KR102258124B1 - Method for manufacturing photoactive layer, devices comprising the photoactive layer prepared thereby - Google Patents

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KR102258124B1 KR1020200084423A KR20200084423A KR102258124B1 KR 102258124 B1 KR102258124 B1 KR 102258124B1 KR 1020200084423 A KR1020200084423 A KR 1020200084423A KR 20200084423 A KR20200084423 A KR 20200084423A KR 102258124 B1 KR102258124 B1 KR 102258124B1
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김영훈
조신영
이종수
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

The present invention includes a method for manufacturing a photoactive layer, which includes: a) preparing a dispersion of bromide-based perovskite quantum dots having a first ligand; b) applying the dispersion on a substrate to form a quantum dot layer; and c) contacting the quantum dot layer with a substitution solution to perform solid-state ligand exchange. The bromide-based perovskite quantum dots is represented by the following formula 1. [Formula 1] AMX_nY_(3-n). In Formula 2, A is a C1-C24 alkyl group, an amine group-substituted alkyl group, or an alkali metal, M is a metal selected from the group consisting of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, and combinations thereof, X is a halogen anion selected from one or more of Br^-, Y is Cl^-, Br^- and I^-, and n is an integer selected from 1 to 3.

Description

광활성층의 제조방법, 이에 의해 제조된 광활성층을 포함하는 소자{Method for manufacturing photoactive layer, devices comprising the photoactive layer prepared thereby}Method for manufacturing photoactive layer, devices comprising the photoactive layer prepared thereby {Method for manufacturing photoactive layer, devices comprising the photoactive layer prepared thereby}

본 발명은 광활성층의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광활성층을 포함하는 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a photoactive layer and a device including the photoactive layer manufactured thereby.

페로브스카이트 양자점(Perovskite Quantum Dot; PQD)은 용액 공정이 가능하여 제조 비용이 저렴하고, 박막화가 가능하며, 높은 흡광 계수 등의 우수한 광학적 특성으로 인해 발광 및 에너지 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 그러나, 페로브스카이트 양자점 소재는 주로 이온결합으로 이루어진 결정이므로 기존의 양자점 관련 공정을 활용하는데 어려움이 있다. 상세하게, 기존의 양자점 관련공정은 대부분 물(H2O)과 같은 극성용매를 이용함에 따라, 이온결합으로 이루어진 페로브스카이트 양자점 소재는 극성용매에 쉽게 분해되는 문제가 있다. 이에, 페로브스카이트 양자점 소재의 안정성을 향상시키면서도, 페로브스카이트 양자점 소재를 무극성 용매에 잘 분산시키기 위하여, 양자점 표면을 비전도성의 긴 사슬 리간드(계면활성제)로 처리하여 사용하는 등의 연구가 수행되어 왔다. 그러나, 이러한 긴 사슬 리간드로 표면 처리된 페로브스카이트 양자점 소재를 발광 소자 또는 에너지 소자에 적용할 경우, 상기 긴 사슬 리간드가 비전도성임에 따라, 소자의 전기전도를 방해할 수 있어 소자의 성능을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 페로브스카이트 양자점의 우수한 광학적 특성을 저하시키지 않으면서도, 비전도성의 긴 사슬 리간드를 전도성의 짧은 사슬 리간드로 치환하기 위한 연구가 요구된다.Perovskite Quantum Dot (PQD) is a solution process, so manufacturing cost is low, thin film is possible, and due to its excellent optical properties such as high extinction coefficient, it is attracting much attention in the field of light emission and energy. However, since the perovskite quantum dot material is a crystal mainly composed of ionic bonds, it is difficult to utilize the existing quantum dot-related process. In detail, since most of the existing quantum dot-related processes use a polar solvent such as water (H 2 O), there is a problem that the perovskite quantum dot material composed of ionic bonds is easily decomposed in the polar solvent. Therefore, in order to improve the stability of the perovskite quantum dot material and to disperse the perovskite quantum dot material well in a non-polar solvent, research on the use of the quantum dot surface treated with a non-conductive long-chain ligand (surfactant), etc. Has been practiced. However, when the perovskite quantum dot material surface-treated with such a long-chain ligand is applied to a light-emitting device or an energy device, the long-chain ligand is non-conductive, so it may interfere with the electrical conduction of the device. There is a problem that lowers it. Therefore, research is required to replace a non-conductive long-chain ligand with a conductive short-chain ligand without deteriorating the excellent optical properties of perovskite quantum dots.

이러한 요구에 따라, 본 출원인은 선행연구(비특허문헌)를 통해, CsPbI3 페로브스카이트 양자점의 표면 유기 리간드(긴 사슬 리간드)를 극성이 약한 메틸 아세테이트의 가수분해 반응을 이용하여 성공적으로 정제하였으나, 가수 분해 반응 시 생성되는 메탄올에 의해 페로브스카이트 양자점이 분해되는 문제점을 발견하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 메틸 아세테이트와 소듐 아세테이트의 혼합물을 이용하여 CsPbI3 페로브스카이트 양자점의 표면 유기 리간드(긴 사슬 리간드)를 효과적으로 정제하면서도, 향상된 전기전도를 제공하는데 성공하였으나, 상기 혼합물을 CsPbI3 페로브스카이트 양자점 외의 시스템에 적용하는데 어려움이 있었다.According to this request, the present applicant successfully purified the surface organic ligand (long-chain ligand) of CsPbI 3 perovskite quantum dots using a hydrolysis reaction of weakly polar methyl acetate through prior research (non-patent literature). However, it was found that the perovskite quantum dots are decomposed by methanol generated during the hydrolysis reaction. In order to solve this problem, the applicant of the present invention has succeeded in providing improved electrical conduction while effectively purifying the surface organic ligand (long chain ligand) of CsPbI 3 perovskite quantum dots using a mixture of methyl acetate and sodium acetate. It was difficult to apply the mixture to systems other than CsPbI 3 perovskite quantum dots.

대한민국 등록특허 제10-1815588호Korean Patent Registration No. 10-1815588

Kim, J., Koo, B., Kim, W. H., Choi, J., Choi, C., Lim, S. J., Lee, J. S., Kim, D. W., Ko, M. J., Kim, Y. Alkali acetate-assisted enhanced electronic coupling in CsPbI3 perovskite quantum dot solids for improved photovoltaics. Nano Energy(2019), 104130.Kim, J., Koo, B., Kim, WH, Choi, J., Choi, C., Lim, SJ, Lee, JS, Kim, DW, Ko, MJ, Kim, Y. Alkali acetate-assisted enhanced electronic coupling in CsPbI3 perovskite quantum dot solids for improved photovoltaics. Nano Energy (2019), 104 130.

본 발명은 광기전특성이 향상되면서도, 화학적으로 안정하고, 균질하게 형성되는 광활성층의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광활성층을 포함하는 소자를 제공하는 것이다.The present invention provides a method of manufacturing a photoactive layer that is chemically stable and homogeneously formed while improving photovoltaic properties, and a device including the photoactive layer manufactured thereby.

본 발명은 a) 제1리간드를 갖는 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점의 분산액을 준비하는 단계; b) 분산액을 기판 상에 도포하여 양자점층을 형성하는 단계; 및 c) 양자점층과 치환액을 접촉시켜 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)하는 단계;를 포함하는 광활성층의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: a) preparing a dispersion of bromide-based perovskite quantum dots having a first ligand; b) applying the dispersion on a substrate to form a quantum dot layer; And c) contacting the quantum dot layer with a substitution solution to perform solid-state ligand exchange.

