KR102119406B1 - Perovskite Compound Solution - Google Patents

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석상일
민한울
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울산과학기술원
재단법인 멀티스케일 에너지시스템 연구단
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Abstract

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물이나 유기금속할로겐화물의 화학양론비를 만족하는 금속할로겐화물과 유기할로겐화물; 및 원소 황(elemental sulfur)을 포함한다.The perovskite compound solution according to the present invention includes a metal halide and an organic halide that satisfy a stoichiometric ratio of an organometallic halide or an organometallic halide having a perovskite structure; And elemental sulfur.

Description

페로브스카이트 화합물 용액{Perovskite Compound Solution}Perovskite compound solution

본 발명은 페로브스카이트 화합물 용액에 관한 것으로, 우수한 장기 안정성을 가지면서도 전지 효율 저하가 발생하지 않는 페로브스카이트 화합물 용액에 관한 것이다. The present invention relates to a perovskite compound solution, and relates to a perovskite compound solution having excellent long-term stability and not deteriorating battery efficiency.

석유 또는 석탄 등 통상적으로 사용되는 연료는 매장량이 한정적이며, 이산화탄소 등의 배출로 환경오염을 유발하는 문제점이 있다. 태양전지는 이러한 석유 또는 석탄 등과 같은 연료들의 단점을 보완하기 위해 개발되었으며, 태양에너지를 전기에너지로 변환함으로써 무한한 에너지원인 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. Commonly used fuels such as petroleum or coal have limited reserves, and there is a problem of causing environmental pollution through emission of carbon dioxide. Solar cells have been developed to compensate for the shortcomings of fuels such as petroleum or coal, and are devices that produce electricity using solar energy, an infinite energy source, by converting solar energy into electrical energy.

오가노메탈 할라이드 페로브스카이트 화합물(Organometal halide perovskite compound)로도 지칭되는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, 페로브스카이트 구조를 갖는 AMX3의 화학식으로 대표되는 물질이다. 상세하게, AMX3의 화학식으로 대표되는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 MX6 옥타헤드론(octahedron)이 코너-쉐어링(corner-shearing)된 3차원 네트워크에 A 유기 양이온이 중간에 위치한 형태이다. Organic/organic hybrid perovskite compounds, also referred to as organometal halide perovskite compounds, consist of organic cations (A), metal cations (M) and halogen anions (X). It is a material represented by the chemical formula of AMX 3 having a lobsky structure. In detail, the organic/organic hybrid perovskite compound represented by the chemical formula of AMX 3 is a form in which A organic cations are located in the middle in a three-dimensional network in which the MX 6 octahedron is corner-sheared. to be.

이러한 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 소재 가격이 매우 낮고, 저온 공정이나 저가의 용액 공정이 가능하여 상업성이 우수하며, 높은 광흡수 계수와 낮은 엑시톤 결합 에너지 및 전하확산거리를 가져 태양전지의 광흡수체로 활발히 연구되고 있다. These organic/organic hybrid perovskite compounds have very low material prices, excellent low-temperature process or low-cost solution process, excellent commerciality, and have high light absorption coefficient, low exciton binding energy, and charge diffusion distance. It is actively studied as a light absorber.

무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물이 광흡수체인 페로브스카이트 태양전지는 염료감응 및 유기 태양전지를 비롯한 차세대 태양전지 중에서 가장 상용화에 근접해 있으며, 22% 이상에 이르는 효율이 보고(대한민국 등록특허 제1547870호)됨에 따라, 더욱더 관심이 높아지고 있다. Perovskite solar cells in which the organic/organic hybrid perovskite compound is a light absorber are closest to commercialization among next-generation solar cells, including dye-sensitized and organic solar cells, and have reported an efficiency of 22% or more (Registration of Korea) As it became No. 1547870), more and more attention has been raised.

대한민국 등록특허 제1547870호에서 제공하는 바와 같이, 20% 이상의 고효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지(PSCs; Perovskite solar cells)는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액과 비용매(anti-solvent)를 순차적으로 도포하는 소위 솔벤트 엔지니어링(solvent-engineering) 공정에 의해 제조되며, 보다 고효율을 달성하기 위해 아미디니움계 양이온과 유기 암모늄 양이온을 모두 함유하는 용액이 사용된다.As provided in Korean Patent Registration No. 1547870, perovskite solar cells (PSCs) having a high efficiency of 20% or more include a solution in which an organic/inorganic hybrid perovskite compound is dissolved and a non-solvent (anti -solvent) is produced by a so-called solvent-engineering process, which sequentially applies, and a solution containing both an amidinium-based cation and an organic ammonium cation is used to achieve higher efficiency.

유기 암모늄 이온은 아미디니움계 이온 기반 유기금속할로겐화물의 상(phase) 안정화를 위해 요구되는 것이다. 유기 암모늄 양이온 대신 Cs 이온 또한 유사한 상 안정화 작용을 수행할 수 있으나, Cs 이온은 유기 암모늄보다 독성 및 가격이 높아 상용화되기 어렵다.Organic ammonium ions are required for phase stabilization of an amidinium-based organometal halide. Cs ions instead of organic ammonium cations can also perform similar phase stabilization, but Cs ions are more difficult to commercialize because they are more toxic and more expensive than organic ammonium.

그러나, 유기 암모늄 이온과 아미디이움계 이온을 모두 함유하는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 용액은 시간이 지나면서 물성이 변화되어 제조된 페로브스카이트 태양전지의 효율을 현저하게 감소시키며, 공정 안정성과 재현성을 떨어뜨리는 문제가 있다. However, the organic/organic hybrid perovskite compound solution containing both an organic ammonium ion and an amidium-based ion significantly reduces the efficiency of the perovskite solar cell produced by changing the properties over time, and the process There is a problem of deteriorating stability and reproducibility.

대한민국 등록특허 제1547870호Republic of Korea Registered Patent No. 1547870

본 발명의 목적은 장기간의 시간이 흘러도 특성 변화가 방지된 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 용액을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a solution of an organic/organic hybrid perovskite compound whose property change is prevented even after a long period of time.

본 발명의 다른 목적은 장기 안정성을 가지면서도, 용액으로부터 제조된 페로브스카이트 화합물 막이 구비된 태양전지의 전지 효율 저하가 발생하지 않는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 용액을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an organic/organic hybrid perovskite compound solution that has long-term stability and does not cause a decrease in cell efficiency of a solar cell equipped with a perovskite compound film prepared from a solution.

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물이나 유기금속할로겐화물의 화학양론비를 만족하는 금속할로겐화물과 유기할로겐화물; 및 원소 황(elemental sulfur);을 포함한다.The perovskite compound solution according to the present invention includes a metal halide and an organic halide that satisfy a stoichiometric ratio of an organometallic halide or an organometallic halide having a perovskite structure; And elemental sulfur.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액에 있어, 상기 유기금속할로겐화물의 유기 양이온 또는 유기할로겐화물의 유기 양이온은 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 포함할 수 있다.In the perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention, the organic cation of the organic metal halide or the organic cation of the organic halide may include organic ammonium ions and amidinium ions.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액에 있어, 상기 페로브스카이트 화합물 용액은 유기암모늄 이온 1 몰 대비 0.1 내지 2.0 몰의 원소 황을 함유할 수 있다.In the perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound solution may contain 0.1 to 2.0 moles of elemental sulfur relative to 1 mole of organic ammonium ions.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액에 있어, 상기 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온의 총 몰수를 1로 하여, 유기암모늄 이온 : 아미디니움계 이온의 몰비는 0.7 내지 0.95 : 0.3 내지 0.05일 수 있다.In the perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention, the total number of moles of the organic ammonium ion and the amidinium-based ion is 1, and the molar ratio of the organic ammonium ion: the amidinium-based ion is 0.7 to 0.95 : 0.3 to 0.05.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액에 있어, 상기 페로브스카이트 화합물 용액은 1 내지 1.5 몰농도의 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물을 함유할 수 있다.In the perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound solution may contain an organometallic halide or metal halide in a concentration of 1 to 1.5 molar.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 하기 식 1을 만족할 수 있다.The perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention may satisfy Equation 1 below.

(식 1)(Equation 1)

[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%

식 1에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 상기 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(AG72)는 제조된 후 72시간 동안 방치된 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다.PCE (AF) in Equation 1 is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution, which is left for 1 hour after being prepared, and PCE (AG72) is produced It is the efficiency (%) of the perovskite solar cell equipped with the light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution, which was left standing for 72 hours.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 하기 식 2를 만족할 수 있다.The perovskite compound solution according to an embodiment of the present invention may satisfy Equation 2 below.

(식 2)(Equation 2)

0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)

식 2에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 상기 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(ref)는 원소 황을 함유하지 않은 것을 제외하고 상기 페로브스카이트 화합물 용액과 동일한 용액인 기준 용액을 1시간 동안 방치한 후 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다.In Equation 2, PCE (AF) is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution, which is left for 1 hour after being prepared, and PCE (ref) is an element The efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared after leaving a reference solution, which is the same solution as the perovskite compound solution, for one hour, except that it does not contain sulfur.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 이용한 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method for producing a perovskite compound membrane using the above-described perovskite compound solution.

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 도포 및 건조하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a perovskite compound membrane according to the present invention includes the step of applying and drying the above-described perovskite compound solution.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 포함한다.The present invention includes a perovskite compound membrane prepared from the perovskite compound solution described above.

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 막은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조되어, 원소 황을 함유한다.The perovskite compound membrane according to the present invention is prepared from the perovskite compound solution described above, and contains elemental sulfur.

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 용액 안정화제로 원소 황을 함유하여, 페로브스카이트 화합물 용액이 열화되는 것을 극히 효과적으로 방지할 수 있으며, 제조되는 페로브스카이트 화합물 자체에는 부정적인 영향을 미치지 않아, 종래 페로브스카이트 화합물 막과 실질적으로 동등한 고품질의 페로브스카이트 화합물 막이 제조될 뿐만 아니라, 2가의 황 음이온이 도입됨에 따라 1가의 할라이드이온만으로 구성된 페로브스카이트에 비하여 결합에너지의 증가에 따른 안정성 향상이 있는 장점이 있다.The perovskite compound solution according to the present invention contains elemental sulfur as a solution stabilizer, so that the perovskite compound solution can be effectively prevented from being deteriorated, and the perovskite compound itself is not adversely affected. Not only does the perovskite compound membrane of a high quality substantially equivalent to the conventional perovskite compound membrane be produced, but also increases the binding energy compared to perovskite composed of only monovalent halide ions as divalent sulfur anions are introduced. It has the advantage of improving the stability according to.

또한, 본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 용액 안정화제로 원소 황을 함유하여, 192시간이라는 장기간의 방치시에도 용액의 열화가 거의 발생하지 않아, 용액 공정을 이용한 페로브스카이트 화합물 기반 소자를 재현성 있게 안정적으로 제조할 수 있으며, 완화된 공정 관리를 통해 페로브스카이트 화합물 기반 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다. In addition, the perovskite compound solution according to the present invention contains elemental sulfur as a solution stabilizer, so that even when it is left for a long period of time of 192 hours, deterioration of the solution hardly occurs, and thus the perovskite compound-based device using a solution process It can be stably manufactured with reproducibility, and has the advantage of manufacturing a perovskite compound-based device through relaxed process management.

도 1은 실시예 및 비교예에서 제조된 페로브스카이트 태양전지의 용액 에이징 시간에 따른 전지 효율을 도시한 도면이다.
도 2는 황이 첨가되지 않고 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 에이징한 후 에이징 이징 시간 별 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 X-선 회절분석 결과 및 광학 사진을 함께 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 1시간, 24시간, 48시간, 72시간 및 192 시간의 각각의 시간동안 에이징한 후 에이징 시간 별 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 X-선 회절분석 결과 및 광학 사진을 함께 도시한 도면이다.
도 4는 황이 첨가되지 않고 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 1시간(f-1), 24시간(f-2) 및 72시간(f-3)의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 주사전자현미경 사진 및 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 용액을 1시간(g-1), 24시간(g-2) 및 72시간(g-3)의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 황이 첨가되지 않고 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 192시간동안 에이징 한 후 이를 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지, MAI 도포 및 열처리의 추가 처리된 페로브스카이트 화합물 막이 구비된 페로브스카이트 태양전지 및 실시예 4에서 제조된 태양전지(도 5의 Sulfur contained solution)의 전압-전류 곡선을 도시한 도면이다.
도 6은 황이 첨가되지 않고 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 192시간동안 에이징하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 X-선 회절 결과 및 MAI의 도포 및 열처리의 추가 처리에 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 X-선 회절 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 실시예 및 비교예에서 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 Pb 4f 결합(binding) 에너지의 변화를 XPS로 측정한 도면이다.
도 8은 실시예 및 비교예에서 제조된 페로브스카이트 태양전지에서, 광조사 시간에 따른 효율 변화를 측정 도시한 도면이다.
1 is a view showing the cell efficiency according to the solution aging time of the perovskite solar cell prepared in Examples and Comparative Examples.
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction analysis result and an optical photograph of a perovskite compound film by aging time after aging the solution in which the perovskite compound is dissolved without adding sulfur.
3 is an aging of the perovskite compound solution prepared in Example 1 for 1 hour, 24 hours, 48 hours, 72 hours and 192 hours, respectively, and then observed the perovskite compound membrane by aging time X -It is a diagram showing the result of the ray diffraction analysis and the optical picture together.
FIG. 4 shows spin coating after aging of the solution in which the perovskite compound was dissolved without adding sulfur for 1 hour (f-1), 24 hours (f-2), and 72 hours (f-3), respectively. And a scanning electron microscope photograph of the perovskite compound membrane prepared by drying and the perovskite solution prepared in Example 1 for 1 hour (g-1), 24 hours (g-2), and 72 hours (g This is a scanning electron microscope photograph of a perovskite compound film prepared by spin coating and drying after aging for -3) each time.
Figure 5 is a perovskite solar cell prepared by aging for 192 hours after aging the solution in which the perovskite compound is dissolved without addition of sulfur, a perovskite compound membrane additionally treated with MAI coating and heat treatment It is a diagram showing the voltage-current curve of the perovskite solar cell and the solar cell prepared in Example 4 (sulfur contained solution in FIG. 5).
FIG. 6 shows the results of X-ray diffraction of the perovskite compound film prepared by aging the solution in which the perovskite compound is dissolved without adding sulfur, for 192 hours, and perovskite prepared in the further treatment of MAI application and heat treatment. This is a diagram showing the results of X-ray diffraction analysis of the compound film.
7 is a view measuring the change in Pb 4f binding energy of the perovskite compound membranes prepared in Examples and Comparative Examples by XPS.
8 is a view showing the measurement of the change in efficiency with light irradiation time in the perovskite solar cell manufactured in Examples and Comparative Examples.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 페로브스카이트 화합물 용액을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, a solution of the perovskite compound of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below, but may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms to be used, those skilled in the art to which the present invention pertains have the meanings commonly understood, and the gist of the present invention in the following description and the accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be obscured are omitted.

