KR102182902B1 - Transparent Electrodes for Solar Cells and Solar Cells Utilizing the Same Approach - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지용 투명 전극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지용 투명 전극은 광이 유입되는 제1면과 광전하가 유입되는 제2면을 갖는 투명 전도성 산화물 층; 및 상기 제2면에 접하여 위치하는 버퍼층;을 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 제2면과 접하는 제1전이금속산화물 막과 상기 제1전이금속산화물 막과 접하여 위치하는 제2전이금속산화물 막을 포함하고, 상기 제1전이금속산화물은 상기 제2전이금속산화물의 전자친화도보다 작은 전자친화도를 갖는다.The present invention relates to a transparent electrode for a solar cell, wherein the transparent electrode for a solar cell according to the present invention comprises: a transparent conductive oxide layer having a first surface through which light is introduced and a second surface through which photocharge is introduced; And a buffer layer positioned in contact with the second surface; wherein the buffer layer includes a first transition metal oxide layer in contact with the second surface and a second transition metal oxide layer in contact with the first transition metal oxide layer, , The first transition metal oxide has an electron affinity smaller than that of the second transition metal oxide.

Description

태양전지용 투명 전극 및 이를 포함하는 태양전지{Transparent Electrodes for Solar Cells and Solar Cells Utilizing the Same Approach}Transparent Electrodes for Solar Cells and Solar Cells Utilizing the Same Approach for Solar Cells

본 발명은 태양전지용 투명 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 상세하게, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되어 정공을 수집할 수 있는 투명 전극 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a transparent electrode for a solar cell and a solar cell including the same, and in detail, to a transparent electrode provided on the hole transport layer side of the solar cell to collect holes, and a perovskite solar cell including the same will be.

유-무기 페로브스카이트 화합물로 지칭되는 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식으로 대표되는 물질이다. The organometallic halide of a perovskite structure, referred to as an organic-inorganic perovskite compound, consists of an organic cation (A), a metal cation (M) and a halogen anion (X), and is represented by the formula of AMX 3 It is a substance.

현재 유-무기 페로브스카이트 화합물을 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 관심이 높아지고 있다. Currently, perovskite solar cells using organic-inorganic perovskite compounds as light absorbers are the closest to commercialization among the next-generation solar cells including dye-sensitized and organic solar cells, and an efficiency of up to 20% is reported (Korean Patent Publication No. 2014-0035284), and interest 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. 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.

한편, 유-무기 페로브스카이트 화합물은 청색 및 녹색 광을 효과적으로 변환하는 반면 실리콘은 적색 및 적외선을 효과적으로 변환한다. 이에, 유-무기 페로브스카이트 화합물 기반 셀과 유-무기 페로브스카이트 화합물과 상이한 광흡수 특성을 갖는 다른 무기 광흡수체 기반 셀을 병합한 탠덤(tandem)형 태양전지를 이용하여, 태양전지의 발전효율을 보다 향상시키고자 하는 연구가 이루어지고 있다.On the other hand, organic-inorganic perovskite compounds effectively convert blue and green light, while silicon effectively converts red and infrared light. Thus, using a tandem type solar cell in which an organic-inorganic perovskite compound-based cell and an organic-inorganic perovskite compound and other inorganic light absorber-based cells having different light absorption characteristics are combined, a solar cell Research is being conducted to further improve the power generation efficiency.

페로브스카이트 화합물 기반 탠덤 태양전지는 실리콘과 같은 무기 태양전지 셀 상부에 반투명한 페로브스카이트 태양전지를 기계적으로 적층한 4-터미널 탠덤 구조와, 무기 광흡수층과 페로브스카이트 화합물 광흡수층을 하나의 전지 구조에 통합한 2-터미널 탠덤 구조가 알려져 있다.The perovskite compound-based tandem solar cell has a four-terminal tandem structure in which a translucent perovskite solar cell is mechanically stacked on top of an inorganic solar cell such as silicon, and an inorganic light absorbing layer and a perovskite compound light absorbing layer. A two-terminal tandem structure incorporating a single cell structure is known.

이중 4-터미널 탠덤 구조는 전류(또는 전압) 매칭이 불필요하며 각각 독립된 태양전지에서 이루어진 기술적 발전을 그대로 채택할 수 있어 유리하며, 또한 실리콘 태양전지 패널등과 같이 이미 설치된 종래의 패널 또한 탠덤화 시킬 수 있어 상업적으로 유리하다.The dual four-terminal tandem structure does not require current (or voltage) matching and is advantageous because it can adopt the technological development made by each independent solar cell as it is, and it is also possible to tandem the conventional panels already installed such as silicon solar panels. It can be commercially advantageous.

그러나, 4-터미널 탠덤 구조에서 상부 셀을 통과한 광이 하부 셀로 입사하기 위해서는, 무엇보다 상부 셀인 페로브스카이트 태양전지가 투명(반투명)해야 한다. 이에 따라 4-터미널 탠덤 구조의 상부 셀로 사용되기 위해서는 두 대향전극이 모두 투명 전극인 페로브스카이트 태양전지의 개발이 요구되고 있으나, 두 대향전극이 모두 투명전도성 산화물 기반 전극인 경우 광전변환효율이 감소하는 문제점이 있다. However, in order for the light passing through the upper cell to enter the lower cell in the 4-terminal tandem structure, the upper cell, the perovskite solar cell, must be transparent (translucent) above all. Accordingly, in order to be used as an upper cell of a four-terminal tandem structure, development of a perovskite solar cell in which both counter electrodes are transparent electrodes is required. However, photoelectric conversion efficiency is reduced when both counter electrodes are transparent conductive oxide-based electrodes. There is a decreasing problem.

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

본 발명의 목적은 태양전지의 전극으로 사용될 때 태양전지가 우수한 광전변환효율을 가질 수 있는 태양전지용 투명 전극을 제공하는 것이며, 상세하게, 정공을 모으는 투명 광양극으로 적합한 태양전지용 투명 전극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a transparent electrode for a solar cell that can have excellent photoelectric conversion efficiency when used as an electrode of a solar cell, and in detail, to provide a transparent electrode for a solar cell suitable as a transparent photoanode collecting holes. will be.

본 발명의 다른 목적은 전극 제조과정에서 유기물층의 손상이 방지되는 태양전지용 투명 전극을 제공하는 것이며, 상세하게, 정공전달성 유기물층의 손상이 방지되는 태양전지용 투명 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transparent electrode for a solar cell in which damage to an organic material layer is prevented during an electrode manufacturing process, and in detail, to provide a transparent electrode for a solar cell in which damage to a hole-transporting organic material layer is prevented.

본 발명의 또 다른 목적은 두 대향전극이 모두 투명 전극인 반투명 페로브스카이트 태양전지의 광 양극용 투명 전극을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a transparent electrode for a photoanode of a translucent perovskite solar cell in which both counter electrodes are transparent electrodes.

본 발명의 또 다른 목적은 불투명 전극인 금속 전극에 상응하는 트랩 밀도를 갖는 태양전지용 투명 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transparent electrode for a solar cell having a trap density corresponding to a metal electrode that is an opaque electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 두 대향전극이 모두 투명 전극이며 우수한 광전변환효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a perovskite solar cell in which both counter electrodes are transparent electrodes and have excellent photoelectric conversion efficiency.

본 발명의 또 다른 목적은 800nm 이상의 파장 영역에서 높은 투광율을 갖는 반투명 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a translucent perovskite solar cell having a high light transmittance in a wavelength range of 800 nm or more.

본 발명의 또 다른 목적은 극히 높은 광전변환효율을 갖는 4-터미널 탠덤 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a 4-terminal tandem solar cell having extremely high photoelectric conversion efficiency.

본 발명에 따른 태양전지용 투명 전극은 광이 유입되는 제1면과 광전하가 유입되는 제2면을 갖는 투명 전도성 산화물 층; 및 상기 제2면에 접하여 위치하는 버퍼층;을 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 제2면과 접하는 제1전이금속산화물 막과 상기 제1전이금속산화물 막과 접하여 위치하는 제2전이금속산화물 막을 포함하고, 상기 제1전이금속산화물은 상기 제2전이금속산화물의 전자친화도보다 작은 전자친화도를 가지며, 제1전이금속산화물의 밴드갭 에너지는 상기 제2전이금속산화물의 밴드갭 에너지보다 큰 투명 전극이다. The transparent electrode for a solar cell according to the present invention includes a transparent conductive oxide layer having a first surface through which light is introduced and a second surface through which photocharge is introduced; And a buffer layer positioned in contact with the second surface; wherein the buffer layer includes a first transition metal oxide layer in contact with the second surface and a second transition metal oxide layer in contact with the first transition metal oxide layer, , The first transition metal oxide has an electron affinity smaller than that of the second transition metal oxide, and the band gap energy of the first transition metal oxide is greater than the band gap energy of the second transition metal oxide. to be.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극에 있어, 상기 제1전이금속산화물의 일함수(work function)는 투명 전도성 산화물의 일함수와 같거나 클 수 있고 제2전이금속산화물의 일함수보다 작을 수 있다.In the transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the work function of the first transition metal oxide may be equal to or greater than the work function of the transparent conductive oxide and may be smaller than the work function of the second transition metal oxide. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극에 있어, 상기 제1전이금속산화물 및 제2전이금속산화물은 각각 산소 부족(oxygen-deficiency) 상태일 수 있다.In the transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the first transition metal oxide and the second transition metal oxide may each be in an oxygen-deficiency state.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극에 있어, 상기 제1전이금속산화물 막의 두께는 5 내지 30nm이며, 상기 제2전이금속산화물 막의 두께를 상기 제1전이금속산화물 막의 두께로 나눈 두께비는 3 내지 20일 수 있다.In the transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the thickness of the first transition metal oxide layer is 5 to 30 nm, and a thickness ratio obtained by dividing the thickness of the second transition metal oxide layer by the thickness of the first transition metal oxide layer is 3 to May be 20.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극에 있어, 상기 제1전이금속산화물 또는 제2전이금속산화물은 나이오븀 산화물, 지르코늄 산화물, 몰리브데넘 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물 또는 이들의 복합산화물일 수 있다.In the transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the first transition metal oxide or the second transition metal oxide is niobium oxide, zirconium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, or It may be a composite oxide.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극은 유기 정공전달층과 접하여 위치하여 광정공을 수집할 수 있다.The transparent electrode according to an embodiment of the present invention may be positioned in contact with the organic hole transport layer to collect light holes.

본 발명은 상술한 투명 전극이 구비된 태양전지를 포함한다.The present invention includes a solar cell provided with the above-described transparent electrode.

본 발명은 상술한 투명 전극이 구비된 페로브스카이트 태양전지를 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell provided with the above-described transparent electrode.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 제1투명전극; 제1투명전극 상 위치하는 전자전달층; 전자전달층 상 위치하며 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 광흡수층 상 위치하는 유기 정공전달층; 및 상기 유기 정공전달층과 버퍼층이 접하도록 유기 정공전달층 상 위치하는 상술한 태양전지용 투명 전극인 제2투명전극;을 포함한다.The perovskite solar cell according to the present invention comprises: a first transparent electrode; An electron transport layer positioned on the first transparent electrode; A light absorbing layer positioned on the electron transport layer and including a perovskite compound; An organic hole transport layer positioned on the light absorption layer; And a second transparent electrode, which is the above-described transparent electrode for a solar cell, positioned on the organic hole transport layer so that the organic hole transport layer and the buffer layer are in contact.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는 850nm 파장에서의 광투과율이 75% 이상일 수 있다.The perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may have a light transmittance of 75% or more at a wavelength of 850 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는 4-터미널(4-terminal) 탠덤 태양전지의 상부셀용일 수 있다.The perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may be for an upper cell of a 4-terminal tandem solar cell.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지를 포함하는 4-터미널 탠덤 태양전지를 포함한다.The present invention includes a four-terminal tandem solar cell including the perovskite solar cell described above.

본 발명에 따른 4-터미널 탠덤 태양전지는 상술한 페로브스카이트 태양전지를 상부 셀(cell)로, 및 800 내지 1100nm 파장의 광을 흡수하여 광전류를 생성하는 무기 광흡수층이 구비된 무기 태양전지를 하부 셀(cell)로 포함한다.The four-terminal tandem solar cell according to the present invention includes the above-described perovskite solar cell as an upper cell, and an inorganic light absorbing layer that generates a photocurrent by absorbing light having a wavelength of 800 to 1100 nm. Is included as a lower cell.

본 발명에 따른 투명 전극은 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막을 포함하는 버퍼층; 및 투명 전도성 산화물 층;을 포함함에 따라, 불투명 전극인 금속 전극에 준하는 저항 및 계면 특성을 가져 태양전지의 필 팩터를 현저하게 향상시킬 수 있으며, 종래의 불투명 전극이 구비되는 태양전지에 버금가는 광전변환효율을 갖는 장점이 있다. The transparent electrode according to the present invention includes a buffer layer including a first transition metal oxide layer and a second transition metal oxide layer; And a transparent conductive oxide layer; as a result, it has resistance and interfacial properties comparable to those of a metal electrode, which is an opaque electrode, so that the fill factor of a solar cell can be remarkably improved. There is an advantage of having conversion efficiency.

또한, 본 발명에 따른 투명 전극은 광 정공을 매우 효율적이며 안정적으로 모을 수 있어, 투명 광 양극으로 활용시 유리한 장점이 있으며, 두 대향전극이 모두 투명한 투명 태양전지를 구현할 수 있는 장점이 있다. In addition, since the transparent electrode according to the present invention can collect light holes very efficiently and stably, it is advantageous when used as a transparent photoanode, and both counter electrodes have the advantage of implementing a transparent transparent solar cell.

