패터닝 공정 중 흡수층(123)의 노출된 측면에 손상이 발생할 수 있다. 이때 상기 션트 억제막(150)은 상기 패터닝 공정 중 상기 흡수층(123)의 측면에 발생한 손상을 완화시킬 수 있다.
이때, 상기 션트 억제막(150)은 패터닝 공정시 노출된 흡수층(123)의 측면에 유전 물질로 증착하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 패터닝 공정 후, 유전 물질을 이용하여 유전체를 형성함으로써 상기 션트 억제막(150)이 구비될 수 있다.
상기 션트 억제막(150)은 TiO2, SiNx, Al2O3, SiOx, 진성 비정질 실리콘, HfOx, ZrOx 또는 ZnS 과 같은 물질로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 션트 억제막(150)은 상기 연결부(140)와 홀전도층(124) 사이 및 상기 연결부(140)와 블로킹층(122) 사이에 개재될 수 있다. 이로써 상기 션트 억제막은 상기 블로킹층(122)으로부터 전자가 상기 연결부(140)로 이동하는 누설 전류를 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 홀전도층에 포함된 절연부가 금속 전극에 포함된 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제작 시 발생하는 손상 및 션트를 억제할 수 있다. 또한, 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제하는 션트 억제막이 구비된다. 이로써, 페로브스카이트 태양 전지 모듈 제작 시 발생하는 손상 및 션트를 억제할 수 있다. 결과적으로, 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 효율이 증대될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (14)

  1. 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 상기 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층, 상기 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극 및 상기 흡수층 및 상기 금속 전극 사이에 개재되며 상기 정공을 상기 금속 전극으로 전달하는 홀전도층을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 포함하고,
    상기 금속 전극은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극에 연결되며, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부를 포함하고,
    상기 홀전도층은 상기 흡수층 및 상기 연결부 사이에 개재되어 상기 흡수층을 상기 연결부로부터 전기적으로 절연시키는 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 상기 흡수층은 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극과 전기적으로 연결된 연장부를 포함하고,
    상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함하고,
    상기 연장부는 상기 절연부 및 상기 블로킹층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연부는 그 단부가 상기 투명 기판과 연결된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 흡수층의 측벽 및 상기 절연부 사이에 개재되며 상기 흡수층으로 전자가 상기 연결부로 이동하는 것을 억제하는 션트 억제부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 흡수층은 인접하는 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극과 전기적으로 연결된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연장부는 그 단부가 상기 투명 기판과 연결된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  8. 제1 셀 영역 및 제2 셀 영역으로 구획된 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 상기 제1 및 제2 셀 영역들 각각에 형성되고, 투명 전극, 페로브스카이트 물질로 이루어진 흡수층 및 상기 흡수층으로부터 정공이 유입되는 금속 전극을 각각 구비하는 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들;
    상기 제1 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 금속 전극 및 상기 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀에 포함된 투명 전극을 상호 연결시켜, 상기 제1 및 제2 페로브스카이트 태양 전지 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결부; 및
    상기 연결부 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 상기 흡수층에 형성된 전자가 상기 연결부로 이동되는 것을 억제하는 션트 억제막을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연결부는 상기 금속 전극의 단부 및 상기 투명 전극의 상부와 물리적으로 콘택하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 연결부 및 상기 금속 전극은 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 션트 억제막은 상기 흡수층보다 확산거리가 짧은 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  12. 제8항에 있어서, 상기 션트 억제막은 유전 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  13. 제8항에 있어서, 상기 페로브스카이트 태양 전지 셀들 각각은 상기 투명 전극 및 상기 흡수층 사이에 개재되어 전자가 흡수층으로 복귀하는 것을 억제하는 블로킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 션트 억제막은 상기 블로킹층 및 상기 연결부 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
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