KR101862920B1 - Compound of perovskite structure, solar cell and thin film transister using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 구조의 화합물 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물은 폴리머, 특히, PS(polystyrene)와 결합 하여, 광전 변환 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a compound having a perovskite structure and a method for producing the same. The perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention is characterized by combining with a polymer, particularly, polystyrene (PS) to improve photoelectric conversion efficiency.
Description
본 발명의 실시예들은 폴리머와, 페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합하여, 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈가 제어된 페로브스카이트 구조의 화합물 및 이를 이용한 디바이스에 관한 것이다. Embodiments of the present invention involve mixing a polymer and a perovskite precursor solution containing a perovskite structure material to reduce the rate of evaporation of the solvent to form a perovskite structure And a device using the same.
오늘날 산업의 주 에너지원인 화석 원료의 고갈 및 환경오염 문제는 현재 살아가고 있는 인류가 해결해야 하는 숙제 중 하나이고, 세계적으로 재생 가능한 친환경에너지 개발을 위해 부단한 노력을 하고 있다. Today, depletion of fossil raw materials, the main energy source of the industry, and environmental pollution are one of the tasks to be resolved by human beings now living, and they are endeavoring to develop renewable and environmentally friendly energy globally.
특히, 태양전지는 전 세계 친환경 에너지 생산의 약 25%를 차지하고 있을 만큼 많이 활용되고 있고, 인류가 사용할 수 있는 유용한 에너지원으로 변환 할 수 있는 가장 효율적인 방법이다.In particular, solar cells are so widely used that they account for about 25% of global green energy production and are the most efficient way to convert them into useful energy sources for human use.
현재 광 에너지 변환효율이 20%가 넘는 n-p 다이오드형 실리콘(Si) 단결정 기반 태양전지의 제조가 가능하여 실제 태양광 발전에 사용되고 있고, 이보다 더 변환효율이 우수한 갈륨아세나이드(GaAs)와 같은 화합물 반도체를 이용한 태양전지도 있다. Currently, np diode type silicon (Si) monocrystal based solar cells with more than 20% optical energy conversion efficiency can be fabricated and used for actual solar power generation. Compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs) There is also solar cell using.
그러나 이러한 무기 반도체 기반의 태양전지는 고효율화를 위하여 매우 고순도로 정제한 소재가 필요하므로 원소재의 정제에 많은 에너지가 소비되고, 또한 원소재를 이용하여 단결정 혹은 박막화 하는 과정에 고가의 공정 장비가 요구되어 태양전지의 제조비용을 낮게 하는 데에는 한계가 있어 대규모적인 활용에 걸림돌이 되어왔다.However, since inorganic semiconductor-based solar cells require highly refined materials for high efficiency, a large amount of energy is consumed in the purification of raw materials, and expensive processes are required in the process of making single crystals or thin films using raw materials And the manufacturing cost of the solar cell can not be lowered, which has been a hindrance to a large-scale utilization.
이에 따라 태양전지 개발에 있어서 실리콘 기반, 유기 염료 기반, 그리고 새롭게 페로브스카이트 기반 태양 전지가 각축을 벌이고 있고, 현재 페로브스카이트 기반 태양전지는 가장 유망한 태양광 기술로 각광받고 있다. As a result, silicon-based, organic dye-based, and newly perovskite-based solar cells are in the process of developing solar cells, and now, perovskite-based solar cells are emerging as the most promising photovoltaic technologies.
페로브스카이트 태양전지의 광흡수 및 활성체로 사용되는 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 흡광체는 높은 흡광계수 특성을 바탕으로 초박막 저가 태양전지 개발에 높은 가능성을 가지고 있다. The CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite light absorber used as a light absorbing and activating material of the perovskite solar cell has a high possibility of developing an ultra-low-cost low-cost solar cell based on the high extinction coefficient characteristic.
그러나 페로브스카이트 광흡수체는 우수한 광특성에 비하여 수분에 분해가 되어 낮은 안정성을 지니고 있고, 이는 태양전지의 상용화에 있어서 한계가 있다. 따라서 이러한 안정성 문제를 극복하는 것은 매우 중요한 이슈가 되고 있다.However, the perovskite type optical absorber is decomposed into moisture in comparison with excellent optical properties and has low stability, which limits the commercialization of solar cells. Therefore, overcoming this stability problem becomes a very important issue.
본 발명의 실시예들의 목적은 폴리머와, 페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합하여 페로브스카이트 구조의 화합물을 형성함으로써, 상기 폴리머가 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하기 위한 것이다. An object of embodiments of the present invention is to reduce the evaporation rate of the solvent by mixing the polymer and the perovskite precursor solution containing the perovskite structure material to form a perovskite structure compound To control the crystallization speed of the material of the perovskite structure to control the crystal size.
본 발명의 실시예들의 목적은 페로브스카이트 구조의 화합물을 태양전지의 광활성층으로 형성하고, 결정 사이즈의 제어를 통하여 결함이 없는 모폴로지(defect-free morphology)를 제공함으로써, 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 향상시키기 위한 것이다.It is an object of embodiments of the present invention to provide a photo-active layer of a solar cell and a defect-free morphology through control of the crystal size, transfer efficiency.
본 발명의 실시예들의 목적은 페로브스카이트 구조의 화합물을 태양전지의 광활성층으로 형성하고, 결정화 속도 제어를 통하여 광활성층의 흡광도를 향상시키기 위한 것이다.It is an object of embodiments of the present invention to improve the absorbance of the photoactive layer by controlling the rate of crystallization and forming the perovskite structure compound as the photoactive layer of the solar cell.
본 발명의 실시예에 의한 페로브스카이트 구조의 화합물은 폴리머; 및 페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합되고, 상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어한다.The perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention includes a polymer; And a perovskite precursor solution containing a perovskite structure material are mixed and the polymer controls the crystallization size by controlling the crystallization rate of the perovskite structure material by decreasing the evaporation rate of the solvent .
상기 폴리머는 PS(polystyrene), PMMA(polymethyl methacrylate), PEI(polyetherimide), PEIE(poly(ethyleneimine) ethoxylated), PTAA(poly(triarylamine)), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), PTB7(polythieno[3,4-b]-thiophene-co-benzodithiophene), F8BT (poly(9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN(Poly[9,9-bis[6-(N,N,N-trimethylammonium)-hexyl]fluorene-alt-co-phenylene]), PVK (Poly(n-vinylcarbazole)), TFB (poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), Poly-TPD(poly(N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine)), PFO(polyfluorene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazolealt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PDPP3T (Poly[{2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl}-alt-{[2,2':5',2''-terthiophene]-5,5''-diyl}]), PDPPBTT (Poly{2,2'-(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl)dithieno[3,2-b]thiophene-5,5'-diyl-alt-thiophen-2,5-diyl}), PCPDTBT(poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)]]), PBDTTT-C (poly[4,8-bisalkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkylthieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PBDTTT-CF (poly[4,8-bis(2-ethyl hexyloxy)benzo(1,2-b:4,5-b')dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-octanoyl-5-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate)2,6-diyl]) 및 PBDTTT-EFT(Poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The polymer may be selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), poly (ethyleneimine) ethoxylated (PEIE), poly (triarylamine), poly (3-hexylthiophene) poly (2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene), PTB7 (polythieno [3,4-b] -thiophene-co-benzodithiophene), F8BT -dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN (Poly [9,9-bis [6- (N, N-trimethylammonium) , TFB (poly (9,9'-dioctylfluorene-co-N- (4-butylphenyl) diphenylamine), poly-TPD (poly (N, N'- phenyl benzidine), PFO (polyfluorene), PCDTBT (poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-5,5- (4 ', 7'- di- 2-thienyl- , 3'-benzothiadiazole)], PDPP3T (Poly [{2,5-bis (2-hexyldecyl) -2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo [3,4- , 4-diyl} -alt- {[2,2 ': 5', 2'-terthiophene] -5,5'-diyl}], PDPPBTT (Poly {2,2 ' 3,4-c] pyrrole-1,4-diyl) thithieno [3,2-b] thiophene-5 , 5'-diyl-alt-thiophen-2,5-diyl}), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl4,4-bis (2-ethylhexyl- 2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-C (poly [4,8-bisalkyloxybenzo [1,2- dithiophene-2,6-diyl- [alkylthieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate] -2,6-diyl), PBDTTT-CF (poly [ benzo (1,2-b: 4,5-b ') dithiophene-2,6-diyl-alt- (4-octanoyl-5-fluorothieno [3,4- b] thiophene- diyl]) and PBDTTT-EFT (Poly [4,8-bis (5- (2-ethylhexyl) thiophen-2-yl) benzo [1,2- b; 4,5- b '] dithiophene- diyl-4- (2-ethylhexyl) -3-fluorothieno [3,4-b] thiophene)) - 2-carboxylate-2-6-diyl)].
상기 폴리머는 0.5wt% 내지 10wt% 범위일 수 있다.The polymer may range from 0.5 wt% to 10 wt%.
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 하기 화학식 1 내지 화학식 5에서 선택된 적어도 1종 이상일 수 있다.The material of the perovskite structure may be at least one selected from the following chemical formulas (1) to (5).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
CH3NH3PbI3 CH 3 NH 3 PbI 3
[화학식 2](2)
CH3NH3PbI3-XClX CH 3 NH 3 PbI 3 - X Cl X
[화학식 3](3)
CH3NH3PbCl3 CH 3 NH 3 PbCl 3
[화학식 4][Chemical Formula 4]
CH3NH3PbI3-XBrX CH 3 NH 3 PbI 3 - X Br X
[화학식 5][Chemical Formula 5]
CH3NH3PbBr3 CH 3 NH 3 PbBr 3
상기 화학식2, 또는 화학식 4에서, x는 0 < x < 3 이다.In Formula 2 or Formula 4, x is 0 < x < 3.
상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈는 350㎚~1.1㎛일 수 있다.The crystal size of the material of the perovskite structure may be 350 nm to 1.1 탆.
폴리머; 및 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 사용하며, 상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하고, 상기 결정 사이즈의 제어를 통하여 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)이 개선되는 태양전지를 포함한다.Polymer; And a perovskite precursor solution is used as a photoactive layer. The polymer reduces the evaporation rate of the solvent to control the crystallization rate of the perovskite structure material, And a charge transfer efficiency is improved through control of the crystal size.
