KR20100068019A - Solar cell using carbon nanotube complex material and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solar cell using carbon nanotube complex material and a fabrication method thereof are provided to implement a power generation layer and a charge transport layer by attaching a nono particle to a nonotube. CONSTITUTION: A lower electrode(120) is formed on a substrate(110). A hole-transport layer(130) is formed on the lower electrode. An active layer(140) is formed on the hole-transport layer and is formed with a carbon nonotube having a carbon particle of a core shell. An upper electrode(150) is formed on the active layer.

Description

탄소 나노튜브 복합재료를 이용한 태양 전지 및 그 제조방법{Solar cell using carbon nanotube complex material and fabrication method thereof}Solar cell using carbon nanotube composite material and manufacturing method thereof {Solar cell using carbon nanotube complex material and fabrication method}

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나노 입자와 탄소 나노튜브를 이용한 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell using nanoparticles and carbon nanotubes.

최근 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신 재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양광발전에 대한 연구개발이 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다.Recently, interest in renewable energy is increasing due to global environmental problems, depletion of fossil energy, waste disposal of nuclear power generation, and location selection due to the construction of new power plants. Among them, research on solar power generation as a pollution-free energy source Development is underway at home and abroad.

태양 전지는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 반도체 소자이다. 태양 전지는 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용하여 p-n 접합 구조로 제작하는 것이 일반적인 것으로서, 그 기본구조는 다이오드와 유사하다.Solar cells are semiconductor devices that convert solar energy directly into electrical energy. It is common to manufacture a solar cell with a p-n junction structure using amorphous silicon or polycrystalline silicon, and its basic structure is similar to that of a diode.

전기적 성질이 서로 다른 p형의 반도체와 n형의 반도체를 접합시킨 구조를 갖는 태양 전지에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자-정공쌍(electron-hole pair)이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n형 반도체층과 p형 반도체층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광발전 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하 여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.When solar light is irradiated to a solar cell having a structure in which p-type semiconductors and n-type semiconductors having different electrical properties are bonded to each other, electron-hole pairs are generated by light energy, and electrons and holes Electromotive force is generated by a photovoltaic effect in which current moves through an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and current flows to an externally connected load.

상세하게는, 외부에서 빛이 태양 전지에 입사되었을 때 p-n 접합부의 p형 반도체의 가전자대(valence band) 전자는 입사된 광에너지에 의해 전도대(conduction band)로 여기된다. 이렇게 여기된 전자는 p-n 접합부 내부에 한 개의 전자-정공쌍을 생성하게 된다. 상기 전자-정공쌍 중 전자와 정공은 각각 p-n 접합부 사이에 존재하는 전기장에 의해 n형 및 p형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.Specifically, when light is incident on the solar cell from outside, the valence band electrons of the p-type semiconductor of the p-n junction are excited to the conduction band by the incident light energy. The excited electrons generate one electron-hole pair inside the p-n junction. The electrons and holes in the electron-hole pairs are transferred to the n-type and p-type semiconductors by electric fields existing between p-n junctions, respectively, to supply current to the outside.

이러한 실리콘 소재의 태양 전지는 다른 소재에 비해 높은 광발전 효율을 나타내기 때문에 일찍부터 상업화가 이루어졌음에도 불구하고, 태양 전지를 제조하는 데 고가의 실리콘을 사용함으로써 태양 전지의 가격이 상승하여 현재까지 한정된 분야에만 사용하고 있으며, 이러한 실리콘 태양 전지의 문제점을 해결하기 위하여 탄소 나노튜브나 나노입자와 같은 새로운 물질과 구조를 이용하는 태양 전지가 연구되고 있다.Although solar cells made of such silicon materials exhibit higher photovoltaic efficiency than other materials, even though commercialization has been made early, the price of solar cells has increased due to the use of expensive silicon to manufacture solar cells. It is used only in a limited field, and solar cells using new materials and structures such as carbon nanotubes and nanoparticles have been researched to solve the problem of silicon solar cells.

그 중 탄소 나노튜브는 높은 전기전도도를 가지므로 태양 전지에서 전하 수송층 및 투명전극으로 이용되고 있다. 그러나 탄소 나노튜브는 태양광이 조사되었을 때 전자와 정공을 형성할 수 없어 직접적으로 전력을 생산할 수 없으므로, 전력 생산을 위한 별도의 전력생산층(발전층)이 필요하게 된다. 따라서 탄소 나노튜브는 효율이 비교적 낮은 염료 감응형 태양 전지에 주로 이용되고 있다.Among them, carbon nanotubes have high electrical conductivity and are used as charge transport layers and transparent electrodes in solar cells. However, carbon nanotubes cannot form electrons and holes when irradiated with sunlight, and thus cannot generate power directly. Therefore, a separate power generation layer (power generation layer) is required for power generation. Therefore, carbon nanotubes are mainly used for dye-sensitized solar cells with relatively low efficiency.