또한, 본 발명에 따른 투명 전극은 페로브스카이트 광흡수체가 흡수하지 못하는 800nm 이상의 광 파장 대역에 대해 매우 높은 광 투과율을 가져, 800nm 이상의 광을 흡수하여 광전류를 생성하는 태양전지와 페로브스카이트 태양전지간의 탠덤화에 유용한 장점이 있다. In addition, the transparent electrode according to the present invention has a very high light transmittance for a light wavelength band of 800 nm or more that the perovskite light absorber cannot absorb, and a solar cell and perovskite that generate a photocurrent by absorbing light of 800 nm or more. There is a useful advantage for tandeming between solar cells.

도 1은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 측정결과를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 측정결과를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 광투과율(transmittance, %)을 측정 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 동작 안정성 테스트 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 WOx 막(도 5(a)), NbOy 막(도 5(b)), WOx막과 NbOy 막의 버퍼층(도 5(c)), ITO층(도 5(d))의 자외선 광전자 분광 스펙트럼을 도시한 도면이며, 도 5(e)는 각 막의 타우 플롯(Tauc's plot)을 도시한 도면이며, 도 5(f)는 각 막의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 6은 실시예 1에서 제조된 투명전극(버퍼층-ITO), 비교예 1에서 제조된 전극(Au), 및 비교예 2에서 제조된 투명 전극(WOx-ITO)이 구비된 태양전지의 나이퀴스트 플롯(Nyquist plots)을 도시한 도면이다.
도 7(a)는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 주파수에 따른 캐패시턴스 값(C≡ 1/iωZ, Z=임피던스, ω=angular frequency, i=imaginary unit)을 도시한 도면이며, 도 7(b)는 에너지 레벨(Eω)에 따른 트랩 밀도 분포(trap density distribution)를 도시한 도면이다.
도 8은 WOx 막(도 8의 WO), NbOy막(도 8의 NbOz) 및 WOx 막과 NbOy 막이 적층된 버퍼층(도 8의 WOy/NbOz)의 X-선 광전자 분광(XPS) 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9(a)는 실시예 4에서 제조된 탠덤 태양전지 및 비교예 3에서 제조된 탠덤 태양전지의 상부 셀과 하부 셀 각각의 전류밀도-전압 그래프를 측정 도시한 도면이며, 도 9(b)는 실시예 4에서 제조된 탠덤 태양전지 및 비교예 3에서 제조된 탠덤 태양전지의 상부 셀(점선으로 도시)과 하부 셀(실선으로 도시)의 외부양자효율(EQE)을 도시한 도면이다.
1 is a view showing current density-voltage measurement results of solar cells prepared in Examples 1, 2, 3, and 2;
2 is a view showing the current density-voltage measurement results of the solar cells prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
3 is a diagram showing measurement of light transmittance (%) of solar cells manufactured in Example 1 and Comparative Example 2. FIG.
4 is a diagram showing the results of operation stability tests of the solar cells manufactured in Example 1 and Comparative Example 2.
5 is a UV photoelectron spectroscopy of a WOx film (Fig. 5(a)), an NbOy film (Fig. 5(b)), a buffer layer of a WOx film and an NbOy film (Fig. 5(c)), and an ITO layer (Fig. 5(d)). It is a diagram showing a spectrum, FIG. 5(e) is a diagram showing a Tauc's plot of each layer, and FIG. 5(f) is a diagram showing an energy band diagram of each layer.
6 is a Niqui of a solar cell equipped with a transparent electrode (buffer layer-ITO) manufactured in Example 1, an electrode (Au) manufactured in Comparative Example 1, and a transparent electrode (WOx-ITO) manufactured in Comparative Example 2 It is a diagram showing Nyquist plots.
7(a) shows capacitance values (C≡ 1/iωZ, Z=impedance, ω=angular frequency, i=imaginary unit) of the solar cells manufactured in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 Fig. 7(b) is a diagram showing a trap density distribution according to an energy level Eω.
FIG. 8 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of a WOx film (WO in FIG. 8), an NbOy film (NbOz in FIG. 8), and a buffer layer (WOy/NbOz in FIG. 8) in which a WOx film and an NbOy film are stacked. It is a drawing.
9(a) is a view showing measurement of current density-voltage graphs of each of the upper and lower cells of the tandem solar cell prepared in Example 4 and the tandem solar cell prepared in Comparative Example 3, and FIG. 9(b) Is a diagram showing the external quantum efficiency (EQE) of the upper cell (shown as a dotted line) and the lower cell (shown as a solid line) of the tandem solar cell manufactured in Example 4 and the tandem solar cell manufactured in Comparative Example 3.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지용 투명 전극 및 이를 포함하는 태양전지를 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 transparent electrode for a solar cell and a solar cell including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. 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 Description of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

본 발명에 따른 투명 전극은 투명 전도성 산화물 기반 투명 전극이며, 태양전지, 특히 서로 대향하는 두 전극이 모두 투명한 투명 태양전지용 전극이다.The transparent electrode according to the present invention is a transparent electrode based on a transparent conductive oxide, and is an electrode for a solar cell, in particular, a transparent solar cell in which both electrodes facing each other are transparent.

본 발명에 따른 투명 전극은 광이 유입되는 제1면과 광전하가 유입되는 제2면을 갖는 투명 전도성 산화물 층; 및 상기 제2면에 접하여 위치하는 버퍼층;을 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 제2면과 접하는 제1전이금속산화물 막과 상기 제1전이금속산화물 막과 접하여 위치하는 제2전이금속산화물 막을 포함하고, 상기 제1전이금속산화물은 상기 제2전이금속산화물의 전자친화도보다 작은 전자친화도를 가지며, 제1전이금속산화물은 제2전이금속산화물의 밴드갭 에너지보다 큰 밴드갭 에너지를 갖는다.The transparent electrode according to the present invention includes a transparent conductive oxide layer having a first surface through which light is introduced and a second surface through which photocharges are introduced; And a buffer layer positioned in contact with the second surface; wherein the buffer layer includes a first transition metal oxide layer in contact with the second surface and a second transition metal oxide layer in contact with the first transition metal oxide layer, , The first transition metal oxide has an electron affinity less than that of the second transition metal oxide, and the first transition metal oxide has a band gap energy greater than that of the second transition metal oxide.

이때, 제1전이금속산화물이 제2전이금속산화물의 전자친화도보다 작은 전자친화도를 갖는다함은, 제1전이금속산화물의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(Ec)이 제2전이금속산화물의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(Ec)보다 높은 것을 의미할 수 있다. In this case, the fact that the first transition metal oxide has an electron affinity smaller than that of the second transition metal oxide means that the minimum energy level Ec of the conduction band of the first transition metal oxide is the second transition metal oxide. It may mean that the conduction band of is higher than the minimum energy level Ec.

일 예로, 제1전이금속산화물의 전자친화도와 제2전이금속산화물의 전자친화도간 차는 0.1eV 이상, 실질적으로 0.1 내지 0.8 eV, 보다 실질적으로 0.3 내지 0.5eV일 수 있으나, 본 발명이 제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물 간 구체 전차진화도 차에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. For example, the difference between the electron affinity of the first transition metal oxide and the electron affinity of the second transition metal oxide may be 0.1 eV or more, substantially 0.1 to 0.8 eV, and more substantially 0.3 to 0.5 eV, but the present invention is the first It goes without saying that the spherical electric charge evolution between the transition metal oxide and the second transition metal oxide cannot be limited by the difference.

일 예로, 제1전이금속산화물의 밴드갭 에너지와 제2전이금속산화물의 밴드갭 에너지간의 차는 0.05eV 이상, 실질적으로 0.05 내지 0.50eV, 보다 실질적으로 0.05 내지 0.30eV일 수 있으나, 본 발명이 제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물 간 구체 밴드갭 에너지 차에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. As an example, the difference between the band gap energy of the first transition metal oxide and the band gap energy of the second transition metal oxide may be 0.05 eV or more, substantially 0.05 to 0.50 eV, and more substantially 0.05 to 0.30 eV. It goes without saying that it cannot be limited by the difference in the specific band gap energy between the first transition metal oxide and the second transition metal oxide.

나아가, 제1전이금속산화물이 제2전이금속산화물의 밴드갭 에너지보다 큰 밴드갭 에너지를 가짐과 동시에, 제1전이금속산화물의 가전자대(valance band) 최대 에너지 레벨(Ev)이 제2전이금속산화물의 가전자대 최대 에너지 레벨(Ev)보다 높을 수 있다.Furthermore, the first transition metal oxide has a larger band gap energy than that of the second transition metal oxide, and at the same time, the maximum energy level (Ev) of the valence band of the first transition metal oxide is the second transition metal. It may be higher than the valence band maximum energy level (Ev) of the oxide.

일 예로, 제1전이금속산화물의 가전자대 최대 에너지 레벨과 제2전이금속산화물의 가전자대 최대 에너지 레벨간의 차는 0.1eV 이상, 실질적으로 0.1 내지 0.8 eV, 보다 실질적으로 0.2 내지 0.5eV, 보다 더 실질적으로 0.2 내지 0.3eV일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, the difference between the maximum valence band energy level of the first transition metal oxide and the maximum valence band energy level of the second transition metal oxide is 0.1 eV or more, substantially 0.1 to 0.8 eV, more substantially 0.2 to 0.5 eV, and more substantially It may be 0.2 to 0.3 eV, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 투명 전극은 상술한 에너지 레벨 관계를 만족하는 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막이 투명 전도성 산화물 층 하부(광이 유입되는 방향 기준 하부)에 위치함으로써, 태양전지의 광흡수체에서 발생하는 광전류를 매우 효과적이며 안정적으로 수집할 수 있다. In the transparent electrode according to the present invention, the first transition metal oxide film and the second transition metal oxide film satisfying the above-described energy level relationship are located under the transparent conductive oxide layer (lower based on the direction in which light is introduced). Photocurrent generated by the absorber can be very effectively and stably collected.

상세하게, 상술한 에너지 레벨 관계를 만족하는 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막이 투명 전도성 산화물 층 하부(광이 유입되는 방향 기준 하부)에 위치함으로써, 현저하게 낮은 직렬 저항을 가져 태양전지의 필 팩터를 크게 향상시킬 수 있다. In detail, since the first transition metal oxide film and the second transition metal oxide film satisfying the above-described energy level relationship are located under the transparent conductive oxide layer (lower based on the direction in which light is introduced), the solar system has a remarkably low series resistance. The fill factor of the battery can be greatly improved.

특히, 상술한 에너지 레벨 관계를 만족하는 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막이 투명 전도성 산화물 층 하부에 구비되는 경우, 투명 전극에 의해 광 전하 중, 광 정공을 매우 효과적으로 수집할 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명의 투명 전극은 태양전지용 광 양극일 수 있다.In particular, when the first transition metal oxide film and the second transition metal oxide film satisfying the above-described energy level relationship are provided under the transparent conductive oxide layer, it is possible to very effectively collect photo holes among photo charges by the transparent electrode. . In this aspect, the transparent electrode of the present invention may be a photoanode for a solar cell.

알려진 바와 같이, 투명 전극으로 가장 표준화되고 상업적으로 사용되는 물질은 투명전도성 산화물이며, 투명전도성 산화물은 스퍼터링과 같은 물리적 증착을 이용하여 제조되는 것이 통상적이다. 또한, 스퍼터링을 이용하여 투명전도성 산화물 층을 제조할 때 스퍼터링 파워를 낮추는 경우 제조되는 투명전도성 산화물의 전기전도도가 떨어져 스퍼터링 파워를 낮추는데는 그 한계가 있는 것이 현실이다. As is known, the most standardized and commercially used material for a transparent electrode is a transparent conductive oxide, and the transparent conductive oxide is typically prepared using physical vapor deposition such as sputtering. In addition, when the sputtering power is lowered when the transparent conductive oxide layer is manufactured using sputtering, the electrical conductivity of the produced transparent conductive oxide is lowered, so there is a limit to lowering the sputtering power.

본 발명에 따른 투명 전극은 광 전류, 특히 광 정공을 효과적으로 수집함과 동시에 태양전지의 정공 전달물질이 유기물(유기 정공전달층)이라 할지라도 투명 전도성 산화물 층의 물리적 증착 과정에서 유기 정공전달층이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명의 투명 전극은 유기 정공전달층과 접하여 위치하여 광정공을 수집하는전극일 수 있다. 즉, 본 발명의 투명 전극은 태양전지의 유기 정공전달층과 접하여 유기 정공전달층 상부에 위치하는 태양전지용 광 양극일 수 있다. The transparent electrode according to the present invention effectively collects photocurrent, especially photoholes, and at the same time, even if the hole transport material of the solar cell is an organic material (organic hole transport layer), the organic hole transport layer is formed in the physical deposition process of the transparent conductive oxide layer. It can prevent damage. In this aspect, the transparent electrode of the present invention may be an electrode that is located in contact with the organic hole transport layer and collects light holes. That is, the transparent electrode of the present invention may be a photoanode for a solar cell positioned above the organic hole transport layer in contact with the organic hole transport layer of the solar cell.

유리하게, 제1전이금속산화물의 일함수(work function)는 투명 전도성 산화물의 일함수와 같거나 클 수 있고 제2전이금속산화물의 일함수보다 작을 수 있다. 구체예로, 제1전이금속산화물의 일함수는 투명 전도성 산화물의 일함수와 같거나 0.01 내지 0.20eV, 실질적으로 0.02 내지 0.10eV 클 수 있으며, 제2전이금속산화물의 일함수보다 0.10 내지 0.70eV, 실질적으로 0.30 내지 0.60eV 작을 수 있으나, 본 발명이 제1전이금속산화물, 제2전이금속산화물 및 투명 전도성 산화물 간 구체 일함수 차에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. Advantageously, the work function of the first transition metal oxide may be equal to or greater than the work function of the transparent conductive oxide and may be smaller than the work function of the second transition metal oxide. In a specific example, the work function of the first transition metal oxide may be equal to or greater than the work function of the transparent conductive oxide from 0.01 to 0.20 eV, and may be substantially greater than from 0.02 to 0.10 eV, and from 0.10 to 0.70 eV than the work function of the second transition metal oxide. , It may be substantially smaller than 0.30 to 0.60 eV, but the present invention cannot be limited by the difference in the specific work function between the first transition metal oxide, the second transition metal oxide, and the transparent conductive oxide.

