Detail View

페로브스카이트 태양전지의 효율은 2009 년 3.8%로 보고된 이후 지금까지 25.8% 이상에 이르렀다. 페로브스카이트 결정은 염화나트륨과 같은 이온 결정 구조를 가지고 있어 용액 공정을 통해서도 높은 순도를 유지할 수 있다. 따라서 고효율의 페로브스카이트 태양전지는 고가의 기상 공정과 에너지 소모가 많은 고온 결정화 공정을 필요로 하는 상용화 된 실리콘 태양전지보다 저렴한 용액 공정을 통해 제작할 수 있다. 또한 페로브스카이트 태양전지는 직접적인 밴드 갭을 가지기 때문에 1 ㎛ 이하의 박막 태양전지로 만들 수 있는 반면, 실리콘 태양전지는 결정질 실리콘이 간접적인 밴드 갭을 가지고 있기 때문에 100 ㎛ 이하의 취성 후막 태양전지로 만들어야 한다. 따라서 스핀 코팅, 슬롯다이 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 롤투롤 코팅 등의 용액 코팅 공정을 통해 페로브스카이트 박막 태양전지의 제조원가를 크게 낮출 수 있다. 그러나 디메틸포름아미드와 같은 독성 용매와 톨루엔, 디에틸에테르와 같은 독성 비용매의 독성이 환경과 작업자의 건강에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산을 위해서 독성 용매를 친환경 용매로 대체해야 한다. 박막 공정에는 가장 많은 양의 비용매가 필요하기 때문에 비용매를 본 것이 새로운 친환경 바꾸는 비용매로 따라서 중요하다. 연구에서는 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 촉진하기 위해 기존의 친환경 비용매보다 안전한 새로운 친환경 비용매를  발굴하고자  하였다.

Since  3.8%  efficiency  of  perovskite  solar  cells  reported  in  2009,  their efficiencies have reached over 25.8% to date. Perovskite crystals can hold high purity even through solution process because they have ionic crystal structure like sodium chloride. Therefore, high-efficiency perovskite solar cells can be fabricated via cheaper solution process than the commercially available silicon solar cells which require  expensive  gas  phase  process  and  energy  consuming  high  temperature crystallization processes. In addition, the perovskite solar cells can be made to thin film solar cells with sub-micrometer in thickness because the perovskite materials have direct bandgap, whereas the silicon solar cells should be made to brittle thick 
film solar cells with sub-hundred micrometer in thickness because the crystalline silicon has indirect bandgap. Accordingly, the manufacturing cost of perovskite thin film solar cells can be greatly reduced by solution coating process such as spin coating, slot die coating, bar coating, spray coating, roll to roll coating and so on. However, toxic solvents such as dimethylformamide and toxic anti-solvents such as toluene and diethyl ether need to be replaced to green ones for mass production of perovskite solar cells because their toxicities may adversely affect the environment and worker's health. Since the largest amount anti-solvent is required for the thin film process, it is important to change the anti-solvent to new green anti-solvents. Therefore, in this work, we tried to find new green anti-solvents that are safer than conventional green anti-solvents to boost commercialization of perovskite solar cells.

ABSTRACT .......................................................................................................................... i
국문 초록 .............................................................................................................................iii
TABLE OF CONTENTS .................................................................................................... v
LIST OF TABLES.............................................................................................................vii
LIST OF FIGURES..........................................................................................................viii
1. Introduction ..................................................................................................................... 1
1.1 Perovskite solar cell ............................................................................................... 1
1.2 Solvent process ...................................................................................................... 6
1.2.1 Solvent and anti-solvent...................................................................................... 6
1.2.2 Toxicity of solvents ............................................................................................ 9
1.3 Green solvent classification ................................................................................. 12
1.4 Physical properties and toxicity of anti- solvents and solvents ........................... 15
2. Materials and Methods ................................................................................................. 19
2.1 Materials .............................................................................................................. 19
2.2 Experimental method ........................................................................................... 20
2.2.1 Device fabrication............................................................................................. 20
2.2.2 Characterization ................................................................................................ 21
3. Result and Discussion.................................................................................................... 22
3.1 Solubility test of anti-solvent ............................................................................... 22
3.2 Morphology analysis ........................................................................................... 27
3.3 Optical properties................................................................................................. 33
3.4 PSCs performance ............................................................................................... 37
3.5 Discussion............................................................................................................ 46
4. CONCLUSION .............................................................................................................. 47
REFERENCES .................................................................................................................. 48