KR102670528B1 - SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF - Google Patents

SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF Download PDF

Info

Publication number
KR102670528B1
KR102670528B1 KR1020220055692A KR20220055692A KR102670528B1 KR 102670528 B1 KR102670528 B1 KR 102670528B1 KR 1020220055692 A KR1020220055692 A KR 1020220055692A KR 20220055692 A KR20220055692 A KR 20220055692A KR 102670528 B1 KR102670528 B1 KR 102670528B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electron transport
transport layer
sno
present disclosure
Prior art date
Application number
KR1020220055692A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230046938A (en
Inventor
신성식
전남중
이다슬
김기웅
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Publication of KR20230046938A publication Critical patent/KR20230046938A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102670528B1 publication Critical patent/KR102670528B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/032Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022466Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 전자 수송층은, SnO2 층 및 SnO2 층 상에 Zn가 도핑된 SnO2을 포함한다.The electron transport layer according to an embodiment of the present disclosure includes a SnO 2 layer and SnO 2 doped with Zn on the SnO 2 layer.

Description

SnO2 전자수송층 및 이를 이용한 광소자{SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF}SnO2 electron transport layer and optical device using the same {SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF}

본 개시는 SnO2 전자수송층 및 이를 이용한 광소자에 관한 것이다.The present disclosure relates to a SnO 2 electron transport layer and an optical device using the same.

기후변화에 대응할 수 있는 환경 친화적이고 지속 가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다. 광소자는 광전변환소자 및 전광변환소자를 모두 포괄하는데, 광전변환소자 중 하나인 태양전지는 지속 가능한 에너지 기술로서 미래의 에너지 수요에 능동적으로 대응할 수 있는 해결책으로 각광받고 있다. 태양전지는 태양광발전의 가장 기본단위이자 태양광에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로서, 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용한다.The need to develop environmentally friendly and sustainable energy technologies that can respond to climate change is increasing. Optical devices include both photoelectric conversion devices and electro-optical conversion devices, and solar cells, one of the photoelectric conversion devices, are in the spotlight as a sustainable energy technology and a solution that can actively respond to future energy demands. Solar cells are the most basic unit of solar power generation and are semiconductor devices that convert solar energy into electrical energy, using the photovoltaic effect.

하지만 오늘날 태양전지 기술은 미래의 에너지 수요를 대체할 정도의 효율을 보이지 못하기 때문에, 현재의 기술 수준을 뛰어넘는 기술 혁신이 필요한 상황이다. 이에 차세대 태양전지로서 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지, 양자점 태양전지, 페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cell, PSC)와 같은 혁신적 소재를 바탕으로 한 기술들이 개발되어 왔다.However, because today's solar cell technology is not efficient enough to replace future energy demands, technological innovation that goes beyond the current technology level is needed. Accordingly, technologies based on innovative materials such as dye-sensitized solar cells, organic solar cells, quantum dot solar cells, and perovskite solar cells (PSC) have been developed as next-generation solar cells.

그 중에서도 페로브스카이트 태양전지는 종래 실리콘 태양전지를 대체할 박막 태양전지의 한 축으로 도약하였다. 정공 수송물질, 광흡수물질, 및 전자 수송물질을 포함하는 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질을 광흡수물질로 이용하여 현저히 높은 광기전 효과를 나타낸다.Among them, perovskite solar cells have taken a leap forward as one of the thin-film solar cells that can replace conventional silicon solar cells. A perovskite solar cell containing a hole transport material, a light absorbing material, and an electron transport material exhibits a significantly high photovoltaic effect by using the perovskite material as a light absorbing material.

그러나 페로브스카이트 태양전지는 빛이나 열, 습도에 대한 불안정성을 가지므로 제한 사항이 많다. 예를 들어, 전자수송층으로서의 SnO2는 얇은 층으로 코팅되므로 균일하고 치밀한 코팅이 어려워 장기 안정성 측면에서 문제가 있었다.However, perovskite solar cells have many limitations because they are unstable to light, heat, and humidity. For example, SnO 2 as an electron transport layer is coated in a thin layer, so it is difficult to achieve uniform and dense coating, which poses a problem in terms of long-term stability.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 고효율성과 고내구성을 가지는 SnO2 전자수송층을 제공한다.Embodiments disclosed herein provide a SnO 2 electron transport layer with high efficiency and high durability.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 고효율성과 고내구성을 가지는 페로브스카이트 광소자를 제공한다.Embodiments disclosed herein provide perovskite optical devices with high efficiency and high durability.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 Bi-Layer 구조의 SnO2 전자수송층을 이용하여 SnO2 전자 수송층의 물성을 향상시킨다.Embodiments disclosed in this specification improve the physical properties of the SnO 2 electron transport layer by using a SnO 2 electron transport layer of a bi-layer structure.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 유연 소자에 적용하더라도, 유리 소자에서 구현한 수준의 효율을 가지는 SnO2 전자수송층을 포함하는 페로브스카이트 광소자를 제공한다.Embodiments disclosed in this specification provide a perovskite optical device including a SnO 2 electron transport layer that has the same level of efficiency as that achieved in a glass device, even when applied to a flexible device.

본 개시의 일 실시예에 따른 전자 수송층은, SnO2 층 및 SnO2 층 상에 Zn가 도핑된 SnO2 층을 포함한다.The electron transport layer according to an embodiment of the present disclosure includes a SnO 2 layer and a SnO 2 layer doped with Zn on the SnO 2 layer.

