KR101998021B1 - Perovskite Solar Cells And The Fabrication Method Of The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양전지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a perovskite solar cell and a manufacturing method thereof.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 환경적인 문제를 해결하기 위해서 태양 에너지, 풍력, 수력과 같이 재생가능하며, 청정한 대체 에너지원에 관한 연구가 활발하다.In order to solve the environmental problems caused by depletion of fossil energy and its use, renewable and clean alternative energy sources such as solar energy, wind power, and hydro power are actively studied.
이 중에서 특히, 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있으며, 여기서, 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.Particularly, there is a great interest in solar cells that change electric energy directly from sunlight. Here, solar cell is a solar cell which uses a photovoltaic effect that absorbs light energy from sunlight to generate electrons and holes, - means a cell that generates voltage.
태양전지의 경우, 현재 광에너지 변환효율이 20%가 넘는 n-p 다이오드형 실리콘(Si) 단결정 기반 태양전지가 주로 사용되고 있으며, 이보다 더 변환효율이 우수한 갈륨아세나이드(GaAs)와 같은 화합물 반도체를 이용한 태양전지의 개발도 지속적으로 이루어지고 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 공정 장비가 요구되어 태양전지의 제조비용을 낮게 하는 데에는 한계가 있다.In the case of solar cells, np diode type silicon (Si) monocrystal based solar cells with a light energy conversion efficiency of over 20% are mainly used, and solar cells using compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs) The development of batteries is also continuing. 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 thus there is a limit to lowering the manufacturing cost of the solar cell.
이러한 기존의 반도체 기반의 태양전지를 대체하기 위해서, 순수한 무기물 소재가 아닌 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 이용한 태양전지 연구가 계속되고 있다. In order to replace such conventional semiconductor-based solar cells, solar cell research using a material having a perovskite structure instead of a pure inorganic material is being continued.
페로브스카이트 태양전지는 기본적으로 후면전극. 홀전도층, 광흡수층, 전자전도층, 전면 투명전극, 유리기판의 구조로 이루어져 있으며, 전면에서 입사된 태양빛이 광흡수층에 흡수되어 광흡수층으로부터 전자-정공쌍이 형성되어 전기를 발생하는 형태로 이루어져 있다. 이 때 형성된 전자-정공쌍 중 전자는 전자전도층으로 수집되고, 정공은 홀전도층으로 수집되는 역할을 한다. 전자-정공쌍을 생성하는 광흡수층은 빛의 흡수계수가 높고, 에너지 밴드갭은 약 1.5 eV를 가지는 데, 이 때 광흡수층의 에너지 밴드갭이 약 1.5 eV정도이기 때문에, 1.5 eV 정도 되는 태양빛 에너지만 흡수가 되어 전자 정공쌍을 만들고 이보다 큰 태양빛은 흡수된 빛 에너지가 열에너지로 변환되어 소자의 온도를 높여 태양전지 소자의 특성을 저하시키며, 이보다 에너지가 낮은 태양빛은 후면 쪽에서 흡수되어, 전자가 전면까지 이동할 때 재결합을 거치게 되어 전자 전도 효율이 낮아지거나 전혀 흡수되지 못하는 문제점이 있었다.Perovskite solar cells are basically a rear electrode. A hole transporting layer, a light absorbing layer, an electron transporting layer, a front transparent electrode, and a glass substrate. Solar light incident on the front surface is absorbed by the light absorbing layer to form electrons- consist of. Among the electron-hole pairs formed at this time, electrons are collected in the electron conduction layer, and holes are collected in the hole conduction layer. The light absorption layer that generates electron-hole pairs has a high absorption coefficient of light and an energy band gap of about 1.5 eV. Since the energy band gap of the light absorption layer is about 1.5 eV, Energy is absorbed only to make electron hole pairs, and sunlight larger than this is converted into heat energy by absorbed light energy, which lowers the characteristics of the solar cell element by raising the temperature of the device, and sunlight with lower energy is absorbed from the rear side, There is a problem that the electron conduction efficiency is lowered or not absorbed at all when the electrons move to the front side.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전면 전극, 상기 전면 전극 상에 형성된 전자 전도층, 상기 전자 전도층 상에 형성된 페로브스카이트 광흡수층, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 형성된 정공 전도층 및 상기 정공 전도층 상에 형성된 후면 전극을 포함하고, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간, 후면층 구간 및 상기 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간을 포함하는 전자수집효율이 개선된 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a plasma display panel comprising a substrate, a front electrode formed on the substrate, an electron conductive layer formed on the front electrode, a perovskite light absorbing layer formed on the electron conductive layer, And a rear electrode formed on the hole transporting layer, wherein the perovskite light absorbing layer is disposed between the front layer section and the rear layer section and between the front layer section and the rear layer section And to provide a perovskite solar cell having an improved electron collection efficiency including an arranged energy band gap sloped layer section.
보다 구체적으로, 상기 페로브스카이트 태양전지의 광흡수층은, 에너지 밴드갭이 우물형 구조를 갖는 3구간 복수층의 3 구간 코팅층으로서, 후면쪽에서 흡수되는 전자가 전면까지 재결합없이 이동하게 하여 품질 좋은 광흡수층을 형성할 수 있다.More specifically, the light absorbing layer of the perovskite solar cell is a triple-layered three-layered three-layered coating layer having an energy band gap of a well-like structure. The electrons absorbed from the rear side move to the front without recombination, A light absorbing layer can be formed.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전면 전극, 상기 전면 전극 상에 형성된 전자 전도층, 상기 전자 전도층 상에 형성된 페로브스카이트 광흡수층, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 형성된 정공 전도층 및 상기 정공 전도층 상에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간, 후면층 구간 및 상기 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)을 포함한다.A perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a front electrode formed on the substrate, an electron conductive layer formed on the front electrode, a perovskite light absorbing layer formed on the electron conductive layer, A hole transport layer formed on the perovskite light absorption layer and a rear electrode formed on the hole transport layer, wherein the perovskite light absorption layer has a front layer section, a rear layer section, And an energy band gap graded layer interval (grading) disposed between the layer sections.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 하기 화학식 1의 페로브스카이트 물질을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite light absorbing layer may include a perovskite material of the following formula (1).
