KR102228799B1 - 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 제1 전극층; 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 형성된 정공수송층, 페로브스카이트 광흡수층 및 전자수송층; 을 포함하고, 상기 정공수송층은, 소수성 전하수송층을 포함하고, 상기 소수성 전하수송층과 상기 페로브스카이트 광흡수층 사이에 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 갖는 공액고분자 전해질 계면층을 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
페로브스카이트 물질은, 용액 가공(solution-processable)이 가능하고, 우수한 전하 이동성(charge carrier mobility), 광 밴드갭(bandgap)의 가변성 그리고 높은 PLQE(photoluminescence quantum efficiency) 등으로 많은 관심을 받고 있으며, 광전소자, LED(Light-Emitting Diodes) 및 태양전지(solar cell) 등의 광범위한 분야에 활용하려는 연구가 시도되고 있다. 유·무기 복합 페로브스카이트 물질은, 흡광계수가 높고, 용액 공정을 통해 손쉽게 합성이 가능한 특성 때문에 최근 태양전지 광 흡수 물질로서 각광을 받고 있다.
용액 공정을 이용한 대면적 페로브스카이트 태양전지의 제조 공정에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 표면이 소수성인 유기물 전하수송층 상에 공액고분자 전해질을 표면개질층으로 이용하여 대면적 페로브스카이트 태양전지의 제조공정을 시도하였으나, 전하수송층 자체의 소수성을 직접적으로 해결하지 못하여 표면개질층을 추가하여야 하고, 이는 공정 단계 및 난이도 증가로 이어진다(Adv. Mater., 29, 1606363 (2017)). 최근에는, 공액고분자 전해질의 이온을 통한 이온결정구조 페로브스카이트 결점 부동태화를 통한 페로브스카이트 태양전지 고효율화를 위한 논문이 보고되었으나((Nat. Energy, 3, 847-854 (2018)), 이는 효과적인 결점 부동태화를 위한 공액고분자 전해질 구조가 제시되어 있지 않았고, 전하 추출에 영향을 줄 수 있는 공액고분자 전해질의 전기적 성질이 고려되지 않았다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양친성 표면을 가지면서 효과적인 페로브스카이트 결점 부동태화가 가능하고, 이온성, 예를 들어, 음이온성 또는 양이온성 공액고분자 전해질을 계면층으로 활용하여, 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명은, 용액 공정을 이용하여 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는, 페로브스카이트 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 전극층; 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 형성된, 정공수송층, 페로브스카이트 광흡수층 및 전자수송층; 을 포함하고, 상기 정공수송층은, 소수성 전하수송층을 포함하고, 상기 소수성 전하수송층과 상기 페로브스카이트 광흡수층 사이에 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 갖는 공액고분자 전해질 계면층을 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 소수성 전하수송층은, PTAA (poly(triarylamine), poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), 사이클로펜타-[2,1-b;3,4-b']-디티오펜 (cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), 벤조티아디아졸(benzothiadiazole), 디케토피롤로피롤 (diketopyrrolopyrrole), 티에노[3,4-b]티오펜 (thieno[3,4-b]thiophene), 벤조디티오펜 (benzodithiophene), 카르바졸(carbazole), 플루오렌 (fluorene), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD (Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene) 및 PVP (polyvinylpyrrolidone)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질 계면층은, 상기 소수성 전하수송층 상에 형성되고, 상기 공액고분자 전해질 계면층의 두께는 1 nm 내지 5 nm인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질 계면층은, 양친성 표면 특성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질은, 단위체당 2개 이상의 이온성 작용기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이온성 작용기는, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 포함하고, 상기 이온성 작용기는, 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 술포네이트 (-SO3 -), 술페이트(-SO4 -), 할로겐 음이온 (halogen anion), BF4 -, ClO4 -, BrO4 -, AsF6 -, PF6 -, SbF6 -, 및 암모늄이온 (-N+R4, R은 H, 알킬 또는 아릴기)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질은, 티오페닐아민, 플루오렌, 페닐렌비닐렌, 티오펜, 페닐렌, 비닐렌, 아쥴렌, 퓨란, 싸이에닐렌비닐렌 및 피롤로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 주쇄와 탄소수 4 내지 20의 알킬인 탄화수소; R-X-(R은 탄소수 1 내지 20의 알킬, X는 아릴기(aryl), 헤테로아릴기, S, O, CO, COO 및 SOO에서 선택된다.); 또는 이 둘; 을 포함하는 부쇄를 포함하는 공액고분자 전해질인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질은, MPSn-TMA, TPAFSn-TMA(n은 2 이상의 정수이고, 이온성 작용기의 수이다.) 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질은, 하기의 화학식으로 표시되는, MPS2-TMA, MPS4-TMA MPS6-TMA, TPAFS3-TMA, TPAFS5-TMA 및 TPAFS7-TMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 전극층을 준비하는 단계; 상기 제1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 상기 정공수송층 상에 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계; 상기 공액고분자 전해질 계면층 상에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및 상기 전자수송층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 제1 정공수송층은, 소수성 전하수송층을 포함하고, 상기 공액고분자 전해질 계면층은, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘의 공액고분자 전해질을 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계 및 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계는, 용액 공정을 이용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계는, 0.01 mg/l 내지 10 mg/l 농도의 공액고분자 전해질 용액을 이용하는 것일 수 있다.
