KR102216194B1 - Method of manufacturing cobalt sulfide, Solar cell including thereof and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 황화코발트의 제조방법 및 이를 포함하는 태양 전지와 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 실시 예는 페로브스카이트 태양전지의 무기 정공수송물질로 이용하기에 적합한 황화코발트의 제조방법 및 황화코발트를 포함하는 페로브스카이트 태양전지와 이의 제조방법에 관한 것이다. The embodiment relates to a method of manufacturing cobalt sulfide, a solar cell including the same, and a method of manufacturing the same. Specifically, the embodiment relates to a method of manufacturing cobalt sulfide suitable for use as an inorganic hole transport material of a perovskite solar cell, a perovskite solar cell including cobalt sulfide, and a method of manufacturing the same.
태양전지의 광흡수층을 유무기 하이브리드형 페로브스카이트 물질로 이용하는 페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 값싼 재료 및 간단한 공정으로 인하여 고가의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 물질로 각광 받고 있다. Perovskite solar cells using the light absorbing layer of solar cells as organic/inorganic hybrid perovskite materials are in the spotlight as a next-generation material that can replace expensive silicon solar cells due to their high efficiency, inexpensive materials, and simple processes. .
페로브스카이트는 가시광선에 대한 흡광도가 높고 엑시톤 결합에너지가 낮아 태양전지에 적합하나, 공기중의 수분에도 열화 되는 등 수분에 매우 취약한 단점을 가지고 있다. 따라서 페로브스카이트의 구동 안정성을 확보하기 위해서는 무엇보다 페로브스카이트를 수분으로부터 차단시키는 것이 중요하다. 초기 페로브스카이트 태양전지는 극성 액체 전해질을 사용하여 페로브스카이트 결정이 분리되는 문제점이 있었으나, 이를 극복하기 위해 최근에는 정공수송층을 유기물로 형성하는 것이 보편화 되고 있다. Perovskite is suitable for solar cells due to its high absorbance to visible light and low exciton binding energy, but has a disadvantage of being very vulnerable to moisture, such as deterioration even in moisture in the air. Therefore, it is important to block the perovskite from moisture above all in order to secure the driving stability of the perovskite. Early perovskite solar cells had a problem in that perovskite crystals were separated using a polar liquid electrolyte, but in order to overcome this problem, it has become common to form a hole transport layer of an organic material.
최근 가장 보편적인 유기 정공수송물질은 spiro-OMeTAD이다. 다수의 연구결과에 따르면 spiro-OMeTAD를 정공수송층으로 이용하는 경우 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency)을 나타내는 고효율 태양전지를 제조할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 복잡한 합성과정, 정제과정의 어려움 및 높은 제조단가 등을 해결 하기 위해서는 추가적인 연구가 필요한 실정이다. The most common organic hole transport material in recent years is spiro-OMeTAD. According to the results of a number of studies, it seems that when spiro-OMeTAD is used as a hole transport layer, a high-efficiency solar cell exhibiting high power conversion efficiency can be manufactured. However, in order to solve the complicated synthesis process, the difficulty of the purification process, and the high manufacturing cost, additional research is required.
spiro-OMeTAD로 대표되는 유기 정공수송물질의 가장 큰 문제점은 태양전지의 장기 안정성을 담보할 수 없다는 것에 있다. 유기 정공수송물질은 유기물의 특성상 낮은 전기전도도를 극복하기 위해 첨가제를 도핑하는 도핑공정을 수반하게 된다. 그러나 도핑공정 중에 첨가되는 첨가제는 흡습성이 있어 페로브스카이트의 열화현상을 촉진시키고, 태양전지의 전력 변환 효율을 급격하게 하락시킬 수 있다. 더욱이 이러한 도핑 공정은 조절이 어렵고 전체적인 태양전지 제조공정을 복잡하게 하며 제조단가를 상승시키므로 페로브스카이트 태양전지 상용화에 걸림돌이 될 여지가 있다.The biggest problem of organic hole transport materials represented by spiro-OMeTAD is that it cannot guarantee long-term stability of solar cells. The organic hole transport material is accompanied by a doping process of doping additives to overcome low electrical conductivity due to the nature of organic materials. However, additives added during the doping process are hygroscopic, which can accelerate the deterioration of the perovskite and rapidly lower the power conversion efficiency of the solar cell. Moreover, since such doping process is difficult to control, complicates the overall solar cell manufacturing process, and increases manufacturing cost, there is a room for obstacles to commercialization of perovskite solar cells.
이러한 문제를 해결하기 위해 전기전도도가 상대적으로 우수한 무기 정공수송물질을 개발하려는 연구가 지속되어 왔으나, 페로브스카이트 태양전지에 적합한 밴드 갭(Band gap)을 가지는 물질을 찾기 힘든 것이 사실이다. In order to solve this problem, research to develop an inorganic hole transport material having relatively excellent electrical conductivity has been continued, but it is true that it is difficult to find a material having a band gap suitable for perovskite solar cells.
실시 예의 과제는, 페로브스카이트 태양전지에 적합한 밴드 갭을 가지고, 제조단가가 저렴하며 적층이 용이한 황화코발트의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the embodiment is to provide a method of manufacturing cobalt sulfide which has a band gap suitable for perovskite solar cells, has a low manufacturing cost, and is easy to stack.
실시 예의 다른 과제는, 황화코발트를 포함함으로써, 저비용 및 단순한 공정으로 제조할 수 있고, 흡습성 있는 첨가제를 포함하지 않아 장기 안정성 및 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the embodiment is to provide a perovskite solar cell having high long-term stability and efficiency, and a method for manufacturing the same, since it can be manufactured in a low cost and simple process by including cobalt sulfide, and does not contain hygroscopic additives.
상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따르면, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 광흡수층 및 광흡수층 상에 위치하고 황화코발트를 포함하는 정공수송층을 포함하는 태양전지가 제공된다. According to an embodiment for solving the above problem, there is provided a solar cell including a light absorption layer including a perovskite material and a hole transport layer including cobalt sulfide located on the light absorption layer and the light absorption layer.
상기 태양전지는 광흡수층 하에 위치한 전자수송층, 전자수송층 하에 위치한 제1 전극 및 정공수송층 상에 위치한 제2 전극을 더 포함할 수 있다. The solar cell may further include an electron transport layer located under the light absorption layer, a first electrode located under the electron transport layer, and a second electrode located on the hole transport layer.
상기 정공수송층은 유기 정공수송물질을 포함하며, 유기 정공수송물질은 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 상기 태양 전지에서 전류가 발생하기 시작한 제1 시간 이후 1000시간이 지난 제2 시간에서의 전력 변환 효율(power conversion efficiency)은 상기 제1 시간에서의 전력 변환 효율의 90% 이상일 수 있다. The hole transport layer may contain an organic hole transport material, and the organic hole transport material may not contain an additive. The power conversion efficiency at a
상기 정공수송층은 다수의 층을 포함하고, 상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, 상기 x 및 y는 1 내지 10의 범위 내의 값이며, 각각의 상기 정공수송층이 포함하는 상기 황화코발트의 x 및 y의 값은 상이 할 수 있다.The hole transport layer includes a plurality of layers, the cobalt sulfide is represented by CoxSy, the x and y are values within the range of 1 to 10, and the x and y of the cobalt sulfide included in each of the hole transport layers Values can be different.
상기 정공수송층은 제1 정공수송층 및 제2 정공수송층을 포함하고, 제1 정공수송층은 황화 코발트를 포함하고, 제2 정공수송층은 유기 정공수송물질을 포함하며, 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. The hole transport layer includes a first hole transport layer and a second hole transport layer, the first hole transport layer contains cobalt sulfide, and the second hole transport layer contains an organic hole transport material, and may not contain additives.
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, 상기 x 및 y는 1 내지 10의 범위 내의 값이며, 황화코발트의 가전자대(Valence band)는 -5.43eV 내지 -5.22eV 사이의 값을 가질 수 있다. The cobalt sulfide is represented by CoxSy, the x and y are values within the range of 1 to 10, and the valence band of cobalt sulfide may have a value between -5.43 eV and -5.22 eV.
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, x/y 는 1 이상의 값을 가지며, 황화코발트의 가전자대(Valence band)는 -5.37eV 내지 -5.25eV 사이의 값을 가질 수 있다. The cobalt sulfide is represented by CoxSy, x/y has a value of 1 or more, and a valence band of cobalt sulfide may have a value between -5.37eV and -5.25eV.
상기 황화코발트의 x와 y의 비(x:y)는 1:1, 9:8 또는 4:3 일 수 있다.The ratio of x and y of cobalt sulfide (x:y) may be 1:1, 9:8, or 4:3.
상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따르면, Å양전지의 제조방법은 제1 전극을 제공하는 단계, 제1 전극 상에 용액 공정으로 전자수송물질을 적층하고 소결하여 전자수송층을 형성하는 단계, 전자수송층 상에 용액 공정으로 페로브스카이트 용액을 도포하고 페로브스카이트 결정을 성장시켜 광흡수층을 형성하는 단계, 광흡수층 상에 용액 공정으로 황화코발트를 적층하여 정공수송층을 형성하는 단계 및 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to an embodiment for solving the above problem, a method of manufacturing an Å positive battery includes providing a first electrode, depositing an electron transport material on the first electrode in a solution process and sintering to form an electron transport layer, and Applying a perovskite solution on the transport layer by a solution process and growing perovskite crystals to form a light absorbing layer, laminating cobalt sulfide by a solution process on the light absorbing layer to form a hole transport layer, and a hole transport layer And forming a second electrode thereon.
상기 정공수송층을 형성하는 단계는 유기 정공전달물질을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. Forming the hole transport layer may include laminating an organic hole transport material.
상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따르면, 황화코발트의 제조방법은 염화 코발트 6수화물(Cobalt(ll) chloride hexahydrate), 지방산, 아민계 화합물 및 비극성 용매의 혼합용액을 준비하는 단계, 혼합용액을 불활성 기체 상에서 열처리하여 혼합물을 제조하는 단계, 파우더 형태의 황(sulfur)을 아민계 화합물에 분산한 용액을 혼합물에 교반시켜 230℃ 내지 300℃ 사이의 반응온도로 반응시키는 반응 단계 및 반응 단계를 거쳐 생성된 물질을 에탄올(ethanol)과 톨루엔(toluene)의 혼합 용액으로 원심분리 하는 단계를 포함한다. According to an embodiment for solving the above problem, the method of preparing cobalt sulfide includes preparing a mixed solution of cobalt(ll) chloride hexahydrate, a fatty acid, an amine compound, and a non-polar solvent, and inactivating the mixed solution. Heat treatment in a gas phase to prepare a mixture, a solution in which sulfur in powder form is dispersed in an amine compound is stirred into the mixture to react at a reaction temperature between 230°C and 300°C, followed by a reaction step and a reaction step And centrifuging the resulting material with a mixed solution of ethanol and toluene.
상기 지방산이 올레산(oleic acid)이고, 제1 아민계 화합물 및 제2 아민계 화합물이 올레일아민(Oleylamine)이고, 비극성 용매가 1-옥타데신(1-octadecene)이며, 열처리는 110℃에서 1시간 수행될 수 있다. The fatty acid is oleic acid, the first amine compound and the second amine compound are oleylamine, the non-polar solvent is 1-octadecene, and the heat treatment is 1 at 110°C. Time can be done.