본 개시의 일 실시예에 따르면, SnO2 층 및 Zn가 도핑된 SnO2 층은 bi-layer 구조를 가진다.According to one embodiment of the present disclosure, the SnO 2 layer and the Zn-doped SnO 2 layer have a bi-layer structure.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 전자 수송층은 ITO 전극 상에 형성된다.According to one embodiment of the present disclosure, the electron transport layer is formed on the ITO electrode.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 전자 수송층은 유연 소자 및 유리 소자에 모두 사용 가능하다.According to one embodiment of the present disclosure, the electron transport layer can be used in both flexible devices and glass devices.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 전자 수송층은 저온 공정으로 제조된다.According to one embodiment of the present disclosure, the electron transport layer is manufactured through a low temperature process.

본 개시의 일 실시예에 따르면, Zn가 도핑된 SnO2 층은 나노로드(Nano Rod)로 구성된다.According to one embodiment of the present disclosure, the Zn-doped SnO 2 layer is composed of nanorods.

본 개시의 일 실시예에 따른 광소자는, 상술한 실시예에 따른 전자 수송층을 포함한다.An optical device according to an embodiment of the present disclosure includes an electron transport layer according to the above-described embodiment.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 고효율성과 고내구성을 가지는 SnO2 전자수송층을 제공한다.According to various embodiments of the present disclosure, a SnO 2 electron transport layer having high efficiency and high durability is provided.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 고효율성과 고내구성을 가지는 페로브스카이트 광소자를 제공한다.According to various embodiments of the present disclosure, a perovskite optical device having high efficiency and high durability is provided.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, Bi-Layer 구조의 SnO2 전자수송층을 이용하여 SnO2 전자 수송층의 물성을 향상시킨다.According to various embodiments of the present disclosure, the physical properties of the SnO 2 electron transport layer are improved by using the SnO 2 electron transport layer with a bi-layer structure.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 유연 소자에 적용하더라도, 유리 소자에서 구현한 수준의 효율을 가지는 SnO2 전자수송층을 포함하는 페로브스카이트 광소자를 제공한다.According to various embodiments of the present disclosure, a perovskite optical device including a SnO 2 electron transport layer is provided, which has the level of efficiency achieved in a glass device even when applied to a flexible device.

본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 ITO 상에 형성된 전자 수송층(single layer)를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따라 ITO 상에 형성된 전자 수송층(bi-layer)를 도시하는 도면이다.
도 3 내지 6은 유리 소자에서 측정한 single layer 및 bi-layer의 데이터 그래프에 해당한다.
도 7은 유연 소자에서 측정한 bi-layer의 데이터 그래프에 해당한다.
Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings described below, in which like reference numerals indicate like elements, but are not limited thereto.
1A and 1B are diagrams showing an electron transport layer (single layer) formed on ITO according to the prior art.
2A and 2B are diagrams showing an electron transport layer (bi-layer) formed on ITO according to an embodiment of the present disclosure.
Figures 3 to 6 correspond to data graphs of single layer and bi-layer measured in glass devices.
Figure 7 corresponds to a bi-layer data graph measured in a flexible device.

본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the present disclosure will be briefly described, and the disclosed embodiments will be described in detail. The terms used in this specification are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present disclosure, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the related field, the emergence of new technology, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Accordingly, the terms used in this disclosure should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present disclosure, rather than simply the name of the term.

본 개시에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.In this disclosure, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly specifies the singular. Additionally, plural expressions include singular expressions, unless the context clearly specifies plurality.

본 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In the present disclosure, when a part includes a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 개시에서 "A 및/또는 B"의 기재는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.In this disclosure, description of “A and/or B” means A, or B, or A and B.

본 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약" 등은 허용오차가 존재할 때 허용오차를 포괄하는 의미로 사용된 것이다.The term "about" or the like used in the present disclosure is used to encompass tolerance when tolerance exists.

본 개시에서, 마쿠쉬 형식의 표현에 포함된 "적어도 어느 하나"의 용어는 마쿠쉬 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In the present disclosure, the term “at least any one” included in the Markush format expression means including one or more selected from the group consisting of constituent elements described in the Markush format expression.

본 개시에서, "페로브스카이트" 또는 "PE"는 페로브스카이트 결정구조를 가지는 물질을 의미하며, ABX3의 결정구조 외에도 다양한 페로브스카이트 결정구조를 가질 수 있다.In the present disclosure, “perovskite” or “PE” refers to a material having a perovskite crystal structure, and may have various perovskite crystal structures in addition to the crystal structure of ABX 3 .

본 개시에서, "광소자"는 광전변환 소자와 전광변환 소자를 모두 포함하는 의미로 사용된다. 예컨대, 광소자는 태양광 전지(Solar Cell), LED(Light Emitting Diode), 광검출기(Photodetector), X-선 검출기(X-ray detector), 레이저(Laser)를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present disclosure, “optical device” is used to include both photoelectric conversion devices and electro-optical conversion devices. For example, optical devices include, but are not limited to, solar cells, light emitting diodes (LEDs), photodetectors, X-ray detectors, and lasers.

본 개시에서, 용어 "할라이드", "할로겐", "할로겐화물" 또는 "할로"는 주기율표의 17 족에 속하는 할로겐 원자가 작용기의 형태로 포함되어 있는 재질 또는 조성물을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 염소, 브롬, 불소 또는 요오드 화합물을 포함할 수 있다.In the present disclosure, the term "halide", "halogen", "halogenide" or "halo" refers to a material or composition containing a halogen atom belonging to group 17 of the periodic table in the form of a functional group, for example, chlorine , bromine, fluorine or iodine compounds.