폴리머; 및 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 사용하며, 상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하고, 상기 결정 사이즈의 제어를 통하여 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)이 개선되는 박막 트랜지스터를 포함한다.Polymer; And a perovskite precursor solution. The polymer reduces the evaporation rate of the solvent to control the crystallization rate of the perovskite structure to control the crystal size And a thin film transistor in which charge transfer efficiency is improved through control of the crystal size.
페로브스카이트 구조의 물질 및 용매를 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액를 형성하는 단계; 및 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 폴리머를 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 폴리머는 상기 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하고, 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시키는 페로브스카이트 구조의 화합물을 제조 방법을 포함한다. Mixing a perovskite structure material and a solvent to form a perovskite precursor solution; And mixing the polymer with the perovskite precursor solution, wherein the polymer controls the crystal size by controlling the rate of crystallization of the perovskite structure material by decreasing the evaporation rate of the solvent, And a method of preparing a perovskite structure compound that improves the charge transfer efficiency.
상기 용매는 다이메틸설폭시화물, 아세토나이트릴, 다이메틸포아마이드, 알코올, 사이클로헥산(cyclohexane) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 유기 용매를 포함할 수 있다.The solvent may include at least one organic solvent selected from the group consisting of dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, alcohol, cyclohexane, and toluene.
상기 용매를 5 부피% 내지 50 부피%로 혼합할 수 있다.The solvent may be mixed at 5% by volume to 50% by volume.
기판 상에 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 정공 수송층을 형성하는 단계; 상기 정공 수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 전자 수송층을 형성하는 단계; 및 상기 전자 수송층 상에 음극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광활성층은, 폴리머 및 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 사용하고, 상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하며, 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)이 개선되는 태양 전지를 제조한다.Forming an anode on the substrate; Forming a hole transport layer on the anode; Forming a photoactive layer on the hole transport layer; Forming an electron transport layer on the photoactive layer; And forming a negative electrode on the electron transporting layer, wherein the photoactive layer uses a perovskite-structured compound in which a polymer and a perovskite precursor solution are mixed, and the polymer has an evaporation rate of the solvent To control the crystallization speed of the material of the perovskite structure to control the crystal size, and to improve the charge transfer efficiency.
본 발명의 실시예에 따르면, 폴리머와, 페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합하여 페로브스카이트 구조의 화합물을 형성함으로써, 상기 폴리머가 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by forming a perovskite structure compound by mixing a polymer and a perovskite precursor solution containing a perovskite structure material, the polymer reduces the evaporation rate of the solvent The crystallization speed of the material of the perovskite structure can be controlled to control the crystal size.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로브스카이트 구조의 화합물을 태양전지의 광활성층으로 형성하고, 결정 사이즈의 제어를 통하여 결함이 없는 모폴로지(defect-free morphology)를 제공함으로써, 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a perovskite structure compound is formed as a photoactive layer of a solar cell and a defect-free morphology is provided through control of crystal size, transfer efficiency can be improved.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로브스카이트 구조의 화합물을 태양전지의 광활성층으로 형성하고, 결정화 속도 제어를 통하여 광활성층의 흡광도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite structure compound can be formed as a photoactive layer of a solar cell, and the absorbance of the photoactive layer can be improved by controlling the crystallization rate.
도 1은 본 발명의 페로브스카이트 구조의 화합물에 포함되는 페로브스카이트 구조의 물질 및 폴리머를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 사용하는 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 태양전지의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌과 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합하여 형성된 페로브스카이트 구조의 화합물을 사용한 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 흡광 정도를 도시한 그래프이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌 함유량에 따른 시료 표면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 8a 내지 8h는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9d 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌 함유량에 따른 표면에서의 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.
도 10a 및 도 10b은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물 박막에서 폴리스타일렌의 함유량에 따른 XRD(X-ray Diffraction) 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물 내의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 태양전지의 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 볼테이즈 스윕(voltage sweep) 방향에 따른 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.
도 13 은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태앙전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 외부 양자 효율(EQE) 특성을 도시한 그래프이다.
도 14 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 시분해적 광루미네센스(TRPL) 특성을 도시한 그래프이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 태양전지의 안정성 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a view for explaining a perovskite structure material and a polymer included in the perovskite structure compound of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for preparing a perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell using a perovskite structure compound as a photoactive layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a solar cell including a perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention.
5 is an energy band diagram using a perovskite structure compound formed by mixing a solution of a polystyrene and a perovskite precursor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the degree of absorption according to the content of the polystyrene in the perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention. FIG.
7a to 7d show scanning electron microscope (SEM) images at the surface of a sample according to the content of polystyrene in the perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention.
8A-8H illustrate atomic force microscopy (AFM) and conductive atomic force microscopy (C-AFM) images according to the content of polystyrene in a perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention.
Figures 9a-9d illustrate atomic force microscopy (AFM) and conductive atomic force microscopy (C-AFM) images at the surface according to the polystyrene content of a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention .
10A and 10B are graphs showing XRD (X-ray diffraction) measurement results according to the content of polystyrene in a perovskite-structured compound thin film according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are graphs showing the current-voltage characteristics of a solar cell according to the content of a polystyrene in a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention. FIG.
12A to 12D are graphs showing current-voltage characteristics according to the voltage sweep direction according to the content of the polystyrene in the solar cell including the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention FIG.
FIG. 13 is a graph showing the external quantum efficiency (EQE) characteristics according to the content of the polystyrene in the bean cell including the perovskite structure compound as the photoactive layer according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing time-divisional photoluminescence (TRPL) characteristics of a solar cell including a perovskite structure compound as a photoactive layer according to the content of the polystyrene.
15A to 15D are graphs showing stability characteristics of a solar cell according to the content of the polystyrene in the solar cell including the perovskite structure compound as the photoactive layer according to the embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase " a " or " an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description are chosen to be generic and universal in the art to which they are related, but other terms may exist depending on the development and / or change in technology, customs, preferences of the technician, and the like. Accordingly, the terminology used in the following description should not be construed as limiting the technical thought, but should be understood in the exemplary language used to describe the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be a term chosen arbitrarily by the applicant, in which case the detailed description of the meaning will be given in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.On the other hand, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 페로브스카이트 구조의 화합물에 포함되는 페로브스카이트 구조의 물질 및 폴리머를 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 1 is a view for explaining a perovskite structure material and a polymer included in the perovskite structure compound of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에서 바람직하게 사용될 수 있는 ABX3의 화학식 구조를 갖는 페로브스카이트 구조의 물질과 PS(polystyrene) 폴리머를 개시하고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 discloses a perovskite structure material and PS (polystyrene) polymer having the formula structure of ABX 3 which can be preferably used in embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 페로브스카이트(Perovskite) 구조의 물질은 유기물과 무기물이 혼합된 ABX3 화학식을 갖는 구조체를 나타내고, 상기 A 이온으로는 유기 암모늄 이온(RNH3)이 사용되며, B 이온으로는 2가의 금속 이온(metal ion)이 사용되고, X 이온으로는 할로겐 이온(Halogen ion)이 사용된다.1, the material of the perovskite structure is a structure having an ABX 3 chemical formula in which an organic material and an inorganic material are mixed. An organic ammonium ion (RNH 3 ) is used as the A ion, and B As the ion, a divalent metal ion is used, and as the X ion, a halogen ion is used.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이 페로브스카이트 구조의 물질은 A 이온으로 CH3NH3(Methylammonium)을 사용하고, B 이온으로 Pb(Lead ion)을 사용하며, X 이온으로 I(Iodine ion)을 사용하는 CH3NH3PbI3를 도시하고 있다.Particularly, as shown in FIG. 1, the perovskite structure material uses CH 3 NH 3 (Methylammonium) as the A ion, Pb (Lead ion) as the B ion, I ) to show a CH 3 NH 3 PbI 3 used.
본 발명에 사용되는 페로브스카이트 구조의 물질에 대해 보다 상세히 설명하면, 본 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 물질은 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.The perovskite structure material used in the present invention will be described in more detail. The perovskite structure material according to the present embodiment includes at least a perovskite structure selected from the group consisting of
[화학식 1][Chemical Formula 1]
CH3NH3PbI3 CH 3 NH 3 PbI 3
[화학식 2](2)
CH3NH3PbI3-XClX CH 3 NH 3 PbI 3 - X Cl X
[화학식 3](3)
CH3NH3PbCl3 CH 3 NH 3 PbCl 3
[화학식 4][Chemical Formula 4]
CH3NH3PbI3-XBrX CH 3 NH 3 PbI 3 - X Br X
[화학식 5][Chemical Formula 5]
CH3NH3PbBr3 CH 3 NH 3 PbBr 3
상기 화학식2, 또는 화학식 4에서, x는 0 < x < 3 이다.In
예를 들어, 상기 페로브스카이트 구조의 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX, 또는 CH3NH3PbBr3 이들의 서로 다른 할라이드(I, Cl, Br) 물질의 조합을 사용할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the material of the perovskite structure may be CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 - X Cl X , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 - X Br X , or CH 3 NH 3 PbBr 3 A combination of these different halide (I, Cl, Br) materials may be used, but is not limited thereto.
본 발명의 실시예에서 페로브스카이트 전구체 용액에 상기 폴리머를 혼합하여, 용매의 증발 속도를 감소시켜 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도가 조절되고, 이로 인해, 결정 사이즈를 제어한다.In an embodiment of the present invention, the polymer is mixed with the perovskite precursor solution to reduce the rate of evaporation of the solvent to control the rate of crystallization of the perovskite structure material, thereby controlling the crystal size.
즉, 상기 폴리머는 상기 페로브스카이트 전구체 용액보다 점도가 높기 때문에 용매의 증발 속도가 감소하여 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈를 증가시킨다.That is, since the polymer has a viscosity higher than that of the perovskite precursor solution, the evaporation rate of the solvent is decreased to increase the crystal size of the perovskite structure material.