상기 반응온도가 230℃ 내지 270℃ 사이인 경우, 제조방법으로 생성된 황화코발트가 포함하는 코발트와 황의 몰(mole) 비는 반응온도가 낮을수록 1:1에 가까워지고 반응온도가 높을수록 4:3에 가까워 지며, 반응온도가 270℃ 내지 300℃ 사이인 경우, 제조방법으로 생성된 황화코발트가 포함하는 코발트와 황의 몰 비는 반응온도가 낮을수록 4:3에 가까워지고 반응온도가 높을수록 9:8에 가까워 질 수 있다.When the reaction temperature is between 230° C. and 270° C., the mole ratio of cobalt and sulfur contained in cobalt sulfide produced by the manufacturing method becomes closer to 1:1 as the reaction temperature is lower, and 4: When the reaction temperature is close to 3, and the reaction temperature is between 270°C and 300°C, the molar ratio of cobalt and sulfur contained in the cobalt sulfide produced by the manufacturing method is closer to 4:3 as the reaction temperature decreases, and the higher the reaction temperature is 9 Can get close to :8
상기 반응온도가 230℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 1:1이고, 상기 반응온도가 270℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 4:3이고, 상기 반응온도가 300℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 9:8 일 수 있다. When the reaction temperature is 230°C, the ratio of x and y (x:y) of cobalt sulfide (CoxSy) produced by the manufacturing method is 1:1, and when the reaction temperature is 270°C, the manufacturing method The ratio (x:y) of x and y of cobalt sulfide (CoxSy) produced by is 4:3, and when the reaction temperature is 300°C, x and of cobalt sulfide (CoxSy) produced by the above production method The ratio of y (x:y) may be 9:8.
실시 예에 따르면 페로브스카이트 태양전지에 적합한 황화코발트의 제조방법을 제공함으로써, 페로브스카이트 태양전지에 적합한 밴드 갭을 가지는 무기 정공수송물질을 제조할 수 있고, 정공수송층 형성 시 용액 공정을 이용할 수 있어 태양전지의 제조단가를 낮추고 제조공정을 단순화 할 수 있다.According to the embodiment, by providing a method for producing cobalt sulfide suitable for perovskite solar cells, an inorganic hole transport material having a band gap suitable for perovskite solar cells can be prepared, and a solution process is performed when forming a hole transport layer. As it can be used, the manufacturing cost of solar cells can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
실시 예에 따르면 황화코발트를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 그의 제조방법을 제공함으로써, 저비용 및 단순화된 공정으로 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있고, 첨가제로 인한 페로브스카이트 열화 촉진 현상을 방지하여 태양전지의 구동안정성을 확보할 수 있다. According to an embodiment, by providing a perovskite solar cell containing cobalt sulfide and a method for manufacturing the same, it is possible to manufacture a perovskite solar cell with a low cost and a simplified process, and promote perovskite deterioration due to additives By preventing the phenomenon, it is possible to secure the driving stability of the solar cell.
도 1은 실시 예에 따른 황화코발트 제조방법을 도시화한 것이다.
도 2(a) 내지 도2(d)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트의 TEM 및 XRD 측정결과이다.
도 3(a) 내지 도3(d)는 실시 예의 반응온도에 따라 생성된 황화코발트의 XRD 측정결과이다.
도 4는 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시화한 것이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 도시화한 것이다.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 실시 예에 따라 형성된 황화코발트 박막의 평면(planar) SEM 및 태양전지의 단면(cross-section) SEM 측정결과이다.
도 7은 실시 예에 따라 생성된 황화코발트의 가전자대를 도시화한 것이다.
도 8은 실시 예에 따른 태양전지의 J-V 커브와 전력 변환 효율 그래프이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 실시 예에 따른 태양전지의 정공수송층과 광흡수층 사이의 광 발광(PL, photoluminescence) 그래프 및 시간 분해 광 발광 분석(Time resolved photoluminescence Analysis) 그래프이다.
도 10은 실시 예에 따른 태양전지의 장기안정성을 나타낸 그래프이다.1 is a diagram illustrating a method of manufacturing cobalt sulfide according to an embodiment.
2(a) to 2(d) are TEM and XRD measurement results of cobalt sulfide produced according to an embodiment.
3(a) to 3(d) are XRD measurement results of cobalt sulfide produced according to the reaction temperature of the embodiment.
4 is a diagram illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
5(a) and 5(b) illustrate the structure of a solar cell according to an embodiment.
6(a) to 6(d) are planar SEM and cross-section SEM measurement results of a cobalt sulfide thin film formed according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating a valence band of cobalt sulfide generated according to an embodiment.
8 is a JV curve and power conversion efficiency graph of a solar cell according to an embodiment.
9(a) to 9(c) are photoluminescence (PL) graphs and time-resolved photoluminescence analysis graphs between the hole transport layer and the light absorption layer of the solar cell according to the embodiment.
10 is a graph showing long-term stability of a solar cell according to an embodiment.
이하에서는 도면을 참조하여 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope may be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the inventive concept.
또한, 각 실시 예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described with the same reference numerals.
1. 황화코발트 제조방법1. Cobalt sulfide manufacturing method
도 1은 실시 예에 따른 황화코발트 제조방법을 도시화한 것이다. 1 is a diagram illustrating a method of manufacturing cobalt sulfide according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 황화코발트 제조방법은 염화 코발트 6수화물(Cobalt(ll) chloride hexahydrate), 지방산, 아민계 화합물 및 비극성 용매의 혼합용액을 준비하는 단계(S12), 상기 혼합용액을 불활성 기체 상에서 열처리하여 혼합물을 제조하는 단계(S14), 파우더 형태의 황(sulfur)을 아민계 화합물에 분산한 용액을 상기 혼합물에 교반시켜 230℃ 내지 300℃ 사이의 반응온도로 반응시키는 반응 단계(S16) 및 상기 반응 단계를 거쳐 생성된 물질을 에탄올(ethanol)과 톨루엔(toluene)의 혼합 용액으로 원심분리 하는 단계(S18)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the method for preparing cobalt sulfide includes preparing a mixed solution of cobalt(ll) chloride hexahydrate, fatty acid, amine compound, and non-polar solvent (S12), the mixed solution in an inert gas. Heat treatment to prepare a mixture (S14), a reaction step (S16) of stirring a solution obtained by dispersing sulfur in powder form in an amine compound into the mixture to react at a reaction temperature between 230°C and 300°C, and And centrifuging (S18) the material generated through the reaction step with a mixed solution of ethanol and toluene.
상기 혼합용액 준비 단계(S12)는 염화 코발트 6수화물(Cobalt(ll) chloride hexahydrate), 지방산, 아민계 화합물 및 비극성 용매의 혼합용액을 준비하는 단계이다. The mixed solution preparation step (S12) is a step of preparing a mixed solution of cobalt(ll) chloride hexahydrate, fatty acid, amine compound, and non-polar solvent.
상기 지방산은 카르복실기(-COOH)를 가질 수 있다. 상기 지방산은 R-COOH의 구조식을 가질 수 있다. 상기 지방산은 불포화 지방산 및 포화 지방산을 포함할 수 있다. 상기 불포화 지방산은 하나 이상의 이중결합 또는 삼중결합을 가진 지방산일 수 있다. 상기 불포화 지방산은 올레산(oleic acid), 리놀레산(linoleic acid), 리놀렌산(linolenic acid), 아라키돈산(arachidonic acid) 및 의 군에서 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다. The fatty acid may have a carboxyl group (-COOH). The fatty acid may have a structural formula of R-COOH. The fatty acids may include unsaturated fatty acids and saturated fatty acids. The unsaturated fatty acid may be a fatty acid having one or more double bonds or triple bonds. The unsaturated fatty acid may be selected from the group of oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, and is not limited thereto.
상기 포화 지방산은 이중결합 또는 삼중결합을 가진 지방산이 아닐 수 있다. 상기 포화 지방산은 프로판산(propanoic acid), 부탄산(Butyric acid), 펜탄산(Pentanoic acid 또는 발레르산 valeric acid), 헥산산(hexanoic acid 또는 카프로산 Caproic acid), 헵탄산(Heptanoic acid 또는 에난트산 Enanthic acid), 옥탄산(Octanoic acid 또는 카프릴산 Caprylic acid), 노난산(Nonanoic acid 또는 펠라르곤산 Pelargonic acid), 데칸산(Decanoic acid 또는 카프릭산 Capric acid), 도데칸산(Dodecanoic acid 또는 라우르산 Lauric acid), 테트라데칸산(Tetradecanoic acid 또는 미리스트산 Myristic acid), 헥사데칸산(hexadecanoic acid 또는 팔미트산 palmitic acid) 및 옥타데칸산(octadecanoic acid 또는 스테아르산 stearic acid) 군에서 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다. The saturated fatty acid may not be a fatty acid having a double bond or a triple bond. The saturated fatty acids include propanoic acid, butyric acid, pentanic acid (Pentanoic acid or valeric acid), hexanoic acid or caproic acid, heptanoic acid or enanthic acid. Enanthic acid), Octanoic acid (Caprylic acid or Caprylic acid), Nonanoic acid (Nonanoic acid or Pelargonic acid), Decanoic acid (Decanoic acid or Capric acid), Dodecanoic acid or Ra Uric acid Lauric acid), tetradecanoic acid (Tetradecanoic acid or Myristic acid myristic acid), hexadecanoic acid (hexadecanoic acid or palmitic acid palmitic acid) and octadecanoic acid (octadecanoic acid or stearic acid stearic acid) to be selected from the group. Can be, but is not limited thereto.
상기 아민계 화합물은 아민기(-NH2)를 가질 수 있다. 상기 아민계 화합물은 R-NH2의 구조를 가질 수 있다. 상기 아민계 화합물은 지방족 아민 또는 방향족 아민일 수 있다. 상기 아민계 화합물은 모노아민 또는 폴리아민일 수 있다. 상기 아민계 화합물은 1차 아민, 2차 아민 또는 3차 아민일 수 있다. 상기 아민계 화합물은 메틸아민(methylamine), 에틸아민(Ethanamine), 프로필아민(propylamine), 부틸아민(butylamine), 펜틸아민(pentylamine), 헥실아민(Hexylamine), 옥틸아민(octylamine), 노닐아민(nonylamine), 데실아민(decylamine), 도데실아민(dodecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 디메틸아민(dimethylamine), 디에틸아민(diethanamine), 디프로필아민(dipropylamine), 트리부틸아민(tributylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine) 및 올레일아민(oleylamine)의 군에서 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.The amine compound may have an amine group (-NH2). The amine compound may have a structure of R-NH2. The amine-based compound may be an aliphatic amine or an aromatic amine. The amine compound may be a monoamine or polyamine. The amine-based compound may be a primary amine, a secondary amine, or a tertiary amine. The amine-based compounds include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, octylamine, nonylamine ( nonylamine), decylamine, dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, dimethylamine, diethylamine, Dipropylamine (dipropylamine), tributylamine (tributylamine), trioctylamine (trioctylamine) and may be selected from the group of oleylamine (oleylamine), but is not limited thereto.
상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자간의 응집을 방지하기 위한 것일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자를 분산시키기 위한 것일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 용매에 대한 입자의 용해도를 높이기 위한 것일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자를 캐핑(capping)하기 위한 것일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자의 표면 처리를 위한 것일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자를 안정화 시키는 것일 수 있다. 상기 입자는 나노 크기일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 입자의 리간드(ligand)일 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 황화코발트, 황화코발트 나노입자 또는 코발트 전구체의 리간드(ligand)일 수 있다. 상기 코발트 전구체는 염화 코발트 6수화물(Cobalt(ll) chloride hexahydrate) 또는 코발트가 포함된 혼합물 일 수 있다. The fatty acid and the amine compound may be for preventing aggregation between particles. The fatty acid and the amine compound may be for dispersing particles. The fatty acid and the amine-based compound may be used to increase the solubility of particles in a solvent. The fatty acid and the amine compound may be for capping the particles. The fatty acid and the amine compound may be for surface treatment of the particles. The fatty acid and the amine-based compound may stabilize particles. The particles may be nano-sized. The fatty acid and the amine compound may be a ligand of the particle. The fatty acid and the amine-based compound may be cobalt sulfide, cobalt sulfide nanoparticles, or a ligand of a cobalt precursor. The cobalt precursor may be a mixture containing cobalt(ll) chloride hexahydrate or cobalt.