나노입자는 탄소 나노튜브와 달리 태양 전지에서 직접 전력을 생산하는 전력생산층에 이용될 수 있다. 그리고 나노입자는 고분자 용액을 이용하여 스핀 코팅과 같은 방법으로 간단하게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 나노입자가 이용되는 태양 전지의 전력 효율을 높이기 위해서는 별도의 전하 수송층의 형성이 필요하다. 그리고 나노입자를 제작하기 위해서는 복잡한 공정을 거쳐야 하므로 생산 비용이 높아지는 단점이 있다.Unlike carbon nanotubes, nanoparticles can be used in power generation layers that produce power directly from solar cells. And nanoparticles have the advantage that can be formed simply by a method such as spin coating using a polymer solution. However, in order to increase the power efficiency of solar cells using nanoparticles, it is necessary to form a separate charge transport layer. In addition, in order to manufacture nanoparticles, a complicated process is required, resulting in a high production cost.

이러한 단점을 극복하고 나노입자와 탄소 나노튜브의 장점을 이용하기 위하여 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 이용된 새로운 구조의 태양 전지가 제안되고 있다. 그러나 제안된 태양 전지 역시 염료 감응형 태양 전지로서, 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브는 전력 생산 효율을 높이는 데 사용될 뿐 전력을 직접 생산하는 전력생산층으로는 이용되지 않고 있는 실정이다. 그리고 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브 자체를 제작하기 위해서는 지나치게 복잡한 제조공정과 많은 장비가 필요하여 생산 단가가 높아지는 문제점이 있다.In order to overcome these shortcomings and take advantage of the advantages of nanoparticles and carbon nanotubes, new structures of solar cells using carbon nanotubes with nanoparticles attached have been proposed. However, the proposed solar cell is also a dye-sensitized solar cell, and carbon nanotubes to which nanoparticles are attached are used to increase power generation efficiency, but are not used as a power generation layer that directly generates power. In addition, in order to manufacture the carbon nanotubes to which the nanoparticles are attached, there is a problem in that the production cost increases due to an excessively complicated manufacturing process and a lot of equipment.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 탄소 나노튜브에 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브 복합재료가 전자-정공쌍을 생성하는 전력생산층의 역할을 하는 동시에 전자를 수송하는 전하 수송층 역할을 하는 태양 전지 및 그러한 태양 전지를 보다 간단하고 저렴한 방법으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is a solar cell that serves as a charge transport layer for transporting electrons while the carbon nanotube composite material in which the nanoparticles are attached to the carbon nanotubes serves as a power production layer for generating electron-hole pairs. And a method for manufacturing such a solar cell in a simpler and cheaper method.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양 전지는 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되며, 코어(core)-쉘(shell) 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 상부 전극;을 포함한다.In order to solve the above technical problem, a solar cell according to the present invention is a substrate; A lower electrode formed on the substrate; A hole transport layer formed on the lower electrode; An active layer formed on the hole transport layer and made of carbon nanotubes to which core-shell structure nanoparticles are attached; And an upper electrode formed on the active layer.

