KR102162548B1 - Hybrid Solar Cell with Improved Stability and Efficiency and the Fabrication Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 a) 전자전달체 상에 3가 금속의 칼코젠화물을 형성하는 단계; b) 상기 칼코젠화물에 3가 금속의 할로겐화물을 접촉시키고 열처리하여 상기 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 형성하는 단계; 및 c) 상기 화합물에 유기할로겐화물을 접촉시켜 화학식 1에 따른 광흡수체를 형성하는 단계;를 포함한다.
(화학식 1)
AM(Chal)(Hal)2
화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다.
The method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention comprises the steps of: a) forming a chalcogenide of a trivalent metal on an electron carrier; b) forming the compound of the trivalent metal-chalcogen-halogen by contacting the chalcogenide with a halide of a trivalent metal and heat treatment; And c) contacting the compound with an organic halide to form a light absorber according to Formula 1.
(Chemical Formula 1)
AM(Chal)(Hal) 2
In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - one in It is a halogen ion selected above.

Description

향상된 안정성과 효율을 갖는 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법{Hybrid Solar Cell with Improved Stability and Efficiency and the Fabrication Method Thereof} Hybrid Solar Cell with Improved Stability and Efficiency and the Fabrication Method Thereof}

본 발명은 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 광흡수체를 가진 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 납을 함유하지 않으며, 높은 안정성 및 높은 효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid solar cell having a light absorber including a compound having a perovskite structure and a method for manufacturing the same, and in detail, a perovskite solar cell having high stability and high efficiency without containing lead And it relates to a manufacturing method thereof.

페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물(Organometal halide perovskite compound)은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식으로 대표되는 물질이다. Organometallic halide perovskite compound of perovskite structure is composed of organic cation (A), metal cation (M), and halogen anion (X), and is represented by the formula of AMX 3 .

현재 유무기 유기금속할로겐화물을 광흡수체로 이용하는 페로브스카이트 태양전지는 염료감응 및 유기 태양전지를 비롯한 차세대 태양전지 중에서 가장 상용화에 근접해 있으며, 20%에 이르는 효율이 보고(대한민국 공개특허 제2014-0035284호)되며, 더욱더 페로브스카이트 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. Currently, perovskite solar cells using organic/inorganic organometallic halides as light absorbers are the closest to commercialization among next-generation solar cells including dye-sensitized and organic solar cells, and an efficiency of up to 20% is reported (Korea Patent Publication No. 2014). -0035284), and interest in perovskite solar cells is increasing more and more.

이러한 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지에 버금가는 효율을 가지면서도, 소재 가격이 매우 낮고, 저온 공정이나 저가의 용액 공정이 가능하여 상업성이 우수하다. 그러나, 페로브스카이트 태양전지의 우수한 초기 광전변환효율에도 불구하고, 납을 함유하여 실 사용에 제약이 되고 있으며, 이와 함께, 열이나 수분에 대한 안정성이 떨어져, 실질적인 상업화를 위해서는 향상된 안정성을 가지면서도 납을 사용하지 않는 무연계 페로브스카이트 태양전지에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.Such a perovskite solar cell has an efficiency comparable to that of a silicon solar cell, has a very low material cost, and is excellent in commerciality because a low-temperature process or a low-cost solution process is possible. However, despite the excellent initial photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cell, it contains lead, which limits its practical use, and at the same time, the stability against heat and moisture is poor, and thus has improved stability for practical commercialization. Yet, there is a need for technology development for lead-free perovskite solar cells that do not use lead.

대한민국 공개특허 제2014-0035284호Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0035284

본 발명의 목적은 납을 함유하지 않으며 열이나 수분 등에 대한 안정성이 우수한 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a perovskite solar cell that does not contain lead and has excellent stability against heat or moisture.

본 발명의 다른 목적은 상업성이 우수한 용액 공정을 통해, 납을 함유하지 않으며 열이나 수분에 대한 안정성이 우수한 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a perovskite solar cell that does not contain lead and has excellent stability against heat or moisture through a solution process having excellent commerciality.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 a) 전자전달체 상에 3가 금속의 칼코젠화물을 형성하는 단계; b) 상기 칼코젠화물에 3가 금속의 할로겐화물을 접촉시키고 열처리하여 상기 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 형성하는 단계; 및 c) 상기 화합물에 유기할로겐화물을 접촉시켜 화학식 1에 따른 광흡수체를 형성하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention comprises the steps of: a) forming a chalcogenide of a trivalent metal on an electron carrier; b) forming the compound of the trivalent metal-chalcogen-halogen by contacting the chalcogenide with a halide of a trivalent metal and heat treatment; And c) contacting the compound with an organic halide to form a light absorber according to Formula 1.

(화학식 1)(Chemical Formula 1)

AM(Chal)(Hal)2 AM(Chal)(Hal) 2

화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다.In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - one in It is a halogen ion selected above.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 3가 금속은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the trivalent metals are Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, One or two or more of V and Ti may be selected.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 3가 금속은 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi일 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the trivalent metal may be Sb, Bi, or Sb and Bi.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, a) 단계는 화학적 용액 성장법(CBD; chemical bath deposition)을 이용하여 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention, step a) may be performed using a chemical bath deposition (CBD) method.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, b) 단계의 접촉은 할로겐화물이 용해된 제1용액의 도포에 의해 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the contact in step b) may be performed by applying a first solution in which a halide is dissolved.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 제1용액의 도포 및 열처리를 일 단위 공정으로, 단위 공정이 반복 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the application and heat treatment of the first solution are performed as a unit process, and the unit process may be repeatedly performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 열처리는 130 내지 180℃의 온도로 수행될 수 있다.In the method for manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at a temperature of 130 to 180°C.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법는 b) 단계 후 및 c) 단계 전, 미반응 3가 금속의 할로겐화물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may further include removing a halide of an unreacted trivalent metal after step b) and before step c).

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은, c) 단계 후, d) 유기 정공전달체를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may further include, after step c), d) forming an organic hole transporter.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 유기 정공전달체는 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 정공전달성 고분자를 포함할 수 있다.In the method for manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the organic hole transporter is one or two or more selected from thiophene, paraphenylene vinylene, carbazole and triphenylamine. Achieving polymers may be included.

본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지를 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell manufactured by the above-described manufacturing method.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 하기 화학식 1에 따른 광흡수체를 포함한다.The perovskite solar cell according to the present invention includes a light absorber according to Formula 1 below.

(화학식 1)(Chemical Formula 1)

AM(Chal)(Hal)2 AM(Chal)(Hal) 2

화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - one in It is a halogen ion selected above

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지에 있어, 화학식 1의 3가 금속 이온은 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi일 수 있다.In the perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the trivalent metal ion of Formula 1 may be Sb, Bi, or Sb and Bi.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하지 않으며, 현저하게 우수한 광 안정성, 산소 및 수분 안정성과 열 안정성을 갖는 장점이 있다.The perovskite solar cell according to the present invention does not contain lead and has remarkably excellent light stability, oxygen and moisture stability, and thermal stability.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 단순한 용액 도포 및 저온 열처리를 통해 납 을 함유하지 않으며, 현저하게 우수한 광 안정성, 산소 및 수분 안정성과 열 안정성을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다. The method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention does not contain lead through a simple solution application and low temperature heat treatment, and a perovskite solar cell having remarkably excellent light stability, oxygen and moisture stability, and thermal stability. There is an advantage that can be manufactured.

도 1(a)는 DFT(Density functional theory) 계산을 이용하여 도출된 MASbSI2의 가장 안정한 결정 구조를 도시한 모식도이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 결정 구조로부터 시뮬레이션된 X선 회절 패턴(simulation으로 도시) 및 실시예 1에서 제조된 Methylammoniumantimonysulfuriodide(MASbSI2)의 X-선 회절 패턴(experiment로 도시)을 도시한 도면이며, 도 1(c)는 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 고배율 투과전자현미경 관찰사진이며, 도 1(d)는 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 자외선-가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼(도 1(d)에 삽입)으로부터 도출된 타우 플롯(Tauc plot)을 도시한 도면이다.
도 2는 자외선 광전자 분광법 (UPS)을 이용하여 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 에너지 준위를 측정하고, 전자전달층인 TiO2, MASbSI2 및 정공전달층인 PCPDTBT간의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 3(a)는 실시예 1에서, 다공성 전자전달층에 MASbSI2를 형성한 후 그 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며, 도 3(b)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며, 도 3(c)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 곡선을 도시한 도면이며, 도 3(d)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 EQE(external quantum efficiency) 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 태양전지를 60%의 상대 습도(상온조건)하에 방치하고, 방치 시간에 따른 단락전류밀도 및 광전변환효율(도 4(a))과 개방전압 및 필 팩터(도 4(b))를 도시한 도면으로, 초기(제조 직후) 단락전류밀도, 광전변환효율, 개방 전압 및 필 팩터로 표준화(normalization)된 값을 도시한 도면이며, 도 4(c)는 UV 조사를 포함하는 AM 1.5G의 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 및 최대 파워 근방의 바이어스(0.49V)하, 실시예 1에서 제조된 태양전지의, 광조사 시간에 따른 단락전류밀도 및 광전변환효율을 도시한 도면이며, 도 4(d)는 실시예 1에서 제조된 태양전지를 공기 중 80℃ 및 40%의 상대습도의 어둠속에서 방치한 시간에 따른 초기 효율로 표준화된 광전변환효율을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 그래프를 도시한 도면이다.
Figure 1 (a) is a schematic diagram showing the most stable crystal structure of MASbSI 2 derived using DFT (density functional theory) calculation, Figure 1 (b) is a simulated X-ray from the crystal structure of Figure 1 (a) A view showing a diffraction pattern (shown as a simulation) and an X-ray diffraction pattern (shown as an experience) of methylammoniumantimonysulfuriodide (MASbSI 2 ) prepared in Example 1, and FIG. 1(c) is a MASbSI 2 prepared in Example 1 Is a high-magnification transmission electron microscope observation photograph of, and FIG. 1(d) is a tau plot derived from the ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption spectrum (inserted in FIG. 1(d)) of MASbSI 2 prepared in Example 1 ( Tauc plot).
2 is a diagram showing an energy band diagram between the electron transport layers TiO 2 and MASbSI 2 and the hole transport layer PCPDTBT by measuring the energy level of MASbSI 2 prepared in Example 1 using ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) to be.
FIG. 3(a) is a scanning electron micrograph of observing the surface after forming MASbSI 2 on the porous electron transport layer in Example 1, and FIG. 3(b) is a cross-sectional view of the solar cell manufactured in Example 1. The observed scanning electron micrograph, FIG. 3(c) is a diagram showing the current density-voltage curve of the solar cell manufactured in Example 1, and FIG. 3(d) is the AM1 of the solar cell manufactured in Example 1 It is a diagram showing an EQE (external quantum efficiency) spectrum under the .5G standard irradiation condition (100mW/cm 2 ).
4 shows the solar cell manufactured in Example 1 was left under 60% relative humidity (room temperature condition), and short-circuit current density and photoelectric conversion efficiency (FIG. 4(a)) and open-circuit voltage and fill factor ( 4(b)) is a diagram showing values normalized to the initial (right after manufacturing) short-circuit current density, photoelectric conversion efficiency, open-circuit voltage, and fill factor, and FIG. 4(c) shows UV Under the standard irradiation conditions of AM 1.5G including irradiation (100mW/cm 2 ) and a bias near the maximum power (0.49V), the short-circuit current density and photoelectricity of the solar cell manufactured in Example 1 according to light irradiation time It is a diagram showing the conversion efficiency, and FIG. 4(d) is a photoelectric conversion efficiency standardized by initial efficiency according to time when the solar cell manufactured in Example 1 was left in the dark at 80° C. and 40% relative humidity in the air. It is a diagram showing.
5 is a view showing a current density-voltage graph of the solar cell manufactured in Example 2.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 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 perovskite solar cell of the present invention and a method of manufacturing the same 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. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and 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 used, they have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