제1전이금속산화물이 투명 전도성 산화물 및 제2전이금속산화물과 상술한 일함수 관계를 갖는 경우, 평형 상태의 투명 전극에서 투명 전도성 산화물 층-제1전이금속산화물 막-제2전이금속산화물 막 간 에너지 레벨 매칭이 이루어져 보다 원활하게 광 전류가 제2전이금속산화물 막에서 투명 전도성 산화물 층으로 흐를 수 있다. 또한, 투명 전극이 상술한 에너지 레벨과 일함수 관계를 만족하는 경우, 불투명 전극인 금속 전극과 실질적으로 유사한 저항 특성을 가져, 태양전지의 광전변환효율을 크게 향상시킬 수 있다. When the first transition metal oxide has the above-described work function relationship with the transparent conductive oxide and the second transition metal oxide, the transparent conductive oxide layer-the first transition metal oxide film-the second transition metal oxide film in the balanced transparent electrode Energy level matching is performed, so that the photo current can more smoothly flow from the second transition metal oxide layer to the transparent conductive oxide layer. In addition, when the transparent electrode satisfies the above-described energy level and work function relationship, it has a resistance characteristic substantially similar to that of a metal electrode that is an opaque electrode, and thus photoelectric conversion efficiency of a solar cell can be greatly improved.

일 구체예에 있어, 제1전이금속산화물 막의 두께는 5 내지 30nm, 좋게는 10 내지 25nm, 보다 좋게는 15 내지 25nm일 수 있으며, 제2전이금속산화물 막의 두께를 상기 제1전이금속산화물 막의 두께로 나눈 두께비는 3 내지 20, 좋게는 3 내지 10, 보다 좋게는 3 내지 5일 수 있다. 제1전이금속산화물 막의 두께와 제2전이금속산화물 막과 제1전이금속산화물 막간이 두께비는 투명 전극이 500 내지 1200nm 파장 전 영역에서 80% 이상의 광투과율을 나타낼 수 있어 투명 태양전지나 탠덤 태양전지에 효과적으로 사용될 수 있다. In one embodiment, the thickness of the first transition metal oxide layer may be 5 to 30 nm, preferably 10 to 25 nm, and more preferably 15 to 25 nm, and the thickness of the second transition metal oxide layer may be defined as the thickness of the first transition metal oxide layer. The thickness ratio divided by may be 3 to 20, preferably 3 to 10, and more preferably 3 to 5. The ratio of the thickness of the first transition metal oxide layer to the thickness between the second transition metal oxide layer and the first transition metal oxide layer is suitable for transparent solar cells or tandem solar cells because the transparent electrode can exhibit a light transmittance of 80% or more over the entire wavelength range of 500 to 1200 nm. It can be used effectively.

보다 유리하게, 제1전이금속산화물의 굴절률은 투명 전도성 산화물의 굴절률 및 제2전이금속산화물의 굴절률보다 클 수 있다. 상대적으로 낮은 굴절률의 투명 전도성 산화물 층- 상대적으로 높은 굴절률의 제1전이금속산화물 막- 상대적으로 낮은 굴절률의 제2전이금속산화물 막의 적층 구조는 그 자체로 광의 반사, 특히 800 내지 900nm 파장 대역 광의 반사를 줄일 수 있어 유리하다. 이때, 제2전이금속산화물의 굴절률은 투명 전도성 산화물의 굴절률과 같거나 클 수 있다.More advantageously, the refractive index of the first transition metal oxide may be greater than the refractive index of the transparent conductive oxide and the second transition metal oxide. The layered structure of a relatively low refractive index transparent conductive oxide layer- a relatively high refractive index first transition metal oxide film- a relatively low refractive index second transition metal oxide film laminate structure itself reflects light, especially in the 800 to 900 nm wavelength band. It is advantageous to reduce In this case, the refractive index of the second transition metal oxide may be equal to or greater than the refractive index of the transparent conductive oxide.

일 예로, 제1전이금속산화물의 굴절률(상대 굴절률)은 투명 전도성 산화물 및 제2전이금속산화물 각각의 굴절률보다 0.1 이상 클 수 있으며, 구체적으로 0.2 내지 1.0, 보다 구체적으로 0.2 내지 0.5 클 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the refractive index (relative refractive index) of the first transition metal oxide may be 0.1 or more greater than the refractive index of each of the transparent conductive oxide and the second transition metal oxide, specifically 0.2 to 1.0, and more specifically 0.2 to 0.5, It is not limited thereto.

상술한 제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물의 에너지 레벨과 일함수등은 전이금속산화물(제1전이금속산화물 또는 제2전이금속산화물)이 화학양론비를 만족하는 산화 상태 내지 산소 부족의 산화 상태에서의 에너지 레벨과 일함수일 수 있다. The energy level and work function of the first and second transition metal oxides described above are in the oxidation state in which the transition metal oxide (the first transition metal oxide or the second transition metal oxide) satisfies the stoichiometric ratio or the oxygen deficiency. It may be the energy level and work function in the oxidation state.

이때, 산소 부족 상태의 전이금속산화물의 일함수, 밴드갭 에너지, 가전자대 최소 에너지 레벨등은 알려진 바와 같이 해당 전이금속산화물의 광전자 분광 스펙트럼을 이용하여 측정하고 타우 플롯(Tauc's plot)을 이용하여 산출할 수 있다. At this time, the work function, band gap energy, and minimum valence band energy level of the transition metal oxide in the oxygen-deficient state are measured using the photoelectron spectral spectrum of the transition metal oxide as known and calculated using Tauc's plot. can do.

일 구체예에 있어, 제1전이금속산화물 및 제2전이금속산화물은 각각 산소 부족(oxygen-deficiency) 상태일 수 있다. 버퍼층이 산소 부족 상태의 전이금속산화물 막들(제1전이금속산화물 막 및 제2전이금속산화물 막)을 포함함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극이 태양전지에 구비된 경우, 깊은 트랩이 형성되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. In one embodiment, the first transition metal oxide and the second transition metal oxide may each be in an oxygen-deficiency state. Since the buffer layer includes transition metal oxide films (first transition metal oxide film and second transition metal oxide film) in an oxygen-deficient state, when a transparent electrode according to an embodiment of the present invention is provided in a solar cell, a deep trap is It can effectively suppress the formation.

제1전이금속산화물 및 제2전이금속산화물은 각각 화학양론비 기준 산소 부족 상태일 수 있다. 제1전이금속산화물은 산화물에 함유된 제1전이금속 1몰에 대해 산화물의 화학양론비에 따라 요구되는 산소의 몰수를 기준몰수(M1)로 할 때, 0.8 내지 0.98 기준몰수(0.8M1~0.98M1)의 산소를 함유하는 산소 부족 상태일 수 있다. 또한, 제2전이금속산화물은 산화물에 함유된 제2전이금속 1몰에 대해 산화물의 화학양론비에 따라 요구되는 산소의 몰수를 기준몰수(M2)로 할 때, 0.7 내지 0.97 기준몰수(0.7M2~0.97M2)의 산소를 함유하는 산소 부족 상태일 수 있다. 이때, 화학양론비가 상이한 두 종류 이상의 질화물이 자연발생적으로 존재하는 경우, 제1전이금속산화물 또는 제2전이금속산화물에서 화학양론비의 기준이 되는 산화물은 상온 및 상압 조건에서 열역학적으로 가장 안정한 산화물(가장 낮은 깁스 자유 에너지를 갖는 산화물)일 수 있음은 물론이다. 일 예로, 화학양론비에 따른 전이금속 산화물로, WO3, Nb2O5등을 들 수 있다. Each of the first transition metal oxide and the second transition metal oxide may be in a state of lack of oxygen based on a stoichiometric ratio. The first transition metal oxide is 0.8 to 0.98 standard moles (0.8M 1 ) when the number of moles of oxygen required according to the stoichiometric ratio of the oxide to 1 mole of the first transition metal contained in the oxide is the standard mole number (M 1 ). It may be in a state of lack of oxygen containing oxygen of ~0.98M 1 ). In addition, for the second transition metal oxide, when the number of moles of oxygen required according to the stoichiometric ratio of the oxide to 1 mole of the second transition metal contained in the oxide is the reference mole number (M 2 ), 0.7 to 0.97 reference mole number (0.7 M 2 ~ 0.97M 2 ) It may be a state of lack of oxygen containing oxygen. At this time, when two or more kinds of nitrides with different stoichiometric ratios naturally exist, the oxide that is the basis of the stoichiometric ratio in the first transition metal oxide or the second transition metal oxide is the most thermodynamically stable oxide at room temperature and pressure ( Of course, it may be an oxide with the lowest Gibbs free energy). As an example, as a transition metal oxide according to a stoichiometric ratio, WO 3 , Nb 2 O 5, etc. may be mentioned.

일 구체예에 있어, 버퍼층의 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막의 계면에서 제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물이 상호혼합(intermixing)된 상태일 수 있다. 상술한 버퍼층이 제1전이금속산화물 막의 두께와 제1전이금속산화물 막과 제2전이금속산화물 막간의 두께비를 가짐과 동시에 계면에서 상호혼합된 구조를 가짐으로써, 버퍼층의 전체적인 전기적 특성이 주로 제1전이금속산화물 막에 의해 제어될 수 있으며, 버퍼층의 전체적인 전기적 특성이 제1전이금속산화물 막의 전기적 특성과 유사할 수 있다. In one embodiment, the first transition metal oxide and the second transition metal oxide may be intermixed at an interface between the first transition metal oxide layer and the second transition metal oxide layer of the buffer layer. Since the above-described buffer layer has a thickness ratio between the thickness of the first transition metal oxide layer and the thickness of the first transition metal oxide layer and the second transition metal oxide layer, and has a structure intermixed at the interface, the overall electrical characteristics of the buffer layer are mainly first. It may be controlled by the transition metal oxide film, and overall electrical characteristics of the buffer layer may be similar to that of the first transition metal oxide film.

제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물은 상술한 에너지 레벨 관계, 유리하게는 상술한 에너지 레벨 관계와 굴절률 관계를 만족하는 전이금속의 산화물이면 어떠한 물질이든 무방하다. 비 한정적인 일 예로, 제1전이금속산화물과 제2전이금속산화물은 각각 나이오븀 산화물, 지르코늄 산화물, 몰리브데넘 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물 또는 이들의 복합산화물에서 선택되되, 상술한 에너지 레벨 관계, 유리하게는 상술한 에너지 레벨 관계와 굴절률 관계를 만족하는 물질이면 무방하다. The first transition metal oxide and the second transition metal oxide may be any material as long as they are oxides of transition metals that satisfy the above-described energy level relationship, and advantageously, the above-described energy level relationship and refractive index relationship. As a non-limiting example, the first transition metal oxide and the second transition metal oxide are each selected from niobium oxide, zirconium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, or a composite oxide thereof. Any material that satisfies one energy level relationship, advantageously the energy level relationship and the refractive index relationship described above, may be used.

투명 전도성 산화물은 산화인듐(In2O3)에 주석(Sn)을 치환고용 시킨 ITO(Indium Tin Oxide), 산화주석(SnO2)에 Sb를 치환 고용시킨 ATO(Antimony Tin Oxide), 산화아연(ZnO)에 Al 또는 Ga을 치환고용 시킨 AZO(Aluminium doped Zinc Oxide)나 GZO(Gallium doped Zinc Oxide)등, 투명 전도막으로 사용되는 전도성 산화물이면 무방하다. 이때, 투명 전도성 산화물 층의 두께는 안정적인 전기전도도가 담보될 수 있는 두께이면 무방하며, 일 예로, 100 내지 300nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Transparent conductive oxides are ITO (Indium Tin Oxide) in which tin (Sn) is substituted for indium oxide (In 2 O 3 ), ATO (Antimony Tin Oxide) in which Sb is substituted for tin oxide (SnO 2 ), and zinc oxide ( ZnO) is a conductive oxide used as a transparent conductive film, such as AZO (Aluminium-doped Zinc Oxide) or GZO (Gallium-doped Zinc Oxide). In this case, the thickness of the transparent conductive oxide layer may be a thickness that can ensure stable electrical conductivity, and may be, for example, 100 to 300 nm, but is not limited thereto.

일 구체예에 있어, 투명 전도성 산화물 층, 제1전이금속산화물 막, 및 제2전이금속산화물 막은 각각 증착에 의해 형성될 수 있으며, 각 막은 스퍼터링, 전자빔 증발법, 열 증착법등의 물리적 증착에 의해 제조된 것일 수 있으나, 본 발명이 투명 전극에 포함되는 각 막(층)의 구체 증착 방법에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. In one embodiment, the transparent conductive oxide layer, the first transition metal oxide layer, and the second transition metal oxide layer may be formed by evaporation, respectively, and each layer may be formed by physical vapor deposition such as sputtering, electron beam evaporation, and thermal evaporation. Although it may be manufactured, it goes without saying that the present invention cannot be limited by the specific deposition method of each film (layer) included in the transparent electrode.

본 발명은 상술한 투명 전극을 포함하는 태양전지를 포함한다.The present invention includes a solar cell including the above-described transparent electrode.