상기 코어-쉘 구조 나노입자는 CdSe/ZnTe, CdSe/ZnSe, CdSe/ZnS, InP/ZnTe, InP/ZnSe, InP/GaAs, InP/CdS, InP/CdSe, AlSb/GaP, AlSb/ZnO, AlSb/ZnS, AlSb/ZnSe, AlSb/CdS, AlSb/CdSe, InGaAs/GaAs, PbTe/PbS, CdTe/ZnTe, GaAs/GaP, GaAs/InP, GaAs/CdSe, GaSb/GaP, GaSb/InP, GaSb/CdS, GaSb/CdSe, ZnTe/GaP, ZnTe/ZnO, ZnTe/ZnS, ZnTe/ZnSe, ZnTe/CdS 및 ZnTe/CdSe 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 하부 전극 및 상부 전극 중 적어도 어느 하나는 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO(indium-tin oxide), Al-도프트(doped) ZnO(AZO), Ga-도프트 ZnO(GZO) 및 Mg-도프트 ZnO(MZO) 중 어느 하나일 수 있다. The core-shell structured nanoparticles are CdSe / ZnTe, CdSe / ZnSe, CdSe / ZnS, InP / ZnTe, InP / ZnSe, InP / GaAs, InP / CdS, InP / CdSe, AlSb / GaP, AlSb / ZnO, AlSb / ZnS, AlSb / ZnSe, AlSb / CdS, AlSb / CdSe, InGaAs / GaAs, PbTe / PbS, CdTe / ZnTe, GaAs / GaP, GaAs / InP, GaAs / CdSe, GaSb / GaP, GaSb / Ind, GaSb / CdS GaSb / CdSe, ZnTe / GaP, ZnTe / ZnO, ZnTe / ZnS, ZnTe / ZnSe, ZnTe / CdS, and ZnTe / CdSe, and at least one of the lower electrode and the upper electrode may be Al, Au, Cu , Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO (indium-tin oxide), Al-doped ZnO (AZO), Ga-doped ZnO (GZO) and It may be any one of Mg-doped ZnO (MZO).

본 발명에 따른 태양 전지 제조방법에서는 기판 상에 하부 전극을 형성한 다음, 상기 하부 전극 상에 정공 수송층을 형성하고, 상기 정공 수송층 상에 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 활성층을 형성한다. 그런 다음, 상기 활성층 상에 상부 전극을 형성한다.In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, after forming a lower electrode on a substrate, a hole transport layer is formed on the lower electrode, and an active layer made of carbon nanotubes to which core-shell structured nanoparticles are attached on the hole transport layer. To form. Then, an upper electrode is formed on the active layer.

상기 활성층을 형성하는 단계는, 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비한 다음, 상기 용액을 상기 정공 수송층 상에 위에 스핀 코팅하여 막을 형성한 후, 상기 막으로부터 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계는, 탄소 나노튜브를 산으로 처리한 다음, 용매 안에 상기 탄소 나노튜브와 코어-쉘 구조 나노입자를 혼합하고, 상기 탄소 나노튜브와 코어-쉘 구조 나노입자를 반응시켜 상기 탄소 나노튜브 표면에 코어-쉘 구조 나노입자를 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 탄소 나노튜브를 산으로 처리하는 단계는, 상기 탄소 나노튜브를 질산 용액 안에서 60℃의 열처리하여 표면에 불순물을 제거함과 동시에 카르복실기(-COOH)를 형성하는 단계; 상기 탄소 나노튜브가 포함된 질산 용액을 탈이온수로 희석시킨 후에 필터를 사용하여 탄소 나노튜브만을 걸러내는 단계; 및 걸러낸 탄소 나노튜브를 건조시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 용매는 1,2-dicloroethane(C2H4Cl2), 톨루엔(toluene), 아세톤, 클로로포름, 에틸렌글리콜, 이소프로페놀(isopropanol) 및 크실렌 중 어느 하나일 수 있다. The forming of the active layer may include preparing a solution in which carbon nanotubes to which core-shell structured nanoparticles are attached are dispersed in a solvent, and then spin coating the solution on the hole transport layer to form a film, and then Removing the solvent. In this case, preparing the solution in which the carbon nanotubes to which the core-shell structure nanoparticles are attached is dispersed in a solvent, treating the carbon nanotubes with an acid and then in the solvent, the carbon nanotubes and the core-shell structure nanoparticles And mixing the particles and reacting the carbon nanotubes with the core-shell structure nanoparticles to attach the core-shell structure nanoparticles to the surface of the carbon nanotubes. Here, the step of treating the carbon nanotubes with an acid may include forming a carboxyl group (-COOH) while simultaneously removing impurities on a surface by heat treating the carbon nanotubes in a nitric acid solution at 60 ° C .; Diluting the nitric acid solution containing the carbon nanotubes with deionized water and filtering only the carbon nanotubes using a filter; And drying the filtered carbon nanotubes, wherein the solvent is 1,2-dicloroethane (C 2 H 4 Cl 2 ), toluene, acetone, chloroform, ethylene glycol, isoprophenol (isopropanol). ) And xylene.