본 출원인은 납을 함유하지 않으며, 열 및 수분등 외부 요인으로부터 안정한 페로브스카이트 태양전지를 개발하고자 장기간 심도깊은 연구를 수행하였으며, 페로브스카이트 화합물(페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물)이 열적, 화학적(수분, 산소등), 광학적으로 불안정한 근본적인 원인이, 할로겐 이온의 약한 결합력에 기인함을 주목하였다. 이에, 할로겐 음이온 대비 강한 결합력을 제공하는 칼코젠 이온을 도입함과 동시에 Pb로 대표되는 2가의 금속을 전하중성 조건을 만족할 수 있는 3가의 금속으로 대체하는 연구를 지속적으로 수행한 바, 용액상들을 이용하여 열적, 화학적, 광학적으로 안정하며, 작은 에너지 밴드갭을 가져 태양광 흡수에 보다 유리한 칼코젠화된 무연 페로브스카이트 화합물을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The applicant of the present invention has conducted a long-term in-depth study to develop a perovskite solar cell that does not contain lead and is stable from external factors such as heat and moisture, and perovskite compounds (organometallic halides of perovskite structure It was noted that the underlying cause of thermal, chemical (moisture, oxygen, etc.), optically unstable, is due to the weak binding force of halogen ions. Accordingly, research on replacing a divalent metal represented by Pb with a trivalent metal capable of satisfying the charge neutral condition was continuously conducted while introducing a chalcogen ion that provides a strong binding force compared to a halogen anion. The present invention has been completed by developing a chalcogenated lead-free perovskite compound that is thermally, chemically and optically stable and has a small energy bandgap and is more advantageous in absorbing sunlight.

본 발명에서 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 화합물을 광흡수체로 함유하는 태양전지를 의미하며, 페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조를 가지며, 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 음이온이 위치하는 화합물을 의미할 수 있다.In the present invention, a perovskite solar cell refers to a solar cell containing a perovskite compound as a light absorber, and the perovskite compound has a perovskite structure, organic cation (A), metal cation ( M) and an anion (X), based on a compound satisfying the formula of AMX 3 , may mean a compound in which a chalcogen anion and a halogen anion are located at the site of X (anion) of MX 6 octahedron.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 a) 전자전달체 상에 3가 금속의 칼코젠화물을 형성하는 단계; b) 상기 칼코젠화물에 3가 금속의 할로겐화물을 접촉시키고 열처리하여 상기 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 형성하는 단계; 및 c) 상기 화합물에 유기할로겐화물을 접촉시켜 화학식 1에 따른 광흡수체를 형성하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention comprises the steps of: a) forming a chalcogenide of a trivalent metal on an electron carrier; b) forming the compound of the trivalent metal-chalcogen-halogen by contacting the chalcogenide with a halide of a trivalent metal and heat treatment; And c) contacting the compound with an organic halide to form a light absorber according to Formula 1.

(화학식 1)(Chemical Formula 1)

AM(Chal)(Hal)2 AM(Chal)(Hal) 2

(화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다)(In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - in Is one or more selected halogen ions)

즉, 본 발명에 따른 제조방법은 칼코젠 소스로 3가 금속의 칼코젠화물을 사용하며, 3가 금속의 칼코젠화물을 3가 금속의 할로겐화물과 반응시켜 3가금속-칼코젠-할로겐의 화합물로 전환시킨 후, 3가금속-칼코젠-할로겐의 화합물과 유기할로겐화물을 반응시켜 화학식 1에 따른 광흡수체로 전환시키는 방법이다. 3가 금속의 칼코젠화물을 칼코젠 이온의 소스로 사용하며, 이를 통해, 3가금속-칼코젠-할로겐의 화합물로 전환시킨 후, 다시 화학식 1의 화합물로 전환시키는 방법을 사용함으로써, 화학적으로 잘 규정되고, 전기적 중성을 만족하며, 원치 않는 이상의 형성을 방지하며, 안정적으로 페로브스카이트 구조를 갖는 화학식 1의 화합물이 제조될 수 있다. 또한, 상술한 3가 금속의 칼코젠화물인 칼코젠 이온의 소스, 3가금속-칼코젠-할로겐의 화합물로의 전환 및 화학식 1의 화합물로의 전환의 방법을 통해, 200℃ 미만의 저온 열처리 및 단순한 용액의 도포를 이용하여 화학식 1의 화합물이 제조될 수 있다.That is, the manufacturing method according to the present invention uses a chalcogenide of a trivalent metal as a chalcogen source, and reacts the chalcogenide of the trivalent metal with a halide of the trivalent metal to form a trivalent metal-chalcogen-halogen. After conversion to a compound, a compound of a trivalent metal-chalcogen-halogen and an organohalide are reacted to convert the light absorber according to Formula 1. By using a chalcogenide of a trivalent metal as a source of a chalcogen ion, through which it is converted into a compound of a trivalent metal-chalcogen-halogen, and then converted into a compound of Formula 1, chemically A compound of formula 1 can be prepared that is well defined, satisfies electrical neutrality, prevents the formation of unwanted abnormalities, and stably has a perovskite structure. In addition, through the above-described source of chalcogenide, a chalcogenide of a trivalent metal, conversion of a trivalent metal-chalcogen-halogen to a compound and conversion to a compound of Formula 1, low-temperature heat treatment of less than 200°C And using a simple solution application, the compound of Formula 1 may be prepared.

화학식 1의 화합물은 3가 금속에 기반한, 즉, 금속 이온으로 3가 금속만을 함유하는 페로브스카이트 화합물임에 따라 Pb를 함유하지 않는 무연 페로브스카이트 태양전지의 제조가 가능하다. Since the compound of Formula 1 is based on a trivalent metal, that is, a perovskite compound containing only a trivalent metal as a metal ion, it is possible to manufacture a lead-free perovskite solar cell that does not contain Pb.

또한, 화학식 1의 화합물은 할로겐 이온 대비 매우 강한 이온 결합력을 갖는 칼코젠 이온이 할로겐 이온 2몰 대비 1몰의 비율로 화합물을 이룸에 따라, 현저하게 향상된 열적, 화학적 및 광학적 안정성을 가질 수 있다.In addition, the compound of Formula 1 may have remarkably improved thermal, chemical and optical stability as the chalcogen ions having a very strong ionic binding force relative to the halogen ions form the compound in a ratio of 1 mole to 2 moles of the halogen ions.

3가 금속은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The trivalent metal may be one or more selected from Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V, and Ti, but is not limited thereto.

구체적으로, a) 단계의 3가 금속의 칼코젠화물의 3가 금속(이하, Mc) 및 3가 금속의 할로겐화물의 3가 금속(이하, Mh)은 서로 독립적으로 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.Specifically, the trivalent metal (hereinafter, Mc) of the chalcogenide of the trivalent metal in step a) and the trivalent metal (hereinafter, Mh) of the halide of the trivalent metal are independently of each other Sb, Bi, Al, Ga , In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V and Ti may be selected from one or more than one.

또한, a) 단계의 Mc와 b) 단계의 Mh은 동종의 3가 금속이거나, 또는 서로 상이한 3가 금속일 수 있다. 이때, Mc과 Mh이 서로 상이한 경우는 일 3가 금속인 M1이 Mc이며 M1과 상이한 다른 일 3가 금속인 M2가 Mh인 경우뿐만 아니라, M1이 Mc이며 Mh이 M1 및 M2인 경우 또한 포함한다. 또한, Mc의 M1과 Mh에서 M1과 M2의 상대적 몰비를 조절하여, 최종적으로 제조되는 화학식 1에 함유되는 M1과 M2의 몰비를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 서로 상이한 Mh와 Mc를 통해 화학식 1에서 둘 이상의 3가 금속 이온을 설계된 함량비로 포함하는 페로브스카이트 화합물이 용이하게 제조될 수 있다.In addition, Mc in step a) and Mh in step b) may be the same trivalent metal, or may be different trivalent metals. At this time, the case where Mc and Mh are different from each other includes not only the case where M1, which is a trivalent metal, and M2, which is another trivalent metal, which is different from M1, is Mh, as well as the case where M1 is Mc and Mh is M1 and M2. . In addition, by controlling the relative molar ratio of M1 and M2 in M1 and Mh of Mc, it is possible to control the molar ratio of M1 and M2 contained in Formula 1 to be finally prepared. As described above, a perovskite compound containing two or more trivalent metal ions in Formula 1 in a designed content ratio can be easily prepared through different Mh and Mc.