이때, 상술한 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점이 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.In this case, the bromide-based perovskite quantum dots may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

AMXnY3-n AMX n Y 3-n

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

A는 C1-C24의 알킬기, 아민기 치환된 알킬기, 또는 알칼리 금속이며,A is a C1-C24 alkyl group, an amine-substituted alkyl group, or an alkali metal,

M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이고, M is a metal selected from the group consisting of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, and combinations thereof,

X는 Br-이며,X is Br - and

Y는 Cl- , Br- 및 I-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 음이온이고,Y is Cl - is a halogen anion selected from one or more, -, Br - and I

n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이다.n is an integer selected from 1 to 3.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 치환액은 하기 화학식 2로 표현되는 에스테르계 용매와 알칼리 금속 아세테이트염의 혼합물일 수 있다.In one aspect of the present invention, the above-described substitution solution may be a mixture of an ester-based solvent represented by the following formula (2) and an alkali metal acetate salt.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020071181026-pat00001
Figure 112020071181026-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며,R 1 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group,

R2는 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.R 2 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 알칼리 금속 아세테이트염이 아세트산 칼륨, 아세트산 나트륨, 아세트산 리튬, 아세트산 루비듐, 아세트산 세슘 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In one aspect of the present invention, the alkali metal acetate salt described above may be potassium acetate, sodium acetate, lithium acetate, rubidium acetate, cesium acetate, or a mixture thereof.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)시, 페로브스카이트 양자점의 제1리간드가 상술한 치환액로부터 기인한 제2리간드로 치환될 수 있다.In one aspect of the present invention, upon the above-described solid-state ligand exchange, the first ligand of the perovskite quantum dot may be substituted with the second ligand resulting from the above-described substitution solution.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 제2리간드는 상술한 제1리간드 보다 짧은 사슬 길이를 가지는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the above-described second ligand may have a shorter chain length than the above-described first ligand.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 제1리간드는 올레산염(oleate), 올레일암모늄(oleylammonium) 및 올레일아민(Oleylamine)에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the above-described first ligand may be one or more selected from oleate, oleylammonium, and oleylamine.

본 발명의 구체 일 양태에 있어서, 상술한 용매는 유전상수(Dielectric constant)가 상이한 제1에스테르계 용매 및 제2에스테르계 용매의 혼합용매를 포함하는 것으로, 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the above-described solvent includes a mixed solvent of a first ester-based solvent and a second ester-based solvent having different dielectric constants, and may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

D1/D2 < 1 D1/D2 <1

상술한 식 1에서,In Equation 1 above,

D1은 제1아세테이트계 용매의 유전상수이며, D2는 제2아세테이트계 용매의 유전상수이다.D1 is the dielectric constant of the first acetate-based solvent, and D2 is the dielectric constant of the second acetate-based solvent.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분산액의 분산매는 비극성 용매일 수 있다.In one aspect of the present invention, the dispersion medium of the dispersion liquid described above may be a non-polar solvent.

본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 광활성층의 두께는 180 내지 250 nm일 수 있다.In one aspect of the present invention, the thickness of the photoactive layer may be 180 to 250 nm.

본 발명은 상술한 광활성층의 제조방법으로 제조된 광활성층을 포함하는 소자를 제공한다. 이때, 상술한 광활성층에 포함되는 페로브스카이트 양자점은 녹색광을 방출하는 것으로, 녹색광의 발광 피크 파장은 495 내지 565 nm일 수 있다.The present invention provides a device including a photoactive layer manufactured by the method for manufacturing the photoactive layer described above. At this time, the perovskite quantum dots included in the above-described photoactive layer emits green light, and the emission peak wavelength of the green light may be 495 to 565 nm.

본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점을 감싸는 긴 사슬 유기 리간드를 보다 짧은 사슬 길이의 리간드로 고상 치환함으로써, 화학적 안정성이 우수하며, 페로브스카이트 양자점이 균질하게 분포된 광활성층을 제조할 수 있고, 상기 제조되는 광활성층을 이용하여 발광 소자 및 에너지 소자로 활용시, 개방 회로 전압(VOC), 단락전류밀도(JSC), 충전계수(FF) 및 광전변환효율(PCE) 등의 광기전특성이 현저하게 향상되는 장점이 있다.The manufacturing method of the photoactive layer according to the present invention is excellent in chemical stability by replacing the long-chain organic ligand surrounding the bromide-based perovskite quantum dots with a ligand of a shorter chain length in a solid phase, and has excellent chemical stability and homogeneous perovskite quantum dots. A photoactive layer distributed in a manner can be prepared, and when used as a light emitting device and an energy device by using the prepared photoactive layer, the open circuit voltage (V OC ), the short circuit current density (J SC ), the charge factor (FF) and There is an advantage in that photovoltaic characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE) are remarkably improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 광 발광(Photoluminescence; PL) 특성 분석결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 자외선 가시광 흡수 분광기(UV-vis Absorption Spectroscopy) 분석결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 표면 원자힘 현미경(AFM) 분석결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 단면 SEM 분석결과 및 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 6에 따른 페로브스카이트 태양전지의 전계발광(electroluminescence; EL) 분석결과이다.
1 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention.
2 is a photoluminescence (PL) characteristic analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention.
3 is an analysis result of UV-vis Absorption Spectroscopy of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention.
4 is a surface atomic force microscope (AFM) analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional SEM analysis result and schematic diagram of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is an electroluminescence (EL) analysis result of a perovskite solar cell according to Example 6 of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 광활성층의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광활성층을 포함하는 소자를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.Hereinafter, a method of manufacturing a photoactive layer of the present invention and a device including the photoactive layer manufactured thereby will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms used, they have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. In addition, the singular form used in the specification and the appended claims may be intended to include the plural form unless otherwise indicated in the context. Units used in this specification and the appended claims are based on weight, and as an example, the unit of% or ratio means weight% or weight ratio.

전술한 바와 같이, 소재 안정성 및 극성 용매에 대한 높은 분산성을 가지는 고품질의 페로브스카이트 양자점을 제조하기 위해서는 양자점 표면을 비전도성의 긴 사슬 리간드로 처리해야만 한다. 이러한 긴 사슬 리간드로 표면 처리된 페로브스카이트 양자점 소재를 발광 소자 또는 에너지 소자에 적용할 경우, 상기 긴 사슬 리간드가 비전도성임에 따라 소자의 전기 전도를 방해할 수 있어, 소자의 성능을 저하시키는 문제가 있다.As described above, in order to manufacture high-quality perovskite quantum dots having material stability and high dispersibility in polar solvents, the surface of the quantum dots must be treated with a non-conductive long-chain ligand. When the perovskite quantum dot material surface-treated with such a long-chain ligand is applied to a light-emitting device or an energy device, the long-chain ligand may interfere with electrical conduction of the device as it is non-conductive, thereby reducing the performance of the device. There is a problem to let you.

본 출원인은 선행연구를 통해, CsPbI3 페로브스카이트 양자점의 표면에 존재하는 비전도성의 유기 리간드(긴 사슬 리간드)를 에스테르계 용매(메틸 아세테이트)와 알칼리 금속 아세테이트염(소듐 아세테이트)의 혼합물을 이용하여, 전도성의 유기 리간드(짧은 사슬 리간드)로 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)함으로써, 향상된 전기전도를 가지는 CsPbI3 페로브스카이트 양자점를 제공할 수 있었다. 그러나, 이러한 공정을 CsPbI3 페로브스카이트 양자점 외의 시스템에 적용하는데 어려움이 있었다.Through prior research, the present applicant used a mixture of an ester-based solvent (methyl acetate) and an alkali metal acetate salt (sodium acetate) to use a non-conductive organic ligand (long chain ligand) present on the surface of CsPbI 3 perovskite quantum dots. Using a conductive organic ligand (short-chain ligand) by solid-state ligand exchange (solid-state ligand exchange), it was possible to provide a CsPbI 3 perovskite quantum dot having improved electrical conduction. However, it was difficult to apply this process to systems other than CsPbI 3 perovskite quantum dots.

이에, 본 출원인은 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점의 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)에 관한 연구를 수행하는 과정에서, 극성이 상이한 이종의 에스테르계 용매와 알칼리 금속 아세테이트염의 상승작용을 심도 있게 연구한 결과, 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점에 포함되는 비전도성의 제1리간드를 전도성의 제2리간드로 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange) 시스템을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Accordingly, in the course of conducting a study on the solid-state ligand exchange of bromide-based perovskite quantum dots, the applicant of the present invention has demonstrated the synergistic effect of heterogeneous ester solvents with different polarities and alkali metal acetate salts. As a result of in-depth research, the present invention was completed by discovering a solid-state ligand exchange system from a non-conductive first ligand included in a bromide-based perovskite quantum dot to a conductive second ligand. Reached.

