KR101561284B1 - 페로브스카이트 구조 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents
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Abstract
태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물이 제공된다. 본 발명의 일 구현례에 따른 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물은 하기 화학식 1 로 표현될 수 있다.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
Description
페로브스카이트 구조 화합물, 이의 제조방법 및 상기 페로브스카이트 구조 화합물을 채용하는 태양전지에 관한 것이다.
최근 태양전지에서 광흡수체로 양자점 나노입자를 염료 대신에 사용하고 액체전해질 대신에 홀전도성 무기물 혹은 유기물을 사용한 연구가 보고 되고 있다. 양자점으로 CdSe, PbS 등을 사용하고 홀전도성 유기물로서 spiro-OMeTAD 혹은 P3HT와 같은 전도성 고분자를 사용한 태양전지가 다수 보고 되고 있으며, 또한 광흡수 무기물로 Sb2S3와 홀전도성 유기물로 PCPDTBT를 사용한 태양전지등이 연구 되고 있으나 그 효율은 낮은 실정이다.
이외에 순수한 무기물로 된 양자점이 아닌, 무/유기 하이브리드의 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 사용하는 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 알칼리금속의 양이온이 도핑된 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 광흡수체 및 상기 광흡수체를 채용하는 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현례에 따른 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물은 하기 화학식 1 로 표현될 수 있다.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
또한, 상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 Y는 Cs+이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 일 수 있다.
또한, 상기 X는 I-, Cl-, Br- 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 w 는 0.05 내지 0.15 일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의한 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법은 금속원자의 할로겐 화합물; 알칼리금속의 할로겐 화합물; 및 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물을 용매에 녹여 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
상기 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 질소가스 또는 불활성가스 분위기에서 교반하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물은 메틸아민의 할로겐 화합물일 수 있다.
또한, 상기 알칼리 금속은 Cs 일수 있다.
또한, 상기 금속원자의 할로겐 화합물은 Pb, Sn, Ge, Ca, Sr 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물일 수 있다.
또한, 상기 할로겐은 요오드(I), 염소(Cl), 브롬(Br) 일 수 있다.
또한, 상기 용매는 무수 N,N-디메틸포름아미드(anhydrous N,N-dimethylformamide) 및/또는 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone) 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용매에서 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone)은 1 내지 5 부피% 일 수 있다.
또한, 상기 교반하는 단계는 50℃ 내지 70 ℃ 에서 10시간 내지 14시간 동안 교반할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의한 태양전지는,
제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성된 광흡수체; 및 상기 광흡수체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 광흡수체는 화학식1로 표현되는 페로브스카이트 구조 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
또한, 상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 Y는 Cs+이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 일 수 있다.
또한, 상기 X는 I-, Cl-, Br- 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 w 는 0.05 내지 0.15 일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극과 상기 광흡수체 사이에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 정공수송층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광흡수체와 상기 제 2 전극 사이에 PCBM ([6,6]-phenyl-C60 butyric acid methyl ester)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 페로브스카이트 단위셀의 각 코너에 알칼리 금속의 양이온이 치환형으로 도핑 되어 있는 구조의 페로브스카이트 화합물을 제공 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 구현례에 의하면 광전류밀도(JSC), 광전압(VOC), 층밀계수(FF), 전력변환효율(power conversion efficiency)(PCE)이 우수한 광흡수체층 및 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 구현례에 따른 페로브스카이트 화합물의 구조를 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 구현례에 따른 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 광흡수체 및 상기 광흡수체를 채용하는 태양전지를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예1에 의한 페로브스카이트 화합물의 구조를 나타낸 도면이다.
도4 는 MAPbI3 , CsMAPbI3 를 광흡수체로 사용하였을 때, 외부양자효율 (external quantum efficiencies)(EQE)을 비교한 그래프이다.
도 5 는 MAPbI3 , CsMAPbI3 를 광흡수체로 사용한 태양전지 단면의 TEM사진이다.
도 6 은 MAPbI3 , CsMAPbI3 층 상에 PCBM을 코팅한 후 의 AFM 현미경으로 표면을 관찰한 사진이다.
도2는 본 발명의 일 구현례에 따른 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 광흡수체 및 상기 광흡수체를 채용하는 태양전지를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예1에 의한 페로브스카이트 화합물의 구조를 나타낸 도면이다.
도4 는 MAPbI3 , CsMAPbI3 를 광흡수체로 사용하였을 때, 외부양자효율 (external quantum efficiencies)(EQE)을 비교한 그래프이다.
도 5 는 MAPbI3 , CsMAPbI3 를 광흡수체로 사용한 태양전지 단면의 TEM사진이다.