상술한 바와 같이, 3가 금속은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 다만, Sb2S3, Sb2Se3, Bi2S3 및 Bi2Se3등과 같은 안티몬 또는 비스무트 칼코젠화물은 적절한 밴드 갭, 높은 흡수 효율, 공기/수분 안정성 및 환경 친화적 특성을 가짐에 따라, 화학식 1의 M이 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi인 경우 환경 친화적임과 동시에 매우 우수한 열적, 화학적(공기나 수분등과의 반응을 포함) 및 광학적(광촉매에 의한 분해) 안정성을 가질 수 있어 유리하다. 나아가, 화학식 1의 M이 Sb이거나 Sb와 Bi인 경우 다른 어떠한 3가 금속 조합보다도 현저하게 향상된 광전변환효율을 가질 수 있어 유리하며, M이 Sb와 Bi인 경우 M이 Sb인 경우보다 50% 이상 향상된 광전변환효율을 가질 수 있어 더욱 유리하다. M이 Sb와 Bi를 모두 포함하는 경우, 화학식 1은 ASb1-xBix(Chal)(Hal)2로 표현될 수 있으며, 이때, 0<x<1인 실수이다. As described above, the trivalent metal may be one or more selected from Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V, and Ti, but, As antimony or bismuth chalcogenides such as Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , Bi 2 S 3 and Bi 2 Se 3 have appropriate band gap, high absorption efficiency, air/moisture stability and environmentally friendly properties, the chemical formula When M of 1 is Sb, Bi, or Sb and Bi, it is environmentally friendly, and at the same time, it is advantageous because it can have excellent thermal, chemical (including reaction with air or moisture) and optical (decomposition by photocatalyst) stability. Furthermore, when M in Formula 1 is Sb or Sb and Bi, it is advantageous because it can have significantly improved photoelectric conversion efficiency than any other trivalent metal combination, and when M is Sb and Bi, it is more than 50% than when M is Sb. It is more advantageous because it can have improved photoelectric conversion efficiency. When M includes both Sb and Bi, Formula 1 may be expressed as ASb 1-x Bi x (Chal)(Hal) 2 , where 0<x<1 is a real number.

a) 단계는 3가 금속 칼코젠화물 나노입자 분산액의 도포; 분무 열분해법(SPM; spray pyrolysis method); 화학적 용액성장법(CBD; chemical bath deposition method); 및 연속적인 화학적 반응법(SILAR; Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction method);에서 하나 이상 선택된 방법으로 수행될 수 있다. 다만, 전자전달체와 면접촉하며 전자전달체에 강하게 결착된 3가 금속 칼코젠화물의 형성이 가능하며, 전자전달체가 다공성인 경우에도 겉 표면 및 내부 기공에 균일하게 3가 금속 칼코젠화물이 형성될 수 있도록 a) 단계는 화학적 용액성장법(CBD; chemical bath deposition method) 및 연속적인 화학적 반응법(SILAR; Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction method)에서 하나 이상 선택된 방법으로 수행되는 것이 좋다. 나아가, 화학적 용액성장법(CBD; chemical bath deposition method)을 이용하는 경우, 전자전달체가 다공성인 경우, SILAR 대비 전자전달체 전 영역에서 매우 균일하게 3가 금속 칼코젠화물을 형성할 수 있으며, 나아가, 전자전달체의 표면(기공에 의한 표면을 포함함)을 덮는 층의 형태로도 3가 금속 칼코젠화물을 형성할 수 있어 보다 유리하다.Step a) the application of a dispersion of trivalent metal chalcogenide nanoparticles; Spray pyrolysis method (SPM); Chemical solution growth method (CBD; chemical bath deposition method); And a continuous chemical reaction method (SILAR; Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction method); it may be performed by one or more selected methods. However, it is possible to form a trivalent metal chalcogenide that is in surface contact with the electron transporter and is strongly bound to the electron transporter, and even if the electron transporter is porous, the trivalent metal chalcogenide is uniformly formed on the outer surface and inner pores. To be able to do so, step a) is preferably performed by a method selected from one or more of the chemical bath deposition method (CBD) and the successive ionic layer adsorption and reaction method (SILAR). Further, when using the chemical solution growth method (CBD; chemical bath deposition method), when the electron carrier is porous, trivalent metal chalcogenide can be formed very uniformly over the entire area of the electron carrier compared to SILAR. It is more advantageous because trivalent metal chalcogenide can be formed even in the form of a layer covering the surface of the carrier (including the surface by pores).

알려진 바와 같이, SILAR의 경우, 3가 금속칼코젠화물을 구성하는 각 원소의 전구체를 전구체별로 용해시켜 전구체용액을 제조한 후, 전자전달체를 전구체용액별로 교대로 담근 후, 세척하는 공정을 반복함으로써 3가 금속 칼코젠화물을 형성할 수 있다. 일 예로, 3가 금속 칼코젠화물이 안티몬 칼코젠화물인 경우, Sb의 전구체인 Sb2O3를 타르타르산(tartaric acid)과 같은 착물 형성제에 녹이고, S의 전구체로 Na2S2O3를 사용한 SILAR를 이용하여 전자전달체에 Sb2S3를 형성할 수 있다. As is known, in the case of SILAR, a precursor solution is prepared by dissolving a precursor of each element constituting a trivalent metal chalcogenide for each precursor, and then the electron transporter is alternately immersed for each precursor solution, and then the washing process is repeated. Trivalent metal chalcogenide can be formed. For example, when the trivalent metal chalcogenide is an antimony chalcogenide, Sb 2 O 3 , a precursor of Sb, is dissolved in a complex forming agent such as tartaric acid, and Na 2 S 2 O 3 is a precursor of S. Sb 2 S 3 can be formed in the electron transporter using the used SILAR.

알려진 바와 같이, CBD의 경우, 3가 금속칼코젠화물을 구성하는 각 원소의 전구체를 전구체별로 용해시켜 전구체용액을 제조한 후, 각 전구체 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하고 전자전달체를 혼합 용액에 함침시켜 3가 금속칼코젠화물을 제조할 수 있다. 이때, 혼합 용액의 전구체 농도나 혼합 용액에의 함침 시간을 조절하여 3가 금속 칼코젠화물을 입자상이나 층 형태로 전자전달체 상에에 형성할 수 있음은 물론이다. CBD에 사용되는 전구체로는 염화물, 요오드화물, 불화물, 질화물, 유기물 또는 무기물이 사용될 수 있으며, 일 예로, 3가 금속 칼코젠화물이 안티몬 칼코젠화물인 경우, Sb의 전구체는 Sb의 염화물등을 들 수 있고, S의 전구체는 황함유 유기물 또는 황함유 무기물, 구체적으로 Na2S2O3등을 들 수 있으며, CBD 온도는 10℃ 이하, 구체적으로 3 내지 10℃에서 수행될 수 있으나, 본 발명이 무기 반도체 감응형 태양전지 분야에서 주지로 알려진 3가 금속 칼코젠화물의 구체 합성조건에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.As is known, in the case of CBD, a precursor solution is prepared by dissolving a precursor of each element constituting a trivalent metal chalcogenide for each precursor, and then a mixed solution is prepared by mixing each precursor solution, and an electron transporter is added to the mixed solution. By impregnation, a trivalent metal chalcogenide can be prepared. At this time, it goes without saying that the trivalent metal chalcogenide can be formed on the electron transporter in the form of particles or layers by controlling the precursor concentration of the mixed solution or the impregnation time in the mixed solution. As a precursor used for CBD, chloride, iodide, fluoride, nitride, organic or inorganic may be used.For example, when the trivalent metal chalcogenide is an antimony chalcogenide, the precursor of Sb is a chloride of Sb. The precursor of S may be a sulfur-containing organic material or a sulfur-containing inorganic material, specifically Na 2 S 2 O 3 , and the like, and the CBD temperature may be performed at 10° C. or less, specifically 3 to 10° C., but the present It goes without saying that the invention cannot be limited by the specific synthesis conditions of the trivalent metal chalcogenide known in the field of inorganic semiconductor-sensitized solar cells.

a) 단계에서 형성되는 3가 금속의 칼코젠화물은 M2(Chal)3의 화학식을 만족할 수 있으며, M2(Chal)3에서 M(Mc)은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있고, M2(Chal)3에서 Chal은 S 및 Se에서 하나 이상 선택될 수 있다. 유리한 일 예의 경우, a) 단계에서 형성되는 3가 금속의 칼코젠화물(3가 금속 칼코젠화물)은 Bi2S3, Bi2Se3, Sb2S3, Sb2Se3, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. a) 3 the knife kojen product of metal to be formed in the step may satisfy the general formula of M 2 (Chal) 3, M in M 2 (Chal) 3 (Mc ) is Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl , Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V and Ti may be one or more selected from, and M 2 (Chal) 3 in Chal may be selected from S and Se one or more. In an advantageous example, the trivalent metal chalcogenide (trivalent metal chalcogenide) formed in step a) is Bi 2 S 3 , Bi 2 Se 3 , Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , or It can be a mixture.

a) 단계에서 형성되는 3가 금속 칼코젠화물은 평균 직경이 0.5nm 내지 10nm인 입자상 또는 0.5nm 내지 20nm 두께의 막의 형태일 수 있다.The trivalent metal chalcogenide formed in step a) may be in the form of particles having an average diameter of 0.5 nm to 10 nm or a film having a thickness of 0.5 nm to 20 nm.

b) 단계는, 3가 금속 칼코젠화물이 형성된 전자전달체에 3가 금속의 할로겐화물을 접촉시고 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Step b) may include a step of heat-treating and contacting a trivalent metal halide with an electron transporter in which the trivalent metal chalcogenide is formed.

상세하게, b) 단계의 접촉은, 공정이 용이하고 비용의 절감이 가능하며, 나아가, 전자전달체가 다공성인 경우 전자전달체 상에 형성된 3가 금속 칼코젠화물과 균질한 접촉이 가능하도록 3가 금속의 할로겐화물이 용해된 용액(제1용액)의 도포에 의해 수행되는 것이 좋다.In detail, the contact in step b) is easy to process and allows cost reduction, and furthermore, when the electron transport body is porous, the trivalent metal can be made homogeneous contact with the trivalent metal chalcogenide formed on the electron transport body. It is preferable to carry out by application of a solution (first solution) in which the halide of is dissolved.

3가 금속의 할로겐화물은 M(Hal)3의 화학식을 만족할 수 있으며, 이때, M(Hal)3의 M(Mh)은 M2(Chal)3에서 M(Mc)과 독립적으로, Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있고, M(Hal)3의 hal은 I, Br 및 Cl에서 하나 이상 선택될 수 있다. 유리한 일 예의 경우, 3가 금속의 할로겐화물(3가 금속 할로겐화물)은 BiI3, BiBr3, BiCl3, SbI3, SbBr3, SbCl3 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 3 is a halide of the metal can satisfy the formula M (Hal) 3, In this case, M (Hal) M (Mh ) of 3 from M 2 (Chal) 3 M ( Mc) and independently, Sb, Bi , Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V and Ti may be selected one or more than one, hal of M (Hal) 3 in I, Br and Cl More than one can be selected. In an advantageous example, the trivalent metal halide (trivalent metal halide) may be BiI 3 , BiBr 3 , BiCl 3 , SbI 3 , SbBr 3 , SbCl 3, or a mixture thereof.