이때, 본 발명에서 명시하는 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.At this time, the bromide-based perovskite quantum dots specified in the present invention may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

AMXnY3-n AMX n Y 3-n

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

A는 C1-C24의 알킬기; 아민기 치환된 C1-C24의 알킬기; 또는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 Fr에서 하나 이상 선택되는 알칼리 금속;이며,A is a C1-C24 alkyl group; An amine group substituted C1-C24 alkyl group; Or an alkali metal selected from one or more of Li, Na, K, Rb, Cs and Fr; and,

M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이고, M is a metal selected from the group consisting of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, and combinations thereof,

X는 Br-이며,X is Br - and

Y는 Cl- , Br- 및 I-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 음이온이고,Y is Cl - is a halogen anion selected from one or more, -, Br - and I

n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이다.n is an integer selected from 1 to 3.

상술한 발명에 기반한 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 a) 제1리간드를 갖는 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점의 분산액을 준비하는 단계; b) 분산액을 기판 상에 도포하여 양자점층을 형성하는 단계; 및 c) 양자점층과 치환액을 접촉시켜 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a photoactive layer according to the present invention based on the above-described invention comprises the steps of: a) preparing a dispersion of bromide-based perovskite quantum dots having a first ligand; b) applying the dispersion on a substrate to form a quantum dot layer; And c) contacting the quantum dot layer with the substitution solution to perform solid-state ligand exchange.

여기에서, 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점에 포함되는 제1리간드는 화학적 습식 방법에 의한 페로브스카이트 양자점 합성시 페로브스카이트 양자점을 패시베이션하기 위하여, 페로브스카이트 양자점의 내부, 표면 및 모두에 결합시킨 것으로, 페로브스카이트 양자점이 응집되지 않게 하고, 고정화시켜 안정적인 구조를 유지하도록 하는 역할을 하나, 비전도성임에 따라 광활성층의 전기전도 저하의 원인이 된다. 그러나, 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 페로브스카이트 양자점 고유의 장점인 용액 도포법을 그대로 이용하면서도, 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점의 표면에 존재하는 비전도성의 제1리간드를 제1리간드 보다 짧은 사슬 길이를 가지는 전도성의 제2리간드로 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)하여 제거할 수 있으며, 페로브스카이트 양자점을 패시베이션하면서도, 비전도성의 제1리간드(긴 사슬 리간드)에 의해 발생하는 문제점(전기 전도 저하 등)을 해결하여 광활성층의 전기전도를 현저하게 증가시킬 수 있어 좋으며, 이러한 공정은 매우 간단하여 공정비용이 저렴하다는 장점이 있다. 나아가, 전기전도가 개선된 페로브스카이트 양자점을 추후 발광 소자 또는 에너지 소자의 광활성층으로 이용시, 광활성층을 포함하는 소자(발광 소자 및 에너지 소자 등)의 경우, 향상된광기전 특성(개방 회로 전압(VOC), 단락전류밀도(JSC), 충전계수(FF) 및 광전변환효율(PCE) 등)을 가질 수 있어 좋다.Here, the first ligand included in the bromide-based perovskite quantum dot is the inside and the surface of the perovskite quantum dot to passivate the perovskite quantum dot when synthesizing the perovskite quantum dot by a chemical wet method. And both, which prevents the perovskite quantum dots from agglomerating and immobilizes them to maintain a stable structure, but as they are non-conductive, they cause a decrease in electrical conduction of the photoactive layer. However, the manufacturing method of the photoactive layer according to the present invention uses a solution coating method, which is an inherent advantage of perovskite quantum dots, while using a non-conductive first ligand present on the surface of a bromide-based perovskite quantum dot. It can be removed by solid-state ligand exchange with a conductive second ligand having a shorter chain length than the first ligand, and a non-conductive first ligand (long-chain ligand) while passivating perovskite quantum dots. ), it is good that it is possible to remarkably increase the electrical conductivity of the photoactive layer by solving the problems (deterioration of electrical conduction, etc.), and such a process is very simple, and thus the process cost is inexpensive. Furthermore, when using a perovskite quantum dot with improved electrical conductivity as a photoactive layer of a light-emitting device or an energy device in the future, in the case of a device including a photoactive layer (light-emitting device and energy device, etc.), improved photovoltaic properties (open circuit voltage) (V OC ), short-circuit current density (J SC ), charge factor (FF), photoelectric conversion efficiency (PCE), etc.).

일 구체예에 있어, 상술한 제1리간드는 올레산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), TOP(trioctylphosphine), TOPO(trioctylphosphine oxide), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 헥실포스폰산(HPA), 테트라데실포스폰산(TDPA), 옥틸포스핀산(OPA) 등일 수 있으며 올레산(oleic acid) 또는 올레일아민(oleylamine)에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the first ligand described above is oleic acid, oleylamine, TOP (trioctylphosphine), TOPO (trioctylphosphine oxide), octylamine, trioctyl amine, It may be hexadecylamine, hexylphosphonic acid (HPA), tetradecylphosphonic acid (TDPA), octylphosphinic acid (OPA), etc., and one or more selected from oleic acid or oleylamine. However, it is not limited thereto.

본 발명에 일 양태에 따라, 상술한 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)시, 제2리간드는 상술한 치환액로부터 기인되는 것으로, 아세테이트(OAc) 이온일 수 있다.According to an aspect of the present invention, in the above-described solid-state ligand exchange, the second ligand is derived from the above-described substitution solution, and may be an acetate (OAc) ion.

일 구체예에 있어, 상술한 치환액은 에스테르계 용매와 알칼리 금속 아세테이트염의 혼합물일 수 있다.In one embodiment, the above-described substitution solution may be a mixture of an ester-based solvent and an alkali metal acetate salt.

상세하게, 상술한 에스테르계 용매는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.In detail, the ester-based solvent described above may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020071181026-pat00002
Figure 112020071181026-pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 구체적으로 C1 내지 C4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며, R 1 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group, specifically a C1 to C4 linear or branched alkyl group,

R2는 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 구체적으로 R2는 CH3이다.R 2 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group, specifically R 2 is CH 3 .

바람직한 일 실시예에 있어서, 상술한 에스테르계 용매는 유전상수(Dielectric constant)가 상이한 제1에스테르계 용매 및 제2에스테르계 용매의 혼합용매를 포함하는 것으로, 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.In a preferred embodiment, the above-described ester-based solvent includes a mixed solvent of a first ester-based solvent and a second ester-based solvent having different dielectric constants, and may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

D1/D2 < 1D1/D2 <1

상술한 식 1에서,In Equation 1 above,

D1은 제1아세테이트계 용매의 유전상수이며, D2는 제2아세테이트계 용매의 유전상수이다.D1 is the dielectric constant of the first acetate-based solvent, and D2 is the dielectric constant of the second acetate-based solvent.

이에, 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점 내 제1리간드의 고상 리간드 치환액으로 극성이 상이한 이종의 아세테이트계 용매를 이용함으로써, 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점과 치환액 간의 혼화성이 더 좋아져, 고상 리간드 치환이 보다 효과적으로 이루어지는 효과가 있다.Thus, the method of manufacturing a photoactive layer according to the present invention is a bromide-based perovskite by using a heterogeneous acetate-based solvent having a different polarity as a solid-phase ligand substitution solution of the first ligand in a bromide-based perovskite quantum dot. The miscibility between the quantum dots and the substitution solution is better, and there is an effect that the solid-phase ligand substitution is made more effectively.

일 구체예에 있어, 상술한 알칼리 금속 아세테이트염은 아세트산 칼륨, 아세트산 나트륨, 아세트산 리튬, 아세트산 루비듐, 아세트산 세슘 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the alkali metal acetate salt described above may be potassium acetate, sodium acetate, lithium acetate, rubidium acetate, cesium acetate, or a mixture thereof, but is not limited thereto.