[화학식1][Chemical Formula 1]
ABX3 ABX 3
(여기서, 상기 A는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B는 금속 양이온이며, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소이다.) Wherein A is an organic ammonium cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion or oxygen.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 A는 메틸암모늄 양이온 또는 포름아미디니움일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, A may be a methylammonium cation or formamidinium.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 B는 Pb 양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온 또는 Sr양이온일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, B may be a Pb cation, a Sn cation, a Ge cation, a Ca cation or a Sr cation.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 X는, Br-, Cl-, I- 또는 이들의 조합일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, X may be Br - , Cl - , I - or a combination thereof.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간의 에너지 밴드갭은 1.8 eV 내지 3.5 eV 이고, 상기 후면층 구간의 에너지 밴드갭은 1.8 eV 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap of the front layer section may be 1.8 eV to 3.5 eV, and the energy band gap of the rear layer section may be 1.8 eV or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)구간은, 에너지 밴드갭이 1.1 eV 내지 1.8 eV 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap grading layer grading period may have an energy band gap of 1.1 eV to 1.8 eV.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간에서 에너지 밴드갭 경사층 구간 방향으로 점진적으로 에너지 밴드갭이 작아지다가, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 후면층 구간 방향으로 다시 점진적으로 에너지 밴드갭이 커지는, 우물형 에너지 밴드갭 구조인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite light absorbing layer is formed such that the energy band gap gradually decreases in the direction of the energy band gap sloped layer section in the front layer section, Type energy band gap structure in which the energy band gap is gradually increased again.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간은, 0.35 ㎛ 내지 0.69 ㎛ 파장의 태양빛이 입사되어, 전자-정공쌍이 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the front layer section may be one in which sunlight having a wavelength of 0.35 탆 to 0.69 탆 is incident to form an electron-hole pair.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 상기 후면층 구간에서 만들어진 전자가 전기장(electric field)을 받아 상기 전면층 구간으로 재결합 없이 이동하도록 하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap graded layer section may be such that electrons generated in the rear layer section receive an electric field and move to the front layer section without recombining.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간의 두께는, 5 nm 내지 100 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the front layer section may be 5 nm to 100 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the energy band gap graded layer section may be 40 nm to 1000 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 후면층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the rear layer section may be 40 nm to 1000 nm.
본 발명의 다른 측면의 일 실시예에 따른, 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법은, 전도성 투명 기재를 포함하는 전면 전극에 전자 전도층을 형성하는 단계, 상기 전자 전도층 상에 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 정공 전도층을 형성하는 단계 및 상기 정공 전도층에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계는, 상기 전자 전도층에 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 페로브스카이트 함유 용액을 코팅하여 전면층 구간을 형성하고, 상기 전면층 구간에 화학식2로 표시되는 제 2 페로브스카이트 용액을 코팅하여 에너지 밴드갭 경사층 구간을 형성하고, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간에 화학식3으로 표시되는 제 3 페로브스카이트 용액을 코팅하여 페로브스카이트3 구간 광흡수층을 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a perovskite solar cell, including: forming an electron conductive layer on a front electrode including a conductive transparent substrate; forming a perovskite solar cell on the electron conductive layer; Forming a light absorbing layer, forming a hole conduction layer on the perovskite light absorbing layer, and forming a rear electrode on the hole conduction layer, wherein the step of forming the perovskite light absorbing layer A first perovskite-containing solution represented by the following formula (1) is coated on the electron conductive layer to form a front layer section, and a second perovskite solution represented by the following formula (2) is coated on the front layer section A third perovskite solution represented by the general formula (3) is coated on the energy band gap sloped layer section to form an energy band gap sloped layer section, It includes forming a three-bit interval the light absorption layer.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
ABX3 ABX 3
(여기서, 상기 A는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B는 금속 양이온이며, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소이다.)Wherein A is an organic ammonium cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion or oxygen.
[화학식 2](2)
A'B'X'3 A'B'X ' 3
(여기서, 상기 A’는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B’는 금속 양이온이며, 상기 X’는 할로겐 음이온 또는 산소이며,Wherein A 'is an organic ammonium cation, B' is a metal cation, X 'is a halogen anion or oxygen,
단, 상기 화학식 1과 화학식 2에 포함되는 A 및 A’는 서로 상이한 것이고,However, A and A 'included in the above Formulas (1) and (2) are different from each other,
화학식 2를 포함하는 제 2 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭은 상기 제 1 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭보다 작은 것이다.)And the energy band gap of the second perovskite solution containing the formula (2) is smaller than the energy band gap of the first perovskite solution.
[화학식 3](3)
A”B”X”3 A "B" X " 3
(여기서, 상기 A”는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B”는 금속 양이온이며, 상기 X”는 할로겐 음이온 또는 산소이며,Wherein A " is an organic ammonium cation, B " is a metal cation, X " is a halogen anion or oxygen,
단, 상기 화학식 2 와 화학식 3에 포함되는 A’ 및 A”는 서로 상이한 것이고,However, A 'and A "included in the above formulas (2) and (3) are different from each other,
화학식 3을 포함하는 제 3 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭은 상기 제 2 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭보다 큰 것이다.)And the energy band gap of the third perovskite solution containing Formula 3 is larger than the energy band gap of the second perovskite solution.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전면 전극, 상기 전면 전극 상에 형성된 전자 전도층, 상기 전자 전도층 상에 형성된 페로브스카이트 광흡수층, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 형성된 정공 전도층 및 상기 정공 전도층 상에 형성된 후면 전극을 포함하고, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간, 후면층 구간 및 상기 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간을 포함하여 에너지 밴드갭이 휘어진만큼 전기장을 받아서 전면쪽으로 재결합없이 이동할 수 있는 확률이 개선된 태양전지를 제공할 수 있다.A perovskite solar cell according to the present invention includes a substrate, a front electrode formed on the substrate, an electron conductive layer formed on the front electrode, a perovskite light absorbing layer formed on the electron conductive layer, And a rear electrode formed on the hole transporting layer, wherein the perovskite light absorbing layer is disposed between the front layer section, the rear layer section and the front layer section and the rear layer section The energy bandgap including the sloped layer period can be provided with improved probability of receiving an electric field as the energy band gap is bent and moving to the front side without recombination.
보다 구체적으로는, 전자수집효율이 개선된 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로서, 광흡수층의 전면층 구간에서 에너지가 큰 태양빛을 잘 흡수하며, 광흡수층의 후면층 구간에서는 긴 거리를 효율적으로 이동할 수 있는 페로브스카이트 광흡수층을 포함하는 태양전지를 제공할 수 있다.More particularly, the present invention relates to a perovskite solar cell improved in electron collection efficiency, which absorbs sunlight having a large energy in the front layer section of the light absorbing layer and efficiently absorbs long distance in the rear layer section of the light absorbing layer A solar cell including a movable perovskite light absorbing layer can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 광흡수층의 에너지 밴드갭을 나타낸 그림이다.1 is a schematic diagram of a perovskite solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing an energy band gap of a light absorption layer of a perovskite solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.In the following, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 발명의 범위를 설명된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 출원을 통해 권리로서 청구하고자 하는 범위는 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It is to be understood that the embodiments described below are not intended to limit the scope of the invention to the described embodiments, and that the scope of what is claimed as the right through this application shall be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives to them.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used only to illustrate specific embodiments and are not intended to limit the embodiments. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. When an element or layer is referred to as being "on", "connected to", or "coupled to" another element or layer, May be in the layer, may be connected or coupled, or intervening elements and layers may be present.