본 개시에서, 용어 "층"은 두께를 가지는 레이어(layer) 형태를 의미한다. 층은 다공성에 해당하거나 비-다공성에 해당할 수 있다. 다공성은 공극률을 가지는 것을 의미한다. 층은 전체적으로 벌크(bulk) 형태를 가지거나 또는 단결정 박막(single crystal thin film)에 해당할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present disclosure, the term “layer” refers to a layer having a thickness. The layer may be porous or non-porous. Porosity means having porosity. The layer may have an overall bulk shape or may correspond to a single crystal thin film, but is not limited thereto.

본 개시에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상"에 위치하고 있다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우 뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In the present disclosure, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where a member is in contact with another member, but also the case where another member exists between the two members, unless specifically stated to the contrary. do.

본 개시에서, 별다른 추가 설명 없이 단순히 효율로만 기재되어 있는 경우, 해당 효율은 전력 변환 효율(Power Conversion Efficiency, PCE)을 의미한다.In the present disclosure, when efficiency is simply described without any additional explanation, the efficiency refers to power conversion efficiency (PCE).

본 개시에서, double layer는 bi-layer와 동일한 의미로 사용되며, double layer 및 bi-layer는 이중층을 의미할 수 있다.In the present disclosure, double layer is used with the same meaning as bi-layer, and double layer and bi-layer may mean a double layer.

본 개시에서, 유리 소자는 유리 기재를 포함하는 소자를 의미한다.In the present disclosure, glass device refers to a device that includes a glass substrate.

이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, specific details for implementing the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings. However, in the following description, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if there is a risk of unnecessarily obscuring the gist of the present disclosure.

개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.Advantages and features of the disclosed embodiments and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the present disclosure is complete and that the present disclosure does not convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided only for complete information.

첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.In the accompanying drawings, identical or corresponding components are given the same reference numerals. Additionally, in the description of the following embodiments, overlapping descriptions of identical or corresponding components may be omitted. However, even if descriptions of components are omitted, it is not intended that such components are not included in any embodiment.

본 개시의 일 실시예에 따르는 광소자는, 제1 전극, 제1 전극 상에 형성된 제1 전하 수송층, 제1 전하 수송층 상에 형성되는 페로브스카이트층, 페로브스카이트층 상에 형성된 제2 전하 수송층, 및 제2 전하 수송층 상에 형성된 제2 전극을 포함할 수 있다.An optical device according to an embodiment of the present disclosure includes a first electrode, a first charge transport layer formed on the first electrode, a perovskite layer formed on the first charge transport layer, and a second charge transport layer formed on the perovskite layer. , and may include a second electrode formed on the second charge transport layer.

예컨대, 광소자가 n-i-p 구조의 태양 전지에 사용되는 경우, 해당 광소자는 제1 전극, 전자 수송층, 페로브스카이트층, 정공 수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 또는 광소자가 p-i-n 구조의 태양 전지에 해당하는 경우, 해당 태양 전지는 제1 전극, 정공 수송층, 페로브스카이트 층, 전자 수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.For example, when an optical device is used in a solar cell with an n-i-p structure, the optical device may have a structure in which a first electrode, an electron transport layer, a perovskite layer, a hole transport layer, and a second electrode are sequentially stacked. Alternatively, when the optical device corresponds to a solar cell with a p-i-n structure, the solar cell may have a structure in which a first electrode, a hole transport layer, a perovskite layer, an electron transport layer, and a second electrode are sequentially stacked.

예컨대, 광소자는 평판형 구조(Planar Structure)를 가질 수 있고, 또는 Bi-Layer 구조, 또는 Meso-Superstructure 구조를 가질 수 있다. 광소자의 구조에 따라 전극, 전하 수송층, 및 페로브스카이트층의 형태가 변형될 수 있다.For example, an optical device may have a planar structure, a bi-layer structure, or a meso-superstructure structure. Depending on the structure of the optical device, the shapes of the electrode, charge transport layer, and perovskite layer may be modified.

전극은 제1 전극 및/또는 제2 전극을 포함하고, 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 전극은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 제1 전극이 애노드인 경우, 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 예컨대, 전극은 인듐주석산화물(indium-tin oxide, ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO), 불소함유 산화주석(flourine-doped tin oxide, FTO)등과 같은 전도성 산화물일 수 있다. 또는, 전극은 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg), 알루미늄 (Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 크롬 (Cr), 칼슘(Ca), 사마륨(Sm) 및 리튬 (Li), 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 또는, 전극은 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthelate), PP(polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene) 등과 같이 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것에 해당할 수 있다.The electrode includes a first electrode and/or a second electrode and may be an anode or a cathode. The electrode may be an anode or cathode. If the first electrode is an anode, the second electrode may be a cathode. For example, the electrode may be a conductive oxide such as indium-tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or fluorine-doped tin oxide (FTO). Alternatively, the electrode may be silver (Ag), gold (Au), magnesium (Mg), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), nickel (Ni), or palladium. It may include a material selected from the group consisting of (Pd), chromium (Cr), calcium (Ca), samarium (Sm), and lithium (Li), and combinations thereof. Alternatively, the electrode is placed on a flexible and transparent material such as plastic, such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthelate), PP (polyperopylene), PI (polyimide), PC (polycarbornate), PS (polystylene), and POM (polyoxyethylene). It may be doped with a conductive material.

전극은 광소자에서 전면전극 또는 후면전극의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질에 해당할 수 있다. 전극은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물에서 하나 이상에서 선택되는 물질일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 전극은 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, CNT(카본 나노튜브) 및 그래핀(Graphene) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 무기계 전도성 전극이거나, PEDOT:PSS 등과 같은 유기계 전도성 전극에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The electrode may correspond to a material commonly used as an electrode material for a front electrode or back electrode in an optical device. The electrode may be a material selected from one or more of gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulfide, copper sulfide, nickel oxide, and composites thereof, but is not limited thereto. For example, the electrode is any one selected from fluorine doped tin oxide (FTO), indium doped tin oxide (ITO), ZnO, CNT (carbon nanotube), and graphene. It may be two or more inorganic conductive electrodes or an organic conductive electrode such as PEDOT:PSS, but is not limited thereto.

