새로운 기술이 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 도움을 주다

페로브스키이트 태양전지의 기존 제조 방법은 전구체 화학 물질을 용액으로 용해시켜 기판에 코팅한 후, 열처리를 통해 용액을 제거하고 기판에 페로브스카이트 결정 막을 남긴다. 

이 방법은 센티미터 크기의 막 균열을 일으킨다. 이를 해결하기 위해 용액의 열처리 온도를 100~150도에서 하지만 불균일한 결정이 형성될 수 있어 막 내에 작은 핀홀이 생성될 우려가 있다. 이 핀홀은 효율을 저하시킨다.  

Brown University 연구자들은 열-기반 페로브스카이트 태양전지 제조에 관한 이슈를 해결하기 위해 “solvent-solvent extraction(SSE)” 방법을 개발했다. 

이 방법은 페로브스카이트 전구체를 NMP 용매에 용해시키고 이것을 기판에 스핀 코팅한다. 여기 까지는 기존 기술과 동일하다. 

기판을 열처리를 하지 않고 페로브스카이트 전구체가 코팅된 기판을 두 번째 용매인 DDE(diethyl ether)에 담군다. DDE 용매는 NMP 용매를 제거하고 페로브스카이트 막의 빠른 결정화를 시키는 역할을 한다. 이렇게 해서 매우 매끄럽고 균일한 막이 만들어진다. 

열-기반 방법은 페로브스카이트 막을 형성하기 위해 최소한 1시간이 걸리지만 SSE 방법은 단지 2분이 걸리며 열-기반 방법의 300 nm 두께의 비해 SSE 방법은 핀홀이 없는 20 nm 두께의 매우 얇은 막을 만들 수 있다. 

SSE 방법으로 기존 방법에 비해 최대 수 센티미터 넓이의 더 큰 셀을 만들 수 있으며 열처리가 필요없기 때문에 열에 민감한 폴리머 기판을 사용할 수 있다. 

또한, 매우 얇은 막을 만들 수 있기 때문에 부분적으로 투명한 막을 만들어 창문에 사용될 수 있고 색깔이 있는 셀을 만들기 쉽다.

SSE 증착 CH3NH3PBI3 박막의 평면 페로브스카이트 태양전지의 효율은 최대 15.2%이고 특히 100 nm 이하 두께의 반투명 페로브스카이트 태양전지의 평균 효율은 10.1%이다.  

참고: http://www.gizmag.com/perovskite-solar-cells-method/37264/