일 구체예에 있어, 상술한 분산액의 분산매는 비극성 용매, 구체적으로 비극성 용매는 20℃ 1기압 하, 페로브스카이트 화합물의 용해도가 0.1 M미만, 0.01 M 미만 또는 0.001 M 미만인 유기용매를 의미할 수 있다. 구체적인 일 예로, 비용매는 클로로포름(Chloroform), 헥센(Hexene), 사이클로헥센(cyclohexene), 1,4-다이옥센(1,4-Dioxane), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 헥세인(hexane), 트리에틸아민(Triethylamine), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 에틸아민(Ethylamine), 다이에틸에테르(Diethylether), 에틸아세테이트(Ethylacetate), 아세틱엑시드(Acetic acid), 1,2-다이클로로벤젠(1,2-Dichlorobenznene), Tert-부틸알콜(Tert-Butyl alcohol), 2-부탄올(2-Butanol), 이소프로판올(Isopropanol) 및 메틸에틸케톤(Methylethylketone)에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 페로브스카이트 양자점이 이온화되어 분해되지 않는 유기 용매이면 족하다.In one embodiment, the dispersion medium of the above-described dispersion is a non-polar solvent, specifically, the non-polar solvent is an organic solvent having a solubility of less than 0.1 M, less than 0.01 M, or less than 0.001 M of the perovskite compound under 1 atmosphere of 20°C. I can. As a specific example, the non-solvent is chloroform, hexene, cyclohexene, 1,4-dioxane, benzene, toluene, hexane ), triethylamine, chlorobenzene, ethylamine, diethylether, ethylacetate, acetic acid, 1,2-dichlorobenzene ( 1,2-Dichlorobenznene), Tert-butyl alcohol (Tert-Butyl alcohol), 2-butanol (2-Butanol), isopropanol (Isopropanol) and methyl ethyl ketone (Methylethylketone) may be one or two or more selected from, but this It is not limited, and an organic solvent that is not decomposed due to ionization of perovskite quantum dots is sufficient.

일 실시에 있어, 상술한 광활성층의 두께는 180 내지 250 nm, 구체적으로 180 내지 230 nm, 보다 구체적으로 190 내지 210 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 광활성층이 상술한 두께를 만족하는 경우, 현저하게 우수한 광기전특성을 가질 수 있어 좋다.In one embodiment, the thickness of the photoactive layer may be 180 to 250 nm, specifically 180 to 230 nm, and more specifically 190 to 210 nm, but is not limited thereto. However, when the photoactive layer satisfies the above-described thickness, it may have remarkably excellent photovoltaic properties.

비한정적인 일예로, 상기 기판은 페로브스카이트 양자점의 분산액의 도포막을 형성할 수 있는 리지드 기재 또는 플렉시블 기재라면 특별이 제한되지 않으나, 유리, 및 플라스틱 필름과 같은 투명 기판, 실리콘 웨어퍼와 같은 불투명한 기판등 사용 가능하다. 일예로, 기재는 반도체, 세라믹, 금속, 고분자 또는 이들에서 선택된 둘 이상의 물질이 각 층을 이루며 적층된 적층체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As a non-limiting example, the substrate is not particularly limited as long as it is a rigid substrate or a flexible substrate capable of forming a coating film of a dispersion of perovskite quantum dots, but transparent substrates such as glass and plastic films, and opaque such as silicon wafers. One substrate can be used. As an example, the substrate may be a semiconductor, ceramic, metal, polymer, or a laminate in which two or more materials selected from these materials are stacked as each layer, but is not limited thereto.

나아가, 본 발명은 상술한 광활성층의 제조방법으로 제조된 광활성층을 포함하는 소자를 포함한다. Further, the present invention includes a device including a photoactive layer manufactured by the method for manufacturing the photoactive layer described above.

상세하게, 본 발명은 상술한 광활성층의 제조방법으로 제조된 광활성층을 포함하는 에너지 소자(태양전지), 전자 소자(트랜지스터 등), 발광 소자(발광 다이오드 등), 메모리 소자 또는 센서등을 포함할 수 있다.Specifically, the present invention includes an energy device (solar cell), an electronic device (transistor, etc.), a light-emitting device (light-emitting diode, etc.), a memory device or a sensor including a photoactive layer manufactured by the method for manufacturing the photoactive layer described above. can do.

일예로, 상술한 소자가 에너지 소자(태양전지)일 경우,As an example, when the above-described device is an energy device (solar cell),

본 발명에 따른 태양전지는 제1전극; 전공전달층; 상술한 광활성층; 전자전달층; 및 제2전극;이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. The solar cell according to the present invention includes a first electrode; Major delivery layer; The photoactive layer described above; Electron transport layer; And a second electrode; may have a structure in which they are sequentially stacked.

비한정적인 일예로, 상술한 제1전극과 제2전극 중 광이 입사되는 측의 전극은 투명전극일 수 있다. 투명 전극은 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide)이나 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide)등과 같은 투명 전도성 산화물이나 CNT(카본 나노튜브), 그래핀(Graphene), 금속 나노와이어등의 나노 구조에 기반한 전극일 수 있다. 투명 전극에 대향하는 전극인 후면 전극은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈등에 기반한 전극일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As a non-limiting example, among the above-described first and second electrodes, an electrode on a side to which light is incident may be a transparent electrode. The transparent electrode is a transparent conductive oxide such as fluorine-containing tin oxide (FTO; Fouorine doped Tin Oxide) or indium-containing tin oxide (ITO; Indium doped Tin Oxide), or CNT (carbon nanotube), graphene, and metal nanowires. It may be an electrode based on a nanostructure such as. The rear electrode, which is an electrode facing the transparent electrode, may be an electrode based on gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulfide, copper sulfide, nickel oxide, etc., but is not limited thereto.

비한정적인 일예로, 상술한 전자전달층과 전공전달층의 구체 물질 및 구조는 특별히 제한되지 않으나, 페로브스카이트 양자점을 광흡수체로 사용하는 종래 페로브스카이트계 태양전지에서 정공과 전자를 이동시키기 위한 물질 및 구조이면 족하다. As a non-limiting example, the concrete material and structure of the electron transport layer and the major transport layer are not particularly limited, but holes and electrons are moved in a conventional perovskite solar cell using perovskite quantum dots as a light absorber. It suffices if it is a material and structure for making it.

비한정적인 일예로, 상술한 전자전달층은 전자전도성 금속산화물, 구체적으로, 금속산화물로, 타이타늄산화물, 아연산화물, 주석산화물, 나이오븀산화물, 몰리브데넘산화물, 마그네슘산화물, 알루미늄산화물, 바나듐산화물, 이들의 복합산화물등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상술한 정공전달층은 정공전도성 유기물, 구체적으로 spiro-OMeTAD(2,2‘,7,7’-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9-spirobifluorene), P3HT(poly[3-hexylthiophene]), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As a non-limiting example, the electron transport layer is an electron conductive metal oxide, specifically, a metal oxide, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, vanadium oxide. And composite oxides thereof, but are not limited thereto. In addition, the above-described hole transport layer is a hole-conductive organic material, specifically spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetrakis (N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9-spirobifluorene), P3HT ( poly[3-hexylthiophene]), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4- butylphenyl-diphenyl-amine) and the like, but are not limited thereto.

이때, 상술한 전자전달층과 전공전달층는 서로 독립적으로 치밀한 박막 또는 치밀한 박막과 다공막이 적층된 구조일 수 있으며, 전자전달층과 전공전달층의 두께는 각각 20 내지 80 nm 및 150 내지 250 nm일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the above-described electron transport layer and the hole transport layer may have a structure in which a dense thin film or a dense thin film and a porous film are stacked independently of each other, and the thickness of the electron transport layer and the hole transport layer is 20 to 80 nm and 150 to 250 nm, respectively. It may be, but is not necessarily limited thereto.

본 발명은 둘 이상의 상술한 페로브스카이트 태양전지가 직렬 및/또는 병렬 연결된 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell module in which two or more of the aforementioned perovskite solar cells are connected in series and/or in parallel.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지에 의해 전력이 공급되는 장치를 포함한다.The present invention includes a device in which power is supplied by the perovskite solar cell described above.