전하 수송층으로서, 전자 수송층(Electron Transport Layer, ETL) 또는 정공 수송층(Hole Transport Layer, HTL)이 제1 전극 상에 형성될 수 있다. 제1 전하 수송층이 전자 수송층일 경우, 제2 전하 수송층은 정공 수송층에 해당할 수 있다. 또는, 제1 전하 수송층이 정공 수송층일 경우, 제2 전하 수송층은 전자 수송층에 해당할 수 있다.As a charge transport layer, an electron transport layer (ETL) or a hole transport layer (HTL) may be formed on the first electrode. When the first charge transport layer is an electron transport layer, the second charge transport layer may correspond to a hole transport layer. Alternatively, when the first charge transport layer is a hole transport layer, the second charge transport layer may correspond to an electron transport layer.

전자 수송층은 "n형 물질"을 포함하는 반도체에 해당할 수 있다. "n형 물질"은 전자 수송물질을 의미한다. 전자 수송물질은 단일의 전자 수송 화합물 또는 원소 물질, 또는 둘 또는 그 이상의 전자 수송 화합물이나 원소 물질들의 혼합물일 수 있다. 전자 수송 화합물 또는 원소 물질은 도핑되지 않거나 또는 하나 또는 그 이상의 도펀트(dopant) 원소들로 도핑될 수 있다.The electron transport layer may correspond to a semiconductor containing “n-type material”. “n-type material” means an electron transport material. The electron transport material may be a single electron transport compound or elemental material, or a mixture of two or more electron transport compounds or elemental materials. The electron transport compound or elemental material may be undoped or doped with one or more dopant elements.

예컨대, 전자 수송층은 전자 전도성 유기물층 또는 전자 전도성 무기물층일 수 있다. 전자 전도성 유기물은 통상의 유기 태양전지에서, n형 반도체로 사용되는 유기물일 수 있다. 예를 들어, 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 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, the electron transport layer may be an electronically conductive organic material layer or an electronically conductive inorganic material layer. The electronically conductive organic material may be an organic material used as an n-type semiconductor in a typical organic solar cell. For example, electronically conductive organic materials include fullerenes (C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95) and 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), polybenzimidazole (PBI), and PTCBI (3,4,9, It may include, but is not limited to, 10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ (tetra uorotetracyanoquinodimethane), or mixtures thereof.

전자 전도성 무기물은 통상의 양자점 기반 태양전지, 염료 감응형 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서, 전자 전달을 위해 사용되는 전자전도성 금속산화물일 수 있다. 일 실시예에서, 전자전도성 금속산화물은 n형 금속산화물 반도체일 수 있다. 예를 들어, n형 금속산화물 반도체는 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Ba 산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(composite)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The electronically conductive inorganic material may be an electronically conductive metal oxide used for electron transfer in conventional quantum dot-based solar cells, dye-sensitized solar cells, or perovskite-based solar cells. In one embodiment, the electronically conductive metal oxide may be an n-type metal oxide semiconductor. For example, n-type metal oxide semiconductors 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, and V. It may be one or more materials selected from oxide, Al oxide, Y oxide, Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide, and SrTi oxide, a mixture thereof, or a composite thereof, but is not limited thereto.

전자 수송층은 치밀층(치밀막) 또는 다공층(다공막)일 수 있다. 치밀한 전자 수송층은 상술한 전자 전도성 유기물의 막 또는 전자 전도성 무기물의 치밀막일 수 있다. 다공막의 전자 수송층은 상술한 전자 전도성 무기물의 입자들로 이루어진 다공막일 수 있다.The electron transport layer may be a dense layer (dense film) or a porous layer (porous film). The dense electron transport layer may be a film of the above-described electronically conductive organic material or a dense film of an electronically conductive inorganic material. The electron transport layer of the porous film may be a porous film composed of the particles of the electron-conducting inorganic material described above.

본 개시의 일 실시예에 따른 전자 수송층은 후술하기로 한다.The electron transport layer according to an embodiment of the present disclosure will be described later.

정공 수송층은 "p형 물질"을 포함하는 반도체에 해당할 수 있다. "p형 물질"은 정공 수송(hole transporting) 물질을 의미한다. 정공 수송물질은 단일의 정공 수송 화합물 또는 원소 물질, 또는 둘 또는 그 이상의 정공 수송 화합물이나 원소 물질들의 혼합물일 수 있다. 정공 수송 화합물 또는 원소 물질은 도핑되지 않거나 또는 하나 또는 그 이상의 도펀트 원소들로 도핑될 수 있다. 정공 수송물질은, 유기 정공 수송물질, 무기 정공 수송물질 또는 이들의 조합일 수 있다. The hole transport layer may correspond to a semiconductor containing “p-type material”. “p-type material” means a hole transporting material. The hole transport material may be a single hole transport compound or elemental material, or a mixture of two or more hole transport compounds or elemental materials. The hole transport compound or elemental material may be undoped or doped with one or more dopant elements. The hole transport material may be an organic hole transport material, an inorganic hole transport material, or a combination thereof.

정공 수송층은 용액 공정으로 제조 가능할 수 있다. 정공 수송층은 유기 정공 수송물질의 박막일 수 있다. 정공 수송층 박막의 두께는 10 nm 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The hole transport layer may be manufactured through a solution process. The hole transport layer may be a thin film of an organic hole transport material. The thickness of the hole transport layer thin film may be 10 nm to 500 nm, but is not limited thereto.