구체예로, 본 발명은 상술한 투명 전극을 광 양극으로 포함하는 태양전지를 포함한다. 이때, 태양전지는 광흡수체가 유/무기 페로브스카이트 화합물인 페로브스카이트 태양전지, 광흡수체가 염료인 염료 감응형 태양전지, 광흡수체가 무기 양자점인 양자점 감응형 태양전지, 광흡수체가 유기반도체인 유기 태양전지, 광흡수체가 CIS(Cu-In-(S, Se)), CIGS(Cu-In-Ga-(S, Se)), GaAs, CdTe등의 화합물 반도체인 화합물 반도체 태양전지, 실리콘 태양전지일 수 있으며, 광흡수체에서 발생하는 광 전하 중 광정공을 수집하는 광 양극 이외의 다른 태양 전지의 전지 구조 및 물질은 각 구체 태양전지에서 종래 알려진 구조 및 물질을 가질 수 있음은 물론이다.In a specific embodiment, the present invention includes a solar cell including the above-described transparent electrode as a photoanode. At this time, the solar cell is a perovskite solar cell in which the light absorber is an organic/inorganic perovskite compound, a dye-sensitized solar cell in which the light absorber is a dye, a quantum dot-sensitized solar cell in which the light absorber is an inorganic quantum dot, and the light absorber is Organic solar cell as an organic semiconductor, compound semiconductor solar cell in which the light absorber is a compound semiconductor such as CIS (Cu-In-(S, Se)), CIGS (Cu-In-Ga-(S, Se)), GaAs, CdTe, etc. , Silicon solar cell, and the cell structure and material of a solar cell other than the photoanode that collects light holes among the photo charges generated from the light absorber may have a structure and material previously known in each spherical solar cell. to be.

본 발명에 따른 투명 전극은 투명 전극과 접하여 유기 정공전달층이 위치하는 경우에도, 투명 전극 제조시 유기 정공전달층의 손상을 방지할 수 있음에 따라, 본 발명에 따른 투명 전극은 페로브스카이트 태양전지나 유기 태양전지의 광양극으로 효과적으로 사용될 수 있다. The transparent electrode according to the present invention can prevent damage to the organic hole transport layer during manufacturing of the transparent electrode even when the organic hole transport layer is located in contact with the transparent electrode. Accordingly, the transparent electrode according to the present invention is a perovskite It can be effectively used as a photoanode of solar cells or organic solar cells.

유리한 일 예에 따라, 본 발명은 상술한 투명 전극을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 포함한다. 이때, 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 화합물을 광흡수체로 함유하는 태양전지를 의미할 수 있다. 페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조를 갖는 유기금속할로겐화물을 의미하며, 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 음이온(X) 기준 AMX3의 화학식을 만족함과 동시에, A(유기 양이온)은 AX12로 12개의 X(음이온)과 결합하여 입방 팔면체 구조를 형성하고 M(금속 양이온)은 MX6 로 X(음이온)과 팔면체 구조로 결합한 3차원 구조를 갖는 유기금속할로겐화물을 의미할 수 있다. According to an advantageous example, the present invention includes a perovskite solar cell including the above-described transparent electrode. At this time, the perovskite solar cell may mean a solar cell containing a perovskite compound as a light absorber. The perovskite compound refers to an organometallic halide having a perovskite structure and satisfies the formula of AMX 3 based on organic cation (A), metal cation (M) and anion (X), and at the same time, A (organic Cation) is AX 12 , which combines with 12 X (anions) to form a cubic octahedral structure, and M (metal cation) is MX 6 , meaning an organometallic halide having a three-dimensional structure combined with X (anion) and octahedral structure. can do.

구체적으로, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 제1전극; 제1전극 상 위치하는 전자전달층; 전자전달층 상 위치하며 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 광흡수층 상 위치하는 유기 정공전달층; 및 상기 유기 정공전달층과 버퍼층이 접하도록 유기 정공전달층 상 위치하는 상술한 투명 전극인 제2투명전극;을 포함한다. 이때, 제1전극은 투명 전극이거나 불투명 전극(금속 전극)일 수 있다. 제1전극이 투명전극인 경우 페로브스카이트 태양전지는 서로 대향하는 두 전극이 모두 투명한 전극인 투명(페로브스카이트 화합물에 의한 광 흡수를 고려하는 경우 반투명) 태양전지일 수 있다.Specifically, the perovskite solar cell according to the present invention includes a first electrode; An electron transport layer positioned on the first electrode; A light absorbing layer positioned on the electron transport layer and including a perovskite compound; An organic hole transport layer positioned on the light absorption layer; And a second transparent electrode, which is the above-described transparent electrode, positioned on the organic hole transport layer so that the organic hole transport layer and the buffer layer are in contact with each other. In this case, the first electrode may be a transparent electrode or an opaque electrode (metal electrode). When the first electrode is a transparent electrode, the perovskite solar cell may be a transparent (translucent when light absorption by a perovskite compound is considered) in which both electrodes facing each other are transparent electrodes.

제1전극은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 제1전극이 투명 전극인 경우, 제1전극은 전자전달층과 오믹 접합되는 투명 전도성 전극이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 투명 전극인 제1전극은 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 있다. 제1전극이 불투명 전극인 경우 제1전극은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first electrode is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, and when the first electrode is a transparent electrode, the first electrode may be a transparent conductive electrode that is ohmic-bonded with the electron transport layer. As a specific example, the first electrode, which is a transparent electrode, includes fluorine doped tin oxide (FTO), indium doped tin oxide (ITO), ZnO, carbon nanotube, graphene ( graphene) and composites thereof. When the first electrode is an opaque electrode, the first electrode may include any one or two or more materials selected from gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulfide, copper sulfide, nickel oxide, and composites thereof. However, it is not limited thereto.

이때, 제1전극은 딱딱한(rigid) 기판(지지체) 또는 유연성(flexible) 기판(지지체)인 투명 기판(지지체) 상에 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 등의 증착 공정을 통해 형성될 수 있으며, 구체적으로 열 증착(thermal evaporation)에 의해 형성될 수 있다. 투명 기판(지지체)의 일 예로, 딱딱한 기판은 유리 기판 등일 수 있으며, 유연성 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 또는 폴리에테르술폰(PES) 등일 수 있으나, 본 발명이 기판의 구체 물질에 한정 될 수 없음은 물론이다.At this time, the first electrode is a deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition on a transparent substrate (support) that is a rigid substrate (support) or a flexible substrate (support). It may be formed through, and specifically, may be formed by thermal evaporation. As an example of a transparent substrate (support), the rigid substrate may be a glass substrate, and the flexible substrate is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polypropylene ( PP), triacetyl cellulose (TAC) or polyethersulfone (PES), etc., but the present invention is not limited to the specific material of the substrate.

전자전달층은 무기물일 수 있으며, 금속산화물을 포함할 수 있다. 전자전달층은 평평한 금속산화물층, 표면 요철을 갖는 금속산화물층, 박막 형상의 일 금속산화물 표면에 동종 내지 이종의 금속산화물의 나노구조체(금속산화물 입자, 나노와이어 및/또는 나노튜브를 포함함)가 형성된 복합구조의 금속산화물층, 치밀한 금속산화물층 또는 다공성 금속산화물층일 수 있다. 실질적인 일 예로, 전자전달층은 치밀막과 다공막의 적층막 보다 상세하게, 금속산화물막(치밀막)과 다공성(meso-porous) 금속산화물막의 적층막일 수 있다. The electron transport layer may be an inorganic material and may include a metal oxide. The electron transport layer is a flat metal oxide layer, a metal oxide layer having surface irregularities, and a nanostructure of the same or different metal oxides on the surface of one metal oxide in the form of a thin film (including metal oxide particles, nanowires and/or nanotubes) It may be a metal oxide layer, a dense metal oxide layer, or a porous metal oxide layer having a composite structure in which is formed. As a practical example, the electron transport layer may be a laminated film of a dense film and a porous film, more specifically, a laminate film of a metal oxide film (dense film) and a meso-porous metal oxide film.

금속산화물막(치밀막)은 물리적 증착 또는 화학적 증착 등의 증착 공정이나 금속산화물 나노입자의 도포 및 열처리를 통해 형성될 수 있다. The metal oxide film (dense film) may be formed through a vapor deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition, or through coating and heat treatment of metal oxide nanoparticles.

다공성 금속산화물막은 금속산화물 입자들을 포함할 수 있으며, 이러한 입자들 사이의 빈 공간에 의해 열린 다공 구조를 가질 수 있다.The porous metal oxide film may include metal oxide particles, and may have a porous structure opened by an empty space between the particles.

일 예에 있어, 다공성 금속산화물막은 금속산화물 막(치밀막) 상부에 금속산화물 입자를 함유한 슬러리를 도포하고, 도포된 슬러리층을 건조 및 열처리하여 제조될 수 있다. 상기 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 있다.In one example, the porous metal oxide film may be prepared by applying a slurry containing metal oxide particles on the metal oxide film (dense film), and drying and heat treatment of the applied slurry layer. The slurry is applied in screen printing, spin coating, bar coating, gravure coating, blade coating and roll coating. It may be carried out in any one or two or more methods selected.

다공성 금속산화물막의 비표면적 및 열린 기공 구조에 영향을 미치는 주 인자는 금속산화물 입자의 평균 입자 크기와 열처리 온도이다. 금속산화물 입자의 평균 입자 크기는 5 내지 500 ㎚일 수 있으며, 열처리는 공기 중에서 200 내지 600 ℃로 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The main factors affecting the specific surface area and open pore structure of the porous metal oxide film are the average particle size of the metal oxide particles and the heat treatment temperature. The average particle size of the metal oxide particles may be 5 to 500 nm, and the heat treatment may be performed at 200 to 600° C. in air, but is not limited thereto.

전자전달층의 두께는 예를 들어, 50 ㎚ 내지 10 ㎛, 구체적으로는 50 ㎚ 내지 5 ㎛, 보다 구체적으로는 50 ㎚ 내지 1 ㎛, 보다 더 구체적으로는 50 내지 800 ㎚일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the electron transport layer may be, for example, 50 nm to 10 μm, specifically 50 nm to 5 μm, more specifically 50 nm to 1 μm, and even more specifically 50 to 800 nm. It is not limited.

전자전달층의 금속산화물은 태양전지, 특히 페로브스카이트 태양전지 분야에서 광 전자의 이동을 위해 통상적으로 사용되는 금속산화물이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로 예를 들면 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 및 이들의 복합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The metal oxide of the electron transport layer may be used without particular limitation as long as it is a metal oxide commonly used for the movement of photoelectrons in the field of solar cells, particularly perovskite solar cells. Specifically, for example, Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, V oxide, Al oxide, Y oxide, It may be any one or two or more selected from Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide, and SrTi oxide and composites thereof.

광흡수층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 100nm 내지 1μm, 구체예로, 200 내지 800nm일 수 있다. The thickness of the light-absorbing layer is not particularly limited, but may be 100 nm to 1 μm, as a specific example, 200 to 800 nm.

광흡수층의 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 1, 2, 또는 화학식 3을 만족할 수 있다. The perovskite compound of the light absorption layer may satisfy the following Chemical Formulas 1, 2, or 3.

(화학식 1)(Chemical Formula 1)

AMX3 AMX 3

화학식 1에서 A는 1가의 유기 암모늄 이온 또는 Cs+이며, M은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다.In Formula 1, A is a monovalent organic ammonium ion or Cs + , M is a divalent metal ion, and X is a halogen ion.

(화학식 2)(Chemical Formula 2)

A2MX4 A 2 MX 4

화학식 2에서 A는 1가의 유기 암모늄 이온 또는 Cs+이며, M은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다.In Formula 2, A is a monovalent organic ammonium ion or Cs + , M is a divalent metal ion, and X is a halogen ion.

(화학식 3)(Chemical Formula 3)

B1-xAxMX3 B 1-x A x MX 3

화학식 3에서, A는 1가의 유기 암모늄 이온이며, B는 1가의 아미디니움계 이온이고, M은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이고, x는 0<x<1, 유리하게 0.01≤x≤0.1, 보다 유리하게 0.02≤x≤0.06인 실수이다.In Formula 3, A is a monovalent organic ammonium ion, B is a monovalent amidium ion, M is a divalent metal ion, X is a halogen ion, x is 0<x<1, advantageously 0.01≤ x≤0.1, more advantageously, a real number of 0.02≤x≤0.06.

화학식 1, 2 또는 3에서, 유기 암모늄 이온은 R1-NH3 +(R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴)일 수 있고, 화학식 3에서 아미디니움계 이온은 하기 화학식 4를 만족할 수 있다.In Formula 1, 2 or 3, the organic ammonium ion may be R 1 -NH 3 + (R 1 is C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl or C6-C20 aryl), and in Formula 3 Niium-based ions may satisfy the following Chemical Formula 4.