일 구체예에 있어, 상술한 페로브스카이트 태양전지에 정전압을 인가하면, 상술한 태양전지는 녹색광 발광 특성을 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 광활성층은 발광 소자(발광 다이오드 등)용으로도 이용될 수 있다. 이때, 녹색광의 발광 피크(예컨대, 최대 발광 피크) 파장은 480 내지 580 nm, 구체적으로 495 내지 565 nm일 수 있다.In one embodiment, when a constant voltage is applied to the above-described perovskite solar cell, the above-described solar cell may have green light emission characteristics. That is, the photoactive layer according to the present invention can also be used for light-emitting devices (light-emitting diodes, etc.). At this time, the emission peak (eg, the maximum emission peak) wavelength of green light may be 480 to 580 nm, specifically 495 to 565 nm.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using examples, but the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present application, and the contents of the present application are not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

단계 1: CsPbBrStep 1: CsPbBr 33 PQD(Perovskite Quantum Dot) 분산액 제조 Preparation of PQD (Perovskite Quantum Dot) dispersion

단계 1-1: Cs-올레이트(Cs-oleate) 용액 제조Step 1-1: Preparation of Cs-oleate solution

0.407 g의 세슘 카보네이트(CsCO3, Alfa Aesar), 20 mL의 1-옥타데켄(1-Octadecene; ODE, technical grade, Sigma Aldrich) 및 1.25 mL의 올레산(oleic acid; OA, technical grade, Alfa Aesar)을 플라스크 내에서 혼합하였다. 상기 혼합물을 120 ℃에서 30분 동안 탈기(degassing)한 후, 불활성 가스인 Ar으로 퍼징 하였으며, 이 과정을 3회 반복하여 Cs-올레이트(Cs-oleate) 용액을 수득하였다.0.407 g cesium carbonate (CsCO 3 , Alfa Aesar), 20 mL 1-Octadecene (ODE, technical grade, Sigma Aldrich) and 1.25 mL oleic acid (OA, technical grade, Alfa Aesar) Were mixed in the flask. The mixture was degassed at 120° C. for 30 minutes, and then purged with Ar, an inert gas, and this process was repeated three times to obtain a Cs-oleate solution.

단계 1-2: PbBrStep 1-2: PbBr 22 용액 제조 Solution preparation

0.4 g의 브롬화납(lead (Ⅱ) bromide, PbBr2, Alfa Aesar) 및 25 mL의 1-옥타데켄을 플라스크 내에서 혼합한 후, 120 ℃에서 30분 동안 탈기시켰다. 상기 혼합물에 1.5 mL의 올레산(Oleic acid) 및 1.5 mL의 올레일 아민(Oleylamine, technical grade, Sigma Aldric)을 첨가한 후, 추가로 30분 동안 탈기하여 완전히 용해시킨 후, 불활성 가스인 Ar으로 퍼징하여 PbBr2 용액을 수득하였다.0.4 g of lead bromide (lead (II) bromide, PbBr 2 , Alfa Aesar) and 25 mL of 1-octadecene were mixed in a flask, followed by degassing at 120° C. for 30 minutes. 1.5 mL of oleic acid and 1.5 mL of oleyl amine (Oleylamine, technical grade, Sigma Aldric) were added to the mixture, followed by degassing for an additional 30 minutes to completely dissolve, followed by purging with Ar, an inert gas. Thus, a PbBr 2 solution was obtained.

단계1-3: CsPbBrStep 1-3: CsPbBr 33 PQD 합성 및 CsPbBr PQD synthesis and CsPbBr 33 PQD 분산액 제조 PQD dispersion preparation

상기 제조된 PbBr2 용액의 온도를 185 ℃로 증가시킨 다음, PbBr2 용액이 담긴 플라스크에 2 mL의 Cs-올레이트 용액을 신속하게 첨가한 후, 실온으로 냉각하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액에 60 mL의 메틸 아세테이트(methyl acetate; MeOAc, Duksan)를 첨가하고 5000 rpm에서 10분 동안 원심 분리한 후, 상청액을 제거하여 1차 침전물을 수득하였다. 상기 1차 침전물을 12 mL의 헥산에 분산시키고, 상기 분산액에 20 mL의 MeOAc를 첨가한 후, 5000 rpm에서 5분 동안 다시 원심 분리 하고, 상청액이 제거된 2차 침전물을 수득하였다. 상기 2차 침전물을 30 mL의 헥산에 다시 분산시키고, 상기 분산액을 0.2 um PTFE 필터가 부착된 플라스틱 실린지로 여과하였다. 여과된 CsPbBr3 PQD를 75 mg mL-1의 농도로 n-옥탄에 재탈기 및 재분산하여, CsPbBr3 PQD 분산액을 제조하였다.After increasing the temperature of the prepared PbBr 2 solution to 185° C., 2 mL of Cs-oleate solution was rapidly added to the flask containing the PbBr 2 solution, and then cooled to room temperature to prepare a mixed solution. 60 mL of methyl acetate (MeOAc, Duksan) was added to the mixture and centrifuged at 5000 rpm for 10 minutes, and then the supernatant was removed to obtain a first precipitate. The first precipitate was dispersed in 12 mL of hexane, 20 mL of MeOAc was added to the dispersion, and then centrifuged again at 5000 rpm for 5 minutes to obtain a second precipitate from which the supernatant was removed. The secondary precipitate was again dispersed in 30 mL of hexane, and the dispersion was filtered through a plastic syringe attached with a 0.2 um PTFE filter. The filtered CsPbBr 3 PQD was re-degassed and redispersed in n-octane at a concentration of 75 mg mL -1 to prepare a CsPbBr 3 PQD dispersion.

단계 2: 페로브스카이트 태양전지 제조Step 2: Perovskite solar cell manufacturing

단계 2-1: 기판 준비Step 2-1: substrate preparation

FTO(F-doped SnO2)-증착된 유리 기판(이하, FTO 기판)을 세척용 물, 탈이온수, 아세톤 및 2-프로판올 상에서 각각 15분 동안 순차적으로 초음파 처리하여 세척한 후, UV/O3 기기를 사용하여 20분 동안 자외선 처치(UV treatment)하여 준비하였다.FTO (F-doped SnO 2 )-deposited glass substrate (hereinafter, FTO substrate) is sequentially ultrasonicated for 15 minutes in water for cleaning, deionized water, acetone and 2-propanol, respectively, and then UV/O 3 It was prepared by UV treatment for 20 minutes using the device.

단계 2-2: 전자전달층(Electron Transport Layer) 형성Step 2-2: Formation of Electron Transport Layer

상기 단계 2-1의 FTO 기판 상에 c-TiO2 전구체 용액(Ti-alkoxide, SC-BT060, Sharechem)을 3000 rpm으로 30초 동안 스핀 코팅 한 후, 공기 분위기 하 150 ℃에서 10분 동안 사전 열처리 및 500 ℃에서 1시간 동안 열처리하고, 실온으로 냉각한 후 120 mM의 TiCl4 용액에 침지시킨 후, 70 ℃에서 30분 동안 열처리하고 탈이온수로 세척한 후, 500 ℃에서 1시간 동안 다시 열처리 하여 c-TiO2-코팅된 FTO 기판(이하, c-TiO2/FTO 기판)을 수득하였다. After spin-coating a c-TiO 2 precursor solution (Ti-alkoxide, SC-BT060, Sharechem) at 3000 rpm for 30 seconds on the FTO substrate of step 2-1, pre-heat treatment at 150° C. for 10 minutes in an air atmosphere And heat treatment at 500° C. for 1 hour, cooling to room temperature , immersion in 120 mM TiCl 4 solution, heat treatment at 70° C. for 30 minutes, washing with deionized water, and heat treatment again at 500° C. for 1 hour. A c-TiO 2 -coated FTO substrate (hereinafter, c-TiO 2 /FTO substrate) was obtained.

