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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김동수
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수19
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환경문제가 대두가 되고 있는 요즘 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 신재생 에너지는 국가의 주 에너지인 원유를 대체하여 심각한 환경오염문제를 개선할 수 있는 기술이다. 그 중에서도 태양전지의 경우 지속 가능한 에너지이며, 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 역할을 하며 소음이나 진동에 의한 피해가 없는 특성으로 인하여 도시에서도 쉽게 접할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 태양전지의 다양한 종류 중 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지의 단점을 보완한 차세대 태양전지이다. 저온 용액 공정이 가능하고, 우수한 광흡수율과 전하이동성으로 인하여 전력변환효율이 높고, 인쇄공정이 가능하며, 저렴한 소재 사용으로 저가 공정이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서는 대면적 공정이 가능해야하고 대량생산이 가능해야한다. 대량생산이 가능해지기 위해서는 빠른 속도에서 공정이 가능해야하지만 페로브스카이트 물질의 경우 빠른 속도에서 공정을 진행했을 때 결정의 크기가 작아지는 경향을 보인다. 이때, 결정의 크기는 효율에 중요 요인이다. 이러한 문제를 개선하여 대량생산이 가능한 페로브스카이트 태양전지를 제작하기위한 공정연구가 요구된다.
이러한 공정 연구를 진행하기 위해 본 연구에서는 다양한 인쇄전자 기술인 비접촉방식의 하나인 메니스커스 솔루션 시어링 공정 기술을 이용하였다. 본 공정기술의 공정변수인 인쇄 속도, 기판과 블레이드 사이의 간격, 블레이드 각도, 기판 온도와 안정한 메니스커스 형상에 따른 정공 수송층과 흡광층의 두께와 표면 거칠기, 결정립 크기를 확인하였다. 메니스커스 형상이 유지될 때, 인쇄 속도가 빠르고 기판의 온도가 높았을 때 큰 크기의 결정을 확인하였다. 하지만 메니스커스 형상이 유지되지 않고 용액의 응집현상이 발생된 경우는 인쇄의 균일도가 저하되며, 핀홀이 형성되고 결정의 크기가 작아지는 경향을 확인하였다. 즉, 메니스커스 솔루션 시어링 공정에서는 메니스커스 형상 유지가 중요하며 이는 인쇄 속도, 블레이드와 기판 사이의 간격, 블레이드 각도 등 공정 변수의 적절한 제어가 필요하다. 이러한 공정을 통해 대면적 페로브스카이트 태양전지의 양산화를 위해 롤투롤 방식 적용이 가능할 것이다.
이러한 공정 연구를 진행하기 위해 본 연구에서는 다양한 인쇄전자 기술인 비접촉방식의 하나인 메니스커스 솔루션 시어링 공정 기술을 이용하였다. 본 공정기술의 공정변수인 인쇄 속도, 기판과 블레이드 사이의 간격, 블레이드 각도, 기판 온도와 안정한 메니스커스 형상에 따른 정공 수송층과 흡광층의 두께와 표면 거칠기, 결정립 크기를 확인하였다. 메니스커스 형상이 유지될 때, 인쇄 속도가 빠르고 기판의 온도가 높았을 때 큰 크기의 결정을 확인하였다. 하지만 메니스커스 형상이 유지되지 않고 용액의 응집현상이 발생된 경우는 인쇄의 균일도가 저하되며, 핀홀이 형성되고 결정의 크기가 작아지는 경향을 확인하였다. 즉, 메니스커스 솔루션 시어링 공정에서는 메니스커스 형상 유지가 중요하며 이는 인쇄 속도, 블레이드와 기판 사이의 간격, 블레이드 각도 등 공정 변수의 적절한 제어가 필요하다. 이러한 공정을 통해 대면적 페로브스카이트 태양전지의 양산화를 위해 롤투롤 방식 적용이 가능할 것이다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론 32.1. 페로브스카이트 32.1.1 페로브스카이트 구조 및 특성 32.1.2 페로브스카이트 용액 공정 개요 42.2. 메니스커스를 이용한 코팅 및 프린팅 기술 52.2.1 딥 코팅(Dip coating) 52.2.2 슬롯다이 코팅(Siot-die coating) 72.2.3 그라비아 옵셋 프린팅(Gravure offset printing) 82.2.4 잉크젯 프린팅(Piezoelectric Ink-jet printing) 92.2.5 솔루션 시어링 코팅(Solution Shearing coating) 102.3 솔루션 시어링 코팅에 적용된 유체역학적 이론 122.3.1 메니스커스 (Meniscus) 122.3.2 쿠에트 유동 (Couette flow) 142.3.3 모세관 현상 (Capillary effect) 152.3.4 마랑고니 유동 (Marangoni flow) 162.3.5 레일리-버나드 대류( Rayleigh-Benard convection) 172.3.6 코팅 체제 19Ⅲ. 솔루션시어링 공정을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 메니스커스 가시화 연구 203.1. 연구 배경 및 필요성 203.2. 실험 장치 213.3. 실험 재료 223.4. 공정 조건 확립 223.4.1 정공 수송층 최적 공정 조건 확립 223.4.2 흡광층 최적 공정 조건 확립 253.4.3 메니스커스 가시화 36Ⅳ. 결과 및 고찰 39Ⅶ. 참고문헌 40ABSTRACT 44
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