본 출원인은 페로브스카이트 화합물(페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물, 오가노메탈 할라이드 페로브스카이트 화합물, 또는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물) 용액의 열화가, 유기암모늄 이온이 탈양성자화(deprotonation)되며 알킬 아민으로 전환됨에 기인함을 발견하였다. 이러한 발견을 기반으로, 페로브스카이트 태양전지의 효율이 저하되지 않으면서도 안정성이 향상된 페로브스카이트 화합물 용액을 개발하고자 심도 깊은 연구를 수행하였다. 연구 결과, 원소 황이 아민- 황의 콤플렉스(complex)를 형성하며 아민의 탈양성자화를 놀랍도록 현저하게 억제하여 페로브스카이트 화합물 용액의 안정성이 크게 증가함을 발견하였으며, 또한 원소 황을 안정화제로 사용하는 경우 용액으로부터 제조되는 페로브스카이트 화합물 막의 막질 저하가 발생하지 않아, 페로브스카이트 태양전지의 효율 저하 또한 실질적으로 발생하지 않음을 확인하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. The applicant has deterioration of the perovskite compound (organic metal halide perovskite structure, organometal halide perovskite compound, or organic/organic hybrid perovskite compound) solution, the organic ammonium ion It has been found to be due to deprotonation and conversion to alkyl amines. Based on these findings, an in-depth study was conducted to develop a perovskite compound solution with improved stability without decreasing the efficiency of the perovskite solar cell. As a result of the study, it was found that elemental sulfur forms a complex of amine-sulfur and surprisingly significantly inhibits the deprotonation of amine, significantly increasing the stability of the perovskite compound solution, and also using elemental sulfur as a stabilizer In this case, it was confirmed that the film quality of the perovskite compound film prepared from the solution did not occur, and that the efficiency of the perovskite solar cell was not substantially reduced, and thus the present invention was completed.

본 발명에서 페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조를 가지는 유기금속할로겐화물, 오가노메탈 할라이드 페로브스카이트 화합물 또는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물을 의미한다. 구체예로, 페로브스카이트 화합물 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 음이온(X)으로 이루어지고, AMX3의 화학식을 만족하는 화합물 기준, MX6 옥타헤드론의 X(음이온)의 자리에 칼코젠 음이온과 할로겐 음이온 중 선택되는 하나 이상의 음이온이 위치하는 화합물을 의미할 수 있다.In the present invention, the perovskite compound refers to an organometal halide, organometal halide perovskite compound or organic/organic hybrid perovskite compound having a perovskite structure. In a specific embodiment, the perovskite compound is composed of organic cations (A), metal cations (M) and anions (X), and the compound standards satisfying the formula of AMX 3 , MX 6 octahedron of X (anion) It may mean a compound in which one or more anions selected from chalcogen anions and halogen anions are located.

본 발명에서 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 화합물을 광흡수체로 함유하는 태양전지, 구체적으로 페로브스카이트 화합물 막을 광흡수층으로 함유하는 태양전지를 의미할 수 있다. In the present invention, the perovskite solar cell may mean a solar cell containing a perovskite compound as a light absorber, specifically, a solar cell containing a perovskite compound film as a light absorbing layer.

본 발명에서 페로브스카이트 화합물 용액은 페로브스카이트 화합물 그 자체가 용매에 용해된 경우 뿐만 아니라, 유기금속할로겐화물과 금속할로겐화물이 용매에 용해된 경우 또한 포함한다. 이때, 유기금속할로겐화물과 금속할로겐화물의 몰비는 페로브스카이트 화합물의 화학양론비에 따를 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요시 화학양론비보다 과량의 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물을 함유할 수 있다.The perovskite compound solution in the present invention includes not only when the perovskite compound itself is dissolved in a solvent, but also when an organometal halide and a metal halide are dissolved in a solvent. At this time, the molar ratio of the organometallic halide and the metal halide may be in accordance with the stoichiometric ratio of the perovskite compound, but is not necessarily limited thereto, and if necessary, an excess of the organometallic halide or metal halide It may contain.

본 발명에서 페로브스카이트 용액의 방치는 페로브스카이트 용액을 60℃ 이내에서 보관하는 것을 의미할 수 있으며, 이때, 용액은 백색광 아래에서 밀폐 또는 개방된 상태일 수 있고, 이와 독립적으로 교반 또는 비교반 상태일 수 있다.Leaving the perovskite solution in the present invention may mean storing the perovskite solution within 60°C, wherein the solution may be sealed or opened under white light, and independently stirred or It may be in a non-comparative state.

본 발명에서 원소 황(elemental sulfur)은 사이클로-옥타 황(cyclo-S8) 구조를 가질 수 있다. 또한, 원소 황은 3 나인(99.9%) 이상, 구체적으로 4 나인(99.99%) 이상의 순도를 갖는 순수한 황을 의미할 수 있다. 본 발명에서 원소 황은 작용기나 유/무기화합물 또는 분자(고분자 포함)를 구성하는 일 원소로 함유되는 황과는 엄격하게 구분된다. Elemental sulfur in the present invention (elemental sulfur) may have a cyclo-octa sulfur (cyclo-S 8 ) structure. In addition, the elemental sulfur may mean pure sulfur having a purity of 3 or more (99.9%) or more, and specifically 4 or more (99.99%) or more. In the present invention, elemental sulfur is strictly separated from sulfur contained as a functional group, an organic/inorganic compound, or a single element constituting a molecule (including a polymer).

상술한 발견에 기반한 본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 용액은 원소 황(elemental sulfur);과 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물이나 금속할로겐화물과 유기할로겐화물;을 포함한다.The perovskite compound solution according to the present invention based on the above-mentioned findings includes elemental sulfur; and organometallic halide or metal halide and organohalide having a perovskite structure.

원소 황은 페로브스카이트 화합물 용액에 함유된 유기 양이온이 이종의 물질로 열화되는 것을 극히 효과적으로 방지할 수 있으며, 매우 뛰어난 안정화 작용에도 불구하고 제조되는 페로브스카이트 화합물 자체에는 부정적인 영향을 미치지 않아, 페로브스카이트 화합물 이외의 용질을 함유하지 않는 순수한 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 태양전지와 실질적으로 동일한 효율을 갖는 태양전지를 제조할 수 있다.Elemental sulfur can extremely effectively prevent deterioration of organic cations contained in the perovskite compound solution into dissimilar materials, and does not have a negative effect on the perovskite compound itself, which is produced despite a very good stabilizing action. A solar cell having substantially the same efficiency as a solar cell produced from a pure perovskite compound solution containing no solute other than the perovskite compound can be produced.

황에 의한 용액 안정성 효과가 현저하게 나타날 수 있으며 태양전지 효율 향상에 유리한 페로브스카이트 용액의 구체예로, 페로브스카이트 용액은 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 함유할 수 있다. 즉, 페로브스카이트 용액의 제조를 위해 용매에 투입되는 원료 기준, 페로브스카이트 용액은 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물과 유기할로겐화물을 함유할 수 있으며, 유기금속할로겐화물의 유기 양이온 또는 유기할로겐화물의 유기 양이온은 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 함유할 수 있다. 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 함유하는 페로브스카이트 화합물 용액은 시간에 따른 용액 열화가 매우 심하게 발생하는 용액으로 알려져 있다. The solution stability effect by sulfur may be remarkable, and as a specific example of the perovskite solution, which is advantageous for improving solar cell efficiency, the perovskite solution may contain organic ammonium ions and amidinium ions. That is, based on the raw material input to the solvent for the preparation of the perovskite solution, the perovskite solution may contain an organometallic halide or a metal halide and an organic halide of a perovskite structure, and an organometallic The organic cation of the halide or the organic cation of the organic halide may contain organic ammonium ions and amidinium ions. The perovskite compound solution containing an organic ammonium ion and an amidinium-based ion is known as a solution in which solution deterioration over time occurs very severely.

유기암모늄 이온은 페로브스카이트 화합물 용액의 열화를 야기하는 이온임과 동시에, 아미디니움계 페로브스카이트 화합물의 α상 안정화를 위해 요구되는 물질이다. The organic ammonium ion is an ion that causes deterioration of the perovskite compound solution, and is a material required for the α-phase stabilization of the amidinium-based perovskite compound.

페로브스카이트 화합물 용액이 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 함유할 때, 유기암모늄 이온이 탈양성자화되며 유기아민으로 전환되는 경우, 아미디니움계 페로브스카이트 화합물이 α상이 아닌 비 페로브스카이트 구조의 δ상을 형성하여 페로브스카이트 화합물 막의 막질 및 페로브스카이트 태양전지의 효율이 크게 감소할 수 있다.When the perovskite compound solution contains an organic ammonium ion and an amidinium-based ion, when the organic ammonium ion is deprotonated and converted into an organic amine, the amidinium-based perovskite compound is not in the α phase. By forming the δ phase of the perovskite structure, the film quality of the perovskite compound film and the efficiency of the perovskite solar cell can be greatly reduced.

그러나, 본 발명에 따라 원소 황을 안정화제로 함유하는 경우, 페로브스카이트 화합물 용액이 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 함유하더라도, 시간에 따른 용액의 열화가 놀랍도록 억제될 수 있다. 구체적으로, 페로브스카이트 화합물 용액이 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온과 함께, 원소-황을 함유하는 경우, 192시간에 이르는 장기간의 방치시에도, 탈양성자화에 의해 유기암모늄 이온의 유기아민으로 전환되는 것이 방지되어, X-선 회절 분석시 용액을 도포 및 건조하여 제조되는 막에서 δ상의 아미디니움계 페로브스카이트 화합물이 검출되지 않을 수 있다.However, when the elemental sulfur is contained as a stabilizer according to the present invention, even if the perovskite compound solution contains organic ammonium ions and amidinium ions, deterioration of the solution over time can be surprisingly suppressed. Specifically, when the perovskite compound solution contains elemental-sulfur together with organic ammonium ions and amidinium ions, organic ammonium ions are deorganized by deprotonation even after long-term standing for up to 192 hours. It is prevented from being converted to an amine, and the amidium-based perovskite compound in δ phase may not be detected in the film prepared by applying and drying the solution during X-ray diffraction analysis.

유기 암모늄 이온은 하기 화학식 1 내지 2를 만족할 수 있다.The organic ammonium ion may satisfy the following Chemical Formulas 1 to 2.

(화학식 1)(Formula 1)

R1-NH3 + R 1 -NH 3 +

화학식 1에서 R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이다. In Formula 1, R 1 is C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl.

(화학식 2)(Formula 2)

R2-C3H3N2 +-R3 R 2 -C 3 H 3 N 2 + -R 3

화학식 2에서 R2는 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, R3은 수소 또는 C1-C24의 알킬이다. In formula 2, R 2 is C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl, and R 3 is hydrogen or C1-C24 alkyl.

아미디니움계 이온은 하기 화학식 3을 만족할 수 있다.The amidinium-based ion may satisfy Formula 3 below.

(화학식 3)(Formula 3)

Figure 112018106960319-pat00001
Figure 112018106960319-pat00001

화학식 3에서, R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이다. In Formula 3, R 4 to R 8 are, independently of each other, hydrogen, C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl.

페로브스카이트 화합물 용액이 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 모두 함유하는 경우, 안정적으로 α상의 아미디니움계 페로브스카이트 화합물이 제조되어 매우 넓은 파장 대역의 광을 흡수할 수 있으면서도 보다 빠른 엑시톤(exciton)의 이동 및 분리, 보다 빠른 광전자 및 광정공의 이동이 이루어질 수 있다. When the perovskite compound solution contains both organic ammonium ions and amidinium-based ions, the α-phase amidinium-based perovskite compound is stably prepared to absorb light in a very wide wavelength band. Fast exciton movement and separation, faster photoelectron and photo hole movement can be achieved.

페로브스카이트 화합물 용액이 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 모두 함유하는 경우, 아미디니움계 페로브스카이트 화합물 α상 안정화 측면에서, 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온의 총 몰수를 1로 하여, 알킬암모늄 이온 : 아미디니움계 이온의 몰비는 0.70 내지 0.95 : 0.30 내지 0.05, 구체적으로는 0.80 내지 0.95 : 0.20 내지 0.05일 수 있다. When the perovskite compound solution contains both an organic ammonium ion and an amidinium-based ion, in terms of stabilizing the amidium-based perovskite compound α, the total number of moles of the organic ammonium ion and the amidinium-based ion is As 1, the molar ratio of the alkylammonium ion: amidinium-based ion may be 0.70 to 0.95: 0.30 to 0.05, and specifically 0.80 to 0.95: 0.20 to 0.05.

또한, 알려진 바와 같이, 원소 황은 페로브스카이트 화합물을 용해하는 용매(극성 용매)에 거의 용해되지 않는다. 그러나, 페로브스카이트 화합물 용액이 유기 암모늄 이온을 함유하는 경우, 유기 암모늄 이온의 도움(유기 암모늄 이온-황 콤플렉스 형성)에 의해 원소 황이 원활하고 용이하게 용해될 수 있다. Further, as is known, elemental sulfur hardly dissolves in a solvent (polar solvent) that dissolves the perovskite compound. However, when the perovskite compound solution contains organic ammonium ions, elemental sulfur can be dissolved smoothly and easily with the aid of organic ammonium ions (organic ammonium ion-sulfur complex formation).

