KR102173288B1 - Perovskite solar cells with hole transporting layers of high water resistance, and fabricating method therof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내수성을 갖는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판, 제1전극, N형 및 P형 반도체로 이루어진 광활성층, 정공수송층, 제2전극으로 구성되는 태양전지에 있어서, 정공수송층에 정공수송제 및 최소 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족 화합물(내수성향상제)을 포함함으로서 내수성이 우수하고 정공수송특성이 우수한 태양전지를 제공할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a perovskite solar cell having water resistance, and more particularly, in a solar cell comprising a substrate, a first electrode, a photoactive layer made of N-type and P-type semiconductors, a hole transport layer, and a second electrode. , By including a hole transport agent and an aromatic compound having at least 6 or more fluorine atoms (water resistance improving agent) in the hole transport layer, there is an advantage of providing a solar cell having excellent water resistance and excellent hole transport characteristics.

Description

고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 { Perovskite solar cells with hole transporting layers of high water resistance, and fabricating method therof }Perovskite solar cells with hole transporting layers of high water resistance, and fabricating method therof}

본 발명은 내수성을 갖는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정공수송층에 정공수송제 및 분자내 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족 화합물을 포함함으로서 내수성이 우수하고 정공수송특성이 우수한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite solar cell having water resistance, and more particularly, by including a hole transport agent and an aromatic compound having 6 or more fluorine atoms in a molecule in the hole transport layer, excellent water resistance and excellent hole transport characteristics. It relates to a solar cell and its manufacturing method.

태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광 에어컨 등도 주목받고 있다. A solar cell (Solar Cell or Photovoltaic Cell) is a key element of photovoltaic power generation that directly converts sunlight into electricity, and is currently widely used for power supply from space to home. In the early days when solar cells were first made, they were mainly used for space, but as they experienced two oil shocks in the 1970s, attention was paid to the possibility of using them as ground power sources, and due to active research and development, there was limited ground power generation from the 1980s. Started to be used as a dragon. Recently, it has been used in aviation, weather, and communication fields, and solar vehicles and solar air conditioners are also attracting attention.

이러한 태양전지는 주로 실리콘 반도체를 이용하고 있으나, 고순도(6N~9N) 실리콘 반도체의 원자재 가격 및 이를 이용한 태양전지 셀 제조공정의 복잡성으로 인해 발전단가가 높다는 문제가 있다. 즉, 종래의 화석연료에 의한 발전단가보다 3~10배 높기 때문에 각국 정부의 보조금 정책에 의해서 시장이 성장하고 있다는 한계를 안고 있다. 이러한 이유로 실리콘을 사용하지 않는 태양전지의 연구개발이 활성화 되었고, 1990년대부터는 유기반도체 소재인 염료를 이용한 염료감응형태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell; DSSC)와 전도성고분자를 이용한 고분자태양전지(Polymer Solar Cell: PSC)가 본격 연구되기 시작하였다. 이러한 DSSC와 PSC와 같은 유기반도체 기반 태양전지가 학계와 산업계의 많은 노력에도 불구하고 사업화 단계에까지 이르지 못하였으나, 최근 DSSC와 PSC의 장점을 융합한 페로브스카이트 태양전지 (perovskite solar cell)의 출현에 의해 차세대 태양전지에 대한 기대감이 한층 높아지고 있는 상황이다.These solar cells mainly use silicon semiconductors, but there is a problem that the power generation cost is high due to the raw material price of high purity (6N~9N) silicon semiconductors and the complexity of the solar cell manufacturing process using the same. In other words, since it is 3 to 10 times higher than the conventional fossil fuel power generation unit, the market is growing by the subsidy policy of each country. For this reason, research and development of solar cells that do not use silicon have been activated, and from the 1990s, dye-sensitized solar cells (DSSC) using dyes, which are organic semiconductor materials, and polymer solar cells (Polymers) using conductive polymers. Solar Cell: PSC) has begun to be studied in earnest. Although organic semiconductor-based solar cells such as DSSC and PSC have not reached the commercialization stage despite many efforts from academia and industry, the emergence of perovskite solar cells that combine the advantages of DSSC and PSC. As a result, expectations for next-generation solar cells are rising.

페로브스카이트 태양전지는 종래 DSSC와 PSC의 융합형 태양전지로서, DSSC와 같이 액체전해질을 사용하지 않아서 신뢰성이 우수하며, 페로브스카이트의 광학적 우수성으로 인해 고효율이 가능한 태양전지이며 최근 공정개선, 소재개선 및 구조개선을 통하여 지속적으로 효율이 향상되고 있다. 이러한 페로브스카이트 태양전지의 구조를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 페로브스카이트 태양전지는 기판, 제1전극, 블로킹층(blocking layer), N형반도체(금속산화물)와 P형반도체(페로브스카이트 화합물)로 구성된 광활성층, 정공수송층, 제2전극으로 구성된다. 이러한 페로브스카이트 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 페로브스카이트 화합물이 태양 빛을 흡수하여 전자가 여기되며, 여기된 전자를 N형반도체(주로 금속산화물)의 전도대에 주입하고, 그 주입된 전자들은 N형반도체 및 블로킹층을 통과하여 제1전극에 수집된 후 외부회로로 전달된다. 전자는 외부회로를 거쳐 제2전극에 도달한 후 정공수송층을 거쳐 P형반도체에 전자를 전달하여 줌으로써 태양전지 작동이 완성된다. Perovskite solar cell is a fusion type solar cell of conventional DSSC and PSC. It has excellent reliability because it does not use liquid electrolyte like DSSC, and it is a solar cell that can be highly efficient due to the optical excellence of perovskite, and is a recent process improvement. In addition, efficiency is continuously improving through material improvement and structural improvement. The structure of such a perovskite solar cell is shown in FIG. 1. 1, a perovskite solar cell includes a substrate, a first electrode, a blocking layer, a photoactive layer composed of an N-type semiconductor (metal oxide) and a P-type semiconductor (perovskite compound), and holes. It consists of a transport layer and a second electrode. The principle of operation of this perovskite solar cell is as follows. The perovskite compound absorbs sunlight to excite electrons, injects the excited electrons into the conduction band of the N-type semiconductor (mainly metal oxide), and the injected electrons pass through the N-type semiconductor and the blocking layer to form the first It is collected on the electrode and transferred to an external circuit. The operation of the solar cell is completed by transferring the electrons to the P-type semiconductor through the hole transport layer after the electrons reach the second electrode through an external circuit.

한편, 페로브스카이트 태양전지는 동작 중에 수분과 산소에 의해 열화가 될 수 있으므로, 대기로부터 형성된 각 층을 차단시켜야 한다. 일반적으로 유리 혹은 보호캡을 접착제로 부착하는 방법 혹은 제2전극 상부에 박막의 패시베이션(passivation) 층을 형성하여 대기로 부터 수분과 산소를 차단시키는 방법이 있다. Meanwhile, since perovskite solar cells may be deteriorated by moisture and oxygen during operation, each layer formed from the atmosphere must be blocked. In general, there is a method of attaching a glass or a protective cap with an adhesive or a method of blocking moisture and oxygen from the atmosphere by forming a thin passivation layer on the second electrode.

현재 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기고 종래 고가의 실리콘 태양전지를 대체하기 위해서는 장기 신뢰성의 확보가 가장 선행되어야 할 항목이다. 전술한 바와 같이 도1과 같은 페로브스카이트 태양전지 소자가 완성되면, 그 상부에 보호캡 혹은 패시베이션 층을 형성시켜 대기중의 수분과 산소의 유입을 막아야 한다. 그러나 보호캡 혹은 패시베이션 층은 대기중의 수분과 산소를 완벽하게 차단시키지 못하는 문제점이 있다. 이와같이 대기로부터 유입된 수분은 정공수송층을 통하여 이온성의 페로브스카이트 화합물(P형반도체)에 도달하게 되고, 수분에 노출된 페로브스카이트 화합물은 결정격자의 파괴에 의해 P형반도체로서의 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.In order to accelerate the commercialization of the current perovskite solar cell and replace the conventional expensive silicon solar cell, securing long-term reliability is the most important item. As described above, when the perovskite solar cell device as shown in FIG. 1 is completed, a protective cap or passivation layer must be formed on the top of the perovskite solar cell device to prevent the inflow of moisture and oxygen in the atmosphere. However, there is a problem that the protective cap or passivation layer does not completely block moisture and oxygen in the atmosphere. In this way, the moisture introduced from the atmosphere reaches the ionic perovskite compound (P-type semiconductor) through the hole transport layer, and the perovskite compound exposed to the moisture functions as a P-type semiconductor by destruction of the crystal lattice. There is a problem to be lost.

