KR102591913B1 - Solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 태양전지에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 태양전지에서 상기 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭을 설계한 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기판; 상기 기판의 제1 방향의 제1 면 상에 위치하는 페로브스카이트 층을 포함하며; 상기 페로브스카이트 층의 밴드갭은 제1 방향에 따라 변화하는 값을 가지는 것;을 특징으로 하는 태양전지를 통해 넓은 영역의 단파장 빛을 최대로 흡수할 수 있게 되어, 광전 효율 및 전류 밀도를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a solar cell, and more specifically, to a solar cell including a perovskite absorption layer in which the bandgap of the perovskite absorption layer is designed.
According to the invention, a substrate; It includes a perovskite layer located on a first side of the substrate in a first direction; The bandgap of the perovskite layer has a value that changes according to the first direction; the solar cell is capable of maximally absorbing short-wavelength light in a wide area, thereby improving photoelectric efficiency and current density. There is an effect that can be improved.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 태양전지에서 상기 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭을 설계한 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to solar cells, and more specifically, to a solar cell including a perovskite absorption layer in which the bandgap of the perovskite absorption layer is designed.
결정질 실리콘(crystalline silicon; c-Si) 태양전지는 대표적인 단일접합(single juction) 태양전지로서 현재 상업적 태양전지로 널리 사용되고 있다.Crystalline silicon (c-Si) solar cells are a representative single junction solar cell and are currently widely used as commercial solar cells.
그러나 결정질 실리콘 태양전지는 제조 원가가 높고, 이론적 변환효율의 한계가 약 32%로 매우 낮기 때문에 이로 인해 실질적인 광전 변환 효율도 낮다는 단점을 가진다.However, crystalline silicon solar cells have the disadvantage of having high manufacturing costs and a very low theoretical conversion efficiency limit of about 32%, which results in low actual photoelectric conversion efficiency.
이러한 결정질 실리콘 태양전지의 단점을 극복할 수 있는 새로운 태양전지로 주목 받는 것이 페로브스카이트 태양전지와 서로 다른 밴드 갭을 가지는 흡수층을 포함하는 단일 접합 태양전지를 연결하여 하나의 태양전지로 구성한 텐덤 태양전지이다.A new solar cell that can overcome these disadvantages of crystalline silicon solar cells is attracting attention as a tandem solar cell, which is composed of a single solar cell by connecting a perovskite solar cell and a single junction solar cell containing absorption layers with different band gaps. It is a solar cell.
먼저 페로브스카이트 태양전지는 유무기 페로브스카이트 결정을 광흡수층으로 사용하는 태양전지이다. 이 페로브스카이트는 이론적 변환 효율의 한계가 약 66%로 다른 태양전지에 비해 높을 뿐만 아니라 제조 공정이 쉽고 원가가 낮아 경제성을 가진다는 장점이 있다.First, perovskite solar cells are solar cells that use organic and inorganic perovskite crystals as a light absorption layer. This perovskite not only has a theoretical conversion efficiency limit of about 66%, which is higher than that of other solar cells, but also has the advantage of being economical due to its easy manufacturing process and low cost.
한편 도 1은 텐덤 태양전지 가운데, 일반적인 형태인 2-단자 텐덤 태양전지의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.Meanwhile, Figure 1 schematically shows the cross section of a 2-terminal tandem solar cell, which is a common type of tandem solar cell.
도 1을 참조하면, 텐덤 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 접합층을 매개로 하여 터널 접합된다.Referring to Figure 1, in a tandem solar cell, a single-junction solar cell including an absorption layer with a relatively large band gap and a single-junction solar cell including an absorption layer with a relatively small band gap are tunnel-junctioned through a junction layer. .
이 중, 상대적으로 큰 밴드갭을 가지는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지를 페로브스카이트(perovskite) 태양전지로 사용하는 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지는 30% 이상의 높은 광전 효율을 달성할 수 있어 많은 주목을 받고 있다.Among these, the perovskite/crystalline silicon tandem solar cell, which uses a single-junction solar cell containing an absorption layer with a relatively large bandgap as a perovskite solar cell, achieves a high photoelectric efficiency of more than 30%. It is receiving a lot of attention because it can be done.
그러나 종래의 페로브스카이트 태양 전지와 상기 페로브스카이트 태양전지를 상대적으로 큰 밴드갭을 가지는 단일접합 태양전지로 사용한 텐덤 태양전지는 모두 하나의 밴드갭을 가지는 페로브스카이트 흡수층을 이용한다.However, both conventional perovskite solar cells and tandem solar cells using the perovskite solar cells as single-junction solar cells with a relatively large band gap use a perovskite absorption layer with a single band gap.
일반적으로 태양광선은 파장에 따라 침투되는 깊이가 변화한다. 종래의 페로브스카이트 태양전지 및 이를 이용한 텐덤 태양전지에서는, 수광면에서의 깊이가 변화함에 따른 다양한 파장의 태양광선이 아닌 어느 제한된 파장의 태양광선만을 흡수한다. 따라서 종래의 페로브스카이트 태양전지 및 이를 이용한 텐덤 태양전지는 전류 밀도 개선에 있어 한계를 가질 수 밖에 없다.In general, the penetration depth of solar rays varies depending on the wavelength. In conventional perovskite solar cells and tandem solar cells using them, only solar rays of a certain limited wavelength are absorbed, rather than solar rays of various wavelengths as the depth of the light-receiving surface changes. Therefore, conventional perovskite solar cells and tandem solar cells using them inevitably have limitations in improving current density.
또한 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 광흡수층이 정공수송층 및/또는 전자수송층과 같은 전하수송층과 접합된다. 이러한 층들 간의 전기적 접합에는 각 물질들이 가지는 일함수 및 에너지 밴드 엘라인먼트를 고려해야 한다. 그러나 종래의 페로브스카이트 태양전지 및 이를 이용한 텐덤 태양전지에서는 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭이 하나의 값으로 결정되어 있으므로, 전하추출이 어려워져서 전기적 특성이 떨어지는 단점이 있다.Additionally, in perovskite solar cells, a perovskite light absorption layer is bonded to a charge transport layer such as a hole transport layer and/or an electron transport layer. Electrical bonding between these layers must consider the work function and energy band alignment of each material. However, in conventional perovskite solar cells and tandem solar cells using them, the bandgap of the perovskite absorption layer is determined to be one value, so it is difficult to extract charges, which has the disadvantage of deteriorating electrical characteristics.
본 발명은 태양전지에 있어서, 페로브스카이트 광흡수층의 밴드갭이 두께에 걸쳐 동일하지 않고 변화하는 값을 가지는 페로브스카이트 태양전지 및 이를 이용한 텐덤 태양전지를 제공함으로써, 광전 변환요율과 전류 밀도를 개선시키고 전하 추출을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a perovskite solar cell in which the bandgap of the perovskite light absorption layer is not the same but changes throughout the thickness, and a tandem solar cell using the same, thereby improving the photoelectric conversion rate and current. The purpose is to improve density and facilitate charge extraction.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판의 제1 방향의 제1 면 상에 위치하는 페로브스카이트 층을 포함하며; 상기 페로브스카이트 층의 밴드갭은 제1 방향에 따라 변화하는 값을 가지는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.In order to solve the above-described technical problem, according to one aspect of the present invention, a substrate; It includes a perovskite layer located on a first side of the substrate in a first direction; A solar cell may be provided, wherein the bandgap of the perovskite layer has a value that changes along a first direction.
바람직하게는 상기 페로브스카이트층의 밴드갭은 상기 기판 쪽의 밴드갭보다 기판의 반대 쪽에서의 밴드갭이 더 큰 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the band gap of the perovskite layer is larger on the opposite side of the substrate than the band gap on the substrate side. A solar cell may be provided, characterized in that.
이 때, 상기 밴드갭은 제1 방향으로 선형적으로 변화하는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.At this time, a solar cell may be provided wherein the band gap changes linearly in a first direction.
또는, 상기 밴드갭은 제1 방향으로 계단형으로 변화하는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Alternatively, a solar cell may be provided wherein the band gap changes in a stepwise manner in a first direction.
바람직하게는, 상기 페로브스카이트 층은 FA(Formamidinium) 성분을 포함하는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the perovskite layer includes a formamidinium (FA) component. A solar cell may be provided, characterized in that.
특히, 상기 페로브스카이트층은 FA1- xCsxPbBryI3 - y인(단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다) 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.In particular, the perovskite layer is FA 1- x Cs x PbBr y I 3 - y (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3); there is.
바람직하게는, 상기 기판은 유리, 고분자 또는 결정질 실리콘 중 어느 하나인 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the solar cell may be provided wherein the substrate is any one of glass, polymer, or crystalline silicon.
특히, 상기 결정질 실리콘 기판은 텍스쳐 패턴을 가지는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.In particular, a solar cell may be provided, wherein the crystalline silicon substrate has a textured pattern.
또한, 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면에 위치하는 제1 진성 비정질 실리콘(i-a-Si:H) 층; 상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면에 위치하는 제2 진성 비정질 실리콘(i-a-Si:H) 층; 상기 제1 진성 비정질 실리콘 층 상에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘 층; 상기 제2진성 비정질 실리콘 층 상에 위치하는 제2도전형 비정질 실리콘 층을 추가로 포함하고; 상기 제1 도전형 비정질 실리콘 층 위에 상기 페로브스카이트 층이 위치하는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Additionally, a first intrinsic amorphous silicon (i-a-Si:H) layer located on the first side of the crystalline silicon substrate; a second intrinsic amorphous silicon (i-a-Si:H) layer located on a second side of the crystalline silicon substrate; a first conductive amorphous silicon layer located on the first intrinsic amorphous silicon layer; further comprising a second conductive amorphous silicon layer located on the second intrinsic amorphous silicon layer; A solar cell may be provided, wherein the perovskite layer is located on the first conductive amorphous silicon layer.
더 나아가, 상기 제1 도전형 비정질 실리콘 층은 상기 기판의 도전형과 반대극성의 도전형인 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Furthermore, a solar cell may be provided, wherein the first conductivity type amorphous silicon layer has a conductivity type of opposite polarity to that of the substrate.
한편, 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면에 위치하는 에미터 층; 상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면에 위치하는 전계 층을 추가로 포함하고; 상기 제1 에미터 층 위에 상기 페로브스카이트 층이 위치하는 것;을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Meanwhile, an emitter layer located on the first side of the crystalline silicon substrate; further comprising an electric field layer located on a second side of the crystalline silicon substrate; A solar cell may be provided, characterized in that the perovskite layer is located on the first emitter layer.
더 나아가, 상기 페로브스카이트 층 아래에 존재하는 전자전달 층 또는 정공전달 층; 상기 페로브스카이트 층 아래에 존재하는 전자전달 층 또는 정공전달 층 과는 상반되고, 상기 페로브스카이트 층 상에 존재하는 정공전달 층 또는 전자전달 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 제공될 수 있다.Furthermore, an electron transport layer or hole transport layer present below the perovskite layer; A solar cell comprising a hole transport layer or electron transport layer that is opposite to the electron transport layer or hole transport layer that exists below the perovskite layer and that exists on the perovskite layer. can be provided.
본 발명에 따르면, 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭이 하나의 고정된 값을 가지는 것이 아니라 상기 페로브스카이트 흡수층의 두께에 따라 밴드갭이 변화하는 값을 가지는 페로브스카이트 태양전지 및/또는 이를 포함하는 텐덤 태양전지를 얻을 수 있다.According to the present invention, the bandgap of the perovskite absorption layer does not have a single fixed value, but a perovskite solar cell and/or a bandgap that changes depending on the thickness of the perovskite absorption layer. A tandem solar cell containing this can be obtained.
이를 통해 서로 다른 넓은 범위의 밴드갭(wide band gap)을 가지는 페로브스카이트 흡수층을 형성함으로써 넓은 영역의 단파장 빛을 최대로 흡수할 수 있게 되어, 광전 효율 및 전류 밀도를 개선시킬 수 있다.Through this, perovskite absorption layers with different wide band gaps can be formed to maximize absorption of short-wavelength light in a wide area, improving photoelectric efficiency and current density.
또한 페로브스카이트 흡수층의 두께 방향으로 밴드 갭을 원하는 대로 설계할 수 있어, 상기 흡수층 양쪽으로 전기적으로 접하는 전하수송층과의 밴드갭 얼라인먼트(alignment)를 조절할 수 있게 된다.In addition, the band gap in the thickness direction of the perovskite absorption layer can be designed as desired, making it possible to adjust the band gap alignment with the charge transport layer in electrical contact on both sides of the absorption layer.
이로 인해, 밴드 갭 엘라인먼트가 최적화되어 전자-홀 수송이 원활하게 이루어져, 태양전지 내의 전하 분리에 유리한 효과를 얻을 수 있다.As a result, the band gap alignment is optimized and electron-hole transport is smoothly achieved, which has a beneficial effect on charge separation within the solar cell.
도 1은 일반적인 텐덤 태양전지를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 3은 I와 Br의 비율에 따른 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭을 시뮬레이션 한 도면이다.
도 4는 수광면으로부터의 깊이에 따른, FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭과 I/Br의 비율의 다양한 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 텐덤 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.Figure 1 is a schematic diagram schematically showing a general tandem solar cell.
Figure 2 is a cross-sectional view showing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram simulating the band gap of the FA-based perovskite absorption layer according to the ratio of I and Br.
Figure 4 is a diagram showing various changes in the bandgap and I/Br ratio of the FA-based perovskite absorption layer depending on the depth from the light-receiving surface.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a tandem solar cell according to another embodiment of the present invention.
6 to 13 are cross-sectional process views showing a method of manufacturing a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지와 이를 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a solar cell and a method of manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. However, the present embodiments only serve to complete the disclosure of the present invention and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for information purposes only.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification. Additionally, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the exemplary drawings. In adding reference numerals to components in each drawing, identical components may have the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the components are not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there are no other components between each component. It should be understood that may be “interposed” or that each component may be “connected,” “combined,” or “connected” through other components.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.Additionally, in implementing the present invention, the components may be subdivided for convenience of explanation, but these components may be implemented in one device or module, or one component may be implemented in multiple devices or modules. It may be implemented separately.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지를 나타낸 단면도이다. 여기서 (a)는 보통(normal)의 적층 구조를 가지는 페로브스카이트 태양전지이고, (b)는 반전된(inverted) 적층 구조를 가지는 페로브스카이트 태양전지이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a perovskite solar cell according to one embodiment of the present invention. Here, (a) is a perovskite solar cell with a normal stacked structure, and (b) is a perovskite solar cell with an inverted stacked structure.