이하, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the perovskite solar cell of the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전면 전극, 상기 전면 전극 상에 형성된 전자 전도층, 상기 전자 전도층 상에 형성된 페로브스카이트 광흡수층, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 형성된 정공 전도층 및 상기 정공 전도층 상에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간, 후면층 구간 및 상기 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)을 포함한다.A perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a front electrode formed on the substrate, an electron conductive layer formed on the front electrode, a perovskite light absorbing layer formed on the electron conductive layer, A hole transport layer formed on the perovskite light absorption layer and a rear electrode formed on the hole transport layer, wherein the perovskite light absorption layer has a front layer section, a rear layer section, And an energy band gap graded layer interval (grading) disposed between the layer sections.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 태양전지는 무기 태양전지와 유기 혹은 염료 감응형 태양전지의 중간 정도되는 소자일 수 있으며, 간단한 용액 공정에 기반하지만 무기 태양전지와 유사한 특성을 가질 수 있다.According to one aspect, the perovskite solar cell may be an intermediate device between an inorganic solar cell and an organic or dye-sensitized solar cell, and may have characteristics similar to those of an inorganic solar cell based on a simple solution process .
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 광흡수층의 전면층 구간, 후면층 구간 및 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)은 에너지 밴드갭을 달리하는 구간을 의미하며, 각 구간은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있다.The front layer section, the rear layer section and the energy band gap graded layer section of the perovskite light absorbing layer are different from each other in energy band gap, and each section may be a single layer or a plurality Layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 하기 화학식 1의 페로브스카이트 물질을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite light absorbing layer may include a perovskite material of the following formula (1).
[화학식1][Chemical Formula 1]
ABX3 ABX 3
(여기서, 상기 A는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B는 금속 양이온이며, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소이다.)Wherein A is an organic ammonium cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion or oxygen.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 광흡수층의 페로브스카이트 물질은 ABX3 구조를 갖는 것으로서, 바람직하게 상기 A는 양이온으로, 할로겐 원소와 12배위를 하는 것일 수 있고, 상기 B는 할로겐 원소와 6배위를 하는 양이온일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the perovskite material of the perovskite light absorbing layer has an ABX 3 structure. Preferably, the A is a cation and may be in a 12-coordinate configuration with a halogen element, It may be a cation which has an element and a six-coordinate.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 결정이 안정화되기 위하여, 상기 페로브스카이트 결정의 공차율(tolerance factor )값은 0.8 내지 1 일 수 있다. In accordance with one aspect, the tolerance factor value of the perovskite crystal may be 0.8 to 1 in order to stabilize the perovskite crystal.
일 측에 따를 때, 상기 A양이온의 이온 반경은, 상기 공차율을 고려할 때, 1.6 Å 내지 2.5 Å 일 수 있으며, 구체적으로, 메틸암모늄, 포름아미디니움, 무기 양이온으로서 세슘 이온일 수 있다.According to one side, the ionic radius of the A cation may be 1.6 ANGSTROM to 2.5 ANGSTROM considering the above-mentioned tolerance, specifically methyl ammonium, formamidinium, and cesium ion as the inorganic cation.
일 측에 따를 때, 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리토류 금속일 수 있다.According to one side, B may be a divalent transition metal, a rare earth metal, or an alkaline earth metal.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 A는 메틸암모늄 양이온 또는 포름아미디니움일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, A may be a methylammonium cation or formamidinium.
일 측에 따를 때, 상기 A 양이온은, 상기 B-X 결합 특성에 영향을 미쳐서 밴드갭 변화를 유도하는 것일 수 있다.According to one side, the A cation may be one that influences the B-X binding characteristics to induce a bandgap change.
일 측에 따를 때, 상기 A 양이온을 메틸암모늄에서 포름아미디니움으로 치환할 경우, 밴드갭이 약 0.07 eV 감소하여 840 nm까지 흡수파장이 확대되게 되어 광전류를 더 많이 얻게 될 수 있다.According to one side, when the cation A is replaced with formamidinium in methylammonium, the band gap is reduced by about 0.07 eV and the absorption wavelength is widened to 840 nm, so that more photocurrent can be obtained.
일 측에 따를 때, 상기 A 양이온의 치환은, 상기 B양이온의 치환보다 미세한 밴드갭 튜닝이 가능한 것일 수 있다.According to one side, the substitution of the A cation may be capable of finer band gap tuning than the substitution of the B cation.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 B 는 Pb 양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온 또는 Sr양이온일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, B may be a Pb cation, a Sn cation, a Ge cation, a Ca cation or a Sr cation.
일 측에 따를 때, 특히, Sn 양이온은 Pb와 같은 족에 속한 원소 중 Pb와 가장 비슷한 이온 반지름을 갖는 원소로서, Sn 기반의 페로브스카이트 물질은 높은 흡광 계수, 낮은 엑시톤 결합 에너지, 1.3 eV 이상의 적합한 밴드갭 등 우수한 특성을 갖는 것일 수 있다.Sn-based perovskite materials have a high extinction coefficient, a low exciton binding energy, and a high ionic radius of 1.3 eV, which is the same as Pb among elements belonging to the same family as Pb, Or more suitable band gap and the like.
일 측에 따를 때, 상기 B 양이온과 X의 할로겐 음이온 결합 특성을 직접 변화시킬 경우, 밴드갭은 상기 A양이온을 조절하는 것보다 더 큰 폭으로 조절되는 것일 수 있다. 보다 구체적인 일 예로, 상기 B 양이온을 Pb 에서 Sn 으로 치환하면 밴드갭 에너지가 1.55 eV 에서 1.17 eV로 급격한 감소를 가져올 수 있어서 매우 큰 광전류가 예상될 수 있다.According to one side, when the B anion and the halogen anion binding property of X are directly changed, the band gap may be adjusted to a larger width than that of the A cation. More specifically, if the B cation is substituted with Pb to Sn, the band gap energy may be drastically reduced from 1.55 eV to 1.17 eV, so that a very large photocurrent can be expected.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 X는, Br-, Cl-, I- 또는 이들의 조합일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, X may be Br - , Cl - , I - or a combination thereof.
일 측에 따를 때, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소일 수 있으며, 바람직하게는, Br-, Cl-, I- 또는 이들의 조합일 수 있다.According to one side, X may be a halogen anion or oxygen, preferably Br - , Cl - , I - or a combination thereof.
일 측에 따를 때, 상기 X 음이온이 Cl-에서 Br- 또는 I-로 치환되면 에너지 밴드갭이 줄어들면서 페로브스카이트 물질이 무색에서 노란색 또는 검정색으로 변할 수 있고, 이는 가시광 빛을 모두 흡수할 수 있는 것을 의미할 수 있다.According to one side, when the X anion is substituted with Cl - to Br - or I - , the energy bandgap decreases and the perovskite material may change from colorless to yellow or black, which absorbs all the visible light It can mean to be able.
