KR101395779B1 - Fabrication Method of Photo Active Layer for Solar Cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 광활성층의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 본 발명의 제조방법은 a) 11족 금속의 제1칼코젠화합물 및 상기 제1칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 11족 금속의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물을 함유하는 잉크를 기판에 도포하여 도포막을 형성하는 단계; 및 b) 상기 도포막을 열처리하여 구리 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 다원 칼코젠화합물 막을 제조하는 단계를 포함한다.More particularly, the present invention relates to a process for preparing a photoactive layer of a solar cell, comprising the steps of: a) mixing a first chalcogen compound of Group 11 metal and a Group 11 metal having a melting point lower than that of the first chalcogen compound Coating a substrate with an ink containing a second chalcogen compound in a single particle and a third chalcogen compound of an element selected from one or more elements selected from Group 12 to Group 14 to form a coating film; And b) subjecting the coating film to heat treatment to produce a polyvalent chalcogen compound film of copper and one or more elements selected from group 12 to group 14.
Description
본 발명은 태양전지 광활성층의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 화합물반도체 기반 태양전지 광활성층의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a photoactive layer of a solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a photoactive layer of a compound semiconductor based solar cell.
기존의 기상증착법 기반의 화합물 반도체 광활성층(CIG(S,Se), CZT(S,Se))의 제조 공정은 우수한 특성에도 불구하고, 높은 공정비용이 소요되는 한계를 지니고 있다. 이에 의해, 화합물 반도체를 이용한 태양전지의 상업화를 이루기 위해서는 용액공정을 이용한 CIG(S,Se), CZT(S,Se) 광활성층의 제조가 필수기술로 고려되고 있다. The manufacturing process of the compound semiconductor photoactive layer (CIG (S, Se), CZT (S, Se)) based on the existing vapor deposition method has a limitation in that a high processing cost is required despite its excellent characteristics. Thus, in order to commercialize a solar cell using a compound semiconductor, it is considered to be essential technology to manufacture CIG (S, Se) and CZT (S, Se) photoactive layers using a solution process.
미국 등록특허 제6127202호 및 미국 등록특허 제6268014호와 같이, 금속 산화물 나노 입자의 혼합물 또는 금속 산화물과 산화물이 아닌 입자의 혼합물을 기판에 코팅한 후 환원 분위기 및 Se 기체 분위기 하에서 반응시켜 CI(G)S 막을 제조하는 입자 기반의 용액공정을 통한 광활성층 제조 방법이 시도되고 있다. US 6,127,202 and US 6268014, a mixture of metal oxide nanoparticles or a mixture of metal oxide and non-oxide particles is coated on a substrate and reacted in a reducing atmosphere and a Se gas atmosphere to form a CI (G ) S films have been attempted by a particle - based solution process.
하지만 금속 산화물 기반 용액 공정을 이용하여 광활성층을 제조하는 경우, 부수적인 환원 공정이 필수적으로 이루어져야 하며, 환원 공정시 막에 결함이 생기는 문제가 있으며, 이는 Se 기체 열처리 공정시 반응의 불균일성을 야기한다. However, when a photoactive layer is prepared using a metal oxide-based solution process, an incidental reduction process must be performed, and there is a problem that defects are generated in the reduction process, which causes non-uniformity of reaction in the Se gas heat treatment process .
따라서, 공정 허용 온도인 550℃ 내외의 열처리 과정을 통해 치밀하면서 단일상의 CIG(S,Se), CZT(S,Se)막을 제조할 수 있는 새로운 경제적인 접근 방법에 대한 연구 개발이 필수적이다.Therefore, it is necessary to research and develop a new economical approach that can produce dense, single phase CIG (S, Se) and CZT (S, Se) films through heat treatment process at about 550 ℃.
본 발명의 목적은 공정 허용 온도인 550℃이하의 저온 열처리를 통해 치밀하고, 단일상으로 이루어진 반도체 화합물 기반 광활성층을 제조할 수 있는 잉크를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ink capable of producing a dense, single-phase semiconductor compound-based photoactive layer through a low-temperature heat treatment at a process allowable temperature of 550 ° C or lower.
본 발명의 다른 목적은 공정 허용 온도인 550℃이하의 저온 열처리를 통해 치밀하고, 단일상으로 이루어진 반도체 화합물 기반 광활성층의 제조방법 및 광활성층을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a dense, single phase semiconductor compound-based photoactive layer and a photoactive layer through a low-temperature heat treatment at a process allowable temperature of 550 캜 or less.
본 발명에 따른 잉크는 11족 금속의 제1칼코젠화합물 및 상기 제1칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 11족 금속의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물을 함유한다.The ink according to the present invention is characterized in that the first chalcogen compound of Group 11 metal and the second chalcogen compound of Group 11 metal having a melting point lower than that of the first chalcogen compound are mixed in a single particle, The third chalcogen compound of one or more selected elements in the family.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 태양전지 광활성층용 잉크일 수 있다.The ink according to an embodiment of the present invention may be an ink for a photoactive layer of a solar cell.
본 발명에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법은 a) 11족 금속의 제1칼코젠화합물(이하, 고융점 제1칼코젠화합물) 및 제1칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 11족 금속의 제2칼코젠화합물(이하, 저융점 제2칼코젠화합물)이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물을 함유하는 잉크를 기판에 도포하여 도포막을 형성하는 단계; 및 b) 도포막을 열처리하여 11족 금속 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 다원 칼코젠화합물 막을 제조하는 단계를 포함한다.The method for producing a solar cell photoactive layer according to the present invention comprises the steps of: a) preparing a first chalcogen compound of Group 11 metal (hereinafter referred to as a first chalcogen compound having a high melting point) and a Group 11 metal compound having a melting point lower than that of the first chalcogen compound (Hereinafter referred to as " low-melting-point second chalcogen compound ") are mixed in a single particle and an ink containing a third chalcogen compound having one or more elements selected from group 12 to group 14 Forming a coating film by coating; And b) subjecting the coating film to heat treatment to produce a polyvalent chalcogen compound film of one or more elements selected from group 11 metals and groups 12 to 14.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 저융점 제2칼코젠화합물의 융점(℃)은 220 내지 550 ℃ 일 수 있다. In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the melting point (占 폚) of the low melting point second chalcogen compound may be 220 to 550 占 폚.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 잉크는 저융점 제2칼코젠화합물 100 중량부에 대해 고융점 제1칼코젠화합물 10 내지 900 중량부를 함유할 수 있다. In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the ink may contain 10 to 900 parts by weight of the high melting point first chalcogen compound per 100 parts by weight of the low melting point second chalcogen compound.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 11족은 구리를 포함하며, 12족은 아연(Zn)를 포함하고, 13족은 인듐 및 갈륨에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 14족은 주석(Sn)을 포함하고, 칼코젠 원소는 황 및 셀레늄에서 하나 이상 선택될 수 있다.In the method of manufacturing a solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the group 11 includes copper, the group 12 includes zinc (Zn), the group 13 may be selected from one or more of indium and gallium , Group 14 includes tin (Sn), and chalcogen element may be selected from one or more of sulfur and selenium.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 고융점 제1칼코젠화합물은 Cu2Se를 포함할 수 있으며, 저융점 제2칼코젠화합물은 CuSe, CuSe2 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the high melting point first chalcogen compound may include Cu 2 Se, and the low melting point second chalcogen compound may include CuSe, CuSe 2 , And mixtures thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 제3칼코젠화합물은 In 및 Ga에서 하나 이상 선택된 원소의 칼코젠(S 및/또는 Se) 화합물 입자를 포함할 수 있다. 일 예로, 제3칼코젠화합물은 (InxGa1-x)4(SySe1-y)3, (InxGa1-x)(SySe1-y), (InxGa1-x)6(SySe1-y)7, (InxGa1-x)9(SySe1-y)11, (InxGa1-x)2(SySe1-y)3 및 (InxGa1-x)5(SySe1-y)7에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자를 포함할 수 있다. 이때, 제3칼코젠화합물에서, x는 각각 0 ≤ x ≤1인 실수, y는 각각 0 ≤ y ≤1인 실수일 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the third chalcogen compound may include chalcogen (S and / or Se) compound particles of one or more selected elements from In and Ga. For example, a third knife kojen compounds (In x Ga 1-x) 4 (S y Se 1-y) 3, (In x Ga 1-x) (S y Se 1-y), (In x Ga 1 -x) 6 (S y Se 1 -y) 7, (In x Ga 1-x) 9 (S y Se 1-y) 11, (In x Ga 1-x) 2 (S y Se 1-y) 3 and (In x Ga 1 -x ) 5 (S y Se 1-y ) 7 . Here, in the third chalcogen compound, x may be a real number of 0? X? 1 and y may be a real number of 0? Y? 1, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 제3칼코젠화합물은 Sn 및 Zn에서 하나 이상 선택된 원소의 칼코젠(S 및/또는 Se) 화합물 입자를 포함할 수 있다. 일 예로, 제3칼코젠화합물은 Sn(SySe1-y), Sn2(SySe1-y)3 및 Sn(SySe1-y)2 에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자 및 Zn(SySe1-y) 입자의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 제3칼코젠화합물에서, y는 각각 0 ≤ y ≤1인 실수이다. In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the third chalcogen compound may include chalcogen (S and / or Se) compound particles of at least one selected from Sn and Zn. For example, a third knife kojen compounds are Sn (S y Se 1-y ), Sn 2 (S y Se 1-y) 3 and Sn at least one, or both in the (S y Se 1-y) 2 These particles and Zn (S y Se 1-y ) particles. In this case, in the third chalcogen compound, y is a real number of 0? Y? 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 제3칼코젠화합물에 함유된 12족 내지 14족에서 하나 이상 선택된 원소 : 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물에 함유된 11족 금속의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2일 수 있다.In the method for producing a solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the element selected from at least one element selected from Group 12 to Group 14 contained in the third chalcogen compound: the first chalcogen compound and the second chalcogen compound The molar ratio of the Group 11 metal may be 1: 0.7 to 1.2.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 열처리는 400 내지 550℃에서 수행될 수 있다. In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at 400 to 550 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 열처리는 칼코젠 분위기에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed in a chalcogen atmosphere.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 복합입자는 11족 금속 전구체를 함유하는 제1용액과 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 및 칼코젠 전구체를 함유하는 제2용액을 제조한 후, 160 내지 240℃의 온도의 제2용액에 제1용액을 투입함으로써 수득된 것일 수 있다.In the method for producing a solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the composite particle comprising the first chalcogen compound and the second chalcogen compound is prepared by mixing a first solution containing a Group 11 metal precursor and a second solution containing trioctylphosphine , Trioctylphosphine oxide, an acid or a mixture thereof, and a chalcogen precursor, and then adding the first solution to a second solution at a temperature of 160 to 240 ° C. .
본 발명은 상술한 태양전지 광활성층의 제조방법으로 제조된 태양전지 광활성층을 포함한다.The present invention includes a solar cell photoactive layer produced by the above-described method for manufacturing a solar cell photoactive layer.
본 발명은 상술한 태양전지 광활성층의 제조방법으로 제조된 태양전지 광활성층이 구비된 태양전지를 포함한다.
The present invention includes a solar cell provided with a photoactive layer of a solar cell manufactured by the above-described method for manufacturing a photoactive layer of a solar cell.
본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 11족 금속의 고융점 제1칼코젠화합물, 11족 금속의 저융점 제2칼코젠화합물이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물을 함유하는 잉크를 도포하고, 도포막을 저온 열처리하는 극히 간단하고 안전하며 용이한 공정을 통해 고품질의 다원 칼코젠화합물(광활성층)을 제조할 수 있으며, 550℃ 이하의 공정허용 온도 이내의 온도에서 단일상의 다원 칼코젠화합물로 이루어진 광활성층을 제조할 수 있으며, 조성적 안정성 및 균일도가 우수하고 치밀한 미세 구조를 가지며, 조대 결정립으로 이루어진 광활성층을 제조할 수 있는 장점이 있다.
The method for producing a photoactive layer according to the present invention is characterized in that a high melting point first chalcogen compound of a Group 11 metal and a low melting second chalcogen compound of a Group 11 metal are mixed in a single particle and a composite particle of Group 12 to Group 14 A high quality multi-chalcogen compound (photoactive layer) can be manufactured through an extremely simple, safe and easy process of applying an ink containing a third chalcogen compound of a selected element or two or more selected elements and performing a low temperature heat treatment on the coated film, It is possible to produce a photoactive layer composed of a single-phase polychalcogen compound at a temperature within a process allowable temperature of 550 ° C or less, to produce a photoactive layer having excellent microstructure and excellent stability and uniformity, There are advantages to be able to.
도 1은 제조예 1에서 제조된 구리칼코젠 입자의 X-선 회절 분석 결과를 도시한 도면이며,
도 2는 제조예 1에서 제조된 구리칼코젠입자의 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이며,
도 3은 제조예 2에서 제조된 인듐칼코젠입자의 주사전자현미경 사진이며,
도 4는 제조예 2에서 제조된 광활성층을 관찰한 주사전자현미경 사진이며,
도 5는 제조예 2에서 제조된 광활성층의 X-선 회절 결과를 도시한 도면이며,
도 6은 비교예 4에서 제조된 구리칼코젠화합물 입자의 X-선 회절 결과를 도시한 도면이며,
도 7은 비교예 4에서 제조된 구리칼코젠화합물 입자를 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이며,
도 8은 비교예 4에서 제조된 광활성층을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이며,
도 9는 비교예 5에서 제조된 광활성층의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이며,
도 10은 비교예 6에서 제조된 광활성층의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the copper chalcogen particles prepared in Production Example 1,
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the copper chalcogen particles prepared in Preparation Example 1,
3 is a scanning electron microscope (SEM) image of indium chalcogen particles prepared in Production Example 2,
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of the photoactive layer prepared in Production Example 2,
5 is a diagram showing the results of X-ray diffraction of the photoactive layer produced in Production Example 2,
6 is a diagram showing the X-ray diffraction results of the copper chalcogen compound particles prepared in Comparative Example 4,
7 is a scanning electron microscope (SEM) image of the copper chalcogen compound particles prepared in Comparative Example 4,
8 is a scanning electron microscope (SEM) image of the photoactive layer prepared in Comparative Example 4,
9 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the photoactive layer prepared in Comparative Example 5,
10 is a scanning electron micrograph showing a surface of the photoactive layer prepared in Comparative Example 6. FIG.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 잉크 및 광활성층의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
Hereinafter, a method of manufacturing the ink and photoactive layer of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms, and the following drawings may be exaggerated in order to clarify the spirit of the present invention. Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.
