JP2018523309A - 太陽電池の光吸収体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年10月27日付の韓国特許出願第10−2015−0149471号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
前記段階1の電極を熱処理する段階(段階2):
[化学式1]
MXX'
前記化学式1において、
Mは、2価の金属陽イオンであり、
XおよびX'は、それぞれ独立に、互いに同一または異なるハロゲンであり、
[化学式2]
AX"
前記化学式2において、
Aは、R1R2R3R4N+または(R5R6N=CH−NR7R8)+の有機陽イオンであり、
ここで、R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立に、水素、またはC1−10アルキルであり、ただし、R1、R2、R3およびR4のうちの少なくとも1つは、C1−10アルキルであり、
R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素、またはC1−10アルキルであり、
X"は、ハロゲンである。
以下、各段階別に本発明を詳細に説明する。
太陽電池の光吸収体を製造するために使用される化学式1で表される化合物について、本発明ではこれを付加体として使用する。
前記段階2は、前記段階1で塗布されたペロブスカイト前駆体化合物を反応および固定させて、ペロブスカイト光吸収体を製造する段階である。
前記本発明により製造される太陽電池の光吸収体は、付加体を用いて製造することにより、defectが実質的にない高い結晶性のペロブスカイト結晶を製造することができる。
PbI2に、PbI2対比15倍のモル当量のN−メチルピロリドン(NMP)を入れて、60℃で撹拌した。PbI2がすべて溶解したことを確認した後、NMP体積対比1.5倍のトルエンを撹拌しながらゆっくり滴下させた。生成された白色固体をフィルタして、真空オーブンにて30分間乾燥させて、PbI2−NMP付加体を得た。これをXRDおよびNMRで分析し、その結果をそれぞれ図1および下記に示した。
1H NMR(DMSO−d6,標準物質TMS):δ3.32(2H,t),2.69(3H,s),2.19(2H,t),1.99(2H,m)
PbI2に、PbI2対比30倍のモル当量のジメチルアセトアミド(DMAc)を入れて、60℃で撹拌した。PbI2がすべて溶解したことを確認した後、DMAc体積対比1.5倍のトルエンを撹拌しながらゆっくり滴下させた。生成された白色固体をフィルタして、真空オーブンにて30分間乾燥させて、PbI2−DMAc付加体を得た。これをXRDおよびNMRで分析し、その結果をそれぞれ図1および下記に示した。
1H NMR(DMSO−d6,標準物質TMS):δ2.97(3H,t),2.83(3H,s),1.95(3H,s)
PbBr2に、PbBr2対比20倍のモル当量のN−メチルピロリドン(NMP)を入れて、60℃で撹拌した。PbBr2がすべて溶解したことを確認した後、NMP体積対比1.5倍のトルエンを撹拌しながらゆっくり滴下させた。生成された白色固体をフィルタして、真空オーブンにて30分間乾燥させて、PbBr2−NMP付加体を得た。これをXRDおよびNMRで分析し、その結果をそれぞれ図1および下記に示した。
1H NMR(DMSO−d6,標準物質TMS):δ3.30(2H,t),2.71(3H,s),2.20(2H,t),1.97(2H,m)
PbI2に、PbI2対比15倍のモル当量のジメチルスルホキシド(DMSO)を入れて、60℃で撹拌した。PbI2がすべて溶解したことを確認した後、DMSO体積対比2倍のトルエンを撹拌しながらゆっくり滴下させた。生成された白色固体をフィルタして、真空オーブンにて45時間乾燥させて、PbI2−DMSO付加体を得た。これをXRDで分析し、その結果を図1に示した。
(段階1)
25×25mmの大きさのFTO基板の端部分をエッチングして、部分的にFTOを除去した。0.1Mの[(CH3)2CHO]2Ti(C5H7O2)2(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate))1−ブタノール溶液を、計4回にわたってFTO基板にair−sprayでコーティングし、500℃で25分間焼結して、厚さ約70nmのTiO2緻密膜を製造した。次に、平均40nmの大きさ(直径)のTiO2ペースト1.5gおよびエタノール10mLを含む分散溶液を、前記緻密膜上に5000rpmで60秒間スピンコーティングした。ホットプレートにて125℃で熱処理した後、muffle furnaceを用いて、500℃で1時間焼結した。
製造例1で製造した化合物をジメチルホルムアミド(DMF)に65℃で溶かして、1.8Mの溶液を製造した。前記溶液を前記段階1で製造した基板上に、3000rpmで30秒間スピンコーティングした。
前記段階2のスピンコーティングが終わるやいなや、800mM FAI(1−x)MABr(x)(x=0.3)溶液(in isopropanol)をその上に散布した後、5000rpmで30秒間コーティングし、150℃で20分間熱処理した。次に、イソプロパノールで20秒間洗浄した後、5000rpmで30秒間溶媒を除去し、80℃で3分間熱処理した。
実施例1の段階2で、製造例2で製造した化合物をジメチルホルムアミド(DMF)に65℃で溶かした1.6Mの溶液を用いたことを除けば、実施例1と同様の方法で光吸収体を製造した。
(段階1)
