KR102399835B1 - Solvent and preparation method for perovskite powder - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시예에 따른 높은 수득률의 FAPbI3 분말 제조방법은 FAI와 PbI2를 이용하는 제조방법으로서, FAI(Formamidinium Iodide)를 용매에 용해하는 단계, PbI2(Lead Iodide)를 용매에 용해하는 단계, 용매를 건조하여 FAPbI3 분말을 수득하는 단계를 포함한다.The high yield FAPbI 3 powder manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure is a manufacturing method using FAI and PbI 2 , dissolving FAI (Formamidinium Iodide) in a solvent, and dissolving PbI 2 (Lead Iodide) in a solvent. step, drying the solvent to obtain FAPbI 3 powder.
Description
본 개시는 페로브스카이트 분말을 제조하기 위한 용매 및 이를 이용한 페로브스카이트 분말 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 수득률로 높은 상 안정성을 가지는 페로브스카이트 분말을 제조하기 위한 용매 및 이를 이용한 페로브스카이트 분말 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a solvent for producing a perovskite powder and a method for producing a perovskite powder using the same, and more particularly, to a solvent for producing a perovskite powder having high phase stability with a high yield, and It relates to a method for manufacturing perovskite powder using the same.
페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트(ABX3) 구조의 광 흡수체를 기반으로 한 고체상 태양전지를 말한다. 페로브스카이트 태양전지는 흡광계수가 높아 서브마이크로미터 두께에서도 효과적으로 태양광을 흡수할 수 있고, 이에 따라 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)이 20%를 초과하는 등 효율이 좋아 최근 많은 주목을 받고 있다.A perovskite solar cell refers to a solid-state solar cell based on a light absorber having a perovskite (ABX 3 ) structure. The perovskite solar cell has a high extinction coefficient, so it can effectively absorb sunlight even at sub-micrometer thickness. are receiving
페로브스카이트 태양전지의 소재로서, 메틸암모늄(MA, Methylammonium) 기반의 납 할라이드 페로브스카이트(MAPbI3)가 있다. MAPbI3는 태양전지의 작동 온도 범위인 약 55℃에서 결정구조가 정방정계(tetragonal)에서 입방체(cubic) 상으로 가역적 상전이(phase transition)되는 것으로 보고되었고, 이는 태양전지의 광 안정성 및 열 안정성에 영향을 미칠 수 있다.As a material of the perovskite solar cell, there is a lead halide perovskite (MAPbI 3 ) based on methylammonium (MA, Methylammonium). It has been reported that MAPbI 3 undergoes a reversible phase transition from a tetragonal to a cubic phase in its crystal structure at about 55° C. can affect
최근 포름아미디늄(FA, Formamidinium) 기반의 납 할라이드 페로브스카이트(FAPbI3)가 감소된 밴드갭 에너지, 긴 전하 확산 거리 및 우수한 광 안정성에 의해 페로브스카이트 기반 광전자 디바이스 분야에서 가능성을 보여주며 주목받고 있다.Recently, formamidinium (FA)-based lead halide perovskite (FAPbI 3 ) has shown promise in the field of perovskite-based optoelectronic devices due to its reduced bandgap energy, long charge diffusion distance, and excellent photostability. It shows and draws attention.
하지만, 포름아미디늄 기반의 납 할라이드 페로브스카이트(FAPbI3)는 수득률이 낮은 한계가 있다. 또한 포름아미디늄 납 할라이드 페로브스카이트(FAPbI3)는 검정색 페로브스카이트(α-FAPbI3)으로부터 노란색 비페로브스카이트(δ-FAPbI3)으로의 구조적 상전이가 발생할 수 있어 상 안정성이 낮은 문제가 있다. α-FAPbI3가 광전 변환 효율이 상대적으로 높기 때문에, 상 안정성이 높고 순수한 검정색 페로브스카이트(α-FAPbI3) 분말을 수득하기 위한 접근법이 필요하다.However, formamidinium-based lead halide perovskite (FAPbI 3 ) has a low yield limit. In addition, the formamidinium lead halide perovskite (FAPbI 3 ) may undergo a structural phase transition from black perovskite (α-FAPbI 3 ) to yellow biperovskite (δ-FAPbI 3 ), resulting in phase stability. There is a low problem. Since α-FAPbI 3 has a relatively high photoelectric conversion efficiency, an approach to obtain a pure black perovskite (α-FAPbI 3 ) powder with high phase stability is needed.
본 개시는 페로브스카이트 분말을 높은 수득률로 제조하기 위한 용매 및 이를 이용한 페로브스카이트 분말 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present disclosure is to provide a solvent for preparing perovskite powder in high yield and a method for preparing perovskite powder using the same.
본 개시는 α-FAPbI3 분말을 높은 수득률로 제조하기 위한 용매 및 이를 이용한 페로브스카이트 분말 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present disclosure is to provide a solvent for preparing α-FAPbI 3 powder with high yield and a method for preparing perovskite powder using the same.