또한, 상기 폴리머는 상기 페로브스카이트 전구체 용액보다 점도가 높기 때문에, 상기 폴리머를 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 혼합할 경우 상기 폴리머가 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 그레인(grain) 사이로 유입되어 상기 페로브스카이트 구조의 물질을 균일하게 배열해주고 이로 인해 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 그레인이 깨지지 않고 단단하게 유지 시켜주는 역할을 한다.In addition, since the polymer has a viscosity higher than that of the perovskite precursor solution, when the polymer is mixed with the perovskite precursor solution, the polymer flows into the grains of the perovskite structure material So that the material of the perovskite structure is uniformly arranged and thereby the grain of the perovskite structure material is maintained without breaking.
이에 따라, 상기 폴리머의 농도에 의해 페로브스카이트 구조의 화합물의 결정 사이즈가 증가될 수 있다.Accordingly, the crystal size of the perovskite structure compound can be increased by the concentration of the polymer.
상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈는 350㎚~1.1㎛ 일 수 있고, 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈를 조절함으로써, 전자 이동 거리 및 전기적 특성을 증가시킬 수 있다.The crystal size of the perovskite-structured material may be 350 nm to 1.1 μm. By controlling the crystal size of the perovskite-structured material, the electron movement distance and electrical characteristics can be increased.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 폴리머 물질로 사용되는 PS(polystyrene)의 구조는 에틸렌과 벤젠을 반응시켜 생성된 스티렌 단위체의 중합체 구조를 가진다. Also, as shown in FIG. 1, the structure of PS (polystyrene) used as the polymer material of the present invention has a polymer structure of a styrene unit produced by reacting ethylene with benzene.
본 발명의 실시예에 따른 폴리머는 PS(polystyrene), PMMA(polymethyl methacrylate), PEI(polyetherimide), PEIE(poly(ethyleneimine) ethoxylated), PTAA(poly(triarylamine)), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), PTB7(polythieno[3,4-b]-thiophene-co-benzodithiophene), F8BT (poly(9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN(Poly[9,9-bis[6-(N,N,N-trimethylammonium)-hexyl]fluorene-alt-co-phenylene]), PVK (Poly(n-vinylcarbazole)), TFB (poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), Poly-TPD(poly(N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine)), PFO(polyfluorene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazolealt-5,5-(4',7′'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PDPP3T (Poly[{2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl}-alt-{[2,2':5',2''-terthiophene]-5,5''-diyl}]), PDPPBTT (Poly{2,2'-(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl)dithieno[3,2-b]thiophene-5,5'-diyl-alt-thiophen-2,5-diyl}), PCPDTBT(poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)]]), PBTTT-C, PBDTTT-C (poly[4,8-bisalkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkylthieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PBDTTT-CF (poly[4,8-bis(2-ethyl hexyloxy)benzo(1,2-b:4,5-b')dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-octanoyl-5-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate)2,6-diyl]) 및 PBDTTT-EFT(Poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention may be selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), poly (ethyleneimine) ethoxylated PEIE, poly (triarylamine), poly (3-hexylthiophene) ), MEH-PPV (poly-2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene), PTB7 (polythieno [3,4- (poly (9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN (Poly [9,9-bis [6- (N, N-trimethylammonium) (n-vinylcarbazole)), TFB (poly (9,9'-dioctylfluorene-co-N- (4-butylphenyl) diphenylamine) , N'-bis (phenyl) benzidine), PFO (polyfluorene), PCDTBT (poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole- 2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PDPP3T (Poly [{2,5-bis (2-hexyldecyl) -2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo [ 4-c] pyrrole-1,4-diyl} -one - {[2,2 ': 5,2'-terthiophene] -5,5'-diyl}], PDPPBTT (Poly {2,2 - (2,5-bis (2-octyldodecyl) -3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-d 2,5-diyl-thiophen-2,5-diyl), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl [4 , 4-bis (2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]]), PBTTT-C, PBDTTT- 8-bisalkyloxybenzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl-lower alkyl thieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate] PBDTTT-CF (poly [4,8-bis (2-ethyl hexyloxy) benzo (1,2-b: 4,5-b ') dithiophene-2,6-diyl-6- (4-octanoyl- [3,4-b] thiophene-2-carboxylate 2,6-diyl) and PBDTTT-EFT (Poly [4,8- bis (5- (2- ethylhexyl) thiophen- 2-b 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexyl) -3-fluorothieno [3,4- b] thiophene- 6-diyl)]).
상기 폴리머는 페로브스카이트 구조의 물질과 결합될 수 있는 폴리머 물질을 모두 사용할 수 있고, 이에 한정하지 않는다.The polymer may be any polymer material that can be combined with a material having a perovskite structure, but is not limited thereto.
또한, 상기 폴리머는 0.5wt% 내지 10wt% 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.5wt% 내지 6wt% 범위일 수 있다.In addition, the polymer may range from 0.5 wt% to 10 wt%, preferably from 0.5 wt% to 6 wt%.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flow chart for explaining a method for producing a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 제조방법은 단계 S110에서, 페로브스카이트 구조의 물질을 준비한다.Referring to FIG. 2, a method for preparing a perovskite-structured compound according to an embodiment of the present invention includes preparing a perovskite-structured material in step S110.
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 ABX3 구조를 갖는 물질을 사용하고, 상기 A 이온으로 CH3NH3(Methylammonium)을 사용하며, B 이온으로 Pb(Lead ion)을 사용하고, X 이온으로는 서로 다른 할로겐 이온(Halogen ion)을 조합한 구조를 갖는 페로브스카이트 구조의 물질을 준비한다.The material of the perovskite structure is a substance having an ABX 3 structure, CH 3 NH 3 (Methylammonium) is used as the A ion, Pb (Lead ion) is used as the B ion, A perovskite structure material having a structure combining different halogen ions (Halogen ions) is prepared.
단계 S120에서, 페로브스카이트 구조의 물질과 용매를 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조한다.In step S120, the perovskite precursor solution is prepared by mixing the perovskite structure material with the solvent.
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 전술하여 설명한 바와 같고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The material of the perovskite structure is as described above, and a description thereof will be omitted.
상기 용매로는 다이메틸설폭시화물, 아세토나이트릴, 다이메틸포아마이드, 알코올, 사이클로헥산(cyclohexane) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 유기 용매를 포함할 수 있다.The solvent may include at least one organic solvent selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, alcohol, cyclohexane, and toluene.
또한, 상기 용매로 다이메틸설폭시화물에 5부피% 내지 50 부피%의 감마부티로락톤을 혼합한 것이 사용될 수 있다.The solvent may be a mixture of 5% by volume to 50% by volume of gamma-butyrolactone in dimethylsulfoxide.
다음으로, 단계 S130에서, 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 폴리머를 혼합한다.Next, in step S130, the polymer is mixed with the perovskite precursor solution.
상기 폴리머는 전술하여 설명한 바와 같고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The polymer is as described above, and a description thereof will be omitted.
상기 폴리머로 폴리스타일렌(Polystyrene)이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.Polystyrene is preferred as the polymer, but is not limited thereto.
상기 폴리머는 0.5wt% 내지 10wt% 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.5wt% 내지 6wt% 범위일 수 있다.The polymer may range from 0.5 wt% to 10 wt%, preferably from 0.5 wt% to 6 wt%.
이후, 단계 S140에서, 페로브스카이트 구조의 화합물을 제조한다.Then, in step S140, a perovskite structure compound is prepared.
상기 단계를 통해, 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈는 350㎚~1.1㎛일 수 있다.Through the above steps, the crystal size of the material of the perovskite structure may be 350 nm to 1.1 탆.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물이 적용된 구체적인 응용을 실시예로 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific application to which a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention is applied will be described as an example.
<실시예: 태양전지><Example: Solar cell>
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 사용하는 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell using a perovskite-structured compound as an active layer according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 포함하는 태양전지의 제조 방법은 단계 S210에서, 기판 상에 양극을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 3, a method of fabricating a solar cell including a perovskite-structured compound as an active layer according to an embodiment of the present invention includes forming an anode on a substrate in step S210.
상기 양극은 소자에 정공을 제공하는 전극으로서, 투과형 전극, 반사형 전극, 금속 페이스트 또는 소정의 액체 속에서 콜로이드 상태인 금속 잉크 물질을 스크린 인쇄와 같은 용액공정을 통하여 형성될 수 있다.The anode is an electrode for providing holes to the device, and can be formed through a solution process such as a screen printing, a transparent electrode, a reflective electrode, a metal paste, or a metal ink material in a colloidal state in a predetermined liquid.
상기 투과형 전극 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 금속산화물/금속/금속산화물 다중층, 그래핀 (graphene) 및 카본 나노 튜브 (carbon nano tube) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Examples of the transparent electrode material include transparent and highly conductive indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO 2), zinc oxide (ZnO), metal oxide / metal / metal oxide multilayer, graphene, and a carbon nano tube.
상기 반사형 전극 물질로는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 은(Ag), Ag/ITO, Ag/IZO, 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In) 및 마그네슘-은(Mg-Ag) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The reflective electrode material may be at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ag, ITO, Ag / IZO, Al-Li, Ca, In) and magnesium-silver (Mg-Ag).
상기 금속 페이스트는 은 페이스트(Ag paste), 알루미늄 페이스트(Al paste), 금 페이스트(Au paste) 및 구리 페이스트(Cu paste) 물질 중 어느 하나이거나 합금의 형태일 수 있다.The metal paste may be one of Ag paste, Al paste, Au paste, and Cu paste material, or may be in the form of an alloy.
상기 금속 잉크 물질은, 은(Ag) 잉크, 알루미늄(Al) 잉크, 금(Au) 잉크, 칼슘(Ca) 잉크, 마그네슘(Mg) 잉크, 리튬(Li) 잉크 및 세슘(Cs) 잉크 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 금속 잉크 물질에 포함된 금속 물질은 용액 내부에서 이온화된 상태일 수 있다.Wherein the metal ink material is at least one selected from the group consisting of Ag ink, Al ink, Au ink, Ca ink, Mg ink, Li ink and Cs ink And the metal material contained in the metal ink material may be ionized inside the solution.
또한, 양극은 서로 다른 2종 이상의 물질을 포함할 수 있다.Further, the anode may include two or more different materials.