(화학식 4)(Formula 4)

Figure 112019029992072-pat00001
Figure 112019029992072-pat00001

화학식 4에서, R2 내지 R6는 서로 독립적으로, 수소, C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이다. 화학식 4에서 R2~R6은 페로브스카이트 화합물의 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상세하게, 페로브스카이트 화합물의 단위셀의 크기가 밴드갭과 연관되어 있고 작은 단위셀 크기에서 태양전지로 활용하기에 적절한 밴드갭 에너지(일 예로, 1.1~1.5V수준)를 가질 수 있다. 이에 따라, 태양전지로 활용하기에 적절한 밴드갭 에너지를 고려하는 경우, R2 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C24의 알킬, 구체적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C7 알킬, 보다 구체적으로 수소, 아미노 또는 메틸일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 R2가 수소, 아미노 또는 메틸이고 R3 내지 R6가 수소일 수 있다. 실질적인 일 예로, 아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +) 이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 이온 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +) 이온등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 실 예는 페로브스카이트 화합물의 용도, 즉, 태양광의 광흡수체로의 용도를 고려한 일 예이며, 흡수하고자 하는 광의 파장 대역의 설계, 발광소자의 발광층으로 사용하는 경우 발광 파장 대역의 설계, 트랜지스터의 반도체 소자로 사용하는 경우 에너지 밴드갭과 문턱 전압(threshold voltage)등을 고려하여 R2~R6이 적절히 선택될 수 있다. In Formula 4, R 2 to R 6 are each independently hydrogen, C1-C24 alkyl, C3-C20 cycloalkyl, or C6-C20 aryl. In Formula 4, R 2 to R 6 may be appropriately selected depending on the use of the perovskite compound. In detail, the size of the unit cell of the perovskite compound is related to the band gap, and the small unit cell size may have a band gap energy suitable for use as a solar cell (eg, 1.1 to 1.5V level). Accordingly, when considering a band gap energy suitable for use as a solar cell, R 2 to R 6 are independently of each other, hydrogen, amino or C1-C24 alkyl, specifically, hydrogen, amino or C1-C7 alkyl, More specifically, it may be hydrogen, amino or methyl, and even more specifically, R 2 may be hydrogen, amino or methyl, and R 3 to R 6 may be hydrogen. As a practical example, the amidinium-based ion is a formamidinium (formamidinium, NH 2 CH=NH 2 + ) ion, acetamidinium (acetamidinium, NH 2 C(CH 3 )=NH 2 + ) ion or guamidi Nium (Guamidinium, NH 2 C (NH 2 ) = NH 2 + ) ions and the like, but are not limited thereto. Such an example is an example considering the use of a perovskite compound, that is, as a light absorber of sunlight, design of the wavelength band of light to be absorbed, design of the emission wavelength band when used as a light emitting layer of a light emitting device, When used as a semiconductor device of a transistor, R 2 to R 6 may be appropriately selected in consideration of an energy band gap and a threshold voltage.

화학식 1, 2 또는 3에서, M은 Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 하나 또는 둘 이상 선택된 금속 이온일 수 있다. In Formula 1, 2 or 3, M is Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Cr 2+ , Pd 2+ , Cd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , It may be one or two or more metal ions selected from Pb 2+ and Yb 2+ .

화학식 1, 2 또는 3에서, X는 Cl-, Br- 및 I-에서 하나 또는 둘 이상 선택된 할로겐 이온일 수 있으며, 단일한 할로겐 이온 뿐만 아니라, 둘 이상의 할로겐 이온, 즉, 화학식1, 2 또는 3에서의 X=Xa xXb y(0<x<1인 실수, 0<y<1인 실수, x+y=1이며, Xa와 Xb는 서로 상이한 할로겐이온)일 수 있다. 일 구체예로, X는 I 및 Br을 포함할 수 있으며, 화학식 1, 2 또는 3에서, X는 (I1-xBrx) (0<x<1인 실수, 좋게는 0.01≤x≤0.15, 보다 좋게는 0.01≤x≤0.10)일 수 있다.Formula 1, 2 or 3, X is Cl -, Br - and I - in one or may be two or halogen ion selected above, as well as one days halogen ion, two or more halogen ion, that is, the formula 1, 2 or 3 X=X a x X b y (real number 0<x<1, real number 0<y<1, x+y=1, and X a and X b are different halogen ions). In one embodiment, X may include I and Br, and in Formula 1, 2 or 3, X is (I 1-x Br x ) (0<x<1, a real number, preferably 0.01≦x≦0.15 , More preferably 0.01≦x≦0.10).

광흡수층은 상술한 페로브스카이트 화합물이 용매에 용해된 광흡수체 용액을 도포 및 건조하는 통상의 용액 도포법을 이용하여 제조될 수 있다. 디메틸술폭시드등 페로브스카이트 화합물과 어덕트를 형성하는 용매를 이용하여 용매-페로브스카이트 화합물의 어덕트 막을 형성한 후 어덕트 막에서 용매 분자를 제거하는 방법, 광흡수체 용액과 페로브스카이트 화합물의 비용매를 순차적으로 도포하는 법등, 본 출원인이 공개한 방법을 이용하여 제조하여도 무방하다. The light absorbing layer may be prepared by using a conventional solution coating method in which a light absorber solution in which the above-described perovskite compound is dissolved in a solvent is applied and dried. A method of removing solvent molecules from the adduct film after forming the adduct film of the solvent-perovskite compound using a solvent that forms an adduct with a perovskite compound such as dimethyl sulfoxide, light absorber solution and perovskite It may be prepared using a method disclosed by the present applicant, such as a method of sequentially applying a non-solvent of the skyt compound.

정공전달층은 유기 정공전달층일 수 있으며, 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질일 수 있다. 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. The hole transport layer may be an organic hole transport layer, and the organic hole transport material of the organic hole transport layer may be a single molecule or a polymer organic hole transport material. 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.

고분자 유기 정공전달물질의 비 한정적인 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[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H- cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl -2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) 및 이들의 공중합체에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A non-limiting example of a high molecular organic hole transport material, P3HT (poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV (poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy -5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4- butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H- cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6- diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-( 2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6 -diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl) )-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1' , 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl- 2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1, 3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2 ,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2 ,5-thiophenediyl -2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB (poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4, butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene))), PEDOT :PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine), and one or more selected materials from their copolymers. However, it is not limited thereto.

정공전달층은 TBP(tertiary butyl pyridine), LiTFSI(Lithium Bis(Trifluoro methanesulfonyl)Imide), HTFSI (bis(trifluoromethane) sulfonimide), 2,6-lutidine 및 Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III) 등과 같은 알려진 첨가제를 더 함유할 수 있음은 물론이다. The hole transport layer is TBP (tertiary butyl pyridine), LiTFSI (Lithium Bis (Trifluoro methanesulfonyl) Imide), HTFSI (bis (trifluoromethane) sulfonimide), 2,6-lutidine and Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl) Of course, it may further contain known additives such as pyridine) cobalt (III).

정공전달층의 두께는 10 내지 500 ㎚일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the hole transport layer may be 10 to 500 nm, but is not limited thereto.

정공전달층은 광흡수층 상에 유기 정공전달물질을 함유하는 용액(이하, 유기 정공전달 용액)을 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. 정공전달층 형성을 위해 사용되는 용매는 유기 정공전달물질이 용해되며, 페로브스카이트 화합물 및 전자전달층의 물질과 화학적으로 반응하지 않는 용매이면 무방하다. 일 예로, 정공전달층 형성을 위해 사용되는 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 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The hole transport layer may be performed by applying and drying a solution containing an organic hole transport material (hereinafter, an organic hole transport solution) on the light absorption layer. The solvent used to form the hole transport layer may be a solvent in which an organic hole transport material is dissolved and does not chemically react with the perovskite compound and the material of the electron transport layer. As an example, the solvent used to form the hole transport layer may be a non-polar solvent, and as a practical example, toluene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole ( anisole), xylene, and a hydrocarbon-based solvent having 6 to 14 carbon atoms, but is not limited thereto.

유기 정공전달층 상에는 유기 정공전달층과 접하여 상술한 투명전극이 위치할 수 있으며, 구체적으로, 유기 정공전달층에 접하여 유기 정공전달층 상에 위치하는 제2전이금속산화물 막, 제2전이금속산화물 막 상부에 위치하는 제1전이금속산화물 막을 포함하는 버퍼층; 및 버퍼층의 제1전이금속산화물 막 상부에 위치하는 투명 전도성 산화물 층;을 포함하는 투명 전극이 위치할 수 있다. The above-described transparent electrode may be positioned on the organic hole transport layer in contact with the organic hole transport layer, and specifically, a second transition metal oxide film and a second transition metal oxide positioned on the organic hole transport layer in contact with the organic hole transport layer. A buffer layer including a first transition metal oxide film positioned on the film; And a transparent conductive oxide layer positioned on the first transition metal oxide layer of the buffer layer.

투명 전극은 유기 정공전달층 상에 열 증착등의 증착 방법을 이용하여 제2전이금속산화물 막과 제1전이금속산화물 막을 순차적으로 형성한 후, RF 스퍼터링등과 같은 증착 방법을 이용하여 투명 전도성 산화물 층을 형성함으로써 제조될 수 있다.For the transparent electrode, a second transition metal oxide layer and a first transition metal oxide layer are sequentially formed on the organic hole transport layer using a vapor deposition method such as thermal evaporation, and then a transparent conductive oxide layer is formed using a deposition method such as RF sputtering. It can be produced by forming a layer.

본 발명은 제1전극이 투명 전극인 상술한 페로브스카이트 태양전지를 상부 셀로 포함하는 4-터미널 탠덤 태양전지를 포함한다.The present invention includes a four-terminal tandem solar cell including the above-described perovskite solar cell in which the first electrode is a transparent electrode as an upper cell.

구체적으로, 본 발명에 따른 4-터미널 탠덤 태양전지는 제1전극이 투명 전극인 상술한 페로브스카이트 태양전지를 상부 셀(cell)로, 800nm 이상의 광을 흡수하여 광전류를 생성하는 무기 광흡수층이 구비된 무기 태양전지를 하부 셀(cell)로 포함한다.Specifically, in the four-terminal tandem solar cell according to the present invention, the above-described perovskite solar cell in which the first electrode is a transparent electrode is used as an upper cell, and an inorganic light absorbing layer that generates a photocurrent by absorbing light of 800 nm or more. It includes the provided inorganic solar cell as a lower cell (cell).

4-터미널 탠덤 구조임에 따라, 하부 셀로 구비되는 태양전지는 800nm 이상의 광을 흡수하여 광전류를 생성하는 한, 그 단독으로 광 기전력을 생산할 수 있는, 종래의 어떠한 태양전지라도 무방하다.Due to the four-terminal tandem structure, a solar cell provided as a lower cell may be any conventional solar cell capable of producing photovoltaic power by itself as long as it absorbs light of 800 nm or more to generate a photocurrent.

일 예로, 하부 셀로 구비되는 태양전지는 실리콘 태양전지일 수 있으며, 결정상을 기준으로 실리콘 태양전지는 단결정, 다결정 또는 비정질 Si 태양전지등를 포함할 수 있고, 구조상 실리콘 태양전지는 TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact) 구조, n-PERT(Passivated Emitter Rear Total Diffused) 구조, HBC(Heterojuction Back Contact) 구조 또는 구조, PERC(Passivated Emitter and Rear Contact) 구조등의 실리콘 태양전지를 포함할 수 있다. 그러나, 무기 광흡수체가 실리콘으로 한정되는 것은 아니며, 하부셀이 CIGS나 GaAs등과 같은 화합물 반도체 태양전지가 하부 셀로 위치할 수도 있음은 물론이다.For example, a solar cell provided as a lower cell may be a silicon solar cell, and a silicon solar cell based on a crystalline phase may include a single crystal, polycrystalline or amorphous Si solar cell, and the silicon solar cell in structure is TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact ) Structure, n-PERT (Passivated Emitter Rear Total Diffused) structure, HBC (Heterojuction Back Contact) structure or structure, PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) structure, etc. may include a silicon solar cell. However, the inorganic light absorber is not limited to silicon, and it goes without saying that the lower cell may be a compound semiconductor solar cell such as CIGS or GaAs as the lower cell.

(실시예 1)(Example 1)

FTO 기판(불소 함유 산화주석이 코팅된 유리 기판, FTO; F-doped SnO2, 8 ohms/cm2, Pilkington) 상 20mM 농도의 타이타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트) 용액을 450℃에서 분무 열분해하여 60nm의 TiO2 박막을 제조하였다. A 20mM concentration of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) solution on an FTO substrate (a glass substrate coated with fluorine-containing tin oxide, FTO; F-doped SnO 2 , 8 ohms/cm 2 , Pilkington) at 450°C Spray pyrolysis to prepare a 60nm TiO 2 thin film.

이후, 평균 직경이 50nm이며 아나타제상의 TiO2 나노입자 페이스트(SC-HT040, ShareChem, Korea)를 TiO2 박막 상 스핀 코팅하고 공기중 500℃에서 1시간 동안 하소처리하여 100nm 두께의 다공성 TiO2 층을 형성하였다.Thereafter, an anatase-shaped TiO 2 nanoparticle paste (SC-HT040, ShareChem, Korea) with an average diameter of 50 nm was spin-coated on a TiO2 thin film and calcined at 500°C in air for 1 hour to form a 100 nm-thick porous TiO 2 layer. I did.

이후, 다공성 TiO2층 상에 페로브스카이트 용액을 1000rpm 5초 및 5000rpm 20초로 스핀코팅하되, 페로브스카이트 용액의 스핀코팅 중 코팅 시작시점에서 12초후 1ml의 디에틸에테르를 주입하고, 스핀 코팅이 완료된 후 150℃에서 10분동안 어닐링하여 (FAPbI3)1-z(MAPbBr3)z(FA=formamidinium, MA=methylammonium, z=0.05) 조성의 페로브스카이트 화합물 층인 광흡수층을 형성하였다. 이때, 페로브스카이트 용액은 889 mg/ml FAPbI3(FA=formamidinium), 33 mg/ml MAPbBr3(MA=methylammonium), 및 33 mg/ml MACl(MA=methylammonium)이 되도록 디메틸포름아마이드(DMF)와 디메틸술폭시드(DMSO) 혼합용매(DMF:DMSO = 8:1 v/v)에 FAPbI3, MAPbBr3, 및 MACl을 투입 및 용해시켜 제조하였다. Thereafter, the perovskite solution was spin-coated on the porous TiO 2 layer at 1000 rpm for 5 seconds and 5000 rpm for 20 seconds, but 1 ml of diethyl ether was injected after 12 seconds from the start of coating during the spin coating of the perovskite solution, and spin After the coating was completed, annealing was performed at 150° C. for 10 minutes to form a light-absorbing layer, a perovskite compound layer having a composition of (FAPbI 3 ) 1-z (MAPbBr 3 )z (FA=formamidinium, MA=methylammonium, z=0.05). . At this time, the perovskite solution was 889 mg/ml FAPbI 3 (FA=formamidinium), 33 mg/ml MAPbBr 3 (MA=methylammonium), and 33 mg/ml MACl (MA=methylammonium) in dimethylformamide (DMF ) And dimethyl sulfoxide (DMSO) mixed solvent (DMF:DMSO = 8:1 v/v) FAPbI 3 , It was prepared by adding and dissolving MAPbBr 3 , and MACl.