본 개시는 페로브스카이트 화합물을 용해하는 용매의 끓는점 및 유전 상수를 제어하여, 높은 상 안정성의 순수한 α-FAPbI3 분말을 높은 수득률로 제조하는 것을 목적으로 한다.An object of the present disclosure is to prepare pure α-FAPbI 3 powder with high phase stability in high yield by controlling the boiling point and dielectric constant of a solvent dissolving a perovskite compound.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 전구체를 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 100℃ 이상에서 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함하고, 용매의 끓는점은 100℃ 이상이다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first precursor including a first halide in a solvent, dissolving a second precursor including a second halide in a solvent, a solvent Filtering the precipitate contained in the solvent, and drying the precipitate at 100 ℃ or more to obtain a perovskite powder, the boiling point of the solvent is 100 ℃ or more.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 서로 다른 유전상수를 가지는 2 가지 이상의 서로 다른 물질을 혼합하여 용매를 제조하는 단계, 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계, 제2 전구체를 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a solvent by mixing two or more different materials having different dielectric constants, dissolving the first precursor in the solvent, the second Dissolving the precursor in a solvent, filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate to obtain a perovskite powder.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 전구체를 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함하고, 용매의 유전상수는 17 미만이다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first precursor including a first halide in a solvent, dissolving a second precursor including a second halide in a solvent, a solvent Filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate to obtain a perovskite powder, the dielectric constant of the solvent is less than 17.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제1 할라이드는 FAI(Formamidinium Iodide)를 포함하고, 제2 할라이드는 PbI2(Lead Iodide)를 포함하며, 페로브스카이트 분말은 FAPbI3 분말에 해당한다.According to an embodiment of the present disclosure, the first halide includes Formamidinium Iodide (FAI), the second halide includes PbI 2 (Lead Iodide), and the perovskite powder corresponds to the FAPbI 3 powder.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 용매는 O-dichlorobenzene 또는 O-xylene 중 적어도 어느 하나를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, the solvent includes at least one of O-dichlorobenzene and O-xylene.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 침전물을 100℃ 이상에서 건조하고, 용매의 끓는점은 100℃ 이상이다.According to an embodiment of the present disclosure, the precipitate is dried at 100° C. or higher, and the boiling point of the solvent is 100° C. or higher.
본 개시의 일 실시예에 따르면, FAPbI3 분말은 α-FAPbI3 분말에 해당한다. According to an embodiment of the present disclosure, the FAPbI 3 powder corresponds to the α-FAPbI 3 powder.
본 개시의 일 실시예에 따르면, α-FAPbI3 분말의 수득률은 80%를 초과한다.According to an embodiment of the present disclosure, the yield of α-FAPbI 3 powder is greater than 80%.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 필터링하는 단계는 용매에 포함된 침전물을 감압필터링하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, the filtering includes filtering the precipitate included in the solvent under reduced pressure.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 용매를 100℃ ~ 150℃에서 휘젓는 단계를 더 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, the method further includes stirring the solvent at 100°C to 150°C.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 용매에 끓는점이 100℃ 이상이고 유전상수가 17 미만인 물질을 추가하는 단계를 더 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, the method further includes adding a material having a boiling point of 100° C. or higher and a dielectric constant of less than 17 to the solvent.
본 개시의 일 실시예에 따르는 페로브스카이트 화합물을 용해하는 용매는, 용매의 끓는점은 100℃ 이상이고, 용매의 유전상수는 17 미만이다.The solvent for dissolving the perovskite compound according to an embodiment of the present disclosure, the boiling point of the solvent is 100 ℃ or more, the dielectric constant of the solvent is less than 17.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 적절한 유전상수 및 끓는점을 갖는 용매를 이용하여 높은 수득률의 순수한 페로브스카이트 분말을 제조할 수 있다.Using various embodiments of the present disclosure, it is possible to prepare a high yield of pure perovskite powder using a solvent having an appropriate dielectric constant and boiling point.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 페로브스카이트 분말 제조방법을 단순화할 수 있다.By using various embodiments of the present disclosure, it is possible to simplify the perovskite powder manufacturing method.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 페로브스카이트 분말의 상 안정성을 향상시킬 수 있다.By using various embodiments of the present disclosure, it is possible to improve the phase stability of the perovskite powder.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 페로브스카이트 분말의 수득률이 80%를 초과할 수 있다.Using various embodiments of the present disclosure, yields of perovskite powder can exceed 80%.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 적절한 유전상수 및 끓는점을 갖는 용매를 이용하여 높은 수득률의 FAPbI3 분말을 제조할 수 있다.Using various embodiments of the present disclosure, a high yield of FAPbI 3 powder may be prepared using a solvent having an appropriate dielectric constant and boiling point.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, FAPbI3 분말 제조방법을 단순화할 수 있다.By using various embodiments of the present disclosure, the FAPbI 3 powder manufacturing method can be simplified.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, FAPbI3 분말의 상 안정성을 향상시킬 수 있다.By using various embodiments of the present disclosure, it is possible to improve the phase stability of the FAPbI 3 powder.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, 유전상수가 17 미만이고 끓는점이 100℃ 이상인 용매를 제공할 수 있다.Using various embodiments of the present disclosure, a solvent having a dielectric constant of less than 17 and a boiling point of 100° C. or higher may be provided.
본 개시의 다양한 실시예를 이용하여, α-FAPbI3 분말의 수득률이 80%를 초과할 수 있다Using various embodiments of the present disclosure, the yield of α-FAPbI 3 powder can exceed 80%
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, specific contents for carrying out the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following description, if there is a risk of unnecessarily obscuring the gist of the present disclosure, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약" 등은 허용오차가 존재할 때 허용오차를 포괄하는 의미로 사용된 것이다.As used throughout this specification, the term "about" and the like are used to encompass the tolerance when there is a tolerance.