상기 지방산 및 상기 아민계 화합물은 포스핀 옥사이드, 포스포닌산, 또는 티올로 대체될 수 있다. 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물 외에 포스핀 옥사이드, 포스포닌산, 또는 티올이 추가될 수 있다. The fatty acid and the amine-based compound may be replaced with phosphine oxide, phosphonic acid, or thiol. In addition to the fatty acid and the amine-based compound, phosphine oxide, phosphonic acid, or thiol may be added.
상기 비극성 용매는 용매 분자가 극성을 가지지 않는 것일 수 있다. 상기 비극성 용매는 용매 분자가 영구 쌍극자를 갖지 않는 것일 수 있다. 상기 비극성 용매는 톨루엔(toluene), 헥산(hexane), 시클로헥산(cyclohexane), 데칸(decane), 도데칸(dodecane), 테트라데칸(tetradecane), 헥사데칸(hexadecane), 옥타데칸(octadecane) 및 1-옥타데신(1-octadecene)의 군에서 선택 될 수 있고, 이에 제한되지 않는다. The non-polar solvent may be one in which the solvent molecules do not have polarity. The non-polar solvent may be one in which the solvent molecule does not have a permanent dipole. The non-polar solvent is toluene, hexane, cyclohexane, decane, dodecane, tetradecane, hexadecane, octadecane and 1 -Can be selected from the group of octadecene (1-octadecene), but is not limited thereto.
상기 비극성 용매는 비극성물질을 용해시키기 위한 것일 수 있다. 상기 비극성 용매는 극성을 띄지 않거나 극성이 약한 용매일 수 있다. 상기 비극성 용매는 일부 극성물질을 용해시킬 수 있다. 상기 비극성 용매는 고온에서 쉽게 기화되지 않는 물질일 수 있다. 상기 비극성 용매는 용매상에서 열처리 또는 열을 수반하는 반응이 있을 때 반응하거나 변형되지 않는 것일 수 있다. The non-polar solvent may be for dissolving the non-polar material. The non-polar solvent may be a non-polar or weakly polar solvent. The non-polar solvent may dissolve some polar substances. The non-polar solvent may be a material that does not vaporize easily at high temperatures. The non-polar solvent may be one that does not react or deform when there is a heat treatment or a reaction involving heat in a solvent.
상기 지방산은 올레산이고, 상기 아민계 화합물은 올레일아민이고, 상기 비극성 용매는 1-옥타데신 일 수 있다. 상기 염화 코발트 6수화물은 시그마 알드리치(Sigma-Aldrich Corporation, 이하 Aldrich)에서 판매되는 것으로 순도 98% 제품일 수 있다. 상기 올레산은 알드리치(Aldrich)에서 판매되는 것으로, 순도 90% 제품일 수 있다. 상기 올레일아민은 도쿄케미컬인더스트리(Tokyo Chemical Industry co., LTD 이하 TCI)에서 판매되는 것으로, 순도 50% 제품일 수 있다. 상기 1-옥타데신은 알드리치(Aldrich)에서 판매되는 것으로, 순도 90% 제품일 수 있다. The fatty acid may be oleic acid, the amine compound may be oleylamine, and the non-polar solvent may be 1-octadecine. The cobalt chloride hexahydrate is sold by Sigma-Aldrich Corporation (hereinafter, Aldrich) and may be a product having a purity of 98%. The oleic acid is sold by Aldrich, and may be a product having a purity of 90%. The oleylamine is sold by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (hereinafter TCI), and may be a product having a purity of 50%. The 1-octadecine is sold by Aldrich, and may be a product of 90% purity.
염화 코발트 6수화물(Aldrich사, 98%)이 0.4mmol 반응할 때, 35mmol의 올레산(Aldrich사, 90%), 35mmol의 올레일아민(TCI사, 50%), 140mmol의 옥타데신(Aldrich사, 90%)이 혼합 용액에 포함될 수 있다. When cobalt chloride hexahydrate (Aldrich, 98%) reacts with 0.4 mmol, 35 mmol of oleic acid (Aldrich, 90%), 35 mmol of oleylamine (TCI, 50%), 140 mmol of octadecine (Aldrich, 90%) may be included in the mixed solution.
상기 불활성 기체는 아르곤(Ar)일 수 있다. 상기 불활성 기체는 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn)일 수 있다. 상기 불활성 기체는 용액 내 산화 반응 또는 용액의 연소를 방지하는 것일 수 있다.The inert gas may be argon (Ar). The inert gas may be helium (He), neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). The inert gas may prevent an oxidation reaction or combustion of the solution in the solution.
상기 열처리 온도는 100℃ 내지 120℃ 일 수 있다. 상기 열처리온도는 110℃ 일 수 있다. 상기 열처리는 110℃에서 1시간 동안 수행될 수 있다. 상기 열처리는 상기 혼합용액 상의 물질이 혼합물을 이루도록 하는 것일 수 있다. 상기 열처리는 상기 혼합용액의 염화 코발트 6수화물, 지방산 및 아민계 화합물이 상기 비극성 용매에 완전히 용해되기 위한 것일 수 있다. 상기 열처리는 상기 혼합용액이 포함하고 있던 공기 또는 수분을 제거하기 위한 것일 수 있다. 상기 열처리는 상기 반응 단계(S16)을 준비하기 위한 것일 수 있다.The heat treatment temperature may be 100 ℃ to 120 ℃. The heat treatment temperature may be 110°C. The heat treatment may be performed at 110° C. for 1 hour. The heat treatment may be such that the material in the mixed solution forms a mixture. The heat treatment may be for completely dissolving cobalt chloride hexahydrate, fatty acid, and amine-based compound in the mixed solution in the non-polar solvent. The heat treatment may be for removing air or moisture contained in the mixed solution. The heat treatment may be for preparing the reaction step (S16).
상기 반응 단계(S16)는 파우더 형태의 황(sulfur)을 아민계 화합물에 분산한 용액을 상기 혼합물에 교반시켜 230℃ 내지 300℃ 사이의 반응온도로 반응시키는 반응 단계일 수 있다. The reaction step (S16) may be a reaction step in which a solution obtained by dispersing sulfur in powder form in an amine-based compound is stirred in the mixture to react at a reaction temperature between 230°C and 300°C.
상기 반응 단계(S16)의 아민계 화합물의 특성은 상기 혼합용액 준비 단계(S12)에서 기재한 내용과 동일하다. 상기 혼합용액 준비 단계(S12)의 아민계 화합물과 상기 반응 단계(S16)의 아민계 화합물은 동일한 것일 수도 있고, 동일하지 않을 수도 있다. The properties of the amine-based compound in the reaction step (S16) are the same as those described in the mixed solution preparation step (S12). The amine-based compound in the mixed solution preparation step (S12) and the amine-based compound in the reaction step (S16) may or may not be the same.
상기 파우더 형태의 황(sulfur)은 알드리치(Aldrich)에서 판매되는 것일 수 있다. 상기 아민계 화합물은 올레일아민일 수 있다. 상기 올레일아민은 도쿄케미컬인더스트리(Tokyo Chemical Industry co., LTD 이하 TCI)에서 판매되는 것으로, 순도 50% 제품일 수 있다. Sulfur in the form of powder may be sold by Aldrich. The amine compound may be oleylamine. The oleylamine is sold by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (hereinafter TCI), and may be a product having a purity of 50%.
상기 파우더 형태의 황(Aldrich사)이 2mmol 인 경우, 상기 올레일아민(TCI사, 50%)은 5mmol 일 수 있다. When the powder form of sulfur (Aldrich) is 2 mmol, the oleylamine (TCI, 50%) may be 5 mmol.
상기 반응온도는 230℃ 내지 300℃ 사이의 값일 수 있다. 상기 반응온도에 따라 생성되는 황화코발트의 화학식은 상이할 수 있다. The reaction temperature may be a value between 230°C and 300°C. The chemical formula of cobalt sulfide produced according to the reaction temperature may be different.
비극성 용매에서 반응하여 생성되는 황화코발트의 반응온도는 극성 용매에서 반응하여 생성되는 황화코발트의 반응온도보다 낮을 수 있다. 비극성 용매에서 황화코발트를 반응시키는 공정은 극성 용매에서 황화코발트를 반응시키는 공정 보다 저렴할 수 있다. 비극성 용매에서 생성되는 황화코발트의 반응공정은 극성 용매에서 생성되는 황화코발트의 반응공정보다 쉽고 간단한 공정일 수 있다.The reaction temperature of cobalt sulfide produced by reaction in a non-polar solvent may be lower than the reaction temperature of cobalt sulfide produced by reaction in a polar solvent. The process of reacting cobalt sulfide in a non-polar solvent may be cheaper than a process of reacting cobalt sulfide in a polar solvent. The reaction process of cobalt sulfide produced in a non-polar solvent may be an easier and simpler process than the reaction process of cobalt sulfide produced in a polar solvent.
상기 원심분리 단계(S18)는 상기 반응 단계(S16)를 거쳐 생성된 물질을 에탄올(ethanol)과 톨루엔(toluene)의 혼합 용액으로 원심분리 하는 단계일 수 있다. The centrifugation step (S18) may be a step of centrifuging the material produced through the reaction step (S16) with a mixed solution of ethanol and toluene.
상기 원심분리 단계(S18)는 정제단계일 수 있다. 상기 에탄올과 톨루엔의 비율은 50:1 일 수 있다. 상기 원심분리 속도는 7000 rpm일 수 있다. 비극성 용매에서 생성된 황화코발트를 정제하는 공정은 극성 용매에서 생성된 황화코발트를 정제하는 공정 보다 단순할 수 있다. 비극성 용매에서 생성된 황화코발트를 정제하는 공정은 극성 용매에서 생성된 황화코발트를 정제하는 공정 보다 저렴할 수 있다. The centrifugation step (S18) may be a purification step. The ratio of ethanol and toluene may be 50:1. The centrifugation speed may be 7000 rpm. The process of purifying cobalt sulfide produced in a non-polar solvent may be simpler than a process of purifying cobalt sulfide produced in a polar solvent. The process of purifying cobalt sulfide produced in a non-polar solvent may be cheaper than a process of purifying cobalt sulfide produced in a polar solvent.
상기 제조방법에 의해 황화코발트가 생성될 수 있다. 상기 황화코발트의 특성은 다양할 수 있다. 상기 황화코발트는 나노 크기의 입자로 형성될 수 있다. 상기 황화코발트 나노 입자의 특성은 나노 구조, 나노 크기, 물질의 순도에 따라 달라질 수 있다. 상기 황화코발트는 Co4S3, Co9S8, CoS, Co3S4 및 CoS2 화학식으로 존재할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. Cobalt sulfide may be produced by the above manufacturing method. The properties of cobalt sulfide may vary. The cobalt sulfide may be formed into nano-sized particles. The properties of the cobalt sulfide nanoparticles may vary depending on the nanostructure, nanosize, and purity of the material. The cobalt sulfide may exist in the formula of Co 4 S 3 , Co 9 S 8 , CoS, Co 3 S 4 and CoS 2 , but is not limited thereto.
도 2(a) 내지 도2(d)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트의 TEM 및 XRD 측정결과이다. 도 2를 참조하면, 상기 제조방법에 따라 생성된 황화코발트는 CoS, Co4S3 및 Co9S8 일 수 있다.2(a) to 2(d) are TEM and XRD measurement results of cobalt sulfide produced according to an embodiment. Referring to FIG. 2, cobalt sulfide produced according to the above manufacturing method may be CoS, Co 4 S 3 and Co 9 S 8 .
도 2(a)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트(CoS)의 TEM 측정결과이다. 도 2(b)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트(Co9S8)의 TEM 측정결과이다. 도 2(c)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트(Co4S3)의 TEM 측정결과이다. 도 2(d)는 실시 예에 따라 생성된 황화코발트(CoS, Co9S8, 및Co4S3)의 XRD 측정결과이다. 2(a) is a TEM measurement result of cobalt sulfide (CoS) produced according to an embodiment. 2(b) is a TEM measurement result of cobalt sulfide (Co 9 S 8 ) generated according to an embodiment. 2(c) is a TEM measurement result of cobalt sulfide (Co 4 S 3 ) generated according to an embodiment. 2(d) is an XRD measurement result of cobalt sulfide (CoS, Co 9 S 8, and Co 4 S 3 ) produced according to an embodiment.
