KR101918144B1 - Solar cells comprising complex photo electrode of metal nanowire and metal nanoparticle as photo electrode, and the preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속나노선, 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한것으로, 상세하게는 제1전극, 복합광전극, 광활성층, 정공전달층 및 제2전극을 포함하고, 상기 복합광전극은 제1전극 상에 형성된 금속나노선 망상구조층, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성된 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 금속나노입자층 및 상기 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명의 금속나노선, 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지는 높은 비표면적을 갖는 동시에 여기된 전하들의 재결합을 억제하며, 전하가 보다 쉽게 이동할 수 있기 때문에, 금속나노선과 금속나노입자를 포함하는 복합광전극은 금속나노선으로 인한 전하수집효율을 향상시키고, 금속나노입자로 인한 플라즈몬 효과에 의해 더 많은 광전자를 여기시켜 소자효율을 향상시킬 수 있다.
The present invention relates to a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles as a composite optical electrode and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solar cell including a first electrode, a composite optical electrode, a photoactive layer, Wherein the composite optical electrode comprises a metal nanowire network layer formed on the first electrode, a first metal oxide layer formed on the metal nanowire network layer, a metal nanoparticle layer formed on the first metal oxide layer, And a second metal oxide layer formed on the metal nanoparticle layer.
The solar cell including the metal nanowire of the present invention and the metal nanoparticle as the composite light electrode has a high specific surface area and suppresses the recombination of the excited charges and the charge can move more easily. Therefore, the metal nanowire and the metal nanoparticle Can improve the charge collection efficiency due to the metal nanowires and excite more photoelectrons by the plasmon effect due to the metal nanoparticles, thereby improving the device efficiency.

Description

금속나노선 및 금속나노입자의 복합광전극을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법 {Solar cells comprising complex photo electrode of metal nanowire and metal nanoparticle as photo electrode, and the preparation method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solar cell including a composite electrode of metal nanowires and metal nanoparticles, and a method of manufacturing the solar cell,

본 발명은 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles as a composite light electrode, and a manufacturing method thereof.

태양광은 지구상에서 가장 풍부하고 고갈의 염려가 없는 지구상에 있는 거의 모든 에너지의 원천이다. 태양으로부터 지표면에 공급되는 에너지는 청명한 날 1 제곱미터당 1000 W의 전력이 지구상에 도달하고 있으며, 총량은 현재 인류가 사용하는 에너지 총량인 12 테라와트(TW)의 약 10000 배에 해당하는 약 12만 TW이다. 이와 같이 태양광 에너지는 재생에너지 중 에서도 가장 풍부한 자원으로서 미래에 지배적으로 사용될 수 있는 에너지원이 될 수 있다. 따라서, 21세기에 접어들면서 재생에너지에 대한 요구가 급증하면서 태양전지에 관심이 집중되었다. Sunlight is the most abundant source of almost all of the energy on earth without worrying about depletion. The energy supplied from the sun to the surface of the earth reaches 1000 W per square meter of clear sky, and the total amount reaches about 120,000, which is about 10000 times the total energy used by mankind today, 12 terawatt (TW) TW. As such, solar energy is the most abundant resource in renewable energy and can be the dominant energy source in the future. Therefore, as the 21st century began to grow, there was a growing interest in solar cells as the demand for renewable energy increased.

태양전지는 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 전기를 생산하는 것으로, 현재 기술의 고효율 태양전지는 제조 단가가 높아 경제성이 떨어지므로, 인공위성 등 주로 특수한 목적에 일부 이용되고, 대부분의 경우에는 여러 에너지원 중 효율과 제조단가를 같이 평가하여 경제성이 있는 것이 실제로 이용되게 된다. 이에, 화석연료의 사용이 필요 없고, 특별한 유지관리 없이 전기를 생산할 수 있는 미래의 핵심적 대체 에너지원인 태양에너지를 이용한 기술은 대중적으로 사용하기 위해 고효율화와 저가화의 방향으로 기술발전이 이루어져 왔다.Solar cells convert solar energy directly into electric energy to produce electricity. High efficiency solar cells of current technology have a high production cost and thus are not economical. Therefore, they are mainly used for special purposes such as satellites. In most cases, The cost efficiency and the manufacturing cost are evaluated at the same time, and the economical one is actually used. Therefore, technology using solar energy, which is a key alternative energy source of the future, which can produce electricity without special use of fossil fuel, has been developed for high efficiency and low cost for public use.

태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘 화합물 반도체, 박막태양전지와 같은 무기소재로 이루어진 무기태양전지와 유기물질을 포함하는 유기태양전지로 나눌 수 있고, 유기태양전지에는 염료감응형 태양전지와 유기분자접합형 태양전지가 포함된다.The solar cell can be classified into an inorganic solar cell made of an inorganic material such as a silicon compound semiconductor or a thin film solar cell and an organic solar cell including an organic material depending on a constituent material. The organic solar cell can be divided into a dye- And a junction type solar cell.

현재 광전변환효율이 25 %가 넘는 n-p 다이오드형 실리콘(Si) 단결정 기반 태양전지의 제조가 가능하여 실제 태양광 발전에 사용되고 있으며, 이보다 더 광전변환효율이 우수한 화합물 반도체를 이용한 태양전지도 있다. 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 대규모 공정 장비가 요구되어 태양전지의 제조비용을 낮게 하는 데에는 한계가 있어 활용에 걸림돌이 되어왔다.Currently, n-p diode type silicon (Si) monocrystal based solar cells with a photoelectric conversion efficiency exceeding 25% can be manufactured and used in actual photovoltaic power generation, and there are also solar cells using compound semiconductors having superior photoelectric conversion efficiency. However, since inorganic semiconductor-based solar cells require highly refined materials for high efficiency, a great amount of energy is consumed in the purification of raw materials, and in the process of making single crystals or thin films using raw materials, And thus it is difficult to lower the manufacturing cost of the solar cell.

한편, 박막형 태양전지는 최고 약 20%의 광전변환효율을 나타내고 있으며, 실리콘 기반 태양전지에 비교하여 제조공정이 간단하고, 제조비용이 저렴하여 최근 각광받고 있으며, 박막형 태양전지가 갖는 저비용, 경량, 유연성 등의 장점으로 산업 전반에 걸쳐서 다양한 응용분야에 활용 가능한 장점이 있기 때문에, 기존의 실리콘 태양전지를 일부 대체하고 시장 점유율이 점차 늘어나고 있는 추세이다. On the other hand, the thin film type solar cell exhibits a photoelectric conversion efficiency of up to about 20%, and has recently been in the spotlight because of its simple manufacturing process and low manufacturing cost compared with the silicon-based solar cell. Flexibility, and so on, it can be used in various applications throughout the industry. Therefore, the market share of silicon solar cells is gradually increasing, replacing existing silicon solar cells.

박막형 태양전지의 성능 개선을 위해 다양한 구성요소에 대해 연구가 되고 있는데, 구성요소 중 광전극은 광활성층에서 발생한 전자를 수집, 이동시키는 기능을 하고 있으며, 광전극의 성능에 따라 박막형 태양전지의 성능이 크게 좌우된다. 이와 관련하여, 광전극의 구조와 재료를 변경하여 태양전지의 특성을 높일 수 있다. In order to improve the performance of the thin film solar cell, various components have been studied. Among the components, the photoelectrode collects and moves the electrons generated in the photoactive layer. The performance of the thin film solar cell . In this regard, it is possible to improve the characteristics of the solar cell by changing the structure and materials of the photoelectrode.

박막형 태양전지에 사용되는 광전극은 일 예로 도 1에서 나타난 바와 같이 제 1전극(101) 상에 형성된 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO) 등의 금속산화물(102)을 사용한다. 또한, 제 1전극(103) 상에 차단층(104)을 형성하고, 차단층 상부에 광전극(105)을 형성하는 방법이 개시된 바 있는데, 차단층의 형성을 통해 광전극의 접착성을 높일 수 있는 장점이 있다. As an example of the photoelectrode used in the thin-film solar cell, a metal oxide 102 such as titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO) formed on the first electrode 101 is used as shown in FIG. In addition, a method of forming the blocking layer 104 on the first electrode 103 and forming the photoelectrode 105 on the blocking layer has been disclosed. The adhesion of the photoelectrode is increased through the formation of the blocking layer There are advantages to be able to.

일반적으로 광전극은 나노 입자의 형태로 사용되고 있으며, 전자가 기판으로 이동하는 중에 나노 입자 사이의 입계를 통해 이동하므로 전자 이동 거리가 길어지며, 이동 중에 입계(grain boundary)의 결정결함에 포획되어 전자의 채집율이 감소하는 문제점이 있다. 이에, 박막태양전지에서 광전극을 형성하는 데 있어서, 나노로드(Nanorod) 또는 나노튜브(Nanotube) 등의 3차원적 나노 구조를 통해 전하의 직접적인 이동경로를 확보하는 연구가 활발히 진행 중에 있다.In general, the photoelectrode is used in the form of nanoparticles. Since the electrons move through the interstices between the nanoparticles while the electrons are moving to the substrate, the electron travel distance becomes longer and they are trapped by crystal defects in the grain boundary There is a problem that the collection rate of the fish is decreased. In order to form a photoelectrode in a thin film solar cell, studies for securing a direct path of charge through a three-dimensional nanostructure such as a nanorod or a nanotube are actively under way.

