KR102243514B1 - 광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 실리콘 태양전지 하부 셀; 상기 태양전지 하부 셀 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 상부 셀; 상기 태양전지 상부 셀 상에 형성되는 투명전극 및 전자정공수송층; 및 상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 형성되는 광변환 필름층;을 포함하고, 상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 및 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 포함하는 것인, 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법 {MONOLITHIC TANDEM SOLAR CELL COMPRISING A PHOTO-CONVERSION FILM AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 집합체로서, 차세대 에너지로 주목받으며 오랜 기간 연구되어 오고 있으며, 실리콘, CIGS 그리고 페로브스카이트 등의 여러가지 물질을 기반으로 높은 광전 효율들이 보고되고 있다. 현재 상업화되어 가장 많이 쓰이고 있는 태양 전지는 실리콘 기반의 태양 전지로 태양 전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있다.
실리콘 태양 전지에는 결정질 실리콘 태양 전지와 비결정질 실리콘 태양 전지가 포함되어 있으면 결정질의 경우는 제조 단가가 높은 단점이 있으나, 에너지 효율이 높아 널리 상용화 되고 있다. 이에 반면 비결정질의 경우 공정기술이 어렵고 장비의존도가 높이며, 무엇보다 효율이 낮아 현재는 개발이 거의 진행되고 있지 않은 상황이다. 실리콘 태양 전지를 1세대로 분류한다면, 최근 친환경적인 미래 유망 아이템으로 세계적으로 활발히 연구 중에 있는 3세대 태양 전지의 대표 주자로서 페로브스카이트 기반 태양 전지가 있다.
페로브스카이트 기반 태양 전지는 연구가 시작된지 10년만에 빠른 속도로 효율이 증가하고 있으며 현재는 22.7%로 높은 광전 효율이 보고되었다. 하지만 위와 같은 싱글 정션(single-juction) 태양 전지의 경우 한정된 파장 영역의 태양 에너지만 흡수할 수 있고, 밴드갭 이하의 태양에너지에서는 열화 손실이 발생하여 S-Q 한계 효율 이상의 높은 효율을 얻을 수 없다.
이와 같은 싱글 정션의 페로브스카이트 기반 태양 전지의 단점을 보완하기 위하여, 다종 접합 탠덤 태양 전지에 대한 연구가 계속되고 있다. 다종 접합 탠덤 태양 전지는, 큰 밴드갭을 가지는 상부 셀(Cell)이 낮은 파장대의 태양에너지를 흡수하고, 낮은 밴드갭을 가지는 하부 셀이 높은 파장대의 태양에너지를 흡수하여, 손실을 줄이고 넓은 파장대의 태양에너지를 운용할 수 있어 단일 정션으로 얻을 수 없는 30% 이상의 고효율을 얻을 수 있다. 특히, 실리콘/페로브스카이트 탠덤 태양전지는 각각 작은 밴드갭과 큰 밴드갭을 가져 광운용에 유리하여 연구가 활발하다.
보고된 텐덤 태양전지의 구조는 크게 모노리식(monolithic, 적층형) 구조와 메케니컬(mechanical, 기계적 결합형) 구조가 있는데, 메케니컬 텐덤 구조의 경우 4-단자로 작동하기 때문에 상용화 시에 별도의 장치가 추가되어, 2-단자의 모노리식 텐덤 구조의 태양전지가 더욱 활발하게 연구되고 있다. 다만, 모노리식 텐덤 태양전지는 높은 효율을 가지는 장점이 있지만, two-terminal 텐덤 태양전지의 경우 상부셀의 광조사 방향을 바꿀 수 없고 단파장 부분의 양자효율은 투명전극과 전자정공수송층의 흡수로 인해 낮은 외부양자효율을 가지는 한계가 있다. 또한 광흡수층의 밴드갭 및 각층의 두께 변화로 인해 상부 하부 태양전지 간의 전류 불일치의 경우 효율 감소가 두드러지며 텐덤 태양전지 완성 후 조정이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 광변환 필름을 이용해 상부 하부 태양전지 전류 일치시켜, 뛰어난 효율을 가지는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 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 따른 모노리식 텐덤 태양전지는, 실리콘 태양전지 하부 셀; 상기 태양전지 하부 셀 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 상부 셀; 상기 태양전지 상부 셀 상에 형성되는 투명전극 및 전자정공수송층; 및 상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 형성되는 광변환 필름층;을 포함하고, 상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 및 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 포함하는 것이다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 상기 모노리식 텐덤 태양전지에 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 400 nm 내지 700 nm의 장파장 빛으로 변환시키는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 상기 모노리식 텐덤 태양전지에 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율을 조절하여, 상기 실리콘 태양전지 하부 셀의 전류 및 페로브스카이트 태양전지 상부 셀의 전류를 