본 발명에 따르면, 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 탄소 나노튜브 복합재료를 이용하여 태양 전지를 제조하므로, 탄소 나노튜브 복합재료가 전력생산층과 전자 수송층 역할을 동시에 하기 때문에 별도의 전자 수송층을 제작할 필요가 없게 되어 태양 전지의 구조가 매우 간단하게 된다. 그리고 탄소 나노튜브 복합재료는 스핀 코팅과 같은 손쉬운 방법으로 박막 형태로 형성하는 것이 가능하고, 태양 전지의 구조가 간단하므로 저렴한 비용으로 고효율의 태양 전지를 제조할 수 있게 된다.According to the present invention, since the solar cell is manufactured using a carbon nanotube composite material consisting of carbon nanotubes to which core-shell structured nanoparticles are attached, the carbon nanotube composite material serves as a power production layer and an electron transporting layer. There is no need to fabricate a separate electron transport layer, which makes the structure of the solar cell very simple. The carbon nanotube composite material can be formed into a thin film by an easy method such as spin coating, and the structure of the solar cell is simple, so that a high efficiency solar cell can be manufactured at low cost.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 그 러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 1은 본 발명에 따른 태양 전지에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a schematic structure of a preferred embodiment for a solar cell according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양 전지(100)는 기판(110)과 기판(110) 상에 순차 형성된 하부 전극(120), 정공 수송층(130), 활성층(140) 및 상부 전극(150)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the solar cell 100 according to the present invention includes a lower electrode 120, a hole transport layer 130, an active layer 140, and an upper electrode 150 sequentially formed on the substrate 110 and the substrate 110. ).

기판(110)은 절연성 무기물 또는 절연성 유기물로 이루어진다. 절연성 무기물은 Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al2O3, ZnO, 유리(glass) 및 석영(quartz) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 그리고 절연성 유기물은 PET(poly ethylene terephtalate), PS(poly styrene), PI(poly imide), PVC(poly vinyl chloride), PVP(poly vinyl pyrrolidone), PMMA(poly methyl methacrylate) 및 PE(poly ethylene) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.The substrate 110 is made of an insulating inorganic material or an insulating organic material. Insulating inorganic material is any one of Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al 2 O 3 , ZnO, glass and quartz Can be. Insulating organic materials include PET (polyethylene terephtalate), PS (poly styrene), PI (poly imide), PVC (poly vinyl chloride), PVP (poly vinyl pyrrolidone), PMMA (poly methyl methacrylate) and PE (poly ethylene) Either can be used.

하부 전극(120)은 기판(110) 상에 형성되며, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO(indium-tin oxide), Al-도프트(doped) ZnO(AZO), Ga-도프트 ZnO(GZO) 및 Mg-도프트 ZnO(MZO) 중 어느 하나로 형성될 수 있는데, 특히 기판(110)이 유리나 석영과 같은 투명 기판인 경우, 하부 전극(120)으로도 투명한 재질의 ITO, AZO, GZO 또는 MZO를 사용함이 바람직하다.The lower electrode 120 is formed on the substrate 110 and includes Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, indium-tin oxide (ITO), and Al. Can be formed of any one of -doped ZnO (AZO), Ga-doped ZnO (GZO) and Mg-doped ZnO (MZO), especially when the substrate 110 is a transparent substrate such as glass or quartz As the lower electrode 120, it is preferable to use ITO, AZO, GZO or MZO made of a transparent material.

정공 수송층(130)은 하부 전극(120) 상에 형성되며, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxy-thiophene)-poly(styrene sulfonate))와 같은 물질로 이루어질 수 있다. 정공 수송층(130)은 태양광이 조사될 때 활성층(140)에서 생성되는 정공을 수송하는 역할을 한다.The hole transport layer 130 is formed on the lower electrode 120 and may be made of a material such as PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxy-thiophene) -poly (styrene sulfonate)). The hole transport layer 130 serves to transport holes generated in the active layer 140 when sunlight is irradiated.

활성층(140)은 정공 수송층(130) 상에 형성되며, 별도의 다른 물질 없이 탄소 나노튜브 복합재료(145)로 이루어진다. 탄소 나노튜브 복합재료(145)는 탄소 나노튜브(142)에 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 부착된 구성을 가진다. The active layer 140 is formed on the hole transport layer 130 and is made of the carbon nanotube composite material 145 without any other material. The carbon nanotube composite material 145 has a configuration in which the core-shell structured nanoparticles 141 are attached to the carbon nanotubes 142.