본원 명세서 전체에서, 마쿠쉬 형식의 표현에 포함된 "적어도 어느 하나"의 용어는 마쿠쉬 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "at least any one" included in the expression of the Markush format means including one or more selected from the group consisting of the elements described in the expression of the Markush format.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는 "A, 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, reference to "A and/or B" means "A, or B, or A and B."
본원 명세서 전체에서, "페로브스카이트" 또는 "PE"는 페로브스카이트 결정구조를 가지는 물질을 의미하며, ABX3의 결정구조 외에도 다양한 페로브스카이트 결정구조를 가질 수 있다.Throughout this specification, "perovskite" or "PE" refers to a material having a perovskite crystal structure, and may have various perovskite crystal structures in addition to the crystal structure of ABX 3 .
본원 명세서 전체에서, "α-FAPbI3"는 α상을 가지는 FAPbI3 페로브스카이트 물질 또는 α-FAPbI3 상을 의미한다.Throughout this specification, “α-FAPbI 3 ” refers to a FAPbI 3 perovskite material having an α phase or an α-FAPbI 3 phase.
본원 명세서 전체에서, 용어 "할라이드", "할로겐", "할로겐화물" 또는 "할로"는 주기율표의 17 족에 속하는 할로겐 원자가 작용기의 형태로 포함되어 있는 재질 또는 조성물을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 염소, 브롬, 불소 또는 요오드 화합물을 포함할 수 있다.Throughout this specification, the terms "halide", "halogen", "halide" or "halo" refer to a material or composition in which a halogen atom belonging to Group 17 of the periodic table is included in the form of a functional group, for example, chlorine, bromine, fluorine or iodine compounds.
본원 명세서 전체에서, "전구체"는, 페로브스카이트를 제조하는데 사용되는 프리커서(precursor) 또는 반응체를 의미할 수 있으며, 특정 물질로 제한되지 않는다.Throughout this specification, "precursor" may mean a precursor or reactant used to prepare perovskite, and is not limited to a specific material.
본원 명세서 전체에서, "용매"는 페로브스카이트 전구체를 용해하기 위한 물질이다. 용매의 유전상수를 조절하기 위해, 유전상수는 상대적으로 낮지만 페로브스카이트 전구체를 용해하지 못하는 물질도 용매에 첨가될 수 있다.Throughout this specification, a “solvent” is a substance for dissolving a perovskite precursor. In order to control the dielectric constant of the solvent, a material having a relatively low dielectric constant but not soluble in the perovskite precursor may be added to the solvent.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 물질을 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 물질을 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함한다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first material including a first halide in a solvent, dissolving a second material including a second halide in a solvent, a solvent Filtering the precipitate included in the solvent from the solvent, and drying the precipitate to obtain a perovskite powder.
제1 할라이드는 화학식 AX에 해당할 수 있으며, A는 유기 양이온이고, X는 할라이드 음이온을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 할라이드는 FAI(Formamidinium Iodide)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 할라이드는 할라이드 음이온의 적어도 일부를 대체하거나 그에 추가하여 칼코게나이드 음이온을 포함할 수 있다.The first halide may correspond to Formula AX, A may be an organic cation, and X may include a halide anion, but is not limited thereto. For example, the first halide may include FAI (Formamidinium Iodide), but is not limited thereto. Also, the first halide may comprise a chalcogenide anion replacing or in addition to at least a portion of the halide anion.
유기 양이온은 탄소를 포함하는 양이온을 의미하는 것이다. 유기 양이온은 그 외의 원소를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들면, 수소, 질소 또는 산소를 추가로 포함할 수 있다.The organic cation means a cation containing carbon. The organic cation may further include other elements, for example, may further include hydrogen, nitrogen or oxygen.
예컨대, 할라이드는 유기 할라이드에 해당할 수 있고, 유기 할라이드에 포함되는 유기 양이온은 메틸암모늄(methylammonium, MA), 포름아미디늄(formamidinium, FA) 중 적어도 어느 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 유기 할라이드는 메틸암모늄 염화물, 메틸암모늄 브롬화물, 메틸암모늄 요오드화물, 포름아미디늄 염화물, 포름아미디늄 브롬화물, 또는 포름아미디늄 요오드화물 중 적어도 어느 하나에 해당할 수 있다.For example, the halide may correspond to an organic halide, and the organic cation included in the organic halide may include at least one or a combination of methylammonium (MA) and formamidinium (FA). For example, the organic halide may correspond to at least one of methylammonium chloride, methylammonium bromide, methylammonium iodide, formamidinium chloride, formamidinium bromide, or formamidinium iodide.
예컨대, 유기 양이온은 화학식 (R1R2R3R4N)+을 가질 수 있다. 이 경우, R1~R4는 수소, 치환되지 않거나 치환된 C1-C20 알킬(alkyl), 또는 치환되지 않거나 치환된 아릴(aryl)에 해당할 수 있다.For example, the organic cation may have the formula (R1R2R3R4N) + . In this case, R1 to R4 may correspond to hydrogen, unsubstituted or substituted C1-C20 alkyl, or unsubstituted or substituted aryl.