대한민국특허등록 제10-169285호 “무기 나노물질 기반 소수성 전하 수송체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유무기 복합 페로브스카이트 태양전지”Korean Patent Registration No. 10-169285 "Inorganic nanomaterial-based hydrophobic charge transporter, method for manufacturing the same, and organic-inorganic complex perovskite solar cell including the same" 대한민국 공개특허 제10-2019-0007812호 “하이브리드 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법”Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0007812 "Perovskite solar cell including hybrid hole transport layer and its manufacturing method" 대한민국 특허등록 제10-1619780호 “ 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지용 정공전달 화합물”Korean Patent Registration No. 10-1619780 “Hole transport compound for non-organic hybrid perovskite solar cells”

Y.Zhang et al., RSC Adv., 6, 108888-108895(2016)Y. Zhang et al., RSC Adv., 6, 108888-108895 (2016) J.Ye et al., RSC Adv., 5, 36356-36361J. Ye et al., RSC Adv., 5, 36356-36361

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층이 정공수송제 및 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족화합물을 포함함으로써 페로브스카이트 화합물이 대기로부터 유입된 수분과의 접촉을 방지할 수 있고 정공수송특성을 향상시킬 수 있는 태양전지를 제공하는 것이다.The present invention was devised to solve the above problems, and the hole transport layer of a perovskite solar cell contains a hole transport agent and an aromatic compound having 6 or more fluorine atoms, so that the perovskite compound flows from the atmosphere. It is to provide a solar cell that can prevent contact with the generated moisture and improve hole transport characteristics.

본 발명의 목적은 기판; 상기 기판 상부에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상부에 형성되며 N형 반도체와 P형 반도체로 이루어진 광활성층; 상기 광활성층 상부에 형성된 정공수송층; 상기 정공수송층 상부에 형성된 제2전극을 포함하여 구성되는 태양전지에 있어서, 상기 정공수송층은 정공수송제와 하기 일반식 1 또는 2와 같이 분자내에 6개 이상의 불소원자를 포함하는 불소함유 방향족 화합물(이하, 내수성 향상제라 함)이 단독 또는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is a substrate; A first electrode formed on the substrate; A photoactive layer formed on the first electrode and made of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor; A hole transport layer formed on the photoactive layer; In a solar cell comprising a second electrode formed on the hole transport layer, the hole transport layer comprises a hole transport agent and a fluorine-containing aromatic compound containing 6 or more fluorine atoms in a molecule as shown in the following general formula 1 or 2 ( Hereinafter, it is an object of the present invention to provide a perovskite solar cell having a high water resistance hole transport layer, characterized in that it is composed of a single or a plurality of).

[일반식 1][General Formula 1]

Figure 112019036957307-pat00001
Figure 112019036957307-pat00001

[일반식 2 ][General Formula 2]

Figure 112019036957307-pat00002
Figure 112019036957307-pat00002

상기 일반식 1에 있어서, X는 탄소(C), 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 주석(Sn) 중에서 선택된다.In the general formula 1, X is selected from carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn).

Y는 수소; 할로겐원자; 히드록시기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 아세테이트기; 치환 또는 비치환된 C1-C30 (C1은 탄소수가 1개, C30은 탄소수가 30개임을 의미한다.)의 케톤기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 비닐기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된다.Y is hydrogen; Halogen atom; Hydroxy group; Cyano group; A substituted or unsubstituted C1-C30 acetate group; A ketone group of substituted or unsubstituted C1-C30 (C1 means 1 carbon atom and C30 means 30 carbon atoms); A substituted or unsubstituted C1-C30 vinyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkoxy group; A substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group; A substituted or unsubstituted C6-C30 arylalkyl group; A substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroarylalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryloxy group; A substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heterocycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl ester group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl ester group; A substituted or unsubstituted C2-C30 aryl ester group; And a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl ester group.

상기 일반식 1과 일반식 2에서 Z1 및 Z2는 불소치환 방향족 작용기로서 같거나 상이할 수 있으며, bis(pentafluorophenyl)phosphinyl기, trifluoro thienyl기, trifluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pridinyl기, pentafluoro phenyl기, heptafluoro naphthyl기, nonafluoro anthracenyl기, nonafluoro biphenyl기, octafluoro carbazoyl기, octafluoro phenothiazinyl기, octafluoro phenoxazinyl기 중에서 1종 이상 선택된다. In the general formulas 1 and 2, Z 1 and Z 2 may be the same or different as a fluorine-substituted aromatic functional group, and bis (pentafluorophenyl) phosphinyl group, trifluoro thienyl group, trifluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pridinyl group, At least one is selected from pentafluoro phenyl group, heptafluoro naphthyl group, nonafluoro anthracenyl group, nonafluoro biphenyl group, octafluoro carbazoyl group, octafluoro phenothiazinyl group, and octafluoro phenoxazinyl group.

상기 일반식 1에서 n은 XY2 기의 연결 개수로서 1 ~ 10 중에서 선택된다. In General Formula 1, n is selected from 1 to 10 as the number of XY 2 groups connected.

상기 일반식 2에서 Me는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd 중에서 선택된다. In the general formula 2, Me is selected from Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd.

본 발명의 또 다른 목적은 정공수송층에 정공수송제 및 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족 화합물(내수성 향성제)을 포함하는 고내수성 페로브스카이트 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly water-resistant perovskite solar cell comprising a hole transporting agent and an aromatic compound having 6 or more fluorine atoms (water-resistant flavoring agent) in a hole transport layer.

본 발명의 구성요소 및 제조단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다. Detailed description of the components and manufacturing steps of the present invention are as follows.

<기판/제1전극 준비 및 세정> <Substrate/First Electrode Preparation and Cleaning>

기판 상부에 형성된 제1전극을 아세톤, 에탄올, 증류수 혹은 이들의 혼합용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다. 기판으로는 유리, 플라스틱 등 광학적으로 투명한 것이면 무엇이든 사용할 수 있다. 상기 제1전극으로는 FTO(F-doped tin oxide), ITO(In2O3 ~90% + SnO2 ~10%), IZO(In-doped zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같이 투명하면서 전도성이 있는 투명전극이 이용될 수 있다.The first electrode formed on the substrate is immersed in acetone, ethanol, distilled water, or a mixed solution thereof, followed by ultrasonic cleaning. As the substrate, any optically transparent material such as glass or plastic can be used. The first electrode is FTO (F-doped tin oxide), ITO (In 2 O 3 ~90% + SnO 2 ~10%), IZO (In-doped zinc oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO- A transparent and conductive transparent electrode such as Al 2 O 3 and SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used.

<제1전극 상부에의 블로킹층의 형성> <Formation of blocking layer on top of the first electrode>

앞서 언급한 바와 같이 블로킹층은 제1전극과 정공수송제 계면 재결합 현상을 방지하여 효율을 향상시키기 위하여 형성되며, 이러한 블로킹층의 소재로는 TiO2, ZnO와 같은 물질을 예로 들 수 있다. 블로킹층을 형성하는 한 방법을 예로 들면, chemical bath deposition에 의한 방식으로서 상기 세정된 기판/제1전극을 40 mM 농도의 전구체용액(TiCl4)에 침적시키고 70℃에서 30분간 방치하면, titanium oxychloride가 제1전극 표면에 코팅되며, 이를 증류수와 에탄올로 세정한 후 고온(450~500℃)에서 소성하면 TiO2 블로킹층이 형성된다. 또 다른 방법으로는 Ti(IV) bis(ethylacetoacetato)-diisopropoxide, titanium(IV) isopropoxide 등과 같은 Ti 전구체를 용매에 용해시킨 후 스핀코팅 혹은 spray 코팅 후 고온소성 시키면 제1전극 상부에 TiO2 블로킹층을 형성시킬 수 있다. 한편, ZnO의 경우는 zinc acetate dihydrate와 ethanolamine을 용매(2-methoxy ethanol)에 용해시킨 후 스핀코팅 등의 방법으로 제1전극에 코팅, 건조하여 ZnO 블로킹층을 형성시킬 수 있다. As mentioned above, the blocking layer is formed to improve efficiency by preventing the interfacial recombination of the first electrode and the hole transport agent, and materials such as TiO 2 and ZnO may be exemplified as a material of the blocking layer. One method of forming the blocking layer is, for example, a method by chemical bath deposition. When the cleaned substrate/first electrode is immersed in a precursor solution (TiCl 4 ) having a concentration of 40 mM and left at 70° C. for 30 minutes, titanium oxychloride Is coated on the surface of the first electrode, washed with distilled water and ethanol, and fired at high temperature (450-500°C) to form a TiO 2 blocking layer. Another method is to dissolve Ti precursors such as Ti(IV) bis(ethylacetoacetato)-diisopropoxide, titanium(IV) isopropoxide, etc. in a solvent and then spin coating or spray coating and then calcination at high temperature to form a TiO 2 blocking layer on the top of the first electrode. Can be formed. Meanwhile, in the case of ZnO, zinc acetate dihydrate and ethanolamine are dissolved in a solvent (2-methoxy ethanol), and then coated on the first electrode by a method such as spin coating and dried to form a ZnO blocking layer.

만약, 블로킹층이 없다면 제1전극에 도달한 모든 전자들이 외부회로로 전달될 수 없다. 즉 블로킹층이 없을 경우 제1전극 상부표면은 N형반도체와 대부분 접촉하고 있지만 일부는 정공수송층과도 접촉해 있으므로, 제1전극에 도달된 전자들 중 일부는 외부회로로 전달되지 못하고 전공수송제(hole transporting material; HTM)와 반응하여 소실된다. 이와같이 재결합(recombination)에 의해 광전변환 효율이 감소하는 원인이 되며, 재결합 현상을 최소화하기 위하여 도 1에 제시된 바와 같이 블로킹층을 형성하여 제1전극과 정공수송제의 직접적인 접촉을 막아준다. 상기 블로킹층은 재결합 현상을 방지하여 태양전지 효율을 향상시키기 위한 용도로 형성되지만, 블로킹층이 없어도 태양전지의 작동에는 문제가 없다If there is no blocking layer, all electrons reaching the first electrode cannot be transferred to the external circuit. In other words, if there is no blocking layer, the upper surface of the first electrode is mostly in contact with the N-type semiconductor, but some of the electrons that have reached the first electrode are also in contact with the hole transport layer, so some of the electrons reaching the first electrode cannot be transferred to the external circuit. It reacts with (hole transporting material; HTM) and disappears. In this way, the photoelectric conversion efficiency is reduced by recombination, and in order to minimize the recombination phenomenon, a blocking layer is formed as shown in FIG. 1 to prevent direct contact between the first electrode and the hole transport agent. The blocking layer is formed for the purpose of improving the solar cell efficiency by preventing recombination, but there is no problem in the operation of the solar cell even without the blocking layer.