본 발명에서의 태양전지 제조 방법은 보통의 페로브스카이트 태양전지 및 반전된 페로브스카이트 태양전지 모두에 적용 가능하다.The solar cell manufacturing method of the present invention is applicable to both normal perovskite solar cells and inverted perovskite solar cells.
본 발명의 실시예에 따른 보통의 패로브스카이트 태양전지(120)는 유리기판(121); 상기 유리기판(121) 상에 위치하는 투명전극(122); 상기 투명전극(122) 상에 위치하는 전자전달층(123); 상기 전자전달층(123) 상에 위치하는 페로브스카이트층(124); 상기 페로브스카이트층(124) 상에 위치하는 정공전달층(125); 및 상기 정공전달층(125) 상에 위치하는 전극(127)을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(120)이다.A typical perovskite
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반전된 페로브스카이트 태양전지(220)는 유리기판(221); 상기 유리기판(221) 상에 위치하는 투명전극(222); 상기 투명전극(122) 상에 위치하는 정공전달층(225); 상기 정공전달층(225) 상에 위치하는 페로브스카이트층(224); 상기 페로브스카이트층(224) 상에 위치하는 전자전달층(223); 및 상기 전자전달층(223) 상에 위치하는 전극(227)을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(220)의 구조를 가진다.Meanwhile, the inverted perovskite
본 발명에서의 기판은 유리 또는 신축성 있는(flexible) 고분자 기판이 바람직하다. 한편, 본 발명에서의 기판은 결정질 실리콘(Si)일 수도 있다. 그러나 결정질 실리콘 기판을 사용하는 경우에는, 페로브스카이트 태양전지 구조를 형성하기 이전에 실리콘 태양전지를 형성하는 것이 보다 바람직하다.The substrate in the present invention is preferably a glass or flexible polymer substrate. Meanwhile, the substrate in the present invention may be crystalline silicon (Si). However, when using a crystalline silicon substrate, it is more preferable to form the silicon solar cell before forming the perovskite solar cell structure.
다음으로, 보통의 페로브스카이트 태양전지를 기준으로, 본 발명에서의 상기 전자전달층(123)은 페로브스카이트 층(124)에서 광전 변환된 전자를 태양전지 내의 다른 구성요소(예를 들면 도전성 구조물)로 전달해 주는 역할을 수행한다.Next, based on a normal perovskite solar cell, the
이 때, 전자전달층(123)은 전자 전도성 유기물 층, 전자 전도성 무기물 층 또는 실리콘(Si)을 포함한 층으로 형성될 수 있다.At this time, the
전자 전도성 유기물은 통상의 태양전지에서 n형 반도체로 사용되는 유기물일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 전자 전도성 유기물은 풀러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95), PCBM([6,6]-phenyl-C61butyric acid methyl ester)) 및 C71-PCBM, C84-PCBM, PC70BM([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester)을 포함하는 풀러렌-유도체 (Fulleren-derivative), PBI(polybenzimidazole), PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ(tetra uorotetracyanoquinodimethane) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The electronically conductive organic material may be an organic material used as an n-type semiconductor in a typical solar cell. As a specific and non-limiting example, the electronically conductive organic material is fullerene (C 60 , C 70 , C 74 , C 76 , C 78 , C 82 , C 95 ), PCBM ([6,6]-phenyl-C61butyric acid methyl ester )) and fullerene-derivatives including C71-PCBM, C84-PCBM, PC70BM ([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester), PBI (polybenzimidazole), PTCBI (3,4, It may include 9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ (tetra uorotetracyanoquinodimethane), or mixtures thereof.
전자전도성 무기물은 통상의 양자점 기반 태양전지 또는 염료 감응형 태양전지에서, 전자 전달을 위해 통상적으 로 사용되는 금속산화물일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 금속산화물은 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Ba 산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산 화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(composite)를 들 수 있다.The electronically conductive inorganic material may be a metal oxide commonly used for electron transfer in conventional quantum dot-based solar cells or dye-sensitized solar cells. As a specific and non-limiting example, metal oxides include Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Ba oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, One or two or more materials selected from V oxide, Al oxide, Y oxide, Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide, and SrTi oxide may be mentioned, and mixtures or composites thereof may be mentioned. .
한편 실리콘(Si)을 포함하는 층으로 이루어진 전자전달층은, 보다 구체적으로, 비정질 실리콘(n-a-Si), 비정질 실리콘 산화물(n-a-SiO), 비정질 실리콘 질화물(n-a-SiN), 비정질 실리콘 탄화물(n-a-SiC), 비정질 실리콘 산질화물(n-a-SiON), 비정질 실리콘 탄질화물(n-a-SiCN), 비정질 실리콘 게르마늄(n-a-SiGe), 마이크로결정 실리콘(n-uc-Si), 마이크로결정 실리콘 산화물(n-uc-SiO), 마이크로결정 실리콘 탄화물(n-uc-SiC), 마이크로결정 실리콘 질화물(n-uc-SiN), 마이크로결정 실리콘 게르마늄(n-uc-SiGe) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 재료로 이루어진다.Meanwhile, the electron transport layer consisting of a layer containing silicon (Si) is, more specifically, amorphous silicon (n-a-Si), amorphous silicon oxide (n-a-SiO), amorphous silicon nitride (n-a-SiN), and amorphous silicon carbide ( n-a-SiC), amorphous silicon oxynitride (n-a-SiON), amorphous silicon carbonitride (n-a-SiCN), amorphous silicon germanium (n-a-SiGe), microcrystalline silicon (n-uc-Si), microcrystalline silicon oxide ( Containing one or more of n-uc-SiO), microcrystalline silicon carbide (n-uc-SiC), microcrystalline silicon nitride (n-uc-SiN), and microcrystalline silicon germanium (n-uc-SiGe) It is made of materials.
또한 본 발명의 보통(normal)의 페로브스카이트 태양전지에서는 상기 전자전달층(123)과 상기 페로브스카이트층(124) 사이에서 전자 전달 특성을 개선하고, 전자전달층(123)과 페로브스카이트층(124)의 서로 다른 성분 및 결정구조 차이로 인한 계면에서의 결함을 최소화하는 기능을 수행할 수 있도록 버퍼층(123')을 추가할 수 있다. 더 나아가 만일 상기 전자전달층(123)이 전자전달의 기능을 충분히 수행하지 못하게 되더라도, 상기 버퍼층(123') 단독으로도 어느 정도는 전자 전달층의 기능을 수행할 수도 있다.In addition, in the normal perovskite solar cell of the present invention, the electron transfer characteristics are improved between the
이를 위해, 본 발명에서의 상기 버퍼층(123')은 TiOx, ZnO, SnO2, CdS, PCBM, C60 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.To this end, the buffer layer 123' in the present invention is characterized by one or more of TiO x , ZnO, SnO 2 , CdS, PCBM, and C 60 .
또한 상기 버퍼층(123')의 두께는 20nm 이하가 바람직하다. 상기 버퍼층(323')의 두께가 20 nm 를 초과하게 되면, 지나치게 두꺼운 두께로 인해 정공의 전달 손실이 발생할 수 있기 때문이다. 반면, 상기 두께의 하한치는 버퍼층(323')이 안정적으로 형성되는 한 특별히 규정할 필요는 없다.Additionally, the thickness of the buffer layer 123' is preferably 20 nm or less. If the thickness of the buffer layer 323' exceeds 20 nm, hole transmission loss may occur due to the excessively thick thickness. On the other hand, the lower limit of the thickness does not need to be specifically defined as long as the buffer layer 323' is stably formed.
다음으로 본 발명의 보통의 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 (흡수)층을 포함한다.Next, the ordinary perovskite solar cell of the present invention includes a perovskite (absorption) layer.
본 발명에서의 페로브스카이트 층은 MA(Methylamminium) 성분 또는 FA(Formamidinium) 성분을 포함한다. 보다 구체적으로 ABX3로 대표되는 페로브스카이트 흡수층에서, A는 +1가의 C1-20의 알킬기, 아민기 치환된 알킬기, 유기 아미디늄 또는 알칼리 금속 중 하나 또는 둘 이상을 포함하고, B는 Pb2 +, Sn2 +, Cu2 +, Ca2 +, Sr2+, Cd2 +, Ni2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Pd2 +, Ge2 +, Yb2 +, Eu2 + 중 하나 또는 둘 이상을 포함하고 X는 F-, Cl-, Br-, I- 중 하나 이상을 포함한다.The perovskite layer in the present invention includes a Methylamminium (MA) component or Formamidinium (FA) component. More specifically, in the perovskite absorption layer represented by ABX 3 , A includes one or two or more of a +1-valent C 1-20 alkyl group, an alkyl group substituted with an amine group, an organic amidinium, or an alkali metal, and B is Pb 2+ , Sn 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Cd 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Pd 2+ , Ge 2+ , Yb It contains one or more of 2+ and Eu 2+ , and X contains one or more of F - , Cl - , Br - , and I - .
특히 유기 아미디늄 중에 포름아미디늄인 경우, A 성분 중 일부가 알칼리 금속, 그 중에서도 Cs, Rb가 포함되는 것이 보다 바람직하다. 왜냐하면 FA계 페로브스카이트 흡수층은 MA계 대비 고온 안정성이 보다 우수하다는 장점과 더불어, 특히 Cs 첨가로 인해 원하지 않는 델타(δ)상 FA계 화합물의 생성을 억제할 수 있기 때문이다.In particular, in the case of formamidinium among organic amidiniums, it is more preferable that some of the A component contains alkali metals, especially Cs and Rb. This is because the FA-based perovskite absorption layer has the advantage of superior high-temperature stability compared to the MA-based perovskite, and can suppress the generation of unwanted delta (δ) phase FA-based compounds, especially due to the addition of Cs.
현재까지 대표적인 페로브스카이트 (흡수)층으로 사용되는 MA(Methylamminium)PbI3의 밴드 갭은 약 (1.55~1.6)eV인 것으로 알려져 있다. 반면 또 다른 페로브스카이트 흡수층으로 사용하는 FA계의 밴드 갭은 상기 MA 계열의 밴드 갭보다 더 작은 것으로 알려져 있다. 일례로, FAPbI3의 밴드 갭은 약 1.45eV이다. The band gap of MA (Methylamminium)PbI 3 , which is currently used as a representative perovskite (absorbing) layer, is known to be about (1.55-1.6) eV. On the other hand, the band gap of the FA series used as another perovskite absorption layer is known to be smaller than that of the MA series. For example, the band gap of FAPbI 3 is about 1.45 eV.
한편 Br의 첨가는 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드 갭을 기존 MA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드 갭과 유사한 정도로 크게 할 수 있다.Meanwhile, the addition of Br can increase the band gap of the FA-based perovskite absorption layer to a level similar to that of the existing MA-based perovskite absorption layer.
도 3은 ABX3의 페로브스카이트 I와 Br의 비율에 따른 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭을 시뮬레이션 한 결과이다. I로만 이루어진 FA계 페로브스카이트 흡수층은 약 1.6 eV의 밴드갭 에너지를 가지는 반면 Br으로만 이루어진 FA계 페로브스카이트 흡수층은 2.2 eV 이상의 밴드갭 에너지를 가짐을 도 3으로부터 알 수 있다. Figure 3 shows the results of simulating the band gap of the FA-based perovskite absorption layer according to the ratio of perovskite I and Br of ABX 3 . It can be seen from Figure 3 that the FA-based perovskite absorption layer made only of I has a band gap energy of about 1.6 eV, while the FA-based perovskite absorption layer made only of Br has a band gap energy of 2.2 eV or more.
이에 더하여, 도 3은 더욱 중요한 정보를 제공한다.In addition, Figure 3 provides more important information.
I와 Br을 포함하는 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭 에너지는 I와 Br의 비에 따라 연속적으로 변화하게 됨을 도 3 으로부터 알 수 있다. 다시 말하면 I와 Br을 포함하는 FA계 페로브스카이트 흡수층은, 밴드갭이 고정된 하나의 값이 아니라, I와 Br의 비율을 조절함으로써 원하는 밴드갭을 설계할 수 있음을 의미한다.It can be seen from Figure 3 that the band gap energy of the FA-based perovskite absorption layer containing I and Br changes continuously depending on the ratio of I and Br. In other words, the FA-based perovskite absorption layer containing I and Br does not have a fixed band gap, but means that the desired band gap can be designed by adjusting the ratio of I and Br.
밴드 갭 에너지가 높은 범위까지 포함하게 되면, 기존 실리콘 태양전지 대비, 단파장의 빛을 고밴드갭 페로브스카이트층이 흡수함으로써 광자 에너지와 밴드갭과의 차이로 생기는 열적 손실을 줄여 높은 전압을 발생시킬 수 있다. 그로 인해 종국적으로는 태양전지의 효율이 높아지게 된다.When the band gap energy is included in a high range, the high band gap perovskite layer absorbs short wavelength light compared to existing silicon solar cells, thereby reducing thermal loss caused by the difference between photon energy and the band gap, thereby generating high voltage. You can. As a result, the efficiency of solar cells ultimately increases.
본 발명에서는 상기 페로브스카이트 (흡수)층을 형성하기 위해 먼저 상기 AX의 성분을 가지는 제1 유기물 층을 형성한다. 보다 구체적으로 X의 성분으로 F-, Cl-, Br-, I- 들 중 하나 또는 둘 이상이 혼합된 제1 조성의 AX를 제1 유기물 층으로 형성한다.In the present invention, in order to form the perovskite (absorption) layer, a first organic layer having the AX component is first formed. More specifically, AX of the first composition containing one or two or more of F - , Cl - , Br - , and I - as components of X is formed as the first organic layer.