비특허문헌 1에서는 수직으로 형성 된 산화아연(ZnO) 나노선(Nanowire) 상에 산화아연(ZnO) 나노입자가 형성된 광전극을 사용하여 광전변환효율이 향상된 염료감응태양전지를 개시된 바 있다. 상기의 광전극 구조를 사용하여, 염료감응태양전지의 광전효율이 약 4.7% 상승하였는데 이는 산화아연 나노입자로 인해 증가된 비면적의 효과와 산화아연 나노선을 통해 개선된 전자 이동 능력 때문이다. 하지만 산화아연 나노선을 수직으로 성장시키는 단계에서 약 5시간 소요되는 등 광전극 제조 공정 시간이 매우 긴 문제점이 있어, 상용 태양전지로의 활용에는 많은 제약이 있다. Non-Patent Document 1 discloses a dye-sensitized solar cell in which photoelectric conversion efficiency is improved by using a photo-electrode in which zinc oxide (ZnO) nanoparticles are formed on zinc oxide (ZnO) nanowire formed vertically. Using the above-described photoelectrode structure, the photoelectric efficiency of the dye-sensitized solar cell was increased by about 4.7% due to the increased area effect due to the zinc oxide nanoparticles and the improved electron transfer ability through the zinc oxide nanowire. However, there is a problem in that the manufacturing time of the photoelectrode is long, which takes about 5 hours in the step of growing the zinc oxide nanowire vertically, and there are many restrictions on the application to commercial solar cells.

비특허문헌 2에서는 1 내지 80nm의 금(Au) 또는 은(Ag) 금속나노입자를 유기 태양전지의 광활성층, 공정이동층, 광활성층/정공이동층 계면 및 ITO/정공이동층 계면에 도입하여 이에 따른 광전변환효율을 관찰하였는데, 최고 8.79%의 광전효율을 보이는 것을 확인하였다. 박막형 태양전지의 다양한 구성요소와 계면에 금속나노입자를 도입함으로써, 금속나노입자의 크기, 모양, 분포의 변화에 따른 광전변환효율의 변화를 확인하였다. In Non-Patent Document 2, gold (Au) or silver (Ag) metal nanoparticles of 1 to 80 nm are introduced into the photoactive layer, the process migration layer, the photoactive layer / hole transporting layer interface and the ITO / The photoelectric conversion efficiency was observed, and it was confirmed that the photoelectric efficiency was as high as 8.79%. The change of photoelectric conversion efficiency with the change of size, shape and distribution of metal nanoparticles was confirmed by introducing metal nanoparticles at various interfaces and interfaces of thin film solar cells.

이에, 본 발명자들은 박막형 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 연구를 수행하던중, 금속나노섬유 및 금속나노입자가 포함된 복합광전극이 박막형 태양전지의 전하 이동과 수집을 개선시키고, 광전변환효율을 상승시키는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.The present inventors have conducted studies to improve the efficiency of a thin film solar cell, and have found that a composite photo electrode including metal nanofibers and metal nanoparticles improves charge transfer and collection of a thin film solar cell, And completed the present invention.

J. Phys. Chem. C 2012, 116, 18117-18123; J. Phys. Chem. C 2012, 116, 18117-18123; Materials Today _ Volume 16, Number 4 _ April 2013. Materials Today _ Volume 16, Number 4 _ April 2013.

본 발명은 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다. The present invention provides a solar cell including metal nanowires and metal nanoparticles as a composite photoelectrode, and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

제1전극, 복합광전극, 광활성층, 정공전달층 및 제2전극을 포함하고, A first electrode, a composite light electrode, a photoactive layer, a hole transporting layer, and a second electrode,

상기 복합광전극은 제1전극 상에 형성된 금속나노선 망상구조층, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성된 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 금속나노입자층 및 상기 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다. Wherein the composite optical electrode comprises a metal nanowire network layer formed on the first electrode, a first metal oxide layer formed on the metal nanowire network layer, a metal nanoparticle layer formed on the first metal oxide layer, And a second metal oxide layer formed on the particle layer.

또한, 본 발명은In addition,

제1전극 상부에 금속나노선 망상구조층을 형성하는 단계(단계 1);Forming a metal nanowire network layer on the first electrode (step 1);

상기 단계 1에서 형성된 금속나노선 망상구조층 상에 제1금속산화물층을 형성하는 단계(단계 2);Forming a first metal oxide layer on the metal nanowire network structure layer formed in Step 1 (Step 2);

상기 단계 2에서 형성된 제1금속산화물층 상에 금속나노입자층을 형성하는 단계(단계 3);Forming a metal nanoparticle layer on the first metal oxide layer formed in Step 2 (Step 3);

상기 단계 3에서 형성된 금속나노입자층 상에 제2금속산화물층을 형성하는 단계(단계 4);Forming a second metal oxide layer on the metal nanoparticle layer formed in step 3 (step 4);

상기 단계4에서 형성된 제2금속산화물층 상에 광활성층을 형성하는 단계(단계 5);Forming a photoactive layer on the second metal oxide layer formed in step 4 (step 5);

상기 광활성층 상에 정공 전달층을 형성하는 단계(단계 6); 및Forming a hole transporting layer on the photoactive layer (step 6); And

상기 단계 6에서 형성된 정공 전달층 상에 제2전극을 형성하는 단계(단계 7);를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.And forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 6 (step 7).

본 발명의 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지는 높은 비표면적을 갖는 동시에 여기된 전하들의 재결합을 억제하며, 전하가 보다 쉽게 이동할 수 있기 때문에, 금속나노선과 금속나노입자를 포함하는 복합광전극은 금속나노선으로 인한 전하수집효율을 향상시키고, 금속나노입자로 인한 플라즈몬 효과에 의해 더 많은 광전자를 여기시켜 소자효율을 향상시킬 수 있다. The solar cell including the metal nanowire and the metal nanoparticle of the present invention as a composite light electrode has a high specific surface area and suppresses the recombination of the excited charges and the charge can move more easily. Therefore, the metal nanowire and the metal nanoparticle Can improve the charge collection efficiency due to the metal nanowires and excite more photoelectrons by the plasmon effect due to the metal nanoparticles, thereby improving the device efficiency.

도 1은 종래기술에서의 금속산화물 광전극의 형상을 개략적으로 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명의 복합광전극 구조 기반 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이고,
도 3은 본 발명의 복합광전극 구조 기반 태양전지에서 복합광전극이 제조되는 과정을 순차적으로 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic view schematically showing the shape of a metal oxide photoelectrode in the prior art,
2 is a schematic view schematically showing the structure of a solar cell based on the composite optical electrode structure of the present invention,
FIG. 3 is a schematic view sequentially illustrating a process of manufacturing a composite light electrode in a solar cell based on a composite photoelectrode structure according to the present invention.

본 발명은, According to the present invention,

제1전극, 복합광전극, 광활성층, 정공전달층 및 제2전극을 포함하고, A first electrode, a composite light electrode, a photoactive layer, a hole transporting layer, and a second electrode,

상기 복합광전극은 제1전극 상에 형성된 금속나노선 망상구조층, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성된 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 금속나노입자층 및 상기 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.Wherein the composite optical electrode comprises a metal nanowire network layer formed on the first electrode, a first metal oxide layer formed on the metal nanowire network layer, a metal nanoparticle layer formed on the first metal oxide layer, And a second metal oxide layer formed on the particle layer.

이때, 본 발명의 태양전지의 구조를 도 2의 모식도를 통해 개략적으로 나타내었으며, 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 태양전지를 상세히 설명한다.Here, the structure of the solar cell of the present invention is schematically shown in the schematic view of FIG. 2. Hereinafter, the solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2의 모식도를 통해 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 태양전지는 제1전극(201), 복합광전극(202), 광활성층(203), 정공전달층(204) 및 제2전극(205)을 포함한다.2, the solar cell according to the present invention includes a first electrode 201, a composite light electrode 202, a photoactive layer 203, a hole transport layer 204, and a second electrode 205, .

이때, 본 발명에 의한 태양전지는 제1전극, 복합광전극, 광활성층, 정공전달층 및 제2전극을 포함하고, At this time, the solar cell according to the present invention includes a first electrode, a composite light electrode, a photoactive layer, a hole transport layer, and a second electrode,

상기 복합광전극은 제1전극 상에 형성된 금속나노선 망상구조층, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성된 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 금속나노입자층 및 상기 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 포함하는 태양전지인 것이 바람직하다. Wherein the composite optical electrode comprises a metal nanowire network layer formed on the first electrode, a first metal oxide layer formed on the metal nanowire network layer, a metal nanoparticle layer formed on the first metal oxide layer, And a second metal oxide layer formed on the particle layer.