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<블로킹층 상부에의 N형반도체층 형성> <Formation of an N-type semiconductor layer on top of the blocking layer>

N형반도체 나노입자를 포함하는 페이스트를 상기 블로킹층 위에 코팅하여 박막을 형성한 후, 공기 중 또는 산소 분위기에서 약 30~60분간 열처리(450~550℃)를 실시하여 블로킹층 상부에 N형반도체층을 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 N형반도체층을 TiCl4 용액에 침적, 방치시킨 후 추가적인 열처리(450~550℃)를 실시하기도 한다. 상기 N형반도체층용 소재로는 TiO2, Al2O3, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, ZrO2 및 이들의 조합들로 이루어 진 군으로부터 선택되는 금속산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 N형반도체를 상기 블로킹층 상부에 코팅하는 방법으로는 닥터블레이드 코팅, 스크린프린팅, 플렉소그라피(Flexography)방식, 그라비아 프린팅 방식 등이 이용될 수 있다. After forming a thin film by coating a paste containing N-type semiconductor nanoparticles on the blocking layer, heat treatment (450-550°C) in air or in an oxygen atmosphere for about 30 to 60 minutes is performed on the top of the blocking layer. Layers can be formed. In some cases, the N-type semiconductor layer is immersed in and left to stand in a TiCl 4 solution, and then additional heat treatment (450 ~ 550°C) is performed. The material for the N-type semiconductor layer includes a metal oxide selected from the group consisting of TiO 2 , Al 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , ZrO 2 and combinations thereof It may be, but may not be limited thereto. In addition, as a method of coating the N-type semiconductor on the blocking layer, doctor blade coating, screen printing, flexography method, gravure printing method, or the like may be used.

<N형반도체 표면에 P형반도체의 접합><Joining P-type semiconductor to the surface of N-type semiconductor>

태양전지로서 작동하기 위해서는 도 1과 같이 상기 N형반도체 표면에 P형반도체가 접합이 되어야 한다. 이러한 P형반도체는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자가 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 N형반도체의 전도대로 주입된 후 블로킹층을 거쳐 제1전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다.In order to operate as a solar cell, a P-type semiconductor must be bonded to the surface of the N-type semiconductor as shown in FIG. 1. By absorbing light, the P-type semiconductor transfers electrons from the ground state to the excited state to form an electron-hole pair, and the excited electrons are injected into the conduction band of the N-type semiconductor and pass through the blocking layer to the first electrode. It moves and generates electromotive force.

상기 P형반도체 물질로는 널리 알려진 페로브스카이트 결정구조를 가지는 RMX3로 표시되는 화합물을 이용할 수 있다. 여기서 R은 CnH2n + 1NH3 + (n은 1 내지 9의 정수), NH4 +, HC(NH2)2 +, CS+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 +, SbH4 + 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1가의 양이온을 의미하며, M은 Pb2 +, Sn2 +, Ge2 + 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 2가의 금속 양이온을 의미하며, X는 F-, Cl-, Br-, I-와 같은 할로겐 음이온을 의미한다.As the P-type semiconductor material, a compound represented by RMX 3 having a well-known perovskite crystal structure may be used. Where R is C n H 2n + 1 NH 3 + (n is an integer from 1 to 9), NH 4 + , HC(NH 2 ) 2 + , CS + , NF 4 + , NCl 4 + , PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + , SbH 4 + It means a monovalent cation selected from the group consisting of, and combinations thereof, M is Pb 2 +, Sn 2 +, Ge 2 +, and a two-valent metal cation, including those selected from the group consisting of the combinations thereof, and, X is F -, Cl -, Br - , I - , such as It means a halogen anion.

N형반도체 표면에 P형반도체를 접합시키기 위한 방법으로는 여러 가지가 알려져 있으며, 여기서는 R이 alkylammonium ion인 경우를 예로 들어 간단히 설명하면 다음과 같다. There are several known methods for bonding the P-type semiconductor to the surface of the N-type semiconductor. Here, a brief description of the case where R is an alkylammonium ion is as follows.

페로브스카이트의 전구체물질인 alkylammonium halide와 metal halide를 혼합하여 용액으로 제조한 후 상기 N형반도체 상부에 코팅(spin coating, dip coating 등)시킨 후 열처리(40~300℃)하여 P-N접합을 형성시키는 방법이 가능하다. 또한, alkylammonium halide 용액과 metal halide 용액을 별도로 제조한 후 상기 N형반도체를 포함하는 기판을 순차적으로 침적 혹은 스핀 코팅시킨 후 열처리하여 P-N접합을 형성시키는 방법이 가능하다. 이상의 방법 이외에도 alkylammonium halide 전구체와 metal halide 전구체를 진공증착시키는 방법, 최종 합성된 페로브스카이트 물질을 진공증착시키는 방법 등이 가능하며, 이에 한정되지 않는다. 상기 전구체 혹은 페로브스카이트 물질의 용액을 제조하여 P-N 접합공정을 진행할 경우 사용가능한 용매로는 γ-butyrolactone, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide 등이 이용 가능하며, 이에 한정되지 않는다. After preparing a solution by mixing alkylammonium halide, a precursor material of perovskite, and metal halide, coating (spin coating, dip coating, etc.) on the top of the N-type semiconductor and heat treatment (40~300℃) to form a PN junction It is possible to do it. In addition, after separately preparing an alkylammonium halide solution and a metal halide solution, a substrate including the N-type semiconductor is sequentially deposited or spin-coated, and then heat treated to form a P-N junction. In addition to the above methods, a method of vacuum-depositing an alkylammonium halide precursor and a metal halide precursor, a method of vacuum-depositing the finally synthesized perovskite material, etc. are possible, but are not limited thereto. When the PN conjugation process is performed by preparing a solution of the precursor or perovskite material, γ-butyrolactone, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, etc. may be used, but is not limited thereto. Does not.

<고내수성 정공수송층의 형성><Formation of high water resistance hole transport layer>

P형반도체인 페로브스카이트가 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 형성하며, 이때 생성된 정공을 제2전극으로 전달시키는 역할을 하는 것이 정공수송층이다. 정공수송층을 구성하는 정공수송제는, 정공을 수송하는 능력을 갖고, 전자를 차단하는 특성 뿐만 아니라 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 프탈로 시아닌계 화합물, 인디고, 티오인디고계 화합물, 멜로시아닌 화합물, 시아닌 화합물, 아릴아민 화합물 등의 저분자 화합물, thiophene계 고분자, 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 고분자 및 무기물물 소재가 가능하다. 상기 저분자 화합물로는 Spiro-OMeTAD Perovskite, a P-type semiconductor, absorbs light to form an electron-hole pair, and the hole transport layer serves to transfer the generated holes to the second electrode. The hole transport agent constituting the hole transport layer is preferably a compound that has an ability to transport holes and has an excellent ability to form a thin film as well as to block electrons. Specifically, low molecular weight compounds such as phthalocyanine compounds, indigo, thioindigo compounds, melocyanine compounds, cyanine compounds, and arylamine compounds, thiophene polymers, polymers and inorganic substances having an aryl amine group Material is possible. Spiro-OMeTAD as the low molecular compound

[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene], m-MTDATA [4,4',4''-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine], ACR-TPA [4,4’-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7-diyl)bis(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline)], CzPF [9-(4-fluorophenyl)-3,6-bis(4,4′-dimethoxydiphenylaminyl)-carbazole] 등과 같은 arylamine계 화합물을 예로 들 수 있다. 상기 고분자 소재로는 대표적으로 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate):polyglycol(glycerol)], PANI:PSS[polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA(polyaniline:camphor sulfonic acid), PDBT[poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], P3HT(poly-3-hexylthiophene), 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]], PCDTBT(poly-[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PTAA [poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)]를 예로 들 수 있다. 상기 무기물 소재로서 대표적으로 MoO3, V2O5, NiO, WO3, CuI, CuSCN, CuPc [copper(II) phthalocyanine] 등을 예로 들 수 있지만 특별히 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 정공수송층용 소재로서 저분자화합물, 고분자화합물 및 무기물을 예로 들었지만, 이들은 추가적으로 도펀트(dopant)를 함유할 수 있다. 이러한 도펀트는 정공수송특성을 향상시키는 역할을 하며, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide, silver bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, N-butyl-N-(4-pyridylheptyl)imidazolium bis(trifluoromethane) sulfonimide, zinc bistrifluoro methane sulfonimide, tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III) tri[bis(trifluoromethane)sulfonimide, butylmethyl imidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, lithium iodide, 4-tertbutylpyridine 등을 단독 혹은 복수로 적용할 수 있다. [2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene], m-MTDATA [4,4',4''-tris[(3 -methylphenyl)phenylamino]triphenylamine], ACR-TPA [4,4'-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7-diyl)bis(N,N- bis(4-methoxyphenyl)aniline)], CzPF [9-(4-fluorophenyl)-3,6-bis(4,4′-dimethoxydiphenylaminyl)-carbazole] and the like may be mentioned arylamine-based compounds. Typical examples of the polymer material include PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate): polyglycol(glycerol)], PANI:PSS[polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA(polyaniline:camphor sulfonic acid), PDBT[poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], P3HT(poly- 3-hexylthiophene), 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]], PCDTBT(poly-[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole -4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PTAA [poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)] may be exemplified. Representative examples of the inorganic material include MoO 3 , V 2 O 5 , NiO, WO 3 , CuI, CuSCN, and CuPc [copper(II) phthalocyanine], but are not particularly limited thereto. Examples of the material for the hole transport layer include low molecular compounds, high molecular compounds, and inorganic substances, but these may additionally contain a dopant. These dopants play a role in improving hole transport characteristics, and include lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, silver bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N-butyl-N-(4-pyridylheptyl) imidazolium bis (trifluoromethane) sulfonimide, zinc bistrifluoro methane sulfonimide, tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III) tri(bis(trifluoromethane)sulfonimide, butylmethyl imidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, lithium iodide, 4-tertbutylpyridine, etc. alone or It can be applied in multiple ways.