제1용액 내 3가 금속 할로겐화물의 농도는 0.01 내지 0.2M일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1용액의 용매는 금속할로겐화물이 용해되는 극성 유기 용매이면 무방하며, 구체 예로, 제1용액의 용매는 감마-부티로락톤, 포름아마이드, 다이메틸포름아마이드, 다이포름아마이드, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드, 다이에틸렌글리콜, 1-메틸-2-피롤리돈, N,N-다이메틸아세트아미드, 아세톤, α-터피네올, β-터피네올, 다이하이드로 터피네올, 2-메톡시 에탄올, 아세틸아세톤, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 케톤, 메틸 이소부틸 케톤등에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The concentration of the trivalent metal halide in the first solution may be 0.01 to 0.2M, but the present invention is not limited thereto, and the solvent of the first solution may be any polar organic solvent in which the metal halide is dissolved, specific examples , The solvent of the first solution is gamma-butyrolactone, formamide, dimethylformamide, diformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol, 1-methyl-2-pyrroli Don, N,N-dimethylacetamide, acetone, α-terpineol, β-terpineol, dihydro terpineol, 2-methoxy ethanol, acetylacetone, methanol, ethanol, propanol, ketone, methyl iso One or two or more may be selected from butyl ketone, etc., but is not limited thereto.

제1용액의 도포는 액상이나 분산상의 도포에 통상적으로 사용되는 방법이면 무방하며, 구체적인 일 예로, 제1용액의 도포는 딥코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 블레이드 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 캐스팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스옵셋 프린팅 또는 그라비옵셋 프린팅등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The application of the first solution may be any method commonly used for liquid or dispersion application.As a specific example, the application of the first solution is dip coating, spray coating, spin coating, bar coating, blade coating, comma coating, roll Coating, casting, screen printing, inkjet printing, electrostatic hydraulic printing, micro contact printing, imprinting, gravure printing, reverse offset printing, or gravure offset printing, etc., but are not limited thereto.

열처리는 M2(Chal)3 M(Hal)3이 M(Chal)(Hal)(이때, M은 Mc 및 Mh이며, Chal은 S 및 Se에서 하나 이상 선택되는 칼코젠이며, Hal은 I, Br 및 Cl에서 하나 이상 선택되는 할로겐)로 전환될 수 있는 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 열처리는 130 내지 180℃의 온도, 보다 구체적으로 140 내지 160℃의 온도에서 수행될 수 있다. 이때, 아르곤이나 헬륨, 질소등과 같은 불활성 가스 분위기에서 열처리가 수행될 수 있음은 물론이다. 열처리 시간은 M2(Chal)3 + M(Hal)3 → M(Chal)(Hal)의 반응이 완료될 수 있는 정도이면 무방하며, 실질적인 일 예로, 열처리는 30초 내지 5분동안 수행될 수 있으나, 본 발명이 열처리 시간에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.Heat treatment with M 2 (Chal) 3 M(Hal) 3 is M(Chal)(Hal) (where M is Mc and Mh, Chal is one or more chalcogens selected from S and Se, and Hal is one or more halogen selected from I, Br, and Cl) ) Can be carried out at a temperature that can be converted to. Specifically, the heat treatment may be performed at a temperature of 130 to 180°C, more specifically 140 to 160°C. At this time, it goes without saying that the heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere such as argon, helium, or nitrogen. The heat treatment time is M 2 (Chal) 3 + M(Hal) 3 → M(Chal)(Hal) reaction can be completed in any degree. As a practical example, heat treatment may be performed for 30 seconds to 5 minutes, but the present invention is limited by the heat treatment time. Of course it cannot be.

전자전달체에 형성된 모든 3가 금속 칼코젠화물을 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물, 즉, M(Chal)(Hal)로 전환시키기 위해, 상술한 제1용액의 도포 및 열처리를 일 단위 공정으로, 해당 단위 공정이 반복 수행될 수 있다. 구체적인 예로, 단위 공정은 2회 내지 5회 반복될 수 있으나, 본 발명이 단위 공정의 반복 횟수에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.In order to convert all trivalent metal chalcogenides formed on the electron transporter into a trivalent metal-chalcogen-halogen compound, that is, M(Chal)(Hal), the application and heat treatment of the above-described first solution are performed in one unit process. As a result, the unit process may be repeatedly performed. As a specific example, the unit process may be repeated 2 to 5 times, but it goes without saying that the present invention cannot be limited by the number of repetitions of the unit process.

b) 단계가 수행된 후, 미반응 잔류물인 미반응 3가 금속의 할로겐화물을 제거하는 단계가 더 수행될 수 있다. 미반응 잔류물의 제거는 3가 금속의 할로겐화물을 용해하는 용매, 구체적으로 상술한 제1용액의 용매를 이용하여 미반응 3가 금속 할로겐화물을 용해 제거함으로써 수행될 수 있다. After step b) is performed, a step of removing the halide of the unreacted trivalent metal, which is an unreacted residue, may be further performed. The removal of the unreacted residue can be performed by dissolving and removing the unreacted trivalent metal halide using a solvent that dissolves the halide of the trivalent metal, specifically, the solvent of the first solution described above.

b) 단계를 통해 3가 금속 칼코젠화물을 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물로 전환시킨 후, 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물과 유기할로겐화물을 접촉시켜 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 화학식 1에 따른 화합물로 전환시키는 c) 단계가 수행될 수 있다. 이때, 보다 신속하고 균일한 전환을 위해, c) 단계에서 어닐링이 더 수행될 수 있다. 즉, c) 단계는 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물과 유기할로겐화물을 접촉시고 어닐링하여 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 화학식 1에 따른 화합물로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다.After converting the trivalent metal chalcogenide to a compound of trivalent metal-chalcogen-halogen through step b), the trivalent metal-chalcogenide is brought into contact with the compound of the trivalent metal-chalcogen-halogen and the organic halide to Step c) of converting the halogen compound to the compound according to Formula 1 may be performed. At this time, for a more rapid and uniform conversion, an annealing may be further performed in step c). That is, step c) may include converting a compound of a trivalent metal-chalcogen-halogen into a compound according to Formula 1 by contacting and annealing a compound of a trivalent metal-chalcogen-halogen and an organic halide. .

유기할로겐화물은 1가의 유기 양이온(A)과 할로겐 음이온(Hal)의 화합물을 의미할 수 있으며, 구체적으로, 화학식 A(Hal)을 만족할 수 있다. 화학식 A(Hal)에서 A는 1가의 양이온으로, A는 유기 암모늄 이온, 아미디니움계(amidinium group) 이온 또는 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온이며, Hal은 I, Br 및 Cl에서 하나 이상 선택되는 할로겐일 수 있다. The organic halide may mean a compound of a monovalent organic cation (A) and a halogen anion (Hal), and specifically, may satisfy the formula A (Hal). In Formula A (Hal), A is a monovalent cation, A is an organic ammonium ion, an amidinium group ion, or an organic ammonium ion and an amidium ion, and Hal is at least one in I, Br and Cl It may be a halogen of choice.

태양광 흡수에 유리한 밴드갭을 갖는 측면에서, 유기 암모늄 이온은 (R1-NH3 +)(R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴)의 화학식 또는 (R2-C3H3N2 +-R3)(R2는 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, R3은 수소 또는 C1-C24의 알킬)의 화학식을 만족할 수 있다. 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R1은 C1-C24의 알킬, 좋게는 C1-C7 알킬, 보다 좋게는 메틸일 수 있다. R2는 C1-C24의 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C24의 알킬일 수 있으며, 좋게는 R2는 C1-C7 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C7 알킬일 수 있으며, 보다 좋게는 R2는 메틸일 수 있고 R3는 수소일 수 있다. In terms of having a bandgap advantageous for solar absorption, the organic ammonium ion is represented by the formula of (R 1 -NH 3 + ) (R 1 is C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl) or (R 2 -C 3 H 3 N 2 + -R 3 ) (R 2 is C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl, R 3 is hydrogen or C1-C24 alkyl) It may satisfy the formula of. As a non-limiting and specific example, R 1 may be C1-C24 alkyl, preferably C1-C7 alkyl, more preferably methyl. R 2 may be C1-C24 alkyl and R 3 may be hydrogen or C1-C24 alkyl, preferably R 2 may be C1-C7 alkyl and R 3 may be hydrogen or C1-C7 alkyl, More preferably R 2 may be methyl and R 3 may be hydrogen.

아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +) 이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +)을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The amidinium 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 + ), but is not limited thereto.

c) 단계의 접촉은, 공정이 용이하고 비용의 절감이 가능하며, 나아가, 전자전달체가 다공성인 경우 전자전달체 상에 형성된 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물과 균질한 접촉이 가능하도록 유기할로겐화물이 용해된 용액(제2용액)의 도포에 의해 수행되는 것이 좋다.The contact in step c) is easy to process and allows cost reduction, and furthermore, when the electron transporter is porous, the organic halogen is capable of homogeneous contact with the compound of the trivalent metal-chalcogen-halogen formed on the electron transporter. It is preferably carried out by application of a solution in which the cargo is dissolved (second solution).

제2용액 내 유기할로겐화물의 농도는 0.01 내지 1M일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2용액의 용매는 유기할로겐화물이 용해되는 유기 용매이면 무방하다. 구체 예로, 제2용액의 용매는 t-부틸-알코올(tert-Butyl Alcohol), 2-부탄올(2-Butanol), 이소부틸 알코올(Isobutyl alcohol), 1-부탄올(1-Butanol), 2-프로판올(2-Propanol), 1-프로판올(1-Propanol), 에탄올(Ethanol) 및 메탄올(Methanol)에서 하나 이상 선택되는 용매를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The concentration of the organic halide in the second solution may be 0.01 to 1 M, but the present invention is not limited thereto, and the solvent of the second solution may be any organic solvent in which the organic halide is dissolved. In a specific example, the solvent of the second solution is t-butyl-alcohol (tert-Butyl Alcohol), 2-butanol (2-Butanol), isobutyl alcohol (Isobutyl alcohol), 1-butanol (1-Butanol), 2-propanol One or more solvents selected from (2-Propanol), 1-propanol, ethanol, and methanol may be used, but the present invention is not limited thereto.