종래의 태양전지는 광전극으로 사용하는 기존의 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO) 박막 광전극은 2차원적인 구조로 인해 광전극 표면적이 감소하여 소자효율이 감소하는 단점이 있다. 또한, 기존의 나노입자 이산화티타늄 광전극은 넓은 표면적을 위해서 수 나노미터의 입자들을 사용하는데, 작은 크기로 인해 표면적은 증가하지만, 나노 입자들간의 수 많은 계면을 가지는 문제가 있으며, 이러한 계면에서 여기된 전하들의 수집 시 재결합에 의해 전하가 소멸되어 전하 수집효율이 감소하는 문제가 있었다.Conventional solar cells have a disadvantage in that the conventional titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO) thin film photoelectrode used as a photoelectrode has a two-dimensional structure, which results in a decrease in the surface area of the photoelectrode and a decrease in device efficiency. In addition, the conventional nanoparticle titanium dioxide photoelectrode uses particles of several nanometers for a large surface area. Due to the small size, the surface area increases, but there is a problem of having many interfaces between the nanoparticles. There is a problem that the charge collection efficiency is reduced due to the disappearance of charges due to the recombination.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지는, 기존의 나노입자 금속산화물 광전극 대신에 금속나노선 망상구조층을 제1전극 상에 형성하고, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성시킨 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층에 형성된 금속나노입자 및 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 복합광전극으로서 포함하여, 금속나노입자의 도입으로 높은 비표면적을 갖는 동시에 금속나노선의 효과로 여기 된 전하들의 재결합을 억제시키고 동시에 전하들이 보다 쉽게 이동할 수 있기 때문에 전하 수집이 용이한 것이 장점이다. The solar cell including the metal nanowires and the metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode may be formed by forming a metal nanowire network layer on the first electrode instead of the conventional nanoparticle metal oxide photo electrode, And a second metal oxide layer formed on the metal nanoparticle layer as a composite optical electrode, wherein the metal nanoparticles are formed on the first metal oxide layer, Which has a high specific surface area and suppresses recombination of the charges excited by the effect of the metal nanowire, and at the same time, the charge can be moved more easily, so that the charge collection is easy.

이때, 상기 금속나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 금속나노선으로 적용될 수 있는 다양한 금속 물질이 적절히 적용될 수 있다. At this time, the metal nanowire preferably includes silver (Ag) or gold (Au), but is not limited thereto, and various metal materials applicable as metal nanowires can be suitably applied.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에 있어서, 금속나노선은 광전효과에 의해 생성된 전자가 계면에서 전자가 재결합을 통해 소멸되는 것을 억제하고, 전자의 이동을 돕는 역할을 한다. 이러한 이유로, 금속나노선은 전기전도도가 높은 금속 물질인 것이 바람직하다. 은, 금은 금속 물질 중 전기전도도가 각각 첫 번째, 세 번째로 높은 값을 갖는다. 이러한 이유로, 상기 금속나노선은 은 또는 금인 것이 바람직하다. In a solar cell comprising a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, the metal nanowire inhibits the electrons generated by the photoelectric effect from disappearing through recombination at the interface, It helps to move. For this reason, the metal nanowire is preferably a metal material having a high electrical conductivity. The electrical conductivities of gold and silver metal materials have the first and third highest values, respectively. For this reason, the metal nanowire is preferably silver or gold.

또한, 상기 금속나노선은 20 nm 내지 200 nm의 직경을 가지는 것이 바람직하다. The metal nanowire preferably has a diameter of 20 nm to 200 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에 있어서, 금속나노선은 광전극 내에 포함되어 있으면서 전자가 이동하는 통로를 제공한다. 이를 통하여, 전자가 광전극 내에서 재결합 되는 것을 억제하고 전하수집효율을 향상시키기 때문에, 광전변환효율을 상승시킨다. 금속나노선의 전기 비저항은 나노선의 직경에 의해 좌우된다. 상기 금속나노선의 직경이 200 nm를 초과하는 경우, 금속나노선의 비저항(resistivity)은 낮아져 전하의 이동이 수월하지만, 광전극을 구성하는 금속나노선의 비표면적이 감소되어 태양전지의 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 금속나노선의 직경이 20 nm 미만인 경우, 광전극 내에 금속나노선의 부피비가 줄어들고, 줄어든 단면적에 의해 금속나노선의 비저항이 증가하여 전하 수집 기능 및 전하 이동 능력이 떨어지는 문제점이 있고, 금속나노선의 단면적이 줄어들 수록 전기 비저항이 상승하는 경향이 있다. In the solar cell including the metal nanowires and the metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, the metal nanowire is included in the photoelectrode and provides a passage through which electrons move. As a result, the electrons are prevented from recombining in the photoelectrode and the charge collection efficiency is improved, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency. The electrical resistivity of metal nanowires depends on the diameter of the nanowires. When the diameter of the metal nanowire is more than 200 nm, the resistivity of the metal nanowire is lowered, and the charge transfer is easy. However, the specific surface area of the metal nanowire constituting the photoelectrode is reduced, May occur. When the diameter of the metal nanowires is less than 20 nm, there is a problem that the volume ratio of the metal nanowires decreases in the photoelectrode and the resistivity of the metal nanowires increases due to the reduced cross-sectional area, The electrical resistivity tends to increase.

이때, 상기 금속나노입자는 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 금속나노선으로 적용될 수 있는 다양한 금속 물질이 적절히 적용될 수 있다.At this time, the metal nanoparticles preferably include silver (Ag) or gold (Au), but the present invention is not limited thereto, and various metal materials applicable to metal nanowires can be suitably applied.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에 있어서, 금속나노입자로 인한 플라즈몬 효과에 의해 더 많은 광전자를 여기시키는 역할을 하고, 추가로 발생된 전자에 의해 광전효율이 상승하는 효과가 있다. 이러한 플라즈몬 효과는 금속나노입자가 빛과의 반응에 의한 산란과 흡수에 의해 결정되는데, 플라즈몬 효과는 도입된 금속의 종류에 따라 달라지게 된다. 일반적으로, 높은 전기 전도도를 갖는 물질이 플라즈몬 효과가 높은 것으로 알려졌다. 예를 들어, 은(Ag) 나노입자의 경우 산란 횡단면(scattering cross-section)이 나노입자 직경의 약 10배인 것으로 알려졌고, 큰 산란 횡단면을 가지는 경우 넓은 플라즈몬 공명 범위(plasmon resonance range)를 갖는 것이 특징이다. 상기의 이유로 복합광전극에 포함되는 금속나노입자는 은 또는 금인 것이 바람직하다. In the solar cell including the metal nanowires and the metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, it plays a role of exciting more photoelectrons by the plasmon effect due to the metal nanoparticles, The efficiency is increased. This plasmon effect is determined by the scattering and absorption of metal nanoparticles by reaction with light, and the plasmon effect depends on the type of metal introduced. In general, materials with high electrical conductivity are known to have high plasmonic effects. For example, in the case of silver (Ag) nanoparticles, the scattering cross-section is known to be about 10 times the diameter of the nanoparticle, and a large scattering cross-section has a broad plasmon resonance range to be. For the reasons described above, the metal nanoparticles included in the composite photoelectrode are preferably silver or gold.

또한, 상기 금속나노입자는 10 nm 내지 100 nm의 직경을 가지는 것이 바람직하다. The metal nanoparticles preferably have a diameter of 10 nm to 100 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에 있어서, 상기에 따르면 금속나노입자를 복합광전극에 도입하면 금속나노입자는 국부적인 자기장을 높이고, 빛의 산란을 시키게 된다. 이때, 상기의 금속나노입자의 직경에 따라 복합광전극에서의 효과가 변화하게 된다. 상기 금속나노입자의 직경이 100 nm를 초과하는 경우, 금속나노입자의 크기가 커질수록 플라즈몬 효과가 커지는 경향이 있지만, 본 발명에 의한 태양전지의 구성에 있어서 입자의 크기가 지나치게 커서, 본 발명에 의한 태양전지를 구성하기가 어려운 단점이 있다. 상기 금속나노입자의 직경이 10 nm 미만인 경우, 금속나노입자에 의한 플라즈몬 효과가 충분하지 않아, 광전자 여기 효과가 낮은 문제점이 있다.According to the present invention, when a metal nanoparticle according to the present invention is incorporated into a composite photoelectrode, the metal nanoparticle can enhance a local magnetic field and scatter light . At this time, depending on the diameter of the metal nanoparticles, the effect of the composite light electrode changes. When the diameter of the metal nanoparticles exceeds 100 nm, the larger the size of the metal nanoparticles, the greater the plasmon effect. However, the size of the particles in the solar cell according to the present invention is too large, It is difficult to form a solar cell. When the diameter of the metal nanoparticles is less than 10 nm, the plasmon effect due to the metal nanoparticles is not sufficient, resulting in a low photoelectron excitation effect.

이때, 상기 제1 및 제2금속산화물층은 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO)을 포함하는 금속산화물을 사용할 수 있으며, 상기 금속 산화물이 이에 제한되는 것은 아니며 광전극으로 적용될 수 있는 다양한 금속 산화물들이 적절히 적용될 수 있다. At this time, the first and second metal oxide layers may be formed of a metal oxide including titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO), and the metal oxide is not limited thereto. Metal oxides can be suitably applied.