일치시키는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 투광성 모체는 EVA, PMMA, PVB, PDMS 및 PFPE으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 고분자 모체; SiO2, Al2O3, LiF 및 MgF으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 모체; 또는 이들의 조합;을 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 물질은, Tb(THD)3 및 Eu(TTA)3Phen으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 란타나이드 복합체(Lanthanide complex) 계열의 광변환 물질; Coumarin, DCM, Rhodamine 6G 및 Fluorescein으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기물 염료(dye); CdSe quantum dot, InP quantum dot, Carbon dot 및 perovskite quantum dot으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 염료(dye); 또는 이들의 조합;을 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층의 두께는, 10 um 내지 5 mm인 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 표면 텍스처링된 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
ABX3
(단, 상기 A는, CnH2n+1의 알킬기, 및 무기물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이고, 상기 B는, Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, 및 Ce으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이며, X는 할로겐인 물질이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 모노리식 텐덤 태양전지의 제조방법은, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 및 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계; 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀과 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접합시켜 적층하는 단계; 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 상에 투명전극 및 전자정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 광변환 필름층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 용액을 준비하는 단계, 상기 투광성 모체 용액에 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계 및 상기 혼합 용액으로부터 광변환 필름층을 제조하는 단계를 포함하는 것이다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름 표면에 텍스처링을 형성하는 단계는, 마이크로몰딩(micromolding), 나노임프린팅(nanoimprinting), 레이저 스크라이빙(laser scribing) 또는 에칭(etching)의 방식으로 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 모노리식 텐덤 태양전지에 광변환 필름층을 적용함으로써, 낮은 단파장 부분의 양자효율을 극대화할 수 있으며, 텐덤 태양전지 완성 후에도 상부 하부 태양전지 전류 일치를 이룰 수 있다.
또한, 광변환 필름층의 표면 텍스쳐링을 통한 추가적인 반사방지기능 부여 및 효과적인 광변환 기능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노리식 텐덤 태양전지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변환 필름층을 적용한 모노리식 텐덤 태양전지와 광변환 필름층을 적용하지 않은 비교예의 모노리식 텐덤 태양전지의 파장에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
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.
이하, 본 발명의 광변환 필름을 포함하는 모노리식 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노리식 텐덤 태양전지를 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모노리식 텐덤 태양전지는, 실리콘 태양전지 하부 셀(100); 상기 태양전지 하부 셀 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 상부 셀(200); 상기 태양전지 상부 셀 상에 형성되는 투명전극 및 전자정공수송층(300); 및 상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 형성되는 광변환 필름층(400);을 포함하고, 상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 및 적어도 2종 이상의 광변환 물질(410, 420)을 포함하는 것이다.