안정화 효과를 충분히 나타낼 수 있을 정도의 황이 용해되기 위한 측면에서도, 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온의 총 몰수를 1로 하여, 알킬암모늄 이온 : 아미디니움계 이온의 몰비는 0.70 내지 0.95 : 0.30 내지 0.05, 구체적으로는 0.80 내지 0.95 : 0.20 내지 0.05를 만족할 수 있다.In terms of dissolving sulfur sufficient to exhibit a stabilizing effect, the total number of moles of the organic ammonium ion and the amidinium-based ion is 1, and the molar ratio of the alkylammonium ion: the amidinium-based ion is 0.70 to 0.95: 0.30. It may satisfy 0.05 to 0.05, specifically 0.80 to 0.95: 0.20 to 0.05.

화학식 1의 R1, 화학식 2의 R2~R3 및/또는 화학식 3의 R4~R8은 페로브스카이트 화합물의 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. R 1 of Formula 1 , R 2 to R 3 of Formula 2, and/or R 4 to R 8 of Formula 3 may be appropriately selected according to the use of the perovskite compound.

상세하게, 페로브스카이트 화합물의 단위셀의 크기는 페로브스카이트 화합물의 밴드갭(band-gap)에 영향을 미친다. 이에 따라, 발광층, 반도체층, 광흡수층, 전하저장층과 같은 페로브스카이트 화합물 막의 용도를 고려하여, 해당 용도가 적합한 밴드갭을 가질 수 있도록 화학식 1의 R1, 화학식 2의 R2~R3 및/또는 화학식 3의 R4~R8이 적절히 조절될 수 있다.In detail, the size of the unit cell of the perovskite compound affects the band-gap of the perovskite compound. Accordingly, in consideration of the use of a perovskite compound film such as a light emitting layer, a semiconductor layer, a light absorbing layer, and a charge storage layer, R 1 of Formula 1 and R 2 to R of Formula 2 so that the application has a suitable band gap. 3 and/or R 4 to R 8 of Formula 3 may be appropriately adjusted.

구체 예로, 작은 단위셀 크기에서 태양광을 흡수하는 태양전지로 활용하기에 적절한 1.5~1.1 eV의 밴드갭 에너지를 가질 수 있다. 이에 따라, 태양전지로 활용하기에 적절한 1.5~1.1 eV의 밴드갭 에너지를 고려하는 경우, 화학식 1에서, R1은 C1-C24의 알킬, 구체적으로 C1-C7 알킬, 보다 구체적으로 메틸일 수 있다. As a specific example, it may have a band gap energy of 1.5 to 1.1 eV suitable for use as a solar cell that absorbs sunlight in a small unit cell size. Accordingly, when considering a band gap energy of 1.5 to 1.1 eV suitable for use as a solar cell, in Formula 1, R 1 may be C1-C24 alkyl, specifically C1-C7 alkyl, and more specifically methyl. .

또한, 화학식 2에서 R2는 C1-C24의 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C24의 알킬일 수 있으며, 구체적으로 R2는 C1-C7 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C7 알킬일 수 있으며, 보다 구체적으로 R2는 메틸일 수 있고 R3는 수소일 수 있다. In addition, in Formula 2, R 2 may be C1-C24 alkyl, R 3 may be hydrogen or C1-C24 alkyl, specifically R 2 may be C1-C7 alkyl and R 3 may be hydrogen or C1-C7 It may be alkyl, more specifically R 2 may be methyl and R 3 may be hydrogen.

또한, 화학식 3에서 R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C24의 알킬, 구체적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C7 알킬, 보다 구체적으로 수소, 아미노 또는 메틸일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 R4가 수소, 아미노 또는 메틸이고 R5 내지 R8가 수소일 수 있다. In addition, R 4 to R 8 in Formula 3 may be independently of each other, hydrogen, amino or C1-C24 alkyl, specifically hydrogen, amino or C1-C7 alkyl, more specifically hydrogen, amino or methyl, and more More specifically, R 4 may be hydrogen, amino or methyl and R 5 to R 8 may be hydrogen.

구체적이며 비 한정적인 일 예로, 아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +) 이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +)등을 들 수 있다. As a specific and non-limiting example, the amidinium-based ion is formamidinium (NH 2 CH=NH 2 + ) ion, acetamidinium (NH 2 C(CH 3 )=NH 2 + ) Or Guamidinium (NH 2 C(NH 2 )=NH 2 + ).

그러나, 이는 태양광의 광흡수층으로의 용도(페로브스카이트 화합물의 용도)를 고려한 일 예이며, 흡수하고자 하는 광의 파장 대역의 설계, 발광소자의 발광층으로 사용하는 경우 발광 파장 대역의 설계, 트랜지스터의 반도체 소자로 사용하는 경우 에너지 밴드갭과 문턱 전압(threshold voltage)등을 고려하여 화학식 1의 R1, 화학식 2의 R2~R3 및/또는 화학식 3의 R4~R8이 적절히 선택될 수 있다. However, this is an example in consideration of the use of sunlight as a light absorbing layer (the use of perovskite compounds), design of a wavelength band of light to be absorbed, design of a light emitting wavelength band when used as a light emitting layer of a light emitting device, of transistors When used as a semiconductor device, R 1 of Formula 1 , R 2 to R 3 of Formula 2, and/or R 4 to R 8 of Formula 3 may be appropriately selected in consideration of energy band gap and threshold voltage. have.

원소 황의 안정화 작용에 의해 시간에 따른 페로브스카이트 용액의 열화가 실질적으로 완전히 방지될 수 있도록, 페로브스카이트 화합물 용액은 유기 암모늄 이온 1 몰 대비 0.1 내지 2.0 몰, 유리하게는 0.3 내지 1.5 몰, 보다 유리하게는 0.3 내지 1.2몰, 가장 유리하게는 0.3 내지 1.0몰의 원소 황을 함유하는 것이 유리하다. 페로브스카이트 용액이 상술한 바에 따라 유기 암모늄 이온 대비 유리한 함량으로 원소 황을 함유하는 경우, 페로브스카이트 용액이 192시간동안 방치된 시점에서도 δ-FAPbI3 상이 형성되지 않을 정도로 극히 우수한 용액 안정성을 가질 수 있으며, 이와 함께 용액을 이용하여 제조되는 페로브스카이트 화합물 막이 황을 함유하지 않는 종래의 페로브스카이트 막과 실질적으로 동등한 품질을 가져, 막질 저하에 의한 태양전지의 효율 저하가 발생하지 않으면서, 2가의 황 음이온이 도입됨에 따라 1가의 할라이드이온만으로 구성된 페로브스카이트에 비하여 결합에너지의 증가에 따른 안정성 향상이 있는 범위이다. The perovskite compound solution is 0.1 to 2.0 moles relative to 1 mole of organic ammonium ion, advantageously 0.3 to 1.5 moles, so that deterioration of the perovskite solution over time can be substantially prevented by the stabilizing action of elemental sulfur , More advantageously it contains 0.3 to 1.2 moles, most advantageously 0.3 to 1.0 moles of elemental sulfur. When the perovskite solution contains elemental sulfur in an advantageous amount compared to the organic ammonium ion as described above, the solution stability is extremely excellent such that the δ-FAPbI 3 phase is not formed even when the perovskite solution is left for 192 hours. The perovskite compound membrane prepared by using the solution may have a quality substantially equal to that of a conventional perovskite membrane that does not contain sulfur, resulting in a decrease in the efficiency of the solar cell due to a decrease in film quality. It is a range in which stability is improved with increasing binding energy compared to perovskite composed of only monovalent halide ions as divalent sulfur anions are introduced.

유기 암모늄 이온 1몰 대비 원소 황이 제시된 범위를 만족하는 경우, 탈양성자화에 의한 유기 암모늄 이온의 유기 아민으로 전환되는 것을 실질적으로 완전히 방지하면서도, 안정화제로 투입되는 황에 의해 페로브스카이트 화합물 막의 막질 저하 및 이에 따른 페로브스카이트 태양전지의 효율 저하가 실질적으로 발생하지 않을 수 있으며, 나아가, 페로브스카이트 태양전지의 효율이 향상될 수 있는 범위이다. When elemental sulfur compared to 1 mol of organic ammonium ions satisfies the given range, the film quality of the perovskite compound film by sulfur introduced as a stabilizer while substantially completely preventing conversion of organic ammonium ions into organic amines by deprotonation The degradation and thus the efficiency of the perovskite solar cell may not substantially occur, and further, it is a range in which the efficiency of the perovskite solar cell can be improved.

구체적으로, 유기 암모늄 이온 1몰 대비 원소 황이 제시된 범위를 만족하는 경우, 페로브스카이트 화합물 용액은 하기 식 1을 만족할 수 있다. 구체적으로는 [PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100은 9.5% 이하, 보다 구체적으로 [PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100은 9.0% 이하일 수 있다.Specifically, when the sulfur content of the element relative to 1 mole of the organic ammonium ion satisfies the suggested range, the perovskite compound solution may satisfy Equation 1 below. Specifically, [PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 is 9.5% or less, more specifically [PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 is 9.0% It may be:

(식 1)(Equation 1)

[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%

식 1에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(AG72)는 제조된 후 72시간 동안 방치된 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다.In Equation 1, PCE (AF) is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from a perovskite compound solution that is left for 1 hour after being prepared, and PCE (AG72) is prepared. It is the efficiency (%) of the perovskite solar cell equipped with the light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution left for 72 hours.

이때, PCE(AF)와 PCE(AG72)는 광흡수층을 위해 사용되는 페로브스카이트 용액만을 제외하고, 동일한 물질 및 구조(dimension 포함)로 이루어진 페로브스카이트 태양전지에서 측정된 효율일 수 있음은 물론이다. At this time, PCE (AF) and PCE (AG72) may be the efficiency measured in a perovskite solar cell made of the same material and structure (including dimension) except for the perovskite solution used for the light absorbing layer. Of course.

또한, 유기 암모늄 이온 1몰 대비 원소 황이 제시된 범위를 만족하는 경우, 페로브스카이트 화합물 용액은 하기 식 2를 만족할 수 있으며, 구체적으로 PCE(AF)/PCE(ref) ≥ 0.99일 수 있으며, 보다 구체적으로 PCE(AF)/PCE(ref) > 1일 수 있다. 또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, PCE(AF)/PCE(ref)는 1.3 이하일 수 있다. In addition, when elemental sulfur compared to 1 mole of organic ammonium ion satisfies the indicated range, the perovskite compound solution may satisfy Equation 2 below, specifically, PCE(AF)/PCE(ref) ≥ 0.99, and more Specifically, PCE(AF)/PCE(ref)>1. In addition, the present invention is not limited thereto, but PCE(AF)/PCE(ref) may be 1.3 or less.

(식 2)(Equation 2)

0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)

식 2에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(ref)는 원소 황을 함유하지 않은 것을 제외하고 페로브스카이트 화합물 용액과 동일한 용액인 기준 용액을 1시간 동안 방치한 후 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다. In Equation 2, PCE (AF) is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from a perovskite compound solution that is left for 1 hour after being prepared, and PCE (ref) is elemental sulfur It is the efficiency (%) of the perovskite solar cell equipped with the light absorbing layer prepared after leaving the reference solution, which is the same solution as the perovskite compound solution for 1 hour, except that it does not contain.

이때, PCE(AF)와 PCE(ref)는 광흡수층을 위해 사용되는 페로브스카이트 용액만을 제외하고, 동일한 물질 및 구조(dimension 포함)로 이루어진 페로브스카이트 태양전지에서 측정된 효율일 수 있음은 물론이다. 또한, 식 1 및 식 2 각각에서 PCE(AF)는 20% 이상일 수 있다. At this time, PCE (AF) and PCE (ref) may be the efficiency measured in a perovskite solar cell made of the same material and structure (including dimension) except for the perovskite solution used for the light absorbing layer. Of course. In addition, in each of Equations 1 and 2, PCE (AF) may be 20% or more.

페로브스카이트 화합물 용액에서, 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물은 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6을 만족할 수 있다.In the perovskite compound solution, the perovskite compound organometal halide may satisfy the following formula 4, formula 5, or formula 6 as the perovskite compound.

(화학식 4)(Formula 4)

AMX3 AMX 3

화학식 4에서, A는 유기 양이온으로, 구체적으로 1가의 유기 양이온일 수 있으며, 상술한 바와 같이, A는 유기 암모늄 이온 또는 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온일 수 있다. M은 2가의 금속 이온일 수 있고, X는 할로겐 이온일 수 있다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In Formula 4, A is an organic cation, specifically, may be a monovalent organic cation, and as described above, A may be an organic ammonium ion or an organic ammonium ion and an amidinium-based ion. M may be a divalent metal ion, and X may be a halogen ion. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

(화학식 5)(Formula 5)

A(M1-aNa)X3 A(M 1-a N a )X 3

화학식 5에서, A 및 X는 각각 화학식 4에서 정의한 바와 동일하며, M은 2가의 금속 이온이고, N은 1가의 금속 이온 및 3가의 금속 이온 중 하나 이상 선택되는 도핑 금속 이온이며, a는 0<a≤0.1인 실수이다.In Formula 5, A and X are each as defined in Formula 4, M is a divalent metal ion, N is a doped metal ion selected from one or more of a monovalent metal ion and a trivalent metal ion, and a is 0< It is a real number with a≤0.1.

화학식 5에서, 도핑 금속 이온인 1가의 금속 이온은 알칼리 금속 이온을 포함한다. 알칼리 금속 이온은 Li+, Na+, K+, Rb+ 및 Cs+ 이온에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In Chemical Formula 5, the monovalent metal ion, which is a doped metal ion, includes an alkali metal ion. Alkali metal ions may be selected from one or more of Li + , Na + , K + , Rb + and Cs + ions.

화학식 5에서, 도핑 금속 이온인 3가의 금속 이온은 Al3+, Ga3+, In3+, Tl3+, Sc3+, Y3+, La3+, Ce3+, Fe3+, Ru3+, Cr3+, V3+ 및 Ti3+ 이온에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In Chemical Formula 5, the doped metal ion, a trivalent metal ion, is Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+ , Sc 3+ , Y 3+ , La 3+ , Ce 3+ , Fe 3+ , Ru One or more than 3+ , Cr 3+ , V 3+ and Ti 3+ ions may be selected.

