KR102647777B1 - Method for manufacturing perovskites photovoltaic cell, perovskites photovoltaic cell manufactured therefrom, and solar cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광전 변환 소자에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법, 이를 통해 제조된 페로브스카이트광전변환 소자, 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more specifically, to a method of manufacturing a perovskite photoelectric conversion device, a perovskite photoelectric conversion device manufactured thereby, and a solar cell including the same.

Description

페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법, 이를 통해 제조된 페로브스카이트광전변환 소자, 및 이를 포함하는 태양전지{Method for manufacturing perovskites photovoltaic cell, perovskites photovoltaic cell manufactured therefrom, and solar cell comprising the same}Method for manufacturing perovskite photoelectric conversion elements, perovskite photoelectric conversion elements manufactured thereby, and solar cells comprising the same

본 발명은 광전 변환 소자에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법, 이를 통해 제조된 페로브스카이트광전변환 소자, 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more specifically, to a method of manufacturing a perovskite photoelectric conversion device, a perovskite photoelectric conversion device manufactured thereby, and a solar cell including the same.

태양전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서, 태양에너지를 흡수하여 전자와 전공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전기에너지를 생성한다.A solar cell converts solar energy into electrical energy and generates electrical energy using the photovoltaic effect that absorbs solar energy and generates electrons and holes.

이러한 태양전지는 다양한 방식이 제안되고 있으며, 그 중 칼슘 티타늄 옥사이트(CaTiO3)와 동일한 결정구조를 갖는 물질로 알려진 페로브스카이트(perovskite) 물질을 광흡수층으로 이용한 태양전지가 각광을 받고 있다. Various methods have been proposed for such solar cells, and among them, solar cells using perovskite material, known as a material with the same crystal structure as calcium titanium oxide (CaTiO 3 ), as a light absorption layer are receiving attention. .

페로브스카이트 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기반 기술과 박막 기술이 결합된 3세대 태양전지로서, 다른 방식의 태양전지와 비교할 때 높은 흡수 계수, 가변 대역 갭, 빠른 속도로 증가하는 특성 등을 갖는다. 또한, 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지에 비하여 가격, 강성, 무게 및 효율의 상승면에서 뛰어나다. Perovskite solar cells are a third-generation solar cell that combines silicon wafer-based technology and thin-film technology. Compared to other types of solar cells, they have characteristics such as high absorption coefficient, variable band gap, and rapid growth. In addition, perovskite solar cells are superior to silicon solar cells in terms of price, rigidity, weight, and efficiency.

한편, 태양전지에 구비되는 페로브스카이트는 일반적으로 3차원 결정구조를 가지며, 이러한 결정구조의 페로브스카이트는 광흡수층으로 사용된다. 또한, 태양전지는 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 광흡수층 양면에 전자수송층과 정공수송층이 배치된 구조가 일반적이다. Meanwhile, perovskite provided in solar cells generally has a three-dimensional crystal structure, and perovskite with this crystal structure is used as a light absorption layer. In addition, solar cells generally have a structure in which an electron transport layer and a hole transport layer are arranged on both sides of a perovskite light absorption layer with a three-dimensional crystal structure.

상기 전자수송층과 정공수송층은 유기 또는 무기물질로 제조되며, 무기물질의 일예로 금속산화물이 널리 채용되고 있다. 그러나 금속산화물인 전자수송층 또는 정공수송층과 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 광흡수층 간의 계면은 두 재질 간 상용성 부족에 따라서 금속산화물층 표면 전체를 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 층이 온전히 덮지 못하는 제조공정에서의 표면 커버리지 문제나 계면특성이 좋지 못하고, 계면에서 분리가 쉽게 발생하여 종국적으로 태양전지의 효율과 내구성이 저하되는 문제점이 있다.The electron transport layer and the hole transport layer are made of organic or inorganic materials, and metal oxides are widely used as an example of the inorganic material. However, due to the lack of compatibility between the two materials, the interface between the electron transport layer or hole transport layer, which is a metal oxide, and the perovskite light absorption layer with a three-dimensional crystal structure, the entire surface of the metal oxide layer is a perovskite layer with a three-dimensional crystal structure. There is a problem of surface coverage in the manufacturing process that does not completely cover this, poor interface characteristics, and separation easily occurs at the interface, ultimately reducing the efficiency and durability of the solar cell.

등록특허공보 제10-1561284호Registered Patent Publication No. 10-1561284

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 페로브스카이트 광흡수층과 정공수송층 및/또는 전자수송층 간의 계면특성을 향상시켜서 보다 우수한 광전변환 효율 및 내구성을 갖도록 설계된 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법 및 이를 통해 제조된 페로브스카이트 광전 변환 소자를 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention was developed to solve the above problems, and is a perovskite photoelectric conversion layer designed to have better photoelectric conversion efficiency and durability by improving the interface characteristics between the perovskite light absorption layer and the hole transport layer and/or electron transport layer. The purpose is to provide a device manufacturing method and a perovskite photoelectric conversion device manufactured using the same.

또한, 본 발명은 우수한 광전변환 효율 및 내구성을 갖도록 설계된 본 발명에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자를 이용한 태양전지를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a solar cell using the perovskite photoelectric conversion device according to the present invention, which is designed to have excellent photoelectric conversion efficiency and durability.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 제1전극 상에 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층을 형성시키는 단계, (2) 상기 제1금속산화물층 상에 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리하여 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층을 형성시키는 단계, (3) 상기 제1다기능층 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 처리하여 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층을 형성시키는 단계, (4) 상기 광흡수층 상에 정공수송층 또는 전자수송층을 형성시키는 단계 및 (5) 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 제2전극을 형성시키는 단계를 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법을 제공한다.In order to solve the above-described problem, the present invention includes the following steps: (1) forming an electron transport layer or hole transport layer, which is a first metal oxide layer, on a first electrode; (2) the first metal oxide layer is represented by the following formula (1) forming a first multi-functional layer having a perovskite having a two-dimensional crystal structure by processing a solution containing a compound, (3) processing a perovskite precursor solution on the first multi-functional layer forming a light absorption layer including perovskite with a three-dimensional crystal structure, (4) forming a hole transport layer or an electron transport layer on the light absorption layer, and (5) forming a light absorption layer on the hole transport layer or electron transport layer. A method for manufacturing a perovskite photoelectric conversion device including the step of forming two electrodes is provided.

[화학식 1][Formula 1]

[AB][X][AB][X]

여기서 [AB]는 1가 유기 양이온이고, X는 1가 음이온이며,Here, [AB] is a monovalent organic cation, X is a monovalent anion,

A는 -PO(OH)2, -CO(OH), 또는 -Si(OH)2 이고, B는 -(R1R2R3R4N) 또는 -(R7R8N=CH-NR9R10)이며, 여기서 R1은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R5R6이고, 여기서 R5는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R6는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이고, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R7은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R11R12이고, 여기서 R11은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R12는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이고, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이며, X는 I-, Br-, Cl- 및 F- 중 어느 하나의 할로겐 음이온 또는 SCN- 음이온이다.A is -PO(OH) 2 , -CO(OH), or -Si(OH) 2 , and B is -(R 1 R 2 R 3 R 4 N) or -(R 7 R 8 N=CH-NR 9 R 10 ), where R 1 is C1 to C20. or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 5 R 6 , where R 5 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene. and R 6 is C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or C1 to C20 substituted or unsubstituted Ring alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, and R 7 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 11 R 12 , where R 11 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, and R 12 is C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or C1 to C20 substituted or unsubstituted alkyl. ren, R 8 , R 9 and R 10 are each independently hydrogen, substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl, or substituted or unsubstituted aryl, and X is one of I - , Br - , Cl - and F - Either the halogen anion or the SCN - anion.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리 시 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 상기 제1금속산화물층에 흡착될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when treating a solution containing the compound represented by Formula 1 in step (2), the compound represented by Formula 1 may be adsorbed to the first metal oxide layer.

또한, 상기 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the perovskite having the three-dimensional crystal structure may be a compound represented by the following formula (2).

[화학식2][Formula 2]

[L][M][N]3 [L][M][N] 3

여기서, 여기서, L은 1가의 유기 양이온, 1가의 금속 양이온 또는 이들이 혼합된 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이고, N은 적어도 하나의 음이온이다.Here, L is a monovalent organic cation , a monovalent metal cation, or a mixture thereof, M is a divalent metal cation, and N is at least one anion.

또한, (3) 단계와 (4) 단계 사이에 3차원 결정구조의 페로브스카이트의 표면 결함을 제거시키기 위한 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층을 형성시키는 단계 및 패시베이션층을 형성시키는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, between steps (3) and (4), forming a perovskite layer with a two-dimensional crystal structure to remove surface defects of the perovskite with a three-dimensional crystal structure and forming a passivation layer. Any one or more steps may be further included.

또한, 본 발명은 제1전극, 상기 제1전극 상에 형성된 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층, 상기 제1다기능층 상에 형성된 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 형성된 정공수송층 또는 전자수송층, 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 형성된 제2전극을 포함하며, 파장별 광발광(PL) 스펙트럼 에서 최대 강도 를 갖는 제1파장을 기준으로 광발광(PL)이 발생되는 최단파장인 제2파장에서 제1파장까지의 파장범위가 광발광이 발생되는 최장파장인 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위보다 더 크게 형성된 페로브스카이트 광전 변환 소자를 제공한다.In addition, the present invention is provided with a first electrode, an electron transport layer or hole transport layer that is a first metal oxide layer formed on the first electrode, and a perovskite having a two-dimensional crystal structure formed on the first metal oxide layer. A first multi-functional layer, a light absorption layer having a perovskite with a three-dimensional crystal structure formed on the first multi-functional layer, a hole transport layer or electron transport layer formed on the light absorption layer, and on the hole transport layer or electron transport layer. It includes a formed second electrode, and the wavelength range from the second wavelength, which is the shortest wavelength at which photoluminescence (PL) occurs, to the first wavelength is based on the first wavelength with the maximum intensity in the photoluminescence (PL) spectrum for each wavelength. Provided is a perovskite photoelectric conversion element formed to be larger than the wavelength range from the third wavelength, which is the longest wavelength at which photoluminescence occurs, to the first wavelength.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2파장에서 제1파장까지의 파장범위는 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위의 60%를 초과하는 더 넓은 파장범위를 가질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the wavelength range from the second wavelength to the first wavelength may have a wider wavelength range exceeding 60% of the wavelength range from the third wavelength to the first wavelength.