정공 수송물질은 유기 정공 수송물질, 구체적으로 단분자 내지 고분자 유기 정공 수송물질(정공전도성 유기물)에 해당할 수 있다. 고분자 유기 정공 수송물질로, 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 포함할 수 있다.The hole transport material may correspond to an organic hole transport material, specifically a single molecule to a high molecule organic hole transport material (hole conductive organic material). The polymeric organic hole transport material may include one or more materials selected from thiophene-based, paraphenylenevinylene-based, carbazole-based, and triphenylamine-based materials.

단분자 내지 저분자 유기 정공 수송물질은, 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-hexadecafluoro29H,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 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Single to low molecule organic hole transport materials include pentacene, coumarin 6, 3- (2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), zinc phthalocyanine (ZnPC), copper phthalocyanine (CuPC), 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-hexadecafluoro29H,31H-phthalocyanine), SubPc (boron subphthalocyanine chloride) and N3 (cis-di(thiocyanato)-bis It may include one or more substances selected from (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)), but is not limited thereto.

고분자 유기 정공 수송물질은, 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), Polyaniline, SpiroMeOTAD ([2,2′,7,7′-tetrkis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9'-spirobi fluorine]), 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) benzo([1,2- b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), 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)-2,7diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(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]), 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-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4- ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyldiphenyl-amine), PIF8-TAA (poly-indenofluoren-8-triarylamine) 및 이들의 공중합체에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Polymeric organic hole transport materials include 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) , Polyaniline, SpiroMeOTAD ([2,2′,7,7′-tetrkis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9'-spirobi fluorine]), 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) benzo([1,2- b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt- ((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), 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)-2,7diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(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 ]), 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-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyldiphenyl-amine), PIF8-TAA (poly-indenofluoren-8-triarylamine), and their copolymers may include one or two or more selected materials, but are not limited thereto. no.

전자 수송층 또는 정공 수송층은 버퍼층에 해당할 수 있거나, 버퍼층을 포함할 수 있다. 전자 수송층 또는 정공 수송층은 도핑을 이용하여 표면이 개질될 수 있다. 전자 수송층 또는 정공 수송층은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착, 스퍼터링, E-Beam, 스크린 프린팅, 블레이드 공정 등을 통해 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.The electron transport layer or the hole transport layer may correspond to a buffer layer or may include a buffer layer. The surface of the electron transport layer or the hole transport layer may be modified using doping. The electron transport layer or hole transport layer is formed on one side of the electrode through spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, bar coating, gravure coating, brush painting, thermal evaporation, sputtering, E-Beam, screen printing, blade process, etc. It can be formed by being applied to or coated in a film form.

본 개시의 일 실시예에 따른 전자 수송층의 생성 방법은 후술하기로 한다.A method for generating an electron transport layer according to an embodiment of the present disclosure will be described later.

페로브스카이트층은 제1 전극에 직접 접하도록 형성될 수 있다. 대체하여, 페로브스카이트층은 전자 수송층 또는 정공 수송층에 직접 접하도록 형성될 수 있다. 페로브스카이트층은 페로브스카이트를 포함한다.The perovskite layer may be formed to directly contact the first electrode. Alternatively, the perovskite layer can be formed to directly contact the electron transport layer or the hole transport layer. The perovskite layer includes perovskite.

페로브스카이트층은 기상 증착 공정 또는 용액 공정 등을 포함한 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다. 페로브스카이트층은 기상 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 기상 증착 공정은 진공 챔버 내로 물질을 증기화된 상태 또는 플라즈마 상태로 공급하여, 타겟 물체 표면(예컨대, 기판) 상에 해당 물질을 증착시키는 공정에 해당할 수 있다. 페로브스카이트층은 용액 공정 중 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 코팅 공정은 스핀 코팅, 바코팅, 노즐 프린팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아 프린팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 전기수력학적 젯 프린팅(electrohydrodynamic jet printing), 전기분무(electrospray), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The perovskite layer can be formed through various processes, including a vapor deposition process or a solution process. The perovskite layer can be formed using a vapor deposition process. The vapor deposition process may correspond to a process of supplying a material in a vaporized state or plasma state into a vacuum chamber and depositing the material on the surface of a target object (eg, a substrate). The perovskite layer can be formed through a coating process during the solution process. Coating processes include spin coating, bar coating, nozzle printing, spray coating, slot die coating, gravure printing, inkjet printing, screen printing, electrohydrodynamic jet printing, electrospray, and combinations thereof. It may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

예를 들어, 페로브스카이트는 1가의 유기 양이온, 2가의 금속 양이온 및 할로겐 음이온을 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 페로브스카이트는 하기 화학식을 만족할 수 있다.For example, perovskites may contain monovalent organic cations, divalent metal cations, and halogen anions. In one embodiment, the perovskite of the present invention may satisfy the following chemical formula.

[화학식 1][Formula 1]

AMX3 AMX 3

화학식 1에서, A는 1가의 양이온으로, 유기 암모늄 이온, 아미디니움계(amidinium group) 이온, 또는 유기 암모늄 이온 및 아미디니움계 이온의 조합에 해당할 수 있다.In Formula 1, A is a monovalent cation and may correspond to an organic ammonium ion, an amidinium group ion, or a combination of an organic ammonium ion and an amidinium group ion.