탄소 나노튜브(142)는 단일 벽면(single-wall) 탄소 나노튜브이거나, 이중 벽면(double-wall) 탄소 나노튜브 또는 다중 벽면(multi-wall) 탄소 나노튜브일 수 있으며 이들의 조합도 물론 가능하다. 도 2의 좌측에는 단일 벽면 탄소 나노튜브(142)를 도시하였다. 그리고, 도 1에 도시한 바와 같이 복수의 탄소 나노튜브들의 묶음(bundle)일 수도 있지만 단일 탄소 나노튜브이어도 된다. 코어-쉘 구조 나노입자(141)는 코어 물질/쉘 물질의 조합이 CdSe/ZnTe, CdSe/ZnSe, CdSe/ZnS, InP/ZnTe, InP/ZnSe, InP/GaAs, InP/CdS, InP/CdSe, AlSb/GaP, AlSb/ZnO, AlSb/ZnS, AlSb/ZnSe, AlSb/CdS, AlSb/CdSe, InGaAs/GaAs, PbTe/PbS, CdTe/ZnTe, GaAs/GaP, GaAs/InP, GaAs/CdSe, GaSb/GaP, GaSb/InP, GaSb/CdS, GaSb/CdSe, ZnTe/GaP, ZnTe/ZnO, ZnTe/ZnS, ZnTe/ZnSe, ZnTe/CdS 및 ZnTe/CdSe 중 어느 하나일 수 있다. 도 2의 우측에는 코어가 CdSe이고 쉘이 ZnSe인 CdSe/ZnSe 코어-쉘 구조 나노입자(141)를 도시하였다. Carbon nanotubes 142 may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes, and combinations thereof are of course possible. . 2 shows a single walled carbon nanotube 142. As shown in FIG. 1, a bundle of a plurality of carbon nanotubes may be used, but a single carbon nanotube may be used. The core-shell structured nanoparticle 141 has a core material / shell material combination of CdSe / ZnTe, CdSe / ZnSe, CdSe / ZnS, InP / ZnTe, InP / ZnSe, InP / GaAs, InP / CdS, InP / CdSe, AlSb / GaP, AlSb / ZnO, AlSb / ZnS, AlSb / ZnSe, AlSb / CdS, AlSb / CdSe, InGaAs / GaAs, PbTe / PbS, CdTe / ZnTe, GaAs / GaP, GaAs / InP, GaAs / CdSe GaP, GaSb / InP, GaSb / CdS, GaSb / CdSe, ZnTe / GaP, ZnTe / ZnO, ZnTe / ZnS, ZnTe / ZnSe, ZnTe / CdS, and ZnTe / CdSe. 2 shows CdSe / ZnSe core-shell structured nanoparticles 141 whose core is CdSe and the shell is ZnSe.

코어-쉘 구조 나노입자(141)에서 쉘 구조는 코어 물질에 대한 보호막으로 작용하여 코어 물질만을 사용하여 소자를 제작을 할 때 불가능한 공정에 사용할 수 있고, 코어 물질로 된 나노 구조의 전기적 및 광학적 특성이 개선될 수 있다. 특히 코어-쉘 구조가 p-n 접합을 이루고 있는 경우, 광발전(photovoltaic) 구조로 사용할 수 있어 태양 전지에 활용할 수 있게 된다. 따라서, 태양광이 조사되면, 탄소 나노튜브(142)에 부착된 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 태양광을 입사받아 전자와 정공을 생성하여 전력을 생성하며, 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 쉘의 형태로 코어 형태인 탄소 나노튜브(142)를 감싸고 있기 때문에 코어-쉘 구조 나노입자(141)에서 생산된 전자는 바로 탄소 나노튜브(142)를 통해 전극으로 이동할 수 있다. 따라서, 탄소 나노튜브(142)는 전자를 수송하는 역할을 하게 되는데, 탄소 나노튜브(142)는 전기 전도도가 매우 높아 저항이 낮으므로 전자를 전극까지 수송하는 과정에서 소자의 내부저항에 의한 전력 손실을 최소화할 수 있다. In the core-shell structure nanoparticles 141, the shell structure acts as a protective film for the core material, which can be used in processes impossible when fabricating devices using only the core material, and the electrical and optical properties of the nano structure of the core material. This can be improved. In particular, when the core-shell structure is a p-n junction, it can be used as a photovoltaic structure can be utilized in solar cells. Therefore, when sunlight is irradiated, the core-shell structured nanoparticles 141 attached to the carbon nanotubes 142 receive sunlight and generate electrons and holes to generate power, and the core-shell structured nanoparticles ( Since 141 surrounds the carbon nanotubes 142 in the form of a shell, electrons produced from the core-shell structured nanoparticles 141 may directly move to the electrode through the carbon nanotubes 142. Therefore, the carbon nanotubes 142 serve to transport electrons. Since the carbon nanotubes 142 have very high electrical conductivity and low resistance, power loss due to internal resistance of the device in the process of transporting electrons to the electrode. Can be minimized.