또한, 본 발명은 제1전극, 상기 제1전극 상에 형성된 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층, 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층, 상기 제1다기능층 상에 형성된 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 형성된 정공수송층 또는 전자수송층 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 형성된 제2전극을 포함하며, 600㎚ 파장의 광발광(photoluminescence)이 발생되는 페로브스카이트 광전 변환 소자를 제공한다. In addition, the present invention is provided with a first electrode, an electron transport layer or hole transport layer that is a first metal oxide layer formed on the first electrode, and a perovskite having a two-dimensional crystal structure formed on the first metal oxide layer. A first multifunctional layer, a light absorption layer having a perovskite with a three-dimensional crystal structure formed on the first multifunctional layer, a hole transport layer or electron transport layer formed on the light absorption layer, and a hole transport layer or electron transport layer formed on the hole transport layer or electron transport layer. A perovskite photoelectric conversion device including a second electrode and generating photoluminescence at a wavelength of 600 nm is provided.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트는 400 ~ 600㎚ 파장에서 광발광이 발생되는 페로브스카이트일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the perovskite having the three-dimensional crystal structure may be a perovskite that emits photoluminescence at a wavelength of 400 to 600 nm.

또한, 상기 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트는 제1금속산화물층에 흡착된 상태일 수 있다. Additionally, the perovskite having the two-dimensional crystal structure may be adsorbed on the first metal oxide layer.

또한, 상기 제1금속산화물층은 Ni, V, Mo, Cu, Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb 및 Cd로 이루어진 군에서 선택된 1종 금속을 함유하는 금속산화물, 또는 적어도 2종의 이들 금속산화물을 포함할 수 있다.In addition, the first metal oxide layer is a metal containing one type of metal selected from the group consisting of Ni, V, Mo, Cu, Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb, and Cd. It may contain oxides or at least two types of metal oxides.

또한, 상기 광흡수층 상에 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 표면 결함의 제거를 위해서 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층을 더 구비할 수 있다. In addition, a perovskite layer having a two-dimensional crystal structure may be further provided on the light absorption layer to remove surface defects of the perovskite having a three-dimensional crystal structure.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자를 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a perovskite solar cell including a perovskite photoelectric conversion device according to the present invention.

또한, 본 발명은 실리콘 광전 변환 소자, 및 상기 실리콘 광전 변환 소자 상부에 배치되는 본 발명에 따른 페로브스카이트 광전 변화 소자를 포함하는 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a silicon-perovskite tandem solar cell including a silicon photoelectric conversion element and a perovskite photoelectric conversion element according to the present invention disposed on the silicon photoelectric conversion element.

본 발명에 의한 페로브스카이트 광전 변화 소자 제조방법은 용액공정을 통해서 제조하기 어려운 페로브스카이트 적층구조를 구현시키며, 이를 통해서 페로브스카이트 광흡수층에 인접하는 금속산화물로 형성된 정공수송층이나 전자수송층 간의 계면 특성이 개선됨에 따라서 우수한 광전변환 효율 및 장기 안정성을 갖는 광전 변환 소자를 구현할 수 있다. 더불어 종래 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 광흡수층을 채용한 광전 변환 소자에 대비해서 단파장쪽으로 더욱 넓어진 밴드갭을 갖는 광전 변환 소자를 구현할 수 있음에 따라서 태양전지에 널리 응용될 수 있다.The method of manufacturing a perovskite photovoltaic device according to the present invention implements a perovskite layered structure that is difficult to manufacture through a solution process, and through this, a hole transport layer or electron layer formed of a metal oxide adjacent to the perovskite light absorption layer. As the interface properties between transport layers are improved, a photoelectric conversion device with excellent photoelectric conversion efficiency and long-term stability can be implemented. In addition, compared to photoelectric conversion devices using a perovskite light absorption layer with a conventional three-dimensional crystal structure, it is possible to implement a photoelectric conversion device with a wider bandgap toward short wavelengths, so it can be widely applied to solar cells.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 페로브스카이트 광전 변환 소자의 단면모식도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지의 단면모식도이다.
도 5 및 도 6은 실시예1 및 비교예1에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자의 파장별 광흡수 스펙트럼 및 PL 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 페로브스카이트 광전 변환 소자에서 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층과 화학식1로 표시되는 화합물의 앵커링 그룹 간 이좌결합 또는 삼좌결합을 표현한 모식도이다.
도 8은 PL 스펙트럼에서 최대 강도, 제1파장, 제2파장 및 제3파장을 설명하기 위한 예시 스펙트럼이다.
1 and 2 are cross-sectional schematic diagrams of a perovskite photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.
Figures 3 and 4 are cross-sectional schematic diagrams of a silicon-perovskite tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figures 5 and 6 show the light absorption spectrum and PL spectrum by wavelength of the perovskite photoelectric conversion device according to Example 1 and Comparative Example 1.
Figure 7 is a schematic diagram expressing the bidentate or tridentate bond between the electron transport layer or hole transport layer, which is the first metal oxide layer, and the anchoring group of the compound represented by Formula 1 in the perovskite photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention. .
Figure 8 is an example spectrum for explaining the maximum intensity, first wavelength, second wavelength, and third wavelength in the PL spectrum.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 페로브스카이트 광전 변환 소자(100)는 제1전극(10), 상기 제1전극(10) 상에 형성된 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층(20), 상기 제1금속산화물층 상에 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층(30), 상기 제1다기능층(30) 상에 형성된 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층(40), 상기 광흡수층(40) 상에 형성된 정공수송층 또는 전자수송층(50), 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층(50) 상에 형성된 제2전극(60)을 포함하여 구현된다.Referring to FIG. 1, the perovskite photoelectric conversion device 100 according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 10 and a first metal oxide layer formed on the first electrode 10. An electron transport layer or hole transport layer 20, a first multi-functional layer 30 having a perovskite with a two-dimensional crystal structure formed on the first metal oxide layer, and a first multi-functional layer 30 formed on the first multi-functional layer 30. A light absorption layer 40 having a perovskite having a three-dimensional crystal structure, a hole transport layer or electron transport layer 50 formed on the light absorption layer 40, and a hole transport layer or electron transport layer 50 formed on the hole transport layer or electron transport layer 50. It is implemented including a second electrode 60.

이와 같은 구조의 페로브스카이트 광전 변환 소자(100)는 이하의 제조방법을 통해서 형성되나 이에 제한되는 것은 아니다.The perovskite photoelectric conversion device 100 having this structure is formed through the following manufacturing method, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 의한 페로브스카이트 광전 변환 소자(100)는 (1) 제1전극(10) 상에 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층(20)을 형성시키는 단계, (2) 상기 제1금속산화물층 상에 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리하여 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층(30)을 형성시키는 단계, (3) 상기 제1다기능층(30) 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 처리하여 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층(40)을 형성시키는 단계, (4) 상기 광흡수층(40) 상에 정공수송층 또는 전자수송층(50)을 형성시키는 단계, 및 (5) 상기 정공수송층 또는 전자수송층(50) 상에 제2전극(60)을 형성시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. The perovskite photoelectric conversion device 100 according to an embodiment of the present invention includes the steps of (1) forming an electron transport layer or hole transport layer 20, which is a first metal oxide layer, on the first electrode 10, ( 2) forming a first multi-functional layer 30 having a perovskite with a two-dimensional crystal structure by treating the first metal oxide layer with a solution containing a compound represented by the following formula (1), ( 3) forming a light absorption layer 40 including perovskite having a three-dimensional crystal structure by processing a perovskite precursor solution on the first multi-functional layer 30, (4) the light absorption layer (40) forming a hole transport layer or electron transport layer 50 on the hole transport layer, and (5) forming a second electrode 60 on the hole transport layer or electron transport layer 50. .

먼저 본 발명의 (1) 단계로써, 제1전극(10) 상에 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층(20)을 형성시키는 단계를 수행한다. First, in step (1) of the present invention, a step of forming an electron transport layer or a hole transport layer 20, which is a first metal oxide layer, is performed on the first electrode 10.

상기 제1전극(10)은 태양전지에 통상적으로 사용되는 투명전극의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, ITO(Induim Tin Oxide), FTO(Fluorine doped Tin Oxide), ATO (Sb2O3 doped Tin Oxide), GTO(Gallium doped Tin Oxide), ZTO(tin doped zinc oxide), ZTO:Ga(gallium doped ZTO), IGZO(Indium gallium zinc oxide, IZO(Indium doped zinc oxide) 및/또는 AZO(Aluminum doped zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1전극의 두께, 길이, 폭은 태양전지에 사용되는 통상적인 투명전극 두께, 길이, 폭일 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The first electrode 10 can be used without limitation in the case of a transparent electrode commonly used in solar cells. As non-limiting examples, ITO (Induim Tin Oxide), FTO (Fluorine doped Tin Oxide), ATO (Sb 2 O 3 doped Tin Oxide), GTO (Gallium doped Tin Oxide), ZTO (tin doped zinc oxide), ZTO: may include gallium doped ZTO (Ga), indium gallium zinc oxide (IGZO), indium doped zinc oxide (IZO), and/or aluminum doped zinc oxide (AZO). The thickness, length, and width of the first electrode may be the thickness, length, and width of a typical transparent electrode used in a solar cell, and the present invention is not particularly limited thereto.

상기 제1전극(10)은 기판 상에 형성된 것일 수 있다. 상기 기판은 지지체로서, 리지드하거나 플렉서블 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판은 당업계에서 사용하는 공지된 기판을 사용할 수 있고, 이에 대한 일예로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 방향족 폴리에스테르, 또는 폴리이미드 등의 소재로 제조된 투명 플라스틱 기판, 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 기판의 두께는 태양전지에 사용되는 통상적인 기판의 두께일 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The first electrode 10 may be formed on a substrate. The substrate serves as a support and may be a rigid or flexible substrate. In addition, the substrate may be a known substrate used in the art, and examples thereof include transparent plastic made of materials such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, aromatic polyester, or polyimide. A substrate, glass substrate, quartz substrate, silicon substrate, etc. can be used. The thickness of the substrate may be that of a typical substrate used in solar cells, and the present invention is not particularly limited thereto.

상기 제1전극(10) 상에 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층 (20)이 형성되며, 제1금속산화물층이 전자수송층(20)일 경우 후술하는 광흡수층(40) 상에 구비되는 층은 정공수송층(50)이며, 제1금속산화물층이 정공수송층(20)일 경우 광흡수층(40) 상에 구비되는 층은 전자수송층(50)이다.An electron transport layer or hole transport layer 20, which is a first metal oxide layer, is formed on the first electrode 10, and when the first metal oxide layer is the electron transport layer 20, it is provided on the light absorption layer 40 to be described later. The layer is the hole transport layer 50, and when the first metal oxide layer is the hole transport layer 20, the layer provided on the light absorption layer 40 is the electron transport layer 50.