예컨대, 유기 양이온은 화학식 (R5NH3)+을 가질 수 있으며, 이 때 R5는 수소, 또는 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C20 알킬에 해당할 수 있다.For example, the organic cation may have the formula (R5NH3) + , where R5 may correspond to hydrogen or substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl.
예컨대, 유기 양이온은 화학식 (R6R7N=CH-NR8R9)+을 가지며, 이 경우에 R6~R9는 수소, 메틸, 또는 에틸에 해당할 수 있다.For example, the organic cation has the formula (R6R7N=CH-NR8R9) + , in which case R6 to R9 may correspond to hydrogen, methyl, or ethyl.
제2 할라이드는 화학식 BX2에 해당할 수 있으며, B는 Pb, Sn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Ge, Ca, Sr, Eu 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 양이온을 포함하는 것이고, X는 할라이드 음이온을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제2 할라이드는 PbI2에 해당할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제2 할라이드는 할라이드 음이온의 적어도 일부를 대체하거나 그에 추가하여 칼코게나이드 음이온을 포함할 수 있다.The second halide may correspond to formula BX 2 , wherein B is Pb, Sn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Ge, Ca, Sr, Eu, and combinations thereof. It includes a metal cation selected from the group consisting of, and X may include a halide anion, but is not limited thereto. For example, the second halide may correspond to PbI 2 , but is not limited thereto. In addition, the second halide may comprise a chalcogenide anion replacing or in addition to at least a portion of the halide anion.
용매는 산소, 질소, 불소, 염소, 브롬 및 요오드에서 하나 이상 선택되는 원소를 함유할 수 있다. 페로브스카이트 화합물을 용해하는 용매의 일 예로, N,N-다이메틸아세트아미드(Dimethylacetamid), 1,4-다이옥산(dioxane), 다이에틸아민(diethylamine), 에틸 아세테이트(ethylacetate), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 피리딘(pyridine), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 2-Methoxy ethanol(2ME), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 글리세린(glycerin) 및 디메틸술폭시드(DMSO, dimethyl sulfoxide), N,N-다이메틸포름아미드(DMF, dimethylformamide) 중 적어도 하나 또는 둘 이상이 혼합된 혼합물에 해당할 수 있다.The solvent may contain one or more elements selected from oxygen, nitrogen, fluorine, chlorine, bromine and iodine. An example of a solvent for dissolving the perovskite compound, N,N-dimethylacetamide (Dimethylacetamid), 1,4-dioxane (dioxane), diethylamine (diethylamine), ethyl acetate (ethylacetate), tetrahydrofuran (tetrahydrofuran), pyridine, methanol, ethanol, 2-Methoxy ethanol (2ME), dichlorobenzene, glycerin and dimethyl sulfoxide (DMSO, dimethyl sulfoxide), N, At least one or a mixture of two or more of N-dimethylformamide (DMF, dimethylformamide) may correspond to the mixture.
용매는 용매의 유전상수를 낮추기 위해 유전상수가 낮은 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 용매는 유전상수가 10 미만의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 용매는 O-dichlorobenzene (유전상수: 약 9.93) 또는 O-xylene (유전상수: 약 2.57) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The solvent may additionally include a material having a low dielectric constant in order to lower the dielectric constant of the solvent. According to an embodiment, the solvent may include a material having a dielectric constant of less than 10. For example, the solvent may include at least one of O-dichlorobenzene (dielectric constant: about 9.93) or O-xylene (dielectric constant: about 2.57).
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 물질을 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 물질을 용매에 용해하는 단계, 용매를 약 100℃ ~ 150℃에서 휘젓는(stirring) 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 약 100℃ 이상에서 건조하는 단계를 포함한다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first material including a first halide in a solvent, dissolving a second material including a second halide in a solvent, a solvent It comprises the steps of stirring (stirring) at about 100 ℃ ~ 150 ℃, filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate at about 100 ℃ or more.
용매를 휘젓는 단계에서는 페로브스카이트 결정이 침전되어 침전물이 생성된다. 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계는 용매를 감압필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 감압필터링을 이용하면 다량의 물질을 여과할 수 있는 장점이 있다. 용매에 용해된 페로브스카이트 분말을 필터링하는 것은 통상의 고액 분리시 사용되는 방법을 이용하면 족하다. 일 예로, 원심분리, 감압필터링 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the step of stirring the solvent, perovskite crystals are precipitated to form a precipitate. Filtering the precipitate included in the solvent from the solvent may include filtering the solvent under reduced pressure. The use of reduced pressure filtering has the advantage of being able to filter a large amount of material. It is sufficient to filter the perovskite powder dissolved in the solvent by using a method commonly used for solid-liquid separation. As an example, centrifugal separation, reduced pressure filtering, etc. may be mentioned, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 물질을 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 물질을 용매에 용해하는 단계, 용매를 약 100℃ ~ 150℃에서 약 10분 ~ 30분 동안 휘젓는(stirring) 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 약 150℃에서 약 10분 간 건조하는 단계를 포함한다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first material including a first halide in a solvent, dissolving a second material including a second halide in a solvent, a solvent Stirring at about 100 ° C. to 150 ° C. for about 10 to 30 minutes, filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate at about 150 ° C. for about 10 minutes. .