제2용액의 도포 또한, 액상이나 분산상의 도포에 통상적으로 사용되는 방법이면 무방하며, 구체적인 일 예로, 제2용액의 도포는 제1용액의 도포와 독립적으로, 딥코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 블레이드 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 캐스팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스옵셋 프린팅 또는 그라비옵셋 프린팅등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전자전달체 상 형성된 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물이 모두 화학식 1에 따른 화합물로 전환될 수 있도록 제2용액의 도포가 반복적으로 수행될 수 있음은 물론이다. The application of the second solution may also be a method commonly used for application of a liquid or dispersion phase.As a specific example, the application of the second solution is independent of the application of the first solution, dip coating, spray coating, spin coating, Bar coating, blade coating, comma coating, roll coating, casting, screen printing, inkjet printing, electrostatic hydraulic printing, micro contact printing, imprinting, gravure printing, reverse offset printing or gravure offset printing, etc. It is not limited. In addition, it goes without saying that the application of the second solution may be repeatedly performed so that all of the compounds of the trivalent metal-chalcogen-halogen formed on the electron transporter can be converted to the compound according to Formula 1.

상술한 바와 같이, 보다 신속하고 균일한 반응을 위해, 제2용액의 도포에 의해 3가금속-칼코젠-할로겐 화합물과 유기할로겐화물간의 접촉이 이루어진 후 어닐링이 더 수행될 수 있으며, 어닐링 온도는 200℃ 이하의 저온, 구체적으로 100 내지 200℃일 수 있으나, 본 발명이 어닐링 수행 여부나 어닐링 온도에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. 또한, 3가금속-칼코젠-할로겐 화합물의 완전한 전환을 위해, 제2용액의 도포 및 어닐링을 단위 공정으로, 해당 단위 공정이 반복 수행될 수 있다. 구체적인 예로, 단위 공정은 2회 내지 5회 반복될 수 있으나, 본 발명이 단위 공정의 반복 횟수에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.As described above, for a more rapid and uniform reaction, annealing may be further performed after the contact between the trivalent metal-chalcogen-halogen compound and the organohalide is made by application of the second solution, and the annealing temperature is Although it may be a low temperature of 200° C. or less, specifically 100 to 200° C., it goes without saying that the present invention cannot be limited by whether or not annealing is performed or the annealing temperature. In addition, for complete conversion of the trivalent metal-chalcogen-halogen compound, the application and annealing of the second solution may be performed as a unit process, and the corresponding unit process may be repeatedly performed. As a specific example, the unit process may be repeated 2 to 5 times, but it goes without saying that the present invention cannot be limited by the number of repetitions of the unit process.

c) 단계가 수행된 후, c) 단계의 미반응 잔류물인 미반응 유기할로겐화물을 제거하는 단계가 더 수행될 수 있다. 미반응 유기할로겐화물의 제거는 유기할로겐화물을 용해하는 용매, 구체적으로 상술한 제2용액의 용매를 이용하여 미반응 유기할로겐화물을 용해 제거함으로써 수행될 수 있다. After step c) is performed, a step of removing unreacted organohalide, which is an unreacted residue of step c), may be further performed. The removal of the unreacted organic halide may be performed by dissolving and removing the unreacted organic halide using a solvent that dissolves the organic halide, specifically, a solvent of the second solution described above.

c) 단계 후, 화학식 1에 따른 화합물인 광흡수체가 형성된 전자전달체 상부로 유기 정공전달체를 형성하는 단계인 d) 단계가 더 수행될 수 있다. After step c), step d), which is a step of forming an organic hole transporter over the electron transporter on which the light absorber, which is a compound according to Formula 1, is formed may be further performed.

d) 단계는 전자전달체 상부를 덮도록 유기 정공전달물질을 함유하는 용액(이하, 정공전달 용액)을 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. 정공전달 용액의 도포는 액상이나 분산상의 도포에 통상적으로 사용되는 방법이면 무방하며, 구체적인 일 예로, 딥코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 블레이드 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 캐스팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스옵셋 프린팅 또는 그라비옵셋 프린팅등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공전달 용액의 도포에 의해 형성되는 정공전달층의 두께는 10 내지 500 ㎚일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Step d) may be performed by applying and drying a solution containing an organic hole transport material (hereinafter, a hole transport solution) to cover the top of the electron transport body. The application of the hole transport solution may be any method commonly used for liquid or dispersion application, and specific examples include dip coating, spray coating, spin coating, bar coating, blade coating, comma coating, roll coating, casting, screen printing. , Inkjet printing, electrostatic hydraulic printing, micro contact printing, imprinting, gravure printing, reverse offset printing, or gravure offset printing, but are not limited thereto. The thickness of the hole transport layer formed by applying the hole transport solution may be 10 to 500 nm, but is not limited thereto.

정공전달 용액의 용매는 유기 정공전달물질이 용해되며, 화학식 1의 화합물과 화학적으로 반응하지 않는 용매이면 무방하다. 일 예로, 정공전달 용액의 용매는 무극성 용매일 수 있으며, 실질적인 일 예로, 톨루엔(toluene), 클로로폼(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 다이클로로벤젠(dichlorobenzene), 아니솔(anisole), 자일렌(xylene) 및 6 내지 14의 탄소수를 가지는 탄화수소계 용매로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The solvent of the hole transport solution may be a solvent in which an organic hole transport material is dissolved and does not chemically react with the compound of Formula 1. For example, the solvent of the hole transport solution may be a non-polar solvent, and as a practical example, toluene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, xyl It may be any one or two or more selected from ren (xylene) and a hydrocarbon-based solvent having 6 to 14 carbon atoms.

정공전달 용액의 유기 정공전달물질은 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질일 수 있으며, 화학식 1에 따른 화합물인 광흡수체와의 우수한 에너지 매칭 측면 및 내구성 측면에서 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 정공전달성 고분자인 것이 좋다.The organic hole transport material of the hole transport solution may be a single molecule or a high molecular organic hole transport material, and in terms of excellent energy matching and durability with the light absorber, which is a compound according to Formula 1, thiophene, paraphenylene vinylene, carba It is preferable that it is a hole-transporting polymer selected from one or two or more sol-based and triphenylamine-based.

단분자 내지 저분자 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-MeOTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene), 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) 및 N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II))중에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. One non-limiting example of a single- or low-molecular organic hole transport material, such as pentacene, coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), zinc phthalocyanine (ZnPC), CuPC (copper phthalocyanine), TiOPC (titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,Np-dimethoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene), F16CuPC(copper(II) 1 ,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine), Boron subphthalocyanine chloride (SubPc) and N3 (cis -di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)) may be mentioned, but the material is not limited thereto.

티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 정공전달성 고분자의 일 예로, 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[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-B;3,4-B'] dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), 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 물질등을 들 수 있다. One example of a hole transporting polymer selected from one or two or more of thiophene-based, paraphenylenevinylene-based, carbazole-based, and triphenylamine-based polymers, 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[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-B; 3,4-B'] dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), 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) and one or two or more selected materials from their copolymers.

전자전달체는 통상의 양자점 기반 태양전지, 염료 감응형 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서, 전자 전달을 위해 사용되는 전자전도성 금속산화물일 수 있다. 구체적인 일 예로, 전자전도성 금속산화물은 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Ba 산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자전달체는 치밀막 또는 치밀막과 다공막의 적층막일 수 있다. 전자전달체가 적층막인 경우, 다공막은 상술한 전자 전도성 무기물의 입자들로 이루어진 다공막을 들 수 있다. 전자전달체가 다공막을 포함하는 경우, 다공막의 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있으며, 다공막을 이루는 금속산화물 입자의 평균 입경(diameter)은 5 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자전달체가 치밀막과 다공막의 적층막인 경우, 치밀막의 전자전도성 금속산화물과 다공막의 전자전도성 금속산화물은 서로 동종 또는 이종의 물질일 수 있음은 물론이며, 치밀막의 두께는 10nm 이상, 보다 실질적으로 10nm 내지 100nm, 보다 더 실질적으로 50nm 내지 100nm일 수 있고, 다공막의 두께는 50 ㎚ 내지 2 ㎛, 실질적으로 100 ㎚ 내지 1.5 ㎛, 보다 실질적으로 500 ㎚ 내지 1.5 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The electron transporter may be an electron conductive metal oxide used for electron transfer in a conventional quantum dot-based solar cell, a dye-sensitized solar cell, or a perovskite solar cell. As a specific example, the electron conductive metal oxide is Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Ba oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, V oxide. , Al oxide, Y oxide, Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide and SrTi oxide, one or more selected materials may be mentioned, but the present invention is not limited thereto. The electron transporter may be a dense film or a laminated film of a dense film and a porous film. When the electron transport body is a laminated film, the porous film may be a porous film made of particles of the electron conductive inorganic material described above. When the electron transporter includes a porous membrane, the specific surface area of the porous membrane may be 10 to 100 m 2 /g, and the average particle diameter of the metal oxide particles forming the porous membrane may be 5 to 500 nm, but is limited thereto. It is not. In the case where the electron transporter is a laminated film of a dense film and a porous film, the electronic conductive metal oxide of the dense film and the electronic conductive metal oxide of the porous film may be of the same kind or different kinds of materials, and the thickness of the dense film is 10 nm or more. Substantially 10nm to 100nm, and more substantially 50nm to 100nm, the thickness of the porous film may be 50nm to 2㎛, substantially 100nm to 1.5 ㎛, more substantially 500 ㎚ to 1.5 ㎛, but must be It is not limited.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 a) 단계 전, 제1전극 상 전자전달체를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, c) 단계 후 또는 d) 단계 후, 제2전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 또한, 전자전달층이 적층막인 경우, 전자전달체 형성 단계는 제1전극상 치밀막인 전자전달막을 형성하는 단계; 및 전자전달막 상 다공성 전자전달체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention may further include a) before step, forming an electron carrier on the first electrode; and after step c) or after step d), the second electrode Forming a; may include. In addition, when the electron transport layer is a laminated film, the forming of the electron transport body may include forming an electron transport film that is a dense film on the first electrode; And forming a porous electron transporter on the electron transport film.