이때, 상기 제1 및 제2 금속산화물층 각각의 두께는 20nm 내지 40nm인 것이 바람직하다. At this time, the thickness of each of the first and second metal oxide layers is preferably 20 nm to 40 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속산화물층의 두께가 20nm 미만인 경우, 상기 코팅층이 금속나노선 및 금속나노입자의 표면을 완전히 덮지 못하여, 코팅층을 통하여 금속나노선 및 금속나노입자 표면의 결함을 감소시키는 효과가 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 따라 광전효율의 저하가 발생할 수 있다. 상기 금속산화물층의 두께가 40nm를 초과하는 경우, 상기 코팅층이 전하들의 이동을 방해하는 요인으로 작용하고, 이동거리가 길어짐에 따라 전자-정공 재결합(recombination)과 금속산화물층 내에 존재하는 결함에 의해 전하수집 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있는 있어 태양전지의 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. In a solar cell comprising metal nanowires and metal nanoparticles according to the present invention as composite light electrodes, when the thickness of the first and second metal oxide layers is less than 20 nm, the coating layer may be formed of metal nanowires and metal nanoparticles The surface can not be completely covered and the effect of reducing the defects of the metal nanowire and the surface of the metal nanoparticle through the coating layer may be lowered, and thus the photoelectric efficiency may be lowered. When the thickness of the metal oxide layer exceeds 40 nm, the coating layer acts as a factor that hinders the movement of charges. As the movement distance becomes longer, due to electron-hole recombination and defects existing in the metal oxide layer There may arise a problem in that the efficiency of charge collection may decrease. In this case, the efficiency of the solar cell may be reduced.

이때, 상기 광활성층은 황화안티몬(Sb2S3), 페로브스카이트(perovskite) 및 황화납(PbS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 광활성층으로 적용될 수 있는 다양한 물질이 적절히 적용될 수 있다.At this time, the photoactive layer may include at least one selected from the group consisting of antimony sulphide (Sb 2 S 3 ), perovskite, and lead sulfide (PbS), but the present invention is not limited thereto. Various materials that can be applied as a layer can be suitably applied.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

제1전극 상부에 금속나노선 망상구조층을 형성하는 단계(단계 1);Forming a metal nanowire network layer on the first electrode (step 1);

상기 단계 1에서 형성된 금속나노선 망상구조층 상에 제1금속산화물층을 형성하는 단계(단계 2);Forming a first metal oxide layer on the metal nanowire network structure layer formed in Step 1 (Step 2);

상기 단계 2에서 형성된 제1금속산화물층 상에 금속나노입자층을 형성하는 단계(단계 3);Forming a metal nanoparticle layer on the first metal oxide layer formed in Step 2 (Step 3);

상기 단계 3에서 형성된 금속나노입자층 상에 제2금속산화물층을 형성하는 단계(단계 4);Forming a second metal oxide layer on the metal nanoparticle layer formed in step 3 (step 4);

상기 단계4에서 형성된 제2금속산화물층 상에 광활성층을 형성하는 단계(단계 5);Forming a photoactive layer on the second metal oxide layer formed in step 4 (step 5);

상기 광활성층 상에 정공 전달층을 형성하는 단계(단계 6); 및Forming a hole transporting layer on the photoactive layer (step 6); And

상기 단계 6에서 형성된 정공 전달층 상에 제2전극을 형성하는 단계(단계 7);를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다. And forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 6 (step 7).

이하, 본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell including metal nanowires and metal nanoparticles according to the present invention as composite light electrodes will be described in detail.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 1은 제 1전극(301) 상부에 금속나노선 망상구조층(302)을 형성하는 단계로, 태양전지의 전하수집 효율의 향상을 위해 복합광전극에 포함되는 금속나노선 망상구조층을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including metal nanowires and metal nanoparticles according to the present invention as composite light electrodes, step 1 includes forming a metal nanowire network layer 302 on the first electrode 301 Is a step of forming a metal nanowire network layer included in the composite optical electrode to improve the charge collection efficiency of the solar cell.

상기 제1전극은 일례로, 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO; Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al;), 산화인듐주석(ITO;indium-tin oxide), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄주석(ATO;Aluminium-tin oxide; SnO2:Al), 불소함유 산화주석(FTO: Fluorine-doped tin oxide), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브 및 PEDOT:PSS 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the first electrode may include at least one of aluminum-doped zinc oxide (AZO), indium-tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO) ATO; Aluminium-tin oxide; SnO 2: Al), the fluorine-containing tin oxide (FTO: fluorine-doped tin oxide ), graphene (graphene), carbon nanotubes and PEDOT: but can use the PSS or the like, but are not limited to, .

또한, 상기 단계1의 제1전극은 제1 전극 하부에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 제1전극을 지지하기 위한 지지체의 역할을 수행할 수 있으며, 광이 투과되는 투명기판이면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 통상의 태양전지에서 전면 전극상에 위치할 수 있는 기판이면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 유리기판을 포함하는 딱딱한(rigid) 기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드 (PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에테르술폰(PES) 등을 포함하는 유연한(flexible) 기판일 수 있다.The first electrode of step 1 may further include a substrate located under the first electrode. The substrate can serve as a support for supporting the first electrode, and can be used without limitation as long as it is a transparent substrate through which light is transmitted. The substrate can be any substrate that can be placed on the front electrode in a conventional solar cell It can be used without. For example, the substrate may be a rigid substrate comprising a glass substrate or a rigid substrate comprising polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC) (TAC), polyethersulfone (PES), and the like.

상기 단계1에서는, 제1금속산화물층 형성에 앞서 금속나노선을 제1전극 상부에 망상구조층으로 형성함으로써, 금속나노선은 태양전지의 작동 시에 발생하는 전하의 재결합을 억제하고 원활하게 이동시키기는 역할을 한다. In the step 1, the metal nanowire is formed as a network structure layer above the first electrode prior to the formation of the first metal oxide layer, so that the metal nanowire suppresses recombination of charges generated during operation of the solar cell, It plays a role.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래기술에서는 나노입자로 이루어진 금속산화물을 사용하여 광전극을 제조하였으며, 이에 따라 나노입자들간의 수 많은 계면이 존재하게 되고, 이러한 계면에서는 여기된 전하들의 수집 시 재결합에 의해 전하가 소멸되어 전하 수집 효율이 감소하는 문제가 있었다.As shown in FIG. 1, in the prior art, a photo-electrode is manufactured using a metal oxide made of nanoparticles, so that there are many interfaces between the nanoparticles, and at this interface, There is a problem that the charge collection efficiency is reduced due to the disappearance of the charge.

이에, 본 발명의 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지에서는, 도 2의 그림을 통해서 나타내었듯이, 망상구조의 금속나노선을 제1전극 상부에 형성시킨다.Accordingly, in the solar cell including the metal nanowires and the metal nanoparticles of the present invention as composite light electrodes, a metal nanowire having a network structure is formed on the first electrode as shown in FIG.

본 발명의 단계 1에서 형성되는 망상구조의 금속나노선을 통해서 여기된 전하들이 이동할 수 있기 때문에, 본 발명에 따라 제조되는 태양전지가 기존의 태양전지와 비교하여 전하 수집 효율이 향상되어 광전변환효율이 향상될 수 있다.Since charges excited through the metal nanowire having a network structure formed in step 1 of the present invention can move, the solar cell manufactured according to the present invention has improved charge collection efficiency as compared with the conventional solar cell, Can be improved.

이때, 상기 단계 1의 금속나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하여 형성되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 광활성층으로 적용될 수 있는 다양한 물질이 적절히 적용될 수 있다.At this time, it is preferable that the metal nanowire of the step 1 is formed to include silver (Ag) or gold (Au) But various materials which can be applied as the photoactive layer can be suitably applied.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 금속나노선은 광전효과에 의해 생성된 전자가 계면에서 전자가 재결합을 통해 소멸되는 것을 억제하고, 전자의 이동을 돕는 역할을 한다. 이러한 이유로, 금속나노선은 전기전도도가 높은 금속 물질인 것이 바람직하다. 은, 금은 금속 물질 중 전기전도도가 각각 첫 번째, 세 번째로 높은 값을 갖는다. 이러한 이유로, 상기 금속나노선은 은 또는 금인 것이 바람직하다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as a composite photoelectrode, the metal nanowire inhibits the electrons generated by the photoelectric effect from disappearing through recombination at the interface , And helps the movement of electrons. For this reason, the metal nanowire is preferably a metal material having a high electrical conductivity. The electrical conductivities of gold and silver metal materials have the first and third highest values, respectively. For this reason, the metal nanowire is preferably silver or gold.