이러한 양극은 기판 상에 종래에 잘 알려진 진공증착공정(CVD; Chemical Vapor Deposition)과 같은 증착법을 이용하거나, 메탈 플레이크(flake) 내지 파티클(particle)이 바인더(binder)와 혼합된 페이스트 메탈 잉크를 프린팅하는 방식의 도포법과 같은 방법을 사용하여 형성할 수 있고, 전극을 형성할 수 있는 방법이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.Such an anode can be formed by using a deposition method such as CVD (Chemical Vapor Deposition), which is well known in the art, or by printing a paste metal ink mixed with a metal flake or a particle with a binder Or a method such as a coating method in which an electrode can be formed, and the method can be used without limitation as long as it can form an electrode.
이때, 상기 기판은 양극을 지지하기 위한 지지체의 역할을 수행할 수 있고, 통상의 태양전지에서 사용되는 기판이면 제한되지 않고 사용할 수 있다.At this time, the substrate can serve as a support for supporting the anode, and can be used without limitation as long as it is a substrate used in a conventional solar cell.
예를 들어, 상기 기판은 유리 기판을 포함하는 딱딱한(rigid) 기판, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenenaphthelate), PP(polypropylene), PC(polycarbonate), PI(polyamide), TAC(tri acetyl cellulose) 및 PES(polyethersulfone)를 포함하는 플라스틱 중 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판, 알루미늄 포일(aluminum foil) 및 스테인리스 스틸 포일(stainlesssteel foil) 중 어느 하나를 포함하는 플렉서블(flexible) 기판이 이용될 수 있다.For example, the substrate may be a rigid substrate including a glass substrate, a polyethylene terephthalate (PET), a polyethylenenaphthylate (PEN), a polypropylene (PP), a polycarbonate (PC), a polyamide (PI), a triacetyl cellulose And plastic including PES (polyethersulfone), an aluminum foil, and a stainless steel foil may be used as the flexible substrate.
이후, 단계 S220에서, 양극 상에 정공 수송층을 형성한다.Then, in step S220, a hole transporting layer is formed on the anode.
상기 정공 수송층의 물질로는 모두 고체인 전고체형(full solid-state) 또는 액체 전해질층일 수 있다.The material of the hole transport layer may be a full solid-state or liquid electrolyte layer.
상기 전고체형 정공 수송층은, spiro-MeOTAD(2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'spirobifluorene), P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octylthiophene)), P3DT(poly(3-decylthiophene)), P3DDT(poly(3-dodecylthiophene)), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), PCPDTBT(poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)]]), Si-PCPDTBT(poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl)benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7,-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis(N,N'-(4,butylphenyl))bis(N,N'-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), PTAA(poly(triarylamine)), poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The high-temperature-type hole transport layer may be formed by spiro-MeOTAD (2,2 ', 7'-tetrakis- (N, N-di-p- methoxyphenyl- ), MDMO-PPV (poly [2-methoxy-5- (2 '' - 1,4-phenylene vinylene)], MEH- ethylhexyloxy-p-phenylene vinylene), poly (3-octylthiophene), poly (3-decylthiophene), poly (3-dodecylthiophene), poly (p- , Poly (2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl [4,4-bis (2 (trifluoromethyl) phenyl) 2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]]), Si-PCPDTBT (poly [(4,4'- dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl]), PBDTTPD (poly (4,8-diethylhexyloxyl) benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene) -2,6-diyl- , 6-dione) -1,3-diyl), PFDTBT (poly [2,7- (9- (2-ethylhexyl) -9- -di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (poly [2,7-9 , 9- (dioctyl-fluorene) -tallow-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3'-benzothiadiazole)], PSiFDTBT (poly [ -dioctylsilafluorene) -2,7-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl], PSBTBT (poly [ (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2,6-diyl-6- (2,1,3-benzothiadiazole) diyl]), PCDTBT (poly [[9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole- 5-thiophenediyl], PFB (poly (9,9'-dioctylfluorene-co-bis (N, N '- (4, Poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (styrenesulfonate), PTAA (poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT (triarylamine), poly (4-butylphenyl-diphenyl-amine), and copolymers thereof.
상기 액체 전해질 정공 수송층은 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 아세토니트릴(acetonitrile), 톨루엔(toluene) 및 메톡시프로피오니트릴(methoxypropionitrile)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 용매에 우레아(urea), 티오우레아(thiourea), 부틸피리딘(butylpyridine) 및 구아니딘 티오사이어네이트(guanidine thiocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 첨가한 것일 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.Wherein the liquid electrolyte hole transport layer is formed of at least one solvent selected from the group consisting of ethyl acetate, acetonitrile, toluene and methoxypropionitrile, at least one solvent selected from the group consisting of urea, but is not limited to, at least one additive selected from the group consisting of thiourea, butylpyridine, and guanidine thiocyanate.
이때, 상기 정공 수송층은 스핀코팅법(Spin coating), 딥코팅법(Dip coating), 열증착법(Thermal deposition) 또는 스프레이증착법(Spray deposition)과 같은 증착법을 수행하여 형성할 수 있다.At this time, the hole transport layer may be formed by a deposition method such as spin coating, dip coating, thermal deposition, or spray deposition.
또한, 상기 양극 상부에 형성되는 정공 수송층과의 접착성을 높이기 위하여 양극 상부에 차단층(blocking layer)을 더 포함할 수 있다. 상기 차단층을 형성하는 방법은, 코팅 방법으로 금속 산화물 전구체를 도포하여 가열하는 방법을 사용할 수 있으나, TiO2, ZnO 및 Al2O3의 금속 산화물을 도포하여 차단층을 형성할 수 있는 방법이면 제한되지 않고 사용할 수 있다.In addition, a blocking layer may be further formed on the anode to improve adhesiveness to the hole transport layer formed on the anode. The barrier layer may be formed by applying a metal oxide precursor by a coating method and heating the metal oxide precursor. Alternatively, a metal oxide of TiO 2 , ZnO, and Al 2 O 3 may be applied to form a barrier layer It can be used without limitation.
이후, 단계 S230에서, 정공 수송층 상에 광기전 현상(phtovoltaic)에 의하여 전기를 발생시키는 광활성층을 형성한다.Thereafter, in step S230, a photoactive layer is formed on the hole transport layer to generate electricity by phtovoltaic.
상기 광활성층은 폴리머와 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 성막하여 형성한다.The photoactive layer is formed by depositing a perovskite compound containing a polymer and a perovskite precursor solution.
예를 들어, 상기 폴리머는 PS(polystyrene)일 수 있으나, 상기 폴리머는 페로브스카이트와 결합될 수 있는 폴리머 물질을 모두 사용할 수 있고, 이에 한정하지 않는다.For example, the polymer may be polystyrene (PS), but the polymer may be any polymeric material that can be combined with perovskite, but is not limited thereto.
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX, 또는 CH3NH3PbBr3 이들의 서로 다른 할라이드(I, Cl, Br) 물질의 조합을 사용할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.The material of the perovskite structure may be CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 - X Cl X , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 - X Br X , or CH 3 NH 3 PbBr 3 A combination of these different halide (I, Cl, Br) materials may be used, but is not limited thereto.
특히, 상기 페로브스카이트 구조의 물질은 유기물인 CH3NH3I, CH3NH3Cl, CH3NH3Br 와 무기물인 PbI2, PbCl2, PbBr2 를 사용하고, 그 비율은 1 : 0.5 ~ 1 : 4의 중량비로 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.Particularly, the material of the perovskite structure is CH 3 NH 3 I, CH 3 NH 3 Cl, CH 3 NH 3 Br, and organic materials PbI 2 , PbCl 2 and PbBr 2 , 0.5 to 1: 4 by weight.
본 발명의 실시예에 따르면, 폴리머를 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물은 용액 공정을 통해 형성될 수 있고, 페로브스카이트 전구체 용액에 포함되는 용매로는 다이메틸설폭시화물, 아세토나이트릴, 다이메틸포아마이드, 알코올, 사이클로헥산(cyclohexane) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a perovskite structure compound containing a polymer can be formed through a solution process, and as the solvent contained in the perovskite precursor solution, dimethylsulfoxide, acetonitrile , At least one selected from the group consisting of dimethylformamide, alcohol, cyclohexane, and toluene.
또한, 상기 용매는 다이메틸설폭시화물 외에 다이메틸포아마이드, 알코올, 사이클로헥산(cyclohexane), 톨루엔(toluene) 및 유기 용매 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.In addition to dimethylsulfoxide, at least one of dimethylformamide, alcohol, cyclohexane, toluene and an organic solvent may be used as the solvent.
이때, 용매는 다이메틸설폭시화물에 5부피% 내지 50 부피%의 마부티로락톤을 혼합한 것일 수 있다. At this time, the solvent may be a mixture of dimethyl sulphoxide and 5% by volume to 50% by volume of the butyrolactone.
상기 광활성층을 성막하는 방법은 진공 공정, 열 증착, 스핀 코팅(Spin-coating), 슬롯 프린팅(Slot printing), 또는 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing) 공정에 의한 것일 수 있고, 공정의 단순성 및 비용 측면에서 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅 공정에 의한 것이 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.The photoactive layer may be formed by a vacuum process, a thermal deposition process, a spin coating process, a slot printing process, or an ink-jet printing process, But is not limited to, spin coating or inkjet printing on the side.
또한, 상기 광활성층은 분리된 전자-정공 쌍(exiciton)의 수집 효율을 높이기 위해, 벌크-헤테로 정션 구조인 것이 바람직하지만, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the photoactive layer is preferably a bulk-heterojunction structure in order to enhance the collection efficiency of the separated electron-hole pairs (excretions), but is not limited thereto.
이하에서는 본 발명의 폴리머를 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for producing a perovskite structure compound containing a polymer of the present invention as a photoactive layer will be described in detail.
페로브스카이트 전구체 용액의 제조Preparation of perovskite precursor solution
질소 환경 하에서, CH3NH3I 0.1904g, CH3NH3Cl 0.552g을 다이메틸설폭시화물(Dimethyl Sulfoxide, DMSO) 0.33g 및 감마부티로락톤(Gamma-Butyrolactone, GBL) 0.784g의 용매에 녹여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하였다.Under nitrogen, 0.1904 g of CH 3 NH 3 I and 0.552 g of CH 3 NH 3 Cl were added to a solution of 0.33 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 0.784 g of gamma-butyrolactone (GBL) To prepare a perovskite precursor solution.