일 측에 따를 때, 상기 X 음이온의 치환에 의해서 밴드갭 튜닝이 가능한 것일 수 있으며, 또한, 순수한 요오드 또는 순수한 브롬을 사용하는 대신 두 음이온을 혼합하여 그 비율을 조절하게 될 경우도 밴드갭 조절이 가능할 수 있다.In accordance with one aspect of the present invention, the band gap tuning can be performed by substituting the X anion. Also, when the ratio of the two anions is adjusted by using pure iodine or pure bromine instead of using pure iodine, It can be possible.
일 측에 따를 때, 상기 B-X 결합의 결합세기 또는 결합각에 변화를 주는 경우 밴드갭 조절이 가능할 수 있다.When the B-X bond is changed depending on the side, the band gap can be adjusted when the bond strength or bond angle of the B-X bond is changed.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간의 에너지 밴드갭은 1.8 eV 내지 3.5 eV 이고, 상기 후면층 구간의 에너지 밴드갭은 1.8 eV 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap of the front layer section may be 1.8 eV to 3.5 eV, and the energy band gap of the rear layer section may be 1.8 eV or more.
일 측에 따를 때, 상기 전면층 구간은, 광흡수층의 표면을 의미하며, 에너지가 큰 태양빛이 입사되는 부분이다.According to one side, the front layer section refers to the surface of the light absorbing layer, and is a portion where sunlight with a large energy is incident.
일 측에 따를 때, 상기 전면층 구간은, 입사된 태양빛의 흡수를 최대화 하기 위하여, 입사되는 방향쪽의 페로브스카이트 재료는 에너지 밴드갭이 큰 물질로 형성하고, 상기 에너지 밴드갭은 제 1 페로브스카이트 용액을 코팅하여, 화학식 1의 ABX3 의 A, B 및 X의 치환으로 조절할 수 있다.In order to maximize the absorption of incident sunlight, the perovskite material in the incident direction is formed of a material having a large energy band gap, and the energy band gap 1 perovskite solution can be coated to control the substitution of A, B, and X of ABX 3 of formula (1).
일측에 따를 때, 상기 제 1페로브스카이트 용액은, 전면층 구간에서 단일층을 형성하는 단일 용액이거나, 전면층 구간에서 복수층을 형성하는 복수의 용액일 수 있다.According to one aspect, the first perovskite solution may be a single solution forming a single layer in the front layer section or a plurality of solutions forming multiple layers in the front layer section.
일 측에 따를 때, 상기 후면층 구간은, 상기 전면층 구간에 배치되는 방향인, 정공 전도층쪽에 위치한 페로브스카이트 광흡수층을 의미하며, 에너지가 작은 태양빛을 흡수하여, 상기 후면층 구간에서 전자-정공쌍을 만들어 낼 수 있다.The rear layer section refers to a perovskite light absorbing layer located on the side of the hole conduction layer which is disposed in the front layer section and absorbs sunlight having a small energy, Electron-hole pairs can be produced in the electron-hole pairs.
일 측에 따를 때, 상기 후면층 구간은, 제 3 페로브스카이트 용액을 코팅하여, 화학식 3의 A”B”X”3 의 A”, B” 및 X”의 치환으로 조절하는 것일 수 있다.According to one side, the rear layer section may be coated with a third perovskite solution to control the substitution of A ", B" and X "in A" B "X" 3 of formula .
일 측에 따를 때, 상기 제 3페로브스카이트 용액은 후면층 구간에서 단일층을 형성하는 단일 용액이거나, 후면층 구간에서 복수층을 형성하는 복수의 용액일수 있다.According to one side, the third perovskite solution may be a single solution forming a single layer in the back layer section, or a plurality of solutions forming multiple layers in the back layer section.
일 측에 따를 때, 상기 전면층 구간후면층 구간의 에너지 밴드갭이 1.8 eV 미만일 경우, 광흡수층의 중간부분에 위치한 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)과의 경사가 분명하게 드러나지 않아서, 상기 후면층 구간에서 만들어진 전자가 전자 전도층까지 이동하는데 어려움이 있을 수 있다.When the energy band gap of the rear layer section of the front layer section is less than 1.8 eV, the inclination with respect to the energy band gap grading section located at the middle part of the light absorption layer is not clearly revealed, It may be difficult for the electrons generated in the layer section to move to the electron conduction layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)은, 에너지 밴드갭이 1.1 eV 내지 1.8 eV 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap grading layer gradation may have an energy band gap of 1.1 eV to 1.8 eV.
일 측에 따를 때, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)구간은, 제 2 페로브스카이트 용액을 코팅하여, 화학식 2의 A', B' X'를 각각 상이하게 조절하여 에너지 밴드갭이 1.1 eV 이상 1.8 eV 미만으로 조절하는 것일 수 있다.According to one side, the energy band gap grading layer section is formed by coating the second perovskite solution to differentially adjust the energy band gap A 'and B' X ' It can be adjusted from 1.1 eV to less than 1.8 eV.
일 측에 따를 때, 상기 제 2페로브스카이트 용액은, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 단일층을 형성하는 단일 용액이거나, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 복수층을 형성하는 복수의 용액일 수 있다.According to one aspect, the second perovskite solution may be a single solution forming a single layer in the energy band gap graded layer section or a plurality of solutions forming multiple layers in the energy band gap graded section .
일 측에 따를 때, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 상기 광흡수층의 전면층 구간과 후면층 구간의 사이에 배치되는 것으로서, 상기 수치 범위 내의 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 상기 후면층 구간과 적당한 경사를 가지게 되어 후면에서 만들어진 전자의 이동이 용이할 수 있고, 상기 전면층 구간의 두께 제어를 통하여 생성된 전자가 전자 전도층으로 터널링 되어 전자의 이동이 용이할 수 있다.Wherein the energy band gap sloped layer section is disposed between the front layer section and the back layer section of the light absorption layer, and the energy band gap sloped section section within the numerical range includes a back layer section It is possible to easily move electrons generated at the rear surface due to a proper inclination and electrons generated through the thickness control of the front layer section can be tunneled to the electron conductive layer to facilitate the movement of electrons.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간에서 에너지 밴드갭 경사층 구간 방향으로 점진적으로 에너지 밴드갭이 작아지다가, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 후면층 구간 방향으로 다시 점진적으로 에너지 밴드갭이 커지는, 우물형 에너지 밴드갭 구조인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite light absorbing layer is formed such that the energy band gap gradually decreases in the direction of the energy band gap sloped layer section in the front layer section, Type energy band gap structure in which the energy band gap is gradually increased again.
일 측에 따를 때, 상기 우물형 에너지 밴드갭 구조는, 에너지가 큰 태양빛이 입사된 표면에서 생성된 전자와, 에너지가 작은 태양빛을 입사한 후면에서 생성된 전자가 휘어진만큼의 전기장을 받아, 재결합 없이 이동할 수 있는 확률이 증가될 수 있다.According to one side, the well-shaped energy band gap structure receives an electric field generated by electrons generated on the surface where the sunlight with a large energy is incident and electrons generated on the rear surface incident with the sunlight having a small energy, , The probability of being able to move without recombination can be increased.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간은, 0.35 ㎛ 내지 0.69 ㎛ 파장의 태양빛이 입사되어, 전자-정공쌍이 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the front layer section may be one in which sunlight having a wavelength of 0.35 탆 to 0.69 탆 is incident to form an electron-hole pair.