본 발명은, 공액고분자 전해질의 이온성 작용기를 통한 페로브스카이트 결점 부동태화로 기존 전하수송층 대비 페로브스카이트 태양전지 효율 향상이 가능하고, 용액 공정으로 대면적의 균일한 페로브스카이트 박막의 형성이 가능한 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 페로브스카이트 태양전지의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 공액고분자 전해질 계면층의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1에 따라 공액고분자 전해질 계면층의 접촉각의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1에 따라 공액고분자 전해질 계면층 상에 형성된 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에 따라 공액고분자 전해질 계면층의 접촉각의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에 따라 공액고분자 전해질 계면층 상에 형성된 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 대면적 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 전류밀도-전압 특성(J-V characteristics)을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 광전변환 효율(외부 양자 효율; EQE)을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 전류밀도-전압 특성(J-V characteristics)을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 공액고분자 전해질 계면층의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1에 따라 공액고분자 전해질 계면층의 접촉각의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1에 따라 공액고분자 전해질 계면층 상에 형성된 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에 따라 공액고분자 전해질 계면층의 접촉각의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에 따라 공액고분자 전해질 계면층 상에 형성된 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 대면적 페로브스카이트 박막의 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 전류밀도-전압 특성(J-V characteristics)을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 광전변환 효율(외부 양자 효율; EQE)을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지의 전류밀도-전압 특성(J-V characteristics)을 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 페로브스카이트 태양전지의 구성을 예시적으로 나타낸 것으로, 상기 페로브스카이트 태양전지는, 기판(10); 제1 전극층(20); 정공수송층(30); 공액고분자 전해질 계면층(40), 페로브스카이트 광흡수층(50); 전자수송층(60); 및 제2 전극층(70);을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 전극(20)은, 기판(10) 상에 형성된 전극층을 포함하고, 상기 기판은, 광전 소자에 적용 가능한 기판이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 유리, 석영 (quartz), 웨이퍼, 사파이어, SiC, PET (poly(ethylene terephthalate)), PEN (poly(ethylenenaphthalate)), PP (polypropylene), PI (polimide), TAC (triacetyl cellulose), PES (poly(ethersulfone)) 등의 투명 폴리머 등일 수 있다.