이처럼, 본 발명에서 제시하는 코어-쉘 구조 나노입자와 탄소 나노튜브로 이루어진 탄소 나노튜브 복합재료를 사용하는 태양 전지는 발전 효율을 높일 수 있는 구조이다. 전기를 생산하는 발전층에 코어-쉘 구조 나노입자를 사용하여 보다 효율적으로 나노입자에서 전자와 정공을 형성할 수 있다. 이와 같이 탄소 나노튜브 표면에 부착된 코어-쉘 구조 나노입자는 발전층 역할을 하며, 코어-쉘 구조 나노입자에서 생성된 전자는 탄소 나노튜브를 통해 전극으로 신속하게 이동하게 되므로 탄소 나노튜브는 전자 수송층 역할을 한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 코어-쉘 구조 나노입자와 탄소 나노튜브로 이루어진 탄소 나노튜브 복합재료를 사용함으로써 발전 효율과 전자 수송 효율을 증가시켜 전체적인 태양 전지의 전력 생산 효율을 증가시킬 수 있다. As such, the solar cell using the carbon-nanotube composite material composed of the core-shell structured nanoparticles and carbon nanotubes proposed in the present invention has a structure capable of increasing power generation efficiency. Core-shell structured nanoparticles can be used in the power generating layer to generate electricity, thereby forming electrons and holes in the nanoparticles more efficiently. The core-shell structured nanoparticles attached to the surface of the carbon nanotubes serve as a power generation layer, and the electrons generated from the core-shell structured nanoparticles are quickly moved to the electrode through the carbon nanotubes, so the carbon nanotubes are electrons. It serves as a transport layer. Therefore, by using the carbon-nanotube composite material composed of core-shell structured nanoparticles and carbon nanotubes as in the present invention, power generation efficiency and electron transport efficiency may be increased to increase the power production efficiency of the entire solar cell.

코어-쉘 구조 나노입자를 사용함으로써 탄소 나노튜브에 직접 부착이 불가능한 나노입자와는 달리 탄소 나노튜브에 부착할 수 있기 때문에 보다 다양한 물질을 태양 전지 제작에 사용할 수 있다. 또한, 쉘에 사용되는 물질은 고정하고 코어에 사용되는 물질만 다른 물질로 바꿀 수도 있기 때문에 보다 높은 광발전 효율을 얻기 위해 다양한 물질을 사용하는 것이 가능하다. 특히 앞에서 예로 든 코어 물질/쉘 물질의 조합 중에서 전기를 생산하는 코어 물질의 에너지 대역이 쉘 물질의 에너지 대역보다 클 경우에는 생산된 전자와 정공의 누설이 적어, 보다 높은 발전 효율을 얻을 수 있다. By using core-shell structured nanoparticles, unlike nanoparticles that cannot be attached directly to carbon nanotubes, they can be attached to carbon nanotubes, allowing a wider variety of materials to be used in solar cell fabrication. In addition, since the material used for the shell can be fixed and only the material used for the core can be replaced with other materials, it is possible to use various materials to obtain higher photovoltaic efficiency. Particularly, when the energy band of the core material that generates electricity is larger than the energy band of the shell material among the core material / shell material combinations mentioned above, the leakage of the produced electrons and holes is small, and thus higher generation efficiency may be obtained.

상부 전극(150)은 활성층(140) 상에 형성되며, 하부 전극(120)과 마찬가지로 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO, AZO, GZO 및 MZO 중 어느 하나로 형성될 수 있는데, 특히 기판(110)이 유리나 석영과 같은 투명 기판인 경우, 상부 전극(150)으로도 투명한 재질의 ITO, AZO, GZO 또는 MZO를 사용함이 바람직하다.The upper electrode 150 is formed on the active layer 140 and, like the lower electrode 120, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO, It may be formed of any one of AZO, GZO and MZO. In particular, when the substrate 110 is a transparent substrate such as glass or quartz, it is preferable to use ITO, AZO, GZO or MZO of a transparent material as the upper electrode 150. .