페로브스카이트 구조의 화합물의 제조Preparation of perovskite structure compounds
핫플레이트 상에서 상기 제조된 페로브스카이트 전구체 용액에 대해 PS(polystylene)를 0wt%~4.5wt% 범위로 조절하면서 첨가하여, 70℃의 온도에서 6시간 동안 혼합하여 페로브스카이트 구조의 화합물을 제조하였다.Polystyrene (PS) was added to the prepared perovskite precursor solution on the hot plate while controlling the temperature in the range of 0 wt% to 4.5 wt% and mixed at a temperature of 70 ° C for 6 hours to prepare a perovskite structure compound .
페로브스카이트 광활성층의 형성Formation of perovskite photoactive layer
상기 제조된 페로브스카이트 구조의 화합물 용액을 스핀 코팅한다. 스핀 코팅 중간에 톨루엔(Toluene) 또는 클로로벤젠(Chlorobenzene) 용매를 떨어뜨려 코팅 면을 트리트먼트 해준다. 100℃의 핫플레이트 상에서 약 2시간 동안 열처리하여 활성층을 형성하였다.The perovskite structure compound solution prepared above is spin-coated. Toluene (toluene) or chlorobenzene solvent is dropped in the middle of spin coating to treat the coated surface. And then heat-treated on a hot plate at 100 캜 for about 2 hours to form an active layer.
다시 도 3을 참조하면, 단계 S240에서, 광활성층 상에 전자 수송층을 형성한다.Referring again to FIG. 3, in step S240, an electron transporting layer is formed on the photoactive layer.
상기 전자 수송층은 상기 광활성층에서 생성된 전자를 음극으로 이동시켜 소자의 높은 효율을 위해 추가되는 층으로서, 플러렌(fullerene: C60), 플러렌 유도체, 페릴렌(perylene), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 플러렌 유도체는 PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) 또는 PCBCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester)일 수 있다. 그러나, 상기 물질들에 한정하는 것은 아니다.The electron transporting layer is a layer added for high efficiency of the device by moving the electrons generated in the photoactive layer to the cathode. The electron transporting layer includes fullerene (C60), fullerene derivative, perylene, polybenzimidazole (PBI), and PTCBI (6,6) -phenyl-C61-butyric acid-methylester) or PCBCR ((6,6) -phenyl- 6,6) -phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester. However, it is not limited to these materials.
특히, 전술한 실시예에서는 전자 수송층으로 PCBM이 사용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전자 수송층으로 사용 가능한 물질이면 제한없이 사용가능하다.In particular, although PCBM is used as the electron transporting layer in the above-described embodiments, the present invention is not limited thereto, and any material usable as the electron transporting layer can be used without limitation.
또한, 상기 전자 수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 스프레이증착법, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 도포법 또는 코팅법에 의해 형성될 수 있다.The electron transport layer may be formed by a coating method or a coating method using sputtering, E-Beam, thermal evaporation, spin coating, dip coating, screen printing, inkjet printing, spray evaporation, doctor blade or gravure printing .
이후, 단계 S250에서, 전자 수송층 상에 음극을 형성한다.Thereafter, in step S250, a cathode is formed on the electron transporting layer.
상기 음극은 소자에 전자를 제공하는 전극으로서, 금속 물질, 이온화된 금속 물질, 합금 물질, 소정의 액체 속에서 콜로이드(colloid) 상태인 금속 잉크 물질, 투명 금속 산화물이 사용될 수 있다.The cathode is an electrode for providing electrons to a device, and may be a metal material, an ionized metal material, an alloy material, a metal ink material in a colloid state in a predetermined liquid, or a transparent metal oxide.
금속 물질의 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), 플래티넘(Pt), 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 바륨(Ba), 은(Ag), 인듐(In), 루테늄(Ru), 납(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os) 및 세슘(Cs)이 사용될 수 있다. 또한, 금속 물질로 탄소(C), 전도성 고분자 또는 이들의 조합이 사용될 수도 있다. Specific examples of the metal material include Li, Mg, Al, Al-Li, Ca, Mg-In, (Pt), Au, Ni, Cu, Ba, Ag, In, Ru, Pd, Rh ), Iridium (Ir), osmium (Os) and cesium (Cs) may be used. Further, carbon (C), a conductive polymer, or a combination thereof may be used as the metal material.
또한, 투명 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide) 및 AZO(Aluminum doped Zinc Oxide)을 포함할 수 있다. 여기서, ITO는 일반적으로는 양극을 형성하는 물질로 사용되지만, 인버티드 태양전지 구조에서는 ITO를 음극 형성의 재료로 사용하여, 투명한 음극을 형성할 수도 있다. 상기 투명 금속산화물 전극의 경우, 졸 겔(sol-gel), 분무열분해(spray pyrolysis), 스퍼터링(sputtering), ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 전자 빔 증착(e-beam evaporation) 공정을 적용하여 형성할 수 있다.The transparent metal oxide may include ITO (Indium Tin Oxide), FTO (Fluorine-doped Tin Oxide), ATO (Antimony Tin Oxide), and AZO (Aluminum-doped Zinc Oxide). Here, ITO is generally used as a material for forming an anode, but in the case of an inverted solar cell structure, ITO may be used as a material for forming an anode to form a transparent cathode. The transparent metal oxide electrode may be formed by applying a sol-gel, spray pyrolysis, sputtering, ALD (atomic layer deposition), or electron beam evaporation (e-beam evaporation) .
상기 음극은 진공증착공정(CVD; Chemical Vapor Deposition)과 같은 증착법을 이용하거나, 메탈 플레이크(flake) 내지 파티클(particle)이 바인더(binder)가 혼합되어 있는 페이스트 메탈 잉크를 프린팅하는 방식과 같은 도포법을 사용할 수 있고, 전극을 형성할 수 있는 방법이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.The cathode may be formed by a vapor deposition method such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or by a coating method such as a method of printing a paste metal ink in which a metal flake or a particle is mixed with a binder Can be used, and any method capable of forming an electrode can be used without being limited thereto.
본 발명의 일 실시예에서 태양전지는 기판, 양극, 정공 수송층, 광활성층, 전자 수송층 및 음극이 순차적으로 형성된 노말 구조의 태양전지에 대해 설명하였으나, 기판, 음극, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양극이 순차적으로 형성된 인버티드(Inverted) 구조의 태양전지에도 적용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a solar cell has a normal structure in which a substrate, an anode, a hole transporting layer, a photoactive layer, an electron transporting layer, and a cathode are sequentially formed, but a substrate, a cathode, an electron transporting layer, a photoactive layer, And an anode are sequentially formed on a substrate.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 포함하는 태양전지의 단면을 도시한 것이다.4 is a cross-sectional view of a solar cell including a perovskite structure compound as an active layer according to an embodiment of the present invention.
이 태양전지(300)는 기판 상에 형성되는 양극(310)으로는 ITO를 사용하고, 정공 수송층(320)으로는 PEDOT:PSS를 사용하며, 광활성층(330)으로는 CH3NH3PbI3 (w/PS)를 사용하고, 전자 수송층(340)으로는 PCBM을 사용하며, 음극(350)으로는 Al를 사용하는 구조를 도시하고 있다.In this
특히, 광활성층(330)은 상술한 폴리머와 페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합한 페로브스카이트 화합물을 성막하여 형성할 수 있다.In particular, the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌과 페로브스카이트 전구체 용액을 혼합하여 형성된 페로브스카이트 구조의 화합물을 사용한 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.5 is an energy band diagram using a perovskite structure compound formed by mixing a solution of a polystyrene and a perovskite precursor according to an embodiment of the present invention.
태양전지의 광활성층은 빛의 흡수로 생성된 엑시톤의 전자와 정공은 분리되어 전자는 전자 받개 물질의 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)에, 정공은 전자 주개 물질의 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO)에 존재하게 된다.In the photoactive layer of the solar cell, the electrons and holes of the exciton generated by the absorption of light are separated so that the electrons are attracted to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the electron acceptor material, It is present in the highest occupied molecular orbital (HOMO).
도 5를 참조하면, 광활성층인 페로브스카이트 구조의 화합물의 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 레벨이 -5.4eV, 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 레벨이 -3.9eV로써, 광활성층에서 양극과 음극으로 정공과 전자가 이동하기에 우수한 조건을 가지는 이점이 있다는 것을 확인할 수 있다.5, the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the perovskite structure compound as the photoactive layer is -5.4 eV, the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) The level is -3.9 eV, it can be confirmed that there is an advantage that the positive and the electron move to the positive electrode and the negative electrode in the photoactive layer have excellent conditions.
또한, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물의 밴드갭은 1.5eV로 가시광선 영역(300㎚ 내지 800㎚)에서 우수한 흡광도를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the band gap of the perovskite-structured compound exhibits an excellent absorbance in the visible light region (300 nm to 800 nm) at 1.5 eV.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 흡광 정도를 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the degree of absorption according to the content of the polystyrene in the perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물은 순수한 페로브스카이트보다 높은 흡광도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt% 일 때, 가장 강한 흡광도의 값을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the perovskite-structured compound including the polystyrene according to the embodiment of the present invention exhibits higher absorbance than pure perovskite. Particularly, when the content of the polystyrene is 3.0 wt%, it can be confirmed that it has the strongest absorbance value.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌 함유량에 따른 시료 표면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.7a to 7d show scanning electron microscope (SEM) images at the surface of a sample according to the content of polystyrene in the perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 7a는 순수한 페로브스카이트의 시료 표면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이고, 도 7b는 폴리스타일렌의 함유량이 1.5wt%일 경우, 도 7c는 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt%일 경우, 도 7d는 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%일 경우의 표면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 7A shows an electron scanning microscope (SEM) image of a pure perovskite sample surface, FIG. 7B shows the case where the content of the polystyrene is 1.5 wt%, FIG. 7C shows the content of the polystyrene 7d shows an electron scanning microscope (SEM) image at the surface when the content of the polystyrene is 4.5wt%.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 폴리스타일렌을 포함하지 않은 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈의 경우, 100~200㎚의 결정 사이즈를 가짐을 확인할 수 있고, 1.5wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 페로브스카이트 구조의 물질의 경우 300~400㎚의 결정 사이즈를 가짐을 확인할 수 있다. 7A and 7B, it can be confirmed that the crystal size of the material of the perovskite structure not including the polystyrene has a crystal size of 100 to 200 nm, and the crystal size of 1.5 wt% of the polystyrene The perovskite structure of the compound of the perovskite structure according to the embodiment of the present invention has a crystal size of 300 to 400 nm.