또한, 상기 금속나노선은 20 nm 내지 200 nm의 직경을 가지는 것이 바람직하다. The metal nanowire preferably has a diameter of 20 nm to 200 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 금속나노선은 복합광전극 내에 포함되어 있으면서 전자가 이동하는 통로를 제공한다. 이를 통하여, 전자가 복합광전극 내에서 재결합 되는 것을 억제함으로써 광전변환효율의 상승 효과가 있다. 상기 금속나노선의 직경이 20 nm를 초과하는 경우, 복합광전극을 구성하는 금속산화물의 비표면적이 감소되어 태양전지의 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 금속나노선의 직경이 200 nm 미만인 경우, 복합광전극 내에 금속나노선의 부피비가 줄어들고, 전하 수집 기능이 떨어지는 문제점이 있다.In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite light electrode, the metal nanowire is included in the composite light electrode and provides a passage through which electrons move. Through this, there is a synergistic effect of photoelectric conversion efficiency by suppressing the recombination of electrons in the composite photo-electrode. When the diameter of the metal nanowires is more than 20 nm, the specific surface area of the metal oxide composing the composite optical electrode may be reduced and the efficiency of the solar cell may be reduced. When the diameter of the metal nanowires is less than 200 nm, there is a problem that the volume ratio of the metal nanowires in the composite light electrode is reduced and the charge collecting function is deteriorated.

이때, 상기 단계 1의 금속나노선층은 스핀코팅, 전기방사 등을 통해 제 1전극 상부에 망상 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어 스핀코팅을 통해 형성될 시에는, 금속나노선을 용매에 균질하게 분산시킨 후, 이를 제 1전극 상부에 코팅하여 네트워크 구조의 금속 나노섬유를 형성시킬 수 있다.At this time, the metal nanowire layer of the step 1 may be formed in a network structure on the first electrode through spin coating, electrospinning, or the like. For example, when the metal nanowire is formed through spin coating, The metal nanofibers may be uniformly dispersed and then coated on the first electrode to form metal nanofibers having a network structure.

다만, 상기 단계 1의 나노선 제조방법이 이에 제한되는 것은 아니며, 네트워크 구조로 금속나노선을 형성할 수 있는 공정을 적절히 선택하여 수행될 수 있다. However, the method of manufacturing the nanowire of the step 1 is not limited thereto, and the nanowire may be formed by appropriately selecting a process capable of forming a metal nanowire with a network structure.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계2는 단계1에서 형성된 금속나노선 망상구조층 상에 제1금속산화물층(303)을 형성하는 단계로, 복합광전극의 구성물질인 제 1금속산화물층을 형성하면서 상기 단계 1에서 형성된 금속나노선의 표면을 덮는 금속산화물층을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, step 2 is a step of forming a first metal oxide layer 303 on the metal nanowire network structure layer formed in step 1 Forming a metal oxide layer covering the surface of the metal nanowires formed in the step 1 while forming a first metal oxide layer which is a constituent material of the composite optical electrode.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계3는 상기 단계2에서 형성된 제1금속산화물층 상에 금속나노입자층을 형성하는 단계로, 더 많은 표면적을 제공하고, 복합광전극 내에 플라즈몬 효과를 제공하는 금속 나노입자층(304)을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as a composite light electrode, step 3 is a step of forming a metal nanoparticle layer on the first metal oxide layer formed in step 2, Forming a metal nanoparticle layer 304 that provides more surface area and provides a plasmon effect within the composite light electrode.

이때, 상기 단계3의 금속나노입자층은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하여 형성되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 금속나노입자로 적용될 수 있는 다양한 물질이 적절히 적용될 수 있다. At this time, it is preferable that the metal nanoparticle layer of step 3 includes silver (Ag) or gold (Au) The present invention is not limited thereto, and various materials that can be applied to metal nanoparticles can be suitably applied.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 금속나노입자는 플라즈몬 효과에 의해 더 많은 광전자를 여기시키는 역할을 하고, 추가로 발생된 전자에 의해 광전효율이 상승하는 효과가 있다. 이러한 플라즈몬 효과는 금속나노입자와 태양광과의 반응에 의한 산란과 흡수에 의해 결정되는데, 플라즈몬 효과는 도입된 금속의 종류에 따라 변화하게 된다. 일반적으로, 높은 전기 전도도를 갖는 물질이 플라즈몬 효과가 큰 것으로 알려졌다. 예를 들어, 은 나노입자의 경우 산란 횡단면(scattering cross-section)이 나노입자 직경의 약 10배인 것으로 알려졌고, 큰 산란 횡단면을 가지는 경우 넓은 플라즈몬 공명 범위(plasmon resonance range)를 갖는 것이 특징이다. 상기의 이유로 복합광전극에 포함되는 금속나노입자는 은 또는 금인 것이 바람직하다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as a composite photoelectrode, the metal nanoparticle serves to excite more photoelectrons by the plasmon effect, The photoelectric efficiency is increased. The plasmon effect is determined by scattering and absorption by the reaction between metal nanoparticles and sunlight, and the plasmon effect changes depending on the kind of the introduced metal. In general, it is known that a substance having a high electrical conductivity has a large plasmonic effect. For example, in the case of silver nanoparticles, the scattering cross-section is known to be about 10 times the diameter of the nanoparticle, and when it has a large scattering cross-section, it has a broad plasmon resonance range. For the reasons described above, the metal nanoparticles included in the composite photoelectrode are preferably silver or gold.

또한, 상기 단계3의 금속나노입자는 10 nm 내지 100 nm의 직경을 가지는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the metal nanoparticles of step 3 have a diameter of 10 nm to 100 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기에 따르면 금속나노입자를 복합광전극에 도입하면 금속나노입자는 국부적인 자기장을 높이고, 빛의 산란을 시키게 된다. 이때, 상기의 금속나노입자의 직경에 따라 복합광전극에서의 효과가 변화하게 된다. 상기 금속나노입자의 직경이 100 nm를 초과하는 경우, 금속나노입자의 크기가 커질수록 플라즈몬 효과가 커지는 경향이 있지만, 본 발명에 의한 태양전지의 구성에 있어서 입자의 크기가 지나치게 커서, 본 발명에 의한 태양전지를 구성하기가 어려운 단점이 있다. 상기 금속나노입자의 직경이 10 nm 미만인 경우, 금속나노입자에 의한 플라즈몬 효과가 충분하지 않아, 광전자 여기 효과가 낮은 문제점이 있다.In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, when the metal nanoparticles are introduced into the composite photoelectrode, the metal nanoparticles increase the local magnetic field, . At this time, depending on the diameter of the metal nanoparticles, the effect of the composite light electrode changes. When the diameter of the metal nanoparticles exceeds 100 nm, the larger the size of the metal nanoparticles, the greater the plasmon effect. However, the size of the particles in the solar cell according to the present invention is too large, It is difficult to form a solar cell. When the diameter of the metal nanoparticles is less than 10 nm, the plasmon effect due to the metal nanoparticles is not sufficient, resulting in a low photoelectron excitation effect.

또한, 상기 단계 3의 금속나노입자층은 스핀코팅을 통해 형성되는 것이 바람직할 수 있다. In addition, it is preferable that the metal nanoparticle layer of step 3 is formed through spin coating.

다만, 상기 단계 3의 금속나노입자층 제조방법이 이에 제한되는 것은 아니며, 나노크기수준의 금속나노입자층을 형성할 수 있는 방법이라면 적절히 선택하여 수행될 수 있다. However, the manufacturing method of the metal nanoparticle layer in the step 3 is not limited thereto, and the method of forming the metal nanoparticle layer at the nanoscale level can be appropriately selected and performed.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계4는 상기 단계3에서 형성된 금속나노입자층 상에 제2금속산화물층(305)을 형성하는 단계로, 상기 단계 3에서 형성된 금속나노입자층의 표면을 덮고, 복합광전극을 완성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode, step 4 is a step of forming a second metal oxide layer 305 on the metal nanoparticle layer formed in step 3 The step of covering the surface of the metal nanoparticle layer formed in Step 3 and completing the composite photoelectrode.

이때, 상기 단계2 또는 단계4의 금속산화물층은 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO)을 포함하여 형성되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 광전극으로 적용될 수 있는 다양한 물질이 적절히 적용될 수 있다.At this time, it is preferable that the metal oxide layer of step 2 or 4 is formed of titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO) But the present invention is not limited thereto, and various materials that can be applied to the photoelectrode can be suitably applied.

또한, 상기 단계2 및 단계4 금속산화물층은 각각의 두께는 20nm 내지 40nm인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that each of the step 2 and the step 4 metal oxide layer has a thickness of 20 nm to 40 nm.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 제1 및 제2금속산화물층 각각의 두께가 20nm 미만인 경우, 상기 코팅층이 금속나노선 및 금속나노입자의 표면을 완전히 덮지 못하여, 코팅층을 통하여 금속나노선 및 나노막대 표면의 결함을 감소시키는 효과가 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 금속산화물의 두께가 40nm를 초과하는 경우, 상기 코팅층이 전하들의 이동을 방해하는 요인으로 작용하여 전하수집 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있어 태양전지의 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as a composite light electrode, when the thickness of each of the first and second metal oxide layers is less than 20 nm, The metal nanoparticles may not completely cover the surface of the metal nanoparticles so that the effect of reducing the defects on the surfaces of the metal nanowires and nanorods through the coating layer may be lowered. When the thickness of the metal oxide exceeds 40 nm, The charge collecting efficiency may be reduced and the efficiency of the solar cell may be reduced.

이때, 상기 단계2 또는 단계4의 금속산화물층은 원자층증착법을 통해 형성되는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the metal oxide layer of step 2 or step 4 is formed by atomic layer deposition.

