단일 스텝 스핀 코팅 방법에서 증발 제어 공정 변경에 따른 페로브스카이트 박막 물성 및 태양 전지 소자 특성 변화에 관한 연구 (Properties of Perovskite Materials and Devices Fabricated Using the Solvent Engineered One-Step Spin Coating Method)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 68권 / 11호 / 1208 ~ 1214페이지
· 저자명 : 오정석, 권남희, 차덕준, 양정엽

초록

단일 스텝 스핀 코팅 (one-step spin coating) 공정은 MAPbI$_3$ 페로브스카이트 (Perovskite) 박막의 결정화가 우수하여 고효율 태양 전지 제작이 가능하다. 이 공정의 핵심은 솔벤트 증발 제어 공정을 사용하는 것인데, 이는 스핀 코팅 시 MAPbI$_3$의 용해도를 증가 시킬 수 있는 용매를 투입하는 (dripping) 방식이다. 본 연구에서 용매의 양, 투입속도 및 시간에 따라 생성되는 MAPbI$_3$의 특성을 분석하고, 이렇게 만들어진 박막을 이용한 태양 전지 특성을 조사하였다. MAPbI$_3$ 박막 형성을 위하여 lead iodide, methyl-ammonium iodide를 N,N-dimethylformamide에 녹이고, N,N-dimethyl sulfoxide를 첨가하여 용액을 만들었으며, 증발 제어 공정을 위한 용매로 diethyl ether (DE)를 사용하였다. DE의 투입 조건에 따라 MAPbI$_3$ 박막 형성 시 핵 생성에 차이가 생기고, 이는 MAPbI$_3$의 결정화, 밀도 및 표면 상태에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이에 따라 태양 전지의 효율이 달라지는 것을 알 수 있었다. 0.7 mL의 DE의 양, 3.03 mL/sec 투입 속도, 7초(스핀 코팅 시작 후 투입시간)의 솔벤트 증발 제어 공정 결과 최대 13.74% 효율을 가지는 태양 전지 소자를 재현성 있게 관측할 수 있었다.

영어초록

The one-step spin coating method is reported as an excellent thin film process because it can be easily used to fabricate high-quality methyl-ammonium lead tri-iodide (MAPbI$_3$) perovskite layers. One of the important things in the one-step spin coating method towards obtaining high-quality MAPbI$_3$ layers is the anti-solvent (AS) engineering, which consists of an one-step deposition of the MAPbI$_3$ film and dripping of the AS. The properties of the MAPbI$_3$ layer were found to be strongly influenced by the amount, dispensing speed, and spraying time of the AS solution. The MAPbI$_3$ solution was prepared by dissolving lead iodide and methyl-ammonium iodide in N,N-dimethylformamide and adding N,N-dimethyl sulfoxide. Diethyl ether (DE) was used for the AS solution. The results indicate that a MAPbI$_3$ layer appropriately sprayed with DE is beneficial for improving film quality and device efficiency because nucleation of MAPbI$_3$ layer is affected by the characteristics of DE, which affect the film's crystallinity, density, and surface morphology. The MAPbI$_3$ layer, which was optimized by using 0.7 mL of DE, a 3.03 mL/sec dispensing speed, and a 7 second time to spray after spinning showed the best efficiency of 13.74%, which was reproducible.

참고자료

· 없음