예컨대, A로서 유기 양이온은 화학식 (R1R2R3R4N)+을 가질 수 있다. 이 경우, R1~R4는 수소, 치환되지 않거나 치환된 C1-C20 알킬(alkyl), 또는 치환되지 않거나 치환된 아릴(aryl)에 해당할 수 있다.For example, the organic cation as A may have the formula (R 1 R 2 R 3 R 4 N) + . In this case, R 1 to R 4 may correspond to hydrogen, unsubstituted or substituted C1-C20 alkyl, or unsubstituted or substituted aryl.

예컨대, A로서 유기 양이온은 화학식 (R5NH3)+을 가질 수 있으며, 이 때 R5는 수소, 또는 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C20 알킬에 해당할 수 있다.For example, the organic cation as A may have the formula (R 5 NH 3 ) + , where R 5 may correspond to hydrogen or substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl.

예컨대, A로서 유기 양이온은 화학식 (R6R7N=CH-NR8R9)+을 가지며, 이 경우에 R6~R9는 수소, 메틸, 또는 에틸에 해당할 수 있다.For example, the organic cation as A has the formula (R 6 R 7 N=CH-NR 8 R 9 ) + , in which case R 6 to R 9 may correspond to hydrogen, methyl, or ethyl.

또한, A는 1가의 금속 이온으로, 알칼리 금속 이온에 해당할 수 있다.Additionally, A is a monovalent metal ion and may correspond to an alkali metal ion.

예컨대, A로서 1가의 금속 이온은 Li+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+ 이온에 해당할 수 있다.For example, the monovalent metal ion as A may correspond to Li + , Na + , K + , Rb + , or Cs + ion.

또한, A는 1가의 유기 양이온과 1가의 금속 이온의 조합에 해당할 수 있다.Additionally, A may correspond to a combination of a monovalent organic cation and a monovalent metal ion.

예컨대, A는 1가의 유기 양이온에 1가의 금속 이온이 도핑된 형태에 해당할 수 있다. 도핑된 금속 이온인 1가의 금속 이온은 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있으며, 알칼리 금속 이온은 Li+, Na+, K+, Rb+, 및 Cs+ 이온에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.For example, A may correspond to a form in which a monovalent metal ion is doped into a monovalent organic cation. The monovalent metal ion, which is a doped metal ion, may include an alkali metal ion, and the alkali metal ion may be one or more selected from Li + , Na + , K + , Rb + , and Cs + ions.

M은 2가의 금속 이온일 수 있다. 예컨대, M은 Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 양이온을 포함하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.M may be a divalent metal ion. For example, M is Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Cr 2+ , Pd 2+ , Cd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ and Yb 2+ + a metal cation selected from the group consisting of and combinations thereof, but is not limited thereto.

X는 할로겐 이온에 해당할 수 있다. 예컨대, 할로겐 이온은 I-, Br-, F-, Cl- 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 할로겐 이온을 포함하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.X may correspond to a halogen ion. For example, the halogen ion includes, but is not limited to, a halogen ion selected from the group consisting of I - , Br - , F - , Cl - , and combinations thereof.

예컨대, 페로브스카이트는 CH3NH3PbI3(methylammonium lead iodide, MAPbI3) 및 CH(NH2)2PbI3(formamidinium lead iodide, FAPbI3)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.For example, the perovskite may be any one or a mixture of two or more selected from CH 3 NH 3 PbI 3 (methylammonium lead iodide, MAPbI 3 ) and CH(NH 2 ) 2 PbI 3 (formamidinium lead iodide, FAPbI 3 ).

이하에서는, 본 개시의 실시예에 따른 전자 수송층에 대해 보다 상세히 설명한다.Below, the electron transport layer according to an embodiment of the present disclosure will be described in more detail.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 ITO 상에 형성된 전자 수송층(single layer)를 도시하는 도면이다. 전자 수송층을 형성하기 위해 약 300℃, 약 250℃, 약 200℃, 또는 약 150℃ 이하의 저온공정을 이용하여 투명전극(ITO) 상에 SnO2 층을 형성될 수 있다. 하지만, 형성되는 층 두께가 얇기 때문에 균일하고 치밀한 전자 수송층 형성이 어려워 장기 안정성이 문제되어 왔다. 단층(single layer)으로 형성된 SnO2 층의 표면을 촬영한 이미지는 도 1a에 도시되어 있으며, 층의 두께가 얇고 치밀하지 못한 것을 확인할 수 있다. 해당 전자 수송층의 측면은 도 1b의 개념도로 도시된다.1A and 1B are diagrams showing an electron transport layer (single layer) formed on ITO according to the prior art. To form the electron transport layer, a SnO 2 layer may be formed on a transparent electrode (ITO) using a low temperature process of about 300°C, about 250°C, about 200°C, or about 150°C or lower. However, because the formed layer thickness is thin, it is difficult to form a uniform and dense electron transport layer, so long-term stability has been a problem. An image of the surface of the SnO 2 layer formed as a single layer is shown in Figure 1a, and it can be seen that the layer is thin and not dense. The side of the corresponding electron transport layer is shown in the schematic diagram of FIG. 1B.

도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따라 ITO 상에 형성된 전자 수송층(bi-layer)을 도시하는 도면이다. 복층(bi-layer)으로 형성된 전자 수송층의 표면을 촬영한 이미지는 도 2a에 도시되어 있으며, 층의 두께가 두껍고 상대적으로 보다 치밀한 것을 확인할 수 있다. 해당 전자 수송층의 측면은 도 2b의 개념도로 도시된다.2A and 2B are diagrams showing an electron transport layer (bi-layer) formed on ITO according to an embodiment of the present disclosure. An image of the surface of the electron transport layer formed as a bi-layer is shown in Figure 2a, and it can be seen that the layer is thick and relatively dense. The side of the corresponding electron transport layer is shown in the schematic diagram of FIG. 2B.