본 발명에 따르면, 모노리식 텐덤 태양전지에 광변환 필름층을 적용함으로써, 낮은 단파장 부분의 양자효율을 극대화할 수 있으며, 텐덤 태양전지 완성 후에도 상부 하부 태양전지 전류 일치를 이룰 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 상기 모노리식 텐덤 태양전지에 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 400 nm 내지 700 nm의 장파장 빛으로 변환시키는 것일 수 있다. 흡수 저조 영역대 단파장이 광변환 물질(410, 420)에 의해 광변환되어, 태양전지가 흡수할 수 있는 파장의 빛으로 변환되는 것일 수 있으며, 이를 통해 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 상기 모노리식 텐덤 태양전지에 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율을 조절하여, 상기 실리콘 태양전지 하부 셀의 전류 및 페로브스카이트 태양전지 상부 셀의 전류를 일치시키는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 흡수 저조 영역대 단파장이 광변환 물질(410, 420)에 의해 상부 태양전지 흡수 파장 및 하부 태양전지 흡수 파장으로 광변환되는데, 이 때 광변환 물질의 비율을 조절하여 상부 셀과 하부 셀의 전류를 일치시켜 모노리식 텐덤 태양전지 효율 향상시킬 수 있다. 즉, 모노리식 텐덤 태양전지에 광변환 필름층을 적용함으로써, 낮은 단파장 부분의 양자효율을 극대화할 수 있으며, 텐덤 태양전지 완성 후에도 상부 하부 태양전지 전류 일치를 이룰 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은 투광성 모체와 광변환 물질을 혼합하여 형성되는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 투광성 모체는 EVA, PMMA, PVB, PDMS 및 PFPE으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 고분자 모체; SiO2, Al2O3, LiF 및 MgF으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 모체; 또는 이들의 조합;을 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 물질은, Tb(THD)3 및 Eu(TTA)3Phen으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 란타나이드 복합체(Lanthanide complex) 계열의 광변환 물질; Coumarin, DCM, Rhodamine 6G 및 Fluorescein으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기물 염료(dye); CdSe quantum dot, InP quantum dot, Carbon dot 및 perovskite quantum dot으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 염료(dye); 또는 이들의 조합;을 포함하는 것일 수 있다.
상술한 바와 같이 2 종류 이상의 광변환 물질의 함량 비율을 조절하여, 상부 태양전지와 하부 태양전지 전류 일치를 이룰 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층의 두께는, 10 um 내지 5 mm인 것일 수 있다. 상기 광변환 필름층의 두께가 10 um 미만일 경우 필름을 형성하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 광변환 필름층의 두께가 5mm 를 초과하는 경우 두께가 불균일한 하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변환 필름층을 적용한 모노리식 텐덤 태양전지와 광변환 필름층을 적용하지 않은 비교예의 모노리식 텐덤 태양전지의 파장에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 광변환 필름층을 적용하지 않은 비교예의 모노리식 텐덤 태양전지는 투명전극과 전자정공수송층의 흡수에 의해 300 nm에서 400 nm 파장 사이의 효율 저하되는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명에 따라 광변환 필름층을 적용한 실시예의 모노리식 텐덤 태양전지는 300 nm에서 400 nm 파장 사이의 효율이 크게 개선된 것을 알 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층은, 표면 텍스처링된 것일 수 있다.
바람직하게는, 역 피라미드형(Inverted pyramid) 텍스처를 가지는 PFPE 스템프를 이용하여, Micromoding 방식으로 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 다양한 텍스처링 방식을 적용할 수 있다. 광변환 필름층 표면을 텍스쳐링함으로써, 반사방지기능을 부여할 수 있으며, 모노리식 텐덤 태양전지의 광변환 효율을 극대화 시킬 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
ABX3
(단, 상기 A는, CnH2n+1의 알킬기, 및 무기물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이고, 상기 B는, Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, 및 Ce으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이며, X는 할로겐인 물질이다.)
일 측면에 따르면, 상기 전자정공 수송층은, 전자 수송층, 정공 수송층 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 전자 수송층은 C60, C70, C71, C76, C78, C80, C82, C84, C92 PC60BM, PC61BM, PC71BM, ICBA, BCP, PC70BM, IC70BA, PC84BM, 인덴 C60, 인덴 C70, 엔도히드럴 풀러렌, 페릴렌, PTCDA, PTCBI, BCP(bathocuproine), Bphen(4, 7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TpPyPB 및 DPPS 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 정공 수송층은 NPB, CuPC, Spiro-TTB, CuI, NiO, PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), PTAA(폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐), P30T(폴리(3-옥틸티오펜))， P3DT(폴리(3-데실티오펜))， TPD(N, N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민), P3DDT(폴리 (3-도데실티오펜)， 폴리티오페닐렌비닐렌(polyhiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene) 및 이들의 유도체, 몰리브덴 옥사이드, 니켈 옥사이드, 바나듐 옥사이드, 텅스텐 옥사이드 등의 금속산화물 반도체 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 측면에 따르면, 상기 투명전극은, 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 실시예에 따른 모노리식 텐덤 태양전지의 제조방법은, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 및 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계; 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀과 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접합시켜 적층하는 단계; 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 상에 투명전극 및 전자정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 광변환 필름층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 용액을 준비하는 단계, 상기 투광성 모체 용액에 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계 및 상기 혼합 용액으로부터 광변환 필름층을 제조하는 단계를 포함하는 것이다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 광변환 필름 표면에 텍스처링을 형성하는 단계는, 마이크로몰딩(micromolding), 나노임프린팅(nanoimprinting), 레이저 스크라이빙(laser scribing) 또는 에칭(etching) 의 방식으로 수행되는 것일 수 있다.