상기 제1 유기물 층은 유기물 층을 형성하는데 통상적으로 이용되는 용액법(예를 들면, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이법, 플래이팅 스핀 코팅법, 스롯 다이(slot die)법, 인쇄(printing)법 등)뿐만 아니라 열 증착법, 스퍼터링, 화학기상증착법 등과 같은 물리적 증착법 또는 화학적 증착법도 이용할 수 있다.The first organic layer is formed by a solution method commonly used to form the organic layer (e.g., spin coating method, dip coating method, spray method, plating spin coating method, slot die method, printing). ) method, etc.), as well as physical or chemical vapor deposition methods such as thermal evaporation, sputtering, chemical vapor deposition, etc. can also be used.
본 발명에서와 같이 페로브스카이트 (흡수)층을 형성하기 위해 유기물 층을 무기물 층보다 먼저 코팅하면, 종래의 무기물 층을 먼저 코팅하는 방법 대비, 페로브스카이트 층의 결정화에 있어 다음과 같은 측면에서 매우 유리하다.When the organic layer is coated before the inorganic layer to form the perovskite (absorption) layer as in the present invention, compared to the conventional method of coating the inorganic layer first, the crystallization of the perovskite layer is as follows: It is very advantageous from this point of view.
무기물층을 먼저 코팅하는 종래의 방법에서는, 먼저 형성된 무기물 코팅 위에 유기물 코팅 또는 유기물 분위기에서의 열처리를 수행하여 페로브스카이트 구조로 변환시킨다. 구체적으로, 상기 페로브스카이트 구조로 변환시 유기물이 먼저 형성된 무기물층 내로 확산되어 상호 반응하면서 페로브스카이트 상변환이 이루어진다.In the conventional method of first coating an inorganic layer, an organic coating or heat treatment in an organic atmosphere is performed on the previously formed inorganic coating to convert it into a perovskite structure. Specifically, when converting to the perovskite structure, the organic material diffuses into the previously formed inorganic material layer and reacts with each other, resulting in perovskite phase transformation.
그런데 확산반응에 있어서 확산거리는 확산계수 및 시간에 대해 비례관계에 있으므로(확산거리 = (확산계수*시간)1/2), 일반적인 열처리 조건에서는 페로브스카이트로의 변환이 전체적으로 균일하게 일어나기 어렵다. 그 결과 유기물과 직접 접촉하는 무기물 일부는 페로브스카이트 상으로 변환되지만, 유기물과 직접 접촉하지 않는 무기물의 일부는 여전히 무기물층으로 존재할 뿐 페로브스카이트 상으로 변화되지 않게 된다. 그 결과 태양전지의 광 변환 효율은 저하되게 된다.However, since the diffusion distance in the diffusion reaction is proportional to the diffusion coefficient and time (diffusion distance = (diffusion coefficient * time) 1/2 ), it is difficult for the conversion to perovskite to occur uniformly overall under general heat treatment conditions. As a result, a portion of the inorganic material that is in direct contact with the organic material is converted into the perovskite phase, but a portion of the inorganic material that is not in direct contact with the organic material still exists as an inorganic layer and does not change into the perovskite phase. As a result, the light conversion efficiency of the solar cell decreases.
한편, 이와 같은 불균일한 상 변환을 해결하기 위하여, 열처리 시간을 충분히 길게 하거나 또는 열처리 온도를 높일 수도 있을 것이다. Meanwhile, in order to solve such non-uniform phase transformation, the heat treatment time may be sufficiently long or the heat treatment temperature may be increased.
그러나 열처리 시간을 길게 하면, 페로브스카이트 상 고유의 낮은 열적 안정성으로 인해 유기물과 접촉하여 이미 페로브스카이트 상으로 변환이 완료된 영역에서 다시 페로브스카이트 상의 분리가 일어난다. 그 결과 무기물층의 페로브스카이트 상으로의 상변환이 불균일하게 발생되어 태양전지의 광 변환 효율은 저하되게 된다.However, if the heat treatment time is prolonged, separation of the perovskite phase occurs again in areas where the conversion to the perovskite phase has already been completed due to contact with organic materials due to the inherent low thermal stability of the perovskite phase. As a result, the phase conversion of the inorganic layer into the perovskite phase occurs unevenly, resulting in a decrease in the light conversion efficiency of the solar cell.
열처리 온도를 높이는 방법 역시 효과적이지 못하다. 일반적으로 페로브스카이트 상이 안정적으로 유지되는 최고 온도는 약 200℃ 정도로 알려져 있기 때문에, 열처리 온도의 증가는 오히려 변환된 페로브스카이트 상의 분해를 초래하기 때문이다.Increasing the heat treatment temperature is also not effective. In general, the highest temperature at which the perovskite phase is stably maintained is known to be about 200°C, so increasing the heat treatment temperature actually causes decomposition of the converted perovskite phase.
이에 반해 본 발명에서는 상기 제1 유기물 층 위에 후속 무기물 층을 코팅하며 그 위에 다시 유기물 층을 코팅하거나 유기물 분위기에서 열처리를 함으로써, 무기물층이 상부 및 하부에서 모두 유기물층과 직접적으로 맞닿아 있게 된다. 이로 인해 본 발명에서의 상기 무기물 층은 상부 및 하부에서 균일하게 페로브스타이트 상으로의 상변환이 더욱 균일하게 발생하게 된다.On the other hand, in the present invention, a subsequent inorganic layer is coated on the first organic layer, and then the organic layer is coated again on top or heat treated in an organic atmosphere, so that the inorganic layer is in direct contact with the organic layer at both the top and bottom. As a result, the phase transformation of the inorganic layer in the present invention into the perovstite phase occurs more uniformly at the top and bottom.
다음으로 필요에 따라 상기 제1 유기물 층을 건조시키기 위한 건조공정을 수행한다. 특히 상기 건조공정은 용액공정을 통해 상기 제1 유기물 층을 형성하는 경우 더욱 바람직하다. 왜냐하면 용액 공정을 이용하는 경우 균일한 코팅을 위해 용매를 이용하는데, 상기 용매의 건조를 위해서는 건조공정이 필요하기 때문이다.Next, a drying process is performed to dry the first organic layer, if necessary. In particular, the drying process is more preferable when the first organic layer is formed through a solution process. This is because when using a solution process, a solvent is used for uniform coating, and a drying process is necessary to dry the solvent.
상기 건조는 상온~100℃의 온도에서 1~30분간 수행된다.The drying is performed for 1 to 30 minutes at a temperature ranging from room temperature to 100°C.
건조 온도가 상온보다 낮거나 1분 이하일 경우 유기물 층 형성에 사용되는 용매(예를 들면 프로판올 등)의 건조가 불완전해 진다. 반면, 건조온도가 100℃를 초과하거나 30분 이상일 경우 AX 성분의 유기물 층의 조성이 변화하거나 증발하여, 후속 무기물 층과의 반응을 통한 페로브스카이트 막의 전환이 불완전해지는 문제가 있다.If the drying temperature is lower than room temperature or less than 1 minute, drying of the solvent (e.g. propanol, etc.) used to form the organic layer becomes incomplete. On the other hand, if the drying temperature exceeds 100°C or is longer than 30 minutes, the composition of the organic layer of the AX component changes or evaporates, causing incomplete conversion of the perovskite film through reaction with the subsequent inorganic layer.
상기 제1 유기물 층을 형성한 후, 다음으로 상기 제1 유기물 층 상에 BX2 성분을 가지는 무기물 층을 코팅한다. 여기서 B는 Pb2 +, Sn2 +, Cu2 +, Ca2 +, Sr2 +, Cd2 +, Ni2+, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Pd2 +, Ge2 +, Yb2 +, Eu2 + 중 하나 또는 둘 이상을 포함하고 X는 F-, Cl-, Br-, I- 중 하나 이상을 포함한다.After forming the first organic layer, an inorganic layer containing the BX 2 component is coated on the first organic layer. where B is Pb 2+ , Sn 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Cd 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Pd 2+ , Ge 2+ , Yb 2+ , and Eu 2+ and X includes one or more of F - , Cl - , Br - , I - .
본 발명에서의 상기 무기물 층은 용액법(예를 들면, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이법, 플래이팅 스핀 코팅법, 스롯 다이(slot die)법, 인쇄(printing)법 등)뿐만 아니라 열 증착법, 스퍼터링, 화학기상증착법 등과 같은 물리적 증착법 또는 화학적 증착법도 이용할 수 있다. 다만, 본 발명에서의 무기물 층은 물리적 증착법 또는 화학적 증착법이 보다 바람직하다. 왜냐하면 물리적 증착법 또는 화학적 증착법은 별도의 건조공정 없이도 후속 공정이 가능하며, 레벨링 특성이 우수하여 평평한 표면을 형성하려는 경향이 강한 용액 공정과는 달리 아래 층의 형상과 등각(conformal)의 무기물 층을 코팅할 수 있어, 반사율을 높일 수 있는 텍스쳐 구조 형성에 보다 유리하기 때문이다.The inorganic layer in the present invention is formed by a solution method (e.g., spin coating method, dip coating method, spray method, plating spin coating method, slot die method, printing method, etc.) as well as heat method. Physical or chemical vapor deposition methods such as evaporation, sputtering, chemical vapor deposition, etc. can also be used. However, the inorganic layer in the present invention is more preferably formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition. This is because the physical or chemical vapor deposition method allows subsequent processes without a separate drying process, and has excellent leveling characteristics, so unlike the solution process, which has a strong tendency to form a flat surface, it coats an inorganic layer conformal to the shape of the layer below. This is because it is more advantageous for forming a texture structure that can increase reflectance.
일례로써, PbI2 또는 PbBr2 성분의 무기물 층을 스퍼터링 공정을 통해서도 제조할 수 있다. 이 경우 스퍼터링 공정은, PbI2 또는 PbBr2 성분의 타겟을 이용하여 Ar, He 또는 Ne의 불활성 기체의 0.1~20mTorr의 압력과 100~300W의 전력 조건에서 증착하였고, 이 때 기판의 온도는 상온~100로 유지한다. 또한 타겟의 성분이 금속이 아니므로, 고주파(Radio frequency)를 사용하는 RF 스퍼터링을 사용한다.As an example, an inorganic layer containing PbI 2 or PbBr 2 can also be manufactured through a sputtering process. In this case, the sputtering process was performed using a target of PbI 2 or PbBr 2 and deposited an inert gas of Ar, He or Ne under pressure conditions of 0.1 to 20 mTorr and power of 100 to 300 W. At this time, the temperature of the substrate was room temperature ~ Keep it at 100. Additionally, since the target is not made of metal, RF sputtering using high frequency (radio frequency) is used.
이때 기체의 압력이 1mTorr 이하인 경우, 스퍼터링된 입자가 기판까지 도달하는데 불활성 기체와의 충돌이 적어서 그 결과 기판으로 들어오는 증착성분 입자의 속도와 운동에너지가 지나치게 커져서 다공성 막이 형성되기 어렵다. 반대로, 기체의 압력이 20m Torr보다 커질 경우, 스퍼터링된 입자가 불활성 기체와의 잦은 충돌로 인해 직진하지 못하고 심한 경우 산란되어, 그 결과 막질은 다공성이나 증착속도가 지나치게 느리다는 문제점이 있다.At this time, when the gas pressure is 1 mTorr or less, the sputtered particles reach the substrate, but there is little collision with the inert gas, and as a result, the speed and kinetic energy of the deposition component particles entering the substrate become too large, making it difficult to form a porous film. Conversely, when the gas pressure is greater than 20 m Torr, the sputtered particles do not proceed straight due to frequent collisions with the inert gas and are scattered in severe cases, resulting in the problem that the film quality is porous and the deposition rate is excessively slow.
또한, 전력이 100W 이하인 경우, 스퍼터링된 입자의 속도 및 운동에너지가 지나치게 작아서 비록 다공성 막은 얻어지나, 증착속도가 지나치게 작다는 단점이 있다. 이와는 반대로, 전력이 300W 이상인 경우, 스퍼터링된 입자의 속도와 운동에너지가 너무 커서 다공성 막이 형성되기 어렵다는 문제가 있다.In addition, when the power is less than 100W, the speed and kinetic energy of the sputtered particles are too small, so although a porous film is obtained, there is a disadvantage that the deposition rate is too low. On the contrary, when the power is 300W or more, there is a problem in that it is difficult to form a porous film because the speed and kinetic energy of the sputtered particles are too large.
한편, 기판의 온도는 가급적 낮을수록 좋다. 만일 기판의 온도가 100보다 높은 경우, 기판 위의 스퍼터링 된 입자가 다음 후속 스퍼터링 입자가 기판에 도착하기 전에 열 에너지를 충분히 공급받아 안정한 자리로 이동할 수 있을 정도의 이동도(mobility)를 가진다. 따라서 기판의 온도가 높은 경우 다공성 막이 형성되기 어렵다.Meanwhile, the lower the temperature of the substrate is, the better. If the temperature of the substrate is higher than 100, the sputtered particles on the substrate have enough mobility to move to a stable position by receiving sufficient thermal energy before the next sputtered particle arrives at the substrate. Therefore, when the temperature of the substrate is high, it is difficult to form a porous film.
본 발명에서의 형성된 무기물 층은 바람직하게는 50㎚~10㎛, 보다 바람직하게는 50~500㎚ 두께를 가진다.The inorganic layer formed in the present invention preferably has a thickness of 50 nm to 10 μm, more preferably 50 to 500 nm.
만일 무기물 층의 두께가 50㎚보다 얇은 경우, 광흡수 경로가 짧아 입사되는 광을 충분히 흡수할 수 없어 광의 대부분이 투과되므로 광 손실이 큰 문제가 있다. 반면 무기물 층의 두께가 500㎚보다 두꺼운 경우, 기생 흡수(parasitic absorption)의 증가와 공정시간이 지나치게 증가하는 등의 문제점이 있다.If the thickness of the inorganic layer is thinner than 50 nm, the light absorption path is short and cannot sufficiently absorb the incident light, so most of the light is transmitted, resulting in a large light loss. On the other hand, when the thickness of the inorganic layer is thicker than 500 nm, there are problems such as increased parasitic absorption and excessive increase in process time.