제1 전극(20)은, 캐소드 또는 애노드 전극일 수 있고, 예를 들어, 투명 전도성, 반투명 전도성 물질 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Cu, Rh, Au, V, Nb, Ag, Pd, Zn, Ni, Si, Sn 및 Ru; 이들의 합금; 및 이들의 산화물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화물은, ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO 등의 투명성 전도성 산화물(TCO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 흑연 등의 탄소동소체, 및 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 정공수송층(30)은, 제1 전극(110)과 광흡수층(130) 사이에 형성되고, 전자 및/또는 정공 전달 물질을 포함하며, 소수성 전하수송층을 포함할 수 있다. 상기 소수성 전하수송층은, PTAA (poly(triarylamine), poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), 사이클로펜타-[2,1-b;3,4-b']-디티오펜 (cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), 벤조티아디아졸 (benzothiadiazole), 디케토피롤로피롤(diketopyrrolopyrrole), 티에노[3,4-b]티오펜 (thieno[3,4-b]thiophene), 벤조디티오펜 (benzodithiophene), 카르바졸 (carbazole), 플루오렌 (fluorene), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD (Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene), PVP (polyvinylpyrrolidone),
TPD (N，N，N'，N'－Tetraphenyl－1，1'－biphenyl－4，4'－diamine), P3HT (poly-3-hexylthiophene), P3OT (poly-3-octyl-thiophene)， P3DT (poly(3-decyl thiophene)), P3DDT (poly(3-dodecyl thiophene)， 폴리티오페닐렌비닐렌 (polythiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸 (polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 언급한 화합물을 단위체로 포함하는 중합체 및/또는 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 정공수송층(30) 및/또는 소수성 전하수송층은, 10 nm 내지 100 nm 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 공액고분자 전해질 계면층(40)은, 정공수송층(30)의 소수성 전하수송층 상에 형성되며, 이는 소수성 전하수송층의 표면개질층으로 적용하여, 용액공정으로 대면적의 균일한 페로브스카이트 박막을 안정적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 공액고분자 전해질 계면층(40)은, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘의 이온성 작용기을 갖는 공액고분자 전해질을 포함하고, 공액고분자 전해질 계면층(40)은 양친성 표면 특성을 나타낼 수 있다. 이는 본 발명의 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 공액고분자 전해질은, 소수성 및 친수성을 동시에 가지므로, 소수성 전하수송층 상에 형성되고, 이온성 작용기에 의한 친수성 특성으로, 공액고분자 전해질층 상에 용액 공정을 통해 균일한 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있다.
상기 공액고분자 전해질은, 소수성의 공액고분자 주쇄 및 이온성 작용기를 갖는 측쇄 체인을 도입하여 친수성을 동시에 부여할 수 있다. 상기 공액고분자 전해질은, 단위체당 2개 이상; 4 개 이상; 6 개 이상; 10 개 이상 또는 그 이상의 이온성 작용기를 가질 수 있다. 이러한 이온성 작용기에 의해서 페로브스카이트 결점 부동태화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 이온성 작용기는, 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 술포네이트 (-SO3 -), 술페이트(-SO4 -), 할로겐 음이온 (halogen anion), BF4 -, ClO4 -, BrO4 -, AsF6 -, PF6 -, SbF6 -의 음이온성 작용기; 및 암모늄이온 (-N+R3, R은 H, 알킬 또는 아릴 그룹)의 양이온성 작용기; 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 공액고분자 전해질은, 티오페닐아민, 플루오렌, 페닐렌비닐렌, 티오펜, 페닐렌, 비닐렌, 아쥴렌, 퓨란, 싸이에닐렌비닐렌 및 피롤 중 적어도 하나를 포함하는 중합체의 주쇄를 포함하고, 탄소수 4 내지 20의 알킬인 탄화수소, R-X-(R은 탄소수 1 내지 20의 알킬이고, X는 탄소수 5 내지 30의 아릴기, 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기 (헤테로 원자는 N, O 및 S에서 선택된다.), S, O, CO, COO 및 SOO에서 선택된다.), 또는 이 둘을 포함하는 부쇄를 더 포함하는 공액고분자 전해질을 포함할 수 있다. 예를 들어, MPSn-TMA (poly(fluorene-co-phenylene with different number of anionic side-chains with tetramethyl ammonium counter ions), TPAFSn-TMA (poly(9,9'-bis(6-N,N,N-trimethyl ammoniumhexyl)uorene-alt-phenylene) dibromide) 등이다. 여기서, “n”은 이온성 작용기의 수이며, “n”은 1 이상; 2 이상; 또는 2 내지 20의 정수이다.
바람직하게는 MPS2-TMA, MPS4-TMA MPS6-TMA, TPAFS3-TMA, TPAFS5-TMA 및 TPAFS7-TMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이는 화학식 1 내지 6으로 각각 표시된다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
상기 공액고분자 전해질은, 8K 내지 40K의 분자량(Mn, g/mol)을 포함할 수 있다.