상기 단계 2 또는 단계 4의 금속산화물층은 예를 들어, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)을 통해 코팅될 수 있으며, 상기 원자층 증착은 본 발명의 제조방법과 같이 박막의 두께를 제어하는 것이 비교적 용이하기 때문에, 상기한 바와 같이 20 내지 40 nm 두께로 금속산화물을 코팅해낼 수 있다.The metal oxide layer of step 2 or step 4 may be coated, for example, by atomic layer deposition (ALD), and the atomic layer deposition may be performed by controlling the thickness of the thin film It is relatively easy to coat the metal oxide with a thickness of 20 to 40 nm as described above.

다만, 상기 단계 2 또는 단계 4의 코팅이 이에 제한되는 것은 아니며, 금속산화물층을 나노 크기 수준으로 코팅할 수 있는 적절한 코팅장치 또는 방법을 적절히 적용할 수 있다.However, the coating of step 2 or step 4 is not limited thereto, and a suitable coating apparatus or method capable of coating a metal oxide layer at a nano-scale level can be suitably applied.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계5는 상기 단계4에서 형성된 제2금속산화물층 상에 광활성층을 형성하는 단계로, 태양전지에 조사된 태양광을 흡수하여 전자와 정공을 생성하는 광활성층을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as composite light electrodes, step 5 is a step of forming a photoactive layer on the second metal oxide layer formed in step 4, And forming a photoactive layer that absorbs sunlight irradiated to the cell to generate electrons and holes.

이때, 상기 단계5의 광활성층은 황화안티몬, 페로브스카이트 및 황화납의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 광활성층으로 적용될 수 있는 다양한 물질이 적절히 적용될 수 있다.At this time, the photoactive layer in step 5 preferably includes at least one selected from the group consisting of antimony sulfide, perovskite, and lead sulfide, but is not limited thereto, and various materials applicable as a photoactive layer may be suitably applied have.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계6은 상기 광활성층 상에 정공 전달층을 형성하는 단계로, 광활성층에서 생성된 정공을 효율적으로 전극으로 이동시키는 정공 전달층을 형성하는 단계이다. In the method for manufacturing a solar cell including metal nanowires and metal nanoparticles according to the present invention as composite light electrodes, step 6 is a step of forming a hole transport layer on the photoactive layer, Thereby forming a hole transporting layer for efficiently transporting electrons to the electrode.

상기 단계 5에서 생성된 광활성층에 태양광이 조사되면 광전효과에 의해 전자, 정공이 생성되고, 전자/정공의 이동으로 전하가 발생된다. 이때, 전자는 복합광전극일 지나 제 1전극으로 이동을 하고, 정공은 홀 트랜스포트 레이어를 이동하여 제 2 전극으로 이동을 한다. 이때, 정공 전달층은 광활성층에서 생성된 정공의 손실을 최소화하는 기능을 한다. When the photoactive layer generated in step 5 is irradiated with sunlight, electrons and holes are generated by the photoelectric effect, and charge is generated by movement of electrons / holes. At this time, the electrons move to the composite electrode or the first electrode, and the holes move to the second electrode by moving the hole transport layer. At this time, the hole transporting layer functions to minimize the loss of holes generated in the photoactive layer.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계7은 상기 단계6에서 형성된 정공 전달층 상에 제2전극을 형성하는 단계로, 태양전지를 구성하는 하나의 전극을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell including metal nanowires and metal nanoparticles according to the present invention as composite light electrodes, step 7 is a step of forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 6, Is formed.

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 정공 전달층은 단분자 또는 고분자 정공전달 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 단분자 정공 전달 물질로서 spiro- MeOTAD (2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)9,9'spirobifluorene)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 정공 전달층에는 도핑 물질, 예를 들어, Li 계열 도펀트, Co 계열 도펀트, 또는 Li 계열 도펀트 및 Co 계열 도펀트 모두가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다In the method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and a metal nanoparticle according to the present invention as a composite photoelectrode, the hole transport layer may include a single molecule or a polymer hole transport material, but is not limited thereto. For example, spiro-MeOTAD (2,2 ', 7'-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl-amine) 9,9'spirobifluorene) may be used as the monomolecular hole- But is not limited to. The hole transport layer may further include a doping material such as a Li-based dopant, a Co-based dopant, a Li-based dopant, and a Co-based dopant, but is not limited thereto

본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 제 2전극은 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 은(Ag), 아연(Zn), 금(Au), 백금(Pt) 등을 포함하는 금속 전극일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 바람직한 일례로써는 금(Au)전극을 사용할 수 있다. The method of manufacturing a solar cell including a metal nanowire and metal nanoparticles according to the present invention as a composite photoelectrode is characterized in that the second electrode is formed of a metal selected from the group consisting of aluminum (Al), calcium (Ca), silver (Ag) , Gold (Au), platinum (Pt), or the like. However, the present invention is not limited thereto, and a gold (Au) electrode can be used as a preferable example.

이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.It should be noted, however, that the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples and the experimental examples.

<실시예 1> 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조 1Example 1 Production of a Solar Cell Containing Metal Nanowires and Metal Nanoparticles as Composite Light Electrodes 1

단계 1: 유리 기판상에 제1 전극으로 투명전극인 FTO를 500 nm의 두께로 화학 기상 증착(CVD) 공정을 통해 형성시켰으며, 상기 제1 전극 상에 은(Ag) 나노 와이어 전구체 콜로이드 용액을 전기 방사 방법으로 도포한 후, 140℃에서 20분 열처리를 수행하였다. 상기의 방법을 통해 직경 30 nm의 은 나노선 망상구조층을 제 1전극 상에 형성하였다. Step 1: FTO, which is a transparent electrode, was formed as a first electrode on a glass substrate through a chemical vapor deposition (CVD) process to a thickness of 500 nm, and a silver (Ag) nanowire precursor colloid solution After the application by the electrospinning method, heat treatment was performed at 140 ° C for 20 minutes. A silver nanowire network layer having a diameter of 30 nm was formed on the first electrode through the above method.

단계 2: 상기의 은(Ag) 나노선 망상구조층 상에 산화아연(ZnO) 금속산화물층을 20 nm의 두께로 원자층 증착 방법으로 형성하였다. Step 2: A zinc oxide (ZnO) metal oxide layer having a thickness of 20 nm was formed on the silver (Ag) nanowire network structure layer by an atomic layer deposition method.

이때, 상기 산화아연층의 코팅은 원자층증착법을 통해 수행되었으며, 상세하게는 디에틸아연(DEZ, Diethyl Zinc)과 수분(H2O)를 포함하는 전구체 용액을 이용하여 200사이클(cycles) 동안 증착함으로써 20 nm의 두께의 산화아연층을 은 나노선 망상구조 층 상에 코팅하였다.At this time, the coating of the zinc oxide layer was performed by atomic layer deposition. Specifically, the coating was performed for 200 cycles using a precursor solution containing diethyl zinc (DIZ) and water (H 2 O) A 20 nm thick zinc oxide layer was coated on the silver nanowire network layer.

단계3 : 상기의 산화아연 금속산화물층 상에 30 nm 직경의 금(Au) 나노입자층을 스핀코팅의 방법으로 형성하였다. Step 3: A 30 nm diameter gold (Au) nanoparticle layer was formed by the spin coating method on the above zinc oxide metal oxide layer.

이때, 상기 금 나노입자는 Gold(III) chloride trihydrate(HAuCl43H2O)가 전구체로 사용되었으며, 상기 전구체 용액은 에탄올에 용해되어 0.01 mol/L 용액으로 준비하였다. 상기 전구체 용액을 스핀 코팅 방법으로 수행하여, 평균 직경 크기 30 nm의 금속 나노입자층을 제1 금속산화물층 상에 형성하였다. Gold nanoparticles were prepared using gold (III) chloride trihydrate (HAuCl43H2O) as a precursor, and the precursor solution was dissolved in ethanol to prepare a 0.01 mol / L solution. The precursor solution was spin coated to form a metal nanoparticle layer having an average diameter of 30 nm on the first metal oxide layer.

단계4 : 상기의 금 나노입자층 상에 산화아연 금속산화물층 20nm 의 두께로 코팅하여 복합광전극을 제조하였다. Step 4: A zinc oxide layer of 20 nm in thickness was coated on the gold nanoparticle layer to prepare a composite photoelectrode.

이때, 상기 산화아연층의 코팅은 원자층증착법을 통해 수행되었으며, 상세하게는 디에틸아연(DEZ, Diethyl Zinc)과 수분(H2O)를 포함하는 전구체 용액을 이용하여 200사이클(cycles) 동안 증착함으로써 20 nm의 두께의 산화아연층을 은 나노선 망상구조 층 상에 코팅하였다.At this time, the coating of the zinc oxide layer was performed by atomic layer deposition. Specifically, the coating was performed for 200 cycles using a precursor solution containing diethyl zinc (DIZ) and water (H 2 O) A 20 nm thick zinc oxide layer was coated on the silver nanowire network layer.

단계 5: 상기 단계4에서 형성된 제 2 금속산화물층 상에 황화안티몬 광활성층을 형성하였다. Step 5: An antimony antimony photoactive layer was formed on the second metal oxide layer formed in Step 4 above.