한편 상기 무기물 층은 가급적 다공성 막인 것이 바람직하다. 왜냐하면 후속 열처리를 통해 페로브스카이트 층을 형성하기 위해서는, 상기 무기물 층과 인접하는 유기물 층이 무기물 층 내부로 쉽게 이동할 수 있는 것이 바람직하기 때문이다.Meanwhile, it is preferable that the inorganic layer is as porous as possible. This is because, in order to form a perovskite layer through subsequent heat treatment, it is desirable that the organic layer adjacent to the inorganic layer can easily move into the inorganic layer.
이 때 상기 무기물 층은 10~50 부피%의 기공도를 가지는 것이 바람직하다. 기공도가 10%보다 낮은 경우, 박막이 너무 치밀하여 후속 유기물 층과의 반응이 너무 느리거나 완료되지 못하여, 최종 페로브스카이트 층의 형성이 어려워진다. 반대로 박막의 기공도가 50%보다 커질 경우, 기판과 페로브스카이트 층과의 계면에서 계면 결함과 보이드(void)가 발생할 가능성이 높아진다.At this time, the inorganic layer preferably has a porosity of 10 to 50% by volume. If the porosity is lower than 10%, the thin film is so dense that the reaction with the subsequent organic layer is too slow or incomplete, making the formation of the final perovskite layer difficult. Conversely, if the porosity of the thin film is greater than 50%, the possibility of interfacial defects and voids occurring at the interface between the substrate and the perovskite layer increases.
다음으로, 상기 무기물 층의 형성한 후 그 위에 또 다시 제2 유기물 층을 코팅할 수 있다.Next, after forming the inorganic layer, a second organic layer can be coated on it.
또한, 이와는 달리 상기 제1 유기물 층 및 무기물 층을 코팅한 후 제2 유기물 층 성분의 증기상(vapor) 분위기에서 후속 열처리 공정을 수행할 수도 있다.Alternatively, after coating the first organic layer and the inorganic layer, a subsequent heat treatment process may be performed in a vapor atmosphere of the second organic layer component.
이 때 상기 제2 유기물 층은 AX'이라는 제2 조성을 가지며, 상기 제2 조성은 제1 유기물 층의 AX라는 제1 조성과는 서로 다른 성분 및/또는 조성인 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 제2 유기물 층은 X'으로 F-, Cl-, Br-, I- 들 중 하나 또는 둘 이상이 혼합된 AX'이라는 제2 조성을 가지며, AX라는 제1 조성을 가지는 제1 유기물 층과는 음이온의 성분 및/또는 조성범위가 서로 다른 것을 특징으로 한다.At this time, the second organic layer has a second composition called AX', and the second composition is characterized in that it is a different component and/or composition from the first composition called AX of the first organic layer. More specifically, the second organic layer has a second composition called AX', which is a mixture of one or two or more of F - , Cl - , Br - , I - as X', and the first organic layer has a first composition called AX. and are characterized by different components and/or composition ranges of anions.
일반적으로 파장이 길수록 태양광선의 태양전지로의 침투가 더 두꺼운 두께까지 가능하다. 따라서 페로브스카이트 층은 수광면으로부터 깊이가 깊을수록 밴드갭이 줄어드는 것이 더 넓은 파장대의 영역의 빛을 흡수할 수 있게 된다는 장점을 가지게 된다. 예를 들면, 수광면과 가까운 쪽의 페로브스카이트 층은 밴드 갭이 더 큰 조성의 페로브스카이트를 선택하고, 수광면의 반대쪽(기판쪽)의 페로브스카이트 층은 밴드 갭이 더 작은 조성의 페로브스카이트를 선택함으로써, 더 넓은 파장대의 태양광선을 흡수할 수 있다.In general, the longer the wavelength, the greater the penetration of solar rays into the solar cell. Therefore, the perovskite layer has the advantage that the band gap decreases as the depth from the light-receiving surface increases, allowing it to absorb light in a wider wavelength range. For example, the perovskite layer close to the light-receiving surface selects a perovskite composition with a larger band gap, and the perovskite layer on the opposite side of the light-receiving surface (substrate side) selects a perovskite composition with a larger band gap. By selecting a perovskite with a small composition, it is possible to absorb solar rays of a wider wavelength range.
본 발명에서의 FA계 페로브스카이트 흡수층은, FA1- xCsxPbBryI3 -y(단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다)인 것이 보다 바람직하다. 왜냐하면 앞의 도 3에서와 같이, 상기 조성의 FA계 페로브스카이트 흡수층은 MA계 페로브스카이트 흡수층과는 달리 X 또는 X'으로 표시되는 음이온에서의 I/Br의 비율이 감소할수록 밴드 갭이 커지는 효과와 더불어, 양이온 자체는 동일하기 때문에 페로브스카이트 흡수층 내의 추가적인 결함(defect)의 생성 가능성을 낮추어 그 결과 페로브스카이트 흡수층의 결정화와 막 품질에 있어 보다 유리하기 때문이다.The FA-based perovskite absorption layer in the present invention is more preferably FA 1- x Cs x PbBr y I 3 -y (where 0 ≤ x ≤ 1 and 0 ≤ y ≤ 3). This is because, as shown in FIG. 3, unlike the MA-based perovskite absorption layer, the FA-based perovskite absorption layer of the above composition has a band gap as the ratio of I/Br in the anion represented by X or X' decreases. In addition to this increasing effect, since the cations themselves are the same, the possibility of creating additional defects in the perovskite absorption layer is lowered, which is more advantageous in terms of crystallization and film quality of the perovskite absorption layer.
한편 본 발명에서의 제2 유기막 층은 제1 유기막 층과 조성뿐만 아니라 제조 공정도 달리하여 형성할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the second organic layer can be formed by differing from the first organic layer in not only the composition but also the manufacturing process.
예를 들면, 제1 유기막 층은 용액공정으로 형성한 후 제1 유기막 층과 성분 및/또는 조성이 다른 제2 유기막 층은 물리기상증착 공정 또는 화학기상증착 공정을 이용하여 제조할 수 있다. 특히 상기 무기물 층이 물리기상증착 공정 또는 화학기상증착 공정을 이용하는 경우, 공정의 연속성 측면에서 제2 유기막 층 역시 인라인(in-line)으로 동일한 공정을 이용하는 것이 보다 바람직하다.For example, after the first organic film layer is formed through a solution process, the second organic film layer having different components and/or composition from the first organic film layer can be manufactured using a physical vapor deposition process or a chemical vapor deposition process. there is. In particular, when the inorganic layer uses a physical vapor deposition process or a chemical vapor deposition process, it is more preferable that the second organic layer also uses the same process in-line in terms of process continuity.
이와 같이 제2 유기물 층을 형성한 후에 페로브스타이트 층으로 결정화를 시키기 위해, 본 발명에서는 열처리 공정을 추가로 수행한다. 본 발명에서의 열처리 공정은 50~250℃에서 1~30동안 유지하는 것을 포함한다.In order to crystallize the second organic layer into a perovstite layer, a heat treatment process is additionally performed in the present invention. The heat treatment process in the present invention includes maintaining the temperature at 50 to 250°C for 1 to 30 minutes.
이와는 달리 본 발명에서는, 제2 유기막 층을 형성하는 공정을 이용하지 않고, 제2 유기물 증기(vapor) 분위기 하에서 열처리하여 페로브스카이트 층을 형성하는 공정을 포함할 수도 있다.In contrast, the present invention may include a process of forming a perovskite layer by heat treatment in a second organic vapor atmosphere without using the process of forming the second organic film layer.
이 때, 상기 제2 유기물 증기는, 제2 유기물 층에서와 같이, 제1 유기물 층과 서로 다른 성분 및/또는 조성으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 파장이 길수록 태양광선의 침투가 더 두꺼운 두께까지 가능하므로 페로브스카이트 층의 조성을 깊이에 따라 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 전면과 가까운 쪽의 페로브스카이트 층은 밴드 갭이 더 큰 조성의 페로브스카이트를 선택하고, 후면과 가까운 쪽의 페로브스카이트 층은 밴드 갭이 더 작은 조성의 페로브스카이트를 선택할 수 있다. 제2 유기물 증기의 조성에 대한 보다 자세한 설명은 앞서의 제2 유기물 층의 조성에 대한 설명 부분과 중복되므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.At this time, the second organic vapor may be prepared with different components and/or compositions from the first organic layer, as in the second organic layer. For example, in general, the longer the wavelength, the greater the penetration of solar rays, so the composition of the perovskite layer can be changed depending on the depth. Specifically, the perovskite layer close to the front is selected from a perovskite composition with a larger band gap, and the perovskite layer close to the back is selected from a perovskite composition with a smaller band gap. You can select . Since a more detailed description of the composition of the second organic vapor overlaps with the previous description of the composition of the second organic layer, further description will be omitted.
한편, 제2 유기물 증기(vapor) 분위기 하에서 열처리하여 페로브스카이트 층을 형성하는 공정은, 분위기 및 온도 제어를 위해 반응 챔버 및 기판 가열용 히터를 포함한 반응 용기를 이용하는 것이 보다 바람직하다.Meanwhile, in the process of forming a perovskite layer by heat treatment in a second organic vapor atmosphere, it is more preferable to use a reaction vessel including a reaction chamber and a heater for heating the substrate to control the atmosphere and temperature.
상기 제2 유기물 증기 분위기 하에서 열처리하여 페로브스카이트 층을 형성하는 공정은 상온~250℃에서 1~30분 동안 유지하는 것을 포함한다.The process of forming a perovskite layer by heat treatment in the second organic vapor atmosphere includes maintaining the perovskite layer at room temperature to 250°C for 1 to 30 minutes.
다만 앞에서의 제2 유기물 층을 형성한 후 열처리 하는 공정과 대비할 때, 제2 유기물 증기 분위기에서 열처리하는 공정에서는 공정시간을 보다 길게 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 제2 유기물 층은 이미 상기 무기물 층과 직접 맞닿아 있어 페로브스카이트 결정화가 즉시 일어나는 반면, 제2 유기물 증기 분위기 하에서의 열처리는 제2 유기물 증기가 무기물 층과 접촉한 후 결정화 반응이 일어나기 때문이다.However, compared to the above process of heat treatment after forming the second organic layer, it is preferable to lengthen the process time in the process of heat treatment in the second organic vapor atmosphere. This is because the second organic layer is already in direct contact with the inorganic layer, so perovskite crystallization occurs immediately, whereas heat treatment in a second organic vapor atmosphere causes a crystallization reaction after the second organic vapor comes into contact with the inorganic layer. am.
도 4는 본 발명에서 채택할 수 있는, 수광면으로부터의 깊이에 따른 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드갭과 I/Br의 비율의 다양한 변화를 도시한 것이다.Figure 4 shows various changes in the bandgap and I/Br ratio of the FA-based perovskite absorption layer depending on the depth from the light-receiving surface, which can be adopted in the present invention.
먼저 앞에서 빛의 침투 깊이에 대한 고찰에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 수광면과 가까운 페로브스카이트 흡수층에서는 I/Br의 비가 낮고(Br의 함량이 높고), 수광면의 반대면(기판쪽)과 가까운 페로브스카이트 흡수층에서는 I/Br의 비가 높은(I의 함량이 높은) 것이 바람직하다.First, as discussed above in the consideration of the penetration depth of light, in the present invention, the I/Br ratio is low (the Br content is high) in the perovskite absorption layer close to the light-receiving surface, and the opposite side of the light-receiving surface (substrate side) In the perovskite absorption layer close to , it is preferable that the I/Br ratio is high (high I content).
다만, FA계 페로브스카이트 흡수층의 깊이에 따른 밴드갭(I/Br)의 변화 형태는 도 4에서와 같이 다양하게 조절이 가능하다. 구체적으로, 도 4의 (a) ~ (c)에서 도시된 바와 같이 연속적인 변화 형태를 가지거나, 도 4의 (d)에서와 같이 양자화된 계단의 형태일 수도 있다.However, the change in band gap (I/Br) depending on the depth of the FA-based perovskite absorption layer can be variously adjusted as shown in FIG. 4. Specifically, it may have a continuous change form as shown in (a) to (c) of FIG. 4, or it may have the form of a quantized step as shown in (d) of FIG. 4.
이때 밴드갭이 연속적인 변화 형태를 가지는 FA계 페로브스카이트 흡수층은 다양한 방법으로 형성이 가능하다.At this time, the FA-based perovskite absorption layer with a continuously changing bandgap can be formed by various methods.
먼저 원하는 n개의 개수만큼의 서로 다른 AX 조성을 가지는 유기물 층들을 제1 유기물 층부터 제n 유기물 층까지 형성한다. 이 때, 상기 서로 다른 조성의 n개의 각각의 유기물 층들 사이에는 BX2 조성의 무기물 층들이 n-1개 만큼 형성된다. 이 경우 필요에 따라 무기물 층들끼리의 X의 성분 및/또는 조성범위도 서로 다를 수 있다. 다음으로 이렇게 연속적으로 형성된 유기물/무기물/유기물/무기물의 반복적이고 연속적인 적층 구조를 열처리를 통해 페로브스카이트 흡수층으로 변환시킨다. 다만 각각의 유기물 층들 또는 유기물 및 무기물 층들은 서로 성분 및/또는 조성범위가 다르므로, 페로브스카이트 흡수층으로의 전환과 각각의 층들 사이의 서로 다른 조성범위가 연속적으로 변화하게 하기 위해 열처리 온도 및/또는 시간의 조절이 필요하다. 특히 상기 각각의 유기물 층 및/또는 무기물 층들간의 서로 다른 조성범위를 연속적으로 변화시키기 위해서는, 상온~250℃에서 5~60분 동안의 상대적으로 긴 유지시간을 가지는 것이 충분한 확산의 확보를 위해 반드시 필요하다. 다만 공정온도를 250℃보다 높이는 것은, 페로브스카이트 흡수층의 열적 안정성이 취약하기 때문에 바람직하지 않는다.First, a desired n number of organic layers having different AX compositions are formed from the first organic layer to the nth organic layer. At this time, n-1 inorganic layers of BX 2 composition are formed between the n organic layers of different compositions. In this case, if necessary, the component and/or composition range of X between the inorganic layers may also be different. Next, the repetitive and continuous stacked structure of organic/inorganic/organic/inorganic materials formed continuously is converted into a perovskite absorption layer through heat treatment. However, since each organic layer or organic and inorganic layer has different components and/or composition range, heat treatment temperature and /Or time adjustment is necessary. In particular, in order to continuously change the different composition ranges between each organic layer and/or inorganic layer, a relatively long holding time of 5 to 60 minutes at room temperature to 250 ° C is essential to ensure sufficient diffusion. need. However, raising the process temperature above 250°C is not desirable because the thermal stability of the perovskite absorption layer is weak.