상기 제1금속산화물층은 정공수송층 또는 전자수송층으로 사용되는 공지된 금속산화물층이 구비될 수 있다. 이에 대한 일예로 정공수송층일 경우 제1금속산화물층은Ni, V, Cu 및 Mo 로 이루어진 군에서 선택된 1종 금속을 함유하는 금속산화물, 또는 적어도 2종의 이들 금속산화물을 포함할 수 있다.The first metal oxide layer may include a known metal oxide layer used as a hole transport layer or an electron transport layer. As an example of this, in the case of a hole transport layer, the first metal oxide layer may include a metal oxide containing one type of metal selected from the group consisting of Ni, V, Cu, and Mo, or at least two types of these metal oxides.

또는 전자수송층일 경우 제1금속산화물층은 Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb 및 Cd로 이루어진 군에서 선택된 1종 금속을 함유하는 금속산화물, 또는 적어도 2종의 이들 금속산화물을 포함할 수 있다. Or, in the case of an electron transport layer, the first metal oxide layer is a metal oxide containing one type of metal selected from the group consisting of Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb, and Cd, or at least two types. may include oxides of these metals.

상기 제1금속산화물층은 통상적인 방법으로 형성될 수 있으며, 일예로 증착 또는 금속산화물 나노입자를 포함하는 페이스트를 제1전극 상에 처리 후 열처리를 통해 형성될 수 있다. 이때, 상기 페이스트를 제1전극 상에 처리하는 방법은 통상적인 코팅방법에 의할 수 있고, 일예로 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating) 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 어느 하나의 방법일 수 있다. The first metal oxide layer may be formed by a conventional method, for example, through deposition or heat treatment after processing a paste containing metal oxide nanoparticles on the first electrode. At this time, the method of processing the paste on the first electrode may be a conventional coating method, for example, any one of spin coating, dip coating, and spray coating. It could be a way.

제1금속산화물층의 두께는 제1금속산화물층의 재질, 제1금속산화물층이 정공수송층인지 또는 전자수송층인지에 따라서 달라질 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. The thickness of the first metal oxide layer may vary depending on the material of the first metal oxide layer and whether the first metal oxide layer is a hole transport layer or an electron transport layer, and the present invention is not particularly limited thereto.

다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써 상기 제1금속산화물층 상에 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리하여 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층(30)을 형성시키는 단계를 수행한다. Next, in step (2) according to the present invention, the first metal oxide layer is treated with a solution containing a compound represented by the following formula (1) to form a first multi-functional layer having a perovskite with a two-dimensional crystal structure. The step of forming (30) is performed.

통상적인 페로브스카이트 광전 변환 소자의 경우 상술한 (1) 단계 이후에 광흡수층인 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층을 형성시키는 것이 일반적이다. 상기 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층은 이를 페로브스카이트 전구체를 함유한 용액을 처리해 형성되는데, 이때 상기 용액이 처리되는 면이 금속산화물인 경우 상기 용액이 목적하는 대로 금속산화물층 상을 충분히 덮지 못하는 표면 커버리지 문제나 형성된 페로브스카이트층과 금속산화물층 간 계면특성이 좋지 못해 태양전지의 효율이 저하되거나 및/또는 계면에서 분리가 쉽게 발생하여 종국적으로 태양전지의 효율, 장기 안정성, 내구성이 저하되는 문제점이 있다. In the case of a typical perovskite photoelectric conversion device, it is common to form a perovskite layer with a three-dimensional crystal structure, which is a light absorption layer, after step (1) described above. The perovskite layer having the three-dimensional crystal structure is formed by treating it with a solution containing a perovskite precursor. In this case, if the surface treated with the solution is a metal oxide, the solution forms the metal oxide layer as desired. Due to insufficient surface coverage or poor interface characteristics between the formed perovskite layer and the metal oxide layer, the efficiency of the solar cell is reduced and/or separation easily occurs at the interface, which ultimately affects the efficiency, long-term stability, and durability of the solar cell. There is a problem with this deterioration.

본 발명은 이를 방지하기 위해서 금속산화물층인 정공수송층이나 전자수송층 상에 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층인 제1다기능층(30)을 형성시키며, 이를 통해 금속산화물층과 광흡수층인 페로브스카이트층 간 계면특성과 계면 연결성을 증가시켜서 내구성, 장기 안정성이 개선되고, 보다 개선된 광전 변환 효율을 달성할 수 있다. In order to prevent this, the present invention forms a first multi-functional layer 30, which is a perovskite layer with a two-dimensional crystal structure, on a hole transport layer or an electron transport layer, which is a metal oxide layer, and through this, the metal oxide layer and the light absorption layer, Fe. By increasing the interfacial properties and interfacial connectivity between loskite layers, durability and long-term stability can be improved, and improved photoelectric conversion efficiency can be achieved.

이에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 도 5에서 확인되는 것과 같이 제1다기능층이 구비된 실시예1의 광전 변환 소자와 제1다기능층을 구비하지 않은 비교예1의 광전 변환 소자 간에 광흡수영역이 거의 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 그러나 도 6과 같이 제1다기능층의 유무에 따라서 실시예1의 광전 변환 소자는 비교예1의 광전 변환 소자에 대비해 광흡수층의 밴드갭이 더욱 커지는 효과가 있으며, 구체적으로 실시예1의 광전 변환 소자는 600㎚ 파장에서도 광발광이 발생하나, 비교예1의 광전 변환 소자는 광발광 파장이 650㎚를 초과하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예1의 광전 변화 소자는 비교예1의 광전 변화 소자에 대비해 우수한 태양전지 효율을 발현하는데(표 1 참조), 이는 제1다기능층을 통해 제1금속산화물층과 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 간 계면특성, 계면 연결성이 개선된 결과이다. This will be explained with reference to FIGS. 5 and 6. As can be seen in FIG. 5, the photoelectric conversion element of Example 1 is provided with a first multi-functional layer and the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 is not provided with a first multi-functional layer. It can be seen that the light absorption area is almost the same between the two. However, as shown in Figure 6, depending on the presence or absence of the first multi-functional layer, the photoelectric conversion device of Example 1 has the effect of increasing the band gap of the light absorption layer compared to the photoelectric conversion device of Comparative Example 1, and specifically, the photoelectric conversion device of Example 1 It can be seen that the device generates photoluminescence even at a wavelength of 600 nm, but the photoelectric conversion device of Comparative Example 1 has a photoluminescence wavelength exceeding 650 nm. In addition, the photoelectric conversion device of Example 1 exhibits superior solar cell efficiency compared to the photoelectric conversion device of Comparative Example 1 (see Table 1), which is achieved by combining the first metal oxide layer and the three-dimensional crystal structure through the first multi-functional layer. This is the result of improved interfacial properties and interfacial connectivity between perovskites.

한편, 상기 제1다기능층(30)은 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트이며, 제1다기능층(30) 상에는 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층(40)이 형성되는데, 이러한 적층구조는 당해 기술분야에 알려진 제조방법으로는 제조하기 어렵다. 즉, 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트나 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트 모두 당해 페로브스카이트를 형성시킬 수 있는 전구체 물질을 함유한 용액을 처리해 형성되는 용액공정으로 제조되는데, 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 제조에 사용되는 용매가 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 용해시킴에 따라서 종래에 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층 상에 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트를 형성시키지 못하였고, 단층에 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트와 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트가 혼합된 형태이거나 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트 상에 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트가 적층된 구조만이 구현 가능할 뿐이었다. 그러나 본 발명의 발명자는 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액으로 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 상에 3차원 결정구조의 페로브스카이트를 형성하기 위한 전구체 용액을 처리해도 제1금속산화물층의 금속성분과 하기 화학식1로 표시되는 화합물의 앵커링 그룹인 'A' 부분 간 이좌가교 또는 삼좌가교 등을 통한 흡착으로 인해서 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트가 용해되지 않고 형성된 층 상부에 안정적으로 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트를 형성시킬 수 있고, 이로 인해서 금속산화물층과 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트 간의 계면특성, 계면 연결성을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.Meanwhile, the first multi-functional layer 30 is a perovskite having a two-dimensional crystal structure, and a light absorption layer 40 having a perovskite having a three-dimensional crystal structure is provided on the first multi-functional layer 30. This layered structure is difficult to manufacture using manufacturing methods known in the art. In other words, both perovskite with a two-dimensional crystal structure and perovskite with a three-dimensional crystal structure are manufactured through a solution process in which a solution containing a precursor material capable of forming the perovskite is treated, 3 As the solvent used to produce perovskite with a two-dimensional crystal structure dissolves the perovskite with a two-dimensional crystal structure, a perovskite layer with a three-dimensional crystal structure has been conventionally used on a perovskite layer with a two-dimensional crystal structure. Perovskite could not be formed, and it was either a mixture of perovskite with a two-dimensional crystal structure in a single layer and perovskite with a three-dimensional crystal structure, or on perovskite with a three-dimensional crystal structure. Only a structure in which perovskites with a two-dimensional crystal structure were layered could be implemented. However, the inventor of the present invention claims that it is possible to process a precursor solution for forming a perovskite with a three-dimensional crystal structure on a perovskite with a two-dimensional crystal structure formed from a solution containing a compound represented by the following formula (1). 1 A perovskite with a two-dimensional crystal structure is formed without dissolving due to adsorption through bidentate or tridentate cross-linking between the metal component of the metal oxide layer and the 'A' portion, which is the anchoring group of the compound represented by the following formula (1). It was found that perovskite with a three-dimensional crystal structure can be stably formed on the top of the layer, and that this can improve the interfacial characteristics and interfacial connectivity between the metal oxide layer and the perovskite with a three-dimensional crystal structure. This led to the present invention.

[화학식 1] [Formula 1]

[AB][X][AB][X]

여기서 [AB]는 1가 유기 양이온이고, X는 1가 음이온이다. 여기서 A는 PO(OH)2, -CO(OH), 또는 -Si(OH)2이고, B는 -(R1R2R3R4N) 또는 -(R7R8N=CH-NR9R10)이고, 여기서 R1은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R5R6이며, 여기서 R5는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이고, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R6는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이며, R7은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R11R12이며, 여기서 R11은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이고, R12는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이며, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다. 여기서 R1 ~ R12 로 사용가능한 치환된 알킬렌(또는 알킬) 또는 치환된 아릴렌(또는 알릴)은 페로브스카이트 광전 변환 소자에 채택되는 공지된 치환기를 구비할 수 있으므로 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Here, [AB] is a monovalent organic cation, and X is a monovalent anion. Here, A is PO(OH) 2 , -CO(OH), or -Si(OH) 2 , and B is -(R 1 R 2 R 3 R 4 N) or -(R 7 R 8 N=CH-NR 9 R 10 ), where R 1 is C1 to C20. or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 5 R 6 , where R 5 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene. and R 2 , R 3 , and R 4 are each independently hydrogen or a C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, a C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, and R 6 is a C6 to C20 substituted or unsubstituted alkylene. Arylene, or C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, and R 7 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 11 R 12 , where R 11 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, and R 12 is C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or C1 to C20 substituted or unsubstituted alkyl. and R 8 , R 9 and R 10 are each independently hydrogen, substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl, or substituted or unsubstituted aryl. Here, the substituted alkylene (or alkyl) or substituted arylene (or allyl) that can be used as R 1 to R 12 may have a known substituent used in perovskite photoelectric conversion devices, so the present invention relates to this. Detailed explanations are omitted.