구체적으로, 치밀막인 전자전달막은 물리적 증착 또는 화학적 증착 등의 증착 공정을 통해 치밀성의 금속산화물막(전자전도성 금속산화물 막)을 형성하여 제조될 수 있다. 다공성 전자전달체는 치밀성 금속산화물막 상부에 전자전도성 금속산화물 입자를 함유한 슬러리를 도포하고, 도포된 슬러리층을 건조 및 열처리하여 제조될 수 있다. 슬러리의 도포는 스크린 프린팅(screen printing), 스핀코팅 (spin coating), 바-코팅(bar coating), 그라비아-코팅(gravure coating), 블레이드 코팅(blade coating) 및 롤-코팅(roll coating) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 열처리는 공기 중에서 200 내지 600 ℃로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, the electron transport layer, which is a dense layer, may be manufactured by forming a dense metal oxide layer (electron conductive metal oxide layer) through a vapor deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition. The porous electron transporter may be prepared by applying a slurry containing electron conductive metal oxide particles on the dense metal oxide film, and drying and heat treatment of the applied slurry layer. Slurry application can be selected from screen printing, spin coating, bar coating, gravure coating, blade coating and roll coating. It may be performed in any one or two or more methods, but is not limited thereto. The heat treatment may be performed at 200 to 600° C. in air, but is not limited thereto.

제1전극은 전자전달층과 오믹 접합되는 투명 전도성 전극이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 투명 전도성 전극은 불소 함유 산화주석(FTO; Fluorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 및 이들의 복합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The first electrode may be a transparent conductive electrode that is ohmic-bonded with the electron transport layer. As a specific example, the transparent conductive electrode is fluorine-containing tin oxide (FTO; Fluorine-doped Tin Oxide), indium-containing tin oxide (ITO; Indium-doped Tin Oxide), ZnO, carbon nanotube, graphene, and It may be any one or two or more selected from these composites, but is not limited thereto.

이때, 제1전극 하부에는 딱딱한(rigid) 기판(지지체) 또는 유연성(flexible) 기판(지지체)인 투명 기판(지지체)이 위치할 수 있음은 물론이며, 투명 기판의 일 예로, 리 기판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 또는 폴리에테르술폰(PES) 기판등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, of course, a transparent substrate (support) that is a rigid substrate (support) or a flexible substrate (support) may be positioned under the first electrode. It may be a phthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), triacetylcellulose (TAC), or polyethersulfone (PES) substrate, etc. It is not limited.

제2전극은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물에서 하나 이상 선택된 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2전극은 반도체 공정에서 사용되는 통상의 금속 증착 방법을 통해 형성되면 족하다. 일 예로, 제2전극은 물리적 증착 또는 화학적 증착 등의 증착 공정을 통해 형성될 수 있으며, 구체적으로 열 증착에 의해 형성될 수 있다.The second electrode may be a material selected from gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulfide, copper sulfide, nickel oxide, and a composite thereof, but is not limited thereto. It is sufficient if the second electrode is formed through a conventional metal deposition method used in a semiconductor process. For example, the second electrode may be formed through a vapor deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and specifically, may be formed by thermal vapor deposition.

본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지를 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell manufactured by the above-described manufacturing method.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 화학식 1에 따른 광흡수체를 포함한다.The perovskite solar cell according to the present invention includes a light absorber according to Formula 1.

(화학식 1)(Chemical Formula 1)

AM(Chal)(Hal)2 AM(Chal)(Hal) 2

화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다. 화학식 1에서, Chal은 보다 강한 이온결합력에 의해 태양전지의 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 S2-인 것이 유리하다. In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - one in It is a halogen ion selected above. In Chemical Formula 1, it is advantageous that Chal is S 2- which can further improve the stability of the solar cell by stronger ionic binding force.

화학식 1에서 M은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으며, 유리하게는 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi일 수 있다. 화학식 1의 M이 Sb와 Bi를 모두 함유하는 경우, 화학식 1은 ASb1-xBix(Chal)(Hal)2로 표현될 수 있으며, 이때, 0<x<1인 실수이다. In Formula 1, M may be one or more selected from Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V and Ti, and advantageously Sb, Bi Or it may be Sb and Bi. When M in Formula 1 contains both Sb and Bi, Formula 1 may be expressed as ASb 1-x Bi x (Chal)(Hal) 2 , where 0<x<1 is a real number.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 제1전극; 제1전극 상 위치하는 전자전달체; 전자전달체 상에 위치하는 화학식 1의 광흡수체; 광흡수가 형성된 전자전달체 상에 위치하는 유기 정공전달체; 및 유기 정공전달체 상 위치하는 제2전극;을 포함할 수 있다.Specifically, a solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first electrode; An electron transport body positioned on the first electrode; A light absorber of Formula 1 positioned on the electron transporter; An organic hole transporter positioned on the electron transporter having light absorption; And a second electrode positioned on the organic hole transporter.

광흡수체는 전자전달체의 표면(기공에 의한 표면을 포함함) 분산 결착된 입자상이거나, 전자전달체의 표면(기공에 의한 표면을 포함함)을 덮는 층의 형태일 수 있으며, 입자상의 광흡수체는 그 평균 직경이 0.5nm 내지 10nm일 수 있으며, 층 형태의 광흡수체는 그 두께가 0.5nm 내지 20nm일 수 있다.The light absorber may be in the form of particles that are dispersedly bound to the surface of the electron transporter (including the surface by pores), or in the form of a layer covering the surface of the electron transporter (including the surface by pores). The average diameter may be 0.5 nm to 10 nm, and the layered light absorber may have a thickness of 0.5 nm to 20 nm.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지를 상술함에 있어, 제1전극, 전자전달체, 유기 정공전달체, 제2전극의 물질, 구조 및 형상이나 크기등은 앞서 상술한 페로브스카이트 태양전지의 제조방법와 동일 내지 유사함에 따라, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 앞서 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에서 상술한 모든 내용을 포함한다.In the above description of the perovskite solar cell according to the present invention, the material, structure, shape, or size of the first electrode, electron transporter, organic hole transporter, and second electrode may be determined by manufacturing the perovskite solar cell described above. According to the same or similar method, the perovskite solar cell according to the present invention includes all the contents described above in the manufacturing method of the perovskite solar cell.

(실시예 1)(Example 1)

불소 함유 산화주석(제1 전극)이 코팅된 유리 기판(FTO; F-doped SnO2, 8 ohms/sq, Pilkington, 이하 FTO 기판)을 25 x 25 mm 크기로 절단한 후, 끝 부분을 에칭하여 부분적으로 FTO를 제거 하였다. After cutting a glass substrate (FTO; F-doped SnO 2 , 8 ohms/sq, Pilkington, hereinafter FTO substrate) coated with fluorine-containing tin oxide (first electrode) into a size of 25 x 25 mm, etching the tip FTO was partially removed.

절단 및 부분 에칭된 FTO 기판 위에 전자전달막으로 약 50 nm 두께의 치밀한 구조의 TiO2 박막을 분무 열분해법으로 제조하였다. 분무 열분해는 TAA(Titanium acetylacetonate):EtOH(1:9v/v%) 용액을 이용하여 수행되었으며, 450 ℃로 유지된 열판위에 올려진 FTO 기판위에 3초간 분무하고 10초간 정지하는 방법을 되풀이하는 방법으로 두께를 조절하였다.On the cut and partially etched FTO substrate, a TiO 2 thin film with a thickness of about 50 nm was prepared as an electron transfer film by spray pyrolysis. Spray pyrolysis was performed using a TAA (Titanium acetylacetonate):EtOH (1:9v/v%) solution, and sprayed for 3 seconds on the FTO substrate placed on a hot plate maintained at 450°C and stopped for 10 seconds. The thickness was adjusted with.

평균 입자크기 50 nm의 TiO2 분말(TiO2 기준으로 1 중량%가 용해된 titanium perocomplex 수용액을 250℃에서 12시간 수열처리하여 제조)에, 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)가 10 중량%로 에틸알콜에 용해된 에틸 셀룰로오스 용액을 TiO2 1g당 5ml 첨가하고, 테르피놀(terpinol)을 TiO2 1 g당 5 g 첨가하여 혼합한 후, 에틸 알콜을 감압 증류법으로 제거하여 TiO2 분말 페이스트를 제조하였다.TiO 2 powder with an average particle size of 50 nm (prepared by hydrothermal treatment of a titanium perocomplex aqueous solution in which 1% by weight of TiO 2 is dissolved at 250° C. for 12 hours), ethyl cellulose in ethyl alcohol at 10% by weight. 5ml was added per 1g of dissolved ethyl cellulose solution TiO 2, and mixing the Termini pinol (terpinol) was added 5 g per 1 g TiO 2 and then, by removing the ethanol by distillation under reduced pressure to prepare a TiO 2 powder paste.

기판의 TiO2 박막 위에, 제조된 TiO2 분말 페이스트를 스크린 프린팅으로 코팅하고 500 ℃에서 30 분 동안 열처리한 후, 20 mM TiCl4 수용액에 열처리된 기판을 담그고 약 12 시간 동안 방치한 후, 탈이온수와 에탄올로 세척 및 건조하고 다시 500 ℃에서 30분 동안 열처리하여, 두께가 약 1 μm인 다공성 전자 전달층을 제조하였다.On the TiO 2 thin film of the substrate, the prepared TiO 2 powder paste was coated by screen printing and heat-treated at 500° C. for 30 minutes, and then the heat-treated substrate was immersed in 20 mM TiCl 4 aqueous solution and left for about 12 hours, and then deionized water Washed with ethanol, dried, and then heat-treated at 500° C. for 30 minutes to prepare a porous electron transport layer having a thickness of about 1 μm.

2.5mL의 아세톤에 SbCl3(Junsei) 0.65g을 첨가하여 용해한 제1전구체 용액과 25mL의 이온교환수에 Na2S2O3(Aldrich) 3.95g을 녹인 제2 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하고, 다공성 전자전달층이 형성된 기판을 제조된 혼합용액에 함침시키고, 10℃의 온도에서 1.5시간 방치하는 화학적 용액성장법(CBD)을 통해, 다공성 전자전달층에 코팅된 Sb2S3의 코팅층(약 10-20nm 두께)을 형성하였다. The first precursor solution dissolved by adding 0.65 g of SbCl 3 (Junsei) to 2.5 mL of acetone and the second precursor solution dissolved 3.95 g of Na 2 S 2 O 3 (Aldrich) in 25 mL of ion-exchanged water were mixed to prepare a mixed solution. The substrate on which the porous electron transport layer was formed was impregnated in the prepared mixed solution, and the Sb 2 S 3 coated on the porous electron transport layer was applied through the chemical solution growth method (CBD) in which it was left for 1.5 hours at a temperature of 10°C. A coating layer (about 10-20 nm thick) was formed.