하부 전극(120)과 상부 전극(150)은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 소정의 방향으로 길게 뻗은 직선형일 수 있다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150)이 소정의 방향으로 길게 뻗은 직선형인 경우, 하부 전극(120)과 상부 전극(150)은 서로 교차하게 형성될 수 있다. 도 1에는 하부 전극(120)이 지면에 평행한 방향으로 길게 뻗은 직선형이고, 상부 전극(150)은 그에 수직으로 교차하도록 지면에 수직인 방향으로 길게 뻗은 직선형인 것으로 도시하였다. The lower electrode 120 and the upper electrode 150 may be configured in various forms, and may be a straight line extending in a predetermined direction. When the lower electrode 120 and the upper electrode 150 have a straight line extending in a predetermined direction, the lower electrode 120 and the upper electrode 150 may be formed to cross each other. In FIG. 1, the lower electrode 120 has a straight line extending in a direction parallel to the ground, and the upper electrode 150 has a straight line extending in a direction perpendicular to the ground so as to cross perpendicularly thereto.

이와 같이, 탄소 나노튜브 복합재료(145)가 이용된 태양 전지(100)는 탄소 나노튜브 복합재료(145)에 구비된 코어-쉘 구조 나노입자(141)에서 전자와 정공을 생성함과 동시에 탄소 나노튜브 복합재료(145)에 구비된 탄소 나노튜브(142)가 전자를 수송하는 역할을 하게 된다. 따라서 탄소 나노튜브 복합재료(145)가 이용된 태양 전지(100)는 별도의 전자 수송층이 필요없게 되어 태양 전지(100)의 구조가 간단하게 된다.As described above, the solar cell 100 using the carbon nanotube composite material 145 generates carbon and electrons at the same time as electrons and holes are generated in the core-shell structured nanoparticles 141 included in the carbon nanotube composite material 145. The carbon nanotubes 142 provided on the nanotube composite material 145 serve to transport electrons. Therefore, the solar cell 100 using the carbon nanotube composite material 145 does not need a separate electron transport layer, thereby simplifying the structure of the solar cell 100.

이러한 태양 전지를 제조하는 방법은 도 3a 및 도 3b의 순서도를 참조하여 다음과 같은 공정 순서를 따를 수 있다.The method of manufacturing such a solar cell may follow the following process sequence with reference to the flowcharts of FIGS. 3A and 3B.

기판(110), 실시예로서 도핑되지 않은 (100) 방향의 진성 Si 기판의 표면의 먼지, 기름기 등의 불순물을 제거하기 위해 TCE(trichloroethylene) 용액으로 세정한 후 탈 이온수(de-ionized water)를 사용하여 세척하여 준비한다. 그런 다음, 열 증착법을 사용하여 하부 전극(120), 실시예로서 Al 전극을 형성한다(도 3a의 단계 S1). In order to remove impurities such as dust and grease on the surface of the substrate 110, the intrinsic Si substrate in the undoped (100) direction, the de-ionized water is washed with TCE (trichloroethylene) solution. Prepare by washing. Then, a lower electrode 120, as an embodiment, an Al electrode is formed using thermal evaporation (step S1 in Fig. 3A).

기판(110)은 여기서 예로 든 Si 이외에 GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al2O3, ZnO, 유리, 석영, PET, PS, PI, PVC, PVP, PMMA 또는 PE를 이용할 수 있으며, 하부 전극(120)도 예로 든 Al 이외에 Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO, AZO, GZO 또는 MZO로 형성할 수 있다. 하부 전극(120)의 형성 방법은 금속 전극인 경우에는 열 증착법을, 투명전극 인 경우에는 스퍼터링법을 이용할 수 있다. Substrate 110 is formed of GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al 2 O 3 , ZnO, glass, quartz, PET, PS, PI , PVC, PVP, PMMA or PE may be used, and the lower electrode 120 may also use Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO, AZO in addition to Al as an example. , GZO or MZO. The lower electrode 120 may be formed of a thermal evaporation method for a metal electrode and a sputtering method for a transparent electrode.

다음으로 하부 전극(120) 상에 정공 수송층(130)을 형성한다(도 3a의 단계 S2). 정공 수송층(130)은 정공을 수송하는 박막으로서 PEDOT:PSS로 이루어질 수 있다. 이 때 PEDOT:PSS 정공 수송층(130)은 스핀 코팅을 통해 형성할 수 있다.Next, a hole transport layer 130 is formed on the lower electrode 120 (step S2 of FIG. 3A). The hole transport layer 130 may be formed of PEDOT: PSS as a thin film for transporting holes. In this case, the PEDOT: PSS hole transport layer 130 may be formed through spin coating.

계속하여 정공 수송층(130) 상에 활성층(140)을 형성한다(도 3a의 단계 S3).Subsequently, the active layer 140 is formed on the hole transport layer 130 (step S3 of FIG. 3A).