일 측에 따를 때, 상기 전면층 구간은, 상기 페로브스카이트 광흡수층의 표면에 위치하는 것을 의미하며, 0.35 ㎛ 내지 0.69 ㎛ 파장의 에너지가 큰 태양빛이 입사되어, 종래의 페로브스카이트 태양전지보다 에너지가 큰 단파장 영역의 흡광계수가 높은 것일 수 있다.According to one side, the front layer section is located on the surface of the perovskite light absorbing layer, and sunlight having a large energy of 0.35 탆 to 0.69 탆 wavelength is incident, and the conventional perovskite And may have a high extinction coefficient in a short wavelength region where energy is larger than that of a solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 상기 후면층 구간에서 만들어진 전자가 전기장(electric field)을 받아 상기 전면층 구간으로 재결합 없이 이동하도록 하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy band gap graded layer section may be such that electrons generated in the rear layer section receive an electric field and move to the front layer section without recombining.
일 측에 따를 때, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간으로 인하여, 페로브스카이트 태양전지의 광흡수층은 우물형 구조의 에너지 밴드갭을 가지게 되고, 재결합 없이 전자들이 이동하게 되어, 내부에서 발생한 전자와 정공의 이동속도가 일치하지 않는 히스테리시스(hysteresis)를 개선시켜, 전자수집효율을 향상시킬 수 있다.Due to the energy bandgap graded layer section, the light absorption layer of the perovskite solar cell has an energy bandgap of the well structure, and electrons move without recombination. As a result, It is possible to improve the hysteresis in which the moving speed of the holes does not coincide with each other, thereby improving the electron collection efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전면층 구간의 두께는, 5 nm 내지 100 nm인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the front layer section may be 5 nm to 100 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the energy band gap graded layer section may be 40 nm to 1000 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 후면층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the rear layer section may be 40 nm to 1000 nm.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 두께의 전면층 구간, 에너지 밴드갭 경사층 구간 및 후면층 구간을 갖는 페로브스카이트 태양전지는, 적절한 우물형 구조의 에너지 밴드갭을 가져서, 기존의 페로브스카이트 태양전지에 비해 전자수집효율이 향상되고, 전류 손실을 줄 일 수 있다.According to one aspect, the perovskite solar cell having the front layer section, the energy band gap slope layer section and the rear layer section of the numerical range thickness has an energy bandgap of an appropriate well structure, Compared to skate solar cells, the efficiency of collecting electrons can be improved and current loss can be reduced.
본 발명의 다른 측면의 일 실시예에 따른, 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법은, 전도성 투명 기재를 포함하는 전면 전극에 전자 전도층을 형성하는 단계, 상기 전자 전도층 상에 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 정공 전도층을 형성하는 단계 및 상기 정공 전도층에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계는, 상기 전자 전도층에 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 페로브스카이트 함유 용액을 코팅하여 전면층 구간을 형성하고, 상기 전면층 구간에 화학식2로 표시되는 제 2 페로브스카이트 용액을 코팅하여 에너지 밴드갭 경사층 구간을 형성하고, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간에 화학식3으로 표시되는 제 3 페로브스카이트 용액을 코팅하여 페로브스카이트 3구간층 광흡수층을 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a perovskite solar cell, including: forming an electron conductive layer on a front electrode including a conductive transparent substrate; forming a perovskite solar cell on the electron conductive layer; Forming a light absorbing layer, forming a hole conduction layer on the perovskite light absorbing layer, and forming a rear electrode on the hole conduction layer, wherein the step of forming the perovskite light absorbing layer A first perovskite-containing solution represented by the following formula (1) is coated on the electron conductive layer to form a front layer section, and a second perovskite solution represented by the following formula (2) is coated on the front layer section A third perovskite solution represented by the general formula (3) is coated on the energy band gap sloped layer section to form an energy band gap sloped layer section, It includes forming a three-bit interval the light absorption layer.
일 측에 따를 때, 상기 제 1 내지 제3페로브스카이트 함유 용액은, 페로브스카이트 광흡수층의 3구간 각각을 형성하는 용액을 의미하며, 각 구간내에서 단일층을 형성하는 단일 용액이거나 , 각 구간내의 복수층을 형성하는 복수의 용액을 포함할 수 있다.According to one aspect, the first to third perovskite-containing solutions refer to solutions forming each of the three sections of the perovskite light absorbing layer, and are a single solution forming a single layer in each section , And a plurality of solutions forming a plurality of layers in each section.
일 측에 따를 때, 상기 전면 전극은 전면 전극 하부에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 전면 전극을 지지하기 위한 지지체의 역할을 수행할 수 있으며, 광이 투과되는 투명 기판이면 특별히 제한되지 않고, 통상의 태양전지에서 전면 전극 상에 위치할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 유리 기판을 포함하는 딱딱한(rigid) 기판 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에테르술폰(PES) 등을 포함하는 유연한(flexible) 기판일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the front electrode may further include a substrate positioned below the front electrode. The substrate may serve as a support for supporting the front electrode, and is not particularly limited as long as it is a transparent substrate through which light is transmitted. The substrate is not limited as long as it can be placed on the front electrode in a conventional solar cell, (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), triacetylcellulose (TAC ), Polyethersulfone (PES), and the like.
일 측에 따를 때, 상기 전도성 투명 기재는, 전도성 및 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnOGa2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 상기 플라스틱 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to one aspect, the conductive transparent substrate is not particularly limited as long as it is a conductive and transparent material, but preferably is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO 2 O 3 , ZnO- Al 2 O 3 , tin oxide, zinc oxide, and combinations thereof. More specifically, for example, the plastic substrate may comprise one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, triacetylcellulose, and combinations thereof, It is not limited.