25×25mmの大きさのFTO基板の端部分をエッチングして、部分的にFTOを除去した。0.1Mの[(CH3)2CHO]2Ti(C5H7O2)2(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate))1−ブタノール溶液を、計4回にわたってFTO基板にair−sprayでコーティングし、500℃で25分間焼結して、厚さ約70nmのTiO2緻密膜を製造した。次に、平均40nmの大きさ(直径)のTiO2ペースト1.5gおよびエタノール10mLを含む分散溶液を、前記緻密膜上に5000rpmで60秒間スピンコーティングした。ホットプレートにて125℃で熱処理した後、muffle furnaceを用いて、500℃で1時間焼結した。
製造例1で製造した化合物および製造例3で製造した化合物を85:15のモル比、FAIおよびMABrを85:15のモル比でDMFに溶解させて、全体60重量%の溶液を製造した。前記溶液を前記段階1で製造した基板上に、500rpmで5秒、1000rpmで40秒、5000rpmで50秒間スピンコーティングし、終わる5秒前にトルエン1mLを滴下させた。次に、150℃で20分間熱処理した。
実施例3の段階2で、製造例1で製造した化合物および1モル当量のMAIをGBL:DMSO=7:3の溶液(全体60重量%)を用いることを除けば、実施例3と同様の方法で光吸収体を製造した。
実施例1の段階2で、PbI2をジメチルホルムアミド(DMF)に65℃で溶かした1.6Mの溶液を用いたことを除けば、実施例1と同様の方法で光吸収体を製造した。
実施例1の段階2で、製造例4で製造した化合物をジメチルホルムアミド(DMF)に65℃で溶かした1.6Mの溶液を用いたことを除けば、実施例1と同様の方法で光吸収体を製造した。
実施例1の段階2および段階3で製造した基板の表面を観察し、その結果をそれぞれ図2および図3に示した。また、実施例2で製造した基板の表面を観察し、その結果を図4に示した。
58mMのSpiro−OMeTAD溶液(in chlorobenzene)1mLに、LiTFSi(17.5μL)およびtBP(28.8μL)を添加した。前記溶液を、前記実施例および比較例で製造したそれぞれの光吸収体上に、6000rpmで30秒間スピンコーティングして、正孔伝達層を製造した。前記正孔伝達層上に熱蒸着器でAuを真空蒸着して、太陽電池を製造した。
Claims (10)
- (a)i)下記化学式1で表される化合物、およびii)NHまたはNCH3構造を含む極性非プロトン性溶媒の付加体、および(b)下記化学式2で表される化合物を1種または2種含む溶液を、電極上に塗布する段階(段階1);および
前記段階1の電極を熱処理する段階(段階2)を含む、太陽電池の光吸収体の製造方法:
[化学式1]
MXX'
前記化学式1において、
Mは、2価の金属陽イオンであり、
XおよびX'は、それぞれ独立に、互いに同一または異なるハロゲンであり、
[化学式2]
AX"
前記化学式2において、
Aは、R1R2R3R4N+または(R5R6N=CH−NR7R8)+の有機陽イオンであり、
ここで、R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立に、水素、またはC1−10アルキルであり、ただし、R1、R2、R3およびR4のうちの少なくとも1つは、C1−10アルキルであり、
R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素、またはC1−10アルキルであり、
X"は、ハロゲンである。 - 前記極性非プロトン性溶媒は、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−メチル−2−ピリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピペリジン、またはアニリンであることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記付加体は、PbCl2(N,N−ジメチルアセトアミド)、PbBr2(N,N−ジメチルアセトアミド)、PbI2(N,N−ジメチルアセトアミド)、PbBr2(N−メチルピロリドン)、PbI2(N−メチルピロリドン)、PbCl2(N−メチル−2−ピリドン)2、PbI2(N−メチル−2−ピリドン)2、PbI2(ピペリジン)、PbCl2(アニリン)、またはPbI2(アニリン)であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記段階1の溶媒は、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ガンマ−ブチロラクトン、またはジメチルスルホキシドであることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- Mは、Pb2+、Sn2+、Pd2+、Cu2+、Ge2+、Sr2+、Cd2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Sn2+、Yb2+、またはEu2+であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- X、X'およびX"は、それぞれ独立に、Cl−、Br−、またはI−であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- Aは、CH3NH3 +、または(H2N=CH−NH2)+であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記段階1は、前記付加体を含む第1溶液、および前記化学式2で表される化合物を含む第2溶液を、電極上に順次に塗布して行うことを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記段階2の熱処理は、30〜200℃で1分〜60分間行うことを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法で製造された太陽電池の光吸収体を含む、太陽電池。
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