또한, 화학식1로 표시되는 화합물에서 X는 I-, Br-, Cl- 및 F- 중 어느 하나의 할로겐 음이온 또는 SCN- 음이온이다. Additionally, in the compound represented by Formula 1, X is any one of I - , Br - , Cl - and F - halogen anion or SCN - anion.

상기 화학식1로 표시되는 화합물은 A 부분인 앵커링 그룹이 금속산화물층의 금속 성분과 이좌가교(bidentate bridging), 이좌가교를 포함하는 수소결합 또는 삼좌가교(tridentate binding)를 유도하여 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트가 금속산화물층에 흡착된 상태를 이루게 함으로써 금속산화물층과 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 간의 계면특성, 계면 연결성을 개선시킬 수 있다(도 7 참조). 한편, 앵커링 그룹으로써 지방족 다가 알코올류 역시 금속산화물층 흡착될 수 있으나 탈착되기 쉬워서 금속산화물층과 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 간의 계면특성, 계면 연결성을 향상시키기 어려울 수 있다. In the compound represented by Formula 1, the anchoring group, which is part A, induces bidentate bridging, hydrogen bonding including bidentate bridging, or tridentate binding with the metal component of the metal oxide layer, forming a two-dimensional crystal structure. By allowing the perovskite to be adsorbed on the metal oxide layer, the interfacial characteristics and interfacial connectivity between the metal oxide layer and the perovskite with a three-dimensional crystal structure can be improved (see FIG. 7). Meanwhile, aliphatic polyhydric alcohols as anchoring groups can also be adsorbed to the metal oxide layer, but are easily desorbed, so it may be difficult to improve the interface characteristics and interfacial connectivity between the metal oxide layer and the perovskite with a three-dimensional crystal structure.

상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 공지의 유기반응을 이용해 다양한 방법으로 합성할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 이에 대한 일예로서, 화학식1로 표시되는 화합물이 요오드화 4-포스포노벤젠암모늄 (4-phosphonobenzenaminium iodide)인 경우를 설명하면, 하기 반응식과 같이 4-아미노프로필포스포닉산에 요오드화수소산(HI) 및 에탄올을 혼합한 후 30분 ~ 3시간 동안 교반하고, 반응이 종결된 후 에테르를 투입해 얻어지 유기 침전물을 여과해 수득될 수 있다. Since the compound represented by the above-mentioned formula 1 can be synthesized by various methods using known organic reactions, the present invention is not particularly limited thereto. As an example of this, if the compound represented by Formula 1 is 4-phosphonobenzenaminium iodide, hydroiodic acid (HI) and ethanol are added to 4-aminopropylphosphonic acid as shown in the reaction formula below. After mixing, the mixture is stirred for 30 minutes to 3 hours, and after the reaction is completed, ether is added and the resulting organic precipitate is filtered.

[반응식][Reaction formula]

한편, 상술한 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액은 화학식1로 표시되는 화합물을 용해시킬 수 있는 공지된 용매의 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 일예로, 이소프로필 알코올, ethanol, THF(Tetrahydrofuran) 및 클로로벤젠으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기용매를 사용할 수 있다. Meanwhile, the solution containing the compound represented by the above-described formula 1 can be used without limitation in any known solvent capable of dissolving the compound represented by formula 1, for example, isopropyl alcohol, ethanol, and THF (Tetrahydrofuran). And one or more organic solvents selected from the group consisting of chlorobenzene may be used.

화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 제1금속산화물층에 처리하는 방법은 공지된 코팅방법을 사용할 수 있고, 일예로 스핀 코팅 및 스프레이 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다. A method of treating the first metal oxide layer with a solution containing the compound represented by Formula 1 can use a known coating method, for example, spin coating and spray coating.

화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 제1금속산화물층에 처리한 후 열처리를 통해 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구현할 수 있고, 이때 열처리는 일예로 70 ~ 130℃의 온도로 5 ~ 60분간 수행될 수 있다. After treating the first metal oxide layer with a solution containing the compound represented by Formula 1, perovskite with a two-dimensional crystal structure can be realized through heat treatment. In this case, the heat treatment is, for example, at a temperature of 70 to 130 ° C. It can be performed for 5 to 60 minutes.

구현된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층(30)의 두께는 1nm ~ 100nm일 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다. The thickness of the first multi-functional layer 30 including perovskite having an implemented two-dimensional crystal structure may be 1 nm to 100 nm, which may be more advantageous in achieving the purpose of the present invention.

다음으로 본 발명에 따른 (3) 단계로써, 제1다기능층(30) 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 처리하여 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층(40)을 형성시키는 단계를 수행한다. Next, in step (3) according to the present invention, a perovskite precursor solution is processed on the first multi-functional layer 30 to form a light absorption layer 40 having a perovskite with a three-dimensional crystal structure. Follow the steps as instructed.

상기 광흡수층(40)에 구비되는 페로브스카이트는 태양전지 광흡수층에 적용되는 일반적인 페로브스카이트로서, 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트일 수 있고, 일예로 하기 화학식2로 표시되는 화합물인 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.The perovskite provided in the light absorption layer 40 is a general perovskite applied to the light absorption layer of solar cells, and may be a perovskite with a three-dimensional crystal structure. For example, it is a compound represented by the following formula 2: It may contain a perovskite material.

[화학식2][Formula 2]

[L][M][N]3 [L][M][N] 3

여기서, L은 1가의 유기 양이온, 1가의 금속 양이온 또는 이들이 혼합된 1가의 양이온일 수 있고, 구체적으로 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족금속, 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물을 포함할 수 있고, 일예로 포름아미디늄(FA, formamidinium), 메틸암모늄(MA. methylammonium), FAMA, CsFAMA 또는 (R13R14R15R16N)+(여기서, R13, R14, R15 및 R16은 각각 독립적으로 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 알킬페닐기, 알콕시페닐기 또는 알킬할라이드이다.), (Rb0.05FA0.95)+, (Cs0.1(FA0.8MA0.20.9)+ 등 일 수 있다. 한편, 1가의 유기 양이온가 1가의 무기 양이온이 혼합되어 1가의 양이온을 형성하는 경우 이들 1가의 유기 양이온과 1가의 무기 양이온은 각각 독립적인 형태로서 혼합 후 M 및 N과 함께 3차원의 페로브스카이트를 형성할 수 있다. Here, L may be a monovalent organic cation, a monovalent metal cation, or a mixture of these, and specifically includes amines, ammonium, Group 1 metals, Group 2 metals, and/or other cations or cation-like compounds. It can be done, for example, formamidinium (FA), methylammonium (MA. methylammonium), FAMA, CsFAMA or (R 13 R 14 R 15 R 16 N) + (where, R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are each independently a C1 to C5 linear alkyl group, a C3 to C5 branched alkyl group, a phenyl group, an alkylphenyl group, an alkoxyphenyl group or an alkyl halide.), (Rb 0.05 FA 0.95 ) + , (Cs 0. 1 (FA 0.8 MA 0.20.9 ) + etc. On the other hand, when monovalent organic cations and monovalent inorganic cations are mixed to form monovalent cations, these monovalent organic cations and monovalent inorganic cations are each independent, and after mixing, together with M and N, they form a three-dimensional perovskite. can be formed.

상기 M은 2가의 금속 양이온이고, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Sn2+, Pb2+, Bi2+, Ge2+, Ti2+, Eu2+ 및 Zr2+ 중에서 선택된 1종 또는 2종을 포함할 수 있다.The M is a divalent metal cation, Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , Bi 2+ , Ge 2+ , Ti 2+ , Eu 2+ and Zr It may include 1 or 2 types selected from 2+ .

또한, X는 적어도 1종의 1가 음이온으로서, F-, Cl-, Br- I- 및 SCN-(cyanide ion)에서 선택된 1종 이상의 할라이드 원소 및/또는 16족 음이온을 포함할 수 있으며, 구체적으로 X는 IxBrYClZSCN3-x+y+z(0≤x+y+z≤3)일 수 있다. In addition , X may be I x Br Y Cl Z SCN 3-x+y+z (0≤x+y+z≤3).

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 구체적으로 FAPbIxBr3-x(0≤x≤3), MAPbIxBr3-x(0≤x≤3), CsbMA1-aFAaPb1-bIxBr3-x(0≤x≤3), CH3NH3PbX3(X= Cl, Br, I, BrI2, 또는 Br2I), CH3NH3SnX3(X= Cl, Br 또는 I), CH(=NH)NH3PbX3(X= Cl, Br, I, BrI2, 또는 Br2I), CH(=NH)NH3SnX3(X= Cl, Br 또는 I) 등 일 수 있다.The compound represented by Formula 2 is specifically FAPbI x Br 3-x (0≤x≤3), MAPbI x Br 3-x (0≤x≤3), Cs b MA 1-a FA a Pb 1-b I x Br 3-x (0≤x≤3), CH 3 NH 3 PbX 3 (X = Cl, Br, I , BrI 2 , or Br 2 I), CH 3 NH 3 Sn or I), CH(=NH)NH 3 PbX 3 (X=Cl, Br, I, BrI 2 , or Br 2 I), CH(=NH)NH 3 SnX 3 (X=Cl, Br or I), etc. It can be.

또한, 상기 광흡수층은 동일한 페로브스카이트 물질로 구성된 단층이거나, 또는 서로 다른 페로브스카이트 물질로 각각 구성된 층이 다수 개로 적층된 다층 구조일 수도 있으며, 1종의 페로브스카이트 물질로 이루어진 광흡수층 내부에 기둥형상, 판형상, 침상, 와이어 형상, 막대 형성 등의 필라형상을 가지는 상기 1종의 페로브스카이트 물질과 다른 이종의 페로브스카이트 물질을 포함할 수도 있다.In addition, the light absorption layer may be a single layer made of the same perovskite material, or may be a multilayer structure in which multiple layers each made of different perovskite materials are stacked, and may be made of one type of perovskite material. Inside the light absorption layer, a different type of perovskite material other than the one type of perovskite material having a pillar shape such as a pillar shape, a plate shape, a needle shape, a wire shape, or a rod shape may be included.