일 측에 따를 때, 상기 전자 전도층은, 전자를 전달할 수 있는 물질을 포함하는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 금속 산화물 반도체 물질일 수 있으며, 전자 전도 효율 향상을 위해서 반도체층또는 밴드갭이 큰 절연체를 더 포함하는 반도체층을 포함하는 것일 수 있다.In accordance with one aspect, the electron conduction layer is not particularly limited as long as it includes a substance capable of transferring electrons, but may preferably be a metal oxide semiconductor material. In order to improve electron conduction efficiency, And a semiconductor layer that further includes a large insulator.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 광흡수층은, 상기 전술한 전면층 구간, 에너지 밴드갭 경사층 구간 및 후면층 구간의 페로브스카이트 3구간층을 포함할 수 있다.According to one aspect, the perovskite light absorbing layer may include a perovskite three-layered layer of the front layer section, the energy band gap sloping layer section, and the rear layer section described above.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 3구간층은, 에너지 밴드갭이 큰 태양빛을 입사할 수 있는, 화학식 1 구조의 제 1페로브스카이트 용액을 코팅한 전면층 구간을 형성한 후, 상기 전면층 구간 상부에 에너지 밴드갭이 상대적으로 작은, 장파장 영역의 전자를 이동시킬 수 있는 화학식 2 구조의 제 2 페로브스카이트 용액을 코팅한 에너지 밴드갭 경사층 구간을 형성하고, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간 상부에 다시, 에너지 밴드갭이 큰 태양빛을 입사할 수 있는 화학식 3 구조의 제 3 페로브스카이트 용액을 코팅함으로써, 3구간층을 형성하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 화학식 1 의 A, B, X 및 화학식 3의 A”, B” 및 X”를 각각 상이하게 조절(치환)하여 에너지 밴드갭이 1.8 eV 이상인 제 1 및 제 3페로브스카이트 용액을 제조할 수 있으며, 상기 화학식 2의 A', B' X'를 각각 상이하게 조절하여 에너지 밴드갭이 1.1 eV 내지 1.8 eV인 페로브스카이트 제 2 페로브스카이트 용액을 제조할 수 있다.According to one aspect, the perovskite three-section layer is formed by forming a front layer section coated with a first perovskite solution having a structure of the formula (1) capable of receiving sunlight having a large energy band gap A second perovskite solution having a structure of Formula 2 capable of transferring electrons having a long energy bandgap with a relatively small energy band gap is formed on the front layer region, A third perovskite solution having a structure of Formula 3 can be formed on the upper portion of the bandgap oblique layer section to form a three-layered layer by which a solar light having a large energy band gap can be incident. At this time, the first and third perovskite solutions having an energy band gap of 1.8 eV or more are prepared by differently controlling (substituting) A, B and X in the above formula (1) and A ", B" And a perovskite second perovskite solution having an energy band gap of 1.1 eV to 1.8 eV can be prepared by differently controlling A 'and B' X 'in the above formula (2).
일 측에 따를 때, 상기 제 1 페로브스카이트 용액과 제 3 페로브스카이트 용액은 동일 또는 상이한 조성의 화학식 1 및 화학식 3을 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the first perovskite solution and the third perovskite solution may comprise the same or different compositions of formulas (1) and (3).
일 측에 따를 때, 상기 제 2 페로브스카이트 용액은 제 1 및 제 3 페로브스카이트 용액과 상이한 것일 수 있다.According to one aspect, the second perovskite solution may be different from the first and third perovskite solutions.
일 측에 따를 때, 상기 정공 전도층은 페로브스카이트 층에서 빛의 흡수로 생성된 전자-정공쌍 중 정공을 효율적으로 이동시킴과 동시에 전자를 차단하는 목적으로 형성되는 것이다. 그러나, 상기 정공 전도층을 형성하지 않아도 태양전지 효율은 관측될 수 있다.According to one aspect, the hole conduction layer is formed for the purpose of efficiently moving holes in the electron-hole pairs generated by absorption of light in the perovskite layer and blocking electrons. However, the solar cell efficiency can be observed without forming the hole conduction layer.
일 측에 따를 때, 상기 후면 전극은, 태양전지의 전극으로써의 역할을 수행할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는, Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 안정성이 높은 금속인 금 (Au)을 상기 후면 전극으로서 사용함으로써, 금 (Au) 형성 시 페로브스카이트 광흡수층과의 표면에서의 반응을 억제하여 안정성을 향상시킬 수 있다.The rear electrode is not particularly limited as long as it can function as an electrode of a solar cell. Preferably, the rear electrode is made of Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh , Ir, Os, C, a conductive polymer, and combinations thereof. More specifically, for example, by using gold (Au), which is a highly stable metal, as the back electrode, it is possible to suppress the reaction with the perovskite light absorbing layer during the formation of gold (Au) .
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 . 페로브스카이트 광흡수층을 포함하는 태양전지Examples. A solar cell including a perovskite light absorbing layer
전자수집효율이 향상된 태양전지를 제조하기 위해서, 우선 전도성 투명 기재를 포함하는 전면 전극을 제조하였고, 상기 전면 전극에 전자수집효율이 향상된 전자 전도층을 제조하기 위하여, 금속 산화물 반도체층를 포함하는 전자 전도층을 형성하고, 그 후, 페로브스카이트 3구간층을 포함하는 태양전지를 제조하였다.In order to fabricate a solar cell with improved electron collection efficiency, a front electrode including a conductive transparent material was first prepared, and an electron conduction layer including a metal oxide semiconductor layer Layer was formed, and then a solar cell including a perovskite triplet layer was fabricated.
이 때, 전도성 투명 기재로서, 불소-도핑된 산화 주석 코팅 유리를 세척하여 사용하였다.At this time, fluorine-doped tin oxide coated glass was used as a conductive transparent substrate to clean.
금속 산화물 반도체 층은, 전자 전도 효율 향상을 위하여 TiO2 나노 입자를 사용하였다.For the metal oxide semiconductor layer, TiO 2 nanoparticles were used to improve electron conduction efficiency.
페로브스카이트의 광흡수층 가운데 전면층 구간은 에너지 밴드갭이 3.5 eV ~ 1.8 eV 및 후면층 구간은, 1.8 eV 이상의 에너지를 흡수할 수 있는 제 1 페로브스카이트 용액 및 제 3 페로브스카이트 용액을 사용하여 코팅하였으며, A 및 A' 양이온으로서 메틸암모늄, B 및 B' 양이온은 납과 주석을 조절하여 사용하였고, 할로겐 음이온은 브롬 또는 요오드의 치환을 통하여 사용하였다.The front layer section of the light absorbing layer of the perovskite has an energy band gap of 3.5 eV to 1.8 eV and a rear layer section of the first perovskite solution capable of absorbing energy of 1.8 eV or more and a third perovskite Solution. As the A and A 'cations, the methylammonium, B and B' cations were used with controlled lead and tin, and the halogen anion was used through bromine or iodine substitution.
페로브스카이트 광흡수층 가운데 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 1.1 eV 내지 1.8 eV 의 에너지를 흡수하고, 상기 전면층 구간 및 후면층 구간에서 형성된 전자를 용이하게 이동시킬 수 있는 제 2 페로브스카이트 용액을 사용하여 코팅하였으며, 에너지 밴드갭 조절은 동일하였다.The energy bandgap graded layer section of the perovskite light absorbing layer absorbs the energy of 1.1 eV to 1.8 eV and the second perovskite layer which can easily transfer electrons formed in the front layer section and the rear layer section Solution, and the energy bandgap control was the same.
상기 페로브스카이트 광흡수층을 제조하기 위한 방법으로서, 메틸암모늄 또는 포름 아미디니움을 포함하는 양성자성 용매에, 전자 전도층이 형성된 기판을 B-X, B'-X' 및 B”-X” 용액을 담지하여 코팅시켰다.As a method for producing the perovskite light absorbing layer, a substrate in which an electron conduction layer is formed in a protonic solvent containing methylammonium or formamidinium is immersed in a solution of BX, B'-X 'and B "-X" To carry out coating.