이후, 제조된 광흡수층에 유기정공전달 용액을 3000rpm으로 30초 동안 스핀 코팅하여 유기 정공전달층을 형성하였다. 이때, 유기정공전달 용액은 톨루엔에 PTAA(poly(triarylamine))이 11mg/ml가 되도록 투입하고, 3.7㎕의 Li-TFSI(Li-bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 아세토니트릴 용액(340 mg/ml) 및 3.7㎕의 tBP(4-tert-butylpyridine)을 혼합하여 제조하였다.Thereafter, an organic hole transport solution was spin-coated on the prepared light absorption layer at 3000 rpm for 30 seconds to form an organic hole transport layer. At this time, the organic hole transport solution was added to 11 mg/ml of PTAA (poly(triarylamine)) in toluene, and 3.7 μl of Li-TFSI (Li-bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) acetonitrile solution (340 mg/ml) and It was prepared by mixing 3.7µl of t BP (4-tert-butylpyridine).

이후, 열 증발기(thermal evaporator)를 사용하여 제조된 유기 정공전달층 상 85nm 두께의 텅스텐 산화물 막을 열 증착(기판 온도 50℃)한 후, 동일한 열 증발기를 이용하여 텅스텐 산화물 막 상에 20nm 두께로 나이오븀 산화물 막을 열 증착(기판 온도 80℃)하여 버퍼층을 제조하였다.Thereafter, a tungsten oxide film having a thickness of 85 nm on the organic hole transport layer prepared using a thermal evaporator was thermally evaporated (substrate temperature 50°C), and then aged to a thickness of 20 nm on the tungsten oxide film using the same thermal evaporator. An obium oxide film was thermally evaporated (substrate temperature of 80°C) to prepare a buffer layer.

이후, 상온 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 버퍼층의 나이오븀 산화물 막 상에 150nm 두께로 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하여 투명 전도성 산화물층을 형성하였다. 제조된 ITO층의 면저항은 15 ohm/sq였다.Thereafter, ITO (Indium Tin Oxide) was deposited to a thickness of 150 nm on the niobium oxide film of the buffer layer by using room temperature DC magnetron sputtering to form a transparent conductive oxide layer. The sheet resistance of the prepared ITO layer was 15 ohm/sq.

이후, 열 증발기 및 쉐도우 마스크를 이용하여 ITO층 상에 70nm 두께의 Au 핑거 바를 형성하였다. Thereafter, an Au finger bar having a thickness of 70 nm was formed on the ITO layer using a thermal evaporator and a shadow mask.

무반사(AR; anti-reflection) 코팅층을 형성하는 경우, 제조된 태양전지의 유리/FTO 기판측에 상용 무반사 필름(NuShield)을 부착하고, Au 핑거 바가 형성된 ITO층 상에 175nm 두께로 LiF를 열증착하였다. In the case of forming an anti-reflection (AR) coating layer, a commercial anti-reflective film (NuShield) is attached to the glass/FTO substrate side of the manufactured solar cell, and LiF is thermally evaporated to a thickness of 175 nm on the ITO layer with Au finger bars. I did.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에서 텅스텐 산화물 막 상에 20nm 두께 대신 5nm 두께로 나이오븀 산화물 막을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a niobium oxide film was formed with a thickness of 5 nm instead of 20 nm on the tungsten oxide film in Example 1.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1에서 텅스텐 산화물 막 상에 20nm 두께 대신 30nm 두께로 나이오븀 산화물 막을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the niobium oxide film was formed with a thickness of 30 nm instead of 20 nm on the tungsten oxide film in Example 1.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 태양전지를 상부 셀로 하고, PERC형 (passivated emitter and rear cell type) Si 태양전지를 하부 셀로 하여, 하부 셀 위에 상부 셀을 단순 적층하여 4-터미날 탠덤 태양전지를 제조하였다.The perovskite solar cell prepared in Example 1 was used as the upper cell, and the PERC type (passivated emitter and rear cell type) Si solar cell was used as the lower cell, and the upper cell was simply stacked on the lower cell to form a 4-terminal tandem solar cell. Was prepared.

PERC형 Si 태양전지를 제조하기 위해, 1cmx1cm 크기의 p형 Si 단결정 웨이퍼(저항 1 Ω·cm)를 트리클로로에탄과 산소의 혼합가스 분위기에서 1050℃로 열처리하여 p형 Si 단결정 웨이퍼의 상면에 실리콘산화막을 형성시켰으며, 고체 상태의 P 소스를 이용하여 830℃에서 20분동안 열처리하여 P를 Si 단결정 웨이퍼에 도핑(열 확산)시켰고, 후면 Al 전극(contact) 하부쪽으로 B를 확산시켰다. To manufacture a PERC type Si solar cell, a 1cmx1cm p-type Si single crystal wafer (resistance 1 Ω·cm) was heat-treated at 1050°C in a mixed gas atmosphere of trichloroethane and oxygen to place silicon on the upper surface of the p-type Si single crystal wafer. An oxide film was formed and heat-treated at 830° C. for 20 minutes using a solid P source to dop (heat diffusion) P to the Si single crystal wafer, and diffuse B to the lower side of the rear Al electrode (contact).

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1과 동일하게 수행하되, 유기 정공전달층을 형성한 후, 텅스텐 산화물 막, 나이오븀 산화물 막 및 ITO를 증착하지 않고, 열 증발기를 이용하여 유기 정공전달층 상에 바로 Au 전극(70nm 두께)을 형성하여 레퍼런스 태양전지를 제조하였다.Perform the same as in Example 1, but after forming the organic hole transport layer, without depositing the tungsten oxide film, niobium oxide film, and ITO, directly on the organic hole transport layer using a thermal evaporator Au electrode (70 nm thick ) To prepare a reference solar cell.

무반사(AR; anti-reflection) 코팅층을 형성하는 경우, Au 전극에 의해 불투명 태양전지가 제조된 경우임에 따라, 제조된 태양전지의 유리/FTO 기판측에만 상용 무반사 필름(NuShield)을 부착하였다.In the case of forming an anti-reflection (AR) coating layer, a commercial non-reflective film (NuShield) was attached only to the glass/FTO substrate side of the manufactured solar cell, as an opaque solar cell was manufactured by an Au electrode.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 1과 동일하게 수행하되, 텅스텐 산화물 막 증착 후 나이오븀 산화물 막을 증착하지 않고, 텅스텐 산화물 상에 바로 ITO를 증착하고 Au 핑거바를 형성하여 태양전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, except that the niobium oxide film was not deposited after the tungsten oxide film was deposited, ITO was deposited directly on the tungsten oxide and Au finger bars were formed to manufacture a solar cell.

무반사(AR; anti-reflection) 코팅층을 형성하는 경우, 제조된 태양전지의 유리/FTO 기판측에 상용 무반사 필름(NuShield)을 부착하고, Au 핑거 바가 형성된 ITO층 상에 175nm 두께로 LiF를 열증착하였다. In the case of forming an anti-reflection (AR) coating layer, a commercial anti-reflective film (NuShield) is attached to the glass/FTO substrate side of the manufactured solar cell, and LiF is thermally evaporated to a thickness of 175 nm on the ITO layer with Au finger bars. I did.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

실시예 4와 동일하게 수행하되, 실시예 1에서 제조된 태양전지 대신 비교예 2에서 제조된 태양전지를 상부 셀로 하여 탠덤 태양전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 4, a tandem solar cell was manufactured using the solar cell prepared in Comparative Example 2 instead of the solar cell prepared in Example 1 as an upper cell.

제조된 태양전지의 특성은 Keithley 2420 소스 미터를 사용하고, AM 1.5 G필터를 갖춘 450W Xe-램프 Oriel)를 사용하는 태양 시뮬레이터(Newport Oriel Class A 91195A)를 이용하여 표준 100mW/cm2 (1 SUN) 조건 하에서 측정되었다. 전류밀도 대 전압(J-V)은 1.5V~-0.2V 범위에서 10mV의 스텝 및 150mV/sec의 스캔 속도로 측정되었다. 실시예에서 제조된 태양전지 특성 측정시 활성면적은 0.0707cm2였으며, 비교예에서 제조된 태양전지 특성 측정시 활성면적은 0.094cm2였다. The manufactured solar cell is characterized by using a Keithley 2420 source meter and a solar simulator (Newport Oriel Class A 91195A) using a 450W Xe-lamp Oriel with an AM 1.5G filter, using a standard 100mW/cm 2 (1 SUN). ) Was measured under conditions. Current density versus voltage (JV) was measured in the range of 1.5V to -0.2V in steps of 10mV and scan speed of 150mV/sec. When measuring the characteristics of the solar cell manufactured in Example, the active area was 0.0707cm 2 , and when measuring the characteristics of the solar cell manufactured in Comparative Example, the active area was 0.094cm 2 .

태양전지 동작 안정성 테스트는 100mW/cm2 (1 SUN) 조건 하 최대전력점 추적(MPPT; maximum power point tracking)에 의해 수행되었다. 특성 조사 및 테스트시 주변 온도와 습도는 25℃ 및 30% 상대습도하에서 수행되었다. The solar cell operation stability test was performed by maximum power point tracking (MPPT) under the condition of 100mW/cm 2 (1 SUN). During characterization and testing, ambient temperature and humidity were performed at 25° C. and 30% relative humidity.

외부광자효율(EQE; External Quantum Efficiency) 측정은 공기 중 실온(25℃)에서 양자 효율 측정 장치(Newport, Model Quantx-300)를 사용하여 수행되었다. 임피던스 분광(Impedance spectroscopy)은 전기 화학적 임피던스 분광(EIS) 시스템(모델 PGSTAT302N, AUTOLAB)을 이용하여 수행되었으며, 1MHz에서 10mHz까지 스윕(sweep)에 의해 수행되었다. 임피던스 분광시 개방회로 전압(VOC)에서 AM 1.5 G하 1 MHz에서 10 mHz까지 스윕(sweep)되었다.External quantum efficiency (EQE) measurement was performed using a quantum efficiency measuring device (Newport, Model Quantx-300) at room temperature (25°C) in air. Impedance spectroscopy was performed using an electrochemical impedance spectroscopy (EIS) system (model PGSTAT302N, AUTOLAB), and was performed by sweep from 1 MHz to 10 mHz. During impedance spectroscopy, the open circuit voltage (V OC ) was swept from 1 MHz to 10 mHz under AM 1.5 G.

투명전도성 산화물층과 버퍼층 분석 관련, 광 투과율 및 흡수 스펙트럼은 300 ~ 1200nm 파장에 대한 UV-가시 분광광도계(Shimadzu UV 2550)를 이용하여 수득되었다. 각 물질층의 일함수 및 가전자대 최대 에너지 레벨은 21.22eV의 광자 에너지를 갖는 자외선 광전자 분광(UPS; ultraviolet photoelectron spectroscopy, Thermo Scientific)에 의해 결정되었다. 각 물질의 산화 상태(oxidation state)는 X-선 광전자 분광(XPS;X-ray photoelectron spectroscopy, Thermo Scientific, Al Kα 소스)을 이용하여 분석하였다.Regarding the analysis of the transparent conductive oxide layer and the buffer layer, light transmittance and absorption spectrum were obtained using a UV-visible spectrophotometer (Shimadzu UV 2550) for a wavelength of 300 to 1200 nm. The work function and valence band maximum energy level of each material layer was determined by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) with photon energy of 21.22 eV. The oxidation state of each material was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Thermo Scientific, Al Kα source).

4-터미날 탠덤 태양전지의 J-V 특성은 AAA 태양 시뮬레이터 (Abet Technologies, Inc) 및 소스 미터(Keithley 2400)를 이용하여 100mW/cm2 조건 하에서 측정되었으며, 실온(25℃)에서 0.1V/sec의 스캔 속도로 측정되었다. 4-터미날 탠덤 태양전지의 외부양자효율(EQE)은 제논 아크 램프의 단색광을 이용하여 PV 측정 QXE7 스펙트럼 응답 시스템(PV Measurement QXE7 Spectral Response system)을 이용하여 측정하였다. EQE는 300~100nm 및 1000~1400nm의 2개의 파장 영역에 대해 공인된 레퍼런스 셀을 이용하여 보정되었다. 탠덤 태양전지에서 실리콘 태양전지(하부 셀)과 페로브스카이트 태양전지(상부 셀) 각각에 대해 J-V 및 EQE 측정이 이루어졌다.The JV characteristics of the 4-terminal tandem solar cell were measured under 100mW/cm 2 conditions using an AAA solar simulator (Abet Technologies, Inc) and a source meter (Keithley 2400), and a scan of 0.1V/sec at room temperature (25℃) Measured by speed. The external quantum efficiency (EQE) of the 4-terminal tandem solar cell was measured using the PV Measurement QXE7 Spectral Response system using monochromatic light from a xenon arc lamp. The EQE was calibrated using a certified reference cell for two wavelength ranges of 300-100nm and 1000-1400nm. In tandem solar cells, JV and EQE measurements were made for each of a silicon solar cell (lower cell) and a perovskite solar cell (upper cell).