3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층(40)은 제1다기능층(30) 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 처리하여 형성시킬 수 있다. 구체적으로 상기 페로브스카이트 전구체 용액은 유기할라이드(LN) 및 금속할라이드(MN2)를 함유하는 용액일 수 있다. The light absorption layer 40 including perovskite having a three-dimensional crystal structure can be formed by processing a perovskite precursor solution on the first multi-functional layer 30. Specifically, the perovskite precursor solution may be a solution containing organic halide (LN) and metal halide (MN 2 ).

상기 페로브스카이트 전구체 용액은 두 가지 방법으로 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구현할 수 있는데, 구체적으로 유기할라이드(LN) 및 금속할라이드(MN2)를 적절한 공지된 비율로 유기용매에 혼합한 용액을 제1다기능층(30) 상에 처리한 후 50 ~ 130℃로 열처리하거나(제1방법), 또는 금속할라이드(MN2) 함유 용액을 제1다기능층(30) 상에 처리한 후 50 ~ 150℃로 열처리하여 금속할라이드층을 형성시킨 뒤 금속할라이드층 상에 유기할라이드(LN) 함유 용액을 처리하여 50 ~ 160℃로 다시 열처리하여 구현시킬 수 있다(제2방법).The perovskite precursor solution can implement a perovskite with a three-dimensional crystal structure in two ways. Specifically, organic halide (LN) and metal halide (MN 2 ) are mixed in an organic solvent at an appropriate known ratio. The mixed solution is treated on the first multi-functional layer 30 and then heat-treated at 50 to 130° C. (method 1), or a solution containing metal halide (MN 2 ) is treated on the first multi-functional layer 30. It can then be heat treated at 50 to 150°C to form a metal halide layer, and then treated with a solution containing organic halide (LN) on the metal halide layer and heat treated again at 50 to 160°C (second method).

구현되는 광흡수층(40)의 두께는 통상적인 페로브스카이트 광전 변환 소자에서 광흡수층의 두께일 수 있으며, 일예로 400 ~ 600㎚일 수 있으나 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The thickness of the light absorption layer 40 implemented may be the thickness of a light absorption layer in a typical perovskite photoelectric conversion device, and may be, for example, 400 to 600 nm, but the present invention is not particularly limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상술한 (3) 단계와 후술하는 (4) 단계 사이에 3차원 결정구조의 페로브스카이트의 표면 결함을 제거시키기 위한 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)을 형성시키는 단계 및 패시베이션층(미도시)을 형성시키는 단계; 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)을 광흡수층(40) 상에 형성시킨 후 후술하는 (4) 단계를 수행하거나, 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)을 광흡수층(40) 상에 형성시킨 후 패시베이션층을 더 형성시키고 후술하는 (4) 단계를 수행하거나, 또는 광흡수층(40) 상에 패시베이션층을 형성시키고 후술하는 (4) 단계를 수행할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a perovskite layer having a two-dimensional crystal structure for removing surface defects of perovskite with a three-dimensional crystal structure between step (3) described above and step (4) described later. forming (70) and forming a passivation layer (not shown); Any one or more steps may be further included. That is, after forming the perovskite layer 70 with a two-dimensional crystal structure on the light absorption layer 40, step (4) described later is performed, or the perovskite layer 70 with a two-dimensional crystal structure is formed. After forming the light absorption layer 40, a passivation layer may be further formed and step (4) described later may be performed, or a passivation layer may be formed on the light absorption layer 40 and step (4) described later may be performed. .

여기서 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트층(70)은 공지된 2차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트 전구체를 함유한 용액을 처리하여 형성시킬 수 있다. 또한, 당해 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층에 상술한 제1다기능층의 형성을 위한 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리해 제2다기능층을 형성시킬 수도 있다. Here, the perovskite layer 70 having a two-dimensional crystal structure can be formed by processing a solution containing a perovskite precursor having a known two-dimensional crystal structure. In addition, the perovskite layer having the two-dimensional crystal structure may be treated with a solution containing the compound represented by Chemical Formula 1 for forming the first multi-functional layer described above to form a second multi-functional layer.

또한, 상기 패시베이션층(미도시)은 페로브스카이트 재질의 광흡수층을 부동태화시키기 위한 것으로서, 페로브스카이트 광전 변환 소자에 사용되는 공지된 재질로 구현될 수 있다. 일예로 상기 패시베이션층은 Al2O3, SnO2, TiO2, ZnO, NiO, MoO3, CuO, CuGaO2, Y2O3, SiNx, SiO2, Ta2O5, TFBA, AlFx, LiF 및 PbI2 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. In addition, the passivation layer (not shown) is used to passivate the light absorption layer made of perovskite material, and may be implemented with a known material used in perovskite photoelectric conversion devices. For example, the passivation layer is Al 2 O 3 , SnO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, MoO3, CuO, CuGaO 2 , Y 2 O 3 , SiN x , SiO 2 , Ta 2 O 5 , TFBA, AlF x , LiF And it may include at least one of PbI 2 .

다음으로 본 발명에 따른 (4) 단계로써, 상기 광흡수층(40) 상에 정공수송층 또는 전자수송층(50)을 형성시키는 단계를 수행한다. Next, in step (4) according to the present invention, a hole transport layer or an electron transport layer 50 is formed on the light absorption layer 40.

상기 정공수송층 또는 전자수송층(50)은 페로브스카이트 광전 변환 소자에 사용되는 통상적인 정공수송층 또는 전자수송층의 재질일 수 있고, 일예로 유기물질 또는 무기물 물질로 형성될 수 있다. The hole transport layer or electron transport layer 50 may be made of a typical hole transport layer or electron transport layer material used in perovskite photoelectric conversion devices, and may be formed of, for example, an organic material or an inorganic material.

전자수송층이 구비되는 경우 사용 가능한 무기물질은 태양전지 전자수송층에 사용되는 공지된 무기물질일 수 있고, 일예로 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 셀레니드, 금속 텔루르 화합물, 페로브스카이트, 무정형 Si, n형 그룹 IV 반도체, n형 그룹 III-V 반도체, n형 그룹 II-VI 반도체, n형 그룹 I-VII 반도체, n형 그룹 IV-VI 반도체, n형 그룹 V-VI 반도체, n형 그룹 II-V 반도체, 이들 중 도핑되거나 도핑되지 않은 것들 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있다. 또한, 일반적으로는 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 셀레니드, 금속 텔루르 화합물로부터 선택될 수 있다. When an electron transport layer is provided, the inorganic materials that can be used may be known inorganic materials used in solar cell electron transport layers, examples of which include metal oxides, metal sulfides, metal selenides, metal tellurium compounds, perovskites, amorphous Si, n-type Group IV semiconductor, n-type Group III-V semiconductor, n-type Group II-VI semiconductor, n-type Group I-VII semiconductor, n-type Group IV-VI semiconductor, n-type Group V-VI semiconductor, n-type Group II -V semiconductors, any of which may be doped or undoped. Additionally, it may generally be selected from metal oxides, metal sulfides, metal selenides, and metal tellurium compounds.

구체적으로 금속산화물은 티타늄, 주석, 아연, 니오븀(niobium), 탄탈, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디늄, 팔라듐, 또는 카드뮴을 금속성분으로 하는 1종 이상의 금속산화물일 수 있다. 또한, 상기 금속황화물은 카드뮴, 주석, 구리, 아연 황화물 중 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 금속 셀레니드 화합물은 카드뮴, 아연, 인듐, 및 갈륨 셀레니드 중 1종 이상일 수 있고 더 구체적인 일예로 Cu(In,Ga)Se2일 수 있다. 또한, 상기 금속 텔루르 화합물은 카드뮴, 아연, 및 주석 텔루르 화합물 중 1종 이상일 수 있고, 더 구체적인 일예로 CdTe일 수 있다.Specifically, the metal oxide may be one or more metal oxides containing titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium, or cadmium as a metal component. Additionally, the metal sulfide may be one or more of cadmium, tin, copper, and zinc sulfide. Additionally, the metal selenide compound may be one or more of cadmium, zinc, indium, and gallium selenide, and a more specific example may be Cu(In,Ga)Se 2 . Additionally, the metal tellurium compound may be one or more of cadmium, zinc, and tin tellurium compounds, and a more specific example may be CdTe.

또한, 전자수송층이 구비되는 경우 사용 가능한 유기 물질은 태양전지 전자수송층에 사용되는 공지된 유기물질일 수 있고, 일예로 풀러렌(fullerene) 또는 풀러렌 유도체, 페릴렌 (perylene) 또는 그것의 유도체를 포함하는 유기 전자 수송 물질, 또는 폴리 {[N,N0-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,50-(2,20-bithiophene)}(P(NDI2OD-T2))일 수 있다. In addition, when an electron transport layer is provided, organic materials that can be used may be known organic materials used in solar cell electron transport layers, for example, fullerene or fullerene derivatives, perylene or derivatives thereof. Organic electron transport material, or poly{[N,N0-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,50-(2 ,20-bithiophene)}(P(NDI2OD-T2)).

한편, 정공수송층이 구비되는 경우 사용 가능한 무기 물질은 태양전지 정공수송층에 사용되는 공지된 무기 물질일 수 있고, 일예로 니켈, 바나듐, 구리 또는 몰리브덴의 산화물; CuI, CuBr, CuSCN, 또는 CIS; 페로브스카이트; 무정형 Si; p형 그룹 IV 반도체, p형 그룹 III-V 반도체, p형 그룹 II-VI 반도체, p형 그룹 I-VII 반도체, p형 그룹 IV-VI 반도체, p형 그룹 V-VI 반도체, 그리고 p형 그룹 II-V 반도체를 포함하는 무기질 홀 수송체를 포함할 수 있으며, 이 무기질 물질은 도핑되거나 또는 도핑되지 않을 수 있다. On the other hand, when a hole transport layer is provided, the inorganic materials that can be used may be known inorganic materials used in solar cell hole transport layers, and examples include oxides of nickel, vanadium, copper, or molybdenum; CuI, CuBr, CuSCN, or CIS; perovskite; amorphous Si; p-type group IV semiconductors, p-type group III-V semiconductors, p-type group II-VI semiconductors, p-type group I-VII semiconductors, p-type group IV-VI semiconductors, p-type group V-VI semiconductors, and p-type group semiconductors. It may contain an inorganic hole transporter containing a II-V semiconductor, and this inorganic material may be doped or undoped.