또한, 도 7c 및 도 7d를 참조하면, 3.0wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 페로브스카이트 구조의 물질의 경우 550~650㎚의 결정 사이즈를, 4.5wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 페로브스카이트 구조의 물질의 경우 1.1㎛ 이상의 결정 사이즈를 가짐을 확인할 수 있다. 7C and 7D, in the case of the perovskite structure material of the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention including 3.0 wt% of the polystyrene, a crystal of 550 to 650 nm It can be confirmed that the perovskite structure material of the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention including 4.5 wt% of polystyrene has a size of 1.1 mu m or more.
본 발명의 실시예에 따르면, 폴리스타일렌의 함유량에 따라 페로브스카이트 구조의 물질의 결정사이즈를 조절할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the crystal size of the material of the perovskite structure can be adjusted according to the content of the polystyrene.
도 7e 내지 7h는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 시료 단면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.7E to 7H show scanning electron microscope (SEM) images of a sample section according to the content of the polystyrene of the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 7e는 순수한 페로브스카이트의 시료 단면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이고, 도 7f는 폴리스타일렌의 함유량이 1.5wt%일 경우, 도 7g는 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt%일 경우, 도 7h는 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%일 경우의 시료 단면에서의 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 7E shows a scanning electron microscope (SEM) image of a sample section of pure perovskite, FIG. 7F shows the case where the content of the polystyrene is 1.5 wt%, FIG. 7G shows the content of the polystyrene 7h shows an electron scanning microscope (SEM) image at the cross section of the sample when the content of the polystyrene is 4.5wt%.
도 7a 내지 7d를 참조하면, 표면 전자주사현미경(SEM)과 동일하게 단면 전자주사현미경(SEM)에서도 페로브스카이트 구조의 물질의 결정 사이즈가 폴리스타일렌의 함유량에 따라서 경향성 있게 증가함을 확인할 수 있다.7A to 7D, it is confirmed that the crystal size of the material of the perovskite structure increases in accordance with the content of the polystyrene even in the cross sectional scanning electron microscope (SEM) like the surface scanning electron microscope (SEM) have.
도 8a 내지 8h는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 3D 원자힘 현미경(AFM) 및 3D 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.8A-8H illustrate 3D atomic force microscopy (AFM) and 3D conductive atomic force microscopy (C-AFM) images according to the content of polystyrene in the perovskite structured compound according to an embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 8a 및 8b는 순수한 페로브스카이트의 3D 원자힘 현미경(AFM) 및 3D 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지 도시한 것이고, 도 8c 및 8d는 폴리스타일렌의 함유량이 1.5wt%일 경우, 도 8e 및 8f는 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt%일 경우, 도 8g 및 8h는 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%일 경우의 3D 원자힘 현미경(AFM) 및 3D 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.More specifically, Figures 8a and 8b illustrate pure 3D peristaltic 3D atomic force microscopy (AFM) and 3D conductive atomic force microscopy (C-AFM) images, and Figures 8c and 8d show the content of a polystyrene of 1.5wt %, Figs. 8e and 8f show that when the content of the polystyrene is 3.0 wt%, Figs. 8G and 8H show the 3D atomic force microscope (AFM) and the 3D conductive atomic force microscope (AFM) when the content of the polystyrene is 4.5 wt% C-AFM) image.
도 9a 내지 도 9d 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물의 폴리스타일렌 함유량에 따른 표면에서의 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.Figures 9a-9d illustrate atomic force microscopy (AFM) and conductive atomic force microscopy (C-AFM) images at the surface according to the polystyrene content of a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention .
보다 상세하게는 도 9a는 순수한 페로브스카이트의 표면에서의 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지 도시한 것이고, 도 9b는 폴리스타일렌의 함유량이 1.5wt%일 경우, 도 9c는 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt%일 경우, 도 9d는 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%일 경우의 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM) 이미지를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 9A shows an atomic force microscope (AFM) and a conductive atomic force microscope (C-AFM) image at the surface of a pure perovskite, and FIG. 9B shows a case where the content of a polystyrene is 1.5 wt% , FIG. 9C shows an atomic force microscope (AFM) and a conductive atomic force microscope (C-AFM) image when the content of the polystyrene is 3.0 wt%, and FIG. 9D shows the case where the content of the polystyrene is 4.5 wt% .
도 8a 내지 도 8h 및 도 9a 내지 도 9d의 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물 내에 폴리스타일렌의 함유량 0 내지 4.5wt%의 변화에 따른 원자힘 현미경(AFM) 및 전도성 원자힘 현미경(C-AFM)의 값을 정리하면 [표 1]과 같다.The atomic force microscope (AFM) and the atomic force microscope (AFM) according to the variation of the content of the polystyrene in the perovskite structure according to the embodiment of the present invention shown in Figs. 8A to 8H and Figs. 9A to 9D, The values of the microscope (C-AFM) are summarized in Table 1.
[표 1][Table 1]
상기 표 1에서 Ra(Average Roughness), Rq(RMS Roughness), Rq-v(Peak-to-valley value) 및 Cmax(Conductive current)를 나타낸 것이다.In Table 1, Ra (Average Roughness), Rq (RMS Roughness), Rq-v (peak-to-valley value) and Cmax (Conductive current) are shown.
[표 1]을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3.0wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물이 가장 우수한 박막 거칠기(Roughness) 및 가장 높은 전도성(conductive) 전류를 나타내었고, 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%로 증가하면서 거칠기 및 전도성 전류 특성이 나빠지는 특성을 보임을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, a perovskite structure compound containing 3.0 wt% of polystyrene according to an embodiment of the present invention exhibited the best film roughness and the highest conductive current , And the content of the polystyrene increases to 4.5 wt%, which indicates that the roughness and the conductive current characteristics are deteriorated.
또한, Cmax(Conductive current)가 클수록 전도성(conductive)이 향상되어 광 단락전류밀도(Jsc)가 증가되게 된다. 그러므로 본 발명에 따른 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물을 태양전지의 광활성층으로 사용한다면 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, as the Cmax (Conductive current) is increased, the conductivity is improved and the optical short-circuit current density Jsc is increased. Therefore, if the perovskite structure compound containing the polystyrene according to the present invention is used as the photoactive layer of the solar cell, the photo conversion efficiency can be improved.
도 10a 및 도 10b은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물 박막에서 폴리스타일렌의 함유량에 따른 XRD(X-ray Diffraction) 측정 결과를 도시한 그래프이다.10A and 10B are graphs showing XRD (X-ray diffraction) measurement results according to the content of polystyrene in a perovskite-structured compound thin film according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 3.0wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물의 피크 세기가 폴리스타일렌을 포함하지 않은 페로브스카이트의 피크 세기보다 14.1°, 28.2°의 결정방향 (110), (220)에서 큰 세기의 피크를 보여주고 있는 것을 볼 수 있다.The peak intensity of the perovskite-structured compound containing 3.0 wt% of the polystyrene according to the embodiment of the present invention is higher than the peak intensity of the perovskite containing no polystyrene in the crystal orientation of 14.1 DEG and 28.2
이는 본 발명의 실시예에 따른 3.0wt%의 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물이 더 질이 좋은 박막을 가지고 있다는 것을 보여주고 있다.This shows that the perovskite structure compound containing 3.0 wt% of the polystyrene according to the embodiment of the present invention has a better quality thin film.
도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물 내의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 태양전지의 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.FIGS. 11A and 11B are graphs showing the current-voltage characteristics of a solar cell according to the content of a polystyrene in a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 11a는 폴리스타일렌의 함유량에 따라 어두운(dark) 상태에서의 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 전류-전압 특성을 도시한 것이고, 도 11b는 폴리스타일렌의 함유량에 따라 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 태양전지의 밝은(light) 상태에서의 전류 전압 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 11A shows current-voltage characteristics of a solar cell including a perovskite structure compound as a photoactive layer according to an embodiment of the present invention in a dark state according to the content of the polystyrene, and FIG. 11B Shows a graph of current voltage in a light state of a solar cell including a perovskite structure compound according to an embodiment of the present invention in accordance with the content of the polystyrene.
도 11a 및 도 11b 그래프에서의 전류-전압 특성을 정리하면 [표 2]와 같다.The current-voltage characteristics in the graphs of FIGS. 11A and 11B are summarized in Table 2.
[표 2][Table 2]
여기서, Jsc는 광 단락전류밀도(Jsc), Voc는 광 개방전압, FF는 충전율(Fill Factor), PCE는 에너지변환효율을 나타내고, 상기 충전율(FF)은 최대 전력점에서 전압값(Vmax)×전류밀도(Jmax)/(Voc×Jsc), 에너지변환효율은 FF×(Jsc×Voc)/Pin, Pin=100[㎽/㎠]으로 계산될 수 있다.Here, Jsc denotes an optical short-circuit current density Jsc, Voc denotes an optical open-circuit voltage, FF denotes a fill factor, PCE denotes an energy conversion efficiency, and the charging rate FF denotes a voltage value Vmax The current density Jmax / (Voc x Jsc) and the energy conversion efficiency can be calculated as FF x (Jsc x Voc) / Pin and Pin = 100 [mW / cm 2].
도 11a, 도 11b 및 [표 2]를 참조하면, 광활성층으로 폴리스타일렌을 사용하지 않은 경우에는 광 변환 효율이 11.7%을 나타내고, 이에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌을 각각 1.5 wt% 및 3.0 wt%을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물을 사용하는 경우 각각 13.0% 및 13.3%로 광 변환 효율이 개선됨을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 11A, 11B, and Table 2, the photoconversion efficiency was 11.7% when the polystyrene was not used as the photoactive layer, while the polystyrene according to the embodiment of the present invention was 1.5 wt % And 3.0 wt%, respectively, the photoconversion efficiency was improved to 13.0% and 13.3%, respectively.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 볼테이즈 스윕(voltage sweep) 방향에 따른 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.12A to 12D are graphs showing current-voltage characteristics according to the voltage sweep direction according to the content of the polystyrene in the solar cell including the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention FIG.