이때 황화안티몬 광활성층은 화학적 용액성장법(CBD; Chemical Bath Deposition)에 의해 제조하였다. 즉, 2.5 ml 의 아세톤에 650 mg의 삼염화안티몬(SbCl3)를 녹인 용액과 1차 증류수에 6.2 g의 아황산나트륨(Na2SO3) 를 녹인 용액을 혼합하여 제조하고, 혼합용액에 복합광전극을 침지하였고, 0 ℃ 이하의 온도에서 2시간 동안 침지하는 화학적 용액성장법을 이용하여 황화안티몬 층을 100 nm의 두께로 형성하였다. 황화안티몬 층이 형성된 복합광전극을 아르곤(Ar) 분위기에서 300 ℃에서 30분간 열처리(annealing)하였다.At this time, the antimony antimony photoactive layer was prepared by Chemical Bath Deposition (CBD). That is, a solution obtained by dissolving 650 mg of antimony trichloride (SbCl 3 ) in 2.5 ml of acetone and a solution of 6.2 g of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) in the first distilled water were mixed to prepare a composite light electrode And an antimony sulfide layer having a thickness of 100 nm was formed by a chemical solution growth method in which the substrate was immersed at a temperature of 0 ° C or less for 2 hours. The composite optical electrode in which the antimony sulfide layer was formed was annealed in an argon (Ar) atmosphere at 300 캜 for 30 minutes.

단계6 : 상기 단계 5에서 형성된 광활성층 상부에 정공전달물질인 spiro-MeOTAD를 스핀코팅하여 정공전달층 100 nm의 두께로 형성하였다.Step 6: Spiro-MeOTAD, which is a hole transfer material, was spin-coated on the photoactive layer formed in step 5 to form a hole transport layer having a thickness of 100 nm.

단계7 : 상기 단계 6에서 형성된 정공전달층 상부에 금(Au)을 약 100 nm의 두께로 화학기상증착하여 제2 전극을 형성함으로 태양전지를 제조하였다.Step 7: A gold (Au) was deposited on the hole transport layer formed in step 6 by chemical vapor deposition to a thickness of about 100 nm to form a second electrode.

상기의 방법을 통하여 은 나노선, 금 나노입자가 포함된 복합광전극을 준비하였고, 상기 복합광전극의 제1 금속산화물층 및 제2 금속산화물층을 각각 20nm 두께로 산화아연을 적층하여 복합광전극을 형성하였고 태양전지를 제조하였다. A composite optical electrode including silver nanowires and gold nanoparticles was prepared through the above method and the first metal oxide layer and the second metal oxide layer of the composite optical electrode were laminated with zinc oxide to a thickness of 20 nm, Electrode was formed and a solar cell was manufactured.

<실시예 2> 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조 2&Lt; Example 2 > Production of solar cell including metallic nanowires and metal nanoparticles as composite light-emitting electrodes 2

상기 실시예 1의 단계 2 및 단계4에서, 제 1 및 제 2 금속산화물층을 각각 30 nm두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 복합광전극을 포함하는 태양전지를 제조하였다. In the step 2 and the step 4 of Example 1, a solar cell including a composite photoelectrode was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the first and second metal oxide layers were each formed to a thickness of 30 nm Respectively.

<실시예 3> 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 제조 3&Lt; Example 3 > Production of solar cell including metallic nanowires and metal nanoparticles as composite light-emitting electrodes 3

상기 실시예 1의 단계 2 및 단계4에서, 제 1 및 제 2 금속산화물층을 각각 40 nm두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 복합광전극을 포함하는 태양전지를 제조하였다. A solar cell including a composite photoelectrode was manufactured in the same manner as in Example 1 except that each of the first and second metal oxide layers was formed to a thickness of 40 nm in Step 2 and Step 4 of Example 1 Respectively.

<비교예 1> 금속산화물 단일 광전극을 포함하는 태양전지의 제조&Lt; Comparative Example 1 > Manufacture of solar cell including metal oxide single electrode

단계 1: 유리 기판상에 제1 전극으로 투명전극인 FTO를 500 nm의 두께로 화학기상증착 공정을 통해 형성하였다. 상기의 제 1전극 상에 산화아연(ZnO) 금속산화물층을 60 nm의 두께로 원자층 증착 방법으로 형성하였다. Step 1: FTO, which is a transparent electrode, was formed as a first electrode on a glass substrate through a chemical vapor deposition process to a thickness of 500 nm. A zinc oxide (ZnO) metal oxide layer having a thickness of 60 nm was formed on the first electrode by an atomic layer deposition method.

이때, 상기 산화아연층의 코팅은 원자층증착법을 통해 수행되었으며, 상세하게는 디에틸아연(DEZ, Diethyl Zinc)과 수분(H2O)를 포함하는 전구체 용액을 이용하여 600사이클(cycles) 동안 증착함으로써 60 nm의 두께의 산화아연층을 제 1전극 상에 형성하였다. At this time, the coating of the zinc oxide layer was carried out by atomic layer deposition. Specifically, the coating was performed for 600 cycles using a precursor solution containing diethyl zinc (DIZ) and water (H 2 O) A zinc oxide layer with a thickness of 60 nm was formed on the first electrode.

단계2 : 상기 단계1에서 형성된 금속산화물 광전극 상에 황화안티몬 광활성층을 형성하였다. Step 2: An antimony antimony photoactive layer was formed on the metal oxide photoelectrode formed in Step 1 above.

이때 황화안티몬 광활성층은 화학적 용액성장법(CBD; Chemical Bath Deposition)에 의해 제조하였다. 즉, 2.5 ml 의 아세톤에 650 mg의 삼염화안티몬(SbCl3)를 녹인 용액과 1차 증류수에 6.2 g의 아황산나트륨(Na2SO3)를 녹인 용액을 혼합하여 제조하고, 혼합용액에 아연산화물 광전극을 침지하였고, 0 ℃ 이하의 온도에서 2시간 동안 침지하는 화학적 용액성장법을 이용하여 황화안티몬 층을 100 nm 의 두께로 형성하였다. 황화안티몬 층이 형성된 광전극을 아르곤(Ar) 분위기에서 300 ℃에서 30분간 열처리(annealing)하였다.At this time, the antimony antimony photoactive layer was prepared by Chemical Bath Deposition (CBD). That is, a solution obtained by dissolving 650 mg of antimony trichloride (SbCl 3 ) in 2.5 ml of acetone and a solution of 6.2 g of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) in the first distilled water were mixed to prepare a zinc oxide The electrode was immersed and the antimony sulfide layer was formed to a thickness of 100 nm by a chemical solution growth method in which the solution was immersed at a temperature of 0 ° C or less for 2 hours. The photoelectrode having the antimony sulfide layer was annealed in an argon (Ar) atmosphere at 300 캜 for 30 minutes.

단계3 : 상기 단계 2에서 형성된 광활성층 상부에 정공전달물질인 spiro-MeOTAD를 스핀코팅하여 정공전달층 100 nm의 두께로 형성하였다.Step 3: Spiro-MeOTAD, which is a hole transfer material, was spin-coated on the photoactive layer formed in Step 2 to form a hole transport layer having a thickness of 100 nm.

단계4 : 상기 단계 3에서 형성된 정공전달층 상부에 금(Au)을 약 100 nm의 두께로 화학기상증착하여 제2 전극을 형성함으로 태양전지를 제조하였다.Step 4: A gold (Au) was deposited on the hole transport layer formed in Step 3 by chemical vapor deposition to a thickness of about 100 nm to form a second electrode, thereby fabricating a solar cell.

상기의 방법을 통하여 산화아연 60 nm의 두께로 형성된 단일 광전극을 포함하는 태양전지를 준비하였다.A solar cell including a single photo electrode formed to a thickness of 60 nm by zinc oxide was prepared through the above method.

<실험예 1> 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지의 광전변환효율분석 1EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Analysis of Photoelectric Conversion Efficiency of a Solar Cell Containing Metal Nanowires and Metal Nanoparticles as Composite Photoelectrodes 1

본 발명에 따른 광전극의 성능을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 태양전지의 광전변환효율을 솔라시뮬레이터로 측정하였다. 측정조건은 AM 1.5(1sun, 100 mW/cm2)였으며, 측정된 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방전압(VOC), 채움인자(F.F.), 광전변환효율(η) 결과값을 하기 표 1에 나타내었다.In order to confirm the performance of the photoelectrode according to the present invention, the photoelectric conversion efficiencies of the solar cells manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured with a solar simulator. The measurement conditions were AM 1.5 (1sun, 100 mW / cm 2 ) and the measured short circuit current density (J SC ), open circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency Are shown in Table 1 below.