또한, 정공수송층이 구비되는 경우 사용 가능한 유기 물질은 태양전지 정공수송층에 사용되는 공지된 유기 물질일 수 있고, 일예로 칼콘 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오렌 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤유도체, 실라잔 유도체, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메틸리딘계 화합물, 포르피린계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 폴리티오펜 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 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), N3(cisdi(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II), P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), 폴리아닐린(Polyaniline), Spiro-MeOTAD([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-pmethoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), CuSCN, CuI, PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate), PTAA (poly(triarylamine)), 2-PACz, 및/또는 MeO-2PACz을 포함할 수 있다.In addition, when a hole transport layer is provided, organic materials that can be used may be known organic materials used in solar cell hole transport layers, such as chalcone derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorene derivatives, hydrazone derivatives, and stilbene derivatives. , silazane derivatives, aromatic tertiary amine compounds, styrylamine compounds, aromatic dimethylidine-based compounds, porphyrin-based compounds, phthalocyanine-based compounds, polythiophene derivatives, polypyrrole derivatives, polyparaphenylenevinylene derivatives, pentacene ( pentacene), coumarin 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), N3(cisdi(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'- dicarboxylic acid)-ruthenium(II), P3HT (poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV (poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctylacyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly (3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene)), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl) amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-pmethoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), CuSCN, CuI , PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2, 6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt -(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9- hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9 ,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2, 7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PCDTBT(Poly [[9- (1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9) ,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene- cobenzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate), PTAA (poly(triarylamine)), 2-PACz, and/or MeO-2PACz. It can be included.

상술한 무기 또는 유기 물질을 이용해서 제조되는 정공수송층 또는 전자수송층(50)은 공지된 방법을 이용해 제조될 수 있다. 또한, 형성된 정공수송층 또는 전자수송층(50)의 두께 역시 태양전지에 채용되는 정공수송층 또는 전자수송층(50)의 두께를 채용하거나 이를 적절히 변경할 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The hole transport layer or electron transport layer 50 manufactured using the above-mentioned inorganic or organic material can be manufactured using a known method. In addition, the thickness of the formed hole transport layer or electron transport layer 50 can also be adopted or appropriately changed to the thickness of the hole transport layer or electron transport layer 50 used in the solar cell, so the present invention is not particularly limited thereto.

다음으로 본 발명에 따른 (5) 단계로서, 정공수송층 또는 전자수송층(50) 상에 제2전극(60)을 형성시키는 단계를 수행한다.Next, in step (5) according to the present invention, the step of forming the second electrode 60 on the hole transport layer or electron transport layer 50 is performed.

상기 제2전극(60)은 태양전지에 사용되는 공지된 전극일 수 있으며, 일예로 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C 및 전도성 고분자 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 코팅 또는 증착시켜서 형성할 수 있다. 또한, 제2전극(60)은 상술한 적어도 2종의 물질이 혼합되어 1개의 층으로 형성되거나, 적어도 2종의 물질 각각이 단일층을 형성하고, 이들 단일층이 적층된 다층구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2전극(60)의 두께는 태양전지에 채용되는 제2전극의 두께를 채용하거나 이를 적절히 변경할 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The second electrode 60 may be a known electrode used in solar cells, for example, selected from Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C and conductive polymers. It can be formed by coating or depositing one or more materials. In addition, the second electrode 60 may be formed as one layer by mixing at least two types of materials described above, or may be formed as a multilayer structure in which at least two types of materials each form a single layer and these single layers are stacked. You can. In addition, the thickness of the second electrode 60 can be adjusted to the thickness of the second electrode used in the solar cell or can be appropriately changed, so the present invention is not particularly limited thereto.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 것과 같이 페로브스카이트 광전 변환 소자(110)는 광흡수층(40)과 정공수송층 또는 전자수송층(50)이 제2금속산화물층일 경우 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)으로서 상술한 화학식1로 표시되는 화합물을 통해 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)을 구비시킬 수 있고, 이 경우 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층(70)은 다기능층으로써 기능하여 광흡수층과 제2금속산화물층인 정공수송층 또는 전자수송층(50) 간의 계면특성, 계면 연결성이 보다 개선될 수 있다. Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the perovskite photoelectric conversion device 110 has a light absorption layer 40 and a hole transport layer or electron transport layer 50 when the second metal oxide layer. The perovskite layer 70 having a two-dimensional crystal structure may be provided as a perovskite layer 70 having a two-dimensional crystal structure formed through a compound represented by the above-mentioned formula 1. In this case, the two-dimensional crystal structure The perovskite layer 70 having a function as a multi-functional layer can further improve the interface characteristics and interface connectivity between the light absorption layer and the hole transport layer or electron transport layer 50, which is the second metal oxide layer.

상술한 본 발명의 여러 실시예를 통해 제조된 페로브스카이트 광전 변환 소자(100,110)는 제1다기능층(30)을 통해서 광흡수층(40)과 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층(20) 간의 계면특성, 계면 연결성이 개선됨에 따라서 더 짧은 파장쪽, 예를 들어 600㎚ 파장에서 광발광(photoluminescence)이 발생되는 보다 넓어진 밴드갭을 가질 수 있고, 개선된 광전 변환 효율 및 장기안정성을 가질 수 있다. 이때 일예로 광흡수층에 사용되는 3차원 결정구조를 가지는 페로브스카이트는 400㎚ ~ 600㎚에서 광발광이 발생되는 페로브스카이트 일 수 있다. The perovskite photoelectric conversion devices (100, 110) manufactured through various embodiments of the present invention described above include a light absorption layer (40) and a first metal oxide layer (electron transport layer or hole transport layer) through the first multi-functional layer (30). 20) As the interfacial characteristics and interfacial connectivity are improved, it is possible to have a wider bandgap where photoluminescence occurs at a shorter wavelength, for example, 600 nm, and improved photoelectric conversion efficiency and long-term stability. You can have it. At this time, as an example, perovskite with a three-dimensional crystal structure used in the light absorption layer may be a perovskite that emits photoluminescence in the range of 400 nm to 600 nm.

또한, 본 발명은 제1다기능층의 구비로 인해서 도 6에 도시된 PL 스펙트럼을 통해서 알 수 있듯이 PL의 강도가 가장 큰 피크 때 파장인 제1파장을 기준으로 단파장과 장파장 쪽에서 비대칭의 스펙트럼을 구현시키며, 구체적으로 파장별 광발광(PL) 스펙트럼에서 최대 강도를 갖는 제1파장을 기준으로 광발광(PL)이 발생되는 최단파장인 제2파장에서 제1파장까지의 파장범위가 광발광이 발생되는 최장파장인 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위보다 더 크게 형성된 비대칭 스펙트럼이 구현되며, 단파장쪽으로 더 넓어진 밴드갭을 가질 수 있다. 이때, 일예로 제2파장에서 제1파장까지의 파장범위는 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위의 60%를 초과하는 더 넓은 파장범위를 가질 수 있다. 이때 PL 스펙트럼에서 최대 강도, 제1파장, 제2파장 및 제3파장을 도 8을 참조하여 설명하면, PL 스펙트럼에서 PL 최대 강도(PLmax)일 때의 파장(a)이 제1파장이며, 광발광(PL)이 발생되는 최단파장(b)이 제2파장, 광발광(PL)이 발생되는 최장파장(c)이 제3파장을 의미한다.In addition, due to the provision of the first multi-functional layer, the present invention implements an asymmetric spectrum in the short and long wavelengths based on the first wavelength, which is the wavelength at the peak when the intensity of PL is the highest, as can be seen through the PL spectrum shown in FIG. Specifically, in the photoluminescence (PL) spectrum for each wavelength, photoluminescence occurs in the wavelength range from the second wavelength, which is the shortest wavelength at which photoluminescence (PL) occurs, to the first wavelength, based on the first wavelength with the maximum intensity. An asymmetric spectrum that is larger than the wavelength range from the third wavelength, which is the longest wavelength, to the first wavelength is implemented, and the band gap can be wider toward the short wavelength. At this time, for example, the wavelength range from the second wavelength to the first wavelength may have a wider wavelength range exceeding 60% of the wavelength range from the third wavelength to the first wavelength. At this time, if the maximum intensity, first wavelength, second wavelength, and third wavelength in the PL spectrum are explained with reference to FIG. 8, the wavelength (a) at the PL maximum intensity (PL max ) in the PL spectrum is the first wavelength, The shortest wavelength (b) at which photoluminescence (PL) occurs is the second wavelength, and the longest wavelength (c) at which photoluminescence (PL) is generated is the third wavelength.

또한, 본 발명은 상술한 페로브스카이트 광전 변환 소자(100,110)를 이용한 페로브스카이트 태양전지를 포함하며, 페로브스카이트 광전 변환 소자 이외에 공지된 페로브스카이트 태양전지의 구성을 더 구비할 수 있다. In addition, the present invention includes a perovskite solar cell using the above-described perovskite photoelectric conversion elements (100, 110), and is further provided with the configuration of a known perovskite solar cell in addition to the perovskite photoelectric conversion element. can do.

또한, 본 발명은 상술한 페로브스카이트 광전 변환 소자를 이용해서 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지의 구현이 가능하며, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지(1000,1100)는 실리콘 광전 변환 소자(200) 및 상기 실리콘 광전 변환 소자(200) 상부에 페로브스카이트 광전 변환 소자(100',110')를 배치하여 구현될 수 있다. In addition, the present invention enables the implementation of a silicon-perovskite tandem solar cell using the above-described perovskite photoelectric conversion device, and when explained with reference to FIGS. 3 and 4, the silicon-perovskite tandem solar cell The batteries 1000 and 1100 may be implemented by disposing a silicon photoelectric conversion element 200 and perovskite photoelectric conversion elements 100' and 110' on top of the silicon photoelectric conversion element 200.

이때, 상기 페로브스카이트 광전 변환 소자(100',110')는 상술한 페로브스카이트 광전 변환 소자(100,110)의 정공수송층 또는 전자수송층(50)과 제2전극(60) 사이에 투명전극(80)을 더 구비시킨 것으로써, 상기 투명전극(80)은 상술한 제1전극(10)에 대한 설명과 동일하여 구체적인 설명은 생략한다.At this time, the perovskite photoelectric conversion elements (100', 110') have a transparent electrode between the hole transport layer or electron transport layer (50) of the above-described perovskite photoelectric conversion elements (100, 110) and the second electrode (60). By further providing (80), the transparent electrode (80) is the same as the description of the first electrode (10) described above, so detailed description will be omitted.