Sb2S3 코팅층 위에 N, N-디메틸포름아미드(DMF)에 0.1M 농도로 SbI3가 용해된 제1용액을 1000-2000 rpm으로 60 초간 스핀 코팅하고 Ar 가스 분위기에서 150℃로 2분 동안 열처리하여 SbSI층을 형성하였다. Sb2S3에서 SbSI로의 전환은 진한 갈색에서 진한 빨간색으로의 색상 변화로 확인할 수 있었다. 이후, DMF 용액 중에서 초음파 세척하여 잔류하는 SbI3를 제거하였다. A first solution in which SbI 3 was dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF) at a concentration of 0.1 M on the Sb 2 S 3 coating layer was spin-coated at 1000-2000 rpm for 60 seconds and then at 150° C. for 2 minutes in an Ar gas atmosphere. Heat treatment was performed to form an SbSI layer. The conversion from Sb 2 S 3 to SbSI was confirmed by a color change from dark brown to dark red. Thereafter, the remaining SbI 3 was removed by ultrasonic cleaning in a DMF solution.

이후, SbSI층에 2-프로판올(IPA)에 0.4M 농도로 메틸암모늄아이오다이드(MAI, MA=메틸암모늄)가 용해된 제2용액을 1000-2000rpm으로 30초간 스핀 코팅하고, Ar 가스 분위기에서 150℃로 5분 동안 어닐링하여 MASbSI2층을 형성하였으며, 2-프로판올 용액 중에서 초음파 세척하여 잔류하는 MAI를 제거하였다.Thereafter, a second solution in which methyl ammonium iodide (MAI, MA = methyl ammonium) was dissolved in 2-propanol (IPA) at a concentration of 0.4 M on the SbSI layer was spin-coated at 1000-2000 rpm for 30 seconds, and then in an Ar gas atmosphere. Annealing at 150° C. for 5 minutes to form a MASbSI 2 layer, and ultrasonic cleaning in a 2-propanol solution to remove residual MAI.

PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-B;3,4-B'] dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]) 용액(10mg/mL)을 정공전달 용액으로 사용하여 MASbSI2 위에 스핀코팅하여 유기 정공전달층을 형성하고, 유기 정공전달층 위에 PEDOT : PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)) 용액을 도포하여 계면 개질층을 형성한 후, 100nm의 Au를 열 증착하여 제2전극을 형성하여 태양전지를 제조하였다.PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-B;3,4-B'] dithiophene)-alt-4,7(2,1 ,3-benzothiadiazole)]) solution (10mg/mL) was used as a hole transport solution and spin-coated on MASbSI 2 to form an organic hole transport layer, and PEDOT: PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on the organic hole transport layer) ) poly(styrenesulfonate)) solution was applied to form an interface modification layer, and then 100 nm of Au was thermally evaporated to form a second electrode to prepare a solar cell.

도 1(a)는 DFT(Density functional theory) 계산을 이용하여 도출된 MASbSI2의 가장 안정한 결정 구조를 도시한 모식도이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 결정 구조로부터 시뮬레이션된 X선 회절 패턴(simulation으로 도시) 및 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 X-선 회절 패턴(experiment로 도시)을 도시한 도면이며, 도 1(c)는 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 고배율 투과전자현미경 관찰사진이며, 도 1(d)는 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 자외선-가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼(도 1(d)에 삽입)으로부터 도출된 타우 플롯(Tauc plot)을 도시한 도면이다.Figure 1 (a) is a schematic diagram showing the most stable crystal structure of MASbSI 2 derived using DFT (density functional theory) calculation, Figure 1 (b) is a simulated X-ray from the crystal structure of Figure 1 (a) X- ray diffraction pattern of the MASbSI 2 prepared in (shown by simulation) and example 1 is a diagram showing a diffraction pattern (shown by the experiment), Figure 1 (c) is a high-power transmission of the MASbSI 2 prepared in example 1 An electron microscope observation photograph, and FIG. 1(d) is a tauc plot derived from an ultraviolet-visible light (UV-Vis) absorption spectrum (inserted in FIG. 1(d)) of MASbSI 2 prepared in Example 1 It is a diagram showing.

도 1(a)를 통해, 가장 안정한 결정구조는 옥타헤드랄 유닛(cctahedral unit)의 Z 축을 따라 황이 분포하는 구조임을 알 수 있으며, Sb-S 결합은 더 긴 결합(약 3.6Å)과 더 짧은 결합(약 2.27Å)으로 분리되며, Sb-I 결합 길이는 약 3.16Å임을 알 수 있다. From Fig. 1(a), it can be seen that the most stable crystal structure is a structure in which sulfur is distributed along the Z axis of the octahedral unit, and the Sb-S bond is a longer bond (about 3.6 Å) and a shorter It is separated by a bond (about 2.27 Å), and it can be seen that the Sb-I bond length is about 3.16 Å.

도 1(b)와 같이, DFT 계산을 통해 도출된 페로브스카이트 구조의 회절 패턴과, 실 제조된 MASbSI2의 회절 패턴을 비교하면, 황 원자의 규칙성(ordering)이 다소 달라지며 회절 피크의 미세 이동이 발생하였으나, DFT 계산을 통해 도출된 페로브스카이트 구조의 회절 패턴과 실시예에서 제조된 MASbSI2의 회절 패턴이 잘 일치함을 알 수 있다. 도 1(c)의 투과전자현미경 관찰 결과를 통해 잘 결정화된 MASbSI2가 제조됨을 확인할 수 있으며, 이는 도 1(b)의 X-선 회절 결과와 일치한다.As shown in Fig. 1(b), when comparing the diffraction pattern of the perovskite structure derived through DFT calculation and the diffraction pattern of the actually manufactured MASbSI 2, the ordering of the sulfur atom is slightly different and the diffraction peak However, it can be seen that the diffraction pattern of the perovskite structure derived through the DFT calculation and the diffraction pattern of the MASbSI 2 prepared in Example are well matched. It can be seen that the well-crystallized MASbSI 2 is prepared through the observation result of the transmission electron microscope of FIG. 1(c), which is consistent with the X-ray diffraction result of FIG.

UV-Vis 흡수 스펙트럼을 사용하여 얻은 타우 플롯인 도 1(d)를 통해, 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 밴드 갭이 2.09eV이며, 흡수 한계(absorption edge)가 약 600nm임을 알 수 있다. 또한, 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 물질 구조를 X 선 광전자 분광법 (XPS) 및 에너지 분산 X 선 (EDX) 분광법으로도 확인하였다.1(d), which is a tau plot obtained using the UV-Vis absorption spectrum, it can be seen that the band gap of MASbSI 2 prepared in Example 1 is 2.09 eV, and the absorption edge is about 600 nm. In addition, the material structure of MASbSI 2 prepared in Example 1 was also confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy.

도 2는 자외선 광전자 분광법 (UPS)을 이용하여 실시예 1에서 제조된 MASbSI2의 에너지 준위를 측정하고, 전자전달층인 TiO2, MASbSI2 및 정공전달층인 PCPDTBT간의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, MASbSI2의 전도대 최소 에너지 레벨(CBM)과 가전자대 최대 에너지 레벨은 각각 3.41eV와 5.60eV였다. 도 2에서 알 수 있듯이, MASbSI2의 에너지 준위는 TiO2의 CBM 및 PCPDTBT의 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 잘 일치하여 태양 전지로서의 효과적으로 작동 가능함을 알 수 있다. 2 is a diagram showing an energy band diagram between the electron transport layers TiO 2 and MASbSI 2 and the hole transport layer PCPDTBT by measuring the energy level of MASbSI 2 prepared in Example 1 using ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) to be. As shown in FIG. 2, the conduction band minimum energy level (CBM) and valence band maximum energy level of MASbS I 2 were 3.41 eV and 5.60 eV, respectively. As can be seen from FIG. 2, the energy level of MASbSI 2 is in good agreement with the CBM of TiO 2 and the highest occupied molecular orbital (HOMO) of PCPDTBT, and it can be seen that it can be effectively operated as a solar cell.

도 3(a)는 실시예 1에서, 다공성 전자전달층에 MASbSI2를 형성한 후 그 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며, 도 3(b)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며, 도 3(c)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 곡선을 도시한 도면이며, 도 3(d)는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 EQE(external quantum efficiency) 스펙트럼을 도시한 도면이다.FIG. 3(a) is a scanning electron micrograph of observing the surface after forming MASbSI 2 on the porous electron transport layer in Example 1, and FIG. 3(b) is a cross-sectional view of the solar cell manufactured in Example 1. The observed scanning electron micrograph, FIG. 3(c) is a diagram showing the current density-voltage curve of the solar cell manufactured in Example 1, and FIG. 3(d) is the AM1 of the solar cell manufactured in Example 1 It is a diagram showing an EQE (external quantum efficiency) spectrum under the .5G standard irradiation condition (100mW/cm 2 ).

도 3(a)의 주사전자현미경 관찰을 통해, MASbSI2 형성 전 다공성 TiO2의 구조가 MASbSI2 형성 후에도 실질적으로 그대로 유지됨을 알 수 있으며, 이를 통해 MASbSI2가 다공성 TiO2의 내부(열린 기공의 표면)에 효과적으로 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 도 3(b)의 단면 관찰 사진을 통해 정공전달물질이 MASbSI2가 형성된 다공성 전자전달체(TiO2)에 안정적으로 침투하여 다공성 전자전달체의 내부를 채운 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 3(b)의 황색 실선과 노란색 점선 사각형(무작위로 선택)에서의 선형 EDX 분석 결과와 EDX 매핑 분석 결과를 통해 다공성 전자전달체(TiO2)전체에 걸쳐 MASbSI2가 균일하게 분포함을 확인하였다. Through the scanning electron microscope observation of Figure 3 (a), MASbSI 2 formed around the porous TiO 2 of the structure can be understood substantially as it is maintained even after the MASbSI 2 is formed, through which MASbSI 2 the inside (the open pores of the porous TiO 2 It can be seen that it is formed effectively on the surface). In addition, through the cross-sectional observation photograph of FIG. 3(b), it was confirmed that the hole transport material stably penetrated into the porous electron transporter (TiO 2 ) in which MASbSI 2 was formed and filled the inside of the porous electron transporter. In addition, through the linear EDX analysis results and the EDX mapping analysis results in the solid yellow line and the yellow dotted rectangle (randomly selected) of FIG. 3(b), it is shown that MASbSI 2 is uniformly distributed throughout the porous electron carrier (TiO 2 ). Confirmed.