(화학식 6)(Formula 6)

A(N1 1-bN2 b)X3 A(N 1 1-b N 2 b )X 3

화학식 6에서, A 및 X는 각각 화학식 4에서 정의한 바와 동일하며, N1은 1가의 금속 이온이고, N2는 3가의 금속 이온이며, b는 0.4≤b≤0.6인 실수이다.In Formula 6, A and X are the same as defined in Formula 4, respectively, N 1 is a monovalent metal ion, N 2 is a trivalent metal ion, and b is a real number of 0.4 ≤ b ≤ 0.6.

화학식 6에서, 1가의 금속 이온은 알칼리 금속 이온을 포함한다. 알칼리 금속 이온은 Li+, Na+, K+, Rb+ 및 Cs+ 이온에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In the formula (6), the monovalent metal ion includes an alkali metal ion. Alkali metal ions may be selected from one or more of Li + , Na + , K + , Rb + and Cs + ions.

화학식 6에서, 3가의 금속 이온은 Al3+, Ga3+, In3+, Tl3+, Sc3+, Y3+, La3+, Ce3+, Fe3+, Ru3+, Cr3+, V3+ 및 Ti3+ 이온에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In the formula (6), the trivalent metal ion is Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+ , Sc 3+ , Y 3+ , La 3+ , Ce 3+ , Fe 3+ , Ru 3+ , Cr One or more may be selected from 3+ , V 3+ and Ti 3+ ions.

화학식 6은 화학식 4에서의 2가 금속 이온(M)이 1가 및 3가의 금속 이온으로 대체된 것을 의미할 수 있다. Formula 6 may mean that the divalent metal ion (M) in Formula 4 is replaced with monovalent and trivalent metal ions.

화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6에서, X는 할로겐 음이온이다. 할로겐 음이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. 구체적으로, 할로겐 음이온은 요오드 이온(I-), 클로린 이온(Cl-) 및 브롬 이온(Br-)에서 하나 또는 둘 이상 선택된 이온을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 할로겐 음이온은 요오드 이온 및 브롬 이온을 함유할 수 있다. 할로겐 음이온이 요오드 이온 및 브롬 이온을 모두 함유하는 경우, 페로브스카이트 화합물의 결정성 및 내습성을 향상시킬 수 있다. In Formula 4, Formula 5 or Formula 6, X is a halogen anion. Halogen anion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl. Specifically, the halogen anion is iodide ion (I -) may include a selected one or more, or both the ion, chlorine ion (Cl - -) and bromide (Br). More specifically, the halogen anion may contain iodine ion and bromine ion. When the halogen anion contains both iodine ion and bromine ion, the crystallinity and moisture resistance of the perovskite compound can be improved.

구체 예로, 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6에서, X는 Xa (1-y)Xb y 일 수 있고, Xa 및 Xb는 서로 상이한 할로겐 이온(요오드 이온(I-), 클로린 이온(Cl-) 및 브롬 이온(Br-)에서 선택되는 서로 상이한 할로겐 이온)이고, y는 0<y<1인 실수일 수 있다. 보다 구체적으로, 화학식 1에서, X는 Xa (1-y)Xb y 일 수 있고, Xa 요오드 이온이고, Xb는 브롬 이온이며, y는 0.05≤y≤0.3인 실수, 구체적으로 0.1≤y≤0.15인 실수일 수 있다. 즉, 페로브스카이트 화합물 용액에 함유된 할로겐 음이온의 총 몰수를 1로 하여, 페로브스카이트 화합물 용액은 0.7 내지 0.95의 요오드 이온 및 0.3 내지 0.05의 브롬 이온을 함유할 수 있다. In a specific embodiment, in Chemical Formula 4, Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, X may be X a (1-y) X b y , and X a and X b may be different from each other halogen ions (iodine ion (I ), chlorine ion ( Cl -) and bromide (Br -) are different from each other a halogen ion selected from) and, y can be a real number 0 <y <1. More specifically, in Chemical Formula 1, X may be X a (1-y) X b y , X a iodine ion, X b is bromine ion, and y is a real number of 0.05≤y≤0.3, specifically 0.1 ≤y≤0.15. That is, the total number of moles of halogen anions contained in the perovskite compound solution is 1, and the perovskite compound solution may contain iodine ions of 0.7 to 0.95 and bromine ions of 0.3 to 0.05.

대표적인 M인 Pb2+를 예로 한, 구체적이며 비 한정적인 페로브스카이트 화합물의 일 예를 들면, 페로브스카이트 화합물은 CH3NH3PbIxCly(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), CH3NH3PbIxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), CH3NH3PbClxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), CH3NH3PbIxFy(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2CH=NH2PbIxCly(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3),NH2CH=NH2PbIxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2CH=NH2PbClxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2CH=NH2PbIxFy(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2CH=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0<x<1인 실수이며, y는 0<y<1인 실수), NH2CH=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수이며, y는 0.05≤y≤0.3인 실수), NH2CH=CH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-x)Brx)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수), NH2C(CH3)=NH2PbIxCly(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3),NH2C(CH3)=NH2PbIxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(CH3)=NH2PbClxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(CH3)=NH2PbIxFy(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(CH3)=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0<x<1인 실수이며, y는 0<y<1인 실수), NH2C(CH3)=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수이며, y는 0.05≤y≤0.3인 실수), NH2C(CH3)=CH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-x)Brx)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수), NH2C(NH2)=NH2PbIxCly(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3),NH2C(NH2)=NH2PbIxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(NH2)=NH2PbClxBry(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(NH2)=NH2PbIxFy(0≤x≤3인 실수, 0≤y≤3인 실수 및 x+y=3), NH2C(NH2)=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0<x<1인 실수이며, y는 0<y<1인 실수), NH2C(NH2)=NH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-y)Bry)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수이며, y는 0.05≤y≤0.3인 실수) 또는 NH2C(NH2)=CH2(1-x)CH3NH3xPb(I(1-x)Brx)3(x는 0.05≤x≤0.3인 실수)등을 들 수 있다. As an example of a specific and non-limiting perovskite compound, taking Pb 2+ as a representative M as an example, the perovskite compound is CH 3 NH 3 PbI x Cl y (real number of 0≤x≤3, 0 ≤y≤3 real and x+y=3), CH 3 NH 3 PbI x Br y (0≤x≤3 real, 0≤y≤3 real and x+y=3), CH 3 NH 3 PbCl x Br y (reality with 0≤x≤3, real with 0≤y≤3 and x+y=3), CH 3 NH 3 PbI x F y (real with 0≤x≤3, 0≤y≤3 Phosphorus real and x+y=3), NH 2 CH=NH 2 PbI x Cl y (real as 0≤x≤3, real as 0≤y≤3 and x+y=3),NH 2 CH=NH 2 PbI x Br y (reality with 0≤x≤3, real with 0≤y≤3 and x+y=3), NH 2 CH=NH 2 PbCl x Br y (real with 0≤x≤3, 0≤y ≤3 real and x+y=3), NH 2 CH=NH 2 PbI x F y (0≤x≤3 real, 0≤y≤3 real and x+y=3), NH 2 CH= NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0<x<1, y is a real number with 0<y<1), NH 2 CH= NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3, y is a real number with 0.05≤y≤0.3), NH 2 CH= CH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-x) Br x ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3), NH 2 C(CH 3 )=NH 2 PbI x Cl y ( 0≤x≤3 real number, 0≤y≤3 real number and x+y=3), NH 2 C(CH 3 )=NH 2 PbI x Br y (0≤x≤3 real number, 0≤y≤ 3 real and x+y=3), NH 2 C(CH 3 )=NH 2 PbCl x Br y (0≤x≤3 real, 0≤y≤3 real and x+y=3), NH 2 C(CH 3 )=NH 2 PbI x F y (real number with 0≤x≤3, real number with 0≤y≤3 and x+y=3), NH 2 C (CH 3 )=NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0<x<1, y is a real number with 0<y<1) , NH 2 C(CH 3 )=NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3, y is 0.05≤y≤ 0.3 real), NH 2 C(CH 3 )=CH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-x) Br x ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3), NH 2 C(NH 2 )=NH 2 PbI x Cl y (real number with 0≤x≤3, real number with 0≤y≤3 and x+y=3),NH 2 C(NH 2 )=NH 2 PbI x Br y (Real number with 0≤x≤3, real number with 0≤y≤3 and x+y=3), NH 2 C(NH 2 )=NH 2 PbCl x Br y (real number with 0≤x≤3, 0≤y ≤3 real and x+y=3), NH 2 C(NH 2 )=NH 2 PbI x F y (0≤x≤3 real, 0≤y≤3 real and x+y=3), NH 2 C(NH 2 )=NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0<x<1, y is 0<y<1 Phosphorus real number), NH 2 C(NH 2 )=NH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-y) Br y ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3, y is 0.05 ≤y≤0.3 real) or NH 2 C(NH 2 )=CH 2(1-x) CH 3 NH 3x Pb(I (1-x) Br x ) 3 (x is a real number with 0.05≤x≤0.3) And the like.

페로브스카이트 화합물 용액에서, 금속할로겐화물은 앞서 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6을 기반으로 페로브스카이트 화합물에서 금속 양이온(M, N, N1 및/또는 N2)과 할로겐 이온(X)의 화합물을 의미할 수 있다.In the perovskite compound solution, the metal halide is previously a metal cation (M, N, N 1 and/or N 2 ) and a halogen ion (X) in the perovskite compound based on Formula 4, Formula 5 or Formula 6. ).

즉, 금속할로겐화물은 하기의 화학식 7, 화학식 8 또는 화학식 9를 만족할 수 있다.That is, the metal halide may satisfy the following Chemical Formula 7, Chemical Formula 8 or Chemical Formula 9.

(화학식 7)(Formula 7)

MX2 MX 2

화학식 7에서, M은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In the formula (7), M is a divalent metal ion, and X is a halogen ion. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

(화학식 8)(Formula 8)

(M1-aNa)X2 (M 1-a N a )X 2

화학식 8에서, M은 2가의 금속 이온이고, N은 1가의 금속 이온 및 3가의 금속 이온 중 하나 이상 선택되는 도핑 금속 이온이며, a는 0<a≤0.1인 실수이며, X는 할로겐 이온이다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In Formula 8, M is a divalent metal ion, N is a doped metal ion selected from one or more of a monovalent metal ion and a trivalent metal ion, a is a real number with 0<a≤0.1, and X is a halogen ion. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

(화학식 9)(Formula 9)

(N1 1-bN2 b)X2 (N 1 1-b N 2 b )X 2

화학식 9에서, N1은 1가의 금속 이온이고, N2는 3가의 금속 이온이며, b는 0.4≤b≤0.6인 실수이며, X는 할로겐 이온이다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In the formula (9), N 1 is a monovalent metal ion, N 2 is a trivalent metal ion, b is a real number of 0.4 ≤ b ≤ 0.6, and X is a halogen ion. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

페로브스카이트 화합물 용액에서, 유기할로겐화물은 앞서 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6을 기반으로 페로브스카이트 화합물에서 유기 양이온(A)과 할로겐 이온(X)의 화합물을 의미할 수 있으며, 화학식 AX로 대표될 수 있다.In the perovskite compound solution, the organohalide may mean a compound of an organic cation (A) and a halogen ion (X) in the perovskite compound based on Chemical Formula 4, Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 above. It can be represented by AX.

구체예로, 유기할로겐화물은 하기 화학식 10일 수 있다.In an embodiment, the organohalide may be represented by Chemical Formula 10 below.

(화학식 10)(Formula 10)

AXAX

화학식 10에서, A는 유기 양이온, 구체적으로 1가의 유기 양이온으로, A는 유기 암모늄 이온, 또는 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온이며, X는 할로겐 이온이다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. In the formula (10), A is an organic cation, specifically a monovalent organic cation, A is an organic ammonium ion, or an organic ammonium ion and an amidinium-based ion, and X is a halogen ion. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

상술한 유리한 일 예에 따라, 유기 양이온이 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 모두 포함하는 경우, 유기할로겐화물은 하기 화학식 11을 만족할 수 있다. According to an advantageous example described above, when the organic cation includes both an organic ammonium ion and an amidinium-based ion, the organic halide may satisfy Formula 11 below.

(화학식 11)(Formula 11)

Aa (1-x)Ab xX A a (1-x) A b x X

화학식 11에서, Ab는 1가의 유기 암모늄 이온이며, Aa는 아미디니움계 이온이고, X는 할로겐 이온이고, x는 0<x<1인 실수, 구체적으로 x는 0.3 내지 0.05의 실수, 보다 구체적으로 x는 0.2 내지 0.05의 실수이다. 이때, 할로겐 이온은 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In Formula 11, A b is a monovalent organic ammonium ion, A a is an amidinium-based ion, X is a halogen ion, x is a real number of 0<x<1, specifically x is a real number of 0.3 to 0.05, More specifically, x is a real number from 0.2 to 0.05. In this case, the halogen ion is I - may be selected from at least one or both -, Br -, F - and Cl.

페로브스카이트 화합물 용액의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 감마-부티로락톤(Gamma-butyrolactone, GBL), 1-메틸-2-피롤리돈(1-Methyl-2-pyrolidinone), N,N-디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸술폭시드(Dimethylsulfoxide, DMSO), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide DMF) 또는 이들의 혼합 용매등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent of the perovskite compound solution is N,N-dimethylformamide (DMF), gamma-butyrolactone (GBL), 1-methyl-2-pyrrolidone (1 -Methyl-2-pyrolidinone, N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide DMF or mixed solvents thereof However, it is not necessarily limited to this.