도 2(d)의 XRD의 측정결과를 참조하면, 상기 황화코발트 제조방법에 의해 CoS, Co4S3 및 Co9S8 가 생성된 것을 확인할 수 있다. 도 2(d) 의 XRD의 측정결과를 참조하면, 각각의 상기 황화코발트에 맞는 결정 거리와 주요 픽(Peak)이 일치하는 것을 확인할 수 있다. 도 2(a) 내지 도 2(c)의 TEM의 측정결과를 참조하면, 각각의 상기 황화코발트 결정은 균일하게 생성된 것을 확인할 수 있다. Referring to the measurement result of XRD of FIG. 2(d), it can be seen that CoS, Co 4 S 3 and Co 9 S 8 were generated by the cobalt sulfide manufacturing method. Referring to the measurement result of XRD of FIG. 2(d), it can be seen that the crystal distance for each cobalt sulfide coincides with the main peak. Referring to the TEM measurement results of FIGS. 2(a) to 2(c), it can be seen that each of the cobalt sulfide crystals was uniformly produced.
상기 황화코발트의 결정은 이종(heterogeneous) 형태로 형성되지 않을 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 속이 빈(hollow) 형태로 형성되지 않을 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 플라워(flower) 형태 및 속이 빈 구(hollow sphere) 형태로 형성되지 않을 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 균일한(homogeneous) 형태로 형성 될 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 계층적(hierarchical) 형태로 형성 될 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 조절 가능(controllable)할 수 있다. 상기 황화코발트의 결정은 상기 반응온도, 상기 지방산 및 상기 아민계 화합물에 따라 조절될 수 있다. The cobalt sulfide crystal may not be formed in a heterogeneous form. The cobalt sulfide crystal may not be formed in a hollow shape. The crystal of cobalt sulfide may not be formed in a flower shape or a hollow sphere shape. The crystal of cobalt sulfide may be formed in a homogeneous form. The cobalt sulfide crystal may be formed in a hierarchical form. The crystal of cobalt sulfide may be controllable. The crystal of cobalt sulfide may be adjusted according to the reaction temperature, the fatty acid and the amine compound.
도 3(a) 내지 도3(d)는 실시 예의 반응 온도에 따라 생성된 황화코발트의 XRD 측정결과이다. 도 3(a)는 230℃, 270℃ 및 300℃에서 반응하여 생성된 황화코발트(CoS, Co4S3 및 Co9S8)의 XRD 측정결과이다. 도 3(b)는 230℃ 미만의 반응온도에서 생성된 물질의 XRD 측정결과이다. 도 3(c)는 230℃ 및 270℃ 사이의 반응온도에서 생성된 물질의 XRD 측정결과이다. 도 3(d)는 270℃ 및 300℃ 사이의 반응온도에서 생성된 물질의 XRD 측정결과이다. 3(a) to 3(d) are XRD measurement results of cobalt sulfide produced according to the reaction temperature of the embodiment. 3(a) is an XRD measurement result of cobalt sulfide (CoS, Co 4 S 3 and Co 9 S 8 ) produced by reacting at 230°C, 270°C and 300°C. 3(b) is an XRD measurement result of a material produced at a reaction temperature of less than 230°C. 3(c) is an XRD measurement result of a material produced at a reaction temperature between 230°C and 270°C. 3(d) is an XRD measurement result of a material produced at a reaction temperature between 270°C and 300°C.
도 3(a) 내지 도3(d)의 XRD 측정결과를 참조하면, 상기 반응온도가 230℃인 경우, CoS이 생성될 수 있다. 상기 반응 온도가 270℃인 경우, Co4S3이 생성될 수 있다. 상기 반응 온도가 300℃인 경우, Co9S8이 생성될 수 있다. 상기 반응온도가 230℃에 가까울 수록 생성되는 황화코발트 중에 CoS가 높은 비율로 포함될 수 있다. 상기 반응온도가 270℃에 가까울 수록 생성되는 황화코발트 중에 Co4S3가 높은 비율로 포함될 수 있다. 상기 반응온도가 300℃에 가까울 수록 생성되는 황화코발트 중에 Co9S8가 높은 비율로 포함될 수 있다. 상기 반응온도가 230℃ 내지 270℃ 사이인 경우, CoS 및 Co4S3 가 생성될 수 있다. 상기 반응온도가 270℃ 내지 300℃ 사이인 경우, Co4S3 및 Co9S8 가 생성될 수 있다. 상기 반응온도가 230℃ 내지 270℃ 사이인 경우, 상기 제조방법으로 생성된 물질이 포함하는 코발트와 황의 몰(mole) 비는 상기 반응온도가 낮을수록 1:1에 가까워지고 상기 반응온도가 높을수록 4:3에 가까워질 수 있다. 상기 반응온도가 270℃ 내지 300℃ 사이인 경우, 상기 제조방법으로 생성된 물질이 포함하는 코발트와 황의 몰 비는 상기 반응온도가 낮을수록 4:3에 가까워지고 상기 반응온도가 높을수록 9:8에 가까워 질 수 있다. 상기 반응온도가 230℃ 내지 270℃ 일 때 생성된 제1 생성물질은 CoxSy로 표시되는 황화코발트를 포함하고, 상기 반응온도가 270℃ 내지 300℃ 일 때 생성된 제2 생성물질은 CoxSy로 표시되는 황화코발트를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 생성물질이 포함하는 황화코발트의 x/y 평균 값은 상기 제2 생성물질이 포함하는 황화코발트의 x/y 평균 값보다 작을 수 있다.Referring to the XRD measurement results of FIGS. 3(a) to 3(d), when the reaction temperature is 230°C, CoS may be generated. When the reaction temperature is 270°C, Co 4 S 3 may be generated. When the reaction temperature is 300°C, Co 9 S 8 may be generated. The closer the reaction temperature is to 230°C, the higher the proportion of CoS may be contained in the cobalt sulfide produced. The closer the reaction temperature is to 270°C, the higher the proportion of Co 4 S 3 may be contained in the cobalt sulfide produced. The closer the reaction temperature is to 300° C., the higher the proportion of Co 9 S 8 may be contained in the cobalt sulfide produced. When the reaction temperature is between 230°C and 270°C, CoS and Co 4 S 3 may be generated. When the reaction temperature is between 270°C and 300°C, Co 4 S 3 and Co 9 S 8 may be generated. When the reaction temperature is between 230°C and 270°C, the mole ratio of cobalt and sulfur contained in the material produced by the preparation method becomes closer to 1:1 as the reaction temperature decreases, and the higher the reaction temperature, You can get close to 4:3. When the reaction temperature is between 270° C. and 300° C., the molar ratio of cobalt and sulfur contained in the material produced by the preparation method becomes closer to 4:3 as the reaction temperature decreases, and 9:8 as the reaction temperature increases. Can get close to The first product produced when the reaction temperature is between 230°C and 270°C contains cobalt sulfide represented by CoxSy, and the second product generated when the reaction temperature is between 270°C and 300°C is expressed as CoxSy. It may contain cobalt sulfide. In this case, an x/y average value of cobalt sulfide contained in the first product may be smaller than an x/y average value of cobalt sulfide contained in the second product.
상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트는 용액 공정(Solution Process)이 가능한 형태일 수 있다. 상기 용액 공정은 저비용으로 가능한 것일 수 있다. 상기 용액 공정은 대면적에 유리한 것일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 편평한 층을 만드는 것이 가능한 형태일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 박막을 만드는 것이 가능한 형태일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 박막을 형성할 수 있을 만큼 충분히 작은 크기 일 수 있다. 상기 황화코발트는 나노 크기의 입자일 수 있다. 상기 용액 공정은 용매에 대한 용해도가 높은 물질인 경우에만 가능할 수 있다. 상기 황화코발트는 상기 지방산 및 아민계 화합물과 같은 리간드를 포함하고 있기 때문이거나 또는 나노 크기의 입자이기 때문에 용액 공정이 가능한 것일 수 있다. 상기 용액 공정은 스핀코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 노즐 프린팅(nozzle printing), 슬릿 코팅(slit coating), 바코팅(bar coating) 및 스크린 프린팅(screen printing)을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 황화코발트가 태양전지에 포함되는 경우, 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 태양전지 내에 층을 형성할 수 있는 형태일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액공정을 이용하여 박막을 형성할 수 있다. 상기 박막은 우수한 밀집도를 가진 것일 수 있다. The cobalt sulfide produced by the above manufacturing method may be in a form capable of a solution process. The solution process may be possible at low cost. The solution process may be advantageous for a large area. The cobalt sulfide may be in a form capable of forming a flat layer using a solution process. The cobalt sulfide may be in a form capable of forming a thin film using a solution process. The cobalt sulfide may have a size small enough to form a thin film using a solution process. The cobalt sulfide may be nano-sized particles. The solution process may be possible only in the case of a material having a high solubility in a solvent. The cobalt sulfide may be because it contains a ligand such as the fatty acid and an amine compound, or because it is a nano-sized particle, a solution process may be possible. The solution process is spin coating, spray coating, inkjet printing, gravure printing, nozzle printing, slit coating, bar coating. coating) and screen printing, but is not limited thereto. When the cobalt sulfide is included in a solar cell, the cobalt sulfide may be in a form capable of forming a layer in the solar cell using a solution process. The cobalt sulfide may form a thin film using a solution process. The thin film may have an excellent density.
상기 황화코발트는 캐패시터, 연료전지의 촉매로 사용되기에 적합할 수 있다. 상기 황화코발트는 CRT, LCD, EL, Solar cell, Laser 과 같은 광전소자 및 메모리와 같은 전자소자에 적합할 수 있고, 다양한 반도체 산업 및 이를 기반으로 파생되는 LED TV, Nonvolatile memory, Laser 산업, X-ray 기반의 의료분야를 포함한 모든 전자 기기에 사용되기에 적합할 수 있다. The cobalt sulfide may be suitable for use as a catalyst for capacitors and fuel cells. The cobalt sulfide may be suitable for photoelectric devices such as CRT, LCD, EL, solar cell, and laser, and electronic devices such as memory, and various semiconductor industries and LED TVs, nonvolatile memory, laser industries, X- It may be suitable for use in all electronic devices including ray-based medical fields.
상기 황화코발트는 태양전지에 적합한 물질일 수 있다. 상기 황화코발트는 페로브스카이트 태양전지에 적합한 물질일 수 있다. 상기 황화코발트는 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층에 적합한 물질 일 수 있다. 상기 황화코발트는 무기 정공수송 물질일 수 있다. 상기 황화코발트는 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층에 사용하기 적절한 밴드갭(Band gap) 또는 가전자대(Valence band)을 가지는 물질 일 수 있다.The cobalt sulfide may be a material suitable for solar cells. The cobalt sulfide may be a material suitable for perovskite solar cells. The cobalt sulfide may be a material suitable for a hole transport layer of a perovskite solar cell. The cobalt sulfide may be an inorganic hole transport material. The cobalt sulfide may be a material having a band gap or a valence band suitable for use in a hole transport layer of a perovskite solar cell.