본 출원인은 화합물반도체 기반 태양전지 광활성층에 대한 연구를 심화한 결과, 놀랍게도 열처리 온도에서 고상을 유지하는 11족 금속의 고융점 제1칼코젠화합물 및 열처리 온도에서 액상을 유지하는 11족 금속의 저융점 제2칼코젠화합물이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자를 원료로 사용하는 경우, 공정 허용 온도인 550℃이하의 저온 열처리를 통해 고품질의 광활성층의 제조가 가능하며, 단일상의 다원 칼코젠 화합물로 이루어진 광활성층이 제조될 수 있고, 치밀하고 균일한 광활성층이 제조될 수 있으며, 조대 결정립으로 이루어진 광활성층이 제조될 수 있음을 발견하여, 본 발명을 출원하기에 이르렀다.
As a result of deepening research on the photoactive layer of a compound semiconductor-based solar cell, the Applicant has found that, surprisingly, a high melting point first chalcogen compound of Group 11 metal which maintains a solid state at a heat treatment temperature and a low- When the melting point second chalcogen compound is used as a raw material in composite particles in which a single particle is mixed, it is possible to produce a high-quality photoactive layer through a low-temperature heat treatment at a process allowable temperature of 550 ° C or less, Can be manufactured, a dense and uniform photoactive layer can be produced, and a photoactive layer composed of coarse crystal grains can be produced, leading to the filing of the present invention.
본 발명에 따른 잉크는 11족 금속의 제1칼코젠화합물(이하, 고융점 제1칼코젠화합물) 및 고융점 제1칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 11족 금속의 제2칼코젠화합물(이하, 저융점 제2칼코젠화합물)이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자; 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물;을 함유한다. 이때, 본 발명의 잉크는 태양전지 광활성층용 잉크일 수 있다. The ink according to the present invention is a first chalcogen compound of Group 11 metal (hereinafter referred to as a first chalcogen compound having a high melting point) and a second chalcogen compound having a melting point lower than that of the first chalcogen compound having a high melting point , A low melting point second chalcogen compound) are mixed in a single particle; And a third chalcogen compound of one or more elements selected from group 12 to group 14. At this time, the ink of the present invention may be an ink for a photoactive layer of a solar cell.
상세하게, 잉크는 11족 금속의 칼코젠화합물;과 11족 금속을 제외한 제조하고자 하는 광활성층을 구성하는 원소의 칼코젠화합물인 제3칼코젠화합물을 함유하며, 11족 금속의 칼코젠화합물은 서로 다른 융점을 갖는 11족 금속의 제1칼코젠화합물 및 11족 금속의 제2칼코젠화합물을 함유한다.Specifically, the ink contains a chalcogen compound of a Group 11 metal and a third chalcogen compound which is a chalcogen compound of an element constituting the photoactive layer to be produced except for a Group 11 metal, A first chalcogen compound of Group 11 metal and a second chalcogen compound of Group 11 metal having different melting points.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 태양전지 광활성층 제조를 위한 열처리 온도에서 고융점 제1칼코젠화합물은 고상을 유지하며, 저융점 제2칼코젠화합물은 용융상(액상)을 형성할 수 있다.In the ink according to one embodiment of the present invention, the high melting point first chalcogen compound maintains a solid phase at the heat treatment temperature for producing the solar cell photoactive layer, and the low melting point second chalcogen compound forms a molten phase can do.
상세하게, 태양전지 광활성층 제조를 위한 열처리 온도는 400 내지 550℃일 수 있으며, 고융점 제1칼코젠화합물은 400 내지 550℃에서 고상을 유지할 수 있으며, 저융점 제2칼코젠화합물은 400 내지 550℃에서 용융상을 형성할 수 있다.In detail, the heat treatment temperature for preparing the solar cell photoactive layer may be 400 to 550 ° C, the high melting point first chalcogen compound may maintain the solid phase at 400 to 550 ° C, A molten phase can be formed at 550 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 550℃ 이하 저온 열처리에 의해 잉크에 함유된 제3칼코젠화합물과 복합입자와의 반응에 의해 단일상의 목적하는 다원 칼코젠화합물 막을 제조하고, 균일도가 우수하며 치밀한 막을 제조하기 위해, 저융점 제2칼코젠화합물의 융점은 220 내지 550 ℃일 수 있다. 고융점 제1칼코젠화합물은 열처리 온도 즉, 550℃를 초과하는 온도에서 고상을 유지하는 11족 금속의 칼코젠화합물이면 사용 가능하며, 일 예로, 제1칼코젠화합물의 융점은 600 내지 1200℃일 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, a desired polychromatic chalcogen compound film of a single phase is produced by reaction of the third chalcogen compound contained in the ink with the composite particle by a low-temperature heat treatment at 550 ° C or less, In order to produce a dense and dense film, the melting point of the low melting second chalcogen compound may be 220 to 550 캜. The first chalcogen compound having a high melting point can be used as long as it is a chalcogen compound of a Group 11 metal that maintains a solid phase at a temperature higher than 550 캜. For example, the first chalcogen compound has a melting point of 600 to 1200 캜 Lt; / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 고융점 제1칼코젠 화합물 및 저융점 제2칼코젠화합물은 단일한 입자내에 혼재되어 있을 수 있으며, 합성 단계에서 고융점 제1칼코젠화합물과 저융점 제2칼코젠화합물이 서로 균질하게 뭉쳐 형성된 입자 형상일 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, the high melting point first chalcogen compound and the low melting point second chalcogen compound may be mixed in a single particle, and in the synthesis step, And the melting point second chalcogen compound may be in the form of particles formed by homogeneously gathering together.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 광활성층 제조를 위한 열처리시 고상을 형성하는 고융점 제1칼코젠화합물과 열처리시 액상을 형성하는 저융점 제2칼코젠화합물이 하나의 입자 내에 균질하게 분포하는 복합입자를 함유할 수 있다.That is, in the ink according to an embodiment of the present invention, the high-melting point first chalcogen compound forming a solid phase and the low-melting point second chalcogen compound forming a liquid phase during heat treatment may be homogeneously And the like.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 광활성층 제조를 위한 열처리 온도에서 용융되는 저융점 제2칼코젠화합물과 열처리 온도에서 고상을 유지하는 고융점 제1칼코젠화합물을 함유하는데, 합성단계에서부터 하나의 입자안에 극히 균질하게 고융점 제1칼코젠화합물 및 저융점 제2칼코젠화합물이 분포하는 복합입자를 포함할 수 있다. 이를 통해, 용융상을 형성하는 제2칼코젠화합물 및 고상을 유지하는 제1칼코젠화합물에 의해 매우 빠르고 균질하게 단일상 다원 칼코젠화합물이 생성될 수 있으며, 칼코젠 원소의 손실이 방지되어 조성적 안정성을 획득할 수 있다. 고융점 칼코젠화합물과 저융점 칼코젠화합물이 독립적으로 합성된 후에, 특정 용매안에서 물리적으로 혼합되어 잉크가 제조될 경우, 잉크 도포 후 저융점 칼코젠화합물의 분포에 따라서 열처리 과정에서의 용융상의 분포가 좌우되며 이는 최종적으로 제조되는 광활성층의 불균일한 미세구조 형성을 야기한다. 또한, 고융점 칼코젠화합물 없이 저융점 칼코젠화합물만을 기반으로 하여 잉크를 제조할 경우, 잉크 도포 후 열처리 과정동안 과도한 용융상의 생성으로 인해 녹는점이 낮은 결정상들의 휘발이 일어나고, 이는 최종적으로 제조되는 광활성층의 조성 제어가 어려운 단점이 있다. The ink according to an embodiment of the present invention contains a low melting point second chalcogen compound melted at a heat treatment temperature for manufacturing a photoactive layer and a high melting point first chalcogen compound maintaining a solid state at a heat treatment temperature. The first and second chalcogen compounds having a high melting point and a low melting point, respectively. As a result, the second chalcogen compound forming the molten phase and the first chalcogen compound retaining the solid phase can generate a very fast and homogeneous single-phase polychalcogen compound, and the loss of the chalcogen element is prevented, Sexual stability can be obtained. When the ink is prepared by mixing the high-melting chalcogen compound and the low-melting chalcogen compound independently in a specific solvent, the distribution of the molten phase in the heat treatment process Which results in non-uniform microstructure formation of the photoactive layer finally produced. Further, when an ink is prepared based on only a low-melting chalcogen compound without a high-melting chalcogen compound, volatilization of crystalline phases having low melting points due to the formation of an excessive molten phase during heat treatment after ink application occurs, It is difficult to control the composition of the layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 고융점 제1칼코젠화합물과 저융점 제2칼코젠화합물이 균질하게 혼재된 복합입자는 나노입자일 수 있으며, 평균 입자 크기가 5 내지 500nm일 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, the composite particle in which the high melting point first chalcogen compound and the low melting point second chalcogen compound are homogeneously mixed may be nanoparticles and may have an average particle size of 5 to 500 nm have.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 11족 금속은 구리를 포함할 수 있으며, 11족 금속의 칼코젠화합물은 구리칼코젠화합물일 수 있다. 또한, 제1칼코젠화합물은 제1구리칼코젠화합물일 수 있으며, 제2칼코젠화합물은 제1구리칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 제2구리칼코젠화합물일 수 있다. 제1구리칼코젠화합물 및 제2구리칼코젠화합물은 각각 결정상일 수 있으며, 제1구리칼코젠화합물과 제2구리칼코젠화합물은 서로 상이한 결정상을 가질 수 있으며, 제1구리칼코젠화합물과 제2구리칼코젠화합물은 상이한 결정상에 의해 서로 다른 융점을 가질 수 있다.In an ink according to an embodiment of the present invention, the Group 11 metal may include copper, and the chalcogen compound of Group 11 may be a copper chalcogen compound. Also, the first chalcogen compound may be a first copper chalcogen compound, and the second chalcogen compound may be a second copper chalcogen compound having a lower melting point than the first copper chalcogen compound. The first copper chalcogen compound and the second copper chalcogen compound may each be in a crystalline phase, and the first copper chalcogen compound and the second copper chalcogen compound may have different crystal phases, and the first copper chalcogen compound and the 2 copper chalcone compound may have different melting points by different crystal phases.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 제1칼코젠화합물은 Cu2Se를 포함할 수 있으며, 제2칼코젠화합물은 CuSe, CuSe2 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, the first chalcogen compound may include Cu 2 Se, and the second chalcogen compound may include CuSe, CuSe 2, or a mixture thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 잉크는 제2칼코젠화합물 100 중량부에 대해 제1칼코젠화합물 10 내지 900 중량부를 함유할 수 있다. 제1칼코젠화합물 대비 제2칼코젠화합물의 중량비가 상술한 범위를 벗어나는 경우, 제2칼코젠화합물의 저융점에 의한 저온 반응성 및 막질 저하가 발생할 위험이 있으며, 칼코젠 원소의 손실이 발생할 위험이 있다. 구체적으로, 복합입자는 제2칼코젠화합물 100 중량부에 대해 제1칼코젠화합물 100 내지 900 중량부, 보다 구체적으로 제2칼코젠화합물 100 중량부에 대해 제1칼코젠화합물 200 내지 600 중량부를 함유할 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, the ink may contain 10 to 900 parts by weight of the first chalcogen compound per 100 parts by weight of the second chalcogen compound. When the weight ratio of the second chalcogen compound to the first chalcogen compound is out of the above range, there is a risk that low-temperature reactivity and film quality deterioration due to the low melting point of the second chalcogen compound may occur and the risk of loss of chalcogen element . Specifically, the composite particles may contain 100 to 900 parts by weight of the first chalcogen compound, more specifically 200 to 600 parts by weight of the first chalcogen compound per 100 parts by weight of the second chalcogen compound, ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 잉크에 함유되는 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 칼코젠화합물(11족 금속의 칼코젠화합물)은 11족 금속 전구체를 함유하는 제1용액과 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 및 칼코젠 전구체를 함유하는 제2용액을 제조한 후, 160 내지 240℃의 온도의 제2용액에 제1용액을 투입함으로써 제조된 칼코젠화합물일 수 있다. In the ink according to one embodiment of the present invention, the chalcogen compound (chalcogen compound of Group 11 metal) containing the first chalcogen compound and the second chalcogen compound contained in the ink contains a Group 11 metal precursor A second solution containing a first solution and a surfactant and a chalcogen precursor, which is trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, acid or a mixture thereof, is prepared and then added to a second solution at a temperature of 160 to 240 ° C 1 < / RTI > solution.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법을 통해, 제1칼코젠화합물과 제2칼코젠화합물이 서로 균질하게 응집된 복합입자의 형태로 11족 금속의 칼코젠화합물이 제조될 수 있으며, 550℃이하의 저온 열처리에 의해 12족 내지 14족에서 하나 이상 선택된 원소의 칼코젠화합물인 제3칼코젠화합물과 반응하여 안정적 조성을 가지며, 단일상의 다원 칼코젠화합물의 치밀막이 형성되는 칼코젠화합물 나노입자가 제조될 수 있다.A chalcogen compound of a Group 11 metal can be produced in the form of composite particles in which the first chalcogen compound and the second chalcogen compound are homogeneously aggregated through the above-described method for producing a chalcogen compound, A chalcogen compound nanoparticle having a stable composition and having a dense film of a single phase polychalcogen compound is produced by reacting with a third chalcogen compound which is a chalcogen compound of at least one element selected from group 12 to group 14 by low temperature heat treatment .