페로브스카이트 화합물 용액은 페로브스카이트 화합물 용액은 단순 도포 및 건조 의해 안정적 페로브스카이트 화합물 막이 형성되는 측면에서 1 내지 1.5 몰농도의 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물을 함유할 수 있으나, 본 발명이 용액 내 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물의 농도에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. 또한, 페로브스카이트 화합물 용액이 금속할로겐화물과 유기할로겐화물을 함유하는 경우, 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물의 화학양론비(일 예로, 1 : 1의 몰비)를 만족하도록 금속할로겐화물과 유기할로겐화물을 함유할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요시 화학양론비 대비 과량의 금속할로겐화물이나 유기할로겐화물을 함유할 수 있다. The perovskite compound solution may contain an organometallic halide or metal halide at a concentration of 1 to 1.5 molar in terms of forming a stable perovskite compound film by simple application and drying. It goes without saying that the present invention cannot be limited by the concentration of organometal halide or metal halide in solution. In addition, when the perovskite compound solution contains a metal halide and an organic halide, the metal halide satisfies the stoichiometric ratio (eg, a molar ratio of 1: 1) of the organometal halide of the perovskite structure. It may contain cargo and organic halides, but is not necessarily limited thereto, and may contain excess metal halide or organic halide if necessary.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 이용한 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method for producing a perovskite compound membrane using the above-described perovskite compound solution.

상세하게, 본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법은 페로브스카이트 화합물 용액을 도포 및 건조하는 단계를 포함한다.In detail, the method of manufacturing a perovskite compound membrane according to the present invention includes applying and drying a perovskite compound solution.

페로브스카이트 화합물 용액이 시간에 따라 특성이 변화되지 않는 장기 안정성을 가짐에 따라, 재현성 있게 고품질의 페로브스카이트 화합물 막을 제조할 수 있으며, 제조 과정에서 용액의 제조 보관 도포까지 과정에서 엄격한 관리 및 제어가 불필요하여 공정 용이성이 증대되어, 고품질의 페로브스카이트 화합물 막을 안정적이며 재현성 있게 대량 생산 할 수 있다.As the perovskite compound solution has a long-term stability that does not change its properties with time, it is possible to manufacture a high-quality perovskite compound film with reproducibility, and strict management in the process from manufacturing to manufacturing storage application of the solution. And since no control is required, processability is increased, and a high-quality perovskite compound film can be stably and reproducibly mass produced.

페로브스카이트 화합물 용액의 도포는 스프레이, 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 그라비아 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 닥터 블레이드 코팅, 스크린 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 바-코팅, 그라비옵셋 프린팅, 롤 코팅, 스핀 코팅등을 통해 수행될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 건조는 상온 내지 200℃의 온도, 안정적으로는 상온 내지 150℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The application of perovskite compound solution can be spray, inkjet printing, slot die coating, gravure printing, flexographic printing, doctor blade coating, screen printing, electrostatic hydraulic printing, micro contact printing, imprinting, reverse offset printing, bar -Coating, gravure offset printing, roll coating, spin coating, etc. may be performed, but the present invention is not limited thereto. Drying may be performed at a temperature of room temperature to 200°C, and stably at a temperature of room temperature to 150°C, but is not limited thereto.

도포시, 페로브스카이트 화합물 용액을 도포한 후 순차적으로 비용매를 도포하는 2-스텝 도포가 수행될 수 있다. 2-스텝 도포는 치밀한 페로브스카이트 화합물 막 형성에 에 유리하나, 다른 공지의 방법을 사용하여 페로브스카이트 화합물 막을 형성하여도 무방하다. 일 예로, 용액도포를 이용한 페로브스카이트 화합물 막의 제조는 본 출원인의 공개특허 제2014-0035285호, 공개특허 제2014-0035284호 또는 공개특허 제2014-0035286호를 참고하여 수행될 수 있으며, 본 출원인의 공개특허 제2014-0035285호, 공개특허 제2014-0035284호 및 공개특허 제2014-0035286호에 기재된 내용을 전체적으로 포함한다. Upon application, a two-step application of sequentially applying a non-solvent after applying the perovskite compound solution may be performed. Two-step coating is advantageous for forming a dense perovskite compound film, but a perovskite compound film may be formed using other known methods. For example, the preparation of a perovskite compound membrane using a solution coating may be performed with reference to Applicants' Patent Publication No. 2014-0035285, Patent Publication No. 2014-0035284, or Patent Publication No. 2014-0035286. The contents of the applicant's published patent applications 2014-0035285, published patent applications 2014-0035284 and published patent applications 2014-0035286 are entirely included.

페로브스카이트 화합물 용액이 도포되는 기판, 즉, 페로브스카이트 화합물 막이 형성되는 기판은 트랜지스터와 같은 전자 소자, 광을 발생하는 발광 소자, 메모리 소자, 광발전용 소자(태양전지), 센서 등, 페로브스카이트 화합물 막이 구비되는 소자의 기본 구조에 따라, 페로브스카이트 화합물 막의 하부에 구비되는 구성요소가 기 형성된 기판일 수 있다. The substrate on which the perovskite compound solution is applied, that is, the substrate on which the perovskite compound film is formed, is an electronic device such as a transistor, a light emitting device generating light, a memory device, a photovoltaic device (solar cell), a sensor, etc. , According to the basic structure of the device provided with the perovskite compound film, a component provided under the perovskite compound film may be a preformed substrate.

트랜지스터와 같은 전자 소자, 광을 발생하는 발광 소자, 메모리 소자, 광발전용 소자(태양전지), 센서등, 관련 분야의 종사자라면, 목적하는 소자의 기본 구조를 고려하여, 목적하는 소자를 제조하기 위해, 페로브스카이트 화합물 막 형성 전 지지체에 하부 구성요소를 기 형성한 후 페로브스카이트 화합물 막을 형성하고, 이후 해당 소자에 적합한 페로브스카이트 화합물 막의 상부에 위치하는 상부 구성요소를 형성함으로써, 목적하는 소자를 제조할 수 있다. If a person in the related field, such as an electronic device such as a transistor, a light emitting device that generates light, a memory device, a photovoltaic device (solar cell), a sensor, etc., considers the basic structure of the desired device and manufactures the desired device In order to form a perovskite compound film after forming a lower component on a support before forming a perovskite compound film, and then forming an upper component located on top of the perovskite compound film suitable for the device , Can produce the desired device.

페로브스카이트 화합물의 다양한 응용 중, 상업적으로 중요한 페로브스카이트 화합물 막이 광흡수층로 구비되는 페로브스카이트 태양전지의 예를 보다 구체적으로 상술한다. Among various applications of the perovskite compound, an example of a perovskite solar cell in which a commercially important perovskite compound film is provided as a light absorbing layer is described in more detail.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method of manufacturing a perovskite solar cell using the above-described perovskite compound solution.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 제1전극; 제1전하전달체가 형성된 기판에 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 도포 및 건조하여 페로브스카이트 화합물 막인 광흡수층을 형성하는 단계; 광흡수층 상부로 제2전하전달체 및 제2전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention includes a first electrode; Forming a light absorbing layer which is a perovskite compound film by applying and drying the perovskite compound solution described above on a substrate on which the first charge carrier is formed; And forming a second charge carrier and a second electrode over the light absorbing layer.

제1전하전달체와 제2전하전달체는 서로 상보적인 전하를 전달하는 전하전달체일 수 있다. 일 예로, 제1전하전달체가 전자전달체인 경우 제2전하전달체는 정공전달체일 수 있다. 전자전달체는 도포 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 유기 전자전달물질이 용해된 용액 또는 전자전도성 금속산화물등과 같은 전자전달체 물질이 분산된 분산액(또는 슬러리)을 도포 및 건조하거나, 선택적으로 건조된 수득물을 열처리하여 제조할 수 있다. 이와 달리 전자전달체는 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)등의 증착을 이용하여 형성될 수 있다. 다공성 전자전달체를 일 예로, 전자전달체는 전극 상부에 금속산화물 입자를 함유하는 슬러리를 도포 및 건조하고 열처리하여 제조될 수 있다. The first charge carrier and the second charge carrier may be charge carriers that transfer complementary charges to each other. For example, when the first charge carrier is an electron carrier, the second charge carrier may be a hole carrier. The electron transporting body can be formed by application or vapor deposition. Specifically, a solution (or slurry) in which an electron transport material is dispersed, such as a solution in which an organic electron transport material is dissolved or an electron conductive metal oxide, may be coated and dried, or optionally, a dried product may be heat-treated. Alternatively, the electron transporter may be formed using vapor deposition such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition. As an example of the porous electron transporter, the electron transporter may be manufactured by applying a slurry containing metal oxide particles on an electrode, drying and heat treatment.

전하전달체가 전공전달체인 경우, 전공전달체는 도포 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 유기 정공전달물질이 용해된 용액 또는 무기 정공전달체 물질이 분산된 분산액(또는 슬러리)을 도포 및 건조하거나, 선택적으로 건조된 수득물을 열처리하여 제조할 수 있다. 이와 달리 정공전달체는 정공전도성 무기물의 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)등의 증착을 이용하여 형성될 수 있다. When the charge carrier is a major transport, the major transport may be formed by application or vapor deposition. Specifically, a solution in which an organic hole transport material is dissolved or a dispersion (or slurry) in which an inorganic hole transport material is dispersed may be coated and dried, or optionally, a dried product may be heat-treated. Alternatively, the hole transporter may be formed using deposition such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition of a hole-conducting inorganic material.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액을 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 포함한다. 본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물 막은 황, 구체적으로 원소-황을 포함하며, 원소-황은 페로브스카이트 화합물 막에 균질하게 함유된 상태일 수 있다. The present invention includes a perovskite compound membrane prepared using the above-described perovskite compound solution. The perovskite compound film according to the present invention contains sulfur, specifically element-sulfur, and element-sulfur may be in a state homogeneously contained in the perovskite compound film.

상술한 페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막에서, 페로브스카이트 화합물은 상술한 화학식 4, 5 및 6을 기반으로 상술한 바와 유사 내지 동일할 수 있으며, 페로브스카이트 화합물 막은 유기 암모늄 이온 1 몰 대비 0.5내지 1몰의 원소 황을 함유할 수 있다.In the perovskite compound membrane derived from the perovskite compound solution described above, the perovskite compound may be similar to or the same as described above based on the above-described formulas 4, 5, and 6, and the perovskite compound membrane It may contain 0.5 to 1 mole of elemental sulfur relative to 1 mole of organic ammonium ions.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 소자를 포함한다.The present invention includes a device comprising a perovskite compound film derived from the perovskite compound solution described above.

이때, 소자는 트랜지스터등와 같은 전자 소자, 발광 소자, 메모리 소자, 광발전용 소자(태양전지), 센서등을 포함할 수 있다.At this time, the device may include an electronic device such as a transistor, a light emitting device, a memory device, a photovoltaic device (solar cell), a sensor, or the like.

대표적인 예로, 소자는 페로브스카이트 태양전지일 수 있으며, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 제1전극; 제1전하전달체; 상술한 페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막; 제2전하전달체; 및 제2전극을 포함할 수 있다.As a typical example, the device may be a perovskite solar cell, and the perovskite solar cell according to the present invention includes a first electrode; A first charge carrier; A perovskite compound membrane derived from the above-described perovskite compound solution; A second charge carrier; And a second electrode.

제1전하전달체와 제2전하전달체는 서로 상보적인 전하를 전달하는 전하전달체일 수 있다. 일 예로, 제1전하전달체가 전자전달체인 경우 제2전하전달체는 정공전달체일 수 있다. The first charge carrier and the second charge carrier may be charge carriers that transfer complementary charges to each other. For example, when the first charge carrier is an electron carrier, the second charge carrier may be a hole carrier.

전자전달체는 통상의 양자점 기반 태양전지, 염료 감응형 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서, 전자 전달을 위해 사용되는 금속산화물일 수 있다. 구체적인 일 예로, 금속산화물은, 타이타늄 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 몰리브데넘 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 란타늄 산화물, 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물 및 스트론튬-타이타늄 산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(고용체를 포함함)를 들 수 있다. The electron carrier may be a metal oxide used for electron transfer in a conventional quantum dot-based solar cell, dye-sensitized solar cell, or perovskite-based solar cell. As a specific example, the metal oxide is titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, tungsten oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, barium oxide, zirconium oxide, strontium oxide, lanthanum oxide, vanadium oxide, aluminum Oxides, yttrium oxides, scandium oxides, samarium oxides, gallium oxides, and strontium-titanium oxides, and mixtures thereof or mixtures thereof (including solids).

전자전달체는 금속산화물 다공막과 금속산화물 치밀막이 적층된 구조일 수 있다. 금속산화물 다공막의 두께는 50nm 내지 10μm, 구체적으로는 50nm 내지 1000nm일 수 있다. 다공막인 경우 그 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있다. 금속산화물 다공막은 금속산화물 입자간 빈 공간에 의해 다공 구조를 가질 수 있으며, 금속산화물 입자의 평균 입경은 5 내지 500 nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 전자전달체가 금속산화물 다공막을 포함하는 경우, 다공막 하부에는 금속산화물의 치밀막이 더 구비될 수 있다. 금속산화물의 치밀막은 광흡수체(페로브스카이트 화합물)와 전극간 접촉을 방지하는 역할을 함과 동시에 전자를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 금속산화물의 치밀막의 두께는 실질적으로 10nm 이상, 보다 실질적으로 10nm 내지 100nm, 보다 더 실질적으로 50nm 내지 100nm일 수 있다.The electron transporting body may have a structure in which a porous metal oxide film and a dense metal oxide film are stacked. The thickness of the porous metal oxide film may be 50 nm to 10 μm, specifically 50 nm to 1000 nm. In the case of a porous membrane, the specific surface area may be 10 to 100 m 2 /g. The porous metal oxide film may have a porous structure due to empty spaces between the metal oxide particles, and the average particle diameter of the metal oxide particles may be 5 to 500 nm, but is not limited thereto. As described above, when the electron transporter includes a porous metal oxide film, a dense film of a metal oxide may be further provided below the porous film. The dense film of the metal oxide serves to prevent contact between the light absorber (perovskite compound) and the electrode, and at the same time, it can serve to transfer electrons. The thickness of the dense film of the metal oxide may be substantially 10 nm or more, more substantially 10 nm to 100 nm, and even more substantially 50 nm to 100 nm.

정공전달체는 유기 정공전달체일 수 있다. 유기 정공 전달체는 유기 정공전달물질, 구체적으로 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질(정공전도성 유기물)을 포함할 수 있다. 유기 정공전달물질은 무기 반도체 양자점을 염료로 사용하는 통상의 무기 반도체 기반 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서 사용되는 유기 정공전달물질이면 사용 가능하다. The hole transporter may be an organic hole transporter. The organic hole transporter may include an organic hole transport material, specifically, a single molecule to a polymer organic hole transport material (hole conducting organic material). The organic hole transport material may be used as long as it is an organic hole transport material used in a conventional inorganic semiconductor-based solar cell or perovskite-based solar cell using an inorganic semiconductor quantum dot as a dye.