용매를 약 100℃ ~ 150℃에서 휘젓거나, 필터링된 침전물을 약 100℃ 이상 또는 약 150℃에서 건조할 경우, 생성되는 페로브스카이트 분말의 상 안정성이 향상되는 효과가 발견되었다. 특히, 페로브스카이트 분말이 FAPbI3 분말에 해당할 경우 상의 안정성이 향상되는 효과가 현저했다. 이 때, 제1 할라이드는 FAI(Formamidinium Iodide)를 포함하고, 제2 할라이드는 PbI2(Lead Iodide)를 포함하며, 페로브스카이트 분말은 FAPbI3 분말에 해당한다.When the solvent is stirred at about 100 ° C. to 150 ° C., or the filtered precipitate is dried at about 100 ° C. or more or about 150 ° C., the effect of improving the phase stability of the resulting perovskite powder was found. In particular, when the perovskite powder corresponds to the FAPbI 3 powder, the effect of improving the stability of the phase was remarkable. At this time, the first halide includes FAI (Formamidinium Iodide), the second halide includes PbI 2 (Lead Iodide), and the perovskite powder corresponds to FAPbI 3 powder.
FAPbI3는 결정화 온도가 MAPbI3에 비해 높고 MAPbI3와 달리 페로브스카이트 구조와 비-페로브스카이트 구조의 다형체(polymorph)를 갖고 있다. 비-페로브스카이트 구조는 무기물 [PbI6] 팔면체가 corner-sharing을 하여 3차원 네트워크로 연결된 형태의 페로브스카이트 구조와 달리 [PbI6] 팔면체가 face-sharing을 하는 1차원 구조로 이루어져 있는 형태이다. 페로브스카이트 구조의 경우 단사정계 결정 시스템의 P3m1 공간군을 갖는 α-FAPbI3 상으로 불리고, 비-페로브스카이트 구조는 육방정계 결정 시스템의 P63mc 공간군을 갖는 δ-FAPbI3 상으로 불린다. δ-FAPbI3 상은 열역학적으로 안정한 상이지만 넓은 밴드갭(~2.3eV)과 1차원 PbI2 골격에 의한 좋지 못한 전하 이동 특성으로 태양전지의 광흡수체로 적절하지 못하다. α-FAPbI3 상 및 δ-FAPbI3 상 간에는 가역적으로 전이가 가능하여 페로브스카이트 분말이 δ-FAPbI3 상으로 전이될 경우 태양전지의 광흡수체로 사용하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 페로브스카이트 분말을 δ-FAPbI3 상에 안정적으로 유지시킬 필요가 있다.FAPbI 3 has a higher crystallization temperature than MAPbI 3 and, unlike MAPbI 3 , has a polymorph of a perovskite structure and a non-perovskite structure. The non-perovskite structure has a one-dimensional structure in which the [PbI 6 ] octahedron is face-sharing, unlike the perovskite structure in which the inorganic [PbI 6 ] octahedron has corner-sharing and is connected to a three-dimensional network. is in the form For perovskite structure, it is called α-FAPbI 3 phase with P3m1 space group of monoclinic crystal system, and non-perovskite structure is called δ-FAPbI 3 phase with P63mc space group of hexagonal crystal system. . Although the δ-FAPbI 3 phase is thermodynamically stable, it is not suitable as a light absorber for solar cells due to its wide band gap (~2.3 eV) and poor charge transfer characteristics due to the one-dimensional PbI 2 framework. Since the α-FAPbI 3 phase and the δ-FAPbI 3 phase can be reversibly transferred, when the perovskite powder is transferred to the δ-FAPbI 3 phase, there is a problem in that it cannot be used as a light absorber of a solar cell. Therefore, it is necessary to stably maintain the perovskite powder on δ-FAPbI 3 .
전구체가 용해된 용매를 약 100℃ ~ 150℃에서 휘젓거나(stirring), 필터링된 침전물을 약 100℃ 이상 또는 약 150℃에서 건조하여 제조된 페로브스카이트 분말은 α-FAPbI3 상이 안정적으로 유지되는 현상이 발견되었다. 이러한 현상을 이용하기 위해서는 용매의 끓는점이 100℃ 이상에 해당할 필요가 있다.The α-FAPbI 3 phase is stably maintained in the perovskite powder prepared by stirring the solvent in which the precursor is dissolved at about 100° C. to 150° C., or drying the filtered precipitate at about 100° C. or more or about 150° C. phenomenon was found. In order to use this phenomenon, the boiling point of the solvent needs to be 100° C. or higher.
용매를 약 100℃ ~ 150℃에서 휘젓는 단계에서 페로브스카이트 결정이 침전되어 침전물이 생성된다. 제1 할라이드는 FAI(Formamidinium Iodide)를 포함하고, 제2 할라이드는 PbI2(Lead Iodide)를 포함하며, 페로브스카이트 분말이 FAPbI3 분말에 해당하는 경우, α-FAPbI3의 검정색 분말이 침전으로 떨어진다. 침전물을 약 100℃ 이상 또는 약 150℃에서 건조하면, α-FAPbI3의 분말이 최종적으로 제조된다. α-FAPbI3의 검정색 분말을 고온의 용매에서 침전물로 생성하여 필터링한 후에, 필터링된 검정색 분말에 대해 고온 건조 후처리를 진행함으로써 페로브스카이트의 상 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.In the step of stirring the solvent at about 100° C. to 150° C., perovskite crystals are precipitated to form a precipitate. The first halide includes Formamidinium Iodide (FAI), the second halide includes PbI 2 (Lead Iodide), and when the perovskite powder corresponds to the FAPbI 3 powder, a black powder of α-FAPbI 3 is precipitated. falls to When the precipitate is dried at about 100° C. or higher or about 150° C., a powder of α-FAPbI 3 is finally prepared. After the black powder of α-FAPbI 3 is produced as a precipitate in a high temperature solvent and filtered, the filtered black powder is subjected to high temperature drying post-treatment to further improve the phase stability of the perovskite.