상기 공액고분자 전해질은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 양이온성, 및/또는 음이온성 작용기의 농도(40), 종류(40), 고분자 구조(40') 등에 의해서 표면 특성을 조절하고, 우수한 젖음성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 소수성 전하수송층의 표면은 물에 대해 90° 이상의 접촉각을 가지며, 이는 “젖음성”이 나쁜 것에 해당된다. 하지만, 상기 공액고분자 전해질을 표면개질층으로 처리할 경우에, 90° 이하(예를 들어, 최고 70.7°)의 낮은 접촉각을 보이며 젖음성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 상기 공액고분자 전해질을 상기 소수성 전하수송층 위에 표면개질층으로 적용할 경우에, 양친성을 나타내어 페로브스카이트 박막을 용액 공정으로 형성 가능하고, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
공액고분자 전해질 계면층(40)의 두께는, 1 nm 내지 5 nm인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 광흡수층(50)은, 제1 전극(20)과 제2 전극(70) 사이에 형성되고, 예를 들어, 정공수송층(30) 및 전자수송층(60) 사이에 형성되고, 바람직하게는 정공수송층(30) 상에 형성된 공액고분자 전해질 계면층(40) 상에 형성된다. 공액고분자 전해질 계면층(40)은, 이온성 작용기의 농도, 이온성 작용기의 구조 등의 조절을 통하여 양친성을 가지며, 용액 공정에 의해 안정적으로 광흡수층(50)을 형성할 수 있는 젖음성을 나타내고, 페로브스카이트 박막의 대면적화가 가능하게 할 수 있다.
광흡수층(50)은, 페로브스카이트 화합물을 포함하고, 상기 페로브스카이트 화합물은, 무기금속할라이드 페로브스카이트, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 등일 수 있고, 예를 들어, ABX3, A2BX4, ABX4, APbX3, An-1PbnI3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수) 등의 화학식으로 표시되는 구조일 수 있다. 상기 화학식에서 A는 알칼리금속, 유기 양이온(예를 들어, 유기암모늄) 및/또는 무기 양이온이며, B는 금속물질, X는 할로겐 음이온, 칼코게니드 음이온 및 SCN-(thiocyanate)에서 선택된다. 예를 들어, A는 A는 Na, K, Rb, Cs 또는 Fr의 알칼리금속; (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, (CF3NH3), (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2(n은 1이상인 정수, x는 1이상인 정수)이고, B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po 등이고, X는 P, Cl, Br, I 등일 수 있다. 구체적으로, CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI2Cl, CH3NH3PbI2Br 등일 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물 중 2종 이상을 포함할 경우에, 제1 화합물 대 제2 화합물의 비율은 5:5 내지 9:1일 수 있다.
또한, NaX', ZnX', KX' 및 CsX' (X'는 Cl, Br 및 I에서 선택된다.) 등의 화학식으로 표시되는 화합물을 더 포함하고, 전체 페로브스카이트 화합물 중 10 % 이하; 또는 5 % 이하로 포함될 수 있다.
광흡수층(50)은, 100 nm 내지 1000 nm 두께로 형성되고, 상기 페로브스카이트 화합물의 입자 크기는, 1 nm 내지 900 nm일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 전자수송층(60)은, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris(8-hydroxyquinoline), Alq3), 리튬플로라이드(LiF), 리튬착체(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 비공액 고분자, 비공액고분자 전해질, 공액고분자 전해질, 또는 n-형 금속 산화물, 저차원 탄소계 물질 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n-형 금속 산화물은 일례로, TiOx, ZnO 또는 Cs2CO3 일 수 있다. 또한, 전자수송층(60)으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다. 저차원 탄소계 물질은, 저차원 탄소계 유기물, 무기물 또는 이 둘을 포함하고, 예를 들어, C60, C70, C71, C76, C78, C80, C82, C84, C92 PC60BM, PC61BM, PC71BM, ICBA, BCP, PC70BM, IC70BA, PC84BM, 인덴 C60, 인덴 C70, 엔도히드럴 풀러렌 등의 플러렌계 화합물; 페릴렌, PTCDA, PTCBI, BCP(bathocuproine), Bphen(4, 7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TpPyPB 및 DPPS으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전자수송층(60)은, 10 nm 내지 100 nm; 10 nm 내지 50 nm; 또는 50 nm 내지 20 nm 두께를 갖고, 상기 범위 내에 포함될 경우에, 광흡수층의 손상 방지를 위한 보호층 기능뿐만 아니라, 전자수송층으로의 기능을 수행할 수 있다.