단계 2-3: 광활성층(Photoactive Layer) 형성Step 2-3: Forming a photoactive layer

먼저, 소듐 아세테이트(sodium acetate; NaOAc, Sigma Aldrich)를 메틸 아세테이트(MeOAc)에 희석하여, 치환액을 준비하였다. 이때, 치환액 내 소듐 아세테이트의 농도는 1 mg/mL이다. 다음으로, 상기 단계 1-3에서 제조된 CsPbBr3 PQD 분산액을 c-TiO2/FTO 기판의 회전 중심에 일괄 도포하고, 1000 rpm으로 20초 및 2000 rpm으로 5초 동안 스핀 코팅하여 CsPbBr3 PQD 막을 형성하였다. 상기 형성된 CsPbBr3 PQD 막을 상기 치환액에 15초 동안 침지시킨 후, 2000 rpm으로 10초 동안 스핀-건조하고, MeOAc로 세척한 후, 2000 rpm으로 10초 동안 다시 스핀-건조하여, 고상 리간드 치환된 CsPbBr3 PQD 막(이하, 치환 CsPbBr3 PQD 막)을 형성하였다. 이때, 광활성층의 두께가 200 nm로 형성되도록, 상기 층상 적층(layer by layer; LBL) 공정을 수회 반복하였다.First, sodium acetate (NaOAc, Sigma Aldrich) was diluted in methyl acetate (MeOAc) to prepare a replacement solution. At this time, the concentration of sodium acetate in the replacement solution is 1 mg/mL. Next, the CsPbBr3 PQD dispersion prepared in step 1-3 was applied collectively to the rotation center of the c-TiO 2 /FTO substrate, and spin-coated at 1000 rpm for 20 seconds and 2000 rpm for 5 seconds to form a CsPbBr 3 PQD film I did. The formed CsPbBr 3 PQD film was immersed in the substitution solution for 15 seconds, then spin-dried at 2000 rpm for 10 seconds, washed with MeOAc, and then spin-dried again at 2000 rpm for 10 seconds, thereby replacing the solid ligand. A CsPbBr 3 PQD film (hereinafter, substituted CsPbBr 3 PQD film) was formed. At this time, the layer by layer (LBL) process was repeated several times so that the photoactive layer had a thickness of 200 nm.

단계 2-4: 정공전달층(Hole Transport Layer) 형성Step 2-4: Formation of the hole transport layer

먼저, 72.3 mg의 2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene(Spiro-OMeTAD, Lumtec), 28.8 μL의 4-tert-butylpyridine(4-TBP, Sigma Aldrich) 및 17.5 μL의 lithium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide(Li-TFSI, Alfa Aesar) 용액을 1 mL의 클로로벤젠(anhydrous, Sigma Aldrich)에 용해시켜, Spiro-OMeTAD 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 단계 2-3에서 제조된 치환 CsPbBr3 PQD 막 상에 Spiro-OMeTAD 용액을 4000 rpm에서 25초 동안 스핀 코팅하였다. 이때, 상기 공정은 습도 조건을 20% 내지 30% 사이로 제어하며 수행되었다. First, 72.3 mg of 2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD, Lumtec), 28.8 μL of 4-tert-butylpyridine (4-TBP, Sigma Aldrich) and 17.5 μL of lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (Li-TFSI, Alfa Aesar) solution was dissolved in 1 mL of chlorobenzene (anhydrous, Sigma Aldrich) to prepare a Spiro-OMeTAD solution. . Next, the Spiro-OMeTAD solution was spin-coated at 4000 rpm for 25 seconds on the substituted CsPbBr 3 PQD film prepared in step 2-3. At this time, the process was performed while controlling the humidity condition between 20% and 30%.

단계 2-5: 전극(Electrode) 및 버퍼층(Buffer Layer) 형성Step 2-5: Formation of an electrode and a buffer layer

열증착법을 통해 상기 기판의 정공전달층 상에 약 120 nm 두께의 금 전극(Au electrode) 및 유리 기판 상에 약 15 nm 두께의 MoOx 버퍼층을 증착하여, 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.A perovskite solar cell was manufactured by depositing an Au electrode having a thickness of about 120 nm on the hole transport layer of the substrate and a MoO x buffer layer having a thickness of about 15 nm on a glass substrate through thermal evaporation.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 에틸 아세테이트(ethyl acetate; EtOAc, Duksan)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted with ethyl acetate (EtOAc, Duksan) as a substitute solution.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 프로필 아세테이트(propyl acetate; PrOAc, Duksan)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted with propyl acetate (PrOAc, Duksan) as a substitute solution.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 부틸 아세테이트(butyl acetate; BtOAc, Duksan)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted with butyl acetate (BtOAc, Duksan) as a substitute solution.

(실시예 5)(Example 5)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 혼합용매(에틸 아세테이트와 부틸 아세테이트의 중량비= 9 : 1)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted in a mixed solvent (weight ratio of ethyl acetate and butyl acetate = 9: 1) as a substitute.

(실시예 6)(Example 6)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 혼합용매(에틸 아세테이트와 부틸 아세테이트의 중량비= 8 : 2)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted in a mixed solvent (weight ratio of ethyl acetate and butyl acetate = 8: 2) and used as a substitute.

(실시예 7)(Example 7)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 혼합용매(에틸 아세테이트와 부틸 아세테이트의 중량비= 6 : 4)에 희석하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that sodium acetate was diluted in a mixed solvent (weight ratio of ethyl acetate and butyl acetate = 6:4) as a substitute.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액을 이용하는 공정을 수행하지 않은 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that the process using the substitute solution was not performed.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 메틸 아세테이트를 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that methyl acetate was used as the substitute solution.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 에틸 아세테이트를 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that ethyl acetate was used as the substitute solution.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 프로필 아세테이트를 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that only propyl acetate was used as the substitute solution.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 부틸 아세테이트를 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that butyl acetate was used as the substituent.

(비교예 6)(Comparative Example 6)

실시예 1의 단계 2-3에서, 치환액으로, 소듐 아세테이트를 메탄올(MeOH)에 희석하여 이용한 것만 배제부틸 아세테이트(EtOAc)를 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2-3 of Example 1, as a substitution solution, only sodium acetate was diluted in methanol (MeOH) and only used was excluded, except that butyl acetate (EtOAc) was used, and the same method as in Example 1 was used.

(비교예 7)(Comparative Example 7)