이하, 제시된 도면 및 표에서 'WOx/NbOy'는 특별히 실시예 기재하지 않는 한 실시예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하며, 무반사 코팅층이 구비되지 않은 실시예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미한다. 'WOx/NbOy-AR' 또한 특별히 실시예 기재하지 않는 한 실시예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하며, 무반사 코팅층이 구비된 실시예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미한다. 'Au'는 무반사 코팅층이 구비되지 않은 비교예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하고, 'Au-AR'은 무반사 코팅층이 구비된 비교예 1에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하며, 'WOx'는 무반사 코팅층이 구비되지 않은 비교예 2에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하며, 'WOx-AR'은 무반사 코팅층이 구비된 비교예 2에서 제조된 태양전지의 결과를 의미한다. 또한, 이하 제시되는 도면 및 표에서 AR이 기재되지 않은 경우는 모두 무반사 필름이 형성되지 않은 태양전지를 이용하여 측정된 결과를 의미한다.Hereinafter, in the drawings and tables presented,'WOx/NbOy' means the result of the solar cell manufactured in Example 1, unless specifically described in the Example, and the result of the solar cell manufactured in Example 1 without an anti-reflective coating layer. Means. 'WOx/NbOy-AR' also refers to the result of the solar cell manufactured in Example 1, unless specifically described in Example, and refers to the result of the solar cell manufactured in Example 1 provided with an anti-reflective coating layer. 'Au' means the result of the solar cell manufactured in Comparative Example 1 without an anti-reflective coating layer,'Au-AR' means the result of the solar cell manufactured in Comparative Example 1 equipped with an anti-reflective coating layer, ' WOx' refers to the result of the solar cell prepared in Comparative Example 2 without an anti-reflective coating layer, and'WOx-AR' refers to the result of the solar cell prepared in Comparative Example 2 with an anti-reflective coating layer. In addition, in the drawings and tables presented below, when AR is not described, it means a result measured using a solar cell in which an anti-reflective film is not formed.

도 1은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 측정결과를 도시한 도면이다. 도 1에서 0nm, 5nm, 20nm 및 30nm는 나이오븀 산화물 막의 두께를 의미하는 것으로, 0nm는 비교예 2에서 제조된 태양전지의 결과를, 20nm는 실시예 1에서 제조된 태양전지의 결과를, 5nm는 실시예 2에서 제조된 태양전지의 결과를, 30nm는 실시예 3에서 제조된 태양전지의 결과를 의미하는 것이다. 1 is a view showing current density-voltage measurement results of solar cells prepared in Examples 1, 2, 3, and 2; In FIG. 1, 0nm, 5nm, 20nm and 30nm refer to the thickness of the niobium oxide film, 0nm refers to the result of the solar cell prepared in Comparative Example 2, 20nm refers to the result of the solar cell prepared in Example 1, 5nm Is the result of the solar cell manufactured in Example 2, and 30 nm is the result of the solar cell manufactured in Example 3.

표 1은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방회로전압(VOC), 필 팩터(FF), 광전변환효율(η), 병렬 저항(RSH) 및 직렬 저항(RS)을 정리 도시한 것이다.Table 1 shows the short-circuit current density (J SC ), open circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency of the solar cells prepared in Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 2. η), parallel resistance (R SH ) and series resistance (R S ) are summarized.

(표 1)(Table 1)

Figure 112019029992072-pat00002
Figure 112019029992072-pat00002

도 1 및 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예에서 제조된 태양전지의 경우 텅스텐 산화물 단일막이 구비된 비교예 2의 태양전지 대비 매우 향상된 필팩터를 가짐을 알 수 있으며, 비교예 2의 태양전지와 유사하거나 보다 우수한 션트(shunt) 특성을 가지며 비교예 2의 태양전지 대비 40% 수준까지 감소된 직렬 저항을 가짐을 알 수 있다. As can be seen from Fig. 1 and Table 1, it can be seen that the solar cell manufactured in Example has a very improved fill factor compared to the solar cell of Comparative Example 2 provided with a single tungsten oxide film, and the solar cell of Comparative Example 2 and It can be seen that it has similar or better shunt characteristics and has a series resistance reduced to a level of 40% compared to the solar cell of Comparative Example 2.

향상된 저항 특성 및 필 팩터에 의해 본 발명에 따른 투명 전극이 구비된 태양전지의 광전변환효율이 비교예 2의 태양전지의 광전변환효율 대비 121%에 이르도록 향상됨을 알 수 있다.It can be seen that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell equipped with the transparent electrode according to the present invention is improved to reach 121% compared to the photoelectric conversion efficiency of the solar cell of Comparative Example 2 due to the improved resistance characteristics and fill factor.

도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 전류밀도-전압 측정결과를 도시한 도면이며, 표 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방회로전압(VOC), 필 팩터(FF), 광전변환효율(η), 병렬 저항(RSH) 및 직렬 저항(RS)을 정리 도시한 것이다.2 is a view showing the current density-voltage measurement results of the solar cells prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Table 2 is a solar cell prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 The short circuit current density (J SC ), open circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency (η), parallel resistance (R SH ), and series resistance (R S ) of the battery are summarized.

(표 2)(Table 2)

Figure 112019029992072-pat00003
Figure 112019029992072-pat00003

도 2 및 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명 전극이 구비된 태양전지의 경우, 불투명 금속 전극인 Au가 구비된 기준 태양전지에 근접하는 개방회로 전압 및 포화전류밀도를 가짐을 알 수 있으며, 나아가, 기준 태양전지보다도 우수한 필팩터를 가짐을 알 수 있다. 또한, 비록 기준 전지보다는 저항 특성이 조금 떨어지나, 도 1 및 표 1을 통해 살핀 바와 같이, 단일 전이금속산화물 막이 구비되는 비교예 2보다 현저하게 우수한 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 무반사 코팅층을 형성하여 포화전류밀도를 증가시키는 경우, 19.5%에서 19.7%까지 광전변환효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. As can be seen from Figure 2 and Table 2, in the case of a solar cell equipped with a transparent electrode manufactured according to an embodiment of the present invention, the open circuit voltage and saturation current close to the reference solar cell provided with the opaque metal electrode Au It can be seen that it has a density, and furthermore, it can be seen that it has a better fill factor than the standard solar cell. In addition, although the resistance characteristic is slightly inferior to the reference battery, it can be seen from FIG. 1 and Table 1 that it has remarkably superior resistance characteristics than Comparative Example 2 in which a single transition metal oxide film is provided as salpin. In addition, it can be seen that when the saturation current density is increased by forming an antireflection coating layer, photoelectric conversion efficiency can be improved from 19.5% to 19.7%.

도 3은 비교예 2에서 제조된 태양전지 및 실시예 1에서 제조된 태양전지의 광투과율(transmittance, %)을 측정 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극의 경우 투명 전도성 산화물층 하부에 2중막인 전이금속산화물 막이 위치함에 따라, 단일한 전이금속산화물 막이 구비되는 비교예 2보다 광 투과율이 낮아질 것으로 예상할 수 있다. 그러나, 도 3에서 알 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 태양전지의 광투과율이 비교예 2에서 제조된 태양전지의 광투과율과 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 800~900nm 파장 대역에서는 오히려 비교예 2보다 더 높은 광투과율(75% 이상)을 가짐을 확인할 수 있다. 이는 투명 전도성 산화물-투명 전도성 산화물과 제2전이금속산화물보다 큰 굴절률을 갖는 제1전이금속산화물 막-제2전이금속산화물 막의 투명 전극 구조에 의해 Si과 같은 무기 광흡수체에서 효과적으로 흡수하는 파장 대역의 광투과율이 보다 향상됨을 보이는 결과이다. 추가 실험을 통해, 무반사 코팅층이 형성되는 경우, 800-1100nm 대역에서 평균 투과율이 71.5%에 이름을 확인하였다. 3 is a diagram illustrating measurement of light transmittance (%) of the solar cell manufactured in Comparative Example 2 and the solar cell manufactured in Example 1. FIG. In the case of the transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention, as the transition metal oxide layer, which is a double layer, is positioned under the transparent conductive oxide layer, it can be expected that the light transmittance will be lower than that of Comparative Example 2 in which a single transition metal oxide layer is provided. . However, as can be seen from FIG. 3, it can be seen that the light transmittance of the solar cell prepared in Example 1 is not significantly different from the light transmittance of the solar cell prepared in Comparative Example 2. Further, it can be seen that in the 800 ~ 900nm wavelength band, it has a higher light transmittance (75% or more) than Comparative Example 2. This is due to the transparent electrode structure of the transparent conductive oxide-the first transition metal oxide film having a greater refractive index than the transparent conductive oxide and the second transition metal oxide-the second transition metal oxide film, so that the wavelength band is effectively absorbed by an inorganic light absorber such as Si. This is a result showing that the light transmittance is further improved. Through additional experiments, when the anti-reflective coating layer was formed, the name was confirmed at an average transmittance of 71.5% in the 800-1100 nm band.

도 4는 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 동작 안정성 테스트 결과를 도시한 도면이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 1SUN의 광을 연속적으로 조사하여도 실시예 1에서 제조된 태양전지의 경우 광전변환효율이 감소하지 않고 실질적으로 그대로 유지됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 2에서 제조된 태양전지의 경우 광 조사 시간이 증가하며 광전변환효율이 지속적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 60분의 조사 시점에서 이미 초기 광전변환효율의 85% 수준으로 효율 저하가 발생함을 알 수 있다. 4 is a diagram showing the results of operation stability tests of the solar cells manufactured in Example 1 and Comparative Example 2. As can be seen from FIG. 4, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell manufactured in Example 1 is not decreased and substantially maintained as it is, even when 1 SUN of light is continuously irradiated. On the other hand, in the case of the solar cell manufactured in Comparative Example 2, it can be seen that the light irradiation time increases and the photoelectric conversion efficiency continues to decrease, and at the time of irradiation of 60 minutes, the efficiency decreases to 85% of the initial photoelectric conversion efficiency. It can be seen that it occurs.

도 2 내지 4를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극이 구비된 태양전지가 800nm 이상의 파장 대역에 대해 우수한 광투과율을 갖는 반투명성을 가지면서도, 종래 불투명 태양전지(일 예로, 실시예 1에서 제조된 태양전지)에 버금가는 우수한 광전변환효율을 나타냄과 동시에, 매우 우수한 동작 안정성을 가짐을 알 수 있다. 2 to 4, a solar cell equipped with a transparent electrode according to an embodiment of the present invention has translucency having excellent light transmittance for a wavelength band of 800 nm or more, while a conventional opaque solar cell (for example, Example It can be seen that it exhibits excellent photoelectric conversion efficiency comparable to that of the solar cell manufactured in step 1) and has very excellent operation stability.

도 5는 실시예 1엣 제시된 방법과 동일한 방법 및 두께로 제조된 WOx 막(도 5(a)), NbOy 막(도 5(b)), WOx막과 NbOy 막의 버퍼층(도 5(c)), ITO층(도 5(d))의 자외선 광전자 분광 스펙트럼을 도시한 도면이며, 도 5(e)는 각 막의 타우 플롯(Tauc's plot)을 도시한 도면이며, 도 5(f)는 각 막의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 도 5(e)에서 α는 흡수 계수(absorption coefficient)로 타우 플롯을 통해 각 막의 밴드갭 에너지를 산출할 수 있다. 도 5(f)의 에너지 밴드 다이어그램은 WOx 막, NbOy 막 또는 WOx막과 NbOy 막의 버퍼층이 ITO 층과 평형(접합) 상태의 에너지 밴드 다이어그램이며, 진공 상 전자의 에너지(vacuum level)를 기준(0 eV)으로 도시한 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 5(a) 내지 도 5(d)에서 Φ는 일함수를 나타낸 것이며, Ev는 진공 상 전자 에너지를 기준으로 가전자대 최대 에너지 레벨(Ev)을 나타낸 것이다. 5 is a WOx film (Fig. 5(a)), an NbOy film (Fig. 5(b)), a buffer layer of a WOx film and an NbOy film (Fig. 5(c)) prepared by the same method and thickness as the method presented in Example 1 , It is a diagram showing the ultraviolet photoelectron spectral spectrum of the ITO layer (FIG. 5(d)), FIG. 5(e) is a diagram showing the Tauc's plot of each film, and FIG. 5(f) is the energy of each film. It is a diagram showing a band diagram. In FIG. 5(e), α is an absorption coefficient, and the band gap energy of each film can be calculated through a tau plot. The energy band diagram of FIG. 5(f) is an energy band diagram in which the WOx film, the NbOy film, or the buffer layer of the WOx film and the NbOy film is in equilibrium (junction) with the ITO layer, based on the energy (vacuum level) of electrons in the vacuum phase (0 eV) is an energy band diagram. In FIGS. 5(a) to 5(d), Φ represents a work function, and Ev represents a valence band maximum energy level (Ev) based on electron energy in a vacuum.

도 5에서 알 수 있듯이, WOx막 상부에 20nm의 NbOy막이 열 증착되며, WOx에 NbOy의 약한 도핑(WOx와 NbOy의 계면에서의 상호혼합(intermixing))이 발생하며 버퍼층의 전도대 최소 에너지 레벨(도 5의 Ec)이 페르미 에너지 레벨에 보다 가까워짐을 알 수 있다. 도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극은 버퍼층과 ITO간 보다 유리한 에너지 밴드 매칭을 가져 태양전지의 내부 저항을 개선할 수 있다. As can be seen from FIG. 5, a 20 nm NbOy film is thermally deposited on the WOx film, and weak doping of NbOy (intermixing at the interface between WOx and NbOy) occurs on the WOx, and the minimum energy level of the conduction band of the buffer layer (Fig. It can be seen that Ec) of 5 is closer to the Fermi energy level. As can be seen from FIG. 5, the transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention can improve the internal resistance of the solar cell by having more advantageous energy band matching between the buffer layer and the ITO.