제2 전극층(70)은, 캐소드 또는 애노드 전극일 수 있고, 예를 들어, 투명 전도성, 반투명 전도성 물질 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, 투명 전도성, 반투명 전도성 물질 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Cu, Rh, Au, V, Nb, Ag, Pd, Zn, Ni, Si, Sn 및 Ru; 이들의 합금; 및 이들의 산화물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화물은, ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO 등의 투명성 전도성 산화물(TCO) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 흑연 등의 탄소동소체, 및 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 더 포함할 수 있다. 제2 전극층(70)은, 10 nm 내지 200 nm; 또는 50 nm 내지 150 nm 두께를 가질 수 있다.
본 발명은, 광전 소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광전 소자의 제조방법은, 소수성 전하수송층의 표면개질층으로의 양이온성 및/또는 음이온성 공액고분자 전해질을 적용하여, 기존의 기존 소수성 전하수송층 상에 불완전한 페로브스카이트 광흡수층 형성을 해결할 뿐만 아니라, 양이온성 및/또는 음이온성 공액고분자 전해질을 통해 젖음성이 뛰어난 이온성 작용기를 선택하여 페로브스카이트 박막의 대면적 용액공정이 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 제1 전극층을 준비하는 단계; 제1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 정공수송층 상에 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계; 공액고분자 전해질 계면층 상에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계; 광흡수층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및 전자수송층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 제1 전극을 준비하는 단계는, 상기 태양전지에서 언급한 제1 전극을 준비하고, 예를 들어, 기판 상에 전도성 물질층이 코팅된 기판 또는 기판 상에 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정, 코팅, 프린팅 등을 이용하여 전도성 물질층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 정공수송층을 형성하는 단계는, 상기 태양전지에서 언급한 바와 같은, 소수성 전하수송층을 포함하도록 전자 및 정공 수송 물질을 상기 제1 전극층 상에 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정 코팅, 프린팅 등을 이용하여 정공수송층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 정공수송층 상에 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계는, 상기 정공수송층의 소수성 전하수송층 상에 상기 태양전지에 언급하 바와 같이, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 갖는 공액고분자 전해질을 이용하여 표면개질층을 형성하는 단계이다. 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정 코팅, 프린팅 등을 이용하여 공액고분자 전해질 계면층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 공액고분자 전해질 계면층은, 공액고분자 전해질의 이온성 작용기의 농도, 이온성 작용기 구조, 공액고분자 구조 중 적어도 어느 하나를 변화시켜, 접촉각(젖음성), 양친성 등을 조절하여, 안정적이고 고성능을 갖는 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있다.
상기 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계는, 0.01 mg/l 내지 10 mg/l 농도의 공액고분자 전해질 용액에 의해 용액 공정을 이용할 수 있다. 상기 농도 범위를 적용하여 고효율 및 대면적의 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 광흡수층을 형성하는 단계는, 상기 태양전지에서 언급한 바와 같이, 용액 공정, 코팅, 프린팅 등을 이용하여 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 공액고분자 전해질 계면층 상에 페로브스카이트 화합물 또는 페로브스카이트 화합물 형성을 위한 전구체를 스핀 코팅할 수 있다. 상기 전구체 코팅 이후에 60 ℃ 이상; 또는 60 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 가열하여 페로브스카이트 화합물을 포함하는 막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 전자수송층을 형성하는 단계는, 상기 태양전지에서 언급한 바와 같이, 상기 광흡수층 상에 스퍼터링, CVD, 증착, 코팅, 프린팅 등을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계이며, 바람직하게는 열증착에 의해 저차원 탄소계 물질층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 0.1 Å내지 1 Å의 증착속도 및 20 ℃내지 60 ℃온도 조건에서 열증착하여 저차원 탄소계 물질층을 형성할 수 있다.
상기 제2 전극층을 형성하는 단계는, 상기 전자수송층 상에 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정, 코팅, 프린팅 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 제2 전극층을 형성하는 단계는, 고온 공정에 의해서 전극층을 형성하는 것으로, 예를 들어, 10 내지 200 W, 25 내지 100 ℃ 온도 및 0 내지 100 sccm 산소유량 중 적어도 어느 하나의 공정 조건에서 스퍼터링 공정으로 전극층을 형성할 수 있다.