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 합성되는 칼코젠화합물에서의 제1칼코젠화합물과 제2칼코젠화합물의 상대적인 비는 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물을 계면활성제로 사용함과 동시에 제1용액이 투입되는 제2용액의 온도에 의해 제어될 수 있으며, 제2용액의 온도를 160 내지 240℃의 온도로 제어함으로써, 제2용액의 온도를 160 내지 240℃의 온도로 제어함으로써, 제2칼코젠화합물 : 제1칼코젠화합물의 중량비가 100(제2칼코젠화합물) : 10 내지 900(제1칼코젠화합물), 구체적으로 100(제2칼코젠화합물) : 100 내지 900(제1칼코젠화합물), 보다 구체적으로 100(제2칼코젠화합물) : 200 내지 600(제1칼코젠화합물)인 칼코젠화합물 입자(복합 입자)가 제조될 수 있다. 계면활성제의 비율은 11족 금속 전구체 대비 0.1 내지 30 배의 몰비율이 바람직하다.In the above-described method for producing a chalcogen compound, the relative ratio of the first chalcogen compound to the second chalcogen compound in the chalcogen compound to be synthesized is preferably at least one selected from the group consisting of trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, The temperature of the second solution can be controlled by controlling the temperature of the second solution at a temperature of 160 to 240 DEG C so that the temperature of the second solution can be controlled at 160 to 240 DEG C (Second chalcogen compound): 100 to 100 (second chalcogen compound): 10 to 900 (first chalcogen compound), specifically 100 (second chalcogen compound) by controlling the temperature of the second chalcogen compound: Chalcogen compound particles (composite particles) having a weight ratio of 100 to 900 (first chalcogen compound), more specifically 100 (second chalcogen compound): 200 to 600 (first chalcogen compound) can be produced. The ratio of the surfactant is preferably 0.1 to 30 times the molar ratio of the Group 11 metal precursor.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 11족 금속 전구체는 구리 전구체를 포함할 수 있으며, 구리 전구체는 구리의 염화물, 질산염, 황산염, 아세트산염, 인산염, 규산염 및 염산염에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다.In the preparation of the chalcogen compound described above, the Group 11 metal precursor may comprise a copper precursor, and the copper precursor may be one or more selected from chloride, nitrate, sulfate, acetate, phosphate, silicate and hydrochloride of copper .
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 계면활성제로 사용되는 산은 포화 또는 불포화 산일 수 있으며, 탄소수가 6 ~ 30인 직쇄형, 분지형 및 환형 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택된 것일 수 있다. 실질적인 일 예로, 올레산, 리신올레산, 스테아릭산, 히아드록시스테아릭산, 리놀레산, 아미노데카노익산, 하이드록시 데카노익산, 라우르산, 데케노익산, 운데케노익산, 팔리트올레산, 헥실데카노익산, 하이드록시팔미틱산, 하이드록시미리스트산, 하이드록시데카노익산, 팔미트올레산 및 미스리스올레산으로부터 하나 또는 둘 이상 선택된 산을 포함할 수 있다.In the above-mentioned method for producing a chalcogen compound, the acid used as the surfactant may be a saturated or an unsaturated acid, and may be selected from linear, branched or cyclic ones having 6 to 30 carbon atoms. As a practical example, there can be mentioned, for example, oleic acid, lysine oleic acid, stearic acid, hyadroxystearic acid, linoleic acid, amino decanoic acid, hydroxydecanoic acid, lauric acid, decenoic acid, undecenoic acid, Hydroxycarboxylic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid, succinic acid,
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 제1용액의 용매는 아민계 용매일 수 있으며, 아민계 용매는 포화 또는 불포화 산을 포함할 수 있으며, 탄소수가 6 ~ 30인 직쇄형, 분지형 및 환형 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택된 것일 수 있다. 실질적인 일 예로, 아민계 용매는 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethylamine), 1,3-프로판디아민(1,3-propane diamine), 1,4-부탄디아민(1,4-butane diamine), 1,5-펜탄디아민(1,5-pentane diamine), 1,6-헥산디아민(1,6-hexane diamine), 1,7-헵탄디아민(1,7-heptane diamine), 1,8-옥탄디아민(octane diamine)을 포함하는 디에틸렌디아민 (diethylene diamine), 디에틸렌트리아민(diethylene triamine), 톨루엔 디아민(toluene diamine), m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine), 디페닐메탄 디아민(diphenyl methane diamine), 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylene tetramine), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylene tetramine), 에탄올 아민(ethanolamine), 다이에탄올 아민 (diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine) 및 올레일아민(oleylamine)으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다. In the above-described method of producing a chalcogen compound, the solvent of the first solution may be an amine-based solvent, and the amine-based solvent may include a saturated or unsaturated acid. One or two or more rings may be selected. As a practical example, the amine-based solvent may include diethylamine, triethylamine, 1,3-propane diamine, 1,4-butane diamine, diamine, 1,5-pentane diamine, 1,6-hexane diamine, 1,7-heptane diamine, 1, Diethylene diamine, octane diamine, diethylene diamine, 8-octene diamine, diethylene triamine, toluene diamine, m-phenylenediamine, (diphenyl methane diamine), hexamethylene diamine, triethylene tetramine, tetraethylenepentamine, hexamethylene tetramine, ethanolamine, diethanolamine diethanolamine, triethanolamine, and oleylamine. It may include a solvent which is chosen.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 제1용액에 함유된 11족 금속 전구체의 몰농도는 0.01 내지 10M일 수 있으며, 제2용액에 투입되는 제1용액은, 투입시 100 내지 200℃로 가온된 상태일 수 있다. In the above-described method for producing a chalcogen compound, the molar concentration of the Group 11 metal precursor contained in the first solution may be 0.01 to 10 M, and the first solution charged into the second solution may be heated to 100 to 200 캜 It may be in a warmed state.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 칼코젠 전구체는 황(S) 및/또는 셀레늄(Se) 전구체를 포함할 수 있으며, 칼코젠 전구체는 황(S) 및/또는 셀레늄(Se) 분말을 포함할 수 있다. The chalcogen precursor may comprise a sulfur (S) and / or selenium (Se) precursor and the chalcogen precursor may comprise a sulfur (S) and / or selenium (Se) .
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 제2용액의 용매는 제1용액의 용매와 서로 독립적으로, 아민계 용매일 수 있으며, 아민계 용매는 포화 또는 불포화 아민을 포함할 수 있으며, 탄소수가 6 ~ 30인 직쇄형, 분지형 및 환형 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택된 것일 수 있다. 실질적인 일 예로, 아민계 용매는 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethylamine), 1,3-프로판디아민(1,3-propane diamine), 1,4-부탄디아민(1,4-butane diamine), 1,5-펜탄디아민(1,5-pentane diamine), 1,6-헥산디아민(1,6-hexane diamine), 1,7-헵탄디아민(1,7-heptane diamine), 1,8-옥탄디아민(octane diamine)을 포함하는 디에틸렌디아민 (diethylene diamine), 디에틸렌트리아민(diethylene triamine), 톨루엔 디아민(toluene diamine), m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine), 디페닐메탄 디아민(diphenyl methane diamine), 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylene tetramine), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylene tetramine), 에탄올 아민(ethanolamine), 다이에탄올 아민 (diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine) 및 올레일아민(oleylamine)으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다. In the above-described method of producing a chalcogen compound, the solvent of the second solution may be an amine-based solvent, independently of the solvent of the first solution, the amine-based solvent may include a saturated or unsaturated amine, And may be one selected from linear, branched or cyclic groups of 6 to 30 carbon atoms. As a practical example, the amine-based solvent may include diethylamine, triethylamine, 1,3-propane diamine, 1,4-butane diamine, diamine, 1,5-pentane diamine, 1,6-hexane diamine, 1,7-heptane diamine, 1, Diethylene diamine, octane diamine, diethylene diamine, 8-octene diamine, diethylene triamine, toluene diamine, m-phenylenediamine, (diphenyl methane diamine), hexamethylene diamine, triethylene tetramine, tetraethylenepentamine, hexamethylene tetramine, ethanolamine, diethanolamine diethanolamine, triethanolamine, and oleylamine. It may include a solvent which is chosen.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 제2용액에 함유된 칼코젠 전구체의 몰농도는 0.01 내지 10M일 수 있으며, 제1용액과 제2용액은 11족 금속 전구체 : 칼코젠 전구체의 몰비가 1 : 0.8 내지 1.2, 구체적으로 1 : 0.9 내지 1.1이 되도록 혼합될 수 있다. In the above-described method for producing a chalcogen compound, the molar concentration of the chalcogen precursor contained in the second solution may be 0.01 to 10M, and the molar ratio of the Group 11 metal precursor: chalcogen precursor is 1: 0.8 to 1.2, specifically 1: 0.9 to 1.1.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물인 계면활성제는 제2용액에 칼코젠 전구체와 함께 함유되며, 제2용액에 함유되는 계면활성제는 11족 금속 전구체 대비 0.1 내지 30 배의 몰비율이 되도록 첨가될 수 있다.In the above-described method of producing a chalcogen compound, the surfactant, which is trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, acid, or a mixture thereof, is contained in the second solution together with the chalcogen precursor, The activator may be added in a molar ratio of 0.1 to 30 times the Group 11 metal precursor.
상술한 칼코젠화합물의 제조방법에 있어, 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물인 계면활성제와 함께 칼코젠 전구체를 함유하는 제2용액을 160 내지 240℃로 가열하고, 제2용액이 160 내지 240℃로 가열된 상태에서 100 내지 200℃로 가열된 제1용액을 제2용액에 순간적으로 주입한 후 30분 내지 2시간동안 제2용액의 온도를 유지(160 내지 240℃로)하여 칼코젠화합물을 제조할 수 있다.In the above-mentioned method of producing a chalcogen compound, a second solution containing a chalcogen precursor together with a surfactant, which is trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, an acid, or a mixture thereof, is heated to 160 to 240 캜, The first solution heated at 100 to 200 캜 in the state that the second solution is heated to 160 to 240 캜 is instantaneously injected into the second solution and the temperature of the second solution is maintained for 160 minutes to 2 hours Deg.] C to prepare a chalcogen compound.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 칼코젠화합물인 제3칼코젠화합물은 13족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 칼코젠화합물 및/또는 12족 및 14족 각각에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 칼코젠화합물을 포함할 수 있다.In the ink according to an embodiment of the present invention, the third chalcogen compound, which is a chalcogen compound of one or more selected elements of group 12 to group 14, is a chalcogen compound and / Or chalcogen compounds of one or more selected elements in groups 12 and 14, respectively.
12족은 아연(Zn)을 포함할 수 있으며, 14족은 주석(Sn)을 포함할 수 있으며, 13족은 인듐(In) 및 갈륨(Ga)에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소를 포함할 수 있다.The group 12 may include zinc (Zn), the group 14 may include tin (Sn), and the group 13 may include one or more elements selected from indium (In) and gallium (Ga) .
상세하게, 잉크에 함유되는 제3칼코젠화합물은 구리를 제외한 제조하고자 하는 광활성층을 구성하는 원소들을 모두 함유하는 칼코젠화합물 입자일 수 있다.In detail, the third chalcogen compound contained in the ink may be chalcogen compound particles containing all the elements constituting the photoactive layer to be produced, except for copper.
일 예로, 제조하고자 하는 광활성층이 CI(S,Se)(Cu-In-(S,Se))인 경우, 제3칼코젠화합물은 In을 함유하는 칼코젠화합물 입자일 수 있다. 실질적인 일 예로, In을 함유하는 칼코젠화합물 입자는 In-Se 화합물 입자, In-S 화합물 입자 또는 In-Se-S 화합물 입자일 수 있다.For example, when the photoactive layer to be produced is CI (S, Se) (Cu-In- (S, Se)), the third chalcogen compound may be chalcogen compound particles containing In. As a practical example, the chalcogen compound particles containing In may be In-Se compound particles, In-S compound particles, or In-Se-S compound particles.
일 예로, 제조하고자 하는 광활성층이 CIG(S,Se)(Cu-In-Ga-(S,Se))인 경우, 제3칼코젠화합물은 In-Ga을 함유하는 칼코젠화합물 입자일 수 있다. 실질적인 일 예로, In-Ga을 함유하는 칼코젠화합물 입자는 In-Ga-Se 화합물 입자, In-Ga-S 화합물 입자 또는 In-Ga-Se-S 화합물 입자일 수 있다.For example, when the photoactive layer to be produced is CIG (S, Se) (Cu-In-Ga- (S, Se)), the third chalcogen compound may be a chalcogen compound particle containing In- . As a practical example, the chalcogen compound particles containing In-Ga may be In-Ga-Se compound particles, In-Ga-S compound particles or In-Ga-Se-S compound particles.
일 예로, 제조하고자 하는 광활성층이 CZT(S,Se)(Cu-Zn-Sn-(S,Se))인 경우, 제3칼코젠화합물은 Zn 및 Sn을 함유하는 칼코젠화합물 입자일 수 있다. 실질적인 일 예로, Zn 및 Sn을 함유하는 칼코젠화합물 입자는 Sn-Se 화합물 입자, Sn-S 화합물 입자 및 Sn-Se-S 화합물 입자에서 하나 이상 선택된 입자 및 Zn-S 화합물 입자, Zn-Se 화합물 입자 및 Zn-Se-S 화합물 입자에서 하나 이상 선택된 입자의 혼합 입자일 수 있다. For example, when the photoactive layer to be produced is CZT (S, Se) (Cu-Zn-Sn- (S, Se)), the third chalcogen compound may be chalcogen compound particles containing Zn and Sn . As a practical example, the chalcogenide compound particles containing Zn and Sn may contain at least one selected from Sn-Se compound particles, Sn-S compound particles and Sn-Se-S compound particles and Zn-S compound particles, Zn- Particles and Zn-Se-S compound particles.