또한 밴드갭이 연속적인 변화 형태를 가지는 FA계 페로브스카이트 흡수층은 이와는 다른 방법으로도 형성이 가능하다. 이 방법에서는 먼저 제1 유기물 층과 상기 제1 유기물 층상에 제1 무기물 층과 제2 유기물 층을 형성한 후, 상온~250℃에서 1~30분 동안 열처리를 통해 두께에 따라 서로 다른 조성을 가지는 페로브스카이트 흡수층을 형성한다. 상기 형성된 페로브스카이트 흡수층 위에 다시 제3 유기물 층과 제2 무기물 층, 그리고 제4 유기물 층을 형성한 후, 상온~250℃에서 1~30분 동안 열처리를 통해 두께에 따라 서로 다른 조성을 가지는 페로브스카이트 흡수층을 형성한다. 물론 제3 유기물 층보다 제2 무기물층을 먼저 형성된 페로브스카이트 층 상에 위치시킨 후 그 위에 제3 유기물 층을 위치시킨 후 페로브스카이트 흡수층을 전환하여 형성할 수도 있다. 이와 같이 페로브스카이트 흡수층을 n번 반복 전환 형성하게 되면, 이미 먼저 형성된 페로브스카이트 흡수층은 그 위에 형성되는 페로브스카이트 흡수층 형성을 위한 열처리에 여러 번 노출되므로 그로 인해 이미 전환되어 형성된 페로브스카이트 층들 사이에서는 확산이 충분히 일어나 각각의 페로브스카이트 흡수층들의 조성이 연속적으로 변화하게 된다.In addition, the FA-based perovskite absorption layer with a continuously changing bandgap can be formed by a different method. In this method, first, a first organic layer and a first inorganic layer and a second organic layer are formed on the first organic layer, and then heat-treated at room temperature to 250°C for 1 to 30 minutes to produce a layer with different compositions depending on the thickness. Forms a lobskite absorption layer. After forming the third organic layer, the second inorganic layer, and the fourth organic layer on the formed perovskite absorption layer, heat treatment was performed at room temperature to 250°C for 1 to 30 minutes to produce perovskite absorbent layers with different compositions depending on the thickness. Forms a lobskite absorption layer. Of course, it may be formed by placing the second inorganic layer on the perovskite layer formed before the third organic layer, then placing the third organic layer thereon, and then converting the perovskite absorption layer. In this way, when the perovskite absorption layer is repeatedly converted n times, the perovskite absorption layer already formed first is exposed to heat treatment several times for forming the perovskite absorption layer formed thereon, and as a result, the perovskite absorption layer has already been converted and formed. Sufficient diffusion occurs between the perovskite layers, causing the composition of each perovskite absorption layer to continuously change.
밴드갭이 연속적인 변화 형태를 가지는 FA계 페로브스카이트 흡수층을 형성하기 위해 앞에서 예시된 방법들은 각각 고유의 장단점을 가진다.The previously exemplified methods for forming an FA-based perovskite absorption layer with a continuously changing bandgap each have their own advantages and disadvantages.
먼저 각각의 유기물 층들과 무기물 층들을 연속적으로 형성하는 방법은, 각각의 페로브스카이트 층들을 전환 형성하는 방법 대비, 공정시간이 줄어들어 생산성에 유리하고 페로브스카이트 흡수층의 열적 퇴화를 회피할 가능성이 높다는 장점이 있다. 반면, 각각의 페로브스카트 층들을 개별적으로 형성시키는 방법은, 이미 형성된 페로브스카이트 흡수층들 사이에서는 충분한 확산을 담보할 수 있어 그로 인해 페로브스카이트 조성 및 밴드갭의 연속적인 변화를 확보하는데 보다 유리한 장점이 있다.First, the method of forming each organic layer and the inorganic layer sequentially reduces the process time compared to the method of forming individual perovskite layers, which is advantageous for productivity and has the potential to avoid thermal deterioration of the perovskite absorption layer. It has the advantage of being high. On the other hand, the method of forming each perovskite layer individually can ensure sufficient diffusion between the already formed perovskite absorption layers, thereby ensuring continuous changes in perovskite composition and band gap. There are more advantages.
한편, 도 4(d)와 같이 밴드갭이 양자화된 계단의 형태를 가지는 FA계 페로브스카이트 흡수층도, 밴드갭이 연속적인 형태를 가지는 흡수층과 유사한 방법으로 형성될 수 있다.Meanwhile, an FA-based perovskite absorption layer with a bandgap in the form of a quantized step, as shown in Figure 4(d), can also be formed in a similar manner to an absorption layer with a continuous bandgap.
먼저 원하는 n개의 개수만큼의 서로 다른 AX 조성을 가지는 유기물 층들을 제1 유기물 층부터 제n 유기물 층까지 형성한다. 이 때, 상기 서로 다른 조성의 n개의 각각의 유기물 층들 사이에는 BX2 조성의 무기물 층들이 n-1개 만큼 형성된다. 이 경우 필요에 따라 무기물 층들끼리의 X의 성분 및/또는 조성범위도 서로 다를 수 있다. 다음으로 이렇게 연속적으로 형성된 유기물/무기물/유기물/무기물의 반복적이고 연속적인 적층 구조를 열처리를 통해 페로브스카이트 흡수층으로 변환시킨다. 다만 이 경우는 서로 다른 성분 및/또는 조성범위를 가지는 각각의 유기물 층들 또는 유기물 및 무기물 층들이 조성이 상호 연속적일 정도까지는 확산되지 않으면서도 페로브스카이트 흡수층으로의 전환만이 일어나도록 열처리 온도 및/또는 시간을 조절하는 것이 필요하다. 따라서 서로 다른 조성범위를 연속적으로 변화시키지 않게 하기 위해, 상온~250℃에서 1~30분 동안 유지하는 것이 바람직하다. 또한 공정온도는 페로브스카이트 흡수층의 취약한 열적 안정성 때문에 250℃를 넘기지 않는 것이 보다 바람직하다.First, a desired n number of organic layers having different AX compositions are formed from the first organic layer to the nth organic layer. At this time, n-1 inorganic layers of BX 2 composition are formed between the n organic layers of different compositions. In this case, if necessary, the component and/or composition range of X between the inorganic layers may also be different. Next, the repetitive and continuous stacked structure of organic/inorganic/organic/inorganic materials formed continuously is converted into a perovskite absorption layer through heat treatment. However, in this case, the heat treatment temperature and temperature are adjusted so that only the conversion to the perovskite absorption layer occurs without diffusion of the individual organic layers or organic and inorganic layers having different components and/or composition ranges to the extent that the compositions are continuous with each other. /Or it is necessary to adjust the time. Therefore, in order to prevent the different composition ranges from continuously changing, it is preferable to maintain it at room temperature to 250°C for 1 to 30 minutes. Additionally, it is more preferable that the process temperature does not exceed 250°C due to the weak thermal stability of the perovskite absorption layer.
한편 본 발명에서는 상기 페로브스카이트 층을 형성한 후 정공전달층(125)를 추가로 형성할 수 있다. 상기 정공전달층(125)은 페로브스카이트 층(124)에서 광전 변환된 정공을 태양전지 내 다른 구성요소로 전달해주는 역할을 수행한다.Meanwhile, in the present invention, the
이 때, 정공전달층(125)는 정공 전도성 유기물 층, 정공 전도성 금속 산화물 또는 실리콘(Si)을 포함한 층으로 형성될 수 있다.At this time, the
정공 전도성 유기물은 통상의 염료 감응형 태양전지 또는 유기 태양전지에서 정공 전달을 위해 통상적으로 사용되는 유기 정공전달물질이면 사용 가능하다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 정공 전도성 유기물은 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), 폴리아닐린-캄포설폰산(PANI-CSA), 펜타센(pentacene), 쿠마린 6(coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC(zinc phthalocyanine), CuPC(copper phthalocyanine), TiOPC(titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)- 9,9'-spirobifluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro- 29H,31H-phthalocyanine), SubPc(boron subphthalocyanine chloride) 및 N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'- bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II))중에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 포함할 수 있다.The hole-conducting organic material can be any organic hole transport material commonly used for hole transport in conventional dye-sensitized solar cells or organic solar cells. As a specific and non-limiting example, the hole conductive organic material is polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly-3,4-ethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonate (PEDOT-PSS), poly-[bis(4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), polyaniline-camphorsulfonic acid (PANI-CSA), pentacene, coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-( diethylamino)coumarin), ZnPC (zinc phthalocyanine), CuPC (copper phthalocyanine), TiOPC (titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD (2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)- 9,9 '-spirobifluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine ), SubPc (boron subphthalocyanine chloride), and N3 (cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)). It can be included.
한편 금속 산화물은 Ni 산화물, Mo 산화물, V 산화물 등이 있다. 이때, 정공전달층(123)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, metal oxides include Ni oxide, Mo oxide, and V oxide. At this time, the
본 발명에서의 실리콘(Si)을 포함하는 정공전달층은, 보다 구체적으로, 비정질 실리콘(p-a-Si), 비정질 실리콘 산화물(p-a-SiO), 비정질 실리콘 질화물(p-a-SiN), 비정질 실리콘 탄화물(p-a-SiC), 비정질 실리콘 산질화물(p-a-SiON), 비정질 실리콘 탄질화물(p-a-SiCN), 비정질 실리콘 게르마늄(p-a-SiGe), 마이크로결정 실리콘(p-uc-Si), 마이크로결정 실리콘 산화물(p-uc-SiO), 마이크로결정 실리콘 탄화물(p-uc-SiC), 마이크로결정 실리콘 질화물(p-uc-SiN), 마이크로결정 실리콘 게르마늄(p-uc-SiGe) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 재료로 이루어진다.More specifically, the hole transport layer containing silicon (Si) in the present invention is amorphous silicon (p-a-Si), amorphous silicon oxide (p-a-SiO), amorphous silicon nitride (p-a-SiN), amorphous silicon carbide ( p-a-SiC), amorphous silicon oxynitride (p-a-SiON), amorphous silicon carbonitride (p-a-SiCN), amorphous silicon germanium (p-a-SiGe), microcrystalline silicon (p-uc-Si), microcrystalline silicon oxide ( Containing one or more of p-uc-SiO), microcrystalline silicon carbide (p-uc-SiC), microcrystalline silicon nitride (p-uc-SiN), and microcrystalline silicon germanium (p-uc-SiGe) It is made of materials.
본 발명에서의 정공전달층은, Si 합금(alloy)의 조성과 도핑(dopping) 농도 등의 제어를 통해, p 타입의 Si 합금 또는 Si을 포함하는 층 내의 밴드 갭과 일함수(work function)을 제어할 수 있다.The hole transport layer in the present invention controls the band gap and work function within a p-type Si alloy or a layer containing Si through control of the composition and doping concentration of the Si alloy. You can control it.
한편, 본 발명의 반전된(Inverted) 페로브스카이트 태양전지(도 2(b))는 보통(normal)의 페로브스카이트 태양전지와 전자전달층 및 정공전달층의 위치가 서로 바뀐 것을 제외하고는 대부분의 구성요소들이 동일하다. 따라서 반전된 페로브스카이트 태양전지에 대한 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, the inverted perovskite solar cell of the present invention (FIG. 2(b)) is different from the normal perovskite solar cell except that the positions of the electron transport layer and hole transport layer are changed. And most of the components are the same. Therefore, the description of the inverted perovskite solar cell will be omitted.
다만, 본 발명의 반전된 페로브스카이트 태양전지도, 보통의 태양전지와 마찬가지로, 버퍼층을 추가로 포함할 수 있다.However, like an ordinary solar cell, the inverted perovskite solar cell of the present invention may additionally include a buffer layer.
이때 반전된 페로브스카이트 태양전지에서의 버퍼층(225')은, 보통의 페로브스카이트 태양전지에서와 달리, 정공전달층(215)과 제1 유기물 층 사이에 존재한다.At this time, the buffer layer 225' in the inverted perovskite solar cell exists between the
상기 버퍼층(225')은 상기 정공전달층(225)과 페로브스카이트층(224)의 서로 다른 성분 및 결정구조 차이로 인한 계면에서의 결함을 최소화하는 기능을 수행할 수 있다.The buffer layer 225' may function to minimize defects at the interface due to differences in components and crystal structures between the
또한 상기 버퍼층(225')은 상기 정공전달층(225)과 상기 페로브스카이트층(224) 사이에서 정공 전달 특성을 개선할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 버퍼층(225')은 원하지 않는 전하 캐리어(전자 및 정공)를 블록킹(Blocking)하여 전하 추출의 선택성을 크게 개선할 수 있다.Additionally, the buffer layer 225' can improve hole transfer characteristics between the
더 나아가 만일 상기 정공전달층(225)이 정공전달의 기능을 충분히 수행하지 못하게 되더라도, 상기 버퍼층(225') 단독으로도 어느 정도는 정공 전달층의 기능을 수행할 수도 있다.Furthermore, even if the
이를 위해, 본 발명에서의 상기 버퍼층(225')은 NiOx, MoOx, CuSCN, CuI 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.To this end, the buffer layer 225' in the present invention is characterized by one or more of NiO x , MoO x , CuSCN, and CuI.
또한 상기 버퍼층(225')의 두께는 20nm 이하가 바람직하다. 상기 버퍼층(225')의 두께가 20 nm 를 초과하게 되면, 지나치게 두꺼운 두께로 인해 정공의 전달 손실이 발생할 수 있기 때문이다. 반면, 상기 두께의 하한치는 버퍼층(225')이 안정적으로 형성되는 한 특별히 규정할 필요는 없다.Additionally, the thickness of the buffer layer 225' is preferably 20 nm or less. If the thickness of the buffer layer 225' exceeds 20 nm, hole transmission loss may occur due to the excessively thick thickness. On the other hand, the lower limit of the thickness does not need to be specifically defined as long as the buffer layer 225' is stably formed.