도 6 은 MAPbI3 , CsMAPbI3 층 상에 PCBM을 코팅한 후 의 AFM 현미경으로 표면을 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 어떠한 알켄기나 알킨기를 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"; 또는 적어도 하나의 알켄(alkene)기 또는 알킨(alkyne)기를 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"를 모두 포함하는 것을 의미한다. 상기 "알켄기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 치환기를 의미하며, "알킨기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합으로 이루어진 치환기를 의미한다. 상기 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다.
상기 알킬기는 C1 내지 C20의 알킬기 일 수 있으며, 보다 구체적으로 C1 내지 C6인 저급 알킬기, C7 내지 C10인 중급 알킬기, C11 내지 C20의 고급 알킬기일 수 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있다.
본 발명의 일 구현례에 따른 태양전지 광흡수체용 화합물은 하기 화학식1로 표현된다.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
여기서 상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온, 또는 이들의 조합일 수 있다.
여기서 상기 X는 I-, Cl-, Br- 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 1 을 참고하면 상기 화학식 1을 만족하는 화합물은 페로브스카이트 구조를 가진다.
이때, M은 페로브스카이트 구조에서 단위셀(unit cell)의 중심에 위치하며, X는 단위셀의 각 면 중심에 위치하여, M을 중심으로 옥타헤드론(octahedron) 구조를 형성한다.
또한, A는 단위셀의 각 코너(corner)에 위치한다.
여기서, 상기A는 화학식2로 표현된다.
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
즉, 여기서 페로브스카이트 단위셀의 각 코너에 알칼리 금속의 양이온이 치환형으로 도핑 되어 있는 구조이다.
여기서 상기 Y는 Cs+이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 일 수 있다. Cs+ 와 [CH3NH3]+ 의 크기가 비슷하므로 상기 [CH3NH3]+ 의 자리에 Cs+ 가 치환형으로 도핑 되어 있을 수 있다.
여기서 상기 w 는 0.05 내지 0.15 일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따른 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법은,
금속원자의 할로겐 화합물; 알칼리금속의 할로겐 화합물; 및 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물을 용매에 녹여 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
상기 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 질소가스 또는 불활성가스 분위기에서 교반하는 단계; 를 포함한다.
상기 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물은 메틸아민의 할로겐 화합물일 수 있다.
상기 알칼리 금속은 Cs 일 수 있다.
상기 금속원자의 할로겐 화합물은 Pb, Sn, Ge, Ca, Sr 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 할로겐은 요오드(I), 염소(Cl), 브롬(Br)일 수 있다.
상기 용매는 무수 N,N-디메틸포름아미드(anhydrous N,N-dimethylformamide) 및/또는 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone) 을 포함할 수 있다.
상기 용매에서 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone)은 1 내지 5 부피% 일 수 있다.
상기 교반하는 단계는 50℃ 내지 70℃ 에서 10시간 내지 14시간 동안 교반할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 구현례에 따른 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 광흡수체 및 상기 광흡수체를 채용하는 태양전지를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 구현례에 따른 태양전지는, 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 형성된 광흡수체, 및 상기 광흡수체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며,
상기 광흡수체은 화학식1로 표현된다.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
여기서 상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온, 또는 이들의 조합일 수 있다.
여기서 상기 X는 I-, Cl-, Br-또는 이들의 조합일 수 있다.
여기서, 상기A는 화학식2로 표현된다.
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1 -20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, 0<w<1 이다.)
여기서 상기 Y는 Cs+이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 일 수 있다.
여기서 상기 w 는 0.05 내지 0.15 일 수 있다.
상기 제 1 전극은 전도성 투명 기재를 포함할 수 있으며, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 제 2 전극은 제 1 전극과 반대극성을 가지는 전극이며, Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 또는 이들의 조합일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[
실시예1
] 태양전지
광흡수체용
페로브스카이트
구조 화합물의 제조.
CsI, CH3NH3I, 및 PbI2 를 표1과 같이 용매에 녹여 Cs의 도핑농도가 각각 다른 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액하였다.
상기 용매는 N,N-디메틸포름아미드(anhydrous N,N-dimethylformamide)(DMF) : γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone)(GBL) 을 97:3 vol% 로 혼합하여 농도 120 mg/ml 로 제조 하였다.
상기 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 60℃ 에서 12시간 동안 질소가스 분위기에서 교반하여 페로브스카이트 구조 화합물을 제조 하였다.
실시예 1 에 의하여 제조된 페로브스카이트 구조 화합물은 도 3 과 같이 단위셀의 각 코너에서 [CH3NH3]+ 가 Cs+ 로 치환되어 도핑된 구조를 가진다.