실시예 1의 단계 1-2에서, 페로브스카이트 양자점의 제조시, 브롬화납(PbBr2) 대신에 요오드화납(lead (Ⅱ) iodide, PbI2, Alfa Aesar)을 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 1-2 of Example 1, when manufacturing perovskite quantum dots, except for using lead iodide (lead (II) iodide, PbI 2 , Alfa Aesar) instead of lead bromide (PbBr 2 ), Example The same method as in 1 was used.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과이다. 이때, 도면에서, As-cast film은 비교예 1이며, MeOAc with NaOAc는 실시예 1이며, EtOAc with NaOAc는 실시예 2, PrOAc with NaOAc는 실시예 3, BtOAc with NaOAc는 실시예 4이다. 도시된 바와 같이, 고상 리간드 치환을 수행한 실시예들은 고상 리간드 치환이 수행되지 않은 비교예 1 보다 C1s 피크에 대하여 낮은 강도를 보이는 관찰할 수 있다. 특히, 치환액에 혼합되는 알킬 아세테이트의 알킬 사슬 길이가 길수록 C1s 피크의 강도가 감소하는 것을 알 수 있다. 이는, 치환액에 혼합되는 알킬 아세테이트의 알킬 사슬 길이가 길수록 용매 혼화성이 증가되어, 광활성층을 이루는 PQD 내 장쇄 리간드(올레산염 및 올레일암모늄 리간드)가 치환액 내 단쇄 리간드(아세테이트 리간드)로 보다 효율적으로 치환됨을 의미한다.1 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention. At this time, in the drawing, the As-cast film is Comparative Example 1, MeOAc with NaOAc is Example 1, EtOAc with NaOAc is Example 2, PrOAc with NaOAc is Example 3, and BtOAc with NaOAc is Example 4. As shown, it can be observed that the examples in which solid-phase ligand substitution is performed show lower intensity with respect to the C1s peak than Comparative Example 1 in which the solid-phase ligand substitution is not performed. In particular, it can be seen that the intensity of the C1s peak decreases as the length of the alkyl chain of the alkyl acetate mixed with the substituent increases. This is because solvent miscibility increases as the alkyl chain length of the alkyl acetate mixed in the substituent increases, so that the long-chain ligands (oleate and oleylammonium ligands) in the PQD forming the photoactive layer become the short-chain ligands (acetate ligand) in the substitution solution. It means more efficient substitution.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 광 발광(Photoluminescence; PL) 특성 분석결과이다. 상세하게, 도 2의 (a)는 비교예 2 내지 비교예 5의 PL 스펙트럼이며, 도 2의 (b)는 실시예 1 내지 실시예 4의 PL 스펙트럼이다. 도시된 바와 같이, 치환액 내 NaOAc의 첨가 유무에 관계없이, PL 피크의 범위는 495 내지 565 nm로 일정함을 알 수 있으나, 실시예들의 경우, 보다 좁은 반치폭(FWHM)을 가지는 것을 알 수 있다. 이는 실시예들이 비교예들 보다 우수한 색순도를 가지는 것을 의미한다. 특히, 비교예들과 달리 실시예들의 경우, 카르보실레이트 에스테르계 화합물의 알킬 사슬 길이가 증가함에 따라, PL 피크가 적색이동(red shift, 장파장 이동)함을 알 수 있다. 이는, 실시예들에 따른 치환액(NaOAc 포함)의 용매 혼화성이 비교예들의 치환액(NaOAc 미포함) 보다 우수하여, 고상 리간드 치환이 더 잘 일어나 입자간 거리가 짧아지며, 이에 따라 입자간의 상호작용성이 더 커짐을 의미한다.2 is a photoluminescence (PL) characteristic analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention. In detail, (a) of FIG. 2 is a PL spectrum of Comparative Examples 2 to 5, and (b) of FIG. 2 is a PL spectrum of Examples 1 to 4. As shown, regardless of the presence or absence of NaOAc in the substitution solution, it can be seen that the range of the PL peak is constant at 495 to 565 nm, but in the case of embodiments, it can be seen that it has a narrower half-width (FWHM). . This means that the examples have better color purity than the comparative examples. In particular, in the case of Examples, unlike Comparative Examples, as the alkyl chain length of the carbosylate ester-based compound increases, it can be seen that the PL peak is red shifted (long wavelength shift). This is because the solvent miscibility of the substitution solution (including NaOAc) according to the examples is superior to that of the substitution solution (not including NaOAc) of the comparative examples, so that solid-state ligand substitution occurs more easily and the distance between particles is shortened. It means more functional.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 자외선 가시광 흡수 분광기(UV-vis Absorption Spectroscopy) 분석결과이다. 상세하게, 도 3의 (a)는 비교예 2이며, 도 3의 (b)는 비교예 3이며, 도 3의 (c)는 비교예 4이며, 도 3의 (d)는 비교예 5이며, 도 3의 (e)는 실시예 1이며, 도 3의 (f)는 실시예 2이며, 도 3의 (g)는 실시예 3이며, 도 3의 (h)는 실시예 4이다. 도시된 바와 같이, 치환액 내 NaOAc의 첨가 유무에 관계없이, 495 nm 이하의 흡수 영역을 가지나, 실시예들은 비교예 보다 훨씬 높은 흡광도를 가지는 것을 알 수 있다. 특히, 삽도를 살펴보면, 실시예들은 광활성층의 적층수의 함수에 따라 485 nm에서 측정된 흡광도가 비교예들에 비해 다소 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는, 실시예들에 따라 제조된 고상 리간드 치환된 광활성층은 층상 적층(layer by layer; LBL) 공정을 통해 고상 리간드 치환을 수행하더라도, 적층 두께에 상관없이 균일한 표면 형상을 가진다는 것을 의미한다. 3 is an analysis result of UV-vis Absorption Spectroscopy of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention. In detail, Figure 3 (a) is Comparative Example 2, Figure 3 (b) is Comparative Example 3, Figure 3 (c) is Comparative Example 4, Figure 3 (d) is Comparative Example 5 , FIG. 3(e) is Example 1, FIG. 3(f) is Example 2, FIG. 3(g) is Example 3, and FIG. 3(h) is Example 4. As shown, regardless of the presence or absence of NaOAc in the substitution solution, it can be seen that the absorption range is 495 nm or less, but the examples have a much higher absorbance than the comparative example. In particular, looking at the inset, it can be seen that the absorbance measured at 485 nm increases somewhat linearly compared to the comparative examples according to the function of the number of stacks of the photoactive layer. This means that the solid-state ligand-substituted photoactive layer prepared according to the embodiments has a uniform surface shape regardless of the thickness of the solid-state ligand, even if the solid-state ligand is substituted through a layer by layer (LBL) process. .

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층의 표면 원자힘 현미경(AFM) 분석결과이다. 상세하게, 도 4의 (a)는 비교예 2이며, 도 4의 (b)는 비교예 3이며, 도 4의 (c)는 비교예 4이며, 도 4의 (d)는 비교예 5이며, 도 4의 (e)는 실시예 1이며, 도 4의 (f)는 실시예 2이며, 도 4의 (g)는 실시예 3이며, 도 4의 (h)는 실시예 4이다. 도시된 바와 같이, 비교예들의 광활성층은 바닥층의 용해로 인해 구멍이 있는 형태로 제조되는 반면, 실시예들은 비교예들 보다 다소 균질하게 분포된 페로브스카이트 양자점층으로 형성된 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 도 3의 UV-Vis 스펙트럼 분석결과와 일치한다.4 is a surface atomic force microscope (AFM) analysis result of a photoactive layer substituted with a solid ligand according to an embodiment of the present invention. In detail, (a) of FIG. 4 is Comparative Example 2, (b) of FIG. 4 is Comparative Example 3, (c) of FIG. 4 is Comparative Example 4, and (d) of FIG. 4 is Comparative Example 5. 4(e) is Example 1, FIG. 4(f) is Example 2, FIG. 4(g) is Example 3, and FIG. 4(h) is Example 4. As shown, it can be seen that the photoactive layer of the comparative examples is manufactured in a form having holes due to the melting of the bottom layer, whereas the examples are formed of a perovskite quantum dot layer that is more or less homogeneously distributed than the comparative examples. These results are consistent with the results of the UV-Vis spectrum analysis of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 단면 SEM 분석결과 및 모식도이다. 도시된 바와 같이, 일시예에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지는 약 2.5 mm 두께의 glass 기판, 약 300 nm 두께의 FTO 전극, 약 50 nm 두께의 전자전달층(도면에서, TiO2), 약 200 nm 두께의 광활성층(도면에서, CsPbBr3 PQDs), 약 250 nm 두께의 정공전달층(도면에서, Spiro-MeOTAD), 약 15 nm 두께의 버퍼층(도면에서, MoOx) 및 약 120 nm 두께의 Au 전극으로 구성됨을 알 수 있다.5 is a cross-sectional SEM analysis result and schematic diagram of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown, the perovskite solar cell manufactured according to the temporary example includes a glass substrate of about 2.5 mm thickness, an FTO electrode of about 300 nm thickness, an electron transport layer of about 50 nm thickness (TiO 2 in the drawing), A photoactive layer about 200 nm thick (CsPbBr3 PQDs in the figure), a hole transport layer about 250 nm thick (Spiro-MeOTAD in the figure), a buffer layer about 15 nm thick (MoO x in the figure) and about 120 nm thick It can be seen that it is composed of Au electrodes.

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광기전성 파라미터 분석결과이다. 도시된 바와 같이, 실시예들의 개방 회로 전압(VOC), 단락전류밀도(JSC), 충전계수(FF) 및 광전변환효율(PCE)은 비교예들 보다 모두 우수함을 알 수 있다. 이러한 광기전성특성(성능) 차이는 각각 광흡수층으로 포함되어 있는 페로브스카이트 화학물 막의 특성에 기인한 것이다. 상세하게, 실시예들의 경우, 비교예들 보다 리간드 치환액의 용매 혼화성이 좋아, 페로브스카이트 태양전지의 성능을 저하를 유발하는 광활성층 내 장쇄 리간드를 단쇄 리간드로 보다 효율적으로 고상 치환하여 제거할 수 있어, 보다 높은 Voc 및 FF을 가지며, 이러한 높은 Voc 및 FF으로 인해 향상된 PEC를 가진다.Table 1 is a photovoltaic parameter analysis result of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown, it can be seen that the open circuit voltage (V OC ), short-circuit current density (J SC ), charge factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (PCE) of the embodiments are all superior to those of the comparative examples. This difference in photovoltaic characteristics (performance) is due to the characteristics of the perovskite chemical film included in each light absorbing layer. In detail, in the case of the examples, the solvent miscibility of the ligand substitution solution is better than that of the comparative examples, and the long-chain ligand in the photoactive layer, which causes a decrease in the performance of the perovskite solar cell, is more efficiently replaced with a short-chain ligand in the solid phase. can be removed, has a higher V oc and FF, because of such a high V oc and FF have improved PEC.