본 발명의 정공수송층은 상기 정공수송제와 하기 일반식 1 혹은 일반식 2와 같은 내수성향상제(최소 6개 이상의 불소원자를 갖는 불소함유 방향족화합물)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본 발명의 정공수송층은 상기 정공수송제, 상기 도펀트와 하기 일반식 1 혹은 일반식 2와 같은 내수성향상제(최소 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족불소화합물)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. The hole transport layer of the present invention is characterized in that it contains the hole transport agent and a water resistance improving agent (a fluorine-containing aromatic compound having at least 6 or more fluorine atoms) such as the following general formula 1 or 2. In addition, the hole transport layer of the present invention is characterized in that it contains the hole transport agent, the dopant, and a water resistance improving agent (aromatic fluorine compound having at least 6 or more fluorine atoms) such as the following general formula 1 or 2.

[일반식 1][General Formula 1]

Figure 112019036957307-pat00003
Figure 112019036957307-pat00003

[일반식 2][General Formula 2]

Figure 112019036957307-pat00004
Figure 112019036957307-pat00004

상기 일반식 1에 있어서, X는 탄소(C), 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 주석(Sn) 중에서 선택된다. Y는 수소; 할로겐원자; 히드록시기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 아세테이트기; 치환 또는 비치환된 C1-C30 (C1은 탄소수가 1개, C30은 탄소수가 30개임을 의미한다.)의 케톤기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 비닐기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 일반식 1과 일반식 2에서 Z1 및 Z2는 불소치환 방향족 작용기로서 같거나 상이할 수 있으며, bis(pentafluorophenyl)phosphinyl기, trifluoro thienyl기, trifluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pridinyl기, pentafluoro phenyl기, heptafluoro naphthyl기, nonafluoro anthracenyl기, nonafluoro biphenyl기, octafluoro carbazoyl기, octafluoro phenothiazinyl기, octafluoro phenoxazinyl기 중에서 선택된다. 상기 일반식 1에서 n은 XY2 기의 연결 개수로서 1 ~ 10 중에서 선택된다. 상기 일반식 2에서 Me는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd 중에서 선택된다. In the general formula 1, X is selected from carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn). Y is hydrogen; Halogen atom; Hydroxy group; Cyano group; A substituted or unsubstituted C1-C30 acetate group; A ketone group of substituted or unsubstituted C1-C30 (C1 means 1 carbon atom and C30 means 30 carbon atoms); A substituted or unsubstituted C1-C30 vinyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkoxy group; A substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group; A substituted or unsubstituted C6-C30 arylalkyl group; A substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroarylalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryloxy group; A substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heterocycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl ester group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl ester group; A substituted or unsubstituted C2-C30 aryl ester group; And it may be selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl ester group. In the general formulas 1 and 2, Z 1 and Z 2 may be the same or different as a fluorine-substituted aromatic functional group, and bis (pentafluorophenyl) phosphinyl group, trifluoro thienyl group, trifluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pridinyl group, It is selected from pentafluoro phenyl group, heptafluoro naphthyl group, nonafluoro anthracenyl group, nonafluoro biphenyl group, octafluoro carbazoyl group, octafluoro phenothiazinyl group, octafluoro phenoxazinyl group. In General Formula 1, n is selected from 1 to 10 as the number of XY 2 groups connected. In the general formula 2, Me is selected from Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd.

본 발명의 일반식 1 및 일반식 2의 내수성향상제(최소 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족불소화합물)의 대표적인 예를 아래에 제시하지만 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다. Representative examples of the water resistance improving agent (aromatic fluorine compound having at least 6 fluorine atoms) of the general formulas 1 and 2 of the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 112019036957307-pat00005
Figure 112019036957307-pat00005

Figure 112019036957307-pat00006
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Figure 112019036957307-pat00007
Figure 112019036957307-pat00007

상기 정공수송층의 형성 방법으로는 정공수송제와 상기 내수성향상제를 용매에 용해 혹은 분산매질에 분산시킨 후 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 슬롯다이 코팅법 등에 의해 형성될 수 있으며, 진공 하에서 열증착이나 스퍼터링 방식에 의해 형성될 수도 있다. 상기 정공수송층의 두께는 5~300 nm 정도로 형성하면 적합하다. 상기 용매 혹은 분산매질로는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 터셔리부틸알콜(tertiary butyl alcohol), 아세트로니트릴(acetronitrile), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 에탄올(ethanol), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 아세톤(acetone), 프로판올(propanol), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 부틸알콜(butylalcohol), 에틸에테르(methyl ether), 디메틸에테르(dimethyl ether), 물(water), 포름아마이드(formamide), N-메틸포름아마이드(N-methylformamide), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 아세트아마이드(acetamide), N-메틸아세트아마이드(N-methylacetamide), N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), N-메틸프로피온아마이드(N-methylpropionamide), 피롤리돈(2-pyrrolidone), N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone), 메틸설폭사이드(methyl sulfoxide), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 설포레인(sulfolane), 디페닐설폰(diphenyl sulfone) 등을 단독 혹은 복수로 사용될 수 있으며, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다. As a method of forming the hole transport layer, a hole transport agent and the water resistance improving agent are dissolved in a solvent or dispersed in a dispersion medium, and then spin coating method, spray coating method, screen printing method, bar coating method, doctor blade coating method, It may be formed by an inkjet printing method, a slot die coating method, or the like, and may be formed by thermal evaporation or sputtering under vacuum. It is suitable if the thickness of the hole transport layer is about 5 to 300 nm. As the solvent or dispersion medium, benzene, toluene, xylene, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, chlorobenzene, and dichlorobenzene ), tertiary butyl alcohol, acetronitrile, tetrahydrofuran, ethanol, isopropyl alcohol, methanol, acetone, propanol (propanol), methylethylketone, butylalcohol, ethyl ether, dimethyl ether, water, formamide, N-methylformamide (N- methylformamide), N,N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpropionamide, 2-pyrrolidone, N-methyl pyrrolidone, methyl sulfoxide, dimethyl sulfoxide, sulfur Phosphorane (sulfolane), diphenyl sulfone (diphenyl sulfone), and the like may be used alone or in plurality, and the present invention is not limited thereto.

전술한 바와 같이 전공수송제에 내수성향상제를 첨가하여 얻어진 정공수송층은 불소원자에 의해 내수성이 우수하며, 외부의 수분이 페로브스카이트화합물로 침투하는 것을 막을 수 있는 장점이 있다. 따라서 장수명의 고신뢰성 페로브스카이트 태양전지 구현이 가능하다. 한편, 본 발명의 내수성향상제(일반식 1 혹은 2)는 불소치환 방향족 작용기(Z1 혹은 Z2)가 XY2 혹은 Me와 같은 연결기에 의해 좌우로 배치된 구조를 취하고 있다. 만약 불소치환 방향족 작용기(Z1 혹은 Z2)가 XY2 혹은 Me와 같은 연결기 없이 직접 화학결합한 경우(Z1-Z2)는 분자가 매우 강직하여 용매에 용해되지 않거나, 열에 의해 승화되지 않아서 전공수송층 형성공정이 난이한 문제점이 있다. 이와같이, 본 발명의 내수성향상제는 XY2 혹은 Me와 같은 연결기를 포함하고 있기 때문에 분자의 유연성이 우수하며, 불소원자를 다량 포함하고 있기 때문에 표면장력이 매우 큰 특징이 있다. 이와같이 유연성이 우수하고 표면장력이 큰 특징으로 인해 정공수송층 형성과정에서 내수성향상제가 표면층으로 일부 이동하게 된다. 즉, 페로브스카이트화합물(P형반도체)/정공수송층 계면에서는 내수성향상제보다 정공수송제의 농도가 높은 반면에 정공수송층/제2전극 계면에서는 정공수송제보다 내수성향상제의 농도가 높은 특징이 있다. 결국, 정공수송층 표면에는 국부적으로 내수성향상제(불소함유 방향족화합물)의 농도가 높아지므로 외부 수분의 침투를 더더욱 방지할 수 있는 장점이 있다. As described above, the hole transport layer obtained by adding the water resistance improving agent to the hole transport agent has excellent water resistance by fluorine atoms, and has the advantage of preventing external moisture from penetrating into the perovskite compound. Therefore, it is possible to implement a long-life, highly reliable perovskite solar cell. On the other hand, the water resistance improving agent (general formula 1 or 2) of the present invention has a structure in which a fluorine-substituted aromatic functional group (Z 1 or Z 2 ) is arranged left and right by a linking group such as XY 2 or Me. If the fluorine-substituted aromatic functional group (Z 1 or Z 2 ) is directly chemically bonded without a linking group such as XY 2 or Me (Z 1 -Z 2 ), the molecule is very rigid and is not dissolved in a solvent or sublimated by heat. There is a problem that the transport layer formation process is difficult. As described above, since the water resistance improving agent of the present invention contains a linking group such as XY 2 or Me, the flexibility of the molecule is excellent, and since it contains a large amount of fluorine atoms, the surface tension is very large. In this way, due to its excellent flexibility and high surface tension, the water-resistance improving agent partially migrates to the surface layer during the hole transport layer formation process. In other words, at the perovskite compound (P-type semiconductor)/hole transport layer interface, the concentration of the hole transport agent is higher than that of the water resistance improver, whereas at the hole transport layer/second electrode interface, the concentration of the water resistance enhancer is higher than that of the hole transport agent. . As a result, since the concentration of the water resistance enhancing agent (fluorine-containing aromatic compound) is locally increased on the surface of the hole transport layer, there is an advantage of further preventing the penetration of external moisture.