도 6은 실시예 1에서 제조된 투명전극(버퍼층-ITO), 비교예 1에서 제조된 전극(Au), 및 비교예 2에서 제조된 투명 전극(WOx-ITO)이 구비된 태양전지의 나이퀴스트 플롯(Nyquist plots)을 도시한 도면이다. 도 6에서 알 수 있듯이, 실시예에서 제조된 태양전지가 단일한 전이금속산화물 막을 갖는 비교예 2의 보다 약 10배 이상 낮은 저항 특성을 가짐을 알 수 있으며, 불투명 전극인 Au와 거의 동일한 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 6 is a Niqui of a solar cell equipped with a transparent electrode (buffer layer-ITO) manufactured in Example 1, an electrode (Au) manufactured in Comparative Example 1, and a transparent electrode (WOx-ITO) manufactured in Comparative Example 2 It is a diagram showing Nyquist plots. As can be seen from Figure 6, it can be seen that the solar cell manufactured in Example has a resistance characteristic that is about 10 times or more lower than that of Comparative Example 2 having a single transition metal oxide film, and is almost the same as that of Au, an opaque electrode. It can be seen that it has.

도 7(a)는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 전기화학적 임피던스 분광(EIS) 측정 결과를 기반으로, 주파수에 따른 캐패시턴스 값(C≡ 1/iωZ, Z=임피던스, ω=angular frequency)을 도시한 도면이며, 도 7(b)는 캐패시턴스-주파수 결과를 기반으로 산출한 에너지 레벨(Eω)에 따른 트랩 밀도 분포(trap density distribution)를 도시한 도면이다. 도 7(b)에서 에너지 레벨(Eω)은 밴드 에지(band edge, EBandedge)을 기준(=0eV)한 에너지 레벨이다. Figure 7 (a) is based on the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement results of the solar cells prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the capacitance value according to the frequency (C≡ 1/iωZ, Z= Impedance, ω = angular frequency), and FIG. 7(b) is a diagram illustrating a trap density distribution according to an energy level E ω calculated based on a capacitance-frequency result. In FIG. 7B, the energy level E ω is an energy level based on a band edge (E Bandedge ) (=0eV).

도 7(b)의 결과를 통해, 비교예 2의 단일 전이금속산화물 막-ITO 층의 구조를 갖는 투명 전극의 경우, 밴드 에지에서 먼 깊은 트랩(deep trap)이 주를 이룸을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극이 구비된 경우, 깊은 트랩이 밴드 에지측으로 이동함을 알 수 있으며, 불투명 전극인 Au 전극이 구비된 비교예 1의 경우와 거의 유사한 트랩 밀도 분포를 가짐을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 일 실시예에 따른 투명 전극이 태양전지에 구비되는 경우, 캐리어 밀도(carrier density)가 증가되며 전도도가 향상(저항의 감소)되고, 트랩 상태(trap states)가 최소화되며, 보다 향상된 필 팩터와 전지 효율을 가지는 것으로 해석할 수 있다. From the results of FIG. 7B, it can be seen that in the case of the transparent electrode having a structure of a single transition metal oxide film-ITO layer of Comparative Example 2, a deep trap far from the band edge is predominant. On the other hand, when the transparent electrode according to an embodiment of the present invention is provided, it can be seen that the deep trap moves toward the edge of the band, and a trap density distribution that is almost similar to that of Comparative Example 1 in which the Au electrode as an opaque electrode is provided. It can be confirmed that it has. These results indicate that when a transparent electrode according to an embodiment is provided in a solar cell, carrier density is increased, conductivity is improved (resistance is decreased), trap states are minimized, and a more improved peel is achieved. It can be interpreted as having a factor and cell efficiency.

도 8은 실시예 1에 제시된 방법과 동일한 방법 및 두께로 제조된 WOx 막(도 8의 WO), NbOy막(도 8의 NbOz) 및 WOx 막과 NbOy 막이 적층된 버퍼층(도 8의 WOy/NbOz)의 X-선 광전자 분광(XPS) 스펙트럼을 도시한 도면으로, 도 8(a)는 O 1s 스펙트럼을, 도 8(b)는 W 4f 스펙트럼을, 도 8(c)는 Nd 3d 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 8의 XPS 결과와 원소 분석을 통해, 제조된 텅스텐산화물 막 및 나이오븀산화물 막이 모두 산소 부족 상태의 막임을 확인하였다. FIG. 8 is a WOx film (WO in FIG. 8), an NbOy film (NbOz in FIG. 8), and a buffer layer (WOy/NbOz in FIG. 8) in which a WOx film and an NbOy film are stacked prepared in the same method and thickness as in Example 1. ) Of the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum, FIG. 8(a) shows the O 1s spectrum, FIG. 8(b) shows the W 4f spectrum, and FIG. 8(c) shows the Nd 3d spectrum. It is a drawing. Through the XPS result of FIG. 8 and elemental analysis, it was confirmed that the prepared tungsten oxide film and niobium oxide film were both in an oxygen-deficient state.

도 9(a)는 실시예 4에서 제조된 탠덤 태양전지 및 비교예 3에서 제조된 탠덤 태양전지의 상부 셀과 하부 셀 각각의 전류밀도-전압 그래프를 측정 도시한 도면이며, 도 9(b)는 실시예 4에서 제조된 탠덤 태양전지 및 비교예 3에서 제조된 탠덤 태양전지의 상부 셀(점선으로 도시)과 하부 셀(실선으로 도시)의 외부양자효율(EQE)을 도시한 도면이다. 표 3은 실시예 4와 동일한 방법으로 제조된 PERC형 Si 태양전지 단독(Si Cell), 실시예 4에서 제조되되, 상부 셀에 무반사코팅층(AR)이 구비되지 않은 탠덤 태양전지(WOx/NbOy), 실시예 4에서 제조되되 상부 셀에 무반사코팅층(AR)이 구비된 탠덤 태양전지(WOx/NbOy-AR), 비교예 3에서 제조된 탠덤 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방회로전압(VOC), 필 팩터(FF), 하부셀 광전변환효율(ηbottom), 상부셀 광전변환효율(ηtop), 탠덤 태양전지의 광전변환효율(η4-T)을 정리한 표이다.9(a) is a view showing measurement of current density-voltage graphs of each of the upper and lower cells of the tandem solar cell prepared in Example 4 and the tandem solar cell prepared in Comparative Example 3, and FIG. 9(b) Is a diagram showing the external quantum efficiency (EQE) of the upper cell (shown as a dotted line) and the lower cell (shown as a solid line) of the tandem solar cell manufactured in Example 4 and the tandem solar cell manufactured in Comparative Example 3. Table 3 shows a PERC-type Si solar cell alone (Si Cell) manufactured in the same manner as in Example 4, a tandem solar cell (WOx/NbOy) manufactured in Example 4 but not provided with an anti-reflective coating layer (AR) on the upper cell. , The tandem solar cell (WOx/NbOy-AR) prepared in Example 4 but provided with an anti-reflective coating layer (AR) on the upper cell, the short-circuit current density (J SC ) of the tandem solar cell prepared in Comparative Example 3, and open circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), lower cell photoelectric conversion efficiency (η bottom ), upper cell photoelectric conversion efficiency (η top ), and photoelectric conversion efficiency (η 4-T ) of tandem solar cells.

(표 3)(Table 3)

Figure 112019029992072-pat00004
Figure 112019029992072-pat00004

도 9 및 표 3에서 알 수 있듯이, 4-터미널 페로브스카이트-Si 탠덤 태양전지에서, 원활한 광전류 흐름에 의해 상부 셀이 페로브스카이트 셀(태양전지) 자체가 향상된 광전변환효율을 가짐과 동시에 본 발명에 따른 투명 전극이 구비된 페로브스카이트 상부 셀에 의해 Si 하부 셀의 광전변환효율이 6.9%에서 7.1%로 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, Si 셀 상부에 페로브스카이트 셀을 기계적으로 단순 적층시킴으로써, Si 태양전지에 의해 20.5%에 불과했던 효율이 27.0%, 무반사 코팅층이 형성되는 페로브스카이트 상부 셀을 이용하는 경우 27.6%까지 효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. As can be seen from Fig. 9 and Table 3, in the 4-terminal perovskite-Si tandem solar cell, the upper cell has improved photoelectric conversion efficiency due to the smooth flow of photocurrent and the perovskite cell (solar cell) itself At the same time, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency of the Si lower cell is improved from 6.9% to 7.1% by the upper perovskite cell provided with the transparent electrode according to the present invention. In addition, by mechanically simply laminating the perovskite cell on the top of the Si cell, the efficiency that was only 20.5% by the Si solar cell is 27.0%, and up to 27.6% when using the perovskite top cell with an anti-reflective coating layer. It can be seen that the efficiency can be increased.

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 the 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 (10)

광이 유입되는 제1면과 광전하가 유입되는 제2면을 갖는 투명 전도성 산화물 층; 및
상기 제2면에 접하여 위치하는 버퍼층;을 포함하며,
상기 버퍼층은 상기 제2면과 접하는 제1전이금속산화물 막과 상기 제1전이금속산화물 막과 접하여 위치하는 제2전이금속산화물 막을 포함하고,
상기 제1전이금속산화물은 상기 제2전이금속산화물의 전자친화도보다 작은 전자친화도를 가지며, 제1전이금속산화물의 밴드갭 에너지는 상기 제2전이금속산화물의 밴드갭 에너지보다 큰, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
A transparent conductive oxide layer having a first surface through which light is introduced and a second surface through which photocharges are introduced; And
Includes; a buffer layer positioned in contact with the second surface,
The buffer layer includes a first transition metal oxide layer in contact with the second surface and a second transition metal oxide layer in contact with the first transition metal oxide layer,
The first transition metal oxide has an electron affinity smaller than that of the second transition metal oxide, and the band gap energy of the first transition metal oxide is greater than the band gap energy of the second transition metal oxide. A transparent electrode provided on the side of the hole transport layer.
제 1항에 있어서,
상기 제1전이금속산화물의 일함수(work function)는 투명 전도성 산화물의 일함수와 같거나 크고 제2전이금속산화물의 일함수보다 작은, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
The method of claim 1,
A transparent electrode provided on the side of the hole transport layer of a solar cell, wherein a work function of the first transition metal oxide is equal to or greater than or greater than the work function of a transparent conductive oxide and smaller than a work function of the second transition metal oxide.
제 1항에 있어서,
상기 제1전이금속산화물 및 제2전이금속산화물은 각각 산소 부족(oxygen-deficiency) 상태인, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
The method of claim 1,
The first transition metal oxide and the second transition metal oxide are each in an oxygen-deficiency state, a transparent electrode provided on the side of the hole transport layer of the solar cell.
제 1항에 있어서,
상기 제1전이금속산화물 막의 두께는 5 내지 30nm이며, 상기 제2전이금속산화물 막의 두께를 상기 제1전이금속산화물 막의 두께로 나눈 두께비는 3 내지 20인, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
The method of claim 1,
The thickness of the first transition metal oxide film is 5 to 30 nm, and a thickness ratio obtained by dividing the thickness of the second transition metal oxide film by the thickness of the first transition metal oxide film is 3 to 20, provided on the hole transport layer side of the solar cell. Transparent electrode.
제 1항에 있어서,
상기 제1전이금속산화물 또는 제2전이금속산화물은 나이오븀 산화물, 지르코늄 산화물, 몰리브데넘 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물 또는 이들의 복합산화물인, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
The method of claim 1,
The first transition metal oxide or the second transition metal oxide is provided on the hole transport layer side of a solar cell, which is niobium oxide, zirconium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, or a composite oxide thereof. Transparent electrode.
제 1항에 있어서,
상기 투명 전극은 유기 정공전달층과 접하여 위치하여 광정공을 수집하는, 태양전지의 정공전달층 측에 구비되는 투명 전극.
The method of claim 1,
The transparent electrode is disposed in contact with the organic hole transport layer to collect light holes, a transparent electrode provided on the hole transport layer side of the solar cell.
제1투명전극;
제1투명전극 상 위치하는 전자전달층;
전자전달층 상 위치하며 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층;
광흡수층 상 위치하는 유기 정공전달층; 및
상기 유기 정공전달층과 버퍼층이 접하도록 유기 정공전달층 상 위치하는 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 투명 전극인 제2투명전극;
을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
A first transparent electrode;
An electron transport layer positioned on the first transparent electrode;
A light absorbing layer positioned on the electron transport layer and including a perovskite compound;
An organic hole transport layer positioned on the light absorption layer; And
A second transparent electrode, which is a transparent electrode according to any one of claims 1 to 6, positioned on the organic hole transport layer such that the organic hole transport layer and the buffer layer are in contact with each other;
Perovskite solar cell comprising a.
제 7항에 있어서,
850nm 파장에서의 광투과율이 75% 이상인 페로브스카이트 태양전지.
The method of claim 7,
Perovskite solar cell with light transmittance of 75% or more at 850nm wavelength.
제 7항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양전지는 4-터미널(4-terminal) 탠덤 태양전지의 상부셀용인 페로브스카이트 태양전지.
The method of claim 7,
The perovskite solar cell is a perovskite solar cell for an upper cell of a 4-terminal tandem solar cell.
제 7항에 따른 페로브스카이트 태양전지를 상부 셀(cell)로, 및 800nm 이상의 광을 흡수하여 광전류를 생성하는 무기 광흡수층이 구비된 무기 태양전지를 하부 셀(cell)로 포함하는 4-터미널 탠덤 태양전지.4- Terminal tandem solar cell.
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