실질적인 일 예로, 제3칼코젠화합물은 (InxGa1-x)4(SySe1-y)3, (InxGa1-x)(SySe1-y), (InxGa1-x)6(SySe1-y)7, (InxGa1-x)9(SySe1-y)11, (InxGa1-x)2(SySe1-y)3 및 (InxGa1-x)5(SySe1-y)7에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자를 포함할 수 있다. 이때, 제3칼코젠화합물 입자에서, x는 각각 0 ≤ x ≤1인 실수, y는 각각 0 ≤ y ≤1인 실수일 수 있다. 실질적인 일 예로, 제3칼코젠화합물은 Sn(SySe1-y), Sn2(SySe1-y)3 및 Sn(SySe1-y)2 에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자 및 Zn(SySe1-y) 입자의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 제3칼코젠화합물 입자에서, y는 각각 0 ≤ y ≤1인 실수이다. Substantial For example, a third knife kojen compounds (In x Ga 1-x) 4 (S y Se 1-y) 3, (In x Ga 1-x) (S y Se 1-y), (In x Ga 1-x) 6 (S y Se 1-y) 7, (In x Ga 1-x) 9 (S y Se 1-y) 11, (In x Ga 1-x) 2 (S y Se 1-y ) 3 and (In x Ga 1 -x ) 5 (S y Se 1-y ) 7 . In this case, in the third chalcogen compound particles, x may be a real number of 0? X? 1 and y may be a real number of 0? Y? 1. Substantial For example, a third knife kojen compounds are Sn (S y Se 1-y ), Sn 2 (S y Se 1-y) 3 and Sn (S y Se 1-y ) over one or both on second selected particles and Zn (S y Se 1-y ) particles. In this case, in the third chalcogen compound particles, y is a real number satisfying 0? Y? 1.
보다 실질적인 일 예로, 제3칼코젠화합물은 In2Se3, Ga2S3, ZnS 및 SnS에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자를 포함할 수 있다.As a more practical example, the third chalcogen compound may include one or more selected particles of In 2 Se 3 , Ga 2 S 3 , ZnS and SnS.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 제3칼코젠화합물 입자는 저온 반응성 측면에서 나노 입자일 수 있으며, 제3칼코젠화합물 나노입자의 평균 입자 크기는 5 내지 200nm일 수 있다. In the ink according to an embodiment of the present invention, the third chalcogen compound particles may be nanoparticles in terms of low-temperature reactivity, and the average particle size of the third chalcogen compound nanoparticles may be 5 to 200 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 제3칼코젠화합물 입자는 비정질상의 입자일 수 있으며, 이를 통해 공정허용 온도 이내의 저온에서 구리 나노입자와 반응하여, 보다 빠르고 균일하게 단일상의 다원칼코젠화합물이 제조될 수 있다. In the ink according to an embodiment of the present invention, the third chalcogen compound particles may be amorphous particles, thereby reacting with the copper nanoparticles at a low temperature within a process allowable temperature, A zeolite compound can be prepared.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 제조하고자 하는 광활성층이 CIGS(Cu-In-Ga-Se 또는 Cu-In-Ga-S), CIGSS(Cu-In-Ga-Se-S), CZTS(Cu-Zn-Sn-Se 또는 Cu-Zn-Sn-S) 또는 CZTSS(Cu-Zn-Sn-Se-S)인 경우, 제3칼코젠화합물에 함유된 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소 : 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물에 함유된 11족 금속의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2일 수 있다. 즉, 제3칼코젠화합물에 함유된 12 내지 14족의 원소 : 칼코젠화합물(제1 및 제2칼코젠화합물)에 함유되는 11족 금속의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2일 수 있다.In the method of manufacturing a solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the photoactive layer to be manufactured may be CIGS (Cu-In-Ga-Se or Cu-In-Ga-S), CIGSS -Se-S), CZTS (Cu-Zn-Sn-Se or Cu-Zn-Sn-S) or CZTSS The molar ratio of the Group 11 metals contained in the first chalcogen compound and the second chalcogen compound may be 1: 0.7 to 1.2. That is, the molar ratio of the Group 11 metals contained in the chalcogen compounds (first and second chalcogen compounds) of Group 12 to Group 14 contained in the third chalcogen compound may be 1: 0.7 to 1.2.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 입자상을 분산시키는 용매를 더 함유할 수 있다.The ink according to an embodiment of the present invention may further contain a solvent for dispersing the particulate phase.
잉크에 함유되는 용매는 입자상을 함유하며 도포 공정이 수행되는 통상의 잉크 조성물에 사용되는 용매이면 족하다. 일 예로, 용매는 무극성 용매, 폴리욜계 용매, 아민계 용매, 포스핀계 용매, 알코올계 용매 및 극성 용매중 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 함유할 수 있다. The solvent contained in the ink contains a particulate phase and suffices as a solvent used in a common ink composition in which a coating process is performed. In one example, the solvent may contain a solvent selected from one or more of nonpolar solvent, polyol solvent, amine solvent, phosphine solvent, alcohol solvent and polar solvent.
실질적인 일 예로, 폴리욜계 용매는 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 디에틸렌글리콜 에틸이서(diethylene glycol ethyl ether), 디에틸렌글리콜 부틸이서(diethylene glycol buthyl ether), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol), Mw: 200~100,000), 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate), 폴리에틸렌 글리콜 다이벤조네이트(poly(ethylene glycol) dibenzonate), 디프로필렌글리콜(dipropylene glycol), 트리프로필렌글리콜(dipropylene glycol) 및 글리세롤(glycerol)로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, the polyol solvent may be selected from the group consisting of diethylene glycol, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol buthyl ether, triethylene glycol, polyethyleneglycol poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (ethylene glycol) dibenzonate, dipropylene glycol, poly (ethylene glycol) Dipropylene glycol, and glycerol. The solvent may be selected from one or more selected from the group consisting of dipropylene glycol and glycerol.
실질적인 일 예로, 아민계열 용매는 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethylamine), 1,3-프로판디아민(1,3-propane diamine), 1,4-부탄디아민(1,4-butane diamine), 1,5-펜탄디아민(1,5-pentane diamine), 1,6-헥산디아민(1,6-hexane diamine), 1,7-헵탄디아민(1,7-heptane diamine), 1,8-옥탄디아민(octane diamine)을 포함하는 디에틸렌디아민 (diethylene diamine), 디에틸렌트리아민(diethylene triamine), 톨루엔 디아민(toluene diamine), m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine), 디페닐메탄 디아민(diphenyl methane diamine), 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylene tetramine), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylene tetramine), 에탄올 아민(ethanolamine), 다이에탄올 아민 (diethanolamine) 및 트리에탄올아민(triethanolamine)으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, amine-based solvents include diethylamine, triethylamine, 1,3-propane diamine, 1,4-butane diamine, diamine, 1,5-pentane diamine, 1,6-hexane diamine, 1,7-heptane diamine, 1, Diethylene diamine, octane diamine, diethylene diamine, 8-octene diamine, diethylene triamine, toluene diamine, m-phenylenediamine, (diphenyl methane diamine), hexamethylene diamine, triethylene tetramine, tetraethylenepentamine, hexamethylene tetramine, ethanolamine, diethanolamine diethanolamine) and triethanolamine (triethanolamine). Can.
실질적인 일 예로, 포스핀계 용매는 트리옥틸포스핀 (trioctylphosphine) 및 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide), 산 으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, the phosphine-based solvent may include a solvent selected from one or more of trioctylphosphine and trioctylphosphineoxide, acid.
실질적인 일 예로, 알코올계 용매는 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve) 및 1 내지 8의 탄소수를 가지는 알코올(Alcohol)로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, the alcoholic solvent may be selected from one or more selected from methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and alcohols having 1 to 8 carbon atoms Solvent.
실질적인 일 예로, 무극성 용매는 톨루엔(toluene), 클로로폼(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 다이클로로벤젠(dichlorobenzene), 애니솔(anisole), 자일렌(xylene) 및 6 내지 14의 탄소수를 가지는 탄화수소계 용매로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, the apolar solvent may be selected from the group consisting of toluene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, xylene, And may include one or more solvents selected from hydrocarbon-based solvents.
실질적인 일 예로, 극성 용매는 포름아마이드(formamide), 다이포름아마이드(diformamide), 아세토나이트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide), 아세톤(acetone), α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol) 및 물로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 용매를 포함할 수 있다.As a practical example, the polar solvent may be selected from the group consisting of formamide, diformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, acetone, May include one or more solvents selected from the group consisting of terpineol,? -Terpineol, dihydro-terpineol and water.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 분산제 및 유기 바인더를 더 함유할 수 있다.The ink according to an embodiment of the present invention may further contain a dispersant and an organic binder.
분산제 및 유기 바이더는 입자상을 함유하며 도포 공정이 수행되는 통상의 잉크 조성물에 사용되는 분산제 및 유기 바인더이면 족하다. The dispersant and the organic binder contain a particulate phase, and the dispersant and the organic binder used in the conventional ink composition in which the coating process is performed are satisfactory.
일 예로, 분산제는 지방산염(비누), α-술포지방산 에스테르염(MES), 알킬벤젠술폰산염(ABS), 직쇄(直鎖) 알킬벤젠 술폰산염(LAS), 알킬황산염(AS), 알킬에테르황산에스테르염(AES) 및 알킬황산트리에탄올을 포함하는 저분자 음이온성 (anionic) 화합물; 지방산 에탄올 아미드, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(AE), 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르(APE), 솔비톨 및 솔비탄을 포함하는 저분자 비(非)이온계 화합물; 알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄클로라이드 및 알킬피리디늄클로라이드를 포함하는 저분자 양이온성(cationic) 화합물; 알킬카르복실베타인, 술포베타인 및 레시틴을 포함하는 저분자 양성계 화합물; 나프탈렌술폰산염의 포르말린 축합물, 폴리스티렌술폰산염, 폴리아크릴산염, 비닐화합물과 카르복실산계 단량체의 공중합체염, 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리비닐알콜을 포함하는 고분자 수계 분산제; 폴리아크릴산 부분 알킬 에스테르 및 폴리알킬렌폴리아민를 포함하는 고분자 비수계 분산제; 및 폴리에틸렌이민 및 아미노알킬메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 고분자 양이온계 분산제;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 포함할 수 있다. For example, the dispersant may be selected from the group consisting of fatty acid salts (soaps), alpha -sulfo fatty acid ester salts (MES), alkylbenzenesulfonic acid salts (ABS), linear (straight chain) alkylbenzenesulfonic acid salts (LAS) Low molecular weight anionic compounds including sulfuric acid ester salts (AES) and alkyl sulfuric acid triethanol; Low molecular weight non-ionic compounds including fatty acid ethanol amides, polyoxyethylene alkyl ethers (AE), polyoxyethylene alkyl phenyl ethers (APE), sorbitol and sorbitan; Low molecular weight cationic compounds including alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium chlorides and alkylpyridinium chlorides; Low molecular weight positively charged compounds including alkylcarboxybetaines, sulfobetaine, and lecithin; A polymeric water-based dispersant including a formalin condensate of a naphthalene sulfonate, a polystyrene sulfonate, a polyacrylate, a copolymer salt of a vinyl compound and a carboxylic acid monomer, carboxymethylcellulose, and polyvinyl alcohol; Polymeric non-aqueous dispersing agent comprising a polyacrylic acid partial alkyl ester and a polyalkylene polyamine; And a polymeric cationic dispersing agent comprising a polyethyleneimine and an aminoalkyl methacrylate copolymer.
비 한정적인 일 예로, 분산제는 상용제품일 수 있으며, 구체적인 일 예로, EFKA4008, EFKA4009, EFKA4010, EFKA4015, EFKA4046, EFKA4047, EFKA4060, EFKA4080, EFKA7462, EFKA4020, EFKA4050, EFKA4055, EFKA4400, EFKA4401, EFKA4402, EFKA4403, EFKA4300, EFKA4330, EFKA4340, EFKA6220, EFKA6225, EFKA6700, EFKA6780, EFKA6782, EFKA8503(EFKA ADDITIVES B. V. 제품), TEXAPHOR-UV21, TEXAPHOR-UV61(코그니스 재팬 가부시키가이샤 제품), DisperBYK101, DisperBYK102, DisperBYK106, DisperBYK108, DisperBYK111, DisperBYK116, DisperBYK130, DisperBYK140, DisperBYK142, DisperBYK145, DisperBYK161, DisperBYK162, DisperBYK163, DisperBYK164, DisperBYK166, DisperBYK167, DisperBYK168, DisperBYK170, DisperBYK171, DisperBYK174, DisperBYK180, DisperBYK182, DisperBYK192, DisperBYK193, DisperBYK2000, DisperBYK2001, DisperBYK2020, DisperBYK2025, DisperBYK2050, DisperBYK2070, DisperBYK2155, DisperBYK2164, BYK220S, BYK300, BYK306, BYK320, BYK322, BYK325, BYK330, BYK340, BYK350, BYK377, BYK378, BYK380N, BYK410, BYK425, BYK430(빅케미 재팬 가부시키가이샤 제품), FTX-207S, FTX-212P, FTX-220P, FTX-220S, FTX-228P, FTX-710LL, FTX-750LL, 프터전트(ftergent) 212P, 프터전트220P, 프터전트222F, 프터전트228P, 프터전트245F, 프터전트245P, 프터전트250, 프터전트251, 프터전트710FM, 프터전트730FM, 프터전트730LL, 프터전트730LS, 프터전트750DM, 프터전트750FM(가부시키가이샤 네오스 제품), 메가팩(MEGAFACE)F-477, 메가팩480SF 또는 메가팩F-482(DIC 가부시키가이샤 제품)을 사용할 수 있다.As a non-limiting example, the dispersing agent may be a commercial product, and specific examples include EFKA4008, EFKA4009, EFKA4010, EFKA4015, EFKA4046, EFKA4047, EFKA4060, EFKA4080, EFKA7462, EFKA4020, EFKA4050, EFKA4055, EFKA4400, EFKA4401, EFKA4402, EFKA4403, DisperBYK101, DisperBYK102, DisperBYK106, DisperBYK108, DisperBYK111 (manufactured by EFKA ADDITIVES BV), TEXAPHOR-UV21 and TEXAPHOR-UV61 (produced by Cognis Japan K.K.), EFKA4300, EFKA4300, EFKA4340, EFKA6220, EFKA6225, EFKA6700, EFKA6780, EFKA6782, EFKA6782, , DisperBYK116, DisperBYK130, DisperBYK140, DisperBYK142, DisperBYK145, DisperBYK161, DisperBYK162, DisperBYK163, DisperBYK164, DisperBYK166, DisperBYK167, DisperBYK168, DisperBYK170, DisperBYK171, DisperBYK174, DisperBYK180, DisperBYK182, DisperBYK192, DisperBYK193, DisperBYK2000, DisperBYK2001, DisperBYK2020, DisperBYK2025, DisperBYK2050, DisperBYK2070 , DisperBYK2155, DisperBYK2164, BYK220S, BYK300, BYK306, BYK320, BYK322, BYK325, BYK330, BYK340, BYK350, BYK377, BYK378 , BYK380N, BYK410, BYK425, and BYK430 (manufactured by Big Chemical Japan K.K.), FTX-207S, FTX-212P, FTX-220P, FTX-220S, FTX-228P, FTX-710LL, FTX- ftergent) 212P, printer 220P, printer 222F, printer 228P, printer 245F, printer 245P, printer 250, printer 251, printer 710FM, printer 730FM, MEGAFACE F-477, Megapack 480SF, or Megapack F-482 (manufactured by DIC Corporation), manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., ) Can be used.
