CH3NH3PbI3 페로브스카이트의 코팅 및 특성 연구

Abstract

페로브스카이트 물질은 높은 흡광 계수, 간단한 액상 제조 공정, 우수한 전기적 성질, 저렴한 제조단가 등의 특성을 가지고 있어 최근 전세계적으로 연구가 활발하게 진행 중이다. 페로브스카이트 층을 형성하는 공정 대부분이 스핀 코팅을 통해 이루어지고 있는데 기판의 크기에 제한이 있어 대량생산에 부적합하고 연속 공정이 불가능하다는 단점이 있다. 이와 비교하여 바 코팅은 소량의 용액으로 대면적 코팅이 가능하고 상업적으로 유리한 roll-to-roll 공정 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 용매가 증발하는 건조 과정과 결정화를 촉진 하는 열처리 과정 두 가지 방법의 최적조건을 찾기가 어려우며 두께 편차가 발생하여 균일한 코팅 층 형성이 쉽지 않다는 단점이 있다. 본 연구에서는 페로브스카이트 태양전지의 대면적화를 위하여 바 코팅을 적용하고 이와 같은 문제점들을 보완하고자 다양한 건조 방법을 통해 용매가 증발하는 속도를 조절하고 모폴로지를 관찰하였다. 유리기판에 PbI2를 바 코팅한 다음 MAI를 코팅하는 two-step 코팅방법을 사용하여 페로브스카이트 층을 형성하였다. 용매와 건조 방법에 따라 PbI2와 페로브스카이트 각각의 결정 모양과 구조를 관찰하였다. 용매의 건조 과정에서 외부의 영향을 받지 않으면 결정이 성장할 수 있는 시간이 충분히 많기 때문에 결정이 제멋대로 빠르게 성장 하여 코팅 표면에 빈 공간이 많이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 코팅 전면적에 걸쳐 용매를 빠르게 증발시키면 결정이 성장하는 속도도 느리기 때문에 얇고 고른 표면 모폴로지를 관찰할 수 있었으며, 다른 건조 방법과 비교하여 두께 편차도 적게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, DMF와 DMSO 용매의 특성 때문에 용매에 따라서도 두께와 모폴로지 차이가 발생하며 DMSO와 PbI2의 결합의 세기가 더 강하기 때문에 DMF에 비해 용매가 천천히 증발하여 DMSO를 혼합한 용매를 사용해 빠르게 증발시키는 건조 방법을 사용하였을 때 가장 얇으며 적은 두께 편차를 가지는 것을 관찰하였다.