유기 정공전달물질의 비 한정적인 일 예로, 펜타센(pentacene), 쿠마린 6(coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC(zinc phthalocyanine), CuPC(copper phthalocyanine), TiOPC(titanium oxide phthalocyanine), Spiro-OMeTAD(2,2,2',7,7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9'-spirobi fluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine), SubPc(boron subphthalocyanine chloride), N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)),P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'- dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy -5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT( poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H- cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl -2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) 및 이들의 공중합체에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있다. Non-limiting examples of organic hole transporters, pentacene, coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC (zinc phthalocyanine), CuPC (copper phthalocyanine) , TiOPC (titanium oxide phthalocyanine), Spiro-OMeTAD (2,2,2',7,7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9'-spirobi fluorene) , F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine), SubPc( boron subphthalocyanine chloride), N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)),P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO- PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2''-ethylhexyloxy)-p -phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly (p-phenylene vinylene)), TFB (poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ((2,22',7,77'-tetrkis (N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9, 9,9′-spirobi fluorine]), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b:3, 4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole )-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4, 5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[ 2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole) ]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)], PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5 ,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt -(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl -2 ,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-c o-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) and their And materials selected from one or more of the copolymers.

비 한정적이며 구체적인 일 예로, 정공전달체는 유기 정공전달물질의 박막일 수 있으며, 박막의 두께는 10 nm 내지 500 nm일 수 있다. 통상적으로, 유기물 기반 정공전달체는 전도도 향상과 같은 특성 향상을 위해 TBP(tertiary butyl pyridine), LiTFSI(Lithium Bis(Trifluoro methanesulfonyl)Imide) 및 Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III)등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다.As a non-limiting and specific example, the hole transporter may be a thin film of an organic hole transport material, and the thickness of the thin film may be 10 nm to 500 nm. Typically, the organic material-based hole transporter has tertiary butyl pyridine (TBP), lithium bisSI (trifluoro methanesulfonyl) imide) and tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt for improving properties such as conductivity improvement It may contain additives such as (III).

페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막은 황, 구체적으로 원소-황을 포함하며, 원소-황은 페로브스카이트 화합물 막에 균질하게 함유된 상태일 수 있다. 페로브스카이트 화합물 막은 유기 암모늄 이온 1 몰 대비 0.5내지 1몰의 원소 황을 함유할 수 있다.The perovskite compound film derived from the perovskite compound solution contains sulfur, specifically element-sulfur, and the element-sulfur may be in a state homogeneously contained in the perovskite compound membrane. The perovskite compound membrane may contain 0.5 to 1 mole of elemental sulfur relative to 1 mole of organic ammonium ions.

페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막에서, 페로브스카이트 화합물은 상술한 화학식 4, 5 및 6을 기반으로 상술한 바와 유사 내지 동일할 수 있다. 페로브스카이트 화합물 용액 유래 페로브스카이트 화합물 막의 두께는 100nm 내지 2μm, 보다 구체적으로 200 내지 1μm, 보다 더 구체적으로 300nm 내지 800nm의 두께일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the perovskite compound membrane derived from the perovskite compound solution, the perovskite compound may be similar to or the same as described above based on the above formulas 4, 5 and 6. The thickness of the perovskite compound solution-derived perovskite compound film may be 100 nm to 2 μm, more specifically 200 to 1 μm, and more specifically 300 nm to 800 nm, but is not limited thereto.

제1전극과 제2전극중 적어도 한 전극은 투명전극일 수 있다. 투명 전극 물질은 태양전지에서 전면전극의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질이면 족하다. 다른 한 전극은 전면전극(투명 전극) 또는 후면전극(불투명 전극)의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질이면 족하다. At least one of the first electrode and the second electrode may be a transparent electrode. The transparent electrode material may be any material that is commonly used as an electrode material for the front electrode in a solar cell. The other electrode is sufficient as long as it is a material commonly used as an electrode material for the front electrode (transparent electrode) or rear electrode (opaque electrode).

후면전극(불투명 전극)의 전극물질은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물에서 하나 이상 선택된 물질일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 전면전극(투명전극)의 전극물질은 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, CNT(카본 나노튜브), 그래핀(Graphene)등과 같은 무기계 전도성 전극이거나, 탄소나노튜브. 그래핀, 은 나노와이어등의 금속 나노와이어등의 전도성 나노구조체에 기반한 전도성 나노구조체 네트워크 기반 전극, 또는 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))등과 같은 유기계 전도성 전극일 수 있다. The electrode material of the back electrode (opaque electrode) may be one or more materials selected from gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulfide, copper sulfide, nickel oxide, and combinations thereof. As a non-limiting example, the electrode material of the front electrode (transparent electrode) includes fluorine-containing tin oxide (FTO), indium-doped tin oxide (ITO), ZnO, CNT (carbon nanotube) , Inorganic conductive electrodes such as graphene, or carbon nanotubes. Conductive nanostructure network-based electrodes based on conductive nanostructures such as graphene, silver nanowires, and metal nanowires, or organic conductive electrodes such as PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)) have.

이하, 제조되는 페로브스카이트 화합물 용액의 안정성을 테스트하기 위해, 페로브스카이트 태양전지를 제조하여 그 효율을 살피고, 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 분석하였으나, 본 발명에 따른 소자가 페로브스카이트 태양전지로 국한될 수 없음은 물론이다. Hereinafter, in order to test the stability of the prepared perovskite compound solution, a perovskite solar cell was prepared to examine its efficiency, and the prepared perovskite compound membrane was analyzed, but the device according to the present invention was perovskite. Of course, it cannot be limited to the skye solar cell.

(제조예 1)(Production Example 1)

CH3NH3I (CH3NH3=MA, MAI)의 제조 Preparation of CH 3 NH 3 I (CH 3 NH 3 =MA, MAI)

250 mL 둥근 바닥 플라스크를 이용하여, 메틸 아민 수용액(40wt%, Aldrich) 27.86mL와 요오드화수소산 수용액(HI, 57wt%, Aldrich) 30 mL를 0℃에서 3시간 동안 교반하며 반응시켰다. 이후, 60℃에서 3시간 동안 증발시켜 침전물인 MAI를 회수하였다. 회수된 MAI를 에탄올에 용해시키고, 디에틸에테르를 이용하여 재결정시키고, 진공 오븐에서 밤새 실온에서 건조시켰다.Using a 250 mL round bottom flask, 27.86 mL of an aqueous methyl amine solution (40 wt%, Aldrich) and 30 mL of an aqueous hydroiodic acid solution (HI, 57 wt%, Aldrich) were reacted at 0° C. for 3 hours with stirring. Subsequently, the precipitated MAI was recovered by evaporating at 60° C. for 3 hours. The recovered MAI was dissolved in ethanol, recrystallized using diethyl ether, and dried in a vacuum oven overnight at room temperature.

CH3NH3Br (CH3NH3=MA, MABr)의 제조 Preparation of CH 3 NH 3 Br (CH 3 NH 3 =MA, MABr)

MAI 제조와 동일하게 수행하되, HI 수용액 대신 HBr 수용액을 사용하여 MABr을 제조하였다.MABr was prepared in the same manner as in the MAI preparation, using HBr aqueous solution instead of HI aqueous solution.

NH2CH=NH2I (NH2CH=NH2=FA, FAI)의 제조Preparation of NH 2 CH=NH 2 I (NH 2 CH=NH 2 =FA, FAI)

20mg의 포름아미딘 아세테이트 염(formamidine acetate salt, 99 %, Alfa)을 30mL의 요오드화수소산 수용액(HI, 57wt%, Aldrich)과 반응시켜 합성하였다. 증발 및 재결정 과정은 MAI에서와 동일하였다. 20 mg of formamidine acetate salt (99%, Alfa) was synthesized by reacting with 30 mL of aqueous hydroiodic acid solution (HI, 57 wt%, Aldrich). The evaporation and recrystallization process was the same as in MAI.

FAPbI3의 제조Preparation of FAPbI 3

FAPbI3 흑색 분말은 2-메톡시 에탄올(2ME)에 1 : 1 몰비로 FAI와 요오드화 납(PbI2, Alfa) 혼합물을 투입하고 가열에 의해 침전물을 회수하여 제조하였다.FAPbI 3 black powder was prepared by adding a mixture of FAI and lead iodide (PbI 2 , Alfa) in a 1:1 molar ratio to 2-methoxy ethanol (2ME) and recovering the precipitate by heating.

MAPbBr3의 제조Preparation of MAPbBr 3

MAPbBr3 분말은 디메틸포름아미드(DMF)에 1 : 1 몰비로 MABr 및 납 브로마이드(PbBr2, Alfa)를 투입하고 가열에 의해 침전물을 회수하여 제조하였다.MAPbBr 3 powder was prepared by adding MABr and lead bromide (PbBr 2 , Alfa) in a 1:1 molar ratio to dimethylformamide (DMF) and recovering the precipitate by heating.

(실시예 1)(Example 1)

디메틸포름아미드(DMF)와 디메틸술폭시드(DMSO)의 혼합 용매 (DMF: DMSO 부피비 = 4 : 1)에 FAPbI3 : MAPbBr3 몰비가 0.95 : 0.05가 되도록 FAPbI3과 MAPbBr3를 투입 및 용해하여 전구체 용액을 제조한 후, MA(MA=CH3NH3) : 원소 황의 몰비가 1 : 0.5 이 되도록 황을 첨가하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하였다. 이때, 페로브스카이트 화합물 용액의 금속(Pb, 또는 Pb할로겐화물)의 몰농도는 1.326M이었다.Precursor by adding and dissolving FAPbI 3 and MAPbBr 3 in a mixed solvent of dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) (DMF: DMSO volume ratio = 4: 1) so that the molar ratio of FAPbI 3 : MAPbBr 3 is 0.95: 0.05. After preparing the solution, a perovskite compound solution was prepared by adding sulfur so that the molar ratio of MA (MA=CH 3 NH 3 ): elemental sulfur was 1: 0.5. At this time, the molar concentration of the metal (Pb, or Pb halide) of the perovskite compound solution was 1.326M.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에서 MA(MA=CH3NH3) : 원소 황의 몰비가 1 : 1 이 되도록 황을 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하였다. In Example 1, a perovskite compound solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that sulfur was added so that the molar ratio of MA (MA=CH 3 NH 3 ): elemental sulfur was 1:1.

(실시예 3)(Example 3)

불소 함유 산화주석(제1 전극)이 코팅된 유리 기판(FTO; F-doped SnO2, TEC8, 이하 FTO 기판) 상, 분무 열분해를 이용하여 치밀한 TiO2 박막(두께=30nm)을 형성하였다. 분무 열분해는 20mM 농도의 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트)(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) 용액을 이용하여 450℃에서 수행되었다. On a glass substrate (FTO; F-doped SnO 2 , TEC8, hereinafter referred to as FTO substrate) coated with fluorine-containing tin oxide (first electrode), a dense TiO 2 thin film (thickness=30 nm) was formed by spray pyrolysis. Spray pyrolysis was carried out at 450° C. using a 20 mM titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) solution.

평균 입자크기 50 nm의 TiO2 분말의 TiO2 페이스트를 FTO 기판의 TiO2 박막 위에, 1500rpm으로 50초동안 스핀코팅하고 500 ℃에서 1시간 동안 열처리하여, 두께가 약 200 μm인 다공성 전자 전달층을 제조하였다.A TiO2 paste of TiO 2 powder having an average particle size of 50 nm was spin coated on a TiO 2 thin film of an FTO substrate at 1500 rpm for 50 seconds and heat-treated at 500° C. for 1 hour to prepare a porous electron transport layer having a thickness of about 200 μm. Did.

다공성 전자전달층 상에 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 스핀 코팅(500rpm 5초 1000rpm 5초 5000rpm 50초 중 10초에 안티솔벤트 분포)하고 150℃와 100℃에서 각각 10분간 열처리하여 500nm 두께의 페로브스카이트 화합물 막을 제조하였다. 이때, 페로브스카이트 화합물 용액 안정성을 테스트하기 위해, 용액 제조 직후 플라스크에 담아 덮개를 덮은 상태에서 60℃ 및 500rpm의 속도로 교반하며 일정 시간동안 방치한 후의 페로브스카이트 화합물 용액(이하, 일정시간 에이징된 페로브스카이트 용액으로 통칭함)을 이용하여 페로브스카이트 화합물 막을 제조하였다. Spin coating the perovskite compound solution prepared in Example 1 on the porous electron transport layer (anti-solvent distribution in 10 seconds out of 500 rpm 5 seconds 1000 rpm 5 seconds 5000 rpm 50 seconds) and heat treatment at 150° C. and 100° C. for 10 minutes each. Thus, a 500 nm thick perovskite compound film was prepared. At this time, in order to test the stability of the perovskite compound solution, the perovskite compound solution (hereinafter, constant) was placed in a flask immediately after preparation of the solution, and then stirred at a rate of 60° C. and 500 rpm and left for a certain period of time. Perovskite compound membranes were prepared using time-aged perovskite solutions).