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 제1 할라이드를 포함하는 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 전구체를 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함하고, 용매의 유전상수는 17 미만에 해당한다.The method for preparing perovskite powder according to an embodiment of the present disclosure includes dissolving a first precursor including a first halide in a solvent, dissolving a second precursor including a second halide in a solvent, a solvent Filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate to obtain a perovskite powder, the dielectric constant of the solvent corresponds to less than 17.
용매는 페로브스카이트 화합물을 용해하는 용매가 사용될 수 있다. FAI와 PbI2를 포함하는 전구체를 용해하는 용매는 페로브스카이트 화합물을 용해하면 사용 가능하다. 용매는 극성 유기 용매를 의미할 수 있으며, 20℃ 1기압 하, 페로브스카이트 화합물의 용해도가 0.5M 이상, 구체적으로 0.8M 이상인 유기용매를 의미할 수 있다.As the solvent, a solvent that dissolves the perovskite compound may be used. A solvent for dissolving the precursor including FAI and PbI 2 may be used if the perovskite compound is dissolved. The solvent may mean a polar organic solvent, and may mean an organic solvent in which the solubility of the perovskite compound is 0.5M or more, specifically 0.8M or more, under 1 atm at 20°C.
전구체가 용해된 용매는 페로브스카이트 화합물과 이를 용해하는 용매와의 용매화합물(solvate)일 수 있다. 용매화합물은 용질(페로브스카이트 화합물)의 분자 또는 이온과, 용매의 분자 또는 이온 사이에 형성되는 고차의 화합물을 의미할 수 있다.The solvent in which the precursor is dissolved may be a solvate of a perovskite compound and a solvent dissolving the same. The solvate may refer to a higher-order compound formed between a molecule or ion of a solute (perovskite compound) and a molecule or ion of a solvent.
용매는 유극성 분자로 이루어진 용매로 유전상수(dielectric constant)를 가진다. 용매의 유전상수를 낮추기 위해 페로브스카이트 전구체의 용해율은 낮지만 유전상수가 낮은 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 용매는 유전상수가 10 미만의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 용매는 O-dichlorobenzene (유전상수: 약 9.93) 또는 O-xylene (유전상수: 약 2.57) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The solvent is a solvent composed of polar molecules and has a dielectric constant. In order to lower the dielectric constant of the solvent, the dissolution rate of the perovskite precursor is low, but a material having a low dielectric constant may be additionally included. According to an embodiment, the solvent may include a material having a dielectric constant of less than 10. For example, the solvent may include at least one of O-dichlorobenzene (dielectric constant: about 9.93) or O-xylene (dielectric constant: about 2.57).
본 개시의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 분말 제조방법은, 서로 다른 유전상수를 가지는 2 가지 이상의 서로 다른 물질을 혼합하여 용매를 제조하는 단계, 제1 할라이드를 포함하는 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계, 제2 할라이드를 포함하는 제2 전구체를 용매에 용해하는 단계, 용매에 포함된 침전물을 용매로부터 필터링하는 단계, 및 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계를 포함한다.The perovskite powder manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a solvent by mixing two or more different materials having different dielectric constants, and adding a first precursor including a first halide to the solvent. Dissolving, dissolving a second precursor comprising a second halide in a solvent, filtering a precipitate contained in the solvent from the solvent, and drying the precipitate to obtain a perovskite powder.
서로 다른 유전상수를 가지는 2 가지 이상의 서로 다른 물질을 혼합하여 용매를 제조하는 단계는, 제1 할라이드를 포함하는 제1 전구체를 용매에 용해하는 단계 전 또는 그 이후에 수행될 수 있다.The step of preparing the solvent by mixing two or more different materials having different dielectric constants may be performed before or after the step of dissolving the first precursor including the first halide in the solvent.
[표 1]은 다양한 용매를 이용하여 FAPbI3 분말을 제조하는데 있어 사용된 실험 데이터를 정리한 표이다. 사용된 용매의 끓는점(BP, 단위: ℃), 유전상수(Dielectric Constant), 그에 따른 FAPbI3 분말의 수득률(Yield, 단위: %), 용매의 양(단위: ㎖), 전구체의 양(단위: ㎖)이 정리된 표이다. 전구체에는 PbI2와 FAI가 1:1 비율로 사용되었다. [표 1]에 기재된 데이터는 작업 온도와 용매에 녹이는 용질의 양에 따라 일부 데이터가 변경될 수 있다.[Table 1] is a table summarizing the experimental data used to prepare the FAPbI 3 powder using various solvents. Boiling point (BP, unit: ℃) of solvent used, dielectric constant, yield of FAPbI 3 powder (Yield, unit: %), amount of solvent (unit: ml), amount of precursor (unit: ml) is a table organized. As a precursor, PbI 2 and FAI were used in a 1:1 ratio. The data shown in [Table 1] may change some data depending on the working temperature and the amount of solute dissolved in the solvent.