상기 언급한 스퍼터링은, 이온-빔 스퍼터링(Ion-beam sputtering), 반응성 스퍼터링(Reactive sputtering), 이온 보조 증착(Ion-assisted deposition), HiTUS(High-target-utilization sputtering), HiPIMS(High-power impulse magnetron sputtering), 가스-흐름 스퍼터링(Gas flow sputtering), 플라즈마 스퍼터링(plasma sputtering) 등을 이용하고, 상기 증착은, CVD, 열증착(thermal evaporation), 플라즈마 증착(plasma sputtering), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 원자층 증착(ALD, atomic layer deposition) 등을 이용할 수 있다.
상기 코팅은, 용액공정을 이용하고, 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 잉크 젯 인쇄, 롤투롤 인쇄, 스크린 인쇄 등의 액상 용매를 사용하여 성막하는 공정을 의미할 수 있다.
실시예 1
(1) 접촉각(젖음성)
ITO/PTAA 상에 MPS-TMA의 단위체당 음이온성 작용기의 수를 변화시켜 스핀 코팅으로 MPS-TMA 박막을 형성하였다. MPS-TMA 용액의 농도는 0.2 mg/ml이고, 음이온성 작용기의 수는 각각 2, 4 및 6개이다. D.I water를 이용하여 접촉각(젖음성)을 평가하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 살펴보면, MPS-TMA 박막이 적용되지 않은 경우에 젖음성이 낮은 것을 확인할 수 있고, MPS-TMA 박막의 적용 시 이온성 작용기에 의한 친수성 표면을 형성으로 젖음성이 좋은 것을 확인할 수 있다.
(2) 페로브스카이트 박막형성
ITO/PTAA 및 ITO/PTAA/MPS2,4,6-TMA 상에 각각 스핀 코팅으로 페로브스카이트 박막을 형성하였고, 각 샘플의 이미지는 도 4에 나타내었다. 도 4를 살펴보면, MPS-TMA 계면층에 의한 균일한 페로브스카이트 박막이 형성된 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
(1) 접촉각(젖음성)
ITO/PTAA 상에 MPS2-TMA(이온성 작용기: 2개)의 농도를 변화시켜 스핀 코팅으로 MPS-TMA 박막을 형성하였다. MPS-TMA 용액의 농도는 0mg/ml, 0.1mg/ml, 0.2mg/ml, 0.5mg/ml 및 1.0mg/ml이다. D.I water를 이용하여 접촉각(젖음성)을 평가하여 도 5에 나타내었다. 도 5를 살펴보면, MPS2-TMA 박막이 적용되지 않은 경우에 젖음성이 낮은 것을 확인할 수 있고, MPS2-TMA의 농도가 0.5mg/ml일 경우에 젖음성이 가장 큰 것을 알 수 있다.
(2) 페로브스카이트 박막형성
ITO/PTAA 및 ITO/PTAA/MPS2-TMA 상에 각각 스핀 코팅으로 페로브스카이트 박막을 형성하였고, 각 샘플의 이미지는 도 6에 나타내었다. 도 6을 살펴보면, MPS2-TMA 계면층에 의한 균일한 페로브스카이트 박막이 형성된 것을 확인할 수 있다.
실시예 3: 대면적 페로브스카이트 박막 제조
40 mm x 55 mm의 대면적 ITO/PTAA 상에 MPS2-TMA(0.5mg/ml) 용액을 스핀 코팅으로 코팅한 이후, 페로브스카이트 박막을 동일한 방법으로 형성하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었으며, 도 7에서 대면적의 페로브스카이트 박막이 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 이는 양친성 공액고분자 전해질을 표면개질층으로 이용하여 용액 공정을 통한 대면적의 페로브스카이트 박막이 가능함을 보여준다.
실시예 4: 페로브스카이트 태양전지의 제조
도 1에 제시한 바와 같이, 기판 상에 투명전극, 정공수송층, 표면개질층, 광흡수층(페로브스카이트), 전자수송층 및 금속전극층을 순서대로 형성하였다. 각층의 구성은 표 1에 구체적으로 나타내었다.
정공수송층으로는 PTAA, 공액고분자 전해질 계면층으로 MPS-TMA, 전자수송층으로 LiF(Lithium fluoride), C60 (fullerene)을 사용하고, 투명전극으로 ITO 및 금속 전극으로 은(Ag)를 사용하였다. MPS-TMA는 이온성 작용기의 수를 변화시키고, 0.5mg/ml의 농도를 유지하였다.