일 예로, 유기 바인더는 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리불화 비닐리덴(PVDF), 자기 가교성 아크릴수지 에멀전, 하이드록시 에틸 셀룰로스(HEC), 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), C1-10 알킬(메타)아크릴레이트와 불포화 카르복실산의 공중합체, 니트로셀롤로오스(nitrocellulose), 젤라틴(gelatine), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 틴소톤(Thixoton), 스타치(starch), 폴리에테르-폴리올, 아민기가 말단처리되어 있는 폴리스티렌(PS-NH2), 하이드록시셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethylhydroxyethylcellulose), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 카르복실기를 포함하는 수지, 페놀성 수지, 에틸셀룰로오스와 페놀성 수지의 혼합물, 에스터 중합체, 메타크릴레이트 중합체, 에틸렌성 불포화기를 갖는 공중합체, 에틸셀룰로스계, 아크릴레이트계 및 에폭시수지계에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 포함할 수 있다.For example, the organic binder may be selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinylidene fluoride (PVDF), self- crosslinkable acrylic resin emulsion, hydroxyethyl cellulose HEC), carboxymethylcellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), copolymers of C1-10 alkyl (meth) acrylate and unsaturated carboxylic acid, nitrocellulose, gelatin, Polyvinyl butyral, thixoton, starch, polyether-polyol, polystyrene (PS-NH2) end-treated with amine groups, hydroxy cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, ethyl cellulose, ethyl A resin containing a carboxyl group, a phenolic resin, a mixture of ethylcellulose and a phenolic resin, an ester polymer, a methacrylic resin, In the methacrylate polymer, ethylenic copolymer having unsaturated groups, ethyl cellulose, an acrylate and an epoxy resin may comprise a material that is selected more than one or two.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크는 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 입자상 100 중량부에 대해 200 내지 900 중량부의 용매를 함유할 수 있다. The ink according to an embodiment of the present invention may contain 200 to 900 parts by weight of the solvent relative to 100 parts by weight of the particles comprising the first chalcogen compound and the second chalcogen compound.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크에 있어, 분산제 및 유기 바인더를 더 함유하는 경우, 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 입자상 100 중량부에 대해 0.5 내지 10 중량부의 분산제 및 0.5 내지 10 중량부의 유기 바인더를 함유할 수 있다.In the case of further containing a dispersant and an organic binder in an ink according to an embodiment of the present invention, 0.5 to 10 parts by weight of a dispersing agent and 0.5 parts by weight of a dispersing agent are added per 100 parts by weight of the particles comprising the first chalcogen compound and the second chalcogen compound, To 10 parts by weight of an organic binder.
상술한 일 실시예에 따른 제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 입자상을 기준으로 한 용매, 선택적으로 분산제 및 유기 바인더의 함량은 도포 공정이 원활히 수행되면서도 막의 형상을 유지하는 기계적 강도, 잉크가 도포되는 기판과의 접착력, 건조 및 열처리시 분해되어 제거되는 유기물에 의한 막질 저하를 방지할 수 있는 함량이다.
The content of the solvent based on the particulate phase including the first chalcogen compound and the second chalcogen compound, and optionally the dispersant and the organic binder according to one embodiment of the present invention can be controlled by adjusting the mechanical strength The adhesive strength with the substrate to which the ink is applied, and the content capable of preventing deterioration of the film quality due to the organic substances decomposed upon drying and heat treatment.
이하, 상술한 잉크를 이용한 태양전지 광활성층의 제조방법을 상술한다.Hereinafter, a method for producing the solar cell photoactive layer using the ink described above will be described in detail.
본 발명에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법은 a) 11족 금속의 제1칼코젠화합물 및 고융점 제1칼코젠화합물보다 낮은 융점을 갖는 11족 금속의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자 내에 혼재된 복합 입자 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 제3칼코젠화합물을 함유하는 상술한 잉크를 기판에 도포하여 도포막을 형성하는 단계; 및 b) 상기 도포막을 열처리하여 11족 금속 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 다원 칼코젠화합물 막을 제조하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a solar cell photoactive layer according to the present invention comprises the steps of: a) forming a first chalcogen compound of a Group 11 metal and a second chalcogen compound of Group 11 metal having a lower melting point than a high melting point first chalcogen compound in a single particle Applying the above-described ink containing the mixed multiparticulates and the third chalcogen compound of one or more selected from Group 12 to Group 14 elements to a substrate to form a coating film; And b) subjecting the coating film to a heat treatment to produce a polyvalent chalcogen compound film of one or more selected from Group 11 metals and Group 12 to Group 14 elements.
통상적인 화합물 반도체(CIG(S,Se)) 또는 CZT(S,Se)) 기반 광활성층은 다원화합물이기 때문에 제조공정이 매우 까다롭다. 물리적인 박막 제조방법으로는 진공증발법(Evaporation), 스퍼터링-셀렌화법(Sputtering + Selenization), 화학적인 박막 제조방법으로는 전착법(Electrodeposition)이 있고, 각 방법에 있어서 원료의 종류에 따라 다양한 제조방법이 사용되고 있다.Since the conventional compound semiconductor (CIG (S, Se)) or CZT (S, Se) -based photoactive layer is a multi-component compound, the manufacturing process is very difficult. Electrodeposition is one of the physical thin film manufacturing methods such as evaporation, sputtering and selenization. Chemical thin film manufacturing methods include electrodeposition. In each method, various manufacturing processes Method is being used.
그러나, 본 발명의 제조방법은 고가이며 취급이 어려운 기상의 유기 금속화합물 또는 고가의 진공 장비를 사용하지 않으며, 다층 증착과 같이 고도의 복잡한 공정이 불필요하다. 즉, 본 발명의 제조방법은 융점이 서로 상이한 11족 금속의 칼코젠화합물의 복합 입자(제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물)와 제조하고자 하는 광활성층을 구성하는 제3칼코젠화합물을 함유하는 잉크를 도포하고, 도포막을 저온 열처리하는 극히 간단하고 안전하며 용이한 공정을 통해 양질의 다원 칼코젠화합물(광활성층)을 제조할 수 있다. However, the production method of the present invention does not use gaseous organometallic compounds or expensive vacuum equipment which are expensive and difficult to handle, and a highly complicated process such as multilayer deposition is unnecessary. That is, the production method of the present invention is characterized in that composite particles of a Group 11 metal chalcogen compound (first chalcogen compound and second chalcogen compound) having different melting points and a third chalcogen compound constituting the photoactive layer to be produced A high quality multi-chalcogen compound (photoactive layer) can be produced through an extremely simple, safe, and easy process of applying an ink containing an organic solvent and applying a low temperature heat treatment to the coating film.
또한, 본 발명의 제조방법은 상술한 잉크를 이용하여 광활성층을 제조함으로써, 550℃ 이하의 공정허용 온도보다 낮은 온도에서 단일상의 다원 칼코젠 화합물로 이루어진 광활성층을 제조할 수 있으며, 균일도가 우수하고 치밀한 미세 구조를 갖는 광활성층을 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, the production method of the present invention can produce a photoactive layer composed of a single-phase polychalcogen compound at a temperature lower than the allowable process temperature of 550 DEG C or below by producing the photoactive layer using the ink described above, And a photoactive layer having a dense microstructure can be produced.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 잉크가 도포되는 기판은 태양전지 분야에서 통상적으로 사용되는 부도체 기재에, 태양전지 분야에서 통상적으로 사용되는 후면 전극이 적층된, 적층 기판을 포함할 수 있다. 부도체 기판의 일 예로, 유리기판, 소다석회유리기판(soda-lime glass), 세라믹기판 또는 반도체기판을 들 수 있다. 부도체 기판에 형성된 후면 전극의 일 예로, 몰리브덴(Mo) 층을 들 수 있다.In the method of manufacturing the photoactive layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention, the substrate to which the ink is applied may be a non-conductive substrate commonly used in the field of solar cells, And may include a laminated substrate. Examples of the non-conductive substrate include a glass substrate, a soda-lime glass substrate, a ceramic substrate, and a semiconductor substrate. As an example of the back electrode formed on the non-conductive substrate, a molybdenum (Mo) layer can be mentioned.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 잉크의 도포는 스핀코팅, 바코팅, 딥코팅, 드랍 캐스팅, 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing), 임프린팅(imprinting), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소 프린팅 (Flexography printing) 및 스크린 프린팅(screen printing)에서 하나 또는 둘 이상 선택된 방법으로 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the photoactive layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention, the application of the ink may be carried out by a method such as spin coating, bar coating, dip coating, drop casting, ink-jet printing, micro- printing, imprinting, gravure printing, gravure-offset printing, flexography printing and screen printing in one or more selected ways. .
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, a) 단계 후 및 b) 단계 전, 도포막을 건조하는 단계가 더 수행될 수 있다. 건조단계는 도포막에 함유된 액상을 휘발 제거하기 위한 것으로, 잉크의 도포에 의한 막(film)을 형성하는 분야에서 통상적으로 사용하는 건조 방법이면 사용 가능하다. 비한정적인 일 예로, 도포막의 건조는 공기중 60 내지 90℃에서 수행될 수 있다.In the method for manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, a step of drying the coating film may be further performed after the steps a) and b). The drying step is for volatilizing and removing the liquid phase contained in the coating film and can be used as long as it is a drying method usually used in the field of forming a film by application of ink. As a non-limiting example, drying of the coating film can be carried out at 60 to 90 ° C in air.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 기판상 잉크가 도포되어 형성된 도포막의 열처리는 400 내지 550℃, 바람직하게, 500 내지 530℃에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the heat treatment of the coating film formed by applying ink on the substrate may be performed at 400 to 550 ° C, preferably 500 to 530 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 도포된 도포막의 열처리에 의해, 막의 치밀화, 결정성장 및 단일한 다원 칼코젠화합물로의 상전이가 이루어진다. 즉, 도포막의 열처리에 의해 11족 금속을 함유하는 제1 및 제2칼코젠화합물과 11족 금속을 제외한 제조하고자 하는 광활성층을 구성하는 원소들을 함유하는 칼코젠화합물간의 반응에 의해, 목적하는 다원 칼코젠화합물의 단일상으로 상전이가 이루어진다.In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, densification of the film, crystal growth, and phase transition to a single polychalcogen compound are performed by heat treatment of the applied coating film. That is, by the reaction between the first and second chalcogen compounds containing the Group 11 metal and the chalcogen compound containing the elements constituting the photoactive layer to be produced except for the Group 11 metal by the heat treatment of the coating film, Phase transition occurs to the single phase of the chalcogen compound.
상술한 바와 같이, 상전이에 의해 순수한 단일한 상(phase)의 다원 칼코젠화합물이 형성되면서, 550℃ 이하의 극히 낮은 열처리 온도에서도 극히 치밀하고 균질한 광활성층이 제조될 수 있다. As described above, an extremely dense and homogeneous photoactive layer can be produced even at an extremely low heat treatment temperature of 550 DEG C or less, by forming a pure single phase chalcogen compound by phase transition.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 도포막의 열처리는 칼코젠 분위기에서 수행될 수 있다. 칼코젠 분위기는 황(S), 셀레늄(Se) 또는 이들의 혼합 기체가 존재하는 분위기를 포함한다.In the manufacturing method according to the present invention, the heat treatment of the coating film can be performed in a chalcogen atmosphere. The chalcogen atmosphere includes an atmosphere in which sulfur (S), selenium (Se), or a mixed gas thereof exists.
상세하게, 도포막의 열처리는 칼코젠 함유 기체를 공급하거나, 칼코젠 분말을 도포막과 함께 열처리하여 칼코젠 분말을 칼코젠 기체의 소스(source)로 사용할 수 있다.In detail, the heat treatment of the coating film can be performed by supplying a chalcogen-containing gas or by heat-treating the chalcogen powder together with the coating film and using the chalcogen powder as a source of chalcogen gas.
보다 상세하게, 도포막의 열처리는 칼코젠 분위기는 황(S), 셀레늄(Se) 또는 이들의 혼합 기체가 존재하는 분위기를 포함하며, 칼코젠 기체 분위기는 H2S 또는 H2Se와 같이 칼코젠 원소(S, Se)를 함유하는 기체의 공급하거나, 칼코젠 원소 (S, Se)를 휘발시킨 후 공급하거나, 또는 칼코젠 원소의 분말상인 칼코젠 분말을 도포막과 함께 열처리하여, 칼코젠 분말을 칼코젠 기체의 소스(source)로 사용하여 형성될 수 있다.More specifically, the coating film is heat-treated knife kojen atmosphere is sulfur (S), selenium (Se) or comprising an atmosphere that is a mixed gas exists, knives kojen gas atmosphere is a knife, such as H 2 S or H 2 Se kojen The gas containing the element S or Se may be supplied or the chalcogen element S or Se may be volatilized and then supplied or the chalcogen powder which is a powder of the chalcogen element may be heat-treated together with the coating film, May be used as a source of chalcogen gas.