본 개시의 일 실시예에 따르면, O-dichlorobenzene 또는 O-xylene의 경우 용해율(Solubility)은 낮지만 유전상수가 낮기 때문에, 용매의 유전상수를 낮추기 위해 다른 용매에 추가될 수 있다. 예컨대, 2-Methoxy ethanol(2ME)와 O-dichlorobenzene가 9:1로 혼합된 경우, 유전상수가 17 미만으로 낮아졌고, 수득률은 85%로 향상되었다([표 1]의 7번 참고). O-dichlorobenzene의 비율을 높여 2-Methoxy ethanol(2ME)와 O-dichlorobenzene가 8:2로 혼합된 경우, 9:1로 혼합된 경우보다 유전상수를 더 낮게 조정할 수 있고(즉, 유전상수가 17 과미만에 해당), 수득률은 90%로 향상되었다([표 1]의 8번 참고).According to an embodiment of the present disclosure, in the case of O-dichlorobenzene or O-xylene, solubility is low but dielectric constant is low, so it may be added to other solvents to lower the dielectric constant of the solvent. For example, when 2-Methoxy ethanol (2ME) and O-dichlorobenzene were mixed at a ratio of 9:1, the dielectric constant was lowered to less than 17, and the yield was improved to 85% (refer to No. 7 in [Table 1]). When 2-Methoxy ethanol (2ME) and O-dichlorobenzene are mixed at 8:2 by increasing the ratio of O-dichlorobenzene, the dielectric constant can be adjusted lower than when mixed at 9:1 (that is, the dielectric constant is 17 Corresponding to excessive), the yield was improved to 90% (refer to No. 8 in [Table 1]).
2-Methoxy ethanol(2ME)와 O-xylene를 9:1로 혼합한 경우, 유전상수는 17 미만으로 조정되었고(즉, 유전상수가 17 과미만에 해당), 수득률은 82%로 향상되었다([표 1]의 9번 참고). O-xylene의 비율을 높여 2-Methoxy ethanol(2ME)와 O-xylene를 8:2로 혼합한 경우, 9:1로 혼합된 경우보다 유전상수를 더 낮게 조정할 수 있고 수득률은 85%로 향상되었다([표 1]의 10번 참고).When 2-Methoxy ethanol (2ME) and O-xylene were mixed at 9:1, the dielectric constant was adjusted to less than 17 (that is, the dielectric constant was less than 17), and the yield was improved to 82% ([ See No. 9 in Table 1]). When the ratio of O-xylene was increased and 2-Methoxy ethanol (2ME) and O-xylene were mixed at 8:2, the dielectric constant could be adjusted lower than when mixed at 9:1, and the yield was improved to 85%. (Refer to number 10 of [Table 1]).
이로부터 용매의 유전상수가 낮아질수록 페로브스카이트 분말의 수득률이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 용매의 유전상수가 17 미만으로 낮아질 경우, FAPbI3 분말의 수득률이 80%를 초과하는 것으로 확인되었다.From this, it can be confirmed that the lower the dielectric constant of the solvent, the higher the yield of the perovskite powder. When the dielectric constant of the solvent is lowered to less than 17, the FAPbI 3 powder It was confirmed that the yield exceeded 80%.
(Solvent)menstruum
(Solvent)
(BP, ℃)boiling point
(BP, ℃)
(Dielectric
Constant)dielectric constant
(Dielectric
constant)
(Yield, %)yield
(Yield, %)
(㎖)solvent amount
(ml)
(1:1,
단위: g)PbI 2 +FAI
(1:1,
Unit: g)
실시예 1: 표 1의 번호 7 및 8Example 1: Numbers 7 and 8 of Table 1
70㎖ 유리병(Vial)에 2ME(2-methoxy ethanol)과 o-dichlorobenzene를 9:1 또는 8:2의 비율로 혼합하여 용매 12㎖를 제조한 후 FAI(Formamidinium Iodide) 3.44g(0.02mol)을 용매에 용해시킨다. 그 후 같은 당량의 PbI2(Lead Iodide) 9.22g(0.02mol)을 FAI가 용해된 70㎖ 유리병에 첨가하여 3시간 동안 PbI2가 녹을 때까지 섞는다. 그 후 약 100 ~ 150℃로 준비된 오일 베스에 10 ~ 30분 가량 α-FAPbI3의 검정색 파우더(분말)가 침전물로 떨어질 때까지 용매를 섞어준다(stirring). 단, 외부의 온도에 따라서 검정색 침전 형성 시간이 달라질 수 있다. 그 후 침전물을 용매로부터 감압필터링을 하고, 필터링된 침전물을 150℃로 준비된 핫플레이트(hot plate)에서 10분 동안 건조하여 검정색의 α-FAPbI3를 85% 또는 90%의 수득율로 수득하였다. 상술한 방법은 표 1의 번호 9 및 10에 대해서도 유사하게 적용할 수 있다.Mix 2ME (2-methoxy ethanol) and o-dichlorobenzene in a ratio of 9:1 or 8:2 in a 70ml vial to prepare 12ml of solvent, and then 3.44g (0.02mol) of FAI (Formamidinium Iodide) is dissolved in the solvent. After that, the same equivalent of PbI 2 (Lead Iodide) 9.22 g (0.02 mol) is added to a 70 ml glass bottle in which FAI is dissolved, and mixed for 3 hours until PbI 2 is dissolved. After that, the solvent is stirred in the oil bath prepared at about 100 ~ 150℃ for 10 ~ 30 minutes until the black powder (powder) of α-FAPbI 3 falls as a precipitate. However, the black precipitate formation time may vary depending on the external temperature. Thereafter, the precipitate was filtered under reduced pressure from the solvent, and the filtered precipitate was dried on a hot plate prepared at 150° C. for 10 minutes to obtain black α-FAPbI 3 in a yield of 85% or 90%. The above-described method can be similarly applied to numbers 9 and 10 of Table 1.