전류밀도-전압 특성 (J-V characteristics) 및 광전변환 효율(외부 양자 효율; EQE)을 측정하였으며, 그 결과는 표 1, 도 8 및 도 9에 나타내었다.
| 태양전지 구성 | J sc (mA/cm 2 ) | V oc (V) |
FF
(%) |
Η
(%) |
|
| 1 | ITO/PTAA/(FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5%/ LiF / C60 / Ag_BS | 20.12 | 1.02 | 72.05 | 14.79 |
| 2 | ITO/PTAA/(FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5%/ LiF / C60 / Ag_FS | 20.26 | 1.01 | 72.30 | 14.79 |
| 3 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.5mg/ml/ (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 21.96 | 1.10 | 81.82 | 19.77 |
| 4 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 22.17 | 1.09 | 81.02 | 19.58 |
| 5 | ITO / PTAA / MPS4-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 22.13 | 1.11 | 82.06 | 20.16 |
| 6 | ITO / PTAA / MPS4-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 22.21 | 1.10 | 80.49 | 19.67 |
| 7 | ITO / PTAA / MPS6-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 22.33 | 1.13 | 79.93 | 20.16 |
| 8 | ITO / PTAA / MPS6-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 22.24 | 1.11 | 79.34 | 19.59 |
실시예 5: 페로브스카이트 태양전지의 제조
실시예 6과 동일한 방법으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하고 전류밀도-전압 특성 (J-V characteristics)을 측정하여 도 10 및 표 2에 나타내었다. 각 샘플에서 MPS2-TMA의 농도는 0.2에서 1.0 mg/ml까지 변화시켰다.
| 태양전지 구성 | J sc (mA/cm 2 ) | V oc (V) |
FF
(%) |
Η
(%) |
|
| 1 | ITO / PTAA / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 20.12 | 1.02 | 72.05 | 14.79 |
| 1 | ITO / PTAA / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 20.26 | 1.01 | 72.30 | 14.79 |
| 2 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.2mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 20.34 | 1.09 | 79.79 | 17.69 |
| 3 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.2mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 20.45 | 1.08 | 78.27 | 17.29 |
| 4 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 20.53 | 1.10 | 80.44 | 18.17 |
| 5 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 0.5mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 20.81 | 1.09 | 77.18 | 17.51 |
| 6 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 1.0mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_BS | 19.83 | 1.11 | 78.00 | 17.17 |
| 7 | ITO / PTAA / MPS2-TMA 1.0mg/ml / (FAPbI3)0.83(MAPbBr3)0.17 + CsI 5% / LiF / C60 / Ag_FS | 20.00 | 1.10 | 75.62 | 16.64 |
표 1, 표 2 및 도 8 내지 도 10을 살펴보면, 본 발명에 의한 소수성 전하수송층의 표면개질층으로 음이온성 공액고분자 전해질 계면층을 적용할 경우에, 태양전지의 효율이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 용액공정 페로브스카이트 박막의 결점을 공액고분자 전해질 계면층의 이온성 작용기로 부동태화시켜, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (12)
- 제1 전극층; 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 형성된 정공수송층, 페로브스카이트 광흡수층 및 전자수송층;
을 포함하고,
상기 정공수송층은,
소수성 전하수송층을 포함하고,
상기 소수성 전하수송층과 상기 페로브스카이트 광흡수층 사이에 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 갖는 공액고분자 전해질 계면층을 포함하고,
상기 공액고분자 전해질 계면층은, 양친성 표면 특성을 갖는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 소수성 전하수송층은, PTAA (poly(triarylamine), poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), 사이클로펜타-[2,1-b;3,4-b']-디티오펜 (cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), 벤조티아디아졸 (benzothiadiazole), 디케토피롤로피롤 (diketopyrrolopyrrole), 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene), 벤조디티오펜 (benzodithiophene), 카르바졸 (carbazole), 플루오렌 (fluorene), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD(Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene) 및 PVP (polyvinylpyrrolidone)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제1항에 있어서.