이하, CsMAPbI3 라고 칭한다.
| Perovskite |
몰비
CsI : CH 3 NH 3 I : PbI 2 |
| MAPbI 3 | 0 : 1 : 1 |
| Cs 0 .05 MA 0 .95 PbI 3 | 0.05 : 0.95 : 1 |
| Cs 0 .10 MA 0 .90 PbI 3 | 0.10 : 0.90 : 1 |
| Cs 0 .20 MA 0 .80 PbI 3 | 0.20 : 0.80 : 1 |
| Cs 0 .30 MA 0 .70 PbI 3 | 0.30 : 0.70 : 1 |
| Cs 0 .40 MA 0 .60 PbI 3 | 0.40 : 0.60 : 1 |
| Cs 0 .60 MA 0 .40 PbI 3 | 0.60 : 0.40 : 1 |
| Cs 0 .80 MA 0 .20 PbI 3 | 0.80 : 0.20 : 1 |
| CsPbI 3 | 1 : 0 : 1 |
[
비교예
]
CsI 대신 메틸암모늄 오요드화물(methylammonium iodide)(MAI)을 사용하였으며, 나머지 조건은 실시예1과 동일한 조건에서 페로브스카이트 구조 화합물을 제조 하였다.
비교예에 의하여 제조된 페로브스카이트 구조 화합물은 단위셀의 각 코너에 [CH3NH3]+ 가 존재하는 구조를 가진다. 이하, MAPbI3 라고 칭한다.
[태양전지의 제조]
실시예1 및 비교예에 의한 태양전지 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 광흡수체 및 상기 광흡수체를 채용하는 태양 전지를 제조 하였다.
태양 전지에는 양극으로써 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 사용하였고, 정공수송층으로 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜: 폴리-스티렌설포네이트 (PEDOT:PSS) 를 사용하였다.
또한 광흡수체로써 본 발명의 실시예에 따른 Cs+ 가 도핑된 페로브스카이트 구조 화합물을 사용하였다.
또한 전하수송층으로 PCBM ([6,6]-phenyl-C60 butyric acid methyl ester)을 사용하였고, 음극으로 Al을 사용하였다.
[태양전지의 특성 평가]
표2 은 광흡수체에 사용된 Cs의 도핑 농도에 따른 태양전지의 광전류밀도(JSC), 광전압(VOC), 층밀계수(FF), 전력변환효율(power conversion efficiency)(PCE)을 나타낸 표이다.
| Perovskite |
J
sc
( mA cm -2 ) |
V
oc
(V) |
FF |
PCE
(%) |
| MAPbI 3 | 8.89 | 0.89 | 0.70 | 5.51 |
| Cs 0 .05 MA 0 .95 PbI 3 | 8.69 | 1.01 | 0.72 | 6.29 |
| Cs 0 .10 MA 0 .90 PbI 3 | 10.10 | 1.05 | 0.73 | 7.68 |
| Cs 0 .20 MA 0 .80 PbI 3 | 7.70 | 1.08 | 0.58 | 4.82 |
| Cs 0 .30 MA 0 .70 PbI 3 | 5.13 | 1.06 | 0.61 | 3.33 |
| Cs 0 .40 MA 0 .60 PbI 3 | 2.49 | 1.06 | 0.60 | 1.58 |
| Cs 0 .60 MA 0 .40 PbI 3 | 0.90 | 0.75 | 0.32 | 0.21 |
| Cs 0 .80 MA 0 .20 PbI 3 | 0.19 | 0.44 | 0.30 | 0.02 |
| CsPbI 3 | 0.17 | 0.43 | 0.31 | 0.02 |
MAPbI3, CsPbI3 를 광흡수체로써 사용한 태양전지 보다, Cs가 도핑된 CsMAPbI3 를 광흡수체로써 사용하였을 때, 광전류밀도, 광전압, 층밀계수, 전력 변환 효율이 우수한 것을 알 수 있다.
Cs0 .10MA0 .90PbI3 를 광흡수체로써 비교예 보다 광전류밀도(JSC), 광전압(VOC), 층밀계수(FF), 전력변환효율(power conversion efficiency)(PCE) 에서 현격한 향상이 있음을 알 수 있다.
도4 는 MAPbI3, Cs0 .10MA0 .90PbI3를 광흡수체로 사용하였을 때, 외부양자효율 (external quantum efficiencies)(EQE)을 비교한 그래프이다.
MAPbI3 를 광흡수체로 사용한 태양전지는 460nm 파장에서 48%의 효율을 보였으며 Cs0 .10MA0 .90PbI3를 광흡수체로 사용한 태양전지는 460nm 파장에서 59% 효율을 보였다.