상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 정공 전도층을 형성하고, 그 상부에 금을 열증착하여 후면 전극을 포함하는 태양전지를 제조하였다.A hole conduction layer was formed on the perovskite light absorbing layer, and gold was thermally deposited on the hole transporting layer to manufacture a solar cell including a rear electrode.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
100: 기판
200: 투명 전면 전극
300: 전자 전도층
400: 페로브스카이트 광흡수층
500: 정공 전도층
600: 후면 전극
401: 밴드갭이 큰 페로브스카이트 광흡수층(전면층 구간)
402: 밴드갭이 작은 페로브스카이트 광흡수층(에너지 밴드갭 경사층 구간)
403: 밴드갭이 큰 페로브스카이트 광흡수층(후면층 구간)100: substrate
200: transparent front electrode
300: electron conducting layer
400: perovskite light absorbing layer
500: hole conduction layer
600: Rear electrode
401: Perovskite optical absorption layer having a large bandgap (front layer section)
402: Perovskite light absorption layer having a small band gap (energy band gap sloping layer section)
403: Perovskite optical absorption layer having a large bandgap (rear layer section)
Claims (14)
상기 기판 상에 형성된 전면 전극;
상기 전면 전극 상에 형성된 전자 전도층;
상기 전자 전도층 상에 형성된 페로브스카이트 광흡수층;
상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 형성된 정공 전도층; 및
상기 정공 전도층 상에 형성된 후면 전극;
을 포함하며,
상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간, 후면층 구간 및 상기 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)을 포함하고,
상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간에서 에너지 밴드갭 경사층 구간 방향으로 점진적으로 에너지 밴드갭이 작아지다가, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 후면층 구간 방향으로 다시 점진적으로 에너지 밴드갭이 커지는, 우물형 에너지 밴드갭 구조인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
Board;
A front electrode formed on the substrate;
An electron conduction layer formed on the front electrode;
A perovskite light absorbing layer formed on the electron conduction layer;
A hole conduction layer formed on the perovskite light absorbing layer; And
A rear electrode formed on the hole transporting layer;
/ RTI >
Wherein the perovskite light absorbing layer comprises a front layer section, a rear layer section and an energy band gap grading section (grading) disposed between the front layer section and the rear layer section,
The perovskite optical absorption layer is formed such that the energy band gap gradually decreases in the direction of the energy band gap sloped layer section in the front layer section and gradually increases in the energy band gap sloped layer section to the rear layer section direction , A well-shaped energy band gap structure,
Perovskite solar cells.
상기 페로브스카이트 광흡수층은,
하기 화학식 1의 페로브스카이트 물질을 포함하는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
[화학식 1]
ABX3
(여기서, 상기 A는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B는 금속 양이온이며, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소이다.)The method according to claim 1,
The perovskite-type light absorbing layer may be formed of,
Wherein the perovskite material comprises a perovskite material of formula (1)
Perovskite solar cells.
[Chemical Formula 1]
ABX 3
Wherein A is an organic ammonium cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion or oxygen.
상기 A는 메틸암모늄 양이온 또는 포름아미디니움인 것인,
페로브스카이트 태양전지.3. The method of claim 2,
Wherein A is a methylammonium cation or formamidinium.
Perovskite solar cells.
상기 B는 Pb양이온, Sn양이온, Ge양이온, Ca양이온 또는 Sr양이온인 것인,
페로브스카이트 태양전지.3. The method of claim 2,
Wherein B is a Pb cation, Sn cation, Ge cation, Ca cation or Sr cation.
Perovskite solar cells.
상기 X는, Br-, Cl-, I- 또는 이들의 조합인 것인,
페로브스카이트 태양전지. 3. The method of claim 2,
Wherein X is Br - , Cl - , I - or a combination thereof.
Perovskite solar cells.
상기 전면층 구간 및 상기 후면층 구간은, 각각, 에너지 밴드갭이 1.8 eV 이상인 것인,
페로브스카이트 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the front layer section and the rear layer section each have an energy band gap of 1.8 eV or more,
Perovskite solar cells.
상기 에너지 밴드갭 경사층 구간(grading)은, 에너지 밴드갭이 1.1 eV 내지 1.8 eV 인 것인,
페로브스카이트 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the energy band gap grading layer grading has an energy band gap of 1.1 eV to 1.8 eV.
Perovskite solar cells.
상기 전면층 구간은, 0.35 ㎛ 내지 0.69 ㎛ 파장의 태양빛이 입사되어, 전자-정공쌍이 형성되는 것인,
페로브스카이트 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the front layer section is formed such that solar light having a wavelength of 0.35 to 0.69 탆 is incident to form an electron-
Perovskite solar cells.
상기 에너지 밴드갭 경사층 구간은, 상기 후면층 구간에서 만들어진 전자가 전기장(electric field)을 받아 상기 전면층 구간으로 재결합 없이 이동하도록 하는 것인,
페로브스카이트 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the energy band gap sloped layer section allows electrons generated in the back layer section to receive an electric field and move to the front layer section without recombination.
Perovskite solar cells.
상기 전면층 구간의 두께는, 5 nm 내지 100 nm 인 것인,
페로브스카이트 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the front layer section is from 5 nm to 100 nm.
Perovskite solar cells.
상기 에너지 밴드갭 경사층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm 인 것인,
페로브스카이트 태양전지.The method according to claim 1,
And the thickness of the energy band gap graded layer section is 40 nm to 1000 nm.
Perovskite solar cells.
상기 후면층 구간의 두께는, 40 nm 내지 1000 nm 인 것인,
페로브스카이트 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the rear layer section is 40 nm to 1000 nm.
Perovskite solar cells.
상기 전자 전도층 상에 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 페로브스카이트 광흡수층 상에 정공 전도층을 형성하는 단계; 및
상기 정공 전도층에 후면 전극을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 페로브스카이트 광흡수층을 형성하는 단계는,
상기 전자 전도층에 하기 화학식 1로 표시되는 제1 페로브스카이트 함유 용액을 코팅하여 전면층 구간을 형성하고, 상기 전면층 구간에 화학식 2로 표시되는 제2 페로브스카이트 용액을 코팅하여 에너지 밴드갭 경사층 구간을 형성하고, 상기 에너지 밴드갭 경사층 구간에 화학식 3으로 표시되는 제3 페로브스카이트 용액을 코팅하여 페로브스카이트 3구간층 광흡수층을 형성하는 것이고,
상기 페로브스카이트 광흡수층은, 전면층 구간에서 에너지 밴드갭 경사층 구간 방향으로 점진적으로 에너지 밴드갭이 작아지다가, 에너지 밴드갭 경사층 구간에서 후면층 구간 방향으로 다시 점진적으로 에너지 밴드갭이 커지는, 우물형 에너지 밴드갭 구조로 형성하는 것인,
페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
[화학식 1]
ABX3
(여기서, 상기 A는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B는 금속 양이온이며, 상기 X는 할로겐 음이온 또는 산소이다.)