상기 공액고분자 전해질 계면층은, 상기 소수성 전하수송층 상에 형성되고,
상기 공액고분자 전해질 계면층의 두께는, 1 nm 내지 5 nm인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 삭제
- 제1 전극층; 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 형성된 정공수송층, 페로브스카이트 광흡수층 및 전자수송층;
을 포함하고,
상기 정공수송층은,
소수성 전하수송층을 포함하고,
상기 소수성 전하수송층과 상기 페로브스카이트 광흡수층 사이에 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 갖는 공액고분자 전해질 계면층을 포함하고,
상기 공액고분자 전해질은, 단위체당 2개 이상의 이온성 작용기를 갖는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제5항에 있어서,
상기 이온성 작용기는, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘을 포함하고,
상기 이온성 작용기는, 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 술포네이트 (-SO3 -), 술페이트(-SO4 -), 할로겐 음이온 (halogen anion), BF4 -, ClO4 -, BrO4 -, AsF6 -, PF6 -, SbF6 -, 및 암모늄이온 (-N+R4, R은 H, 알킬기 또는 아릴기)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 공액고분자 전해질는, 티오페닐아민, 플루오렌, 페닐렌비닐렌, 티오펜, 페닐렌, 비닐렌, 아쥴렌, 퓨란, 싸이에닐렌비닐렌 및 피롤로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 주쇄와 탄소수 4 내지 20의 알킬인 탄화수소; R-X-(R은 탄소수 1 내지 20의 알킬, X는 아릴기(aryl), 헤테로아릴기, S, O, CO, COO 및 SOO에서 선택된다.), 또는 이 둘; 을 포함하는 부쇄를 포함하는 공액고분자 전해질인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 공액고분자 전해질은, MPSn-TMA, TPAFSn-TMA(n은 2 이상의 정수이고, 이온성 작용기의 수이다.) 또는 이 둘을 포함하는 것인,
페로브스카이트 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 공액고분자 전해질은, 하기의 화학식으로 표시되는, MPS2-TMA, MPS4-TMA, MPS6-TMA, TPAFS3-TMA, TPAFS5-TMA 및 TPAFS7-TMA로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지:
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
- 제1 전극층을 준비하는 단계;
상기 제1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계;
상기 정공수송층 상에 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계;
상기 공액고분자 전해질 계면층 상에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및
상기 전자수송층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 정공수송층은, 소수성 전하수송층을 포함하고,
상기 공액고분자 전해질 계면층은, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘의 공액고분자 전해질을 포함하는 것인,
제1항 또는 제5항의 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계 및 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계는, 용액 공정을 이용하는 것인,
페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
- 제1 전극층을 준비하는 단계;
상기 제1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계;
상기 정공수송층 상에 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계;
상기 공액고분자 전해질 계면층 상에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 및
상기 전자수송층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 정공수송층은, 소수성 전하수송층을 포함하고,
상기 공액고분자 전해질 계면층은, 음이온성, 양이온성 또는 이 둘의 공액고분자 전해질을 포함하고,
상기 공액고분자 전해질 계면층을 형성하는 단계는, 0.01 mg/l 내지 10 mg/l 농도의 공액고분자 전해질 용액을 이용하는 것인,
페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020190130218A KR102228799B1 (ko) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR102228799B1 true KR102228799B1 (ko) | 2021-03-18 |
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| KR (1) | KR102228799B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115706178A (zh) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种钙钛矿材料旁路二极管及其制备方法、钙钛矿太阳能电池组件及其制备方法、光伏组件 |
| WO2024039134A1 (ko) * | 2022-08-18 | 2024-02-22 | 한국화학연구원 | 계면층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150122598A (ko) * | 2014-04-23 | 2015-11-02 | 주식회사 엘지화학 | 유-무기 하이브리드 태양 전지 |
| KR20170093159A (ko) * | 2014-11-21 | 2017-08-14 | 헌트 에너지 엔터프라이시즈, 엘.엘.씨. | 페로브스카이트 물질 디바이스에서의 이중- 및 삼중-층 계면 층 |
-
2019
- 2019-10-18 KR KR1020190130218A patent/KR102228799B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| KR20170093159A (ko) * | 2014-11-21 | 2017-08-14 | 헌트 에너지 엔터프라이시즈, 엘.엘.씨. | 페로브스카이트 물질 디바이스에서의 이중- 및 삼중-층 계면 층 |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2024039134A1 (ko) * | 2022-08-18 | 2024-02-22 | 한국화학연구원 | 계면층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 |
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