또한, 상기 실리콘 광전 변환 소자(200)는 공지된 실리콘계 태양전지일 수 있으며, 공지된 이종접합 실리콘 태양전지 또는 동종접합 실리콘 태양전지일 수 있다. 이에 대한 일예로서, 실리콘 광전 변환 소자(110)가 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, n 타입 결정질 실리콘 기판의 전후면에 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)으로 전면에 형성하며 후면에는 고농도 비정질 실리콘 (n+ a-Si:H) 층을 후면전계층으로 형성하는 구조를 가질 수 있다. 또는 동종접합(homojuction) 결정질 실리콘 태양전지일 경우 결정질 실리콘 기판의 제1 면에 배치된 에미터층을 구비하는 2층구조, 또는 결정질 실리콘 기판의 제2 면에 배치된 후면전계층을 더 구비하는 3층 구조를 가질 수도 있다.Additionally, the silicon photoelectric conversion element 200 may be a known silicon-based solar cell, a known heterojunction silicon solar cell, or a known homojunction silicon solar cell. As an example of this, when the silicon photoelectric conversion element 110 is a heterojunction silicon solar cell, very thin amorphous intrinsic silicon (i a-Si:H) is passivated on the front and back surfaces of the n-type crystalline silicon substrate. It is formed in layers, and a p-type high-concentration amorphous silicon (p a-Si:H) layer is formed on the front as an emitter layer, and a high-concentration amorphous silicon (n+ a-Si:H) layer is formed on the back as a back electric layer. It can have a structure. Or, in the case of a homojuction crystalline silicon solar cell, 3 further comprising a two-layer structure including an emitter layer disposed on the first side of the crystalline silicon substrate, or a back electric layer disposed on the second side of the crystalline silicon substrate. It may also have a layered structure.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples do not limit the scope of the present invention, and should be interpreted to aid understanding of the present invention.

<실시예1><Example 1>

제1전극으로써 기판을 구비한 2.5㎝×2.5㎝ ITO 전도성 투명기판에 수산화나트륨 세정용액에 넣고 1시간 동안 초음파 세척한 후, 증류수와 에탄올을 이용하여 세척하고, 질소가스를 이용해 건조시켰다. 세척된 ITO 전도성 투명기판을 IR 레이저로 부분 에칭 후 증착 공정을 이용하여 정공수송층으로써 NiOx 30nm 형성하였다. A 2.5 cm The cleaned ITO conductive transparent substrate was partially etched with an IR laser and then 30 nm of NiOx was formed as a hole transport layer using a deposition process.

이후 준비예1에서 준비된 화학식1-1로 표시되는 화합물을 함유한 용액 200㎕를 NiOx 상에 적하 시키고 3000rpm에서 30초간 스핀코팅한 후 100℃에서 열처리 하여 제1다기능층을 형성시켰다. Afterwards, 200 ㎕ of the solution containing the compound represented by Chemical Formula 1-1 prepared in Preparation Example 1 was dropped onto NiOx, spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds, and then heat treated at 100°C to form a first multifunctional layer.

이후 제1다기능층 상에 Cs0.1(FA0.75MA0.25)0.9Pb(I0.75Br0.23Cl0.02)3 조성의 1.4M 페로브스카이트 전구체 용액을 100㎕ 적하 시키고 5000rpm에서 30초간 스핀코팅한 뒤 다시 ethyl acetate 300㎕를 적하 시킨 후 5000rpm 3초 유지 후 100℃에서 20분간 열처리하여 최종 두께 500㎚인 광흡수층을 형성시켰다.Afterwards, 100㎕ of a 1.4M perovskite precursor solution with a composition of Cs 0.1 (FA 0.75 MA 0.25 ) 0.9 Pb (I 0.75 Br 0.23 Cl 0.02 ) 3 was dropped onto the first multi-functional layer, spin-coated at 5000 rpm for 30 seconds, and then again. 300㎕ of ethyl acetate was added dropwise, maintained at 5000rpm for 3 seconds, and heat treated at 100°C for 20 minutes to form a light absorption layer with a final thickness of 500nm.

이후 형성된 광흡수층 상에 열증착장비를 사용하여 전자수송층으로써 13㎚ 두께의 C60층을 형성 시켰다. 형성된 전자수송층 상에 Bathocuproine 1mg을 IPA 1ml에 용해시킨 용액 200㎕를 적하 시킨 후 4000rpm으로 30초 스핀코팅하여 엑시톤차단층을 형성시킨 뒤 열증착장비를 사용하여 두께 100nm로 Ag인 제2전극을 형성시켜서 페로브스카이트 광전 변환 소자를 제조하였다.Afterwards, a 13 nm thick C60 layer was formed as an electron transport layer on the formed light absorption layer using thermal evaporation equipment. 200㎕ of a solution of 1mg of bathocuproine dissolved in 1ml of IPA was dropped onto the formed electron transport layer, then spin-coated at 4000rpm for 30 seconds to form an exciton blocking layer, and then a second electrode made of Ag with a thickness of 100nm was formed using thermal evaporation equipment. A perovskite photoelectric conversion device was manufactured.

*준비예1*Preparation example 1

250㎖ 플라스크에 (4-aminophenyl)phosphonic acid(1.00 g, 5.34 mmol), Hydriodic acid (1.36 g, 10.68 mmol) 및 에탄올 (100 mL) 넣고 1 시간 동안 교반하였다. 반응이 종결된 뒤 에테르 50㎖를 투입하여 유기 침전물을 수득하였고, 이를 여과하여 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물인 4-phosphonobenzenaminium iodide 생성물을 얻었으며, 수득률은 95 % 이었다.(4-aminophenyl)phosphonic acid (1.00 g, 5.34 mmol), Hydriodic acid (1.36 g, 10.68 mmol), and ethanol (100 mL) were added to a 250 mL flask and stirred for 1 hour. After the reaction was completed, 50 ml of ether was added to obtain an organic precipitate, which was filtered to obtain 4-phosphonobenzenaminium iodide product, a compound represented by the following formula 1-1, with a yield of 95%.

1H NMR (300 MHz, Chloroform-d) δ 6.80~7.07 (d, J = 7.5 Hz, 2H), 7.09~7.24 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 4.8~5.0 (s, J = 8.2 Hz, 2H), 7.2 (t, J = 8.5 Hz, 2H). 1H NMR (300 MHz, Chloroform-d) δ 6.80~7.07 (d, J = 7.5 Hz, 2H), 7.09~7.24 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 4.8~5.0 (s, J = 8.2 Hz, 2H), 7.2 (t, J = 8.5 Hz, 2H).

[화학식 1-1][Formula 1-1]

이후 합성된 4-phosphonobenzenaminium iodide 4mg을 Isopropyl alcohol(IPA) 1ml에 용해시켜 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 함유하는 용액을 준비하였다.Afterwards, 4 mg of synthesized 4-phosphonobenzenaminium iodide was dissolved in 1 ml of isopropyl alcohol (IPA) to prepare a solution containing the compound represented by Formula 1-1.

<비교예1><Comparative Example 1>

실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 제1다기능층의 제조를 생략하고 NiOx 정공수송층 상에 광흡수층을 형성시킨 페로브스카이트 광전 변환 소자를 제조하였다.A perovskite photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the production of the first multi-functional layer was omitted and a light absorption layer was formed on the NiO x hole transport layer.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예1 및 비교예1에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자의 전류-전압 특성 및 효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The current-voltage characteristics and efficiency of the perovskite photoelectric conversion device according to Example 1 and Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in Table 1 below.

Voc(V)Voc(V) Jsc(mA/㎠)Jsc(mA/㎠) FF(%)FF(%) Best eff.(%)Best eff.(%) Avg. eff.(%)Avg. eff.(%) 실시예1Example 1 1.1781.178 21.32321.323 80.6180.61 20.2520.25 20.1820.18 비교예1Comparative Example 1 1.1541.154 20.64220.642 75.9475.94 18.4118.41 18.1018.10

표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 2차원 결정구조의 페로브스카이트인 제1다기능층의 구비로 인하여 실시예1의 광전 변환 소자가 태양전지 모든 효율 파라미터에서 비교예1의 광전 변환 소자에 대비해 개선된 것을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 1, the photoelectric conversion device of Example 1 is improved compared to the photoelectric conversion device of Comparative Example 1 in all solar cell efficiency parameters due to the provision of the first multi-functional layer, which is a perovskite with a two-dimensional crystal structure. You can check that.

<실험예2><Experimental Example 2>

실시예1 및 비교예1에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자에 대해서 UV-vis 측정기를 이용해 측정된 파장별 광흡수 스펙트럼을 도 5에 나타내었다. The light absorption spectra by wavelength measured using a UV-vis meter for the perovskite photoelectric conversion devices according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 5.

또한, 실시예1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자에 대해서 photoluminescence spectroscopy 를 이용해 PL 스펙트럼을 측정한 후 그 결과를 표 2와 도 6에 나타내었다.In addition, the PL spectrum of the perovskite photoelectric conversion devices according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was measured using photoluminescence spectroscopy, and the results are shown in Table 2 and Figure 6.

실시예1Example 1 비교예1Comparative Example 1 제1파장(㎚)First wavelength (㎚) 735735 735735 제2파장(㎚)Second wavelength (㎚) 590590 650650 제3파장(㎚)Third wavelength (㎚) 820820 820820 A(%)A(%) 70.670.6 00 600㎚ PL 발생유무600㎚ PL occurrence or not ××

여기서 A는 하기 식으로 계산된다.Here, A is calculated by the following equation.

[식][ceremony]

표 2, 도 5 및 도 6을 통해 확인할 수 있듯이, As can be seen through Table 2, Figures 5 and 6,

실시예1과 비교예1에 따른 광전 변환 소자 간 광흡수영역이 거의 동일했다. 그러나 금속산화물층과 흡착된 상태의 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트인 제1다기능층을 구비한 실시예1의 광전 변환 소자는 600㎚ 파장에서도 광발광이 발생하나, 비교예1의 광전 변환 소자는 650㎚를 초과하는 파장에서 광발광이 발생하는 것을 알 수 있고, 이를 통해서 비교예1의 광전 변환 소자에 대비해 실시예1의 광전 변환 소자에서 밴드갭이 더욱 커지는 효과가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예1에 따른 광전 변환 소자는 PL 스펙트럼에서 상기 식을 통해 계산된 A값이 0%로 최대 강도를 갖는 파장에 기준해 스펙트럼이 거의 대칭이나, 실시예1에 따른 광전 변환 소자는 PL 스펙트럼에서 상기 식을 통해 계산된 A값이 70.6%로 최대 강도를 갖는 파장에 기준해 스펙트럼이 단파장 쪽으로 더 넓어진 비대칭 스펙트럼을 가지는 것을 알 수 있다. The light absorption area between the photoelectric conversion elements according to Example 1 and Comparative Example 1 was almost the same. However, the photoelectric conversion device of Example 1, which has a metal oxide layer and a first multi-functional layer of perovskite with an adsorbed two-dimensional crystal structure, generates photoluminescence even at a wavelength of 600 nm, but the photoelectric conversion device of Comparative Example 1 It can be seen that the device generates photoluminescence at a wavelength exceeding 650 nm, and through this, it can be confirmed that the band gap in the photoelectric conversion device of Example 1 is further increased compared to the photoelectric conversion device of Comparative Example 1. . In addition, the photoelectric conversion device according to Comparative Example 1 has an A value of 0% calculated through the above equation in the PL spectrum, and the spectrum is almost symmetrical based on the wavelength with the maximum intensity. However, the photoelectric conversion device according to Example 1 has a PL spectrum of 0%. In the spectrum, the A value calculated through the above equation is 70.6%, which shows that the spectrum has an asymmetric spectrum that is wider toward short wavelengths based on the wavelength with the maximum intensity.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , other embodiments can be easily proposed by change, deletion, addition, etc., but this will also be said to be within the scope of the present invention.