도 3(c)는 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 실시예 1에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 그래프로, 단락전류밀도(Jsc)가 8.13mAcm-2, 개방 전압(VOC)이 0.65V, 필 팩터(FF)가 58.9 %이며, 광전변환효율(PCE)이 3.11%임을 알 수 있다.3(c) is a current density-voltage graph of the solar cell manufactured in Example 1 under AM1.5G standard irradiation conditions (100mW/cm 2 ), with a short-circuit current density (J sc ) of 8.13mAcm -2 , open-circuit voltage It can be seen that (V OC ) is 0.65V, the fill factor (FF) is 58.9%, and the photoelectric conversion efficiency (PCE) is 3.11%.

300nm-600nm의 EQE 스펙트럼을 도시한 도 3(d)를 살피면, MASbSI2의 EQE 스펙트럼은 도 1(d)에 삽입한 흡수 스펙트럼과 잘 일치하며, 정공전달물질인 PCPDTBT의 흡수에 의해 600-850nm 영역의 EQE 스펙트럼이 나타남을 알 수 있다.Looking at Fig. 3(d) showing the EQE spectrum of 300nm-600nm, the EQE spectrum of MASbSI 2 agrees well with the absorption spectrum inserted in Fig. 1(d), and 600-850nm due to absorption of the hole transport material PCPDTBT. It can be seen that the EQE spectrum of the region appears.

실시예 1에서 제조된 태양전지의 수분, 열 및 광 안정성을 테스트하였다.Moisture, heat, and light stability of the solar cell prepared in Example 1 were tested.

도 4는 실시예 1에서 제조된 태양전지를 60%의 상대 습도(상온조건)하에 방치하고, 방치 시간에 따른 단락전류밀도 및 광전변환효율(도 4(a))과 개방전압 및 필 팩터(도 4(b))를 도시한 도면으로, 초기(제조 직후) 단락전류밀도, 광전변환효율, 개방 전압 및 필 팩터로 표준화(normalization)된 값을 도시한 도면이며, 도 4(c)는 UV 조사를 포함하는 AM 1.5G의 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 및 최대 파워 근방의 바이어스(0.49V)하, 실시예 1에서 제조된 태양전지의, 광조사 시간에 따른 단락전류밀도 및 광전변환효율을 도시한 도면이며, 도 4(d)는 실시예 1에서 제조된 태양전지를 공기 중 80℃ 및 40%의 상대습도의 어둠속에서 방치한 시간에 따른 초기 효율로 표준화된 광전변환효율을 도시한 도면이다.4 shows the solar cell manufactured in Example 1 was left under 60% relative humidity (room temperature condition), and short-circuit current density and photoelectric conversion efficiency (FIG. 4(a)) and open-circuit voltage and fill factor ( 4(b)) is a diagram showing values normalized to the initial (right after manufacturing) short-circuit current density, photoelectric conversion efficiency, open-circuit voltage, and fill factor, and FIG. 4(c) shows UV Under the standard irradiation conditions of AM 1.5G including irradiation (100mW/cm 2 ) and a bias near the maximum power (0.49V), the short-circuit current density and photoelectricity of the solar cell manufactured in Example 1 according to light irradiation time It is a diagram showing the conversion efficiency, and FIG. 4(d) is a photoelectric conversion efficiency standardized by initial efficiency according to time when the solar cell manufactured in Example 1 was left in the dark at 80° C. and 40% relative humidity in the air. It is a diagram showing.

도 4(a) 및 4(b)에서 알 수 있듯이, MASbSI2가 광흡수체로 구비된 태양전지는 PSC는 초기 광전변환효율의 90% 이상을 15일 동안 유지했으며 단락전류밀도, 개방전압 및 필팩터 모두 매우 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. As can be seen in Figs. 4(a) and 4(b), the solar cell equipped with MASbSI 2 as a light absorber maintained at least 90% of the initial photoelectric conversion efficiency for 15 days. It can be seen that both factors remain very stable.

또한, 도 4(c)에서 알 수 있듯이, 광전변환효율과 단락전류밀도의 초기 증가 후, 광전변환효율과 단락전류밀도가 매우 안정적으로 유지됨을 알 수 있다.In addition, as can be seen from FIG. 4(c), after the initial increase in photoelectric conversion efficiency and short-circuit current density, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency and short-circuit current density are maintained very stably.

또한, 도 4(d)를 통해, 30일 동안의 방치에도 초기 광전변환효율의 91%를 유지함을 알 수 있다.In addition, through FIG. 4(d), it can be seen that 91% of the initial photoelectric conversion efficiency is maintained even when left for 30 days.

도 4의 결과를 통해, 무연 MASbSI2 기반 태양 전지가 기존의 Pb 및 할로겐 기반의 페로브스카이트 태양전지에 비해, 현저하게 우수한 수분 안정성, 광 안정성, 산소 안정성 및 열 안정성을 가짐을 알 수 있다. From the results of FIG. 4, it can be seen that the lead-free MASbSI 2- based solar cell has remarkably superior moisture stability, light stability, oxygen stability, and thermal stability compared to the conventional Pb and halogen-based perovskite solar cells. .

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에서, 제1용액으로 SbI3가 용해된 DMF 용액 대신, 0.05M 농도로 BiI3가 DMF에 용해된 용액을 사용하고, 제2용액으로 0.5M 농도로 MAI가 IPA에 용해된 용액 대신 0.5M 농도로 MAI가 IPA에 용해된 용액을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 태양전지를 제조하였다.In Example 1, instead of the DMF solution in which SbI3 was dissolved as the first solution, a solution in which BiI3 was dissolved in DMF at a concentration of 0.05M was used, and as the second solution, a solution in which MAI was dissolved in IPA at a concentration of 0.5M was used. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a solution in which MAI was dissolved in IPA was used as a concentration.

도 5는 AM1.5G 표준 조사 조건(100mW/cm2) 하 실시예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 그래프를 도시한 도면으로, 제조된 태양전지는 단락전류밀도(Jsc)가 14.18mAcm-2, 개방 전압(VOC)이 0.62V, 필 팩터(FF)가 59.0%이며, 광전변환효율(PCE)이 5.2%에 이름을 알 수 있다. 5 is a view showing a current density-voltage graph of the solar cell manufactured in Example 2 under AM1.5G standard irradiation conditions (100mW/cm 2 ). The manufactured solar cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14.18mAcm -2 , open-circuit voltage (V OC ) is 0.62V, fill factor (FF) is 59.0%, and photoelectric conversion efficiency (PCE) is 5.2%.

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 this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is Those of ordinary skill in the relevant field can make various modifications and variations from this description.

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.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (12)

a) 전자전달체 상에 3가 금속의 칼코젠화물을 형성하는 단계;
b) 상기 칼코젠화물에 3가 금속의 할로겐화물이 용해된 제1용액을 도포 및 열처리하여 3가 금속-칼코젠-할로겐의 화합물을 형성하는 단계; 및
c) 상기 화합물에 유기할로겐화물이 용해된 제2용액을 도포 및 어닐링하여 화학식 1에 따른 광흡수체를 형성하는 단계;
를 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
(화학식 1)
AM(Chal)(Hal)2
(화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다)
a) forming a chalcogenide of a trivalent metal on the electron transporter;
b) forming a compound of a trivalent metal-chalcogen-halogen by applying and heat treating a first solution in which a halide of a trivalent metal is dissolved on the chalcogenide; And
c) forming a light absorber according to Formula 1 by applying and annealing a second solution in which an organic halide is dissolved in the compound;
A method of manufacturing a perovskite solar cell comprising a.
(Chemical Formula 1)
AM(Chal)(Hal) 2
(In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - in Is one or more selected halogen ions)
제 1항에 있어서,
상기 3가 금속은 Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V 및 Ti에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The trivalent metal is one or two or more selected from Sb, Bi, Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La, Ce, Fe, Ru, Cr, V, and Ti method for manufacturing a perovskite solar cell .
제 2항에 있어서,
상기 3가 금속은 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi인 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 2,
The method of manufacturing a perovskite solar cell wherein the trivalent metal is Sb, Bi, or Sb and Bi.
제 1항에 있어서,
상기 a) 단계는 화학적 용액 성장법(CBD; chemical bath deposition)을 이용하여 수행되는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1,
The step a) is a method of manufacturing a perovskite solar cell performed using a chemical solution growth method (CBD).
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1용액의 도포 및 열처리를 일 단위 공정으로, 상기 단위 공정이 반복 수행되는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing a perovskite solar cell in which the application and heat treatment of the first solution are performed as a unit process, and the unit process is repeatedly performed.
제 6항에 있어서,
상기 열처리는 130 내지 180℃의 온도로 수행되는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 6,
The heat treatment is performed at a temperature of 130 to 180 ℃ method of manufacturing a perovskite solar cell.
제 1항에 있어서,
상기 b) 단계 후 및 c) 단계 전, 미반응 3가 금속의 할로겐화물을 제거하는 단계가 더 수행되는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1,
After step b) and before step c), a method of manufacturing a perovskite solar cell in which the step of removing the halide of the unreacted trivalent metal is further performed.
제 1항에 있어서,
c) 단계 후, d) 유기 정공전달체를 형성하는 단계;를 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1,
After the step c), d) forming an organic hole transporter; method of manufacturing a perovskite solar cell further comprising.
제 9항에 있어서,
상기 유기 정공전달체는 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 정공전달성 고분자를 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method of claim 9,
The organic hole transporter is a method of manufacturing a perovskite solar cell comprising one or two or more hole transport polymers selected from thiophene-based, paraphenylenevinylene-based, carbazole-based, and triphenylamine-based.
하기 화학식 1에 따른 광흡수체를 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
(화학식 1)
AM(Chal)(Hal)2
(화학식 1에서 A는 1가의 유기 양이온이며, M은 3가의 금속이온이며, Chal은 S2- 및 Se2-에서 하나 이상 선택되는 칼코젠 이온이며, Hal은 I-, Br- 및 Cl-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 이온이다)
A perovskite solar cell comprising a light absorber according to Formula 1.
(Chemical Formula 1)
AM(Chal)(Hal) 2
(In formula 1, A is an organic cation monovalent, M is a trivalent metal ion, Chal is a knife kojen ion selected from one or more of S and Se 2- 2-, Hal is I -, Br - and Cl - in Is one or more selected halogen ions)
제 11항에 있어서,
상기 화학식 1의 3가 금속 이온은 Sb, Bi 또는 Sb와 Bi인 페로브스카이트 태양전지.
The method of claim 11,
The trivalent metal ion of Formula 1 is Sb, Bi, or Sb and Bi perovskite solar cell.
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