Figure 112020071181026-pat00003
Figure 112020071181026-pat00003

비교예 1의 경우에는 CsPbBr3 페로브스카이트 양자점(이하, CsPbBr3 PQD) 기반의 광활성층의 전기전도가 매우 낮아 태양전지 소자로 제조할 수 없었으며, 비교예 2 내지 6의 경우에는 CsPbB3 PQD와 에스테르계 용매의 혼화성이 매우 높아, LBL 공정 중에 CsPbB3 PQD이 오히려 씻겨나감으로써, 원하는 두께로의 적층이 불가능하였다.In Comparative Example 1, CsPbBr 3 perovskite quantum dots (hereinafter, CsPbBr 3 PQD) was electric conduction of the photoactive layer of the base is too low could not be made of the solar cell element, in the case of Comparative Examples 2 to 6 CsPbB 3 The miscibility of PQD and ester solvent was very high, and CsPbB 3 PQD was rather washed away during the LBL process, making it impossible to laminate to a desired thickness.

도 6은 본 발명의 실시예 6에 따른 페로브스카이트 태양전지의 전계발광(electroluminescence; EL) 분석결과이다. 도시된 바와 같이, 실시예 6에 따른 페로브스카이트 태양전지의 녹색 발광 EL 특성은 인가되는 외부 DC 전압의 함수에 따라 증가하며, 녹색광의 발광 피크 파장은 495 내지 565 nm임을 관찰할 수 있다. 즉, 실시예 6에 따른 페로브스카이트 태양전지는 2.4 V 이상의 낮은 턴온전압(turn-on voltage)에서 녹색의 발광 특성을 가지는 것을 알 수 있다. 도시하진 않았으나, 실시예 6외에 다른 실시예들에 따른 페로브스카이트 태양전지의 EL 특성도 유사한 결과를 가짐을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따라 고상 리간드 치환된 광활성층은 페로브스카이트 태양전지 외에, 발광 다이오드로도 활용 가능하다. 6 is an electroluminescence (EL) analysis result of a perovskite solar cell according to Example 6 of the present invention. As shown, it can be observed that the green light emission EL characteristics of the perovskite solar cell according to Example 6 increase as a function of the applied external DC voltage, and the emission peak wavelength of green light is 495 to 565 nm. That is, it can be seen that the perovskite solar cell according to the sixth embodiment has a green light emission characteristic at a low turn-on voltage of 2.4 V or more. Although not shown, it was confirmed that the EL characteristics of the perovskite solar cell according to Examples other than Example 6 had similar results. Accordingly, the photoactive layer substituted with the solid ligand according to the present invention can be utilized as a light emitting diode in addition to a perovskite solar cell.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, specific matters and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is Those of ordinary skill in the relevant field can make various modifications and variations from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the inventive concept. .

Claims (11)

a) 제1리간드를 가지는 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점의 분산액을 준비하는 단계;
b) 상기 분산액을 기판 상에 도포하여 양자점층을 형성하는 단계; 및
c) 상기 양자점층과 에스테르계 용매와 알칼리 금속 아세테이트염의 혼합물인 치환액을 접촉시켜 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)하는 단계;를 포함하며,
상기 브롬화물 기반의 페로브스카이트 양자점은 하기 화학식 1로 표현되는 것인, 광활성층의 제조방법.
[화학식 1]
AMXnY3-n
상기 화학식 1에서,
A는 C1-C24의 알킬기, 아민기 치환된 알킬기, 또는 알칼리 금속이며,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이고,
X는 Br-이며,
Y는 Cl- , Br- 및 I-에서 하나 이상 선택되는 할로겐 음이온이고,
n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이다.
a) preparing a dispersion of bromide-based perovskite quantum dots having a first ligand;
b) forming a quantum dot layer by applying the dispersion on a substrate; And
c) contacting the quantum dot layer with a substitution solution, which is a mixture of an ester-based solvent and an alkali metal acetate salt, to perform solid-state ligand exchange; and,
The bromide-based perovskite quantum dots are represented by the following formula (1), a method of manufacturing a photoactive layer.
[Formula 1]
AMX n Y 3-n
In Formula 1,
A is a C1-C24 alkyl group, an amine-substituted alkyl group, or an alkali metal,
M is a metal selected from the group consisting of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, Ge, and combinations thereof,
X is Br - and
Y is Cl - is a halogen anion selected from one or more, -, Br - and I
n is an integer selected from 1 to 3.
제1항에 있어서,
상기 치환액이 하기 화학식 2로 표현되는 에스테르계 용매와 알칼리 금속 아세테이트염의 혼합물인, 광활성층의 제조방법.
[화학식 2]
Figure 112021014706487-pat00004

상기 화학식 2에서,
R1은 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며,
R2는 C1 내지 C6의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a photoactive layer, wherein the substitution solution is a mixture of an ester-based solvent and an alkali metal acetate salt represented by the following Chemical Formula 2.
[Formula 2]
Figure 112021014706487-pat00004

In Chemical Formula 2,
R 1 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group,
R 2 is a C1 to C6 linear or branched alkyl group.
제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속 아세테이트염이 아세트산 칼륨, 아세트산 나트륨, 아세트산 리튬, 아세트산 루비듐, 아세트산 세슘 또는 이들의 혼합물인, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 2,
The method for producing a photoactive layer, wherein the alkali metal acetate salt is potassium acetate, sodium acetate, lithium acetate, rubidium acetate, cesium acetate, or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 고상 리간드 치환(solid-state ligand exchange)시, 페로브스카이트 양자점의 제1리간드가 상기 치환액로부터 기인한 제2리간드로 치환되는, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 1,
When the solid-state ligand exchange is performed, the first ligand of the perovskite quantum dot is replaced with a second ligand resulting from the substitution solution.
제4항에 있어서,
상기 제2리간드는 상기 제1리간드 보다 짧은 사슬 길이를 가지는 것인, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 4,
The second ligand will have a shorter chain length than the first ligand, the method of manufacturing a photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 제1리간드는 올레산염(oleate), 올레일암모늄(oleylammonium) 및 올레일아민(Oleylamine)에서 하나 이상 선택되는 것인, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 1,
The first ligand is one or more selected from oleate, oleylammonium, and oleylamine, a method for producing a photoactive layer.
제2항에 있어서,
상기 에스테르계 용매는 유전상수(Dielectric constant)가 상이한 제1에스테르계 용매 및 제2에스테르계 용매의 혼합용매를 포함하는 것으로, 하기 식 1을 만족하는 것인, 광활성층의 제조방법.
[식 1]
D1/D2 < 1
상기 식 1에서,
D1은 제1에스테르계 용매의 유전상수이며,
D2는 제2에스테르계 용매의 유전상수이다.
The method of claim 2,
The ester-based solvent includes a mixed solvent of a first ester-based solvent and a second ester-based solvent having different dielectric constants, and satisfies the following formula (1).
[Equation 1]
D1/D2 <1
In Equation 1 above,
D1 is the dielectric constant of the first ester solvent,
D2 is the dielectric constant of the second ester solvent.
제1항에 있어서,
상기 분산액의 분산매는 비극성 용매인, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 1,
The dispersion medium of the dispersion is a non-polar solvent, a method for producing a photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 광활성층의 두께는 180 내지 250 nm인, 광활성층의 제조방법.
The method of claim 1,
The thickness of the photoactive layer is 180 to 250 nm, the method of manufacturing a photoactive layer.
상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 광활성층을 포함하는 소자.A device comprising a photoactive layer manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 9. 제10항에 있어서,
상기 광활성층에 포함되는 페로브스카이트 양자점은 녹색광을 방출하는 것으로, 녹색광의 발광 피크 파장은 495 내지 565 nm인, 광활성층을 포함하는 소자.
The method of claim 10,
The perovskite quantum dots included in the photoactive layer emits green light, and the emission peak wavelength of green light is 495 to 565 nm.
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