[실험 예][Experimental example]
염화 코발트 6수화물 (0.4mmol, Aldrich사, 98%), 올레산(35mmol, Aldrich사, 90%), 올레일아민(35mmol, TCI사, 50%) 및 1-옥타데신(140mmol, Aldrich사, 90%)의 혼합용액을 준비하는 단계(S12), 상기 혼합용액을 삼구 플라스크에 넣고 아르곤 기체 분위기 상에서 110℃로 1시간동안 열처리하여 혼합물을 제조하는 단계(S14), 황(2mmol, Aldrich사, sulfur powder)을 5mmol 올레일아민(35mmol, TCI사, 50%)에 분산한 용액을 상기 혼합물에 주사기로 넣어 교반시켜 230℃ 내지 300℃ 사이의 반응온도로 반응시키는 반응 단계(S16), 및 상기 반응 단계(S16)를 거쳐 생성된 물질을 에탄올(ethano) 및 톨루엔(toluene)을 50:1 비율로 혼합한 용액으로 원심분리(7000 rpm)하여 정제하는 단계(S18)를 거쳐 황화코발트가 생성될 수 있다.Cobalt chloride hexahydrate (0.4mmol, Aldrich, 98%), oleic acid (35mmol, Aldrich, 90%), oleylamine (35mmol, TCI, 50%) and 1-octadecine (140mmol, Aldrich, 90%) %) preparing a mixed solution (S12), putting the mixed solution into a three-necked flask and heat-treating at 110° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere (S14), sulfur (2 mmol, Aldrich, sulfur powder) in 5 mmol oleylamine (35 mmol, TCI, 50%) is added to the mixture with a syringe and stirred to react at a reaction temperature between 230°C and 300°C (S16), and the reaction Cobalt sulfide can be produced through a step (S18) of purifying the material produced through the step (S16) by centrifuging (7000 rpm) with a solution in which ethanol and toluene are mixed in a 50:1 ratio. have.
2. 태양전지 및 태양전지 제조방법2. Solar cell and solar cell manufacturing method
다음은 황화코발트를 포함하는 태양전지(100) 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The following relates to a
실시 예의 태양전지(100)는 빛으로부터 에너지를 생성하는 것일 수 있다. 상기 태양전지(100)는 빛 에너지로부터 전자와 정공을 분리 생성시키는 것일 수 있다. 상기 전자와 정공은 다시 합쳐져 소멸할 수 있다. 상기 전자와 정공은 서로 다른 전극으로 이동하여 전위차 및 전류를 발생시키는 것일 수 있다. The
도 4는 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시화한 것이다. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 상기 태양전지(100)의 제조방법은 제1 전극(110)을 제공하는 단계(S102), 상기 제1 전극(110) 상에 용액 공정으로 전자수송물질을 적층하고 소결하여 전자수송층(120)을 형성하는 단계(S104), 상기 전자수송층(120) 상에 용액 공정으로 페로브스카이트 용액을 도포하고 페로브스카이트 결정을 성장시켜 광흡수층(130)을 형성하는 단계(S106), 상기 광흡수층(130) 상에 용액 공정으로 황화코발트를 적층하여 정공수송층(140)을 형성하는 단계(S108) 및 상기 정공수송층(140) 상에 제2 전극(150)을 형성하는 단계(S110)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the method of manufacturing the
상기 태양전지(100)의 제조방법의 순서는 이와 반대일 수 있다. The order of the manufacturing method of the
상기 태양전지(100) 제조방법은 제2 전극(150)을 제공하는 단계, 상기 제2 전극(150) 상에 용액 공정으로 황화코발트를 적층하여 정공수송층(140)을 형성하는 단계, 상기 정공수송층(140) 상에 용액 공정으로 페로브스카이트 용액을 도포하고 페로브스카이트 결정을 성장시켜 광흡수층(130)을 형성하는 단계, 상기 광흡수층(130) 상에 용액 공정으로 전자수송물질을 적층하고 소결하여 전자수송층(120)을 형성하는 단계 및 상기 전자수송층(120) 상에 제1 전극(110)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 도시화한 것이다. 5(a) and 5(b) illustrate the structure of a solar cell according to an embodiment.
도5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 상기 태양전지(100)는 다수의 층이 적층된 형태일 수 있다. 상기 태양전지(100)는 제1 전극(110), 전자수송층(120), 광흡수층(130), 정공수송층(140) 및 제2 전극(150)을 포함할 수 있다. 상기 태양전지(100)의 각 층은 다수일 수 있다. 제1 전극(110), 전자수송층(120), 광흡수층(130), 정공수송층(140) 및 제2 전극(150)은 각각 다수의 층을 포함할 수 있다. 상기 태양전지(100)는 제1 전극(110), 전자수송층(120), 광흡수층(130), 정공수송층(140) 및 제2 전극(150) 외에 다른 층을 추가로 더 포함할 수 있다.5(a) and 5(b), the
상기 제1 전극(110)은 전기전도성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 전기전도성이 우수한 필름 또는 박막 형태 일 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 투명할 수도 있고, 불투명할 수도 있다. 상기 제1 전극(110)은 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent Conducting Oxide)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 ITO(Indium doped tin oxide), FTO(Fluorine doped tin oxide), ZnO, MgO, TiOx, SnO2, 도핑된 산화물인 GZO(Ga-doped ZnO), AZO(Al-doped ZnO) 및 이들의 복합체를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 제1 전극(110)은 유기물 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), PEDOT (Poly 3,4-ethylenedioxythiophene) : PSS (Polystyrene Sulfonate), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 및 이들의 복합체를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 제1 전극(110)은 금속을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 금속 나노 입자, 금속 나노 와이어, 금속 박막, 금속 메쉬 및 이들의 복합체를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 제 1 전극(110)은 산화물, 유기물 및 금속의 복합체를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 FTO가 형성된 기판일 수 있다. The
상기 제2 전극(150)은 전기전도성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 전기전도성이 우수한 필름 또는 박막 형태 일 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 투명할 수도 있고, 불투명할 수도 있다. 상기 제2 전극(150)은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C 의 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 금속 산화물, 전도성 폴리머, 금속 나노구조체 또는 금속 메쉬로 형성될 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 제2 전극(150)은 금(Au)으로 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 상기 제1 전극(110)을 형성할 수 있는 물질 및 구조 중에서 선택될 수 있다. The
상기 전자수송층(120, ETL, electron transport layer)은 전자를 수송하는 것일 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 상기 광흡수층(130)에서 분리 생성된 전자를 수송하는 것일 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 상기 광흡수층(130)에서 분리 생성된 전자와 정공이 재결합하여 소멸되기 전에, 상기 전자를 이동시키는 것일 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 상기 전자와 정공의 재결합을 방지하는 것일 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 상기 제1 전극(110)과 상기 광흡수층(130) 사이에서 전자의 원활한 수송을 돕는 층일 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 용액 공정으로 상기 제1 전극(110) 상에 적층될 수 있다. 상기 전자수송층(120)은 용액 공정으로 상기 광흡수층(130) 상에 적층될 수도 있다. 상기 전자수송층(120)은 다수의 층이 적층된 구조일 수 있다. The electron transport layer 120 (ETL, electron transport layer) may transport electrons. The
상기 전자수송층(120)은 전자수송물질을 포함할 수 있다. 상기 전자수송물질은 상기 태양전지(100)의 전력 변환 효율(power conversion efficiency)을 변화시키는 것일 수 있다. 상기 전자수송물질은 산화 티타늄(TiOx), 산화 주석(SnO2) 또는 산화 아연(ZnO)를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 전자수송물질은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80))를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 전자수송물질은 lithium floride(LiF) 또는 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10- phenanthroline(BCP)를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. The
상기 전자수송물질은 태양전지(100)에 적합한 전도대(conduction band)를 가지는 물질 일 수 있다. 상기 전자수송물질은 페로브스카이트 태양전지(100)에 적합한 전도대를 가지는 물질 일 수 있다. 상기 전자수송물질의 전도대는 상기 제1 전극(110) 물질의 전도대 보다 높을 수 있다. 상기 전자수송물질의 전도대는 상기 광흡수층(130)의 전도대 보다 낮을 수 있다. 상기 광흡수층(130)에서 발생한 전자는 상기 전자수송층(120)을 거쳐 상기 제1 전극(110)으로 이동될 수 있다. The electron transport material may be a material having a conduction band suitable for the
상기 전자수송물질은 이산화 티타늄(TiO2)일 수 있다. The electron transport material may be titanium dioxide (TiO 2 ).
상기 광흡수층(130)은 빛을 흡수하여 전자 및 정공을 분리 생성시키는 층일 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 상기 전자수송층(120) 및 상기 정공수송층(140) 사이에 위치하는 층일 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 상기 전자수송층(120)에 전자를 공급하고 상기 정공수송층(140)에 정공을 공급하는 층일 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 상기 전자수송층(120) 상에 적층될 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 상기 정공수송층(140) 상에 적층될 수도 있다. 상기 광흡수층(130)은 페로브스카이트(perovskite) 구조 물질을 포함할 수 있다. The
상기 페로브스카이트 물질은 CH3NH3PbBr3(MAPbBr3), CH3NH3PbI3 (MAPbI3), NH2CHNH2PbI3 (FAPbI3) 및 이들의 화합물일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 페로브스카이트 물질은 높은 유전상수를 가져 엑시톤 바인딩 에너지가 낮아 전하의 분리가 용이할 수 있다. 상기 페로브스카이트 물질은 직접 밴드갭 특성으로 인해 높은 흡광계수를 가지고 박막화가 가능한 물질 일 수 있다. 상기 페로브스카이트 물질은 전하의 확산거리가 길며, 높은 개방전압(Open Circuit Voltage)으로 인해 태양전지에 이용되는 경우 고효율화가 가능한 물질일 수 있다. 상기 페로브스카이트는 전자와 정공의 분리 생성이 용이하고, 전자와 정공의 재결합이 상대적으로 잘 일어나지 않는 물질일 수 있다. The perovskite material is CH 3 NH 3 PbBr 3 (MAPbBr 3), CH 3 NH 3 PbI 3 (MAPbI 3),
상기 페로브스카이트는 온도 및 습도에 취약한 구조일 수 있다. 상기 페로브스카이트는 열린 구조를 가지고, 온도 및 습도에 따라 분리되는 구조일 수 있다. 상기 페로브스카이트의 장기 안정성은 온도 변화와 수분을 차단함으로써 달성될 수 있다. The perovskite may have a structure vulnerable to temperature and humidity. The perovskite may have an open structure and may have a structure that is separated according to temperature and humidity. Long-term stability of the perovskite can be achieved by blocking temperature changes and moisture.
상기 페로브스카이트 물질은 용액 공정을 통해 적층될 수 있다. 상기 페로브스카이트 물질은 용액 공정을 통해 박막을 형성할 수 있다. 상기 용액 공정은 저비용으로 가능한 것일 수 있다. 상기 용액 공정은 대면적에 유리한 것일 수 있다. 상기 용액 공정은 단일스텝 스핀코팅법, 멀티스텝 스핀코팅법, 듀얼소스 기상증착법 및 기상도움 용액 공정법을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. The perovskite material may be deposited through a solution process. The perovskite material may form a thin film through a solution process. The solution process may be possible at low cost. The solution process may be advantageous for a large area. The solution process may include, but is not limited to, a single-step spin coating method, a multi-step spin coating method, a dual source vapor deposition method, and a vapor-phase assist solution process method.