한편, 본 발명에서의 페로브스카이트 층 제조 방법은 반드시 페로브스카이트 태양전지에만 국한되지 않는다. 본 발명의 제조 방법은 페로브스카이트 태양전지를 포함하는 텐덤 태양전지에도 역시 적용이 가능하다.Meanwhile, the method for manufacturing the perovskite layer in the present invention is not necessarily limited to perovskite solar cells. The manufacturing method of the present invention can also be applied to tandem solar cells including perovskite solar cells.
도 5는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(120, 220)와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 실리콘 태양전지(110, 210)가 접합층(116, 216)(이하 "터널 접합층", "중간층", "inter-layer"라고도 한다)을 매개로 하여 직접적으로 터널 접합된 2-단자 탠덤 태양전지(100, 200)의 구조를 도시한다.Figure 5 shows perovskite solar cells (120, 220) including an absorption layer with a relatively large band gap and silicon solar cells (110, 210) including an absorption layer with a relatively small band gap. 216) (hereinafter also referred to as “tunnel junction layer”, “middle layer”, or “inter-layer”) shows the structure of a two-terminal tandem solar cell (100, 200) that is directly tunnel junctioned.
이에 따라, 탠덤 태양전지(100, 200)로 입사된 광 중 단파장 영역의 광은 상부에 배치된 페로브스카이트 태양전지(120, 220)에 흡수되어 전하를 생성하며, 페로브스카이트 태양전지(120, 220)를 투과하는 장파장 영역의 광은 하부에 배치된 실리콘 태양전지(110, 210)에 흡수되어 전하를 생성하게 된다.Accordingly, among the light incident on the tandem solar cells (100, 200), light in the short-wavelength region is absorbed by the perovskite solar cells (120, 220) disposed at the top to generate charges, and the perovskite solar cells Light in the long wavelength region that passes through (120, 220) is absorbed by the silicon solar cells (110, 210) disposed below, thereby generating charges.
또한 하부에 배치된 실리콘 태양전지(110, 210)에서 장파장 영역의 광을 흡수하여 발전함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 태양전지가 흡수하는 파장대를 넓힐 수 있다는 부가적인 이점이 있다.In addition, the silicon
도 5에서의 (a), (b)는 각각 탠덤 태양전지에서 보통의 적층 구조를 가지는 경우(100)와 반전된 적층 구조를 가지는 경우(200)를 도시한다.(a) and (b) in FIG. 5 show a case (100) with a normal stacked structure and a case (200) with an inverted stacked structure in a tandem solar cell, respectively.
먼저 도 5(a)를 기준으로 보통의 탠덤 태양전지(100)는, 보통의 페로브스카이트 태양전지(120)와 그 하부에 위치한 결정질 실리콘 태양전지(110)를 포함한다.First, based on FIG. 5(a), a normal tandem
이 때, 상기 결정질 실리콘 태양전지(110)와 전자전달층(123) 사이에도 전하 이동을 위하여 터널 접합층(116)을 필요에 따라 삽입할 수도 있다. 이 경우 접합층(116)은 페로브스카이트 태양전지(120)를 투과하는 장파장의 광을 투과 손실 없이 하부에 배치된 실리콘 태양전지(110)로 입사될 수 있도록 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 또는 금속성 소재를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 접합층(116)에 n형 또는 p형 물질을 도핑하여 사용할 수 있다.At this time, a
투명 전도성 산화물로는 ITO (Indium Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide) 또는 ZnO 등이 사용될 수 있다.Transparent conductive oxides include ITO (Indium Tin Oxide), IWO (Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), and GIO. (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO (Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide), or ZnO may be used.
탄소질 전도성 소재로는 그래핀 또는 카본나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 금속성 소재로는 금속(Ag) 나노 와이어, Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti와 같은 다층 구조의 금속 박막이 사용될 수 있다.Graphene or carbon nanotubes can be used as carbonaceous conductive materials, and metal thin films with multilayer structures such as metal (Ag) nanowires and Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti can be used as metallic materials. there is.
한편 단일접합 태양전지에서 표면에서의 입사광의 반사율을 줄이고, 태양전지로 입사된 광의 경로를 증가시키기 위해 표면에 텍스쳐 구조를 도입하는 것이 일반적이다. 따라서 본 발명에서의 탠덤 태양전지(100)에서의 결정질 실리콘 태양전지(110) 역시 표면에(적어도 후면에) 텍스쳐를 형성할 수 있다.Meanwhile, in single-junction solar cells, it is common to introduce a textured structure to the surface to reduce the reflectance of incident light on the surface and increase the path of light incident on the solar cell. Accordingly, the crystalline silicon
이 때 본 발명에서의 상기 결정질 실리콘 태양전지(110)는 이종접합(heterojunction) 실리콘 태양전지 또는 동종접합(homojunction) 실리콘 태양전지로 구현될 수 있다.At this time, the crystalline silicon
보다 구체적으로 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, 결정질 실리콘 태양전지는, 제2 면에 텍스쳐 구조를 가지는 결정질 실리콘 기판(111), 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면 및 제2 면에 각각 위치하는 제1 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)(112) 및 제2 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)(113); 상기 제1 진성 비정질 실리콘층(112) 상에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘층(114); 및 상기 제2 진성 비정질 실리콘층(113)의 상에 위치하는 제2 도전형 비정질 실리콘층(115)을 포함한다.More specifically, in the case of a heterojunction silicon solar cell, the crystalline silicon solar cell includes a
이 때 도 5 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1 면은 상기 결정질 실리콘 기판의 수광면으로 상기 페로브스카이트 층이 형성되는 면이고 제2 면은 제1 면의 반대 면일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, as shown in Figures 5 (a) and (b), the first surface is the light-receiving surface of the crystalline silicon substrate and the surface on which the perovskite layer is formed, and the second surface is opposite to the first surface. It may be cotton, but is not necessarily limited to this.
예를 들어, 먼저 n 타입 결정질 실리콘 기판의 제1 면 및 제2 면에 각각 매우 얇은 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)을 패시배이션(passivation) 층으로 형성하고, p 타입의 고농도 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층을 에미터층(114)으로 제1 면에 형성하며 후면에는 고농도 비정질 실리콘 (n+-a-Si:H) 층을 제2 면에 전계 층(115)으로 형성하는 구조를 가질 수 있다.For example, first, very thin amorphous intrinsic silicon (ia-Si:H) is formed as a passivation layer on the first and second sides of an n-type crystalline silicon substrate, respectively, and a high concentration of p-type amorphous silicon is formed. A (pa-Si:H) layer is formed on the first side as the
이 경우에 제1 도전형 비정질 실리콘 층은 상기 기판의 도전형과 반대 극성의 도전형을 가지게 된다.In this case, the first conductivity type amorphous silicon layer has a conductivity type of opposite polarity to that of the substrate.
일반적으로 비정질 실리콘 층은, 1.1 eV 정도의 에너지 밴드갭을 가지는 결정질 실리콘 층 대비, 0.6~0.7 eV 정도 에너지 밴드갭이 큰 물질이고 이에 더하여 증착 과정시 매우 얇게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 비정질 실리콘층의 장점은 결국 단파장 영역에서의 광흡수 손실을 최소화하여 광이용률을 증가시킬 수 있으며, 높은 개방전압과 후면 전계 효과를 가져갈 수 있다.In general, the amorphous silicon layer is a material with a large energy band gap of about 0.6 to 0.7 eV compared to the crystalline silicon layer, which has an energy band gap of about 1.1 eV, and has the advantage of being able to be formed very thin during the deposition process. The advantage of such an amorphous silicon layer is that it can increase light utilization by minimizing light absorption loss in the short wavelength region, and can have a high open-circuit voltage and back electric field effect.
또한, 일반적으로 밴드 갭이 서로 다른 이종접합의 경우, 서로 다른 물질 간의 격자불일치(lattice mismatch)가 발생할 가능성이 매우 높다. 하지만 비정질 실리콘층을 사용하게 되면, 비정질은 결정질과 달리 결정격자가 규칙성이 없이 이루어져 있으므로 격자불일치가 발생하지 않는다. 그 결과 결정질 실리콘 기판 위에 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si)을 증착하면, 실리콘 기판 표면의 재결합을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 장점도 있다.Additionally, in the case of heterojunctions with generally different band gaps, there is a very high possibility that lattice mismatch will occur between different materials. However, when an amorphous silicon layer is used, unlike crystalline, amorphous has a crystal lattice without regularity, so lattice mismatch does not occur. As a result, depositing an intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si) on a crystalline silicon substrate has the advantage of effectively reducing recombination on the surface of the silicon substrate.
본 발명에서의 진성 비정질 실리콘층은 수소화된 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이는, 수소화(hydrogenation) 반응에 의해, 비정질 실리콘 내에 수소가 들어가서 비정질 실리콘의 미결합 상태(dangling bond)와 에너지 밴드 갭 내의 국부화된(localized) 에너지 상태를 감소시킬 수 있기 때문이다.In the present invention, it is more preferable to use a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si:H) as the intrinsic amorphous silicon layer. This is because hydrogen enters the amorphous silicon through a hydrogenation reaction, thereby reducing the dangling bond of the amorphous silicon and the localized energy state within the energy band gap.
다만 수소화된 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)을 사용하는 경우 후속 공정온도는 250 이하, 보다 바람직하게는 200 이하로 제한된다. 이는 공정온도가 200보다 높은 경우, 비정질 실리콘 내부의 수소결합이 파괴되기 때문이다.However, when using a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si:H), the subsequent process temperature is limited to 250°C or lower, more preferably 200°C or lower. This is because when the process temperature is higher than 200, the hydrogen bonds inside amorphous silicon are destroyed.
따라서 후속 공정, 특히 금속 재질의 그리드 전극(grid electrode) 형성을 위한 공정에서의 소성(firing)도 낮은 온도에서 진행하여야 하는 제약이 있다. 반면 후속 공정 온도가 낮으므로 그로 인한 열손상(thermal damage)를 감소시킬 수 있다는 부가적인 이점도 있다.Therefore, there is a limitation that firing in subsequent processes, especially the process for forming grid electrodes made of metal, must be performed at low temperatures. On the other hand, since the subsequent processing temperature is low, there is an additional advantage of reducing thermal damage.
한편 본 발명에서의 실리콘 태양전지(110)는 동종접합(homojuction) 결정질 실리콘 태양전지로 구현될 수도 있다. 구체적으로, 에미터층(114)으로는 결정질 실리콘 기판(111)과 상이한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용되고, 전계층(115)으로는 결정질 실리콘 기판(111)과 동일한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용됨으로써 동종접합 결정질 실리콘 태양전지(110)를 구현할 수 있다.Meanwhile, the silicon
예를 들어, 결정질 실리콘 기판(111)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 에미터층(114)은 p형 불순물로 도핑된 반도체층이며, 전계층(115)은 n형 불순물로 도핑된 반도체층이다. 이 때, 전계층(115)은 결정질 실리콘 기판(111)에 도핑된 n형 불순물의 농도보다 더 고농도로 도핑된 n+형 반도체층일 수 있다.For example, when the
물론 상기 실리콘 태양전지가 동종접합 실리콘 태양전지인 경우, 비정질 진성 실리콘으로 된 패시배이션층(112, 113)은 포함시킬 필요가 없다.Of course, if the silicon solar cell is a homojunction silicon solar cell, there is no need to include the passivation layers 112 and 113 made of amorphous intrinsic silicon.
이와 같이 결정질 실리콘 태양전지(110)를 형성한 후에, 그 위에 필요에 따라 접합층(116)을 형성한 후 보통의 페로브스카이트 태양전지(110)를 형성함으로써, 본 발명에서의 보통의 텐덤 태양전지(100)를 구현할 수 있다.After forming the crystalline silicon
한편, 도 5(b)를 기준으로 반전된 탠덤 태양전지(200)는 반전된 페로브스카이트 태양전지(220)와 그 하부에 위치한 결정질 실리콘 태양전지(210)를 포함한다.Meanwhile, the inverted tandem
도 5(b)의 반전된 탠덤 태양전지(200)는, 도 5(a)의 보통의 탠덤 태양전지(100)와 대비할 때, 상부의 페로브스카이트 태양전지에서는 상호 적층 구조가 상이한 차이점이 있고, 하부의 결정질 실리콘 태양전지에서는 주요 구성요소의 적층 구조는 동일하며 도전형이 상이한 차이점이 있다.The inverted tandem
보통의 그리고 반전된 상부 페로브스카이트 태양전지들의 비교는 앞서 도 2를 통해 설명하였으므로, 본 발명에서는 하부의 결정질 실리콘 태양전지들의 도전형에 대해 추가적으로 설명하기로 한다. Since the comparison of normal and inverted upper perovskite solar cells was previously described through FIG. 2, the present invention will further explain the conductivity type of the lower crystalline silicon solar cells.