도 5 는 MAPbI3 , Cs0 .10MA0 .90PbI3를 광흡수체로 사용한 태양전지 단면의 TEM사진이다.
ITO층의 평균 두께는 140 nm, PEDOT:PSS 층의 평균 두께는 35 nm, PCBM층의 평균 두께는 50 nm, Al 층의 평균 두께는 100 nm 이다.
MAPbI3 를 광흡수체로 사용한 태양전지의 광흡수체의 두께는 19 내지 41 nm 였으며, Cs0 .10MA0 .90PbI3 를 광흡수체로 사용한 광흡수체로 사용한 태양전지의 광흡수체의 두께는 29 내지 47 nm 의 두께를 보였다.
실시예에 의한 광흡수층의 두께가 더 두꺼워 광전류밀도(JSC)의 향상이 일어남을 알 수 있다.
도 6 은 MAPbI3 , CsMAPbI3 층 상에 PCBM을 코팅한 후 의 AFM 현미경으로 표면을 관찰한 사진이다. 도 6 에서 알 수 있듯, 실시예에 의한 CsMAPbI3 에 PCBM을 코팅한 표면이 비교예에 의한 MAPbI3 에 PCBM을 코팅한 표면보다 표면이 더욱 매끄러운(smooth)하므로, 층밀계수(FF)가 더욱 높은 것을 알 수 있다.
Claims (23)
- 하기 화학식1로 표현되는 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1-20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, w는 0.05 내지 0.15이다.) - 제 1 항에 있어서,
상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온, 또는 이들의 조합인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물. - 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 Y는 Cs 양이온이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물. - 제 3 항에 있어서,
상기 X는 I-, Cl-, Br- 또는 이들의 조합인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물. - 삭제
- 원료물질로써 금속원자의 할로겐 화합물; 알칼리금속의 할로겐 화합물; 및 알킬기를 포함하는 할로겐 화합물, 아민기를 포함하는 할로겐 화합물 또는 이들의 조합을 제공하는 단계;
상기 원료물질을 용매에 녹여 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
상기 페로브스카이트 구조 화합물 전구체 용액을 질소가스 또는 불활성가스 분위기에서 교반하는 단계;
를 포함하는 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법이되,
상기 제조된 페로브스카이트 구조 화합물은,
하기 화학식1로 표현되는 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1-20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서, w는 0.05 내지 0.15이다.) - 제 6 항에 있어서,
상기 아민기를 포함하는 할로겐 화합물은 아민기가 치환된 알킬기인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 알킬기를 포함하는 할로겐 화합물은 C1 -20의 알킬기인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 아민기를 포함하는 할로겐 화합물은 메틸아민의 할로겐 화합물인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 알칼리 금속은 Cs 인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 금속원자의 할로겐 화합물은 Pb, Sn, Ge, Ca, Sr 또는 이들의 조합의 할로겐 화합물인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 할로겐은 요오드(I), 염소(Cl), 브롬(Br)인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 용매는 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone)(GBL) 또는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide)(DMF)인 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 교반하는 단계는 50℃ 내지 70 ℃ 에서 10시간 내지 14시간 동안 교반하는 태양전지 광흡수체용 페로브스카이트 구조 화합물의 제조방법. - 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 형성된 광흡수체; 및
상기 광흡수체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며,
상기 광흡수체는 화학식1로 표현되는 페로브스카이트 구조 화합물을 포함하는 태양전지.
[화학식1]
AMX3
(여기서, 상기A는 화학식2로 표현되며 상기 M은 금속양이온이며 상기X는 할로겐음이온이다.)
[화학식2]
YwZ(1-w)
(여기서, 상기Y는 알칼리금속의 양이온이며, 상기Z는 C1-20의 알킬기, 아민기가 치환된 알킬기 또는 이들의 조합이다. 또한 여기서,w는 0.05 내지 0.15이다.) - 제 15 항에 있어서,
상기 M은 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온, Sr양이온 또는 이들의 조합인 태양전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 Y는 Cs+이며, 상기 Z는 [CH3NH3]+ 인 태양전지. - 제 17 항에 있어서,
상기 X는 I-, Cl-, Br- 또는 이들의 조합인 태양전지. - 삭제
- 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 또는 이들의 조합인 태양전지. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 2 전극은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 또는 이들의 조합인 태양전지. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 광흡수체 사이에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 정공수송층을 더 포함하는 태양전지. - 제 22 항에 있어서,
상기 광흡수체와 상기 제 2 전극 사이에 PCBM ([6,6]-phenyl-C60 butyric acid methyl ester)을 더 포함하는 태양전지.
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