<제2전극의 형성><Formation of the second electrode>

상기 정공수송층 상부에 형성되는 제2전극은 정공을 수집하는 역할(즉, 정공수송층으로부터 정공을 받아들이는 역할)을 수행하며, 높은 전기전도도 특성을 가져야 하며, 정공수송층과 오믹 접합이 가능하고, 안정성이 우수하여야 한다. 이러한 제2전극용 소재로는 일함수가 상대적으로 큰 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 전도성 탄소, 전도성 고분자를 예로 들 수 있으며 단독 혹은 복수로 선택되어 사용할 수 있다. 이러한 금속전극은 DC 스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있으며, 두께는 약 0.1~5μm 정도이면 적합하다. The second electrode formed on the hole transport layer plays a role of collecting holes (i.e., accepts holes from the hole transport layer), has high electrical conductivity, and is capable of ohmic bonding with the hole transport layer, and stability This should be excellent. Such materials for the second electrode include silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni) having a relatively large work function. , Palladium (Pd), indium (In), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), conductive carbon, and conductive polymers are exemplified, and can be used alone or in plurality. . These metal electrodes can be formed by DC sputtering method, thermal evaporation, or otherwise, a wet method such as chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), electroplating and various printing technologies, and the thickness is about 0.1 to 5 μm. If it is, it is suitable.

본 발명에 의한 페로브스카이트 태양전지는 동작 중에 수분과 산소에 의해 열화가 될 수 있으므로, encapsulation 공정을 거쳐 대기로부터 형성된 각 층을 차단시킬 필요가 있다. Encapsulation 공정의 한 예로서, 유리 혹은 금속재질의 보호캡 중앙에 수분을 흡수할 수 있는 흡습제를 부착하고, 테두리 부위에는 실링재를 디스펜싱 시킨다. 다음으로 제작된 소자(기판/제1전극/N형반도체:P형반도체:정공수송층/제2전극)를 디스펜싱된 실링재 상부에 배치시킨 다음, UV 혹은 열을 가하여 실링재를 경화시킨다. 만약 UV를 이용하여 실링재를 경화시킬 경우, 광활성층 부분에는 UV 광이 유입되지 않도록 조치해야 하며, 이는 UV에 의해 광활성층 등이 열화가 될 수 있기 때문이다. 이외에도 encapsulation 공정은 진공 하에서 다층 박막을 형성시키는 방법(패시베이션층을 형성시키는 방법)을 이용할 수도 있다. 상기와 같은 구조 및 제조공정으로 구현된 본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 추가적으로 상기 제1전극 및/혹은 제2전극에 그리드전극이 형성될 수도 있다. 그리드전극은 주로 금속 접촉층으로 이루어지고 전자빔 시스템 또는 다른 방법을 통하여 형성시킬 수 있으며, 주로 Ni, Al, Ag 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 투명기판 내부 혹은 외부에 반사방지층이 추가적으로 형성될 수도 있다. 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 효율을 더욱 더 증가시키는 기능을 하는 반사방지층은 일반적으로 실리콘나이트라이드(SiNx) 등이 사용되는데 전자빔 증발법, 화학적증착법(CVD) 등에 의하여 두께가 600~1000Å 정도로 형성하여 사용될 수 있다. Since the perovskite solar cell according to the present invention may be deteriorated by moisture and oxygen during operation, it is necessary to block each layer formed from the atmosphere through an encapsulation process. As an example of the encapsulation process, a moisture-absorbing agent is attached to the center of the protective cap made of glass or metal, and a sealing material is dispensed on the edge. Next, the fabricated device (substrate/first electrode/N-type semiconductor: P-type semiconductor: hole transport layer/second electrode) is placed on the dispensed sealing material, and then UV or heat is applied to cure the sealing material. If the sealing material is cured using UV, measures must be taken to prevent UV light from entering the photoactive layer, because the photoactive layer or the like may be deteriorated by UV. In addition, the encapsulation process may use a method of forming a multilayer thin film under vacuum (a method of forming a passivation layer). In the perovskite solar cell of the present invention implemented by the above structure and manufacturing process, a grid electrode may be additionally formed on the first electrode and/or the second electrode. The grid electrode is mainly composed of a metal contact layer and can be formed through an electron beam system or other method, and mainly Ni, Al, Ag, or the like can be used. In addition, an antireflection layer may be additionally formed inside or outside the transparent substrate. Silicon nitride (SiNx) is generally used as the antireflection layer, which functions to further increase the efficiency by reducing the reflection loss of sunlight incident on the solar cell, and the thickness is 600~ by electron beam evaporation method and chemical vapor deposition method (CVD). It can be used by forming about 1000Å.

이상과 같이 본 발명은 최소 6개의 불소원자를 갖는 방향족화합물(내수성향상제)를 포함하는 정공수송층은 외부로부터 유입된 수분을 차단시켜 내수성이 우수한 페로브스카이트 태양전지의 구현이 가능하다. As described above, according to the present invention, the hole transport layer including an aromatic compound (water resistance improving agent) having at least 6 fluorine atoms blocks moisture introduced from the outside, thereby implementing a perovskite solar cell having excellent water resistance.

본 발명은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층이 정공수송제와 6개 이상의 불소원자를 갖는 방향족화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고내수성을 갖는 정공수송층에 의해 페로브스카이트 화합물이 수분에 노출될 가능성이 낮으므로 장수명의 태양전지를 구현할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a perovskite solar cell and a manufacturing method thereof, characterized in that the hole transport layer of a perovskite solar cell is composed of a hole transport agent and an aromatic compound having 6 or more fluorine atoms, and has high water resistance. Since the possibility of exposure of the perovskite compound to moisture by the hole transport layer is low, there is an effect of realizing a long-life solar cell.

또한 정공수송층에 포함된 불소함유 방향족화합물은 정공수송특성을 향상시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the fluorine-containing aromatic compound contained in the hole transport layer has an effect of improving the efficiency of a solar cell by improving hole transport characteristics.

도 1은 종래 페로브스카이트 태양전지의 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에 의한 불소원자를 갖는 방향족 화합물(내수성 향상제)(구조식 1) 포함 및 불포함 페로브스카이트 태양전지의 효율 경시변화를 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 2에 의한 방향족 화합물(구조식 10) 포함 및 불포함 페로브스카이트 태양전지의 효율 경시변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a view showing the structure of a conventional perovskite solar cell,
2 is a graph showing the change over time in the efficiency of a perovskite solar cell with and without an aromatic compound (water resistance improver) (Structural Formula 1) having a fluorine atom according to Example 1 according to the present invention,
3 is a graph showing a change over time in efficiency of a perovskite solar cell containing and without an aromatic compound (Structural Formula 10) according to Example 2 according to the present invention.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention is to be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1 One