본 개시의 일 실시예에 따르면, ITO 상에 SnO2 층을 형성한다. SnO2 층의 두께는 약 30nm에 해당할 수 있으며, 단위소자의 경우 스핀코팅(400rpm/30s)을 사용하여 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, a SnO 2 layer is formed on ITO. The thickness of the SnO 2 layer may be approximately 30 nm, and unit devices may be formed using spin coating (400 rpm/30 s).

그 후, SnO2 층 상에 Zn가 도핑된 SnO2(Zn:SnO2)층을 코팅한다. Zn:SnO2 층은 나노 크기의 로드 형태(Nano Rod)로 구성될 수 있다. Zn:SnO2 층의 두께는 약 20 ~ 30nm에 해당할 수 있으며, 스핀코팅(4000rpm/30s)을 사용하여 형성될 수 있다.Afterwards, a Zn-doped SnO 2 (Zn:SnO 2 ) layer is coated on the SnO 2 layer. The Zn:SnO 2 layer may be composed of a nano-sized rod. The thickness of the Zn:SnO 2 layer may be approximately 20 to 30 nm and may be formed using spin coating (4000 rpm/30 s).

SnO2 층 및 SnO2:Zn 층은 위아래로 서로 접하게 형성되어 bi-layer 구조를 가지게 된다. bi-layer 구조를 통해 층 두께가 얇고 치밀하지 못한 종래의 단층 구조의 SnO2 전자 수송층의 문제를 해결할 수 있다. 특히, 나노로드로 구성된 Zn:SnO2 층을 SnO2 층 상에 형성함으로써, 보다 치밀하고 균일한 두께를 가지는 복층 구조의 SnO2 전자 수송층을 형성할 수 있다. 나노로드의 직경은 약 2.5nm, 나노로드의 길이는 약 6 ~ 7nm에 해당할 수 있다. The SnO 2 layer and the SnO 2 :Zn layer are formed in contact with each other at the top and bottom to have a bi-layer structure. The bi-layer structure can solve the problem of the conventional single-layer SnO 2 electron transport layer, which has a thin layer and is not dense. In particular, by forming a Zn:SnO 2 layer composed of nanorods on the SnO 2 layer, a SnO 2 electron transport layer with a multi-layer structure having a more dense and uniform thickness can be formed. The diameter of the nanorod may be approximately 2.5 nm, and the length of the nanorod may be approximately 6 to 7 nm.

SnO2 전자 수송층의 구조에 따른 성능 차이를 확인하기 위해, 유리 소자를 기준으로 단층(single layer)와 복층(bi-layer) 구조 간의 성능 비교를 진행하였으며 그 결과는 도 3 내지 6에 도시되어 있다.In order to confirm the difference in performance depending on the structure of the SnO 2 electron transport layer, a performance comparison was performed between single layer and bi-layer structures based on a glass device, and the results are shown in Figures 3 to 6. .

Single layer(유리소자) : ITO / SnO2 / Perovskite (FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05 / Spiro / AuSingle layer (glass element): ITO / SnO 2 / Perovskite (FAPbI 3 ) 0.95 (MAPbBr 3 ) 0.05 / Spiro / Au

Double layer(유리소자) : ITO / SnO2 / Zn:SnO2 / Perovskite (FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05 / Spiro / AuDouble layer (glass element): ITO / SnO 2 / Zn:SnO 2 / Perovskite (FAPbI 3 ) 0.95 (MAPbBr 3 ) 0.05 / Spiro / Au

TPV, TPC를 통한 소자 특성 확인 결과, 복층 구조는 단층 구조보다 전체적으로 향상된 태양전지 파라미터를 가지며 1% 이상의 증가한 효율을 가진다. 또한, 복층 구조는 장기안정성에서도 500시간 동안 광안정성이 90% 수준으로 유지함을 확인할 수 있다.As a result of checking device characteristics through TPV and TPC, the multi-layer structure has overall improved solar cell parameters than the single-layer structure and has an efficiency increase of more than 1%. In addition, it can be seen that the long-term stability of the multi-layer structure is maintained at 90% for 500 hours.

나아가, 유연 소자에 적용된 복층 구조는 유리 소자에 적용하였을 때 보여준 성능과 동등한 수준의 효율을 보여주었다(도 7 참고).Furthermore, the multi-layer structure applied to the flexible device showed a level of efficiency equivalent to the performance shown when applied to the glass device (see Figure 7).

Double layer(유연소자) : ITO(PEN) / SnO2 / Zn:SnO2 / Perovskite (FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05 / Spiro / BABr / AuDouble layer (flexible device): ITO (PEN) / SnO 2 / Zn:SnO 2 / Perovskite (FAPbI 3 ) 0.95 (MAPbBr 3 ) 0.05 / Spiro / BABr / Au

도 3 내지 7에 도시된 측정 데이터는 아래와 같은 방식을 이용하여 측정되었다.The measurement data shown in FIGS. 3 to 7 were measured using the following method.

1) 전류-전압 특성: 인공태양장치(ORIEL class A solar simulator, Newport, model 91195A)와 소스-미터(source-meter, Kethley, model 2420)를 사용하여, 개방전압(VOC), 단락전류 밀도(JSC) 및 필 팩터(fill factor, FF)를 측정하였다.1) Current-voltage characteristics: Using an artificial solar device (ORIEL class A solar simulator, Newport, model 91195A) and source-meter (source-meter, Kethley, model 2420), open-circuit voltage (VOC) and short-circuit current density JSC) and fill factor (FF) were measured.