바람직하게는, 역 피라미드형(Inverted pyramid) 텍스처를 가지는 PFPE 스템프를 이용하여, Micromoding 방식으로 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 것일 수 있으며, 이 때 100 ℃의 온도 조건 및 20 Mpa의 압력 조건으로 핫 프레스를 진행하는 것일 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.
100: 태양전지 하부 셀
200: 태양전지 상부 셀
300: 투명전극 및 전자정공수송층
400: 광변환 필름층
410: 광변환 물질
420: 광변환 물질

Claims (12)

  1. 실리콘 태양전지 하부 셀;
    상기 태양전지 하부 셀 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 상부 셀;
    상기 태양전지 상부 셀 상에 형성되는 투명전극 및 전자정공수송층; 및
    상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 형성되는 광변환 필름층;을 포함하고,
    상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 및 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 포함하고,
    상기 광변환 필름층은, 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 것이고,
    상기 광변환 필름층은, 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율을 조절하여, 상기 실리콘 태양전지 하부 셀의 전류 및 페로브스카이트 태양전지 상부 셀의 전류를 일치시키는 것이고,
    상기 광변환 물질은, Tb(THD)3 및 Eu(TTA)3Phen으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 란타나이드 복합체(Lanthanide complex) 계열의 광변환 물질을 포함하는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 필름층은,
    상기 모노리식 텐덤 태양전지에 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 400 nm 내지 700 nm의 장파장 빛으로 변환시키는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 모체는
    EVA, PMMA, PVB, PDMS 및 PFPE으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 고분자 모체; SiO2, Al2O3, LiF 및 MgF으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 모체; 또는 이들의 조합;을 포함하는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 물질은,
    Coumarin, DCM, Rhodamine 6G 및 Fluorescein으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기물 염료(dye);
    CdSe quantum dot, InP quantum dot, Carbon dot 및 perovskite quantum dot으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물 염료(dye); 또는
    이들의 조합;을 더 포함하는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 필름층의 두께는,
    10 um 내지 5 mm인 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 필름층은,
    표면 텍스처링된 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 물질은, 하기 화학식 1로 표시되는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지:
    [화학식 1]
    ABX3
    (단, 상기 A는, CnH2n+1의 알킬기, 및 무기물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이고, 상기 B는, Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, 및 Ce으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이며, X는 할로겐인 물질이다.)
  10. 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 및 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계;
    상기 실리콘 태양 전지 하부 셀과 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접합시켜 적층하는 단계;
    상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 상에 투명전극 및 전자정공수송층을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극 및 전자정공수송층 상에 광변환 필름층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 광변환 필름층은, 투광성 모체 용액을 준비하는 단계, 상기 투광성 모체 용액에 적어도 2종 이상의 광변환 물질을 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계 및 상기 혼합 용액으로부터 광변환 필름층을 제조하는 단계를 포함하여 제조되고,
    상기 광변환 필름층은, 입사되는 300 nm 내지 400 nm의 단파장 빛을 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 것이고,
    상기 광변환 필름층은, 상기 태양전지 하부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 1200 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율 및 상기 태양전지 상부 셀이 흡수 가능한 300 nm 내지 800 nm의 파장의 빛으로 변환시키는 비율을 조절하여, 상기 실리콘 태양전지 하부 셀의 전류 및 페로브스카이트 태양전지 상부 셀의 전류를 일치시키는 것이고,
    상기 광변환 물질은, Tb(THD)3 및 Eu(TTA)3Phen으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 란타나이드 복합체(Lanthanide complex) 계열의 광변환 물질을 포함하는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광변환 필름층 표면에 텍스처링을 형성하는 단계는,
    마이크로몰딩(micromolding), 나노임프린팅(nanoimprinting), 레이저 스크라이빙(laser scribing) 또는 에칭(etching)의 방식으로 수행되는 것인,
    모노리식 텐덤 태양전지의 제조방법.

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