실시예 2: 표 1의 번호 3Example 2: Number 3 of Table 1
70㎖ 유리병에 2ME(2-methoxy ethanol) 12 ㎖에 FAI(Formamidinium Iodide) 3.44g(0.02mol)을 용해시킨다. 그 후 같은 당량의 PbI2(Lead Iodide) 9.22g(0.02mol)을 FAI가 용해된 70㎖ 유리병에 첨가하여 3시간 동안 PbI2가 녹을 때까지 스터링한다. 그 후 100 ~ 150℃로 준비된 오일 베스에 10 ~ 30분 가량 α-FAPbI3의 검정색 파우더(분말)가 침전물로 떨어질 때까지 용매를 섞어준다. 단, 외부의 온도에 따라서 검정색 침전 형성 시간이 달라질 수 있다. 그 후 침전물을 용매로부터 감압필터링을 하고, 필터링된 침전물을 150℃로 준비된 핫플레이트(hot plate)에서 10분 동안 건조하면 검정색의 α-FAPbI3를 수득률 80%로 수득한다.Dissolve 3.44 g (0.02 mol) of FAI (Formamidinium Iodide) in 12 ㎖ of 2ME (2-methoxy ethanol) in a 70 ㎖ glass bottle. After that, the same equivalent of PbI 2 (Lead Iodide) 9.22 g (0.02 mol) is added to a 70 ml glass bottle in which FAI is dissolved, and stirred for 3 hours until PbI 2 is dissolved. After that, mix the solvent in the oil bath prepared at 100 ~ 150℃ for 10 ~ 30 minutes until the black powder (powder) of α-FAPbI 3 falls as a precipitate. However, the black precipitate formation time may vary depending on the external temperature. Thereafter, the precipitate is filtered under reduced pressure from the solvent, and the filtered precipitate is dried on a hot plate prepared at 150° C. for 10 minutes to obtain black α-FAPbI 3 with a yield of 80%.
실시예 1와 실시예 2를 비교해 보면, O-dichlorobenzene 또는 O-xylene와 같이 유전상수가 낮은 물질을 용매에 추가하여 유전상수를 낮추게 되면 α-FAPbI3 분말의 수득률이 향상된 것을 확인할 수 있다.Comparing Example 1 and Example 2, when a substance having a low dielectric constant such as O-dichlorobenzene or O-xylene is added to the solvent to lower the dielectric constant, it can be seen that the yield of α-FAPbI 3 powder is improved.
본 개시의 앞선 설명은 당업자들이 본 개시를 행하거나 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 개시의 다양한 수정예들이 당업자들에게 쉽게 자명할 것이고, 본원에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 취지 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본원에 설명된 예들에 제한되도록 의도된 것이 아니고, 본원에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위가 부여되도록 의도된다.The previous description of the disclosure is provided to enable any person skilled in the art to make or use the disclosure. Various modifications to the disclosure will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to various modifications without departing from the spirit or scope of the disclosure. Accordingly, this disclosure is not intended to be limited to the examples set forth herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.Although the present disclosure has been described with reference to some embodiments herein, it should be understood that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present disclosure as understood by those skilled in the art to which the present disclosure pertains. something to do. Further, such modifications and variations are intended to fall within the scope of the claims appended hereto.
Claims (11)
페로브스카이트 전구체를 2-Methoxy ethanol(2ME)를 포함하는 용매에 용해하는 단계;
상기 용매에 포함된 침전물을 상기 용매로부터 필터링하는 단계; 및
상기 침전물을 건조하여 페로브스카이트 분말을 수득하는 단계
를 포함하는, 페로브스카이트 분말 제조방법.
A method for preparing perovskite powder, comprising:
Dissolving the perovskite precursor in a solvent containing 2-Methoxy ethanol (2ME);
filtering the precipitate contained in the solvent from the solvent; and
Drying the precipitate to obtain a perovskite powder
Containing, perovskite powder manufacturing method.
상기 용매는 O-dichlorobenzene 또는 O-xylene를 더 포함하는, 페로브스카이트 분말 제조방법.
According to claim 1,
The solvent further comprises O-dichlorobenzene or O-xylene, perovskite powder manufacturing method.
상기 용매의 끓는점은 100℃이상이고, 상기 용매의 유전상수는 17 미만인, 페로브스카이트 분말 제조방법.
3. The method of claim 2,
The boiling point of the solvent is 100 ℃ or more, the dielectric constant of the solvent is less than 17, the perovskite powder manufacturing method.
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