페로브스카이트 화합물 막 상 spiro-OMeTAD 클로로벤젠(100mg/mL)의 정공전달유기물 용액을 스핀 코팅(3000rpm, 30초)하여 정공전달층을 형성하였다. 정공전달유기물 용액은 39.5 μL의 TBP(4-tert-Butylpyridine), 23 μL의 Li-TFSI 아세토니트릴 액(520mg/mL, Li-TFSI=Li-bis(trifluoromethanesulfonyl) imide) 및 10μL의 Co(III)-TFSI을 첨가제로 함유하였다. 이후 열 증발법을 이용하여 정공전달층 상부로 70nm 두께의 금 전극을 형성하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.A hole transport layer was formed by spin coating (3000 rpm, 30 sec) a hole transport organic solution of spiro-OMeTAD chlorobenzene (100 mg/mL) on a perovskite compound membrane. The hole transport organic solution was 39.5 μL of TBP (4-tert-Butylpyridine), 23 μL of Li-TFSI acetonitrile solution (520 mg/mL, Li-TFSI=Li-bis(trifluoromethanesulfonyl) imide) and 10 μL of Co(III) -TFSI was added as an additive. Thereafter, a gold electrode having a thickness of 70 nm was formed over the hole transport layer using a thermal evaporation method to manufacture a perovskite solar cell.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액이 아닌, 실시예 2에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 이용하여 페로브스카이트 화합물 막을 제조한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.Perovskite in the same manner as in Example 3, except that the perovskite compound membrane was prepared using the perovskite compound solution prepared in Example 2, rather than the perovskite compound solution prepared in Example 1 Skyt Solar Cells were manufactured.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1에서 황을 첨가하지 않은 상태인 전구체 용액을 이용하여 페로브스카이트 화합물 막을 제조한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.A perovskite solar cell was prepared in the same manner as in Example 3, except that the perovskite compound film was prepared using the precursor solution in which sulfur was not added in Example 1.

태양전지의 효율은 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2)에서 솔라 시뮬레이터(Newport, Oriel Sol3A Class AAA)를 이용하여 수행되었다.The efficiency of the solar cell was performed using a solar simulator (Newport, Oriel Sol3A Class AAA) under AM1.5G standard irradiation conditions (100 mW/cm 2 ).

(실시예 5)(Example 5)

디메틸포름아미드(DMF)와 디메틸술폭시드(DMSO)의 혼합 용매 (DMF: DMSO 부피비 = 4 : 1)에 FAPbI3 : MAPbBr3 몰비가 0.95 : 0.05가 되도록 FAPbI3과 MAPbBr3를 투입 및 용해하여 전구체 용액을 제조하고, 전구체 용액에 MA(MA=CH3NH3) : 원소 황의 몰비가 1 : 0.5 이 되도록 황을 첨가하여 페로브스카이트 화합물 용액을 제조하였다. 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 도포하고 단순 건조하거나, 또는 150℃에서 4시간 공기 중에서 열처리하여 페로브스카이트 화합물 박막을 제조하였다. 제조된 페로브스카이트 화합물 막 상 spiro-OMeTAD 클로로벤젠(100mg/mL)의 정공전달유기물 용액을 스핀 코팅(3000rpm, 30초)하여 정공전달층을 형성하였다. 정공전달유기물 용액은 39.5 μL의 TBP(4-tert-Butylpyridine), 23 μL의 Li-TFSI 아세토니트릴 액(520mg/mL, Li-TFSI=Li-bis(trifluoromethanesulfonyl) imide) 및 10μL의 Co(III)-TFSI을 첨가제로 함유하였다. 이후 열 증발법을 이용하여 정공전달층 상부로 70nm 두께의 금 전극을 형성하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. Precursor by adding and dissolving FAPbI 3 and MAPbBr 3 in a mixed solvent of dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) (DMF: DMSO volume ratio = 4: 1) so that the molar ratio of FAPbI 3 : MAPbBr 3 is 0.95: 0.05. A perovskite compound solution was prepared by adding sulfur so that the molar ratio of MA (MA=CH 3 NH 3 ): elemental sulfur was 1: 0.5 to the precursor solution. The prepared perovskite compound solution was applied and simply dried or heat-treated in air at 150° C. for 4 hours to prepare a thin perovskite compound thin film. A hole transport layer was formed by spin coating (3000 rpm, 30 sec) a hole transport organic solution of spiro-OMeTAD chlorobenzene (100 mg/mL) on the prepared perovskite compound membrane. The hole transport organic solution is 39.5 μL of TBP (4-tert-Butylpyridine), 23 μL of Li-TFSI acetonitrile solution (520 mg/mL, Li-TFSI=Li-bis(trifluoromethanesulfonyl) imide) and 10 μL of Co(III) -TFSI was added as an additive. Thereafter, a gold electrode having a thickness of 70 nm was formed over the hole transport layer using a thermal evaporation method to manufacture a perovskite solar cell.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 5에서 페로브스카이트 화합물 용액 대신, 황이 첨가되지 않은 상태인 전구체 용액을 이용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. A perovskite solar cell was prepared in the same manner as in Example 5, except that instead of the perovskite compound solution in Example 5, a precursor solution in which sulfur was not added was used.

이하의 도면에서, 0.03M은 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액에 의한 결과를, 0.06M은 실시예 2에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액에 의한 결과를 의미한다.In the following drawings, 0.03M refers to the result with the perovskite compound solution prepared in Example 1, and 0.06M refers to the result with the perovskite compound solution prepared in Example 2.

도 1은 실시예 3 및 실시예 4에서 1시간, 24시간, 48시간, 72시간 및 192 시간의 각각의 시간동안 에이징된 페로브스카이트 용액을 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지의 효율(PCE)과 비교예 1에서 1시간, 24시간, 48시간, 72시간 및 192 시간의 각각의 시간동안 에이징된 전구체 용액을 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지의 효율(PCE)을 실시예와 비교예에 따라 도시한 도면이다. Figure 1 is the efficiency of the perovskite solar cell prepared using the aged perovskite solution for each hour of 1 hour, 24 hours, 48 hours, 72 hours and 192 hours in Example 3 and Example 4 (PCE) and Comparative Example 1 in Example 1, 24 hours, 48 hours, 72 hours and 192 hours of efficiency of each perovskite solar cell prepared using an aging precursor solution (PCE) And a comparative example.

도 1에서 알 수 있듯이, 안정화제인 원소 황을 함유하지 않는 경우(비교예 1) 72시간 에이징(방치)된 시점에서 이미 태양전지의 효율이 5% 이하로 떨어지는 것을 알 수 있으며, 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액이 급격하게 열화되는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in Figure 1, when the stabilizer does not contain elemental sulfur (Comparative Example 1), it can be seen that the efficiency of the solar cell is already lowered to 5% or less at the time of aging (leaving) for 72 hours, and perovskite. It can be seen that the solution in which the compound was dissolved rapidly deteriorated.

그러나, 실시예 3 및 4와 같이, 안정화제로 원소 황을 함유하는 경우 72시간 에이징(방치)된 시점에서 18.99%(실시예 3)과 18.93%(실시예 4)로 유지됨을 알 수 있으며, 192시간 에이징(방치)된 시점에서도 18% 이상의 효율이 유지되는 것을 알 수 있다.However, as in Examples 3 and 4, when the elemental sulfur is contained as a stabilizer, it can be seen that it is maintained at 18.99% (Example 3) and 18.93% (Example 4) at the time of 72 hours of aging (leaving), 192 It can be seen that even when the time is aging (left), the efficiency of 18% or more is maintained.

아래의 표 1은 1시간 에이징된 페로브스카이트 용액 또는 전구체 용액을 이용하여 제조된 태양전지의 특성을 정리 도시한 표이며, 표 2는 72시간 에이징된 페로브스카이트 용액 또는 전구체 용액을 이용하여 제조된 태양전지의 특성을 정리 도시한 표이다. 표 1 및 표 2에서 Jsc는 단락전류밀도(mAcm-2), VOC는 개방 전압(V), FF는 필 팩터(%), PCE는 광전변환효율(%)을 의미한다.Table 1 below is a table showing the characteristics of a solar cell prepared using a 1 hour aged perovskite solution or precursor solution, and Table 2 uses a 72 hour aged perovskite solution or precursor solution. It is a table showing the characteristics of the solar cell manufactured by. In Tables 1 and 2, Jsc is the short-circuit current density (mAcm -2 ), V OC is the open voltage (V), FF is the fill factor (%), and PCE is the photoelectric conversion efficiency (%).

(표 1)(Table 1)

Figure 112018106960319-pat00002
Figure 112018106960319-pat00002

(표 2)(Table 2)

Figure 112018106960319-pat00003
Figure 112018106960319-pat00003

도 2는 실시예 1에서 황이 첨가되지 않은 전구체 용액을 1시간, 24시간, 48시간, 72시간 및 192 시간의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 X-선 회절 분석 결과 및 에이징 시간 별 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 광학 사진을 함께 도시한 도면이다.2 is X of the perovskite compound membrane prepared by aging and spin coating and drying the precursor solution without sulfur in Example 1 for 1 hour, 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 192 hours, respectively. -It is a diagram showing optical results of perovskite compound films observed by ray diffraction analysis results and aging time.

도 2에서 알 수 있듯이, 에이징 시간이 길어짐에 따라 α-FAPbI3 상(메인 피크 2θ=13.9˚)이 불안정해지며 δ-FAPbI3 상(메인 피크 2θ=11.8˚)이 생성됨을 확인할 수 있으며, 이와 함께 금속할로겐화물(PbI2,메인 피크 2θ=12.6˚) 또한 생성됨을 알 수 있다. 또한, 192시간의 에이징 시점에서는 α-FAPbI3 상은 거의 형성되지 않고 δ-FAPbI3 상만이 검출됨을 알 수 있다. X-선 회절 분석 결과, 도 1의 시간에 따른 페로브스카이트 태양전지의 효율 저하가 δ-FAPbI3 상의 생성에 기인함을 알 수 있다.As can be seen in Figure 2, as the aging time increases, it can be confirmed that α-FAPbI 3 phase (main peak 2θ=13.9°) becomes unstable and δ-FAPbI 3 phase (main peak 2θ=11.8°) is generated, In addition, it can be seen that a metal halide (PbI2, main peak 2θ=12.6°) is also produced. In addition, it can be seen that the α-FAPbI 3 phase is hardly formed and only the δ-FAPbI 3 phase is detected at the aging time of 192 hours. As a result of X-ray diffraction analysis, it can be seen that the decrease in efficiency of the perovskite solar cell with time in FIG. 1 is due to the generation of the δ-FAPbI 3 phase.

도 3은 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 용액을 1시간, 24시간, 48시간, 72시간 및 192 시간의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 X-선 회절 분석 결과 및 에이징 시간 별 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 광학 사진을 함께 도시한 도면이다.FIG. 3 is a perovskite compound prepared by aging the perovskite compound solution prepared in Example 1 for 1 hour, 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 192 hours, followed by spin coating and drying. It is a diagram showing the optical images of the perovskite compound film observed by the aging time and the result of X-ray diffraction analysis of the film.

도 3에서 알 수 있듯이 192시간 에이징 시점에서도 δ-FAPbI3 상이 검출되지 않음을 알 수 있으며, 에이징 시간과 실질적으로 무관하게 안정적인 α-FAPbI3 상이 형성 및 유지됨을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 3, it can be seen that the δ-FAPbI 3 phase is not detected even at the 192 hour aging time point, and it can be seen that the stable α-FAPbI 3 phase is formed and maintained independently of the aging time.

도 4는 실시예 1에서 황이 첨가되지 않은 전구체 용액을 1시간(f-1), 24시간(f-2) 및 72시간(f-3)의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 주사전자현미경 사진 및 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 용액을 1시간(g-1), 24시간(g-2) 및 72시간(g-3)의 각각의 시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 관찰한 주사전자현미경 사진을 도시한 도면이다.4 is aging the precursor solution without addition of sulfur in Example 1 for 1 hour (f-1), 24 hours (f-2) and 72 hours (f-3), respectively, followed by spin coating and drying. Scanning electron microscope images of the prepared perovskite compound membranes and the perovskite solutions prepared in Example 1 were 1 hour (g-1), 24 hours (g-2) and 72 hours (g-3). It is a view showing a scanning electron microscope photograph of a perovskite compound membrane prepared by spin coating and drying after aging for each time.

도 4에서 알 수 있듯이, 원소 황을 함유하지 않는 용액의 경우 δ-FAPbI3 상이 형성되며 표면 거칠기 증가와 함께 다량의 크랙(crack)과 핀홀(pin-hole)이 형성된 저 품질의 막이 형성됨을 알 수 있으며, 원소 황을 안정화제로 함유하는 용액의 경우 에이징 시간과 실질적으로 무관하게 유사한 미세구조를 갖는 치밀한 α-FAPbI3의 페로브스카이트 화합물 막이 제조됨을 알 수 있다. As can be seen in Figure 4, in the case of a solution containing no elemental sulfur, δ-FAPbI 3 phase is formed and it is found that a low quality film is formed with a large amount of cracks and pin-holes with increasing surface roughness. In the case of a solution containing elemental sulfur as a stabilizer, it can be seen that a dense perovskite compound film of α-FAPbI 3 having a similar microstructure is substantially independent of the aging time.

도 5는 비교예 1에서, 실시예 1의 황이 첨가되지 않은 전구체 용액을 192시간동안 에이징한 후 스핀 코팅 및 건조하여 페로브스카이트 화합물 막을 제조한 후, 페로브스카이트 화합물 막에 MAI(메틸암모늄 요오드) 용액을 도포한 후 열처리(150℃, 10분)하여 제조된 페로브스카이트 태양전지(도 5의 Recovery by MAI), 비교예 1에서 실시예 1의 황이 첨가되지 않은 전구체 용액을 192시간동안 에이징하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막이 구비된 페로브스카이트 태양전지(도 5의 No Sulfur solution), 실시예 4에서 제조된 태양전지(도 5의 Sulfur contained solution)의 전압-전류 곡선을 도시한 도면이다. FIG. 5 shows that in Comparative Example 1, the precursor solution in which sulfur of Example 1 was not added was aged for 192 hours, and then spin coated and dried to prepare a perovskite compound film, followed by MAI (methyl) on the perovskite compound film. Ammonium iodine) perovskite solar cell (Recovery by MAI in FIG. 5) prepared by applying a solution followed by heat treatment (150° C., 10 minutes), the precursor solution in which sulfur of Example 1 was not added in Comparative Example 1 was 192 Voltage-current curves of a perovskite solar cell (No Sulfur solution in FIG. 5) equipped with a perovskite compound film prepared by aging for a period of time, and a solar cell prepared in Example 4 (sulfur contained solution in FIG. 5) It is a diagram showing.