상기 페로브스카이트의 가전자대는 각각 페로브스카이트가 포함하는 물질에 따라 상이할 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 CH3NH3PbI3 구조의 페로브스카이트를 포함할 수 있다. 상기 페로브스카이트가 CH3NH3PbI3(MAPbI3) 구조식을 가지는 경우, 가전자대(Valence Band)는 -5.5eV 내지 -5.4eV 사이의 값을 가질 수 있고, 구체적으로는 -5.43eV일 수 있다. 상기 페로브스카이트가 CH3NH3PbI3(MAPbI3) 구조식을 가지는 경우, 전도대(conduction band)는 -4.0eV 내지 -3.8eV 사이의 값을 가질 수 있고, 구체적으로는 -3.93eV일 수 있다. 상기 페로브스카이트가 CH3NH3PbI3(MAPbI3) 구조식을 가지는 경우, 밴드갭(band gap)은 1.5eV 내지 1.6eV 사이의 값을 가질 수 있고, 구체적으로는 1.55eV 일 수 있다. The valence band of the perovskite may be different depending on the material contained in the perovskite, respectively. The
상기 정공수송층(140)(HTL, Hole Transport Layer)은 정공를 수송하는 것일 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 상기 광흡수층(130)에서 분리 생성된 정공를 수송하는 것일 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 상기 광흡수층(130)에서 분리 생성된 전자와 정공이 재결합 되어 소멸되기 전에, 상기 정공을 이동시키는 것일 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 상기 제2 전극(150)과 상기 광흡수층(130) 사이에서 정공의 원활한 수송을 돕는 층일 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 용액 공정으로 상기 광흡수층(130) 또는 제2 전극(150) 상에 적층될 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 다수의 층이 적층된 구조일 수 있다.The hole transport layer 140 (HTL, Hole Transport Layer) may transport holes. The
상기 정공수송층(140)은 정공수송물질을 포함할 수 있다. 상기 정공수송물질은 상기 태양전지(100)의 전력 변환 효율을 변화시키는 것일 수 있다. 상기 정공수송물질은 유기 정공수송물질 또는 무기 정공수송물질일 수 있다. 상기 무기 정공수송물질은 상기 유기 정공수송물질 보다 저렴한 가격으로 생산될 수 있다. 상기 무기 정공수송물질은 상기 유기 정공수송물질 보다 전기전도도가 높을 수 있다. 상기 무기 정공수송물질은 상기 유기 정공수송물질 보다 높은 안정성을 가질 수 있다.The
상기 정공수송물질은 태양전지(100)에 적합한 최고준위 점유 분자궤도(HOMO, Highest occupied molecular orbital) 에너지 레벨을 가지는 물질 일 수 있다. 상기 정공수송물질은 페로브스카이트의 가전자대(Valence band)에 부합하는 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨을 가지는 물질 일 수 있다. 상기 정공수송물질은 페로브스카이트의 가전자대에 부합하는 가전자대를 가진 물질 일 수 있다. 상기 정공수송물질의 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨 또는 가전자대는 상기 페로브스카이트의 가전자대 보다 높을 수 있다. 상기 정공수송물질의 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨 또는 가전자대는 -5.43eV 보다 높을 수 있다. 상기 정공수송물질의 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨 또는 가전자대는 상기 페로브스카이트의 전도대 보다 낮을 수 있다. 상기 정공수송물질의 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨 또는 가전자대는 -3.93eV 보다 낮을 수 있다. 상기 정공수송물질의 최고준위 점유 분자궤도 에너지 레벨 또는 가전자대 값은 상기 태양전지(100)의 개방전압 및 전력 변환 효율을 변화시키는 것일 수 있다. The hole transport material may be a material having a highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level suitable for the
상기 무기 정공수송물질은 황화코발트 일 수 있다. 상기 무기 정공수송물질은 상기 황화코발트 제조방법으로 생성된 황화코발트 일 수 있다. 상기 황화코발트는 CoS, Co4S3, Co9S8 또는 이들의 복합체 일 수 있다. 상기 황화코발트는 나노크기의 입자일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 편평한 층을 만드는 것이 가능한 형태일 수 있다. 상기 황화코발트는 용액 공정을 이용하여 박막 형태로 적층 가능한 것일 수 있다. 상기 황화코발트의 가전자대는 페로브스카이트의 가전자대 보다 높고 Spiro-OMeTAD의 가전자대 보다 낮을 수 있다. The inorganic hole transport material may be cobalt sulfide. The inorganic hole transport material may be cobalt sulfide produced by the method for producing cobalt sulfide. The cobalt sulfide may be CoS, Co 4 S 3 , Co 9 S 8 or a complex thereof. The cobalt sulfide may be nano-sized particles. The cobalt sulfide may be in a form capable of forming a flat layer using a solution process. The cobalt sulfide may be laminated in the form of a thin film using a solution process. The valence band of cobalt sulfide may be higher than that of perovskite and lower than that of Spiro-OMeTAD.
상기 유기 정공수송물질은 The organic hole transport material is
spiro-OMeTAD(2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'spirobifluorene), 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-octylthiophene)), P3DT(poly(3-decylthiophene)), P3DDT(poly(3-dodecylthiophene)), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), 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), PCBTDPP, PDPPDBTE, PANI, KTM3 또는 이들의 공중합체일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. spiro-OMeTAD(2,2',7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'spirobifluorene), 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-octylthiophene)), P3DT(poly(3-decylthiophene)), P3DDT(poly(3-dodecylthiophene)), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9, 9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)), 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-thieny l-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), PCBTDPP, PDPPDBTE, PANI, KTM3 or It may be a copolymer thereof, but is not limited thereto.
상기 유기 정공수송물질은 낮은 전기전도도를 극복하기 위해 첨가제를 포함하는 도핑공정을 수반할 수 있다. 상기 첨가제는 도펀트(dopant)일 수 있다. 상기 첨가제는 물을 흡수하는 흡습성이 있을 수 있다. 상기 첨가제는 물을 흡수하여 상기 페로브스카이트에 전달할 수 있다. 상기 첨가제는 lithium bis-(trifluoromethanesulfonyl) imide(LiTFSI), 4-tert-butylpiridine(tBP), FK209 및 FK269 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 상기 유기정공수송물질은 spiro-OMeTAD일 수 있다. The organic hole transport material may be accompanied by a doping process including an additive to overcome low electrical conductivity. The additive may be a dopant. The additive may be hygroscopic to absorb water. The additive may absorb water and deliver it to the perovskite. The additive may include at least one of lithium bis-(trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), 4-tert-butylpiridine (tBP), FK209, and FK269, but is not limited thereto. The organic hole transport material may be spiro-OMeTAD.
상기 정공수송층(140)이 무기 정공수송물질 및 유기 정공수송물질을 포함하는 경우, 상기 정공수송층(140)이 포함하는 상기 유기 정공수송물질은 첨가제를 포함하는 도핑공정을 생략할 수 있다. 상기 정공수송층(140)이 무기 정공수송물질 및 Spiro-OMeTAD을 포함하는 경우, 상기 정공수송층(140)이 포함하는 상기 Spiro-OMeTAD은 첨가제를 포함하는 도핑공정을 거치지 않을 수 있다. 상기 정공수송층(140)이 황화코발트 및 Spiro-OMeTAD을 포함하는 경우, 상기 정공수송층(140)이 포함하는 상기 Spiro-OMeTAD은 첨가제를 포함하는 도핑공정을 거치지 않을 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 상기 도핑공정을 생략함으로써 제조단가를 낮출 수 있고 제조공정이 단순화 될 수 있다. 또한 고가인 유기 정공수송물질의 일부를 황화코발트로 대체함으로써 재료단가를 낮출 수 있다. 덧붙여서, 상기 정공수송층(140)이 포함하는 무기 정공수송물질이 기존의 정공수송물질 보다 가전자대가 낮은 경우, 이를 포함하는 태양전지(100)는 상기 정공수송층(140)에서 광흡수층(130)으로의 전하 이동속도가 빠를 수 있고, 더 높은 개방전압 및 전력 변환 효율을 가질 수 있다. When the
상기 유기 정공수송물질은 상기 도핑공정을 거치지 않음으로써, 도핑공정을 거친 경우보다 상기 페로브스카이트에 수분을 덜 전달할 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 상기 첨가제를 포함하지 않음으로써, 첨가제를 포함한 경우보다 상기 페로브스카이트에 수분을 덜 전달할 수 있다. 상기 페로브스카이트에 전달된 수분은 상기 페로브스카이트 구조를 분리시킬 수 있다. 상기 페로브스카이트의 구조가 분리된 경우, 상기 태양전지(100)의 전력 변환 효율은 낮아질 수 있고, 시간이 지남에 따라 전력 변환 효율이 크게 달라질 수 있다. 상기 첨가제를 포함하지 않는 태양전지(100)의 전력 변환 효율 및 장기 안정성은 상기 첨가제를 포함하는 태양전지의 전력 변환 효율 및 장기 안정성보다 높을 수 있다. 상기 도핑공정은 산화반응을 포함할 수 있다. 상기 도핑공정에서 산화의 정도는 일정하게 조절되기 어려울 수 있다. 상기 산화의 정도에 따라 상기 태양전지(100)의 전력 변환 효율 및 장기 안정성은 달라질 수 있다. 상기 도핑공정이 일정하지 않으면 상기 태양전자의 전력 변환 효율은 일정하지 않을 수 있다. 상기 도핑공정을 거치지 않은 정공수송물질을 포함하는 태양전지(100)의 효율은 상기 도핑공정을 거친 정공수송물질을 포함하는 태양전지의 효율보다 높을 수 있다. 상기 도핑공정을 거치지 않은 정공수송물질을 포함하는 태양전지(100)는 상기 도핑공정을 거친 정공수송물질을 포함하는 태양전지보다 일정한 효율을 가지도록 양산될 수 있다. 상기 도핑공정을 거치지 않은 정공수송물질을 포함하는 태양전지(100)는 상기 도핑공정을 거친 정공수송물질을 포함하는 태양전지보다 장기 안정성이 높을 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 Spiro-OMeTAD일 수 있다.Since the organic hole transport material does not undergo the doping process, less moisture can be transferred to the perovskite than the doping process. Since the organic hole transport material does not include the additive, less moisture can be delivered to the perovskite than when the additive is included. Moisture delivered to the perovskite may separate the perovskite structure. When the structure of the perovskite is separated, the power conversion efficiency of the
도 5(a)은 단일층의 정공수송층을 포함하는 태양전지의 구조를 도시화한 것이다. 5(a) shows the structure of a solar cell including a single-layer hole transport layer.
상기 정공수송층(140)은 무기 정공수송물질을 포함할 수 있다. 상기 무기 정공수송물질은 황화코발트 일 수 있다. 상기 황화코발트는 CoS, Co4S3, Co9S8 또는 이들의 복합체 일 수 있다. The
상기 정공수송층(140)은 유기 정공수송물질보다 저렴한 무기 정공수송물질인 황화코발트로 형성됨으로써 제조단가를 낮출 수 있다. 또한 무기 정공수송물질인 황화코발트를 포함함으로써, 상기 정공수송층(140)은 흡습성이 있는 첨가제(도펀트) 또는 도핑공정을 생략할 수 있어 제조단가가 절감되고, 태양전지(100)의 장기 안정성 및 구동 안정성이 향상될 수 있다. 덧붙여, 상기 황화코발트의 가전자대는 상기 Spiro-OMeTAD의 가전자대보다 낮기 때문에, 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)는 높은 개방전압 및 높은 전력변환효율을 가질 수 있다. The
상기 정공수송층(140)은 유무기 정공수송 복합층일 수 있다. 상기 유무기 정공수송 복합층은 유기 정공수송물질과 무기 정공수송물질이 복합된 층으로 정의될 수 있다. 상기 유무기 정공수송 복합층은 유기 정공수송물질의 장점과 무기 정공수송물질의 장점을 동시에 가질 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 첨가제를 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 Spiro-OMeTAD일 수 있고, 상기 첨가제는 LiTFSI 및 tBP 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 황화코발트는 CoS, Co4S3, Co9S8 및 이들의 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
상기 정공수송층(140)이 유기 정공수송층인 경우보다 유무기 정공수송 물질의 복합층인 경우에 제조단가가 저렴하고 제조공정이 단순화 되며, 개방전압, 전력 변환 효율 및 장기안정성이 향상될 수 있다. 상기 정공수송층(140)이 Spiro-OMeTAD만으로 형성된 경우보다 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트의 복합층으로 형성되는 경우에 제조단가가 저렴하고 제조공정이 단순화 되며, 개방전압, 전력 변환 효율, 및 장기안정성이 향상될 수 있다. 위와 같은 차이는 전술한 것과 같이 상기 황화코발트의 낮은 가전자대 및 상기 정공수송층(140)이 도핑공정을 거치지 않고 상기 첨가제를 포함하지 않음으로써 달성될 수 있다. When the
도 5(b)은 다수의 층을 포함하는 정공수송층을 포함하는 태양전지의 구조를 도시화한 것이다. 5(b) shows the structure of a solar cell including a hole transport layer including a plurality of layers.