[화학식 2]
A'B'X'3
(여기서, 상기 A'는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B'는 금속 양이온이며, 상기 X'는 할로겐 음이온 또는 산소이며,
단, 상기 화학식 1과 화학식 2에 포함되는 A 및 A'는 서로 상이한 것이고,
화학식 2를 포함하는 제 2 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭은 상기 제 1 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭보다 작은 것이다.)
[화학식 3]
A”B”X”3
(여기서, 상기 A”는 유기 암모늄 양이온이고, 상기 B”는 금속 양이온이며, 상기 X”는 할로겐 음이온 또는 산소이며,
단, 상기 화학식 2 와 화학식 3에 포함되는 A' 및 A”는 서로 상이한 것이고,
화학식 3을 포함하는 제 3 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭은 상기 제 2 페로브스카이트 용액의 에너지 밴드갭보다 큰 것이다.)Forming an electron conduction layer on a front electrode including a conductive transparent substrate;
Forming a perovskite light absorbing layer on the electron conductive layer;
Forming a hole conduction layer on the perovskite light absorbing layer; And
Forming a rear electrode on the hole transporting layer;
Lt; / RTI >
The step of forming the perovskite light absorbing layer comprises:
A first perovskite-containing solution represented by the following general formula (1) is coated on the electron conductive layer to form a front layer section, and a second perovskite solution represented by the general formula (2) is coated on the front layer section, Forming a band gap sloped layer section and coating a third perovskite solution represented by the general formula (3) in the energy band gap sloped layer section to form a perovskite three-phase-layer light absorption layer,
The perovskite optical absorption layer is formed such that the energy band gap gradually decreases in the direction of the energy band gap sloped layer section in the front layer section and gradually increases in the energy band gap sloped layer section to the rear layer section direction , And a well-shaped energy band gap structure.
A method for manufacturing a perovskite solar cell.
[Chemical Formula 1]
ABX 3
Wherein A is an organic ammonium cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion or oxygen.
(2)
A'B'X ' 3
Wherein A 'is an organic ammonium cation, B' is a metal cation, X 'is a halogen anion or oxygen,
However, A and A 'included in the above Formulas (1) and (2) are different from each other,
And the energy band gap of the second perovskite solution containing the formula (2) is smaller than the energy band gap of the first perovskite solution.
(3)
A "B" X " 3
Wherein A " is an organic ammonium cation, B " is a metal cation, X " is a halogen anion or oxygen,
However, A 'and A "included in the above formulas (2) and (3) are different from each other,
And the energy band gap of the third perovskite solution containing Formula 3 is larger than the energy band gap of the second perovskite solution.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021025519A1 (en) * | 2019-08-08 | 2021-02-11 | 고려대학교 산학협력단 | Perovskite photoelectric element and method for manufacturing same |
| KR102227526B1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-12 | 한국과학기술연구원 | Perovskite having multilayer structure and manufacturing method thereof |
| WO2021107645A1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 고려대학교 산학협력단 | Perovskite photoelectric element, and method for producing same |
| KR20210077111A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-25 | 서울대학교산학협력단 | Defect suppressed metal halide perovskite light-emitting material and light-emitting diode comprising the same |
| WO2022035239A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | 고려대학교 산학협력단 | Method for preparing perovskite optoelectronic device and perovskite optoelectronic device prepared thereby |
| KR102382249B1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-04-04 | 주식회사 유니테스트 | Perovskite tandem solar modules and manufacturing method thereof |
| WO2022196962A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 주성엔지니어링(주) | Solar cell and method for manufacturing same |
| KR102478303B1 (en) | 2022-05-18 | 2022-12-16 | (주)한양솔라에너지 | Artificial intelligence model for optimization of thin film coating of perovskite solar cell and its driving method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110023007A (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-08 | 삼성전자주식회사 | Thin film solar cell and method of manufacturing the same |
| KR20130052476A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-22 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell and method of fabricating the same |
| KR20140066963A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| KR20150124413A (en) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 성균관대학교산학협력단 | Perovskite solar cell and preparing method of the same |
-
2018
- 2018-03-14 KR KR1020180029513A patent/KR101998021B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110023007A (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-08 | 삼성전자주식회사 | Thin film solar cell and method of manufacturing the same |
| KR20130052476A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-22 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell and method of fabricating the same |
| KR20140066963A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| KR20150124413A (en) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 성균관대학교산학협력단 | Perovskite solar cell and preparing method of the same |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3996150A4 (en) * | 2019-08-08 | 2023-08-02 | Korea University Research and Business Foundation | Perovskite photoelectric element and method for manufacturing same |
| KR20210017495A (en) * | 2019-08-08 | 2021-02-17 | 고려대학교 산학협력단 | A perovskite photoelectric device and manufacturing method thereof |
| WO2021025519A1 (en) * | 2019-08-08 | 2021-02-11 | 고려대학교 산학협력단 | Perovskite photoelectric element and method for manufacturing same |
| KR102272548B1 (en) * | 2019-08-08 | 2021-07-05 | 고려대학교 산학협력단 | A perovskite photoelectric device and manufacturing method thereof |
| KR102227526B1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-12 | 한국과학기술연구원 | Perovskite having multilayer structure and manufacturing method thereof |
| US11189794B2 (en) | 2019-09-19 | 2021-11-30 | Korea Institute Of Science And Technology | Perovskite multilayered structure and manufacturing method thereof |
| WO2021107645A1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 고려대학교 산학협력단 | Perovskite photoelectric element, and method for producing same |
| KR20210064781A (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 고려대학교 산학협력단 | A perovskite photoelectric device and manufacturing method thereof |
| KR102260621B1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-07 | 고려대학교 산학협력단 | A perovskite photoelectric device and manufacturing method thereof |
| KR20210077111A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-25 | 서울대학교산학협력단 | Defect suppressed metal halide perovskite light-emitting material and light-emitting diode comprising the same |
| KR102406963B1 (en) | 2019-12-16 | 2022-06-13 | 에스엔디스플레이 주식회사 | Defect suppressed metal halide perovskite light-emitting material and light-emitting diode comprising the same |
| WO2022035239A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | 고려대학교 산학협력단 | Method for preparing perovskite optoelectronic device and perovskite optoelectronic device prepared thereby |
| KR102382249B1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-04-04 | 주식회사 유니테스트 | Perovskite tandem solar modules and manufacturing method thereof |
| WO2022196962A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 주성엔지니어링(주) | Solar cell and method for manufacturing same |
| KR102478303B1 (en) | 2022-05-18 | 2022-12-16 | (주)한양솔라에너지 | Artificial intelligence model for optimization of thin film coating of perovskite solar cell and its driving method |
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