도 5(b)에서의 탠덤 태양전지(200)를 구성하는 하부의 결정질 실리콘 태양전지(210)도 이종접합(heterojunction) 실리콘 태양전지 또는 동종접합(homojunction) 실리콘 태양전지로 구현될 수 있다. The lower crystalline silicon
보다 구체적으로 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, 결정질 실리콘 태양전지는, 후면에 텍스쳐 구조를 가지는 결정질 실리콘 기판(211), 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면 및 제2 면에 각각 위치하는 제1 면 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)(212) 및 제2 면 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)(213); 상기 제1 면 진성 비정질 실리콘층(212) 상에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘층(214); 및 상기 제2 면 진성 비정질 실리콘층(213) 상에 위치하는 제2 도전형 비정질 실리콘층(215)을 포함한다.More specifically, in the case of a heterojunction silicon solar cell, the crystalline silicon solar cell includes a
예를 들어, 먼저 p 타입 결정질 실리콘 기판의 제1 면 및 제2 면에 매우 얇은 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)을 패시배이션(passivation) 층으로 형성하고, n 타입의 고농도 비정질 실리콘(n-a-Si:H) 층을 에미터층(214)으로 제1 면에 형성하며 제2 면에는 고농도 비정질 실리콘 (p+-a-Si:H) 층을 전계층(215)으로 형성하는 구조를 가질 수 있다.For example, first, a very thin amorphous intrinsic silicon (ia-Si:H) is formed as a passivation layer on the first and second sides of a p-type crystalline silicon substrate, and a high concentration of n-type amorphous silicon ( It has a structure in which a na-Si:H) layer is formed as an
한편 도 5(b)에서의 실리콘 태양전지(210)도 동종접합(homojuction) 결정질 실리콘 태양전지로 구현될 수도 있다. 구체적으로, 에미터층(214)으로는 결정질 실리콘 기판(211)과 상이한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용되고, 전계층(215)으로는 결정질 실리콘 기판(211)과 동일한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용됨으로써 동종접합 결정질 실리콘 태양전지(210)를 구현할 수 있다.Meanwhile, the silicon
예를 들어, 결정질 실리콘 기판(211)이 p형 단결정 실리콘 기판인 경우, 에미터층(214)은 n형 불순물로 도핑된 반도체층이며, 전계층(215)은 p형 불순물로 도핑된 반도체층이다. 이 때, 전계층(215)은 결정질 실리콘 기판(211)에 도핑된 p형 불순물의 농도보다 더 고농도로 도핑된 p+형 반도체층일 수 있다.For example, when the
실시예Example
이하, 본 발명에서의 도 5(a)에서의 보통(normal)의 텐덤 태양전지(100)를 제조하는 방법에 대해 살펴본다.Hereinafter, we will look at the method of manufacturing the normal tandem
본 발명의 도 5(b)에서의 반전된(Inverted) 텐덤 태양전지(200)는 기본적으로 제조하는 방법이 거의 동일하고, 단지 그 적층 구조 내지는 순서만 서로 다르다. 한편 본 발명의 도 2(a), (b)에서의 페로브스카이트 태양전지(120, 220)는 상기 도 5(a)에서의 텐덤 태양전지(100)에서의 상부 페로브스카이트 태양전지(120)에 해당하거나 단지 그 적층 구조 내지는 순서만 상이하다.The inverted tandem
따라서 본 발명의 도 5(a)의 보통(normal)의 텐덤 태양전지(100)를 제조하는 방법을 살펴봄으로써, 본 발명에서의 다양한 형태의 페로브스카이트 태양전지 및 텐덤 태양전지의 제조방법을 대변할 수 있다.Therefore, by looking at the method of manufacturing the normal tandem
먼저 본 발명의 태양전지를 제조함에 있어, 텐덤 태양전지가 적층되는 기판을 준비한다. 예를 들면, 도 2에서의 페로브스카이트 태양전지에서의 기판은 유리기판이, 그리고 도 5에서의 탠덤 태양전지에서의 기판은 결정질 실리콘 태양전지가 기판에 해당한다.First, in manufacturing the solar cell of the present invention, a substrate on which tandem solar cells are stacked is prepared. For example, the substrate of the perovskite solar cell in FIG. 2 is a glass substrate, and the substrate of the tandem solar cell in FIG. 5 is a crystalline silicon solar cell.
이때, 페로브스카이트 태양전지를 위한 유리기판의 경우 원하는 면저항을 가지는 소다라임 성분의 유리기판을 필요에 따라 에탄올 등의 유기용제와 DI water를 이용하여 세정한다. 이 때, 상기 유리기판 내의 철(Fe) 함량은 작을수록 바람직하다.At this time, in the case of a glass substrate for a perovskite solar cell, a glass substrate made of soda lime with the desired sheet resistance is cleaned using an organic solvent such as ethanol and DI water as needed. At this time, the smaller the iron (Fe) content in the glass substrate, the more desirable it is.
반면, 탠덤 태양전지를 제조하기 위해서는, 먼저 결정질 실리콘 태양전지를 준비한다.On the other hand, to manufacture a tandem solar cell, a crystalline silicon solar cell is first prepared.
보다 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면 및 제2 면을 평탄화한 후, 제1 및 제2 면 중 적어도 하나 이상을 텍스처링하여 텍스처링 패턴을 형성한다.More specifically, as shown in FIG. 6, the first and second surfaces of the
이때, 결정질 실리콘 기판(111)의 텍스처 구조 도입은 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법 중 어느 하나의 방법이 이용될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나 이상을 염기성 수용액 내에서 식각하여 텍스쳐 구조를 도입할 수 있다.At this time, the texture structure of the
보다 구체적으로, 먼저 (100)면을 따라 슬라이스한 두께 수백~수천 ㎛의 n형 실리콘 단결정 기판을 준비한다. 다음으로 상온~150의 온도 범위에서 1~5 중량%의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 또는 수산화칼륨(KOH) 수용액에 유기용제, 인산염, 반응 조절제 및/또는 계면활성제 등의 첨가제를 포함한 수용액을 이용하여 기판 표면을 식각한다.More specifically, first, prepare an n-type silicon single crystal substrate with a thickness of hundreds to thousands of μm sliced along the (100) plane. Next, using an aqueous solution containing additives such as organic solvents, phosphates, reaction regulators, and/or surfactants in a 1 to 5% by weight aqueous sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH) aqueous solution in the temperature range of room temperature to 150°C. Etch the substrate surface.
상기 유기용제는 2-메틸-2,4-펜탄디올(2-methyl-2,4-pentanediol), 프로필렌 글리콜(Propylene glycol), 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol), 1,3-부탄디올(1,3-butanediol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 1,6-헥산디올(1,6-hexanediol), 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(2,2-dimethyl-1,3-propanediol), 하이드로퀴논(Hydroquinone), 1,4-사이클로헥산디올(1,4-cyclohexanediol), 및 N-메틸 프로필(N-methyl proline) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The organic solvent is 2-methyl-2,4-pentanediol, propylene glycol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol (2, 2,4-trimethyl-1,3-pentanediol), 1,3-butanediol (1,3-butanediol), 1,4-butanediol (1,4-butanediol), 1,6-hexanediol (1,6- hexanediol), 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, Hydroquinone, 1,4-cyclohexanediol, And it may be at least one of N-methyl proline.
또한 상기 인산염은 K3PO4 및 K2HPO4 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Additionally, the phosphate may be at least one of K 3 PO 4 and K 2 HPO 4 .
상기 식각을 통해 실리콘 단결정 기판에는 피라미드 형상의 요철을 가지는 텍스쳐가 형성된다. 실리콘 단결정은 다이아몬드 큐빅 구조를 가지기 때문에 {111} 면이 가장 최밀면인 동시에 화학적으로도 안정한 면이다. 따라서 수산화나트륨 수용액에 대한 식각속도는 {111} 면이 가장 느리게 되어, 결과적으로 식각 후 실리콘 기판은 {111} 면을 따라 이방성 식각이 발생한다. 그 결과 실리콘 기판 상에는 깊이 0.1~10㎛ 수준의 텍스쳐가 전면에 균일하게 형성된다.Through the etching, a texture having pyramid-shaped irregularities is formed on the silicon single crystal substrate. Because a silicon single crystal has a diamond cubic structure, the {111} plane is the closest plane and also the most chemically stable plane. Therefore, the etching rate for aqueous sodium hydroxide solution is the slowest on the {111} plane, and as a result, anisotropic etching occurs on the silicon substrate along the {111} plane after etching. As a result, a texture with a depth of 0.1 to 10 μm is formed uniformly on the entire surface of the silicon substrate.
다음으로, 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면에 에미터층(114)을 형성한다. 이러한 에미터층(114)을 형성한 후에는, 결정질 실리콘 기판(111)의 제2 면에 전계층(115)을 더 형성할 수 있다(도 7).Next, an
이종접합 실리콘 태양 전지인 경우, 먼저 텍스쳐가 균일하게 형성된 n 타입 실리콘 결정질 기판(111) 양면에 패시베이션 층(112, 113)으로 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)층을 실리콘 소스 물질(SiH4, Si2H6 등)과 수소(H2)를 이용하여 PECVD법으로 증착한다. PECVD법은 일반적인 CVD법 대비 공정온도를 낮출 수 있다는 장점이 있어, 이종접합 실리콘 태양 전지의 제조 방법으로 특히 바람직하다.In the case of a heterojunction silicon solar cell, first, an amorphous intrinsic silicon (ia-Si:H) layer is formed as a passivation layer (112, 113) on both sides of an n-type silicon crystalline substrate (111) with a uniform texture, and a silicon source material (SiH 4 , Si 2 H 6 , etc.) and hydrogen (H 2 ) are deposited using the PECVD method. The PECVD method has the advantage of lowering the process temperature compared to the general CVD method, so it is particularly desirable as a manufacturing method for heterojunction silicon solar cells.
다음으로, 상기 실리콘 결정질 기판과 반대되는 도전형의 불순물로 도핑된 에미터층(114)과 실리콘 결정질 기판과 동일한 도전형의 불순물로 도핑된 후면전계층(115)을 형성한다. 구체적으로 PECVD 공정을 이용하여, SiH4, Si2H6, SiHCl3 및 SiH2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스와 H2 가스, 그리고 도판트(dopant) 가스로서 B2H6 또는 PH3 가스를 반응물로 이용한다. 이 때 PECVD 공정의 온도 및 압력 조건은 비정질 진성 실리콘 층의 PECVD 조건과 동일하다고 할 수 있다.Next, an
이와는 달리 동종접합(homojunction) 실리콘 태양전지인 경우, 패시배이션 층 없이, 에미터층(114)과 후면전계층(115)은 임플란트 공정을 통해 형성될 수 있다. 에미터층(114)은 불순물로서 붕소(boron)가 도핑되고, 후면 전계층(115)은 불순물로서 인(phosphorous)이 도핑된다.On the other hand, in the case of a homojunction silicon solar cell, the
임플란트 공정에 의해 에미터층(114)과 후면 전계층(115)을 형성할 경우, 불순물의 활성화를 위해 700 ~ 1,200의 열처리를 수반하는 것이 바람직하다. 또한, 임플란트 공정 대신 BBr3 또는 PCl3 등을 사용하는 고온 확산 공정을 통해 에미터층(114)과 후면전계층(115)을 형성하는 것도 가능하다.When forming the
도 8에 도시된 바와 같이, 결정질 실리콘 기판(111)의 제2 면에 투명전극층(117)과 그리드 전극(118)을 포함하는 제2 전극(140)을 형성한다.As shown in FIG. 8, a
만일 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, 앞에서 설명한 바와 같이, 비정질 실리콘 내부의 수소결합 파괴를 방지하기 위해, 제2 전극(140)(보다 자세하게는 그리드 전극(118))의 공정온도는 제1 전극(130)(보다 자세하게는 그리드 전극(127))의 공정온도와 같이 250 이하로 제한된다. 따라서 이 경우, 제2 전극(140)은 제1 전극(130)보다 먼저 형성되거나 또는 제2 전극(140)과 제1 전극(130)은 동시에 형성될 수 있다.In the case of a heterojunction silicon solar cell, as described above, in order to prevent hydrogen bond destruction within amorphous silicon, the process temperature of the second electrode 140 (more specifically, the grid electrode 118) is lower than that of the first electrode ( 130) (more specifically, the process temperature of the grid electrode 127) is limited to 250 or less. Therefore, in this case, the
제2 전극(140)은 상기 후면 전계층(115) 위에 먼저 투명전극층(117)을 형성한다. 투명전극층 재료로 ITO (Indium Tin Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide) 등의 투명 전도성 산화물을 사용할 경우, 투명전극층(117)은 스퍼터링을 통해 증착될 수 있다.The
상기 투명전극층(117)을 형성한 후, 그리드 전극(118)을 형성한다. 물론, 상기 투명전극층(117)을 형성하지 않고 후면전계층(115) 위에 바로 그리드 전극(118)를 형성할 수도 있으나, 비정질 실리콘은 금속 그리드를 통해 캐리어(carrier)를 모으기에는 상대적으로 캐리어(carrier) 이동도가 낮으므로 투명전극층(117)을 형성하는 것이 보다 바람직하다.After forming the
이 때 그리드 전극(118)은 투명전극층(117) 상에 제2 전극 페이스트를 스크린 프린팅법으로 인쇄하고, 제2 온도(제1 온도와 동일)를 갖는 열처리에 의해 형성된다.At this time, the
제2 전극(그리드 전극(118))은 유리 프릿을 포함하지 않는 제2 전극 페이스트를 선택적으로 도포한 후, 제2 온도에서 저온 소성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 이러한 제2 전극 페이스트는 금속 입자와 저온소성용 바인더인 유기물이 포함되어 있을 수 있으며, 제2 전극 페이스트에는 유리 프릿이 포함되지 않는다. 특히, 제2 온도는 250 이하, 보다 구체적으로는 100 ~ 200일 수 있다.The second electrode (grid electrode 118) can be manufactured by selectively applying a second electrode paste that does not contain a glass frit and then performing low-temperature firing at a second temperature. Here, this second electrode paste may contain metal particles and an organic material that is a binder for low-temperature firing, and the second electrode paste does not contain glass frit. In particular, the second temperature may be 250 degrees Celsius or less, and more specifically, 100 to 200 degrees Celsius.