2) 광전변환효율(power conversion efficiency, PCE, η): 1,000 W/㎡의 일조 강도와 온도 85℃ 및 습도 85%의 항온 항습 조건에서 제조된 페로브스카이트 광소자를 280 내지 2500 ㎚ 파장의 광원에 노출시켜 PCE 값을 측정하였다.2) Photoelectric conversion efficiency (PCE, η): A perovskite optical device manufactured under constant temperature and humidity conditions of 1,000 W/㎡ solar radiation intensity, temperature of 85℃, and humidity of 85% is used as a light source with a wavelength of 280 to 2500 nm. The PCE value was measured by exposure to .

3) 첨가제에 따른 정공전달층의 전하전달 특성: 전하전달 특성을 전류-전압 특성으로 측정하였다.3) Charge transfer characteristics of the hole transport layer according to additives: Charge transfer characteristics were measured using current-voltage characteristics.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The preferred embodiments of the present invention described above have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be possible. should be regarded as falling within the scope of the patent claims.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.Those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make various substitutions, modifications and changes without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the present invention is limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It is not limited by

Claims (7)

전자 수송층으로서,
SnO2 층; 및
상기 SnO2 층 상에 Zn가 도핑된 SnO2
을 포함하고,
상기 SnO2 층 및 상기 Zn가 도핑된 SnO2 층은 bi-layer 구조를 가지고,
상기 Zn가 도핑된 SnO2층은 나노로드(Nano Rod)로 구성되는, 전자 수송층.
As an electron transport layer,
SnO 2 layer; and
SnO 2 layer doped with Zn on the SnO 2 layer
Including,
The SnO 2 layer and the Zn-doped SnO 2 layer have a bi-layer structure,
The Zn-doped SnO 2 layer is an electron transport layer composed of nanorods.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전자 수송층은 ITO 전극 상에 형성되는, 전자 수송층.
According to paragraph 1,
The electron transport layer is formed on an ITO electrode.
제1항에 있어서,
상기 전자 수송층은 유연 소자 및 유리 소자에 모두 사용 가능한, 전자 수송층.
According to paragraph 1,
The electron transport layer is an electron transport layer that can be used in both flexible devices and glass devices.
제1항에 있어서,
상기 전자 수송층은 저온 공정으로 제조 가능한, 전자 수송층.
According to paragraph 1,
The electron transport layer is an electron transport layer that can be manufactured through a low temperature process.
삭제delete 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전자 수송층을 포함하는, 광소자.
An optical device comprising an electron transport layer according to any one of claims 1 and 3 to 5.
KR1020220055692A 2021-09-30 2022-05-04 SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF KR102670528B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210129457 2021-09-30
KR20210129457 2021-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230046938A KR20230046938A (en) 2023-04-06
KR102670528B1 true KR102670528B1 (en) 2024-05-29

Family

ID=85918063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220055692A KR102670528B1 (en) 2021-09-30 2022-05-04 SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102670528B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100577572C (en) 2008-06-04 2010-01-06 中国检验检疫科学研究院 Method for preparing Zn-doped SnO2 micropore nanophase materials

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102287878B1 (en) * 2015-10-21 2021-08-10 경북대학교 산학협력단 Composition for reducing work function of metal oxide-based electron-collection buffer layer, inverted organic solar cell using the same, and preparation method of the inverted organic solar cell
KR102098945B1 (en) * 2018-08-17 2020-04-08 국민대학교산학협력단 Perovskite solar cells improved photoelectric conversion efficiency and long-term stability and the method for manufacturing the same
KR102279583B1 (en) * 2019-10-25 2021-07-21 울산과학기술원 High efficiency perovskite solar cell and method for manufacturing same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100577572C (en) 2008-06-04 2010-01-06 中国检验检疫科学研究院 Method for preparing Zn-doped SnO2 micropore nanophase materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230046938A (en) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bakr et al. Advances in hole transport materials engineering for stable and efficient perovskite solar cells
KR101645872B1 (en) Inorganic-organic hybrid solar cell
KR100786865B1 (en) Photovoltaic device
JP6223558B2 (en) Organic solar cell and manufacturing method thereof
WO2011056778A2 (en) Interlayer for organic solar cells
KR100927721B1 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
CN102598337A (en) Organic photoelectric conversion element
KR20130029247A (en) Organic solar cell and method of manufacturing the same
KR20150124913A (en) Organic solar cell and method for manufacturing the same
KR20150120330A (en) Polymer photovoltaics employing a squaraine donor additive
KR101033304B1 (en) Light emitting organic photovoltaic cells and mathod of manufacturing the same
Alkarsifi et al. Hole transport layers in organic solar cells: A review
KR102300107B1 (en) Methods of perovskite optoelectronic device and perovskite optoelectronic device prepared thereby
JP7505019B2 (en) Organic hole transport material doped with acid-base by-products and optical device using same
KR102670528B1 (en) SnO2 ELECTRON TRANSPORT MATERIAL AND OPTOELECTRONIC DEVICE USING THEREOF
CN101882664B (en) Organic solar cell with monolayer organic material as functional layer
KR102704727B1 (en) Hole transport material with ptaa and pif8 and optoelectronic device using thereof
KR20150121407A (en) Tandem type organic solar cell and method for manufacturing the same
KR102309628B1 (en) Optoelectronic device having protection layer
KR102135101B1 (en) Semi-transparent/flexible solar cell and method for manufacturing thereof
KR20230049507A (en) Hole transport material with ptaa and pif8 and optoelectronic device using thereof
KR20220170311A (en) Method for manufacturing optoelectronic device using post-annealing
KR20220158188A (en) Method for manufacturing optoelectronic device
KR20160067340A (en) Organic photovoltaic cell and method for manufacturing the same
KR20220157797A (en) Optoelectronic device having protection layer

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right