KR101116250B1 - 나노구조 무기-유기 이종 접합 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양전지는 기존의 염료감응 태양전지 및 유기 태양전지가 가진 단점을 최소화하며, 보다 넓은 파장 대역의 태양광을 흡수하여 고 효율을 가지며, 안정성이 우수하고, 저가의 원료 및 완화된 공정 조건으로 대량 생산 가능한 장점이 있다.
Description
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 태양전지의 단면 구조를 도시한 다른 일 예이며,
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 태양전지의 단면 구조를 도시한 또 다른 일 예이며,
도 4는 본 발명에 따른 태양전지에서 금속산화물 입자(31)를 포함하여 구성되는 전자 전달층(30), 광 흡수체인 무기 반도체(40), 유기 광전물질을 포함하여 구성되는 정공 전달층(50) 간의 에너지 준위를 도시한 개념도이며,
도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 일 공정도이며,
도 6은 본 발명에 따른 태양광 소자와 비교예에서 제조된 태양광 소자의 전류밀도(J)와 전압(V)을 측정 도시한 것이며,
도 7은 본 발명에 따른 태양광 소자의 조사되는 광 파워에 따른 전류밀도-전압 그래프이다.
소자 | Voc (mV) |
JSC (mA/㎠) |
FF (%) |
η (%) |
|
실시예 1 | PCPDTBT | 535 | 14.2 | 68.1 | 5.18 |
비교예 1 | PCDTBT | 394 | 0.64 | 10.7 | 0.03 |
비교예 2 | Spiro-OMeTAD | 576 | 9.8 | 32.3 | 1.92 |
비교예 3 | MDMO-PPV | 616 | 1.7 | 43.3 | 0.461 |
비교예 4 | MEH-PPV | 505 | 2.2 | 8.9 | 0.098 |
비교예 5 | P9VK | 192 | 0.241 | 10.5 | 0.005 |
비교예 6 | TPD | 485 | 1.2 | 12.7 | 0.071 |
비교예 7 | TIPS | 212 | 0.314 | 22.8 | 0.015 |
비교예 8 | PEDOT | 333 | 0.481 | 13.3 | 0.021 |
30 : 전자 전달층 31 : 금속산화물 입자
40, 40' : 광흡수체 50 : 정공 전달층
60 : 제2전극
Claims (22)
- 금속 산화물을 포함하는 전자 전달물질;
무기 반도체를 포함하는 광흡수체; 및
하기의 화학식 1로 표시되는 바이-헤테로방향족화합물인 유기 광전 물질을 포함하는 정공 전달 물질을 포함하는 무기-유기 이종접합 태양전지.
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
X1 또는 X2 는 서로 독립적으로 N, O, S 및 Se에서 선택되고; R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소 및 치환 또는 비치환된 C1~C12 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20 아릴에서 선택되는 어느 하나이며 R2 또는 R3는 C1~C3의 알킬렌으로 연결되어 융합고리를 형성할 수 있다.] - 제 1항에 있어서,
상기 정공 전달 물질은 0.5 eV 내지 3.5 eV 파장대역의 태양광을 흡수하는 무-유기 이종접합 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 전자 전달 물질은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3 및 Nb2O5로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 금속산화물을 포함하는 무기-유기 이종접합 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 광흡수체에 의한 제1 태양광 흡수 스펙트럼 및 상기 유기 광전 물질에 의한 제2 태양광 흡수 스펙트럼을 갖는 무기-유기 이종접합 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 광흡수체는 나노입자상의 무기 반도체를 포함하여 구성되며, 상기 무기 반도체 나노입자의 크기 및 분포에 의해 흡수되는 태양광 스팩트럼이 제어되는 무기-유기 이종접합 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 광흡수체는 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S 및 이들의 합금으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무기반도체를 포함하는 무기-유기 이종접합 태양전지. - 제 5항에 있어서,
상기 제1 태양광 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크의 중심 파장은 350 내지 650nm이며, 상기 제2 태양광 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크의 중심 파장은 550 내지 800nm인 무기-유기 이종접합 태양전지. - a) 전극상에 금속산화물 입자를 함유하는 슬러리를 도포하고 열처리하여 다공성 전자 전달층을 형성하는 단계;
b) 상기 다공성 전자 전달층의 금속 산화물 입자에 접하도록 무기 반도체를 포함하는 광흡수체를 형성하는 단계; 및
c) 상기 광흡수체가 형성된 다공성 전자 전달층에 하기 화학식 1을 포함하는 유기 광전 물질을 도포하여 정공 전달층을 형성하는 단계;
를 포함하는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법.
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
X1 또는 X2 는 서로 독립적으로 N, O, S 및 Se에서 선택되고; R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소 및 치환 또는 비치환된 C1~C12 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C20 아릴에서 선택되는 어느 하나이며 R2 또는 R3는 C1~C3의 알킬렌으로 연결되어 융합고리를 형성할 수 있다.] - 제 9항에 있어서,
정공 전달층은 광흡수체가 형성된 다공성 전자 전달층에 존재하는 공극을 채우고 광흡수체가 형성된 다공성 전자 전달층의 상부를 덮도록 형성되는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a) 단계에서 다공성 전자 전달층을 상기 금속산화물 입자와 동일한 금속 원소를 함유하는 금속 전구체 용해액에 함침한 후 열처리하는 단계를 더 포함하는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a) 단계에서 도포는 스크린 프린팅; 스핀코팅; 바-코팅; 그라비아-코팅; 블레이드 코팅; 및 롤-코팅;에서 선택된 단독 또는 이들의 조합인 방법으로 수행되는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a)단계의 금속산화물 입자는 TiO2, SnO2, ZnO, WO3 및 Nb2O5에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a)단계의 금속산화물 입자는 평균 입자 크기가 5 내지 100 nm인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a)단계의 다공성 전자 전달층은 비표면적이 10 내지 100 m2/g인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
a)단계의 다공성 전자 전달층은 두께가 0.1 내지 5 ㎛인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항 또는 제 11항에 있어서,
열처리는 공기 중에서 200 내지 550 ℃로 수행되는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
b) 단계는 화학적 용액성장법(CBD); 및 연속적인 화학적 반응법(SILAR);에서 선택된 단독 또는 이들의 조합인 방법으로 수행되어 무기 반도체의 연속층이 형성되는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
b)단계의 무기 반도체는 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S 및 이들의 합금에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
b)단계의 무기 반도체의 평균 입자 직경은 0.5nm 내지 10nm인 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
c) 단계는 스핀코팅에 의해 수행되는 무기-유기 이종접합 태양전지 제조방법.
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