실질적인 일 예로, 칼코젠 기체를 공급하는 경우 5 내지 300 sccm의 유량으로 H2S, H2Se, 칼코젠 원소 (S, Se) 증기 또는, 이들의 혼합 가스를 포함하는 칼코젠 함유 가스를 공급할 수 있다.As a practical example, when supplying chalcogen gas, a chalcogen-containing gas containing H 2 S, H 2 Se, chalcogen element (S, Se) vapor or a mixed gas thereof is supplied at a flow rate of 5 to 300 sccm .
실질적인 일 예로, 도포막의 열처리가 이루어지는 챔버 내에서, S분말, Se분말 또는 이들의 혼합분말을 포함하는 칼코젠 분말 자체를 기화시켜 칼코젠 분위기를 조성하는 경우, 칼코젠 분말이 가열되는 온도는 열처리되는 도포막의 온도와 동일할 수 있으며, 서로 상이할 수 있다. As a practical example, in the case where the chalcogen powder itself containing the S powder, the Se powder, or the mixed powder thereof is vaporized to form a chalcogen atmosphere in the chamber in which the heat treatment of the coating film is performed, And may be different from each other.
상세하게, 칼코젠 분말을 칼코젠 기체 소스로 이용하는 경우, 칼코젠 분말은 80 내지 250 ℃로 가열될 수 있다.Specifically, when chalcogen powder is used as a chalcogen gas source, the chalcogen powder can be heated to 80 to 250 캜.
칼코젠 분말을 켈코젠 기체 소스로 이용하는 경우, 열처리 장치 내 칼코젠 분말은 도포막이 위치하는 영역과 상이한 영역에 놓일 수 있다. 이때, 열처리는 유체의 유동이 가능한 단일한 열처리 공간 내에 서로 독립적으로 둘 이상의 유니폼 존을 형성할 수 있도록 발열체 및 컨트롤러가 구비된 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 단일한 유니폼 존을 형성하는 통상의 열처리 장치 내에서 칼코젠 분말이 놓이는 위치를 조절하여 칼코젠 분말의 가열 온도가 조절될 수 있다.When the chalcogen powder is used as a source of kelogen gas, the chalcogen powder in the heat treatment apparatus can be placed in a region different from the region where the coating film is located. At this time, the heat treatment can be performed using an apparatus equipped with a heating element and a controller so that two or more uniform zones can be independently formed in a single heat treatment space capable of flowing the fluid, The heating temperature of the chalcogen powder can be controlled by controlling the position of the chalcogen powder in the heat treatment apparatus.
도포막의 열처리는 어떠한 압력에서 수행되어도 무방하나, 비 한정적인 일 예로, 진공 내지 대기압에서 열처리가 수행될 수 있다. The heat treatment of the coating film may be carried out at any pressure, but in a non-limiting example, the heat treatment may be performed at a vacuum or an atmospheric pressure.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 광활성층의 제조방법에 있어, 다원 칼코젠화합물은 CuInxGa1-xSeyS1-y일(0≤x≤1인 실수, 0≤y≤1인 실수)를 포함할 수 있으며, Cu2ZnmSn2-m(SenS1-n)4(0≤m≤2인 실수, 0≤n≤1인 실수)를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell photoactive layer according to an embodiment of the present invention, the multi - chalcogen compound may be CuIn x Ga 1-x Se y S 1-y (0 ? X ? 1, And may include Cu 2 Zn m Sn 2-m (Se n S 1-n ) 4 (
일 예로, Cu2Se의 제1칼코젠화합물 및 CuSe의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자에 혼재된 복합입자와 In2Se3 칼코젠화합물 입자를 함유하는 잉크를 이용하여 CuInSe2인 단일상의 다원 칼코젠화합물을 제조할 수 있다.For example, when the first chalcogen compound of Cu 2 Se and the second chalcogen compound of CuSe are mixed in a single particle and an ink containing In 2 Se 3 chalcogen compound particles is used, a single phase of CuInSe 2 A polyvalent chalcogen compound can be produced.
일 예로, Cu2Se의 제1칼코젠화합물 및 CuSe의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자에 혼재된 복합입자와 In2Se3 칼코젠화합물 입자 및 Ga2S3 칼코젠화합물 입자의 혼합입자인 제3칼코젠화합물 입자를 함유하는 잉크를 이용하여 CuInxGa1-xSeyS1-y일(0≤x≤1인 실수, 0≤y≤1인 실수)인 단일상의 다원 칼코젠화합물을 제조할 수 있다. 이때, 잉크에 함유되는 In 및 Ga(칼코젠화합물 입자의 In 및 Ga) : Cu(구리 입자의 Cu)의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2일 수 있으며, In : Ga의 몰비는 제조하고자 하는 다원 칼코젠화합물의 In : Ga의 몰비(x:1-x)에 따를 수 있다.For example, when the first chalcogen compound of Cu 2 Se and the second chalcogen compound of CuSe are composed of composite particles mixed in a single particle, mixed particles of In 2 Se 3 chalcogen compound particles and Ga 2 S 3 chalcogen compound particles a third knife kojen a compound by using the ink containing the particles CuIn x Ga 1-x Se y S 1-y (0≤x≤1 mistake, 0≤y≤1 a real number) on a single multi knife kojen Compounds can be prepared. At this time, the molar ratio of In and Ga (In and Ga of chalcogen compound particles): Cu (Cu of copper particles) contained in the ink may be 1: 0.7 to 1.2, and the molar ratio of In: The molar ratio of In: Ga of the zeolite compound (x: 1-x) can be used.
일 예로, Cu2Se의 제1칼코젠화합물 및 CuSe의 제2칼코젠화합물이 단일한 입자에 혼재된 복합입자;와 ZnSySe1-y 칼코젠화합물 입자(y는 0 ≤ y ≤1인 실수) 및 SnSySe1-y 칼코젠화합물 입자(y는 0 ≤ y ≤1인 실수)의 혼합입자인 제3칼코젠화합물 입자를 함유하는 잉크를 이용하여 Cu2ZnmSn2-m(SenS1-n)4(0≤m≤2인 실수, 0≤n≤1인 실수)인 단일상의 다원 칼코젠화합물을 제조할 수 있다. 이때, 잉크에 함유되는 Zn 및 Sn(칼코젠화합물 입자의 Zn 및 Sn) : Cu(구리 입자의 Cu)의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2일 수 있으며, Zn : Sn의 몰비는 제조하고자 하는 다원 칼코젠화합물의 Zn : Sn의 몰비(m:2-m)에 따를 수 있다.For example, a composite particle in which a first chalcogen compound of Cu 2 Se and a second chalcogen compound of CuSe are mixed in a single particle, and a ZnS y Se 1 -y chalcogen compound particle (y is 0? Y? real number), and SnS y Se 1-y knife kojen compound particles (y is 0 ≤ y ≤1 mistakes) mixing particles of the third knife kojen compound particles using the ink Cu 2 Sn 2-m Zn m containing the ( Se n S 1-n ) 4 (real number of 0 ? M? 2, real number of 0? N? 1 ). At this time, the molar ratio of Zn and Sn (Zn and Sn of chalcogen compound particles): Cu (Cu of copper particles) contained in the ink may be 1: 0.7 to 1.2, and the molar ratio of Zn: The molar ratio of Zn: Sn of the zeolite compound (m: 2-m) can be used.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 광활성층을 포함한다.The present invention includes a photoactive layer produced by the above-described manufacturing method.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 광활성층이 구비된 태양전지를 포함한다.The present invention includes a solar cell provided with a photoactive layer manufactured by the above-described manufacturing method.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 기판(하부전극이 형성된 기판) 상부에 형성된 상술한 광활성층; 광활성층 상부에 형성된 버퍼층; 버퍼층 상부에 형성된 윈도우층; 상기 윈도우층 상부에 형성된 그리드 전극;을 포함할 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes the above-described photoactive layer formed on a substrate (substrate on which a lower electrode is formed); A buffer layer formed on the photoactive layer; A window layer formed on the buffer layer; And a grid electrode formed on the window layer.
버퍼층은 제1도전형 반도체(일 예로, CIGS의 경우 p-type)인 광활성층과 제2도전형 반도체인 윈도우층(일 예로, ZnO 박막의 경우, n-type)간의 p-n 접합시, 두 층간의 격자 상수 및 밴드갭 에너지 차이를 완화시키기 위해, 통상적인 화합물 반도체 기반 태양전지에서 사용되는 버퍼층이면 사용가능하다. 일 예로, 버퍼층은 CdS 박막일 수 있다. When the pn junction between the photoactive layer of the first conductivity type semiconductor (for example, p-type in the case of CIGS) and the window layer of the second conductivity type semiconductor (for example, n-type in the case of ZnO thin film) A buffer layer used in a conventional compound semiconductor-based solar cell may be used in order to alleviate the lattice constant and the band gap energy difference of the buffer layer. As an example, the buffer layer may be a CdS thin film.
윈도우층은 광활성층과 상보적인 반도체 특성을 갖는 층으로, 광활성층과 p-n 접합을 이룰 수 있는 통상적인 화합물 반도체 기반 태양전지에서 사용되는 윈도우층이면 사용가능하다. 일 예로, 윈도우층은 ZnO 박막일 수 있다.The window layer is a layer having a semiconductor characteristic complementary to the photoactive layer and can be used as a window layer used in a conventional compound semiconductor-based solar cell capable of forming a p-n junction with the photoactive layer. For example, the window layer may be a ZnO thin film.
그리드전극은 태양전지 표면에서의 전류를 수집하기 위한 것으로, 핑거전극 및 버스바 전극을 포함할 수 있으며, 통상적인 화합물 반도체 기반 태양전지에서 사용되는 전면 전극 구조 및 물질이면 사용가능하다. 일 예로, 그리드 전극은 어골 구조를 가질 수 있으며, Al 또는 Ni/Al 재질일 수 있다.The grid electrode is for collecting current on the surface of the solar cell and may include a finger electrode and a bus bar electrode, and can be used as a front electrode structure and a material used in a conventional compound semiconductor-based solar cell. In one example, the grid electrode may have a fulcrum structure and may be made of Al or a Ni / Al material.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 그리드 전극 상부에 형성된 반사방지막 더 포함할 수 있으며, 통상적인 화합물 반도체 기반 태양전지에서 사용되는 반사방지막이면 사용 가능하다. 일 예로, 반사방지막은 실리콘산화물막일 수 있다.
The solar cell according to an embodiment of the present invention may further include an antireflection film formed on the grid electrode, and may be used as an antireflection film used in a conventional compound semiconductor based solar cell. In one example, the antireflection film may be a silicon oxide film.
이하, 실 제조예를 기반으로 본 발명을 상술하나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 하기의 제조예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on practical examples. It is to be understood that the same is by way of example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made from this disclosure.
(제조예 1)(Production Example 1)
11족 금속의 칼코젠화합물(복합입자)를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.
To synthesize a chalcogen compound (composite particle) of Group 11 metal, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜. Then, the solution in the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to remove Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
(제조예 2)(Production Example 2)
11족 금속의 칼코젠화합물(복합입자)를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize a chalcogen compound (composite particle) of Group 11 metal, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜. Then, the solution in the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to remove Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
제3칼코젠화합물을 합성하기 위해, 플라스크에 80 ml의 올레일아민(oleylamine)을 넣고 플라스크 온도를 60℃로 고정하였다. 이후, 플라스크에 In(acac)3(acac=acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol 및 Se 분말 12 mmol을 첨가한 후 290℃로 온도를 올리고 1시간 동안 290℃로 유지하여 In2Se3 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 칼코젠화합물 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize the third chalcogen compound, 80 ml of oleylamine was added to the flask and the flask temperature was fixed at 60 캜. Then, the flask In (acac) 3 (acac = acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol and followed by the addition of 12 mmol Se powder, the temperature was increased to 290 ℃ maintained at 290 ℃ for 1 hour to In 2 Se 3 nanoparticles were synthesized. Thereafter, the synthesized chalcogen compound particles were separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자(복합입자) 및 In2Se3 나노입자를 톨루엔에 첨가하여, 20 중량%의 입자상(CuSe 나노입자, Cu2Se 나노입자 및 In2Se3 나노입자)을 함유하는 잉크를 제조하였다. 제조된 잉크에서 구리칼코젠화합물 입자인 복합입자의 Cu : In2Se3 나노입자의 In의 몰비는 1:1이었다. 이때, 잉크의 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하였다. Cu 2 Se nanoparticles (composite particles) and In 2 Se 3 nanoparticles containing a CuSe secondary phase were added to toluene to prepare 20 wt% particles (CuSe nanoparticles, Cu 2 Se nanoparticles and In 2 Se 3 nanoparticles) was prepared. The molar ratio of In of the Cu: In 2 Se 3 nanoparticles of the composite particles as the copper chalcogen compound particles in the produced ink was 1: 1. At this time, ball milling was carried out at 20 Hz for 60 minutes for homogeneous mixing of the ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 CuInSe2 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.After the Mo electrode is deposited soda and a bar coating ink prepared in the lime glass substrate, and dried at 80 ℃, heating the Se powder in 230 ℃ and the CuInSe 2 thin film by heating the glass substrate on which the ink is applied at 530 ℃ temperature Photoactive layer was prepared. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
(제조예 3)(Production Example 3)
11족 금속의 칼코젠화합물(복합입자)를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize a chalcogen compound (composite particle) of Group 11 metal, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜. Then, the solution in the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to remove Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
제3칼코젠화합물을 합성하기 위해, 플라스크에 80 ml의 올레일아민(oleylamine)을 넣고 플라스크 온도를 60℃로 고정하였다. 이후, 플라스크에 In(acac)3(acac=acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol 및 Se 분말 12 mmol을 첨가한 후 290℃로 온도를 올리고 1시간 동안 290℃로 유지하여 In2Se3 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 칼코젠화합물 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize the third chalcogen compound, 80 ml of oleylamine was added to the flask and the flask temperature was fixed at 60 캜. Then, the flask In (acac) 3 (acac = acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol and followed by the addition of 12 mmol Se powder, the temperature was increased to 290 ℃ maintained at 290 ℃ for 1 hour to In 2 Se 3 nanoparticles were synthesized. Thereafter, the synthesized chalcogen compound particles were separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자(복합입자), In2Se3 나노입자 및 Ga2S3 (Aldrich)를 톨루엔과 같이 혼합하였다. 상기 물질들은 Cu : (In+Ga)의 몰비가 1 : 1 및 In : Ga의 몰비가 7 : 3이 되도록 톨루엔에 첨가하였다. 이때, 혼합되는 입자상 100 중량부를 기준으로 톨루엔의 양은 400 중량부였다. 톨루엔에 입자상을 투입한 후, 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하여 잉크를 제조하였다. Cu 2 Se nanoparticles (composite particles), In 2 Se 3 nanoparticles and Ga 2 S 3 (Aldrich) containing a CuSe secondary phase were mixed together with toluene to prepare an ink. The materials were added to toluene such that the molar ratio of Cu: (In + Ga) was 1: 1 and the molar ratio of In: Ga was 7: 3. At this time, the amount of toluene was 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed particles. After the particulate phase was added to toluene, ball milling was performed for 60 minutes at 20 Hz for homogeneous mixing to prepare an ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 Cu(In0.7Ga0.3)(S,Se)2 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.