도 6은 실시예 1의 황이 첨가되지 않은 전구체 용액을 192시간동안 에이징하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막(δ-FAPbI3)의 X-선 회절 결과 및 192시간동안 에이징하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막(MAI recovery)에 MAI를 추가 도포 및 열처리하여 제조된 막의 X-선 회절 분석 결과를 도시한 도면이다.6 is an X-ray diffraction result of the perovskite compound film (δ-FAPbI 3 ) prepared by aging the precursor solution without sulfur in Example 1 for 192 hours, and perovskite prepared by aging for 192 hours. This is a diagram showing the results of X-ray diffraction analysis of a film prepared by additionally applying and heat-treating MAI to a compound compound film (MAI recovery).

X-선 회절 결과에서 알 수 있듯이 온전히 δ-FAPbI3 상만이 검출되었던 막이 MAI 추가 도포 및 열처리에 의해 α-FAPbI3로 전환되는 것을 알 수 있다. 그러나, MAI 추가 도포 및 열처리에 의해 전환된 막의 PCE는 9.24%에 불과하여 완전한 전환은 이루어지지 않음을 알 수 있다.As can be seen from the X-ray diffraction results, it can be seen that the film, in which only the δ-FAPbI 3 phase was completely detected, is converted to α-FAPbI 3 by additional application and heat treatment of MAI. However, it can be seen that the PCE of the film converted by the additional application and heat treatment of MAI is only 9.24%, so that complete conversion is not achieved.

도 5 및 도 6의 결과를 통해, 알려진 바와 같이, MAI에 의해 α-FAPbI3 상이 안정화되는 것을 확인할 수 있으며, 페로브스카이트 화합물이 용해된 액의 열화가 MA의 열화 내지 감소에 의한 것임을 유추할 수 있다.Through the results of FIGS. 5 and 6, it can be confirmed that the α-FAPbI 3 phase is stabilized by MAI, and infer that deterioration of the solution in which the perovskite compound is dissolved is due to degradation or reduction of MA. can do.

이를 직접적으로 확인하기 위해, PbI2 용액(DMF : DMSO =4: 1 v/v)에 원소 황을 투입한 후 UV-Vis 흡광도를 시험하였다. 시험 결과, 황 이온종(S2 -, S3 -, S4 -, S4 2-, S8 2-)에서 나타나는 흡수 밴드(400nm, 600nm)가 나타나지 않음을 확인하였으며, 나아가, 원소 황이 첨가 유/무와 무관하게 PbI2 용액이 동일한 흡광도를 나타냄을 확인하였다. 또한, PbI2 용액에 원소 황이 첨가된 경우, PbS가 생성되지 않음을 확인하였다. To directly confirm this, the elemental sulfur was added to the PbI 2 solution (DMF:DMSO=4:1v/v), and then UV-Vis absorbance was tested. The test results, sulfur ion species was confirmed that the absorption band does not appear (400nm, 600nm) may appear in the (S 2 -, S 3 - -, S 4, S 4 2-, S 8 2-), further, adding elemental sulfur It was confirmed that the PbI 2 solution exhibited the same absorbance regardless of presence or absence. In addition, when elemental sulfur was added to the PbI 2 solution, it was confirmed that PbS was not produced.

또한, PbI2 용액에 투입된 황과 요오드플럼베이트(iodoplumbate)간 상호작용이 발생하는 경우, 요오드플럼베이트의 콜로이드 크기가 변화되어야 하나, DLS(dynamic light scattering)을 이용한 콜로이드 크기 분석을 통해, 황의 첨가 유무와 무관하게 요오드플럼베이트 콜로이드 크기가 일정하게 유지됨을 확인하였다.In addition, when an interaction between sulfur and iodoplumbate added to the PbI 2 solution occurs, the colloid size of iodine plumbate should be changed, but through the colloidal size analysis using dynamic light scattering (DLS), sulfur is added. It was confirmed that the iodine plumbate colloid size remained constant with or without.

이를 통해, 반드시 이러한 해석으로 한정되는 것은 아니나, 페로브스카이트 화합물 용액에서, 투입된 원소 황과 유기 암모늄 이온이 우선적으로 강하게 상호작용하며, 황에 대한 질소의 친핵성 공격이 S8의 고리 개방을 유발하여 N-S 결합을 갖는 유기 암모늄 N-폴리티오아민 염을 생성하는 것으로 해석할 수 있다.Through this, although not necessarily limited to this interpretation, in the perovskite compound solution, the elemental sulfur and the organic ammonium ion injected preferentially interact strongly, and the nucleophilic attack of nitrogen against the sulfur prevents the ring opening of S 8 . It can be interpreted as causing an organic ammonium N-polythioamine salt having an NS bond.

이를 반응식으로 나타내면, R2NH + S8 ↔ R2N+H-S8 -, R2N+H-S8 - + R2NH ↔ R2N+H2 + R2N-S8 -으로 나타낼 수 있다. As represented by reaction formula, R 2 NH + S 8 ↔ R 2 N + HS 8 - can be represented by -, R 2 N + HS 8 - + R 2 NH ↔ R 2 N + H 2 + R 2 NS 8.

이와 같이, 투입된 원소 황이 유기 암모늄 양이온과 콤플렉스를 형성하고, 유기 암모늄 양이온이 유기 아민으로 전환되는 것을 억제하는 것으로 해석할 수 있으며, 이를 통해 페로브스카이트 용액 내 유기 암모늄 양이온이 에이징(방치) 시간에 따라 변하지 않고 안정적으로 유지되어, δ-FAPbI3 상의 형성을 방지하는 것으로 해석할 수 있다. As described above, it can be interpreted that the input elemental sulfur forms a complex with the organic ammonium cation, and inhibits the conversion of the organic ammonium cation to an organic amine, through which the organic ammonium cation in the perovskite solution is aged (left) Therefore, it can be interpreted as being stably maintained unchanged and preventing formation of the δ-FAPbI 3 phase.

또한, 페로브스카이트 화합물 용액을 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 황 함유 여부를 살피고자, TOF-SIMS(time-of-flight secondary ion mass spectrometry)를 이용하여 황 함량을 분석하고 막의 두께 방향으로의 함량을 분석한 결과, 막에 균질하게 황이 함유되어 있음을 확인하였으며, 페로브스카이트 화합물 용액에 함유된 농도로 황을 함유하는 페로브스카이트 화합물 막이 제조됨을 확인하였다. In addition, to examine whether the perovskite compound membrane prepared using the perovskite compound solution contains sulfur, the sulfur content is analyzed using a time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) and the thickness of the membrane. As a result of analyzing the content in the direction, it was confirmed that the membrane was homogeneously containing sulfur, and it was confirmed that a perovskite compound membrane containing sulfur was prepared at a concentration contained in the perovskite compound solution.

실시예 5와 비교예 2는, 황 첨가에 의한 열 안정성(내열성) 향상을 보이는 예이다. 상세하게, 실시예 5에서 제조되어 150℃에서 4시간 동안 열처리하지 않고 단순 건조하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 태양전지, 150℃에서 4시간 동안 열처리하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 태양전지 및 비교예 2에서 제조되어 150℃에서 4시간 동안 열처리하여 제조된 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 태양전지, 각각의 효율을 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2)에서 솔라 시뮬레이터(Newport, Oriel Sol3A Class AAA)를 이용하여 비교하였다. 그 결과, 황이 첨가되지 않는 페로브스카이트 박막을 150 ℃, 4시간 열처리한 태양전지의 효율은 150 ℃로 열처리되지 않은 태양전지의 효율 대비 약 25%의 효율 저하가 있었지만, 황을 도입한 경우 효율 저하는 15% 이하였다. Example 5 and Comparative Example 2 are examples showing an improvement in thermal stability (heat resistance) by adding sulfur. In detail, a solar cell comprising a perovskite compound film prepared in Example 5 and prepared by simple drying without heat treatment at 150° C. for 4 hours, a perovskite compound film prepared by heat treatment at 150° C. for 4 hours A solar cell comprising a solar cell comprising and a perovskite compound film prepared in Comparative Example 2 and heat-treated at 150° C. for 4 hours, each of the solar cells at an AM1.5G standard irradiation condition (100 mW/cm 2 ) Comparison was made using a simulator (Newport, Oriel Sol3A Class AAA). As a result, the efficiency of the solar cell heat-treated with a perovskite thin film to which sulfur is not added at 150° C. for 4 hours was about 25% lower than that of a solar cell not heat-treated at 150° C., but when sulfur was introduced The efficiency drop was less than 15%.

도 7은 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 페로브스카이트 화합물 막의 Pb 4f 결합(binding) 에너지의 변화를 XPS로 측정한 도면이며, 도 8은 실시예 및 비교예에서 제조된 페로브스카이트 태양전지에서, 광조사 시간에 따른 효율 변화를 측정 도시한 도면이다. 도 7에서 알 수 있듯이 페로브스카이트 화합물 막에 포함되는 황은 순수한 할라이드 페로브스카이트로 구성된 박막에 비하여 화학적 결합에너지가 증가되었음을 알 수 있으며, 도 8과 비교예 2의 결과를 통해, 광 안정성(도 8 참조) 및 내열성이 증가되는 효과(비교 예 2) 또한 발생함을 알 수 있다.7 is a view of the change in Pb 4f binding energy of the perovskite compound membranes prepared in Example 3 and Comparative Example 1 by XPS, and FIG. 8 is a perovskite prepared in Examples and Comparative Examples In the solar cell, it is a diagram showing the measurement of the efficiency change according to the light irradiation time. As can be seen in FIG. 7, it can be seen that the sulfur contained in the perovskite compound film has increased chemical binding energy compared to a thin film composed of pure halide perovskite. Through the results of FIG. 8 and Comparative Example 2, light stability ( 8) and the effect of increasing the heat resistance (Comparative Example 2) can also be seen to occur.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by specific matters and limited embodiments and drawings, but it is provided to help a more comprehensive understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention Various modifications and variations can be made by those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the spirit of the invention. .

Claims (9)

페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물이나 유기금속할로겐화물의 화학양론비를 만족하는 금속할로겐화물과 유기할로겐화물; 및 사이클로-옥타 황(cyclo-S8) 구조의 원소 황(elemental sulfur)을 포함하며, 상기 유기금속할로겐화물의 유기 양이온 또는 상기 유기할로겐화물의 유기 양이온은 유기암모늄 이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액.Metal halides and organohalides that satisfy the stoichiometric ratios of perovskite organometallic halide or organometallic halide; And cyclo-octa page to sulfur (cyclo-S 8) comprises elemental sulfur (elemental sulfur) of the structure, the organic cation of the organic metal organic cation or the organic halide of the halide comprises an organic ammonium ion perovskite Compound solution. 제 1항에 있어서,
상기 유기금속할로겐화물의 유기 양이온 또는 유기할로겐화물의 유기 양이온은 상기 유기암모늄 이온과 함께 아미디니움계 이온을 더 포함하는 페로브스카이트 화합물 용액.
According to claim 1,
The organic cation of the organometal halide or the organic cation of the organohalide is a perovskite compound solution further comprising an amidinium-based ion together with the organoammonium ion.
제 2항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물 용액은 유기암모늄 이온 1 몰 대비 0.1 내지 2.0몰의 원소 황을 함유하는 페로브스카이트 화합물 용액.
According to claim 2,
The perovskite compound solution is a perovskite compound solution containing 0.1 to 2.0 moles of elemental sulfur relative to 1 mole of organic ammonium ions.
제 2항에 있어서,
상기 유기암모늄 이온과 아미디니움계 이온의 총 몰수를 1로 하여, 유기암모늄 이온 : 아미디니움계 이온의 몰비는 0.7 내지 0.95 : 0.3 내지 0.05인 페로브스카이트 화합물 용액.
According to claim 2,
The total number of moles of the organoammonium ions and amidinium ions is 1, and the molar ratio of the organoammonium ions: amidinium ions is 0.7 to 0.95: 0.3 to 0.05.
제 2항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물 용액은 1.0 내지 1.5 몰농도의 유기금속할로겐화물 또는 금속할로겐화물을 함유하는 페로브스카이트 화합물 용액.
According to claim 2,
The perovskite compound solution is a perovskite compound solution containing an organometallic halide or metal halide in a concentration of 1.0 to 1.5 molar.
제 3항에 있어서,
하기 식 1을 만족하는 페로브스카이트 화합물 용액.
(식 1)
[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%
(식 1에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 상기 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(AG72)는 제조된 후 72시간 동안 방치된 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다)
According to claim 3,
A perovskite compound solution satisfying the following formula 1.
(Equation 1)
[PCE(AF)-PCE(AG72)]/PCE(AF) * 100 ≤ 10%
(PCE (AF) in Equation 1 is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution, which is left for 1 hour after being prepared, and PCE (AG72) is The efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light-absorbing layer prepared from a perovskite compound solution that was allowed to stand for 72 hours after being prepared)
제 3항에 있어서,
하기 식 2를 만족하는 페로브스카이트 화합물 용액.
(식 2)
0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)
(식 2에서 PCE(AF)는 제조된 후 1시간 동안 방치된 상기 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이며, PCE(ref)는 원소 황을 함유하지 않은 것을 제외하고 상기 페로브스카이트 화합물 용액과 동일한 용액인 기준 용액을 1시간 동안 방치한 후 제조된 광흡수층이 구비된 페로브스카이트 태양전지의 효율(%)이다)
According to claim 3,
A perovskite compound solution satisfying the following formula 2.
(Equation 2)
0.97 ≤ PCE(AF)/PCE(ref)
(PCE (AF) in Equation 2 is the efficiency (%) of a perovskite solar cell equipped with a light absorbing layer prepared from the perovskite compound solution, which is left for 1 hour after being prepared, and PCE (ref) is The efficiency (%) of the perovskite solar cell equipped with the light absorbing layer prepared after leaving the reference solution, which is the same solution as the perovskite compound solution for 1 hour, except that it does not contain elemental sulfur)
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 화합물 용액을 도포 및 건조하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법.A method for producing a perovskite compound membrane comprising the step of applying and drying the perovskite compound solution according to any one of claims 1 to 7. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 화합물 용액으로부터 제조되어, 사이클로-옥타 황(cyclo-S8) 구조의 원소 황을 함유하는 페로브스카이트 화합물 막.A perovskite compound membrane prepared from the perovskite compound solution according to any one of claims 1 to 7, and containing elemental sulfur having a cyclo-octa sulfur (cyclo-S 8 ) structure.
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