먼저, 블로킹층을 형성하기 위하여 0.15M의 titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) 용액(용매: 1-butanol)을 제조한 후 이를 초음파 세정된 FTO 기판상부에 스핀코팅, 건조하였다. 이를 3회 반복한 후 500℃에서 20분간 열처리하여 TiO2 성분의 블로킹층을 형성시켰다. 이어서 상용(제조업체: Solaronix, TiO2 입경: 20 nm) TiO2 paste를 에탄올로 희석시킨 후 상기 블로킹층 상부에 스핀코팅(3000 rpm, 30s) 방식으로 코팅시켰으며, 500℃에서 60분간 열처리하여 N형반도체층을 형성시켰다. N형반도체인 TiO2가 형성된 기판상부에 1.0M의 PbI2 용액(용매: dimethylformamide)을 스핀코팅 후 건조하였으며, 이어서 CH3NH3I 용액(10mg/mL, 용매: 2-propanol)에 60초 동안 침적시켜 TiO2 표면에 페로브스카이트 화합물인 CH3NH3PbI3(P형반도체)를 접합시켰다. 정공수송층을 형성시키기 위하여 spiro-OMeTAD(85mM), tert-butylpyridine 및 LiN(CF3SO2)2을 chlorobenzene 용매에 용해시킨 후, 내수성향상제로서 구조식 1번을 첨가(spiro-OMeTAD 대비 5wt%)한 후 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합용액을 이용하여 상기 P형반도체 상부에 스핀코팅(300rpm, 30초) 및 건조하여 정공수송층을 형성시켰다. 정공수송층 상부에 제2전극으로서 Ag를 열증착방식으로 100nm 두께로 형성시켜 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 한편, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 내수성향상제(구조식 1)를 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 함께 제조하였다. 이때 제작된 태양전지는 대기중의 수분과 접촉을 피하기 위한 별도의 encapsulation 공정을 진행하지 않고, AM 1.5 조건(100mW/cm2)의 빛을 소자에 조사하여 광전변환효율을 측정하였다. 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)인 구조식 1이 포함된 태양전지의 경우 V OC (open circuit voltage)는 1.05V, J SC (short circuit current density)는 21.73 mA/cm2 및 Fill Factor는 71.09%로 측정되었으며 이로서 16.22%의 광전변환 효율을 기록하였다. First, a 0.15M titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) solution (solvent: 1-butanol) was prepared to form a blocking layer, and then spin-coated and dried on the top of the ultrasonically cleaned FTO substrate. This was repeated three times and then heat-treated at 500° C. for 20 minutes to form a blocking layer of TiO 2 component. Then commercial (manufacturer: Solaronix, TiO 2 Particle diameter: 20 nm) TiO 2 After diluting the paste with ethanol, it was coated on the blocking layer by spin coating (3000 rpm, 30s), and heat-treated at 500° C. for 60 minutes to form an N-type semiconductor layer. A 1.0 M PbI 2 solution (solvent: dimethylformamide) was spin-coated on the upper portion of the substrate on which TiO 2 , an N-type semiconductor, was formed, and then dried, followed by a CH 3 NH 3 I solution (10 mg/mL, solvent: 2-propanol) for 60 seconds. During immersion, a perovskite compound, CH 3 NH 3 PbI 3 (P-type semiconductor) was conjugated to the surface of TiO 2 . To form a hole transport layer, spiro-OMeTAD (85mM), tert-butylpyridine and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 were dissolved in a chlorobenzene solvent, and then Structural Formula 1 was added as a water resistance improving agent (5 wt% compared to spiro-OMeTAD). After, a mixed solution was prepared. Using the mixed solution, a hole transport layer was formed by spin coating (300 rpm, 30 seconds) and drying on the top of the P-type semiconductor. A perovskite solar cell was manufactured by forming Ag as a second electrode on the hole transport layer to a thickness of 100 nm by a thermal evaporation method. Meanwhile, a perovskite solar cell that does not contain a water resistance enhancer (Structural Formula 1) was also manufactured to determine whether or not the reliability was improved according to the presence or absence of a fluorine compound. At this time, the fabricated solar cell did not proceed with a separate encapsulation process to avoid contact with moisture in the atmosphere, and the photoelectric conversion efficiency was measured by irradiating light in the AM 1.5 condition (100mW/cm 2 ) to the device. In the case of a solar cell containing Structural Formula 1, which is a fluorine-containing aromatic compound (water resistance improving agent), V OC (open circuit voltage) is 1.05V, J SC (short circuit current density) is 21.73 mA/cm 2 and the fill factor is 71.09%. It was measured, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of 16.22% was recorded.

또한, 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)인 구조식 1을 포함하지 않는 태양전지의 경우 V OC 는 1.02V, J SC 는 20.27 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.14%로 측정되었으며 이로서 14.50%의 광전변환 효율을 기록하였고, 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)을 포함하는 소자보다 효율이 낮게 나타났다. 또한 제작된 태양전지를 상대습도 35%인 대기 중에 방치하여 방치시간에 따른 태양전지의 효율을 측정하였으며, 그 결과를 도2에 제시하였다. 도 2로부터 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)인 구조식 1을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 효율감소가 포함하지 않는 경우보다 완만함을 확인할 수 있었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)인 구조식 1이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. In addition, in the case of a solar cell that does not contain Structural Formula 1, which is a fluorine-containing aromatic compound (water resistance improving agent), V OC is 1.02 V , J SC is 20.27 mA/cm 2 and Fill Factor is 70.14%, which is 14.50% of photoelectric conversion. The efficiency was recorded, and the efficiency was lower than that of a device containing a fluorine-containing aromatic compound (water resistance improving agent). In addition, the fabricated solar cell was left in an atmosphere with a relative humidity of 35% to measure the efficiency of the solar cell according to the leaving time, and the results are presented in FIG. From FIG. 2, it was confirmed that the reduction in the efficiency of the perovskite solar cell including Structural Formula 1, which is a fluorine-containing aromatic compound (water resistance improving agent), is more gentle than the case where it is not included. From this, it was confirmed that Structural Formula 1, which is a fluorine-containing aromatic compound (water resistance improving agent), can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 2 2

먼저, dichlorobenzene 용매에 폴리(3-헥실티오펜)을 용해(50mM)시킨 후, 불소함유 방향족화합물(내수성향상제)로서 구조식 10번을 첨가[폴리(3-헥실티오펜) 대비 7wt%]하여 정공수송층 형성용 혼합용액을 제조하였다. 정공수송층 형성을 위하여 상기 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 제시한 것과 동일한 조건으로 페로브스카이트 태양전지[V OC = 1.12V, J SC = 19.87mA/cm2, Fill Factor = 70.89%, 효율 = 15.78%]를 제조하였다. 또한, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물(구조식 10)을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지[V OC = 0.98V, J SC = 20.01mA/cm2, Fill Factor = 68.75%, 효율 = 13.48%]도 함께 제조하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화(도 3)를 관찰하였다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 불소함유 방향족화합물인 구조식 10을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 효율감소가 포함하지 않는 경우보다 완만함을 확인할 수 있었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 10이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. First, after dissolving (50mM) poly(3-hexylthiophene) in dichlorobenzene solvent, Structural Formula 10 was added as a fluorine-containing aromatic compound (a water resistance improving agent) [7wt% of poly(3-hexylthiophene)] A mixed solution for forming a transport layer was prepared. Perovskite solar cell [ V OC = 1.12V, J SC under the same conditions as in Example 1, except that the mixed solution was used to form the hole transport layer. = 19.87mA/cm 2 , Fill Factor = 70.89%, Efficiency = 15.78%] was prepared. In addition, perovskite solar cells that do not contain a fluorine-containing aromatic compound (Structural Formula 10), which is a water resistance improving agent, are used in order to determine whether the reliability is improved according to the presence or absence of fluorine compounds [ V OC = 0.98V, J SC = 20.01mA/cm 2 , Fill Factor = 68.75%, Efficiency = 13.48%] were also prepared. The fabricated solar cell was measured for photoelectric conversion efficiency under the AM 1.5 condition (100mW/cm 2 ), and the change of efficiency over time (Fig. 3) was observed while changing the waiting time in the air. As can be seen from FIG. 3, it was confirmed that the reduction in efficiency of the perovskite solar cell including Structural Formula 10, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer is gentler than the case where it is not included. From this, it was confirmed that Structural Formula 10, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 3 3

먼저, xylene 용매에 PTAA[poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)]을 용해(15mM)시킨 후, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 11번을 첨가[PTAA대비 2wt%]하여 정공수송층 형성용 혼합용액을 제조하였다. 정공수송층 형성을 위하여 상기 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 제시한 것과 동일한 조건으로 페로브스카이트 태양전지[V OC = 1.08V, J SC = 18.98mA/cm2, Fill Factor = 71.02%, 효율 = 14.56%]를 제조하였다. 또한, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 불소함유 방향족화합물(구조식 11)을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지[V OC = 1.10V, J SC = 17.23mA/cm2, Fill Factor = 70.38%, 효율 = 13.34%]도 함께 제조하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 11을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 89%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 11을 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 72%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 11이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. First, PTAA [poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)] was dissolved (15mM) in xylene solvent, and then Structural Formula 11 was added as a fluorine-containing aromatic compound as a water resistance enhancer [PTAA 2wt%] to prepare a mixed solution for forming a hole transport layer. A perovskite solar cell [ V OC = 1.08V, J SC] under the same conditions as in Example 1, except that the mixed solution was used to form the hole transport layer. = 18.98mA/cm 2 , Fill Factor = 71.02%, Efficiency = 14.56%] was prepared. In addition, perovskite solar cells that do not contain fluorine-containing aromatic compounds (Structural Formula 11) [ V OC = 1.10V, J SC] to determine whether reliability is improved according to the presence or absence of fluorine compounds. = 17.23mA/cm 2 , Fill Factor = 70.38%, Efficiency = 13.34%] were also prepared. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell including Structural Formula 11, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 89% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, a perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 11, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 72% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 11, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 4 4