After the Mo electrode is deposited soda and a bar coating ink prepared in the lime glass substrate, and dried at 80 ℃, heating the Se powder in 230 ℃ and heat-treating the glass substrate, the ink is applied at 530 ℃ temperature Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) (S, Se) 2 thin film was prepared. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
(제조예 4)(Production Example 4)
11족 금속의 칼코젠화합물(복합입자)를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize a chalcogen compound (composite particle) of Group 11 metal, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜. Then, the solution in the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to remove Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자(복합입자), ZnS (Aldrich) 및 SnS(Aldrich)를 톨루엔과 같이 혼합하였다. 상기 물질들은 Cu : Zn : Sn의 몰비가 2 : 1 : 1이 되도록 톨루엔에 첨가하였다. 이때, 혼합되는 입자상 100 중량부를 기준으로 톨루엔의 양은 400 중량부였다. 톨루엔에 입자상을 투입한 후, 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하여 잉크를 제조하였다. Cu 2 Se nanoparticles (composite particles), ZnS (Aldrich) and SnS (Aldrich) containing a CuSe secondary phase were mixed together with toluene to prepare the ink. The materials were added to toluene such that the molar ratio of Cu: Zn: Sn was 2: 1: 1. At this time, the amount of toluene was 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed particles. After the particulate phase was added to toluene, ball milling was performed for 60 minutes at 20 Hz for homogeneous mixing to prepare an ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, 잉크가 도포된 유리 기판을 H2S 가스를 100 SCCM의 유속으로 공급하면서 530℃ 온도에서 열처리하여 Cu2ZnSnS4 박막인 광활성층을 제조하였다.
The ink prepared on the soda lime glass substrate on which the Mo electrode was deposited was bar coated and dried at 80 DEG C and then the glass substrate coated with ink was heat-treated at a temperature of 530 DEG C while supplying H 2 S gas at a flow rate of 100 SCCM Cu 2 ZnSnS 4 thin films.
(제조예 5)(Production Example 5)
11족 금속의 칼코젠화합물(복합입자)를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드(trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize a chalcogen compound (composite particle) of Group 11 metal, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜. Then, the solution in the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to remove Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 CuSe 이차상을 함유하는 Cu2Se 나노입자(복합입자), ZnS (Aldrich) 및 SnS(Aldrich)를 톨루엔과 같이 혼합하였다. 상기 물질들은 Cu : Zn : Sn의 몰비가 2 : 1 : 1이 되도록 톨루엔에 첨가하였다. 이때, 혼합되는 입자상 100 중량부를 기준으로 톨루엔의 양은 400 중량부였다. 톨루엔에 입자상을 투입한 후, 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하여 잉크를 제조하였다. Cu 2 Se nanoparticles (composite particles), ZnS (Aldrich) and SnS (Aldrich) containing a CuSe secondary phase were mixed together with toluene to prepare the ink. The materials were added to toluene such that the molar ratio of Cu: Zn: Sn was 2: 1: 1. At this time, the amount of toluene was 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed particles. After the particulate phase was added to toluene, ball milling was performed for 60 minutes at 20 Hz for homogeneous mixing to prepare an ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 Cu2ZnSn(S,Se)4 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.
The ink prepared on the soda lime glass substrate on which the Mo electrode was deposited was bar coated, dried at 80 ° C, heated at 230 ° C and heat-treated at 530 ° C to form a Cu 2 ZnSn S, Se) 4 thin film. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
(비교예1)(Comparative Example 1)
2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 이차상이 존재하지 않는 순수한 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.
50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 10 mmol of Se powder was added to the second flask. After the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜, the solution of the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to obtain pure Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드 (trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g(77mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 250℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 250℃를 유지시켜 구리칼코젠화합물 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.
50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. Thereafter, the first flask was heated to 130 占 폚 and the second flask was heated to 250 占 폚. Then, the solution of the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 250 占 폚 for 1 hour to synthesize copper chalcogen compound nanoparticles Respectively. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
(비교예3)(Comparative Example 3)
2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 트리옥틸포스핀옥사이드 (trioctylphosphineoxide, TOPO) 3g (77 mmol) 및 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 150℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 150℃를 유지시켰다.
50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 3 g (77 mmol) of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 10 mmol of Se powder were added to the second flask. After heating the first flask to 130 캜 and the second flask to 150 캜, the solution of the first flask was poured into the second flask at an instant and maintained at 150 캜 for 1 hour.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
Cu2Se 나노입자를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 이차상이 존재하지 않는 순수한 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize Cu 2 Se nanoparticles, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 10 mmol of Se powder was added to the second flask. After the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜, the solution of the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to obtain pure Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
In2Se3 칼코젠화합물 입자를 합성하기 위해, 플라스크에 80 ml의 옥틸아민(Octylamine)을 넣고 플라스크 온도를 60℃로 고정하였다. 이후, 플라스크에 In(acac)3(acac=acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol 및 Se 분말 12 mmol을 첨가한 후 290℃로 온도를 올리고 1시간 동안 290℃로 유지하여 In2Se3 입자를 합성하였다. 이후, 합성된 칼코젠화합물 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize In 2 Se 3 chalcogen compound particles, 80 ml of octylamine was added to the flask, and the flask temperature was fixed at 60 ° C. Then, the flask In (acac) 3 (acac = acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol and followed by the addition of 12 mmol Se powder, the temperature was increased to 290 ℃ maintained at 290 ℃ for 1 hour to In 2 Se 3 particles were synthesized. Thereafter, the synthesized chalcogen compound particles were separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 합성된 Cu2Se 나노입자 및 In2Se3 나노입자를 톨루엔에 첨가하여, 20 중량%의 입자상을 함유하는 분산액을 제조하였다. 이때 Cu : In 몰비율은 1 : 1 이었다. 이때, 잉크의 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하였다. The Cu 2 Se nanoparticles and In 2 Se 3 nanoparticles synthesized to prepare the ink were added to toluene to prepare a dispersion containing 20% by weight of particulate matter. At this time, the Cu: In molar ratio was 1: 1. At this time, ball milling was carried out at 20 Hz for 60 minutes for homogeneous mixing of the ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 CuInSe2 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.
After the Mo electrode is deposited soda and a bar coating ink prepared in the lime glass substrate, and dried at 80 ℃, heating the Se powder in 230 ℃ and the CuInSe 2 thin film by heating the glass substrate on which the ink is applied at 530 ℃ temperature Photoactive layer was prepared. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
Cu2Se 나노입자를 합성하기 위해, 2개의 플라스크 각각에 올레일아민(oleylamine) 50 ml을 넣고 온도를 60 ℃로 고정하였다. 이후 제1플라스크에 CuCl2 10 mmol를 첨가하고, 제2플라스크에 Se 분말 10 mmol을 첨가하였다. 이후, 제1플라스크를 130℃로, 제2플라스크를 200℃로 가열한 후, 제1플라스크의 용액을 제2플라스크로 순간주입하고 1시간 동안 200℃를 유지시켜 이차상이 존재하지 않는 순수한 Cu2Se 나노입자를 합성하였다. 이후, 합성된 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize Cu 2 Se nanoparticles, 50 ml of oleylamine was added to each of the two flasks and the temperature was fixed at 60 ° C. Then, 10 mmol of CuCl 2 was added to the first flask, and 10 mmol of Se powder was added to the second flask. After the first flask was heated to 130 캜 and the second flask was heated to 200 캜, the solution of the first flask was instantaneously injected into the second flask and maintained at 200 캜 for 1 hour to obtain pure Cu 2 Se nanoparticles were synthesized. The synthesized particles were then separated by centrifugation and washed with toluene.
CuSe2 나노입자를 합성하기 위해, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 용매 200 ml를 포함하는 플라스크에 구리 나이트레이트 3.75g과 H2SeO3 5.16g을 혼합하였다. 플라스크 내부를 Ar 분위기로 포화시킨 후에, 160℃에서 4시간동안 반응시켰다. 그 후, 침전 및 원심분리를 통해 세척 및 분리 실시하였다. To synthesize CuSe 2 nanoparticles, 3.75 g of copper nitrate and 5.16 g of H 2 SeO 3 were mixed in a flask containing 200 ml of a polyethylene glycol solvent. The inside of the flask was saturated with Ar atmosphere, and the reaction was carried out at 160 DEG C for 4 hours. Thereafter, washing and separation were carried out through precipitation and centrifugation.
In2Se3 칼코젠화합물 입자를 합성하기 위해, 플라스크에 80 ml의 옥틸아민(Octylamine)을 넣고 플라스크 온도를 60℃로 고정하였다. 이후, 플라스크에 In(acac)3(acac=acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol 및 Se 분말 12 mmol을 첨가한 후 290℃로 온도를 올리고 1시간 동안 290℃로 유지하여 In2Se3 입자를 합성하였다. 이후, 합성된 칼코젠화합물 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize In 2 Se 3 chalcogen compound particles, 80 ml of octylamine was added to the flask, and the flask temperature was fixed at 60 ° C. Then, the flask In (acac) 3 (acac = acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol and followed by the addition of 12 mmol Se powder, the temperature was increased to 290 ℃ maintained at 290 ℃ for 1 hour to In 2 Se 3 particles were synthesized. Thereafter, the synthesized chalcogen compound particles were separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 합성된 Cu2Se 나노입자, CuSe2 나노입자 및 In2Se3 나노입자를 톨루엔에 첨가하여, 20 중량%의 입자상을 함유하는 분산액을 제조하였다. 이때 Cu2Se : CuSe2 몰비율은 1 : 1 이었으며, Cu : In 몰비율은 1 : 1 이었다. 이때, 잉크의 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하였다. Cu 2 Se nanoparticles, CuSe 2 nanoparticles and In 2 Se 3 nanoparticles synthesized for the production of ink were added to toluene to prepare a dispersion containing 20% by weight of particulate matter. At this time, the Cu 2 Se: CuSe 2 molar ratio was 1: 1, and the Cu: In molar ratio was 1: 1. At this time, ball milling was carried out at 20 Hz for 60 minutes for homogeneous mixing of the ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 CuInSe2 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.
After the Mo electrode is deposited soda and a bar coating ink prepared in the lime glass substrate, and dried at 80 ℃, heating the Se powder in 230 ℃ and the CuInSe 2 thin film by heating the glass substrate on which the ink is applied at 530 ℃ temperature Photoactive layer was prepared. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
CuSe2 나노입자를 합성하기 위해, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 용매 200 ml를 포함하는 플라스크에 구리 나이트레이트 3.75g과 H2SeO3 5.16g을 혼합하였다. 플라스크 내부를 Ar 분위기로 포화시킨 후에, 160℃에서 4시간동안 반응시켰다. 그 후, 침전 및 원심분리를 통해 세척 및 분리 실시하였다. To synthesize CuSe 2 nanoparticles, 3.75 g of copper nitrate and 5.16 g of H 2 SeO 3 were mixed in a flask containing 200 ml of a polyethylene glycol solvent. The inside of the flask was saturated with Ar atmosphere, and the reaction was carried out at 160 DEG C for 4 hours. Thereafter, washing and separation were carried out through precipitation and centrifugation.
In2Se3 칼코젠화합물 입자를 합성하기 위해, 플라스크에 80 ml의 옥틸아민(Octylamine)을 넣고 플라스크 온도를 60℃로 고정하였다. 이후, 플라스크에 In(acac)3(acac=acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol 및 Se 분말 12 mmol을 첨가한 후 290℃로 온도를 올리고 1시간 동안 290℃로 유지하여 In2Se3 입자를 합성하였다. 이후, 합성된 칼코젠화합물 입자를 원심분리법을 이용하여 분리한 후 톨루엔을 이용하여 세척하였다.To synthesize In 2 Se 3 chalcogen compound particles, 80 ml of octylamine was added to the flask, and the flask temperature was fixed at 60 ° C. Then, the flask In (acac) 3 (acac = acetylacetonate, pentane-2,4-dione) 8 mmol and followed by the addition of 12 mmol Se powder, the temperature was increased to 290 ℃ maintained at 290 ℃ for 1 hour to In 2 Se 3 particles were synthesized. Thereafter, the synthesized chalcogen compound particles were separated by centrifugation and washed with toluene.
잉크를 제조하기 위해 합성된 CuSe2 나노입자 및 In2Se3 나노입자를 톨루엔에 첨가하여, 20 중량%의 나노입자를 함유하는 분산액을 제조하였다. 이때 Cu : In 몰비율은 1 : 1 이었다. 이때, 잉크의 균질한 혼합을 위해 20 Hz의 조건에서 60분 동안 볼 밀링을 수행하였다. CuSe 2 nanoparticles and In 2 Se 3 nanoparticles synthesized to prepare the ink were added to toluene to prepare a dispersion containing 20 wt% of nanoparticles. At this time, the Cu: In molar ratio was 1: 1. At this time, ball milling was carried out at 20 Hz for 60 minutes for homogeneous mixing of the ink.