개방전압
(V)
Open-circuit voltage
(V)
단락전류밀도
(mA/cm2)
Short circuit current density
(mA / cm 2 )
채움인자
(%)
Fill factor
(%)
광전변환효율
(%)
Photoelectric conversion efficiency
(%)
실시예 1Example 1 0.370.37 13.2713.27 42.942.9 2.122.12 실시예 2Example 2 0.410.41 15.4015.40 47.447.4 3.023.02 실시예 3Example 3 0.420.42 14.3814.38 45.445.4 2.732.73 비교예 1Comparative Example 1 0.590.59 9.859.85 34.934.9 2.052.05

광전변환효율은 개방전압, 단락전류밀도, 채움인자와 정비례하는 값이다. The photoelectric conversion efficiency is directly proportional to the open-circuit voltage, the short-circuit current density, and the fill factor.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 실험결과 비교예 1의 수치와 비교하여 단락전류밀도가 34.7%, 채움인자가 22.9% 상승하여 광전변환효율의 상승효과가 있고, 개방전압 수치가 37.3% 감소하여 광전변환효율의 하락효과가 있다. 상기의 측정치가 상쇄되어 그 결과 광전변환효율이 약 3.4% 상승하였다. As shown in Table 1, the short circuit current density was 34.7% and the filling factor was 22.9% higher than that of Comparative Example 1 as a result of the experiment of Example 1. As a result, the photoelectric conversion efficiency was increased, %, And the photoelectric conversion efficiency is lowered. The above measurements were canceled, resulting in a photoelectric conversion efficiency of about 3.4%.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 실험결과 비교예 1의 수치와 비교하여 단락전류밀도가 56.3%, 채움인자가 35.8% 상승하여 광전변환효율의 상승효과가 있고, 개방전압 수치가 30.5% 감소하여 광전변환효율의 하락효과가 있다. 상기의 측정치가 상쇄되어, 그 결과 광전변환효율이 약 47.3% 상승하였다. As shown in Table 1, as a result of the experiment of Example 2, the short circuit current density and the filling factor were increased by 56.3% and 35.8%, respectively, as compared with the values of Comparative Example 1, %, And the photoelectric conversion efficiency is lowered. The above measurements were canceled, resulting in a photoelectric conversion efficiency of about 47.3%.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 실험결과 비교예 1의 수치와 비교하여 단락전류밀도가 46.0%, 채움인자가 30.1% 상승하여 광전변환효율의 상승효과가 있고, 개방전압 수치가 29.8% 감소하여 광전변환효율의 하락효과가 있다. 상기의 측정치가 상쇄되어, 그 결과 광전변환효율이 약 33.2% 상승하였다. As shown in Table 1, as a result of the experiment of Example 3, the short circuit current density and the filling factor were increased by 46.0% and 30.1%, respectively, as compared with the values of Comparative Example 1, %, And the photoelectric conversion efficiency is lowered. The above measurements were canceled, resulting in a photoelectric conversion efficiency of about 33.2%.

상기의 실험 분석결과 본 발명에 의한 복합광전극이 포함된 태양전지에서 단락전류밀도 및 채움인자가 비교예 1과 비교하여 큰 수치의 상승이 있었는데, 이러한 이유는 금속나노입자의 도입으로 인한 플라즈몬 효과와 이로 인해 더 많은 광전자가 여기되고, 금속나노선의 도입으로 전하 수집효율이 향상되었기 때문으로 분석되고, 이로 인한 광전변환효율의 큰 개선이 확인되었다. As a result of the above experiment, the short circuit current density and fill factor of the solar cell including the composite optical electrode according to the present invention were increased as compared with Comparative Example 1. This is because the plasmon effect due to the introduction of the metal nanoparticles And that this leads to more photoelectrons being excited and the charge collection efficiency being improved by the introduction of metal nanowires, which has resulted in a significant improvement in the photoelectric conversion efficiency.

이와 같이, 본 발명에 따른 금속나노선 및 금속나노입자를 복합광전극으로 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법을 통하여, 궁극적으로 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. As described above, it was confirmed that the solar cell including the metal nanowire and the metal nanoparticle according to the present invention as a composite photo electrode and the manufacturing method thereof can ultimately improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell .

100: 제 1전극
101: 금속산화물 광전극
102: 제 1전극
103: 금속산화물 차단층
104: 금속산화물 광전극
201: 제 1전극
202: 금속나노선 및 금속나노입자를 포함하는 복합광전극
203: 광활성층
204: 정공전달층
205: 제 2전극
301: 제 1전극
302: 금속나노선 망상구조층
303: 제 1 금속산화물층
304: 금속나노입자층
305: 제 2 금속산화물층
100: first electrode
101: metal oxide photoelectrode
102: first electrode
103: metal oxide barrier layer
104: metal oxide photoelectrode
201: first electrode
202: Composite photoelectrode containing metal nanowires and metal nanoparticles
203: photoactive layer
204: hole transport layer
205: second electrode
301: first electrode
302: metal nanowire network layer
303: First metal oxide layer
304: metal nanoparticle layer
305: second metal oxide layer

Claims (19)

제1전극, 복합광전극, 광활성층, 정공전달층 및 제2전극을 포함하고,
상기 복합광전극은 제1전극 상에 형성된 금속나노선 망상구조층, 상기 금속나노선 망상구조층 상에 형성된 제1금속산화물층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 금속나노입자층 및 상기 금속나노입자층 상에 형성된 제2금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
A first electrode, a composite light electrode, a photoactive layer, a hole transporting layer, and a second electrode,
Wherein the composite optical electrode comprises a metal nanowire network layer formed on the first electrode, a first metal oxide layer formed on the metal nanowire network layer, a metal nanoparticle layer formed on the first metal oxide layer, And a second metal oxide layer formed on the particle layer.
제1항에 있어서,
상기 금속나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanowire comprises silver (Ag) or gold (Au).
제1항에 있어서,
상기 금속나노선은 20 nm 내지 200 nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanowire has a diameter of 20 nm to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속나노입자는 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoparticles include silver (Ag) or gold (Au).
제1항에 있어서,
상기 금속나노입자는 10 nm 내지 100 nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoparticles have a diameter of 10 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 금속산화물층은 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second metal oxide layers comprise titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO).
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 금속산화물층 각각의 두께는 20 nm 내지 40 nm인 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of each of the first and second metal oxide layers is 20 nm to 40 nm.
제1항에 있어서,
상기 광활성층은 황화안티몬, 페로브스카이트 및 황화납 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the photoactive layer comprises at least one selected from the group consisting of antimony sulfide, perovskite, and lead sulfide.
제1전극 상부에 금속나노선 망상구조층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 금속나노선 망상구조층 상에 제1금속산화물층을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 제1금속산화물층 상에 금속나노입자층을 형성하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 금속나노입자층 상에 제2금속산화물층을 형성하는 단계(단계 4);
상기 단계4에서 형성된 제2금속산화물층 상에 광활성층을 형성하는 단계(단계 5);
상기 광활성층 상에 정공 전달층을 형성하는 단계(단계 6); 및
상기 단계 6에서 형성된 정공 전달층 상에 제2전극을 형성하는 단계(단계 7);를 포함하는 태양전지의 제조방법.
Forming a metal nanowire network layer on the first electrode (step 1);
Forming a first metal oxide layer on the metal nanowire network structure layer formed in Step 1 (Step 2);
Forming a metal nanoparticle layer on the first metal oxide layer formed in Step 2 (Step 3);
Forming a second metal oxide layer on the metal nanoparticle layer formed in step 3 (step 4);
Forming a photoactive layer on the second metal oxide layer formed in step 4 (step 5);
Forming a hole transporting layer on the photoactive layer (step 6); And
And forming a second electrode on the hole transport layer formed in Step 6 (Step 7).
제9항에 있어서,
상기 단계 1의 금속나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanowire of step 1 is formed of silver (Ag) or gold (Au).
제9항에 있어서,
상기 단계 1의 금속나노선은 20 nm 내지 200 nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanowire of step 1 has a diameter of 20 nm to 200 nm.
제 9항에 있어서,
상기 단계 1의 금속나노선층은 스핀코팅 또는 전기방사법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanowire layer of step 1 is formed through spin coating or electrospinning.
제9항에 있어서,
상기 단계 3의 금속나노입자층은 은(Ag) 또는 금(Au)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanoparticle layer of step 3 comprises silver (Ag) or gold (Au).
제9항에 있어서,
상기 단계 3의 금속나노입자는 10 nm 내지 100 nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanoparticles of step 3 have a diameter of 10 nm to 100 nm.
제 9항에 있어서,
상기 단계 3의 금속나노입자층은 스핀코팅을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal nanoparticle layer of step 3 is formed through spin coating.
제9항에 있어서,
상기 단계 2 또는 4의 금속산화물층은 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal oxide layer of step 2 or 4 is formed of titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO).
제9항에 있어서,
상기 단계 2 및 단계 4의 금속산화물층 각각의 두께는 20 nm 내지 40 nm인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the thickness of each of the metal oxide layers in the step 2 and the step 4 is 20 nm to 40 nm.
제 9항에 있어서,
상기 단계2 또는 단계4의 금속산화물층은 원자층증착법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal oxide layer of step 2 or step 4 is formed by atomic layer deposition.
제9항에 있어서,
상기 단계 5의 광활성층은 황화안티몬, 페로브스카이트 및 황화납의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the photoactive layer of step 5 comprises at least one selected from the group consisting of antimony sulfide, perovskite, and lead sulfide.
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