먼저, N,N-dimethylformamide 용매에 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]]을 용해(30mM)시킨 후, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 13번을 첨가[PCPDTBT 대비 13wt%]하여 정공수송층 형성용 혼합용액을 제조하였다. 정공수송층 형성을 위하여 상기 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 제시한 것과 동일한 조건으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 또한, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 불소함유 방향족화합물(구조식 13)을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 함께 제조하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 13을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 91%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 13을 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 69%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 13이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. First, PCPDTBT [poly-[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3] in N,N-dimethylformamide solvent. ,4-b']dithiophene-2,6-diyl]] was dissolved (30mM), and Structural Formula No. 13 was added [13wt% compared to PCPDTBT] as a fluorine-containing aromatic compound as a water resistance improving agent to prepare a mixed solution for forming a hole transport layer. Was prepared. A perovskite solar cell was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that the mixed solution was used to form the hole transport layer. In addition, a perovskite solar cell that does not contain a fluorine-containing aromatic compound (Structural Formula 13) was also manufactured in order to determine whether the reliability is improved according to the presence or absence of a fluorine compound. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell containing Structural Formula 13, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 91% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, the perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 13, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 69% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 13, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 5 5

먼저, chloroform 용매에 m-MTDATA [4,4',4''-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine]를 용해(50mM)시킨 후, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 15번을 첨가[m-MTDATA 대비 9wt%]하여 정공수송층 형성용 혼합용액을 제조하였다. 정공수송층 형성을 위하여 상기 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 제시한 것과 동일한 조건으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 또한, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 불소함유 방향족화합물(구조식 15)을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 함께 제조하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 15를 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 88%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 15를 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 73%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 15가 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. First, m-MTDATA [4,4',4''-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine] was dissolved (50mM) in a chloroform solvent, and then Structural Formula No. 15 was added as a fluorine-containing aromatic compound, which is a water resistance enhancer. [9wt% compared to m-MTDATA] to prepare a mixed solution for forming a hole transport layer. A perovskite solar cell was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that the mixed solution was used to form the hole transport layer. In addition, a perovskite solar cell that does not contain a fluorine-containing aromatic compound (Structural Formula 15) was also manufactured in order to determine whether the reliability is improved according to the presence or absence of a fluorine compound. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell containing Structural Formula 15, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 88% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, the perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 15, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 73% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 15, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 6 6

먼저, acrylonitrile 용매에 ACR-TPA [4,4’-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7-diyl)bis(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline)]를 용해(15mM)시킨 후, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 23번을 첨가[ACR-TPA 대비 5wt%]하여 정공수송층 형성용 혼합용액을 제조하였다. 정공수송층 형성을 위하여 상기 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 제시한 것과 동일한 조건으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 또한, 불소화합물 유무에 따른 신뢰성 향상여부를 파악하기 위하여 불소함유 방향족화합물(구조식 23)을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 함께 제조하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 23을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 88%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 23을 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 73%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 23이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. First, in an acrylonitrile solvent, ACR-TPA [4,4'-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7-diyl)bis(N,N-bis(4 -methoxyphenyl)aniline)] was dissolved (15mM), and Structural Formula 23 was added [5wt% compared to ACR-TPA] as a fluorine-containing aromatic compound as a water resistance improving agent to prepare a mixed solution for forming a hole transport layer. A perovskite solar cell was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that the mixed solution was used to form the hole transport layer. In addition, a perovskite solar cell that does not contain a fluorine-containing aromatic compound (Structural Formula 23) was also manufactured in order to determine whether or not the reliability is improved according to the presence or absence of a fluorine compound. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell containing Structural Formula 23, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 88% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, the perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 23, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 73% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 23, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 7 7

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 26번을 (spiro-OMeTAD 대비 0.5wt%)을 사용한 것을 제외하고는 모든 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 또한, 구조식 26번을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 제조하여 내수성 특성을 조사하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 26을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 90%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 26을 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 77%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 26이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. In the solar cell manufacturing process presented in Example 1, all conditions were the same as in Example 1, except that Structural Formula 26 (0.5 wt% compared to spiro-OMeTAD) was used as a fluorine-containing aromatic compound as a water resistance improving agent. A Lobsky solar cell was manufactured. In addition, a perovskite solar cell that does not contain Structural Formula No. 26 was also prepared to investigate water resistance characteristics. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell containing Structural Formula 26, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 90% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, the perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 26, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 77% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 26, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

실시예Example 8 8

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서, 내수성향상제인 불소함유 방향족화합물로서 구조식 27번을 (spiro-OMeTAD 대비 7wt%)을 사용한 것을 제외하고는 모든 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 또한, 구조식 26번을 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지도 제조하여 내수성 특성을 조사하였다. 제작된 태양전지는 AM 1.5 조건(100mW/cm2)에서 광전변환 효율을 측정하였으며, 대기 중에 방치시간을 달리 하면서 효율의 경시변화를 관찰하였다. 불소함유 방향족화합물인 구조식 27을 정공수송층에 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 72시간 방치되었을 때 초기 효율대비 87%를 기록하였다. 반면에 불소함유 방향족화합물인 구조식 27을 정공수송층에 포함하지 않는 페로브스카이트 태양전지는 대기중에 89시간 방치되었을 때 초기효율 대비 78%로 측정되었다. 이로부터 불소함유 방향족화합물인 구조식 27이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. In the solar cell manufacturing process presented in Example 1, all conditions were the same as in Example 1, except that Structural Formula 27 (7wt% compared to spiro-OMeTAD) was used as a fluorine-containing aromatic compound as a water resistance improving agent. A skyt solar cell was manufactured. In addition, a perovskite solar cell that does not contain Structural Formula No. 26 was also prepared to investigate water resistance characteristics. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured under the condition of AM 1.5 (100mW/cm 2 ), and the change in efficiency with time was observed while changing the waiting time in the air. The perovskite solar cell containing Structural Formula 27, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer recorded 87% of the initial efficiency when left in the air for 72 hours. On the other hand, a perovskite solar cell that does not contain Structural Formula 27, which is a fluorine-containing aromatic compound, in the hole transport layer was measured to be 78% of the initial efficiency when left in the air for 89 hours. From this, it was confirmed that Structural Formula 27, which is a fluorine-containing aromatic compound, can improve the reliability of a perovskite solar cell.

Claims (11)

기판; 상기 기판 상부에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상부에 형성되며 N형 반도체와 P형 반도체로 이루어진 광활성층; 상기 광활성층 상부에 형성된 정공수송층; 상기 정공수송층 상부에 형성된 제2전극을 포함하여 구성되는 페로브스카이트 태양전지에 있어서,
상기 정공수송층은 정공수송제와 분자내에 6개 이상의 불소원자를 포함하며 하기 일반식 1 또는 2로 표시되는 불소함유 방향족 화합물이 단독 또는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
[일반식 1]
Figure 112020502769117-pat00008


[일반식 2 ]

Figure 112020502769117-pat00009



상기 일반식 1에 있어서,
X는 탄소(C), 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 주석(Sn) 중에서 선택된다.
Y는 수소; 할로겐원자; 히드록시기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 아세테이트기; 치환 또는 비치환된 C1-C30 (C1은 탄소수가 1개, C30은 탄소수가 30개임을 의미한다.)의 케톤기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 비닐기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬에스테르기로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된다.
상기 일반식 1과 일반식 2에서 Z1 및 Z2는 불소치환 방향족 작용기로서 같거나 상이할 수 있으며, bis(pentafluorophenyl)phosphinyl기, trifluoro thienyl기, trifluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pridinyl기, pentafluoro phenyl기, heptafluoro naphthyl기, nonafluoro anthracenyl기, nonafluoro biphenyl기, octafluoro carbazoyl기, octafluoro phenothiazinyl기, octafluoro phenoxazinyl기 중에서 1종 이상 선택된다.
상기 일반식 1에서 n은 XY2 기의 연결 개수로서 1 ~ 10 중에서 선택된다.
상기 일반식 2에서 Me는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd 중에서 선택된다.
Board; A first electrode formed on the substrate; A photoactive layer formed on the first electrode and made of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor; A hole transport layer formed on the photoactive layer; In the perovskite solar cell comprising a second electrode formed on the hole transport layer,
The hole transport layer includes a hole transport agent and 6 or more fluorine atoms in a molecule, and a fluorine-containing aromatic compound represented by the following general formula 1 or 2 is composed of singly or plural fluorine-containing aromatic compounds. Lobsky solar cell.
[General Formula 1]
Figure 112020502769117-pat00008


[General Formula 2]