Claims (14)

(1) 제1전극 상에 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층을 형성시키는 단계;
(2) 상기 제1금속산화물층 상에 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리하여 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층을 형성시키는 단계;
(3) 상기 제1다기능층 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 처리하여 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층을 형성시키는 단계;
(4) 상기 광흡수층 상에 정공수송층 또는 전자수송층을 형성시키는 단계; 및
(5) 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 제2전극을 형성시키는 단계;를 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법:
[화학식 1]
[AB][X]
여기서 [AB]는 1가 유기 양이온이고, X는 1가 음이온이며,
A는 -PO(OH)2, -CO(OH), 또는 -Si(OH)2 이고, B는 -(R1R2R3R4N) 또는 -(R7R8N=CH-NR9R10)이며,
여기서 R1은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R5R6이고, 여기서 R5는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R6는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이고, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며,
R7은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 R11R12이고, 여기서 R11은 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌, 또는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌이며, R12는 C6 ~ C20인 치환 또는 비치환의 아릴렌, 또는 C1 ~ C20인 치환 또는 비치환의 알킬렌이고,
R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이며,
X는 I-, Br-, Cl- 및 F- 중 어느 하나의 할로겐 음이온 또는 SCN- 음이온이고,
[화학식2]
[L][M][N]3
여기서, L은 1가의 유기 양이온, 1가의 금속 양이온 또는 이들이 혼합된 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이고, N은 적어도 하나의 음이온이다.
(1) forming an electron transport layer or a hole transport layer, which is a first metal oxide layer, on the first electrode;
(2) forming a first multi-functional layer including perovskite having a two-dimensional crystal structure by treating the first metal oxide layer with a solution containing a compound represented by the following formula (1);
(3) forming a light absorption layer including perovskite having a three-dimensional crystal structure, which is a compound represented by the following formula (2) by treating the perovskite precursor solution on the first multi-functional layer;
(4) forming a hole transport layer or electron transport layer on the light absorption layer; and
(5) forming a second electrode on the hole transport layer or the electron transport layer; a perovskite photoelectric conversion device manufacturing method comprising:
[Formula 1]
[AB][X]
Here, [AB] is a monovalent organic cation, X is a monovalent anion,
A is -PO(OH) 2 , -CO(OH), or -Si(OH) 2 , and B is -(R 1 R 2 R 3 R 4 N) or -(R 7 R 8 N=CH-NR 9 R 10 ),
Here, R 1 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 5 R 6 , where R 5 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6. ~ C20 substituted or unsubstituted arylene, R 6 is C6 ~ C20 substituted or unsubstituted arylene, or C1 ~ C20 substituted or unsubstituted alkylene, R 2 , R 3 , R 4 are each independently Hydrogen, substituted or unsubstituted alkylene with C1 to C20, substituted or unsubstituted arylene with C6 to C20,
R 7 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or R 11 R 12 , where R 11 is C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene, or C6 to is a C20 substituted or unsubstituted arylene, and R 12 is a C6 to C20 substituted or unsubstituted arylene, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted alkylene,
R 8 , R 9 and R 10 are each independently hydrogen, substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl, or substituted or unsubstituted aryl,
X is any one of I - , Br - , Cl - and F - halogen anion or SCN - anion,
[Formula 2]
[L][M][N] 3
Here, L is a monovalent organic cation, a monovalent metal cation, or a mixture thereof, M is a divalent metal cation, and N is at least one anion.
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유한 용액을 처리 시 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 상기 제1금속산화물층에 흡착되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법.
According to paragraph 1,
A method of manufacturing a perovskite photoelectric conversion device, characterized in that when a solution containing the compound represented by Formula 1 is treated in step (2), the compound represented by Formula 1 is adsorbed to the first metal oxide layer.
삭제delete 제1항에 있어서,
(3) 단계와 (4) 단계 사이에
3차원 결정구조의 페로브스카이트의 표면 결함을 제거시키기 위한 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층을 형성시키는 단계; 및
패시베이션층을 형성시키는 단계; 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자 제조방법.
According to paragraph 1,
Between steps (3) and (4)
Forming a perovskite layer with a two-dimensional crystal structure to remove surface defects of the perovskite with a three-dimensional crystal structure; and
forming a passivation layer; A method of manufacturing a perovskite photoelectric conversion device further comprising any one or more steps.
제1전극;
상기 제1전극 상에 형성된 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층;
상기 제1금속산화물층 상에 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층;
상기 제1다기능층 상에 형성된 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 형성된 제2전극;을 포함하며,
파장별 광발광(PL) 스펙트럼에서 최대 강도를 갖는 제1파장을 기준으로 광발광(PL)이 발생되는 최단파장인 제2파장에서 제1파장까지의 파장범위가 광발광이 발생되는 최장파장인 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위보다 더 크게 형성된 페로브스카이트 광전 변환 소자:
[화학식2]
[L][M][N]3
여기서, L은 1가의 유기 양이온, 1가의 금속 양이온 또는 이들이 혼합된 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이고, N은 적어도 하나의 음이온이다.
first electrode;
An electron transport layer or hole transport layer that is a first metal oxide layer formed on the first electrode;
A first multi-functional layer including perovskite having a two-dimensional crystal structure formed on the first metal oxide layer;
A light absorption layer having a perovskite having a three-dimensional crystal structure, which is a compound represented by the following formula (2), formed on the first multi-functional layer;
A hole transport layer or electron transport layer formed on the light absorption layer; and
It includes a second electrode formed on the hole transport layer or the electron transport layer,
Based on the first wavelength with the maximum intensity in the photoluminescence (PL) spectrum by wavelength, the wavelength range from the second wavelength, which is the shortest wavelength at which photoluminescence (PL) occurs, to the first wavelength, is the longest wavelength at which photoluminescence (PL) occurs. Perovskite photoelectric conversion element formed larger than the wavelength range from the third wavelength to the first wavelength:
[Formula 2]
[L][M][N] 3
Here, L is a monovalent organic cation, a monovalent metal cation, or a mixture thereof, M is a divalent metal cation, and N is at least one anion.
제5항에 있어서,
제2파장에서 제1파장까지의 파장범위는 제3파장에서 제1파장까지의 파장범위의 60%를 초과하는 더 넓은 파장범위를 갖는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 변환 소자.
According to clause 5,
A perovskite photoelectric conversion device, characterized in that the wavelength range from the second wavelength to the first wavelength has a wider wavelength range exceeding 60% of the wavelength range from the third wavelength to the first wavelength.
제1전극;
상기 제1전극 상에 형성된 제1금속산화물층인 전자수송층 또는 정공수송층;
상기 제1금속산화물층 상에 형성된 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비한 제1다기능층;
상기 제1다기능층 상에 형성된 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트를 구비하고, 400 ~ 600nm에서 광발광이 발생하는 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 형성된 제2전극;을 포함하며,
600㎚ 파장의 광발광(photoluminescence)이 발생되는 페로브스카이트 광전 변환 소자:
[화학식2]
[L][M][N]3
여기서, L은 1가의 유기 양이온, 1가의 금속 양이온 또는 이들이 혼합된 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이고, N은 적어도 하나의 음이온이다.
first electrode;
An electron transport layer or hole transport layer that is a first metal oxide layer formed on the first electrode;
A first multi-functional layer including perovskite having a two-dimensional crystal structure formed on the first metal oxide layer;
A light absorption layer having a perovskite having a three-dimensional crystal structure, which is a compound represented by the following formula (2) formed on the first multi-functional layer, and generating photoluminescence at 400 to 600 nm;
A hole transport layer or electron transport layer formed on the light absorption layer; and
It includes a second electrode formed on the hole transport layer or the electron transport layer,
Perovskite photoelectric conversion device that generates photoluminescence at a wavelength of 600 nm:
[Formula 2]
[L][M][N] 3
Here, L is a monovalent organic cation, a monovalent metal cation, or a mixture thereof, M is a divalent metal cation, and N is at least one anion.
삭제delete 제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트는 제1금속산화물층에 흡착된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 변환 소자.
According to clause 5 or 7,
A perovskite photoelectric conversion device, characterized in that the perovskite having the two-dimensional crystal structure is adsorbed on the first metal oxide layer.
제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1금속산화물층은 Ni, V, Mo, Cu, Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb 및 Cd로 이루어진 군에서 선택된 1종 금속을 함유하는 금속산화물, 또는 적어도 2종의 이들 금속산화물을 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자.
According to clause 5 or 7,
The first metal oxide layer is a metal oxide containing one type of metal selected from the group consisting of Ni, V, Mo, Cu, Ti, Sn, Zn, Nb, Ta, W, In, Ga, Nd, Pb and Cd, Or a perovskite photoelectric conversion device containing at least two types of these metal oxides.
제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 3차원 결정구조의 페로브스카이트 표면 결함을 제거시키기 위한 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층을 더 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자.
According to clause 5 or 7,
A perovskite photoelectric conversion device further comprising a perovskite layer having a two-dimensional crystal structure on the light absorption layer to remove surface defects of the perovskite having a three-dimensional crystal structure.
제11항에 있어서,
상기 2차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트층 상에 패시베이션층을 더 포함하는 페로브스카이트 광전 변환 소자.
According to clause 11,
A perovskite photoelectric conversion device further comprising a passivation layer on the perovskite layer having the two-dimensional crystal structure.
제5항 또는 제7항에 따른 페로브스카이트 광전 변환 소자를 포함하는 페로브스카이트 태양전지.A perovskite solar cell comprising the perovskite photoelectric conversion element according to claim 5 or 7. 실리콘 광전 변환 소자; 및
상기 실리콘 광전 변환 소자 상부에 배치되는 제5항 또는 제7항에 따른 페로브스카이트 광전 변화 소자;를 포함하는 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지.
Silicon photoelectric conversion element; and
A silicon-perovskite tandem solar cell comprising a perovskite photoelectric conversion element according to claim 5 or 7 disposed on the silicon photoelectric conversion element.
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