보다 상세하게는 도 12a는 순수한 페로브스카이트의 볼테이즈 스윕(voltage sweep) 방향에 따른 전류-전압 특성 그래프를 도시한 것이고, 도 12b는 폴리스타일렌의 함유량이 1.5wt%일 경우, 도 12c는 폴리스타일렌의 함유량이 3.0wt%일 경우, 도 12d는 폴리스타일렌의 함유량이 4.5wt%일 경우의 볼테이즈 스윕(voltage sweep) 방향에 따른 전류-전압 특성 그래프를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 12A shows a graph of current-voltage characteristics according to a voltage sweep direction of a pure perovskite, FIG. 12B shows a case where the content of the polystyrene is 1.5 wt%, FIG. FIG. 12D shows a graph of current-voltage characteristics according to the voltage sweep direction when the content of the polystyrene is 3.0 wt% and the content of the polystyrene is 4.5 wt%.
도 12a 내지 12d의 볼테이즈 스윕(voltage sweep) 방향에 따른 전류-전압 특성을 정리하면 [표 3]과 같다.The current-voltage characteristics according to the voltage sweep direction in FIGS. 12A to 12D are summarized in Table 3.
[표 3][Table 3]
도 12a 내지 12d 및 [표 3]을 참조하면, 볼테이즈 스윕 방향에 따른 전류-전압 특성의 경우, 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 광 변환 효율 변화가 적은 반면, 폴리스타일렌을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 광 변환 효율이 커지는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 12A to 12D and Table 3, in the case of the current-voltage characteristic according to the sweeping direction of the boltize, the perovskite solar cell including the polystyrene according to the embodiment of the present invention has a change in the light conversion efficiency While the perovskite solar cell not including the polystyrene shows a tendency to increase the light conversion efficiency.
도 13 은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태앙전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 외부 양자 효율(EQE) 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the external quantum efficiency (EQE) characteristics according to the content of the polystyrene in the bean cell including the perovskite structure compound as the photoactive layer according to the embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 외부 양자 효율(EQE)은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물이 폴리스타일렌 1.5wt% 및 3.0wt%을 포함하는 경우, 폴리스타일렌을 포함하지 않는 경우에 비해 높아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, the external quantum efficiency (EQE) can be measured when the perovskite structure compound according to the embodiment of the present invention contains 1.5 wt% and 3.0 wt% of the polystyrene, As shown in Fig.
도 14 는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 시분해적 광루미네센스(TRPL) 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing time-divisional photoluminescence (TRPL) characteristics of a solar cell including a perovskite structure compound as a photoactive layer according to the content of the polystyrene.
도 14 를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지가 폴리스타일렌을 포함하지 않는 페로브스카이트 구조의 물질을 광활성층으로 포함하는 태양전지보다 엑시톤 ??칭(exciton quenching) 효율이 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14, a solar cell including a perovskite structure compound including a polystyrene as a photoactive layer according to an embodiment of the present invention includes a perovskite structure material containing no polystyrene, It can be confirmed that the exciton quenching efficiency is superior to that of the solar cell including the solar cell.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량에 따른 태양전지의 안정성 특성을 도시한 그래프이다.15A to 15D are graphs showing stability characteristics of a solar cell according to the content of the polystyrene in the solar cell including the perovskite structure compound as the photoactive layer according to the embodiment of the present invention.
보다 상세하게는 도 15a는 Normallzed 에너지변환효율 (Normallzed PCE) 특성 그래프를 도시한 것이고, 도 15b는 Normallzed 광개방전압 (Normallzed Voc)일 경우, 도 15c는 Normallzed 광단락전류밀도 (Normallzed Jsc)일 경우, 도 15d는 Normallzed 충전율 (Normallzed FF) 특성 그래프를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 15A shows a Normallzed energy conversion efficiency (Normallzed PCE) characteristic graph, FIG. 15B shows a Normallzed optical open-circuit voltage (Normallzed Voc), FIG. 15C shows a Normallzed optical short- And FIG. 15D shows a Normallzed FF characteristic characteristic graph.
도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리스타일렌을 포함하는 페로브스카이트 구조의 화합물이 폴리스타일렌을 포함하지 않는 페로브스카이트 구조의 물질보다 우수한 안정성을 가짐을 확인할 수 있다.15A to 15D, it can be seen that the perovskite-structured compound including the polystyrene according to the embodiment of the present invention has superior stability to the perovskite-structured substance without the polystyrene have.
전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 포함하는 태양전지의 폴리스타일렌의 함유량이 0.5 wt% 내지 4.0 wt%인 경우, 광전 변환 효율이 높다는 것을 확인할 수 있다.As described above, when the content of the polystyrene in the solar cell including the perovskite structure compound as the photoactive layer according to an embodiment of the present invention is 0.5 wt% to 4.0 wt%, it is confirmed that the photoelectric conversion efficiency is high .
이하서는 본 발명의 페로브스카이트 구조의 화합물을 박막 트랜지스터의 활성층(active layer)로 포함하는 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments in which the perovskite structure compound of the present invention is included as an active layer of a thin film transistor will be described.
< < 실시예Example : 박막 트랜지스터>: Thin Film Transistor>
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 페로브스카이트 구조의 화합물은 박막트랜지스터의 활성층으로 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the perovskite structure compound may be included as an active layer of the thin film transistor.
박막트랜지스터는 기판, 기판 상에 형성된 활성층, 활성층 상에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극, 활성층 상에 활성층을 보호하도록 형성된 패시베이션층 및 패시베이션층 상에 형성된 게이트 전극을 포함한다.The thin film transistor includes a substrate, an active layer formed on the substrate, a source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on the active layer, a passivation layer formed to protect the active layer on the active layer, and a gate electrode formed on the passivation layer.
먼저, 기판은 일반적인 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판은 유리 기판, 플라스틱 기판 및 실리콘 기판 중 어느 하나일 수 있다.First, the substrate may be a substrate used for manufacturing a general semiconductor device. For example, the substrate may be any one of a glass substrate, a plastic substrate, and a silicon substrate.
본 발명의 다른 실시예에 따른 활성층은 폴리머 및 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 사용하고, 상기 폴리머는 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하여 결정 사이즈를 제어하며, 상기 결정 사이즈의 제어를 통하여 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시킨다.The active layer according to another embodiment of the present invention uses a perovskite structure compound in which a polymer and a perovskite precursor solution are mixed as an active layer, and the polymer controls the rate of crystallization of a perovskite structure material Control the crystal size, and improve the charge transfer efficiency through the control of the crystal size.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 Al, Cr, Au, Ti 또는 Ag의 금속 및 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)의 투명 산화물 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 형성되거나 상기 금속과 투명 산화물이 각각 증착된 이중층으로 형성될 수도 있다.The source electrode and the drain electrode may be formed of at least one of a metal of Al, Cr, Au, Ti, or Ag and a transparent oxide of ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), or ITZO (Indium Tin Zinc Oxide) And may be formed as a single layer or multiple layers, or a double layer in which the metal and the transparent oxide are respectively deposited.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 활성층의 전면에 RF(Radio Frequence) 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 ITO층을 형성한 후, 상기 ITO층을 패터닝하여 형성될 수 있다.The source electrode and the drain electrode may be formed by forming an ITO layer on the entire surface of the active layer using an RF (Radio Frequency) magnetron sputtering method, and then patterning the ITO layer.
상기 패시베이션층은 활성층 상에 형성되어 활성층을 보호한다.The passivation layer is formed on the active layer to protect the active layer.
구체적으로, 패시베이션층은 활성층 상에 형성되어, 활성층의 표면에 작용하는 수분 및 수소 등의 외부에 의한 영향을 방지하여, 활성층의 고유 전기적 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 박막 트랜지스터가 변형되는 이력현상(hysteresis)을 감소시킬 수 있다.Specifically, the passivation layer is formed on the active layer to prevent the influence of moisture and hydrogen acting on the surface of the active layer from the outside, thereby preventing the inherent electrical characteristics of the active layer from deteriorating. This can reduce the hysteresis in which the thin film transistor is deformed.
또한, 패시베이션층은 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극이 형성된 기판을 모두 커버하도록 전체적으로 형성되어, 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극과 추후 형성될 게이트 전극을 절연시킬 수 있는 게이트 절연층의 역할도 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라, 게이트 절연층을 추가로 형성할 필요가 없어, 반도체 소자의 크기를 축소시킬 수 있고, 공정 시간을 단축시킬 수 있다.In addition, the passivation layer is formed entirely to cover the active layer, the source electrode, and the substrate on which the drain electrode is formed, so that the active layer, the source electrode, and the drain electrode function as a gate insulating layer that can insulate the gate electrode to be formed later . Thereby, it is not necessary to further form a gate insulating layer, the size of the semiconductor element can be reduced, and the processing time can be shortened.
본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션층은 원자층증착법(ALD) 또는 플라즈마원자층 증착법(PEALD; Plasma Enhanced ALD)과 같은 원자층증착법, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의하여 형성될 수 있다.The passivation layer according to an exemplary embodiment of the present invention may be formed by atomic layer deposition such as atomic layer deposition (ALD) or plasma enhanced ALD (PALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), or sputtering .
상기 패시베이션층은 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화실리콘(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화이트륨(Y2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화질소(SiNx) 및 유기막으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.The passivation layer is aluminum oxide (Al 2 O 3), hafnium (HfO 2), silicon oxide (SiO 2), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3), titanium oxide (TiO 2) oxide, Nitrogen (SiNx), and an organic film.
유기막으로는 일반 범용 고분자(PMMA, PS), 페놀(phenol) 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 블렌드(blend)가 포함될 수 있다.The organic film may be a general general purpose polymer (PMMA, PS), a polymer derivative having a phenol group, an acrylic polymer, an imide polymer, an arylether polymer, an amide polymer, a fluorine polymer, a p- Based polymers, and blends thereof.
또한, 패시베이션층은 무기막과 유기막의 복합 적층체로도 형성될 수 있다.The passivation layer may also be formed as a composite laminate of an inorganic film and an organic film.