Mo 전극이 증착된 소다라임 유리 기판상에 제조한 잉크를 바 코팅하고, 80 ℃에서 건조한 후, Se 분말을 230 ℃로 가열하며 잉크가 도포된 유리 기판을 530℃ 온도에서 열처리하여 CuInSe2 박막인 광활성층을 제조하였다. 이때 열처리 챔버내 압력은 10-5torr이었다.
After the Mo electrode is deposited soda and a bar coating ink prepared in the lime glass substrate, and dried at 80 ℃, heating the Se powder in 230 ℃ and the CuInSe 2 thin film by heating the glass substrate on which the ink is applied at 530 ℃ temperature Photoactive layer was prepared. The pressure in the heat treatment chamber was 10 -5 torr.
제조예 1 및 비교예 1 내지 3에서 합성된 구리칼코젠 화합물 입자를 X-선 회절을 이용하여 분석하여 2차상의 유/무 및 종류를 측정한 결과를 표 1에 도시하였다.The copper chalcogen compound particles synthesized in Production Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were analyzed using X-ray diffraction, and the results of measurement of the type and the kind of the secondary phase were shown in Table 1.
(표 1)(Table 1)
표 1에서 알 수 있듯이, 실시예 1과 같이 11족 금속 전구체를 함유하는 제1용액과 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드, 산 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 및 칼코젠 전구체를 함유하는 제2용액을 제조한 후, 160 내지 240℃의 온도의 제2용액에 제1용액을 투입함으로써 CuSe 및 Cu2Se 결정상이 균질하게 응집 분포된 나노입자가 합성됨을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, a first solution containing a Group 11 metal precursor and a surfactant which is a mixture of trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, an acid or a mixture thereof, and a surfactant containing a
비교예 1 및 비교예 2의 경우, 순수한 단일상의 Cu2Se만이 제조되었으며, 비교예 3의 경우, 입자 자체가 합성되지 않았다. In the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, only pure single phase Cu 2 Se was produced. In Comparative Example 3, the particles themselves were not synthesized.
제조예 1에서 제조된 구리칼코젠 입자의 X-선 회절 분석 결과를 도시한 도 1에서 알 수 있듯이, 합성단계에서부터 고융점 Cu2Se 결정상과 저융점 CuSe 결정상이 혼재되어 있는 나노입자가 형성된 것을 알 수 있으며, CuSe : Cu2Se의 중량비가 100 : 400인 나노입자가 합성됨을 알 수 있다. TEM 장비를 이용한 조성 분석 결과, 나노입자마다 조성의 변화가 없는 점으로 미루어, 하나의 나노입자 안에 결정상의 Cu2Se 및 CuSe가 서로 혼재되어 있음을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 1 showing the results of X-ray diffraction analysis of the copper chalcogen particles prepared in Production Example 1, nanocrystals in which a high melting point Cu 2 Se crystal phase and a low melting point CuSe crystal phase are mixed are formed from the synthesis step And a nanoparticle having a weight ratio of CuSe: Cu 2 Se of 100: 400 is synthesized. As a result of the composition analysis using the TEM apparatus, it can be seen that the crystal phase Cu 2 Se and CuSe are mixed in one nanoparticle because there is no change in the composition of each nanoparticle.
도 2는 제조예 1에서 제조된 구리칼코젠입자의 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다. 도 2에서 알 수 있듯이 평균 입자크기가 40 nm인 구리칼코젠입자(복합 입자)가 제조됨을 알 수 있다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the copper chalcogen particles prepared in Production Example 1. FIG. As can be seen from FIG. 2, copper chalcogen particles (composite particles) having an average particle size of 40 nm were produced.
도 3은 제조예 2에서 합성된 In2Se3의 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다. 도 3에서 알 수 있듯이, In2Se3의 칼코젠화합물 입자가 합성됨을 알 수 있으며, 평균 입자 크기가 13 nm 인 칼코젠화합물 입자가 합성되었음을 알 수 있다. 합성된 In2Se3 입자를 X-선 회절 분석 한 결과, 비정질 입자가 제조됨을 확인하였으며, ICP 조성 분석 결과, In2Se3 조성의 입자가 제조됨을 확인하였다.3 is a scanning electron micrograph of In 2 Se 3 synthesized in Production Example 2. FIG. As can be seen from FIG. 3, it can be seen that chalcogen compound particles of In 2 Se 3 were synthesized, and that chalcogen compound particles having an average particle size of 13 nm were synthesized. As a result of X-ray diffraction analysis of the synthesized In 2 Se 3 particles, it was confirmed that amorphous particles were produced. As a result of ICP composition analysis, it was confirmed that particles of In 2 Se 3 composition were produced.
도 4는 제조예 2에서 제조된 광활성층의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진으로, 도 4에서 알 수 있듯이 박막의 미세구조가 획기적으로 개선된 치밀구조의 박막이 제조된 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of the photoactive layer prepared in Preparation Example 2. As can be seen from FIG. 4, it can be seen that a thin film having a remarkably improved microstructure of the thin film was produced.
도 5는 제조예 2에서 제조된 광활성층의 X-선 회절 결과를 도시한 도면으로, 도 5에서 알 수 있듯이, CuInSe2의 단일상으로 이루어진 광활성층이 제조됨을 확인 할 수 있다.FIG. 5 shows X-ray diffraction results of the photoactive layer prepared in Preparation Example 2. As can be seen from FIG. 5, it can be confirmed that a photoactive layer composed of a single phase of CuInSe 2 is produced.
도 6은 비교예 4에서 제조된 구리칼코젠화합물 입자의 X-선 회절 결과를 도시한 도면으로, 순수한 Cu2Se 입자만이 합성됨을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing X-ray diffraction results of the copper chalcogen compound particles prepared in Comparative Example 4, showing that only pure Cu 2 Se particles are synthesized.
도 7은 비교예 4에서 제조된 구리칼코젠화합물 입자를 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이며, 도 8은 비교예 4에서 제조된 광활성층의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8에서 알 수 있듯이, 나노입자의 형상 및 크기는 제조예에서 합성된 입자와 유사하나, 제조된 광활성층의 단면 사진에서 알 수 있듯이 비교예 4에서는 나노입자의 형상이 그대로 존재하는 다공성 박막이 제조됨을 알 수 있다.FIG. 7 is a scanning electron microscope (SEM) image of the copper chalcogen compound particles prepared in Comparative Example 4, and FIG. 8 is a scanning electron micrograph showing a cross section of the photoactive layer prepared in Comparative Example 4 FIG. As can be seen from FIGS. 7 and 8, the shape and size of the nanoparticles are similar to those of the nanoparticles synthesized in the preparation example. However, as can be seen from the cross-sectional photograph of the prepared photoactive layer, It can be seen that a porous thin film is produced.
도 9는 비교예 5에서 제조된 광활성층의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다. 고융점 및 저융점 결정상이 혼재된 복합입자를 사용한 제조예의 경우와는 달리, 고융점 칼코젠화합물, 저융점 칼코젠화합물이 독립적으로 합성되고 물리적으로 혼합된 잉크로부터 제조된 광활성층의 경우 열처리 과정동안 상이한 결정상간의 상호 화학반응이 효과적으로 일어나지 못해 불균일한 미세구조를 가지는 것을 확인할 수 있다. 9 is a scanning electron micrograph showing a surface of the photoactive layer prepared in Comparative Example 5. FIG. In the case of the photoactive layer prepared from the ink in which the high melting point chalcogen compound and the low melting point chalcogen compound are independently synthesized and physically mixed, unlike the case of the production example using the composite particles in which the high melting point and low melting point crystalline phases are mixed, It is possible to confirm that the mutual chemical reaction between the different crystal phases does not occur effectively and thus has a heterogeneous microstructure.
도 10은 비교예 6에서 제조된 광활성층의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다. 고융점 및 저융점 결정상이 혼재된 복합입자를 사용한 제조예의 경우와는 달리, 저융점 칼코젠 화합물만으로 구성된 잉크로부터 제조된 광활성층의 경우 열처리 과정동안 과도한 액상의 형성으로 인해 특정 결정상들의 휘발이 발생한다. 이는 불균일한 미세구조를 야기하고, 최종적으로 얻어진 광활성층의 조성 제어를 어렵게 하는 한계점을 보인다.
10 is a scanning electron micrograph showing a surface of the photoactive layer prepared in Comparative Example 6. FIG. Unlike the case of the production example using a composite particle in which a high melting point and a low melting point crystal phase are mixed, in the case of a photoactive layer prepared from an ink composed only of a low melting point chalcogen compound, volatilization of specific crystalline phases occurs due to excessive liquid phase formation during heat treatment do. This results in a nonuniform microstructure and a limitation point that makes it difficult to control the composition of the finally obtained photoactive layer.
제조예 2 내지 5 및 비교예 4 내지 6 에서 제조된 광활성층의 치밀구조 형성 여부를 표 2에 정리하였다.Table 2 summarizes the formation of the dense structure of the photoactive layer prepared in Production Examples 2 to 5 and Comparative Examples 4 to 6.
(표 2)(Table 2)
표 2에 정리한 바와 같이, 제조예 3 내지 5의 경우도 제조예 2와 마찬가지로 균일한 치밀구조가 형성된 것을 알 수 있으며, 이에 반해 비교예 4은 치밀 구조가 아닌 다공성 광활성층이 제조됨을 알 수 있으며, 비교예 5, 및 6에서 제조된 광활성층은 치밀구조가 형성되는 반면 균일도가 상당히 떨어지는 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that, in the case of Production Examples 3 to 5, a uniform dense structure was formed in the same manner as in Production Example 2, whereas Comparative Example 4 shows that a porous photoactive layer was produced instead of a dense structure And the photoactive layer prepared in Comparative Examples 5 and 6 had a dense structure, but the uniformity was considerably lowered.
이상, 실 제조예에 기반하여 본 발명을 상술하였으나, 본 발명의 사상은 설명된 제조예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. All of which fall within the scope of the present invention.
Claims (10)
b) 상기 도포막을 열처리하여 11족 금속 및 12족 내지 14족에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 다원 칼코젠화합물 막을 제조하는 단계
를 포함하는 태양전지 광활성층의 제조방법.
a) a first chalcogen compound of a Group 11 metal having a melting point of 600 to 1200 DEG C and a second chalcogen compound of a Group 11 metal having a melting point of 220 to 550 DEG C are mixed in a single particle, Applying an ink containing a third chalcogen compound of one or more selected elements to a substrate to form a coating film; And
b) subjecting the coating film to a heat treatment to produce a polyvalent chalcogen compound film of one or more elements selected from Group 11 metals and Group 12 to Group 14
≪ / RTI >
상기 복합입자는 제2칼코젠화합물 100 중량부에 대해 제1칼코젠화합물 10 내지 900 중량부를 함유하는 태양전지 광활성층의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the composite particle contains 10 to 900 parts by weight of the first chalcogen compound per 100 parts by weight of the second chalcogen compound.
상기 제1칼코젠화합물은 Cu2Se를 포함하며, 상기 제2칼코젠화합물은 CuSe, CuSe2 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 상기 제3칼코젠화합물은 (InxGa1-x)4(SySe1-y)3, (InxGa1-x)(SySe1-y), (InxGa1-x)6(SySe1-y)7, (InxGa1-x)9(SySe1-y)11, (InxGa1-x)2(SySe1-y)3 및 (InxGa1-x)5(SySe1-y)7에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자(0 ≤ x ≤1인 실수, y는 0 ≤ y ≤1인 실수);를 포함하거나, Sn(SySe1-y), Sn2(SySe1-y)3 및 Sn(SySe1-y)2 에서 하나 또는 둘 이상 선택된 입자(y는 0 ≤ y ≤1인 실수) 및 Zn(SySe1-y) 입자(y는 0 ≤ y ≤1인 실수)를 포함하는 광활성층의 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the first chalcogen compound comprises Cu 2 Se, the second chalcogen compound comprises CuSe, CuSe 2, or a mixture thereof, and the third chalcogen compound comprises (In x Ga 1-x ) 4 S y Se 1-y) 3 , (In x Ga 1-x) (S y Se 1-y), (In x Ga 1-x) 6 (S y Se 1-y) 7, (In x Ga 1 -x) 9 (S y Se 1 -y) 11, (In x Ga 1-x) 2 (S y Se 1-y) 3 and (In x Ga 1-x) 5 (S y Se 1-y) These one or more than 2-7 particles (0 ≤ x ≤1 mistake, y is 0 ≤ y ≤1 a real number); including or, Sn (S y Se 1- y), Sn 2 (S y Se 1- for y) 3 and Sn (S y Se 1-y ) one or two or more particles selected (y is from 2 0 ≤ y ≤1 a real number), and Zn (S y Se 1-y ) particles (y is 0 ≤ y ≤ 1 < / RTI >
상기 제3칼코젠화합물에 함유된 12족 내지 14족에서 하나 이상 선택된 원소 : 상기 복합입자에 함유된 11족 금속의 몰비는 1 : 0.7 내지 1.2인 태양전지 광활성층의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the molar ratio of the Group 11 metal contained in the composite particle is 1: 0.7 to 1.2, wherein at least one element selected from Group 12 to Group 14 contained in the third chalcogen compound is contained in the composite particle.
상기 열처리는 400 내지 550℃에서 수행되는 태양전지 광활성층의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the heat treatment is performed at 400 to 550 占 폚.
상기 열처리는 칼코젠 분위기에서 수행되는 태양전지 광활성층의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment is performed in a chalcogen atmosphere.
제1칼코젠화합물 및 제2칼코젠화합물을 포함하는 복합입자는 11족 금속 전구체를 함유하는 제1용액과 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀옥사이드 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 및 칼코젠 전구체를 함유하는 제2용액을 제조한 후, 160 내지 240℃의 온도의 제2용액에 제1용액을 투입함으로써 제조된 칼코젠화합물인 태양전지 광활성층의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The composite particles comprising the first chalcogen compound and the second chalcogen compound can be prepared by reacting a first solution containing a Group 11 metal precursor with a surfactant that is trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, or a mixture thereof and a chalcogen precursor And then adding the first solution to the second solution at a temperature of from 160 to 240 ° C to form a chalcogen compound.
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