이와는 달리, 동종접합 실리콘 태양전지인 경우, 제2 전극(140) 및 제1 전극(130)을 동시에 형성하는 것이 아니라, 700 이상의 고온 소성 공정으로 제2 전극(140)을 형성하는 공정과 유리 프릿을 포함하지 않는 제1 전극 페이스트를 이용하여 250 이하의 저온 소성으로 제1 전극(130)을 형성하는 공정을 이원화하여 진행할 수 있다.In contrast, in the case of a homojunction silicon solar cell, the
상기 유리기판 위에는 투명전극(122) 또는 결정질 실리콘 태양전지 위에는 터널 접합층(116)으로 투명한 전도성 재료가 증착된다(도 9). 본 발명에서는 일반적으로 널리 알려진 스퍼터링법, 보다 구체적으로 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 상기 기판 상에 투명전극 또는 터널 접합층(116)을 형성한다. 투명전극(122)을 형성하기 위해서는 FTO(Fluorine Tin Oxide)을 증착하였고, 터널 접합층(216)을 위해서는 AZO(Aluminum doped Zinc Oxide)을 사용하였으나, 반드시 상기 재료로 한정되는 것은 아니다. 이외에도 각종 투명 전도성 산화물, 금속성 소재 및 전도성 고분자 등도 이용될 수 있다.A transparent conductive material is deposited as a
본 발명의 페로브스카이트 태양전지 및 이를 포함하는 탠덤 태양전지는, 상기 투명 전도성 재료 위에, 전자전달층(123)을 형성한다(도 10).The perovskite solar cell of the present invention and the tandem solar cell including the same form an
본 발명에서의 전자전달층은 상기 에미터층(114)과 마찬가지로, PECVD 공정을 이용하여, SiH4, Si2H6, SiHCl3 및 SiH2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스와 H2 가스, 그리고 도판트(dopant) 가스로서 PH3 가스를 반응물로 이용하여 제조한다. 이 때 PECVD 공정의 온도 및 압력 조건은 비정질 진성 실리콘 층의 PECVD 조건과 동일하다고 할 수 있다. 따라서 이와 같은 공정조건에 의해 본 발명의 전자전달층은 n 타입 비정질 실리콘(n-a-Si)가 증착된다.In the present invention, like the
물론 이와는 달리, 본 발명에서의 전자전달층(123)은 TiO2, ZnO, SnO2, CdS, PCBM, 또는 C60중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 형성할 수도 있다.Of course, unlike this, the
이중에서 C60의 경우, C60을 포함하는 플러렌 유도체를 용매에 녹인 후, 스핀 코팅법을 이용하여 10~30초간 스핀 코팅한 후, 상온에서 1~3시간 유지하여 전자전달층을 형성한다.Among them, in the case of C 60 , the fullerene derivative containing C 60 is dissolved in a solvent, then spin-coated for 10 to 30 seconds using a spin coating method, and then maintained at room temperature for 1 to 3 hours to form an electron transport layer.
한편, 본 발명에서는 필요에 따라 선택적으로, 상기 전자전달층 상에 버퍼층(123', 도 2 참조)을 추가로 형성할 수도 있다. 이때 금속 산화물인 TiOx를 버퍼층으로 이용할 경우에는 PECVD법과 같은 비교적 저온 공정을 통해 증착할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, if necessary, a buffer layer 123' (see FIG. 2) may be additionally formed on the electron transport layer. At this time, when TiO x , a metal oxide, is used as a buffer layer, it can be deposited through a relatively low temperature process such as PECVD method.
상기 전자전달층 또는 버퍼층 상에 다시 FA1- xCsxPbBryI3 -y (단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다) 성분의 페로브스카이트 흡수층(224)을 형성한다(도 10).A
본 발명에서는 먼저 상기 전자전달층(123) 또는 버퍼층(123') 상에 제1 유기물 층(도 11의 124-1)을 형성한다. 상기 제1 유기물 층은 2-프로판올(Sigma-Aldrich, 99.5%)에서 0.01g/㎖ (CH(NH2)2)I 용액을 이용하여 전자전달층(123) 또는 버퍼층(123')이 형성된 기판을 침지하였고, 그 다음 최대 3,000rpm에서 30초 동안 회전시킨 후 100℃에서 15분간 건조되었다.In the present invention, a first organic layer (124-1 in FIG. 11) is first formed on the
다음으로 상기 제1 유기물 층 상에 무기물 층을 코팅한다(도 11의 124-2). 본 발명에서의 무기물 층은 PbI2를 사용하여 용액법으로 제조하였다. 먼저 4mmol의 PbI2 (Sigma-Aldrich, 99%)를 4㎖의 N,N-dimethylformamide(DMF)(Sigma-Aldrich, 99.8%)에서 용해시켜 PbI2 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 PbI2 용액 40㎖를 스핀 코팅법을 이용하여, 상기 제1 유기물 층이 형성된 기판 위에 500~5,000 rpm의 속도로 30초 동안 회전시켜 무기물 층을 코팅하였다. 그 다음 상기 무기물 층이 코팅된 기판은 100℃에서 15분간 건조되었다.Next, an inorganic layer is coated on the first organic layer (124-2 in FIG. 11). The inorganic layer in the present invention was prepared by a solution method using PbI 2 . First, 4 mmol of PbI 2 (Sigma-Aldrich, 99%) was dissolved in 4 ml of N,N-dimethylformamide (DMF) (Sigma-Aldrich, 99.8%) to prepare a PbI 2 solution. Next, 40 ml of the PbI 2 solution was spun on the substrate on which the first organic layer was formed at a speed of 500 to 5,000 rpm for 30 seconds using a spin coating method to coat the inorganic layer. Then, the substrate coated with the inorganic layer was dried at 100°C for 15 minutes.
본 발명에서는 상기 무기물 층 위에 상기 제1 유기물 층과는 조성이 다른 제2 유기물 층을 코팅하였다(도 11의 124-3). 구체적인 예로써, I가 포함된 FA계열인 (CH(NH2)2)I 조성의 제1 유기물 층과는 달리, 상기 제2 유기물 층은 Br이 포함된 FA계열인 (CH(NH2)2)Br을 이용하여 제2 유기물 층을 코팅하였다. In the present invention, a second organic layer having a different composition from the first organic layer was coated on the inorganic layer (124-3 in FIG. 11). As a specific example, unlike the first organic layer of (CH(NH 2 ) 2 )I composition, which is an FA series containing I, the second organic layer is an FA series containing Br, (CH(NH 2 ) 2 ) ) The second organic layer was coated using Br.
상기 제2 유기물 층이 형성된 기판은 핫 플레이트 위에서 열처리 공정을 거쳐(100℃/15분) 페로브스카이트 층으로 결정화를 완성하였다.The substrate on which the second organic layer was formed went through a heat treatment process on a hot plate (100°C/15 minutes) to complete crystallization into a perovskite layer.
상기 페로브스카이트 층 위에는 다시 필요에 따라 정공전달층(125)를 형성한다(도 12). 정공전달층(125)은 페로브스카이트 층에서 생성된 정공이 제1 전극(130)으로 용이하게 전달되도록 하는 층으로, 가시광선의 투과성과 정공의 전도성을 보장할 수 있어야 한다.A
본 발명의 실시예에서는 Spiro-MeOTAD과 같은 유기물 정공전달층을 용액 공정을 이용하여 코팅하였다. 구체적으로, Spiro-MeOTAD 코팅 용액은 클로로벤젠을 용매로 이용하여, 여기에 4-tert-부틸 피리딘(4-tert-butyl pyridine) 및 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 [lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide] 용액을 첨가하여 제조하였다. 그 후 상기 용액을 페로브스카이트 층이 형성된 기판 위에 침지한 후 3,000rpm에서 30초 동안 회전시킨 후 건조시켰다.In an example of the present invention, an organic hole transport layer such as Spiro-MeOTAD was coated using a solution process. Specifically, Spiro-MeOTAD coating solution uses chlorobenzene as a solvent, and contains 4-tert-butyl pyridine and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [lithium bis( trifluoromethanesulfonyl)imide] solution was added. Thereafter, the solution was immersed on the substrate on which the perovskite layer was formed, rotated at 3,000 rpm for 30 seconds, and then dried.
상기 정공전달층 상에는 다시 필요에 따라 전면 투명 전극층(126)을 형성한 후, 그리드 전극(127)을 포함한 제1 전극(130)을 형성한다(도 13).On the hole transport layer, a full
이때, 투명 전극층(126)은 페로브스카이트 태양전지(120)의 상면 전체에 형성되어, 페로브스카이트 태양전지(120)에서 생성된 전하를 포집하는 역할을 한다. 이러한 투명 전극층(126)은 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있다. 즉, 투명 전도성 소재로는, 접합층(116)의 투명 전도성 소재와 동일한 것이 이용될 수 있다.At this time, the
이 때, 제1 전극(구체적으로 그리드 전극(127))은 투명 전극층(126) 상에 배치되며, 투명 전극층(126) 중 일부 영역에 배치된다.At this time, the first electrode (specifically, the grid electrode 127) is disposed on the
제1 전극(구체적으로 그리드 전극(127))은 유리 프릿을 포함하지 않는 제1 전극 페이스트를 선택적으로 도포한 후, 제1 온도에서 저온 소성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 이러한 제1 전극 페이스트는 금속 입자와 저온소성용 바인더인 유기물이 포함되어 있을 수 있으며, 제1 전극 페이스트에는 유리 프릿이 포함되지 않는다. 특히, 제1 온도는 250 이하, 보다 구체적으로는 100 ~ 200일 수 있다.The first electrode (specifically, the grid electrode 127) may be manufactured by selectively applying a first electrode paste not containing a glass frit and then performing low-temperature firing at a first temperature. Here, this first electrode paste may contain metal particles and an organic material that is a binder for low-temperature firing, and the first electrode paste does not contain glass frit. In particular, the first temperature may be 250 degrees Celsius or less, and more specifically, 100 to 200 degrees Celsius.
앞에서 살펴본 바와 같이, 이종접합 실리콘 태양전지의 경우 상기 제2 전극(140)과 상기 제1 전극(130)은 제1 전극(130)을 형성할 때 동시에 형성될 수도 혹은 제2 전극(140)을 형성한 후 페로브스카이트 태양전지 형성 후 제1 전극(130)을 형성할 수도 있다. 또한 이종접합 실리콘 태양전지의 경우, 상기 제1 전극(130) 및 상기 제2 전극(140)은 모두 250℃ 이하의 저온 소성 공정으로 형성된다.As discussed above, in the case of a heterojunction silicon solar cell, the
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrative drawings, but the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformation can occur. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described and explained while explaining the embodiments of the present invention above, it is natural that the predictable effects due to the configuration should also be recognized.
Claims (12)
상기 기판의 제1 방향의 제1 면 상에 위치하는 페로브스카이트 층을 포함하며;
상기 페로브스카이트 층의 밴드갭은 제1 방향에 따라 변화하는 값을 가지고, 상기 페로브스카이트층의 밴드갭은 상기 기판 쪽의 밴드갭보다 기판의 반대 쪽에서의 밴드갭이 더 크고;
상기 페로브스카이트 층 아래에 존재하는 전자전달 층 또는 정공전달 층;
상기 페로브스카이트 층과 상기 상기 페로브스카이트 층 아래에 존재하는 전자전달 층 또는 정공전달 층 사이에 존재하는 버퍼층;
상기 페로브스카이트 층 아래에 존재하는 전자전달 층 또는 정공전달 층 과는 상반되고, 상기 페로브스카이트 층 상에 존재하는 정공전달 층 또는 전자전달 층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
Board;
It includes a perovskite layer located on a first side of the substrate in a first direction;
The bandgap of the perovskite layer has a value that changes along a first direction, and the bandgap of the perovskite layer is larger on the opposite side of the substrate than the bandgap on the substrate side;
An electron transport layer or hole transport layer present below the perovskite layer;
A buffer layer existing between the perovskite layer and the electron transport layer or hole transport layer existing below the perovskite layer;
A hole transport layer or electron transport layer that is opposite to the electron transport layer or hole transport layer that exists below the perovskite layer and that exists on the perovskite layer;
A solar cell comprising:
상기 밴드갭은 제1 방향으로 선형적으로 변화하는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to paragraph 1,
the band gap changes linearly in a first direction;
A solar cell characterized by .
상기 밴드갭은 제1 방향으로 계단형으로 변화하는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to paragraph 1,
the band gap changes in a stepwise manner in a first direction;
A solar cell characterized by .
상기 페로브스카이트 층은 FA(Formamidinium) 성분을 포함하는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to paragraph 1,
The perovskite layer includes Formamidinium (FA) component;
A solar cell characterized by .
상기 페로브스카이트층은 FA1- xCsxPbBryI3 - y인(단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다) 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to clause 5,
The perovskite layer is FA 1- x Cs x PbBr y I 3 - y (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3);
A solar cell characterized by .
상기 기판은 유리, 고분자 또는 결정질 실리콘 중 어느 하나인 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to paragraph 1,
The substrate is any one of glass, polymer, or crystalline silicon;
A solar cell characterized by .
상기 결정질 실리콘 기판은 텍스쳐 패턴을 가지는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
In clause 7,
The crystalline silicon substrate has a textured pattern;
A solar cell characterized by .
상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면에 위치하는 제1 진성 비정질 실리콘(i-a-Si:H) 층;
상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면에 위치하는 제2 진성 비정질 실리콘(i-a-Si:H) 층;
상기 제1 진성 비정질 실리콘 층 상에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘 층;
상기 제2 진성 비정질 실리콘 층 상에 위치하는 제2도전형 비정질 실리콘 층을 추가로 포함하고;
상기 제1 도전형 비정질 실리콘 층 위에 상기 페로브스카이트 층이 위치하는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
In clause 7,
a first intrinsic amorphous silicon (ia-Si:H) layer located on a first side of the crystalline silicon substrate;
a second intrinsic amorphous silicon (ia-Si:H) layer located on a second side of the crystalline silicon substrate;
a first conductive amorphous silicon layer located on the first intrinsic amorphous silicon layer;
further comprising a second conductive amorphous silicon layer located on the second intrinsic amorphous silicon layer;
The perovskite layer is positioned on the first conductive amorphous silicon layer;
A solar cell characterized by .
상기 제1 도전형 비정질 실리콘 층은 상기 기판의 도전형과 반대극성의 도전형인 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
According to clause 9,
the first conductivity type amorphous silicon layer has a conductivity type opposite to that of the substrate;
A solar cell characterized by .
상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면에 위치하는 에미터 층;
상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면에 위치하는 전계 층을 추가로 포함하고;
상기 제1 에미터 층 위에 상기 페로브스카이트 층이 위치하는 것;
을 특징으로 하는 태양전지.
In clause 7,
an emitter layer located on a first side of the crystalline silicon substrate;
further comprising an electric field layer located on a second side of the crystalline silicon substrate;
the perovskite layer is positioned on the first emitter layer;
A solar cell characterized by .
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