도 5(b)를 참조하면, 상기 정공수송층(140)은 다수의 층을 포함할 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 제1 정공수송층(141) 및 제2 정공수송층(142)을 포함할 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 제1 정공수송층(141) 및 제2 정공수송층(142) 외에 다수의 정공수송층을 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 제1 정공수송층(141)은 상기 제2 정공수송층(142) 위에 위치할 수 있고, 아래에 위치할 수도 있다. 상기 제1 정공수송층(141) 및 제2 정공수송층(142)의 위치 및 순서는 도면에 표시된 위치 및 순서에 제한되지 않는다. Referring to FIG. 5B, the
상기 정공수송층(140)은 황화코발트를 포함할 수 있다. 상기 정공수송층(140)은 황화코발트를 포함하는 다수의 정공수송층을 포함할 수 있다. 상기 제1 정공수송층(141) 및 상기 제2 정공수송층(142)은 모두 황화코발트를 포함할 수 있다. 상기 제1 정공수송층(141) 및 상기 제2 정공수송층(142) 각각은 CoS, Co4S3, Co9S8 및 이들의 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 정공수송층(141)이 포함하는 황화코발트와 상기 제2 정공수송층(142)이 포함하는 황화코발트의 화학식은 상이할 수 있다. 상기 정공수송층(140)이 상기 황화코발트를 포함하는 다수의 층을 포함하는 경우, 각 층이 포함하는 상기 황화코발트의 가전자대는 다를 수 있고, 이들 간의 차이로 인해 정공의 수송이 촉진될 수 있다. 그 밖의 상기 정공수송층(140)의 효과는 단일층인 경우와 유사할 수 있다. The
상기 정공수송층(140)은 무기 정공수송물질을 포함하는 층과 유기 정공수송물질을 포함하는 층을 각각 포함할 수 있다. 상기 제1 정공수송층(141)은 황화코발트를 포함하고, 상기 제2 정공수송층(142)은 유기 정공수송물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 정공수송층(142)은 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 상기 유기 정공수송물질은 Spiro-OMeTAD일 수 있고, 상기 첨가제는 LiTFSI 및 tBP 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 황화코발트는 CoS, Co4S3, Co9S8 및 이들의 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 황화코발트로 대표되는 무기 정공수송물질과 상기 유기 정공수송물질을 각기 다른 층으로 형성함으로써, 정공수송 물질간의 가전자대의 차이로 인해 정공의 수송이 촉진될 수 있다. 또한, 유기 정공수송물질 또는 무기 정공수송물질을 상기 광흡수층 또는 상기 제2 전극과 격리시킴으로써 각 층을 보호할 수 있다. 그 밖의 상기 정공수송층(140)의 효과는 전술한 유무기 정공수송 복합층인 경우와 유사할 수 있다. The
도 6(a) 내지 도 6(d)는 실시 예에 따라 형성된 황화코발트 박막의 평면(planar) SEM 및 태양전지의 단면(cross-section) SEM 측정결과이다. 도6(a)는 실시 예에 따라 형성된 황화코발트(CoS) 박막의 평면SEM 측정결과이다. 도6(b)는 실시 예에 따라 형성된 황화코발트(Co9S8) 박막의 평면SEM 측정결과이다. 도6(c)는 실시 예에 따라 형성된 황화코발트(Co4S3) 박막의 평면SEM 측정결과이다. 도6(d)는 실시 예에 따라 형성된 태양전지의 단면SEM 측정결과이다. 6(a) to 6(d) are planar SEM and cross-section SEM measurement results of a cobalt sulfide thin film formed according to an embodiment. 6(a) is a plane SEM measurement result of a cobalt sulfide (CoS) thin film formed according to an embodiment. 6(b) is a planar SEM measurement result of a cobalt sulfide (Co 9 S 8 ) thin film formed according to an embodiment. 6(c) is a planar SEM measurement result of a cobalt sulfide (Co 4 S 3 ) thin film formed according to an embodiment. 6(d) is a cross-sectional SEM measurement result of a solar cell formed according to the embodiment.
도6(a) 내지 도 6(c)의 평면 SEM을 참조하면, CoS, Co4S3 또는 Co9S8를 포함하는 박막이 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기 박막은 스프레이 및 스핀 코팅법을 이용하여 형성된 것일 수 있다. 도6(d)의 단면SEM을 참조하면, 실시 예에 따라 형성된 태양전지(100)를 확인할 수 있다. 실시 예에 따른 상기 태양전지(100)는 제1 전극(110)으로 FTO 기판, 전자수송층(120)으로 TiO2, 광흡수층(130)으로 CH3NH3PbI3, 정공수송층(140)으로 Spiro-OMeTAD와 황화코발트(CoxSy)의 유무기 정공수송 복합층 및 제2 전극(150)으로 금(Au)을 포함할 수 있다.Referring to the planar SEM of FIGS. 6(a) to 6(c), it can be seen that a thin film including CoS, Co 4 S 3 or Co 9 S 8 was formed. The thin film may be formed using a spray and spin coating method. Referring to the cross-sectional SEM of FIG. 6(d), the
도 7은 실시 예에 따라 생성된 황화코발트의 가전자대(Valence band)를 도시화한 것이다. 도 7을 참조하면, 상기 황화코발트의 가전자대는 -5.43eV 내지 -5.22ev 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 황화코발트의 가전자대는 -5.37eV 내지 -5.25eV 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 황화코발트는 CoxSy로 표시될 수 있다. 상기 황화코발트의 가전자대는 x/y가 클수록 낮아질 수 있다. 상기 황화코발트의 가전자대는 x/y가 작을 수록 높아질 수 있다. 상기 황화코발트가 Co4S3 일 때, -5.37ev의 가전자대를 가질 수 있다. 상기 황화코발트가 Co9S8 일 때, -5.31ev의 가전자대를 가질 수 있다. 상기 황화코발트가 CoS 일 때, -5.25ev의 가전자대를 가질 수 있다. 7 is a diagram illustrating a valence band of cobalt sulfide generated according to an embodiment. Referring to FIG. 7, the valence band of cobalt sulfide may have a value between -5.43eV and -5.22ev. The valence band of cobalt sulfide may have a value between -5.37eV and -5.25eV. The cobalt sulfide may be represented by CoxSy. The valence band of cobalt sulfide may decrease as x/y increases. The valence band of cobalt sulfide may increase as x/y decreases. When the cobalt sulfide is Co 4 S 3 , it may have a valence band of -5.37ev. When the cobalt sulfide is Co 9 S 8 , it may have a valence band of -5.31 ev. The cobalt sulfide is CoS When is, it can have a valence band of -5.25ev.
도 8은 실시 예에 따른 태양전지의 J-V 커브와 전력 변환 효율(power conversion efficiency) 그래프이다. 도 8을 참조하면, 유무기 정공수송 복합층을 포함하는 태양전지(100)의 전력 변환 효율이 유기 정공수송층을 포함하는 태양전지보다 더 우수할 수 있다. 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)의 복합층을 포함하는 태양전지(100)가 상기 Spiro-OMeTAD 및 첨가제를 포함하는 태양전지보다 더 높은 전력 변환 효율을 나타낼 수 있다. 상기 첨가제는 리튬(Li), 구체적으로는 LiTFSI 및 tBP을 포함하는 것일 수 있다. 8 is a J-V curve and a power conversion efficiency graph of a solar cell according to an embodiment. Referring to FIG. 8, power conversion efficiency of the
상기 황화코발트가 Co4S3 일 때, 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)는 1.091V의 개방전압(Open Circuit Voltage)을 가질 수 있고, 전력 변환 효율은 18.04%일 수 있다. 상기 황화코발트가 Co9S8 일 때, 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)는 1.063V의 개방전압을 가질 수 있고, 전력 변환 효율은 17.15%일 수 있다. 상기 황화코발트가 CoS 일 때, 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)는1.034V의 개방전압을 가질 수 있고, 전력 변환 효율은 16.83%일 수 있다. 이는 모두 상기 Spiro-OMeTAD 및 첨가제를 포함한 태양전지(100)가 가지는 개방전압(1.019V) 및 전력 변환 효율(16.7%) 보다 우수한 것으로 나타난다. When the cobalt sulfide is Co 4 S 3 , the
상기 황화코발트가 낮은 가전자대를 가질 수록, 상기 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)의 개방전압이 클 수 있다. 상기 황화코발트가 낮은 가전자대를 가질수록, 상기 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)의 개방전압이 클 수록, 상기 황화코발트를 포함하는 태양전지(100)의 전력 변환 효율이 증가할 수 있다. As the cobalt sulfide has a lower valence band, the open-circuit voltage of the
도 9(a) 내지 도 9(c)는 실시 예에 따른 태양전지의 정공수송층과 광흡수층 사이의 광 발광(PL, photoluminescence) 그래프 및 시간 분해 광 발광 분석(Time resolved photoluminescence Analysis) 그래프이다. 도 9(a)는 실시 예에 따른 태양전지(100)의 정공수송층(140)과 광흡수층(130) 사이의 광 발광(PL, photoluminescence) 그래프 이고, 도9(b)는 이를 확대한 것이다. 도 9(c)는 태양전지(100)의 정공수송층(140)과 광흡수층(130) 사이의 시간 분해 광 발광 분석(Time resolved photoluminescence Analysis) 그래프이다.9(a) to 9(c) are photoluminescence (PL) graphs and time-resolved photoluminescence analysis graphs between the hole transport layer and the light absorption layer of the solar cell according to the embodiment. 9(a) is a photoluminescence (PL) graph between the
도 9(a) 내지 도 9(c)를 참조하면, 정공수송층(140)과 광흡수층(130) 계면 사이의 전하 이동 속도는 유기 정공수송층(Spiro-OMeTAD)을 사용하는 경우 보다 유무기 정공수송 복합층(Spiro-OMeTAD 및 황화코발트의 복합층)을 정공수송층(140)으로 사용하는 경우에 더 빠를 수 있다. 상기 정공수송층(140)과 광흡수층(130) 계면 사이의 전하 이동 속도는 Spiro-OMeTAD 및 Co4S3 의 복합층일 때 가장 높게 나타났으며, 그 뒤를 이어 Spiro-OMeTAD 및 Co9S8의 복합층, Spiro-OMeTAD 및 CoS의 복합층 순서로 나타났다. 즉, 상기 황화코발트의 가전자대가 낮을 수록 정공수송층(140)과 광흡수층(130) 계면 사이의 전하 이동이 더 빠를 수 있다. 태양전지(100)의 전력 변환 효율은 광흡수층(130)과 정공수송층(140) 계면 사이의 전하 이동이 빠를 때 높게 나타날 수 있다. 상기 황화코발트의 가전자대가 낮을수록 이를 포함하는 태양전지(100)의 전력 변환 효율은 높을 수 있다. 9(a) to 9(c), the charge transfer speed between the interface of the
도 10은 실시 예에 따른 태양전지의 장기안정성을 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing long-term stability of a solar cell according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 유무기 정공수송 복합층을 포함하는 태양전지(100)의 장기 안정성이 유기 정공수송층을 포함하는 태양전지보다 더 우수할 수 있다. 즉, 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)를 포함하는 태양전지(100)의 장기 안정성이 Spiro-OMeTAD만 포함하는 태양전지보다 더 우수할 수 있다. 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)의 복합층을 포함하는 태양전지(100)는 1000시간이 지난 후에도 높은 효율을 가질 수 있다. 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)의 복합층을 포함하는 태양전지(100)는 1000시간이 지난 후에도 초기 효율의 90% 이상을 나타낼 수 있다. 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)의 복합층을 포함하는 태양전지(100)의 높은 장기 안정성은 상기 첨가제를 포함하지 않음으로써 달성될 수 있다. 상기 첨가제를 포함하지 않음으로써, 상기 정공수송층(140)은 태양전지(100)의 광흡수층(130)에 수분을 전달하지 않을 수 있다. 상기 Spiro-OMeTAD 및 황화코발트(CoxSy)의 복합층을 포함하는 태양전지(100)의 높은 장기 안정성은 상기 도핑공정을 생략함으로써 달성될 수 있다. 상기 도핑공정을 생략함으로써, 상기 정공수송층(140)은 도핑공정을 거치는 경우보다 산화되지 않을 수 있고, 태양전지(100)의 광흡수층(130)을 산화시키지 않을 수 있다.Referring to FIG. 10, long-term stability of a
다음은 Spiro-OMeTAD 및 상기 황화코발트의 복합체로 구성된 상기 정공수송층(140)을 포함하는 태양전지(100)의 제조 예이다. 상기 태양전지(100)는 아래와 같은 방법으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The following is an example of manufacturing a
[실험 예] [Experimental example]
제1 전극(110)을 준비한다. 상기 제1 전극(110)을 세제(detergent), DI 워터(deionized water) 및 이소프로판올(isopropanol)에 진동기를 이용하여 15분 동안 세척한다. 이 후 상기 제1 전극(110)을 20 분 동안 UV-오존처리하여 상기 제1 전극(110)의 표면을 친수성화 한다. 세척된 상기 제1 전극(110)에 l-TiO2solution(Sharechem)을 4000 pm 30초 동안 스핀코팅 방법으로 적층한 뒤, meso- TiO2paste (1g,Sharechem)를 적층하여 500도에서 1시간 동안 소결과정을 진행하여 전자수송층(120)을 형성한다. The
요오드화 납(Lead iodide, PbI2, 461mg, Alfa Aesar), 메틸암모늄할라이드(methylammonium iodide, MAI, 159mg), 그리고 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO, 78mg)를 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF, 600mg, Alfa Aesar) 용액에 용해하여 페로브스카이트 용액을 제조한다. 제조된 페로브스카이트 용액을 소결 과정이 완료된 상기 전자수송층(120) 위에 스핀코팅법으로 30초 동안 4000rpm로 적층 한다. 스핀 코팅 중에, 다이에틸에테르(diethyl ether, 0.5ml)를 첨가하여 고결정성의 페로브스카이트(CH3NH3PbI3) 광흡수층(130)을 제조한다.Lead iodide (PbI2, 461mg, Alfa Aesar), methylammonium halide (MAI, 159mg), and dimethylsulfoxide (DMSO, 78mg) were added to dimethylformamide (DMF, 600mg, Alfa). Aesar) solution to prepare a perovskite solution. The prepared perovskite solution is deposited on the
상기 페로브스카이트 결정성장이 완료된 광흡수층(130) 상에 스프레이 및 스핀 코팅법으로 황화코발트(CoxSy) 및 spiro-OMeTAD를 적층하여 정공수송층(140)을 형성한다. 상기 정공수송층(140) 상에 80 nm 두께를 가지는 금(Au)전극을 증착하여 제2 전극(150)을 형성한다. A
상기에서는 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다. In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and it is understood that various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art, and therefore, such changes or modifications are found to belong to the appended claims.