상기 게이트 전극은 Al, Cr, Au, Ti 또는 Ag의 금속 및 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)의 투명 산화물 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 형성되거나 상기 금속과 투명 산화물이 각각 증착된 이중층으로 형성될 수도 있다.The gate electrode may be formed of at least one of a metal of Al, Cr, Au, Ti, or Ag and a transparent oxide of ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) or ITZO (Indium Tin Zinc Oxide) And may be formed as a single layer or multiple layers or a double layer in which the metal and the transparent oxide are respectively deposited.
일례로, 게이트 전극은 패시베이션층의 전면에 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 ITO층을 형성한 후 상기 ITO층을 패터닝하여 형성될 수 있다.For example, the gate electrode may be formed by forming an ITO layer on the entire surface of the passivation layer using an RF magnetron sputtering method and then patterning the ITO layer.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill 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. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
300: 태양전지
310: 양극
320: 정공 수송층
330: 광활성층
340: 전자 수송층
350: 음극300: Solar cell
310: anode
320: hole transport layer
330: photoactive layer
340: electron transport layer
350: cathode
Claims (11)
페로브스카이트 구조의 물질을 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액
이 혼합되고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은,
CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX 및 CH3NH3PbBr3 (x는 0 < x < 3)에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하며,
상기 폴리머의 농도는 0.5wt% 내지 6wt% 범위이고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 상기 폴리머의 농도를 조절하여 결정 사이즈가 350㎚~1.1㎛ 범위를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조의 화합물.
Polymer; And
A perovskite precursor solution containing a perovskite structure material
Is mixed,
The material of the perovskite structure,
Of CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl X, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH3NH 3 PbI 3-X Br X , and CH 3 NH 3 PbBr 3 (x is 0 <x <3) at least one or more selected from Including,
The polymer controls the rate of crystallization of the material of the perovskite structure by decreasing the rate of evaporation of the solvent,
The concentration of the polymer ranges from 0.5 wt% to 6 wt%
Wherein the material of the perovskite structure is controlled to have a crystal size ranging from 350 nm to 1.1 탆 by controlling the concentration of the polymer.
상기 폴리머는 PS(polystyrene), PMMA(polymethyl methacrylate), PEI(polyetherimide), PEIE(poly(ethyleneimine) ethoxylated), PTAA(poly(triarylamine)), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PTB7(polythieno[3,4-b]-thiophene-co-benzodithiophene), F8BT (poly(9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN(Poly[9,9-bis[6-(N,N,N-trimethylammonium)-hexyl]fluorene-alt-co-phenylene]), PVK (Poly(n-vinylcarbazole)), TFB (poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), Poly-TPD(poly(N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine)), PFO(polyfluorene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazolealt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PDPP3T (Poly[{2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl}-alt-{[2,2':5',2''-terthiophene]-5,5''-diyl}]), PDPPBTT (Poly{2,2'-(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl)dithieno[3,2-b]thiophene-5,5'-diyl-alt-thiophen-2,5-diyl}), PCPDTBT(poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)]]), PBDTTT-C (poly[4,8-bisalkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkylthieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PBDTTT-CF (poly[4,8-bis(2-ethyl hexyloxy)benzo(1,2-b:4,5-b')dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-octanoyl-5-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate)2,6-diyl]) 및 PBDTTT-EFT(Poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조의 화합물.
The method according to claim 1,
The polymer may be selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), poly (ethyleneimine) ethoxylated (PEIE), poly (triarylamine), poly (3-hexylthiophene), PTB7 3,4-b] -thiophene-co-benzodithiophene), F8BT (poly (9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PFN (Poly [9,9- poly (n-vinylcarbazole), poly (9,9'-dioctylfluorene-co-N- (4-butylphenyl) diphenylamine), Poly-TPD poly (N, N'-bis (phenyl) benzidine), PFO (polyfluorene), poly [N-9'-heptadecanyl-2,7- , [5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3'-benzothiadiazole)], PDPP3T (Poly [ 5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-diyl} -one - {[2,2 ': 5', 2 '' - terthiophene] -diyl}], PDPPBTT (Poly {2,2 '- (2,5-bis (2-octyldodecyl) -3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo [3,4- 2,5-diyl-alti-thiophen-2,5-diyl), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4 , 7-diyl [4,4-bis (2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT- 4,8-bisalkyloxybenzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl-lower alkyl thieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate] ), PBDTTT-CF (poly [4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo (1,2-b: 4,5- (2-ethylhexyl) thiophen-2-yl) benzo [b] 1,2-b; 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexyl) -3-fluorothieno [3,4- b] thiophene- 2-6-diyl)]). ≪ / RTI >
페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 광활성층으로 사용하며,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은,
CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX 및 CH3NH3PbBr3 (x는 0 < x < 3)에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하며,
상기 폴리머의 농도는 0.5wt% 내지 6wt% 범위이고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 상기 폴리머의 농도를 조절하여 결정 사이즈가 350㎚~1.1㎛ 범위를 갖도록 제어되고, 상기 결정 사이즈의 제어를 통하여 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시키는 것을 특징으로 하는 태양전지.
Polymer; And
A perovskite structure compound in which a perovskite precursor solution is mixed is used as a photoactive layer,
The material of the perovskite structure,
Of CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl X, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH3NH 3 PbI 3-X Br X , and CH 3 NH 3 PbBr 3 (x is 0 <x <3) at least one or more selected from Including,
The polymer controls the rate of crystallization of the material of the perovskite structure by decreasing the rate of evaporation of the solvent,
The concentration of the polymer ranges from 0.5 wt% to 6 wt%
The material of the perovskite structure is controlled to have a crystal size ranging from 350 nm to 1.1 μm by controlling the concentration of the polymer, and the charge transfer efficiency is improved by controlling the crystal size .
페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 활성층으로 사용하며,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은,
CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX 및 CH3NH3PbBr3 (x는 0 < x < 3)에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하며,
상기 폴리머의 농도는 0.5wt% 내지 6wt% 범위이고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 상기 폴리머의 농도를 조절하여 결정 사이즈가 350㎚~1.1㎛ 범위를 갖도록 제어되고, 상기 결정 사이즈의 제어를 통하여 전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시키는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
Polymer; And
A perovskite structure compound in which a perovskite precursor solution is mixed is used as an active layer,
The material of the perovskite structure,
Of CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl X, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH3NH 3 PbI 3-X Br X , and CH 3 NH 3 PbBr 3 (x is 0 <x <3) at least one or more selected from Including,
The polymer controls the rate of crystallization of the material of the perovskite structure by decreasing the rate of evaporation of the solvent,
The concentration of the polymer ranges from 0.5 wt% to 6 wt%
The material of the perovskite structure is controlled to have a crystal size ranging from 350 nm to 1.1 μm by controlling the concentration of the polymer, and the charge transfer efficiency is improved by controlling the crystal size .
상기 페로브스카이트 전구체 용액에 폴리머를 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은,
CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX 및 CH3NH3PbBr3 (x는 0 < x < 3)에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하며,
상기 폴리머의 농도는 0.5wt% 내지 6wt% 범위이고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 상기 폴리머의 농도를 조절하여 결정 사이즈가 350㎚~1.1㎛ 범위를 갖도록 제어되어,
전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시키는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조의 화합물 제조 방법.
Mixing a perovskite structure material and a solvent to form a perovskite precursor solution; And
Mixing the polymer in the perovskite precursor solution,
The material of the perovskite structure,
Of CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl X, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH3NH 3 PbI 3-X Br X , and CH 3 NH 3 PbBr 3 (x is 0 <x <3) at least one or more selected from Including,
The polymer controls the rate of crystallization of the material of the perovskite structure by decreasing the rate of evaporation of the solvent,
The concentration of the polymer ranges from 0.5 wt% to 6 wt%
The material of the perovskite structure is controlled to have a crystal size of 350 nm to 1.1 탆 by controlling the concentration of the polymer,
Wherein the charge transfer efficiency is improved by using the perovskite structure.
상기 용매는
다이메틸설폭시화물, 아세토나이트릴, 다이메틸포아마이드, 알코올, 사이클로헥산(cyclohexane) 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조의 화합물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The solvent
Wherein the perovskite structure comprises at least one organic solvent selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, alcohol, cyclohexane, and toluene. ≪ / RTI >
상기 용매를 5 부피% 내지 50 부피%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조의 화합물 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the solvent is mixed at 5% by volume to 50% by volume of the perovskite compound.
상기 양극 상에 정공 수송층을 형성하는 단계;
상기 정공 수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상에 전자 수송층을 형성하는 단계; 및
상기 전자 수송층 상에 음극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 광활성층은, 폴리머 및 페로브스카이트 전구체 용액이 혼합된 페로브스카이트 구조의 화합물을 사용하고,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은,
CH3NH3PbI3-XClX, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI3-XBrX 및 CH3NH3PbBr3 (x는 0 < x < 3)에서 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하며,
상기 폴리머는 용매의 증발 속도를 감소시켜 상기 페로브스카이트 구조의 물질의 결정화 속도를 조절하고,
상기 폴리머의 농도는 0.5wt% 내지 6wt% 범위이며,
상기 페로브스카이트 구조의 물질은 상기 폴리머의 농도를 조절하여 결정 사이즈가 350㎚~1.1㎛ 범위를 갖도록 제어되어,
전하 전송 효율(charge transfer efficiency)을 개선시키는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
Forming an anode on the substrate;
Forming a hole transport layer on the anode;
Forming a photoactive layer on the hole transport layer;
Forming an electron transport layer on the photoactive layer; And
And forming a cathode on the electron transporting layer,
The photoactive layer uses a perovskite structure compound in which a polymer and a perovskite precursor solution are mixed,
The material of the perovskite structure,
Of CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl X, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH3NH 3 PbI 3-X Br X , and CH 3 NH 3 PbBr 3 (x is 0 <x <3) at least one or more selected from ≪ / RTI &
The polymer reduces the rate of evaporation of the solvent to control the rate of crystallization of the perovskite structure material,
The concentration of the polymer ranges from 0.5 wt% to 6 wt%
The material of the perovskite structure is controlled to have a crystal size of 350 nm to 1.1 탆 by controlling the concentration of the polymer,
Thereby improving the charge transfer efficiency of the solar cell.
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