Figure 112020502769117-pat00009



In the general formula 1,
X is selected from carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge) and tin (Sn).
Y is hydrogen; Halogen atom; Hydroxy group; Cyano group; A substituted or unsubstituted C1-C30 acetate group; A ketone group of substituted or unsubstituted C1-C30 (C1 means 1 carbon atom and C30 means 30 carbon atoms); A substituted or unsubstituted C1-C30 vinyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkoxy group; A substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heterocycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl ester group; At least one type is selected from the group consisting of substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl ester groups.
In the general formulas 1 and 2, Z 1 and Z 2 may be the same or different as a fluorine-substituted aromatic functional group, and bis (pentafluorophenyl) phosphinyl group, trifluoro thienyl group, trifluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pridinyl group, At least one is selected from pentafluoro phenyl group, heptafluoro naphthyl group, nonafluoro anthracenyl group, nonafluoro biphenyl group, octafluoro carbazoyl group, octafluoro phenothiazinyl group, and octafluoro phenoxazinyl group.
In General Formula 1, n is selected from 1 to 10 as the number of XY 2 groups connected.
In the general formula 2, Me is selected from Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 광학적으로 투명한 유리, 플라스틱 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The substrate is a perovskite solar cell having a hole transport layer having a high water resistance, characterized in that selected from optically transparent glass and plastic.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전극은 FTO(F-doped tin oxide), ITO(In-doped tin oxide), IZO(In-doped zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The first electrode is FTO (F-doped tin oxide), ITO (In-doped tin oxide), IZO (In-doped zinc oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb A perovskite solar cell having a hole transport layer having high water resistance, characterized in that it is one selected from 2 O 3 .
청구항 1에 있어서,
상기 N형반도체용 소재는 TiO2, Al2O3, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, ZrO2 로부터 단독 혹은 복수로 선택되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The material for the N-type semiconductor is a highly water-resistant hole transport layer, characterized in that it is selected alone or in plurality from TiO 2 , Al 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , ZrO 2 With perovskite solar cell.
청구항 1에 있어서,
상기 P형반도체가 RMX3[여기서 R은 CnH2n + 1NH3 + (n은 1 내지 9의 정수), NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 +, SbH4 + 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1가의 양이온이고, M은 Pb2+, Sn2 +, Ge2 + 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가의 금속 양이온을 의미하며, X는 F-, Cl-, Br-, I- 의 할로겐 음이온을 의미한다.]로 표시되는 화합물로부터 단독 혹은 복수로 선택되어지는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The P-type semiconductor is RMX 3 [where R is C n H 2n + 1 NH 3 + (n is an integer of 1 to 9), NH 4 + , HC(NH 2 ) 2 + , Cs + , NF 4 + , NCl 4 + , PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + , SbH 4 + and combinations thereof It is a monovalent cation that is, M 2+ is Pb, Sn + 2, Ge 2 + and means that the divalent metal cation is selected from the group consisting of the combinations thereof, and, X is F -, Cl -, Br - , I - the means halogen anion] having a high hole-transport layer of water-resistant, characterized in that which is selected as a sole or a plurality from a compound represented by perovskite solar cells.
청구항 1에 있어서,
상기 정공수송제는 Spiro-OMeTAD [2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene], m-MTDATA [4,4',4''-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine], ACR-TPA [4,4’-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7-diyl)bis(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline)], CzPF [9-(4-fluorophenyl)-3,6-bis(4,4′-dimethoxydiphenylaminyl)-carbazole] 의 drylamine계 화합물, PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate):polyglycol(glycerol)], PANI:PSS[polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA(polyaniline:camphor sulfonic acid), PDBT[poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], P3HT(poly-3-hexylthiophene), 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]], PCDTBT(poly-[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PTAA [poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)]의 고분자화합물, MoO3, V2O5, NiO, WO3, CuI, CuSCN, CuPc [copper(II) phthalocyanine] 의 무기물 소재 로부터 단독 혹은 복수로 선택되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The hole transport agent is Spiro-OMeTAD [2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene], m-MTDATA [4,4', 4''-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine], ACR-TPA [4,4'-(10-(4-methoxyphenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine-2,7- diyl)bis(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline)], CzPF [9-(4-fluorophenyl)-3,6-bis(4,4′-dimethoxydiphenylaminyl)-carbazole] drylamine compound, PEDOT :PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate):polyglycol(glycerol)], PANI: PSS[polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA(polyaniline:camphor sulfonic acid), PDBT[poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], P3HT(poly-3-hexylthiophene), 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]], PCDTBT(poly-[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2 ,5-thiophenediyl]), of PTAA [poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)] A film having a high water resistance hole transport layer, characterized in that it is selected singly or in plurality from inorganic materials such as polymer compounds, MoO 3 , V 2 O 5 , NiO, WO 3 , CuI, CuSCN, CuPc [copper(II) phthalocyanine] Lobsky solar cell.
청구항 1에 있어서,
상기 정공수송층에 도펀트를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 도펀트가 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide, silver bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, N-butyl-N-(4-pyridylheptyl)imidazolium bis(trifluoromethane) sulfonimide, zinc bistrifluoro methane sulfonimide, tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III) tri[bis(trifluoromethane)sulfonimide, butylmethyl imidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, lithium iodide, 4-tertbutylpyridine 로부터 단독 혹은 복수로 선택되어지는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
A dopant may be additionally included in the hole transport layer, and the dopant is lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, silver bis (trifluoromethanesulfonyl)imide, N-butyl-N-(4-pyridylheptyl)imidazolium bis (trifluoromethane) sulfonimide, zinc bistrifluoro methane sulfonimide, tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III) tri[bis(trifluoromethane)sulfonimide, butylmethyl imidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, lithium iodide, 4-tertbutylpyridine Or a perovskite solar cell having a high water resistance hole transport layer, characterized in that a plurality of selected.
청구항 1에 있어서,
상기 제2전극으로는 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 인듐(In), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 전도성 탄소로 구성되는 전도성 고분자로부터 단독 혹은 복수로 선택되어지는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The second electrode includes silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), indium (In), and ruthenium ( Ru), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), a P having a high water resistance hole transport layer, characterized in that it is selected alone or in plurality from conductive polymers composed of conductive carbon. Lobsky solar cell.
청구항 1에 있어서,
제1전극과 상기 광활성층 사이에 블로킹층이 추가적으로 더 포함되며, 상기 블로킹층용 소재는 TiO2, ZnO 로부터 단독 혹은 복수로 선택되는 것을 특징으로 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
A blocking layer is additionally included between the first electrode and the photoactive layer, and the material for the blocking layer is selected from TiO 2 and ZnO alone or in plurality.Perovskite solar cell having a high water resistance hole transport layer.
기판 상부에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상부에 N형반도체와 P형반도체로 이루어진 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상부에 정공수송층을 형성하는 단계;
상기 정공수송층 상부에 제2전극을 형성하는 단계로 이루어진 태양전지 제조공정에 있어서,
상기 정공수송층은 정공수송제와 분자내에 6개 이상의 불소원자를 포함하며 하기 일반식 1 또는 2로 표시되는 불소함유 방향족 화합물이 단독 또는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.

[일반식 1]
Figure 112020060966395-pat00010


[일반식 2 ]

Figure 112020060966395-pat00011



상기 일반식 1에 있어서,
X는 탄소(C), 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 주석(Sn) 중에서 선택된다.
Y는 수소; 할로겐원자; 히드록시기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 아세테이트기; 치환 또는 비치환된 C1-C30 (C1은 탄소수가 1개, C30은 탄소수가 30개임을 의미한다.)의 케톤기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 비닐기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 C1-C30의 헤테로알킬에스테르기로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된다.
상기 일반식 1과 일반식 2에서 Z1 및 Z2는 불소치환 방향족 작용기로서 같거나 상이할 수 있으며, bis(pentafluorophenyl)phosphinyl기, trifluoro thienyl기, trifluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pyrrolyl기, tetrafluoro pridinyl기, pentafluoro phenyl기, heptafluoro naphthyl기, nonafluoro anthracenyl기, nonafluoro biphenyl기, octafluoro carbazoyl기, octafluoro phenothiazinyl기, octafluoro phenoxazinyl기 중에서 1종 이상 선택된다.
상기 일반식 1에서 n은 XY2 기의 연결 개수로서 1 ~ 10 중에서 선택된다.
상기 일반식 2에서 Me는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd 중에서 선택된다.
Forming a first electrode on the substrate;
Forming a photoactive layer made of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor on the first electrode;
Forming a hole transport layer on the photoactive layer;
In the solar cell manufacturing process comprising the step of forming a second electrode on the hole transport layer,
The hole transport layer includes a hole transport agent and 6 or more fluorine atoms in a molecule, and a fluorine-containing aromatic compound represented by the following general formula 1 or 2 is composed of singly or plural fluorine-containing aromatic compounds. Manufacturing method of Lobsky solar cell.

[General Formula 1]
Figure 112020060966395-pat00010


[General Formula 2]

Figure 112020060966395-pat00011



In the general formula 1,
X is selected from carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge) and tin (Sn).
Y is hydrogen; Halogen atom; Hydroxy group; Cyano group; A substituted or unsubstituted C1-C30 acetate group; A ketone group of substituted or unsubstituted C1-C30 (C1 means 1 carbon atom and C30 means 30 carbon atoms); A substituted or unsubstituted C1-C30 vinyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkoxy group; A substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C2-C30 heterocycloalkyl group; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl ester group; At least one type is selected from the group consisting of substituted or unsubstituted C1-C30 heteroalkyl ester groups.
In the general formulas 1 and 2, Z 1 and Z 2 may be the same or different as a fluorine-substituted aromatic functional group, and bis (pentafluorophenyl) phosphinyl group, trifluoro thienyl group, trifluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pyrrolyl group, tetrafluoro pridinyl group, At least one is selected from pentafluoro phenyl group, heptafluoro naphthyl group, nonafluoro anthracenyl group, nonafluoro biphenyl group, octafluoro carbazoyl group, octafluoro phenothiazinyl group, and octafluoro phenoxazinyl group.
In General Formula 1, n is selected from 1 to 10 as the number of XY 2 groups connected.
In the general formula 2, Me is selected from Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Pd.
청구항 10에 있어서,
상기 제1전극을 형성하는 단계와 상기 광활성층을 형성하는 단계 사이에 블로킹층을 형성하는 단계를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고내수성의 정공수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.


The method of claim 10,
The method of manufacturing a perovskite solar cell having a high water resistance hole transport layer, characterized in that it further comprises the step of forming a blocking layer between the step of forming the first electrode and the step of forming the photoactive layer.


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