Claims (15)
상기 광흡수층 상에 위치하고 황화코발트를 포함하는 정공수송층;을 포함하고,
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, 상기 x 및 y는 1 내지 10의 범위 내의 값이며,
상기 황화코발트의 가전자대(Valence band)는 -5.43eV 내지 -5.22eV 사이의 값을 가지는
태양전지.
A light absorbing layer comprising a perovskite structure material; And
Including; a hole transport layer located on the light absorption layer and containing cobalt sulfide,
The cobalt sulfide is represented by CoxSy, and x and y are values within the range of 1 to 10,
The valence band of the cobalt sulfide has a value between -5.43 eV and -5.22 eV.
Solar cell.
상기 광흡수층 하에 위치한 전자수송층;
상기 전자수송층 하에 위치한 제1 전극; 및
상기 정공수송층 상에 위치한 제2 전극;을 더 포함하는
태양전지.
The method of claim 1,
An electron transport layer located under the light absorption layer;
A first electrode located under the electron transport layer; And
A second electrode positioned on the hole transport layer; further comprising
Solar cell.
상기 정공수송층은 유기 정공수송물질을 포함하며,
상기 유기 정공수송물질은 첨가제를 포함하지 않는
태양전지.
The method of claim 1,
The hole transport layer contains an organic hole transport material,
The organic hole transport material does not contain additives
Solar cell.
상기 태양 전지에서 전류가 발생하기 시작한 제1 시간 이후 1000시간이 지난 제2 시간에서의 전력 변환 효율(power conversion efficiency)은 상기 제1 시간에서의 전력 변환 효율의 90% 이상인
태양전지.
The method of claim 3,
The power conversion efficiency at a second time 1000 hours after the first time when the current starts to be generated in the solar cell is 90% or more of the power conversion efficiency at the first time.
Solar cell.
상기 정공수송층은 다수의 층을 포함하고,
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, 상기 x 및 y는 1 내지 10의 범위 내의 값이며,
각각의 상기 정공수송층이 포함하는 상기 황화코발트(CoxSy)의 x 및 y의 값은 상이한
태양전지.
The method of claim 1,
The hole transport layer includes a plurality of layers,
The cobalt sulfide is represented by CoxSy, and x and y are values within the range of 1 to 10,
The values of x and y of the cobalt sulfide (CoxSy) included in each of the hole transport layers are different
Solar cell.
상기 정공수송층은 제1 정공수송층 및 제2 정공수송층을 포함하고,
상기 제1 정공수송층은 황화 코발트를 포함하고
상기 제2 정공수송층은 유기 정공수송물질을 포함하며, 첨가제를 포함하지 않는
태양전지.
The method of claim 1,
The hole transport layer includes a first hole transport layer and a second hole transport layer,
The first hole transport layer contains cobalt sulfide,
The second hole transport layer contains an organic hole transport material, and does not contain additives.
Solar cell.
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, x/y 는 1 이상의 값을 가지며,
상기 황화코발트의 가전자대(Valence band)는 -5.37eV 내지 -5.25eV 사이의 값을 가지는
태양전지.
The method of claim 1,
The cobalt sulfide is represented by CoxSy, and x/y has a value of 1 or more,
The valence band of the cobalt sulfide has a value between -5.37eV and -5.25eV.
Solar cell.
상기 황화코발트의 x와 y의 비(x:y)는 1:1, 9:8 또는 4:3 인
태양전지.
The method of claim 8,
The ratio of x and y of cobalt sulfide (x:y) is 1:1, 9:8 or 4:3
Solar cell.
상기 제1 전극 상에 용액 공정으로 전자수송물질을 적층하고 소결하여 전자수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 상에 용액 공정으로 페로브스카이트 용액을 도포하고 페로브스카이트 결정을 성장시켜 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 용액 공정으로 황화코발트를 적층하여 정공수송층을 형성하는 단계; 및
상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 황화코발트는 CoxSy로 표시되고, 상기 x 및 y는 1 내지 10의 범위 내의 값이며,
상기 황화코발트의 가전자대(Valence band)는 -5.43eV 내지 -5.22eV 사이의 값을 가지는
태양전지의 제조방법.
Providing a first electrode;
Depositing an electron transport material on the first electrode by a solution process and sintering to form an electron transport layer;
Forming a light absorption layer by applying a perovskite solution on the electron transport layer by a solution process and growing a perovskite crystal;
Forming a hole transport layer by laminating cobalt sulfide on the light absorbing layer by a solution process; And
Including; forming a second electrode on the hole transport layer,
The cobalt sulfide is represented by CoxSy, and x and y are values within the range of 1 to 10,
The valence band of the cobalt sulfide has a value between -5.43 eV and -5.22 eV.
Solar cell manufacturing method.
상기 정공수송층을 형성하는 단계는 유기 정공전달물질을 적층하는 단계를 포함하는
태양전지의 제조방법.
The method of claim 10,
The forming of the hole transport layer includes laminating an organic hole transport material.
Solar cell manufacturing method.
상기 혼합용액을 불활성 기체 상에서 열처리하여 혼합물을 제조하는 단계;
파우더 형태의 황(sulfur)을 제2 아민계 화합물에 분산한 용액을 상기 혼합물에 교반시켜 230℃ 내지 300℃ 사이의 반응온도로 반응시키는 반응 단계; 및
상기 반응 단계를 거쳐 생성된 물질을 에탄올(ethanol)과 톨루엔(toluene)의 혼합 용액으로 원심분리 하는 단계;를 포함하는
황화코발트의 제조방법.
Preparing a mixed solution of a cobalt chloride hexahydrate, a fatty acid, a first amine compound, and a non-polar solvent;
Heat-treating the mixed solution in an inert gas to prepare a mixture;
A reaction step of reacting a solution obtained by dispersing sulfur in powder form in a second amine compound into the mixture and reacting at a reaction temperature between 230°C and 300°C; And
Including; centrifuging the material produced through the reaction step with a mixed solution of ethanol and toluene
Method for producing cobalt sulfide.
상기 지방산이 올레산(oleic acid)이고, 상기 제1 아민계 화합물 및 상기 제2 아민계 화합물이 올레일아민(Oleylamine)이고, 상기 비극성 용매가 1-옥타데신(1-octadecene)이며,
상기 열처리는 110℃에서 1시간 수행되는
황화코발트의 제조 방법.
The method of claim 12,
The fatty acid is oleic acid, the first amine compound and the second amine compound are oleylamine, the non-polar solvent is 1-octadecene,
The heat treatment is performed at 110° C. for 1 hour
Method for producing cobalt sulfide.
상기 반응온도가 230℃ 내지 270℃ 사이인 경우, 상기 제조방법으로 생성된 황화코발트가 포함하는 코발트와 황의 몰(mole) 비는 상기 반응온도가 낮을수록 1:1에 가까워지고 상기 반응온도가 높을수록 4:3에 가까워 지며,
상기 반응온도가 270℃ 내지 300℃ 사이인 경우, 상기 제조방법으로 생성된 황화코발트가 포함하는 코발트와 황의 몰 비는 상기 반응온도가 낮을수록 4:3에 가까워지고 상기 반응온도가 높을수록 9:8에 가까워 지는
황화코발트의 제조 방법.
The method of claim 12,
When the reaction temperature is between 230° C. and 270° C., the mole ratio of cobalt and sulfur contained in cobalt sulfide produced by the preparation method becomes closer to 1:1 as the reaction temperature is lowered, and the reaction temperature is higher. The more it gets closer to 4:3,
When the reaction temperature is between 270° C. and 300° C., the molar ratio of cobalt and sulfur contained in cobalt sulfide produced by the preparation method becomes closer to 4:3 as the reaction temperature decreases, and 9 as the reaction temperature increases. Getting closer to eight
Method for producing cobalt sulfide.
상기 반응온도가 230℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 1:1이고,
상기 반응온도가 270℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 4:3이고,
상기 반응온도가 300℃인 경우, 상기 제조방법에 의해 생성된 황화코발트(CoxSy)의 x와 y의 비(x:y)는 9:8 인
황화코발트의 제조방법.
The method of claim 12,
When the reaction temperature is 230°C, the ratio (x:y) of x and y of cobalt sulfide (CoxSy) produced by the manufacturing method is 1:1,
When the reaction temperature is 270°C, the ratio of x and y (x:y) of cobalt sulfide (CoxSy) produced by the manufacturing method is 4:3,
When the reaction temperature is 300°C, the ratio of x and y (x:y) of cobalt sulfide (CoxSy) produced by the above manufacturing method is 9:8
Method for producing cobalt sulfide.
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Singh et al. | Review of current progress in inorganic hole-transport materials for perovskite solar cells | |
Han et al. | Interface and defect engineering for metal halide perovskite optoelectronic devices | |
Shi et al. | Advancements in all-solid-state hybrid solar cells based on organometal halide perovskites | |
Jeon et al. | Hybrid perovskites: effective crystal growth for optoelectronic applications | |
Sun et al. | Improved efficiency of photovoltaics based on CdSe nanorods and poly (3-hexylthiophene) nanofibers | |
Saunders et al. | Nanoparticle–polymer photovoltaic cells | |
Fan et al. | Recent progress in organic–inorganic hybrid solar cells | |
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Legal Events
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