이 때, 먼저, 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 부착된 탄소 나노튜브(142)가 분산된 용액을 준비한다(도 3a의 단계 S3_1). 이 경우, 도 3b에 도시한 바와 같은 다음의 t1 내지 t4 순서를 따를 수 있다. At this time, first, a solution in which the carbon nanotubes 142 to which the core-shell structure nanoparticles 141 are attached is dispersed is prepared (step S3_1 of FIG. 3A). In this case, the following t1 to t4 order as shown in FIG. 3B can be followed.

먼저 도 2와 같은 구조의 탄소 나노튜브(142)를 산으로 처리하여 표면에 불순물을 제거함과 동시에 작용기로서 카르복실기(-COOH)를 형성하여 다른 물질이 결합할 수 있게 처리한다. 실시예로서 단일 벽면 탄소 나노튜브를 질산 용액 안에 30시간 동안 60℃의 열을 가하면서 초음파 교반기를 사용하여 교반한다. 이 과정에서 초음파 교반에 의해 탄소 나노튜브는 쪼개져 작은 부분으로 나뉘며, 동시에 탄소 나노튜브에 존재하는 불순물이 제거된다. 산으로 처리된 탄소 나노튜브 용액을 탈이온수로 희석시킨 후에 필터를 사용하여 탄소 나노튜브만을 걸러낸다(도 3b의 단계 t1).First, the carbon nanotubes 142 having the structure as shown in FIG. 2 are treated with an acid to remove impurities on the surface, and at the same time, a carboxyl group (-COOH) is formed as a functional group so that other materials can be bonded. As an example, single walled carbon nanotubes are stirred in an nitric acid solution using an ultrasonic stirrer while heating at 60 ° C. for 30 hours. In this process, the carbon nanotubes are split into small portions by ultrasonic agitation, and at the same time, impurities present in the carbon nanotubes are removed. After diluting the acid treated carbon nanotube solution with deionized water, the filter is used to filter out only the carbon nanotubes (step t1 in FIG. 3b).

걸러낸 탄소 나노튜브를 24시간동안 100℃의 열을 가해 건조시킨다. 건조된 탄소 나노튜브는 산으로 인해 표면의 불순물이 산화되어 없어진 상태이다. 산화된 후에 탄소 나노튜브는 그 길이가 짧아짐과 동시에 도 4와 같이 표면에 카르복실기(-COOH)를 띄게 된다(도 3b의 단계 t2). The filtered carbon nanotubes are dried by heating at 100 DEG C for 24 hours. The dried carbon nanotubes are in a state in which impurities on the surface are oxidized and disappeared by the acid. After oxidation, the carbon nanotubes are shortened and at the same time have a carboxyl group (-COOH) on the surface as shown in FIG. 4 (step t2 of FIG. 3b).

다음으로 코어-쉘 구조 나노입자(141), 실시예로서 도 2와 같이 코어는 CdSe이며 쉘은 ZnSe인 CdSe/ZnSe 나노입자, 와 단계 t1과 t2를 통해 처리된 탄소 나노튜브를 일반적인 용매, 예를 들어, 1,2-dicloroethane(C2H4Cl2), 톨루엔(toluene), 아세톤, 클로로포름, 에틸렌글리콜, 이소프로페놀(isopropanol), 크실렌, 바람직하게는 클로로포름에 혼합한다(도 3b의 단계 t3).Next, as shown in FIG. 2, the core-shell structured nanoparticle 141, the core is CdSe and the shell is ZnSe, is CdSe / ZnSe nanoparticles, and carbon nanotubes treated through steps t1 and t2 are used as general solvents. For example, 1,2-dicloroethane (C 2 H 4 Cl 2 ), toluene, acetone, chloroform, ethylene glycol, isoprophenol (isopropanol), xylene, preferably mixed in chloroform (step of Figure 3b) t3).

그런 다음, 5시간 동안 60℃의 열을 가해 반응시킨다(도 3b의 단계 t4). 탄소 나노튜브 표면에 카르복실기(-COOH)가 형성되어 있으므로 여기에 나노입자가 잘 부착될 수 있다. 용액 중의 탄소 나노튜브 및 코어-쉘 구조 나노입자의 농도는 쉽게 변화시킬 수 있으며, 이는 태양 전지 특성을 외부 조건에 맞추어 쉽게 변화시킬 수 있음을 의미한다. 앞의 단계 t3을 통해서 탄소 나노튜브 표면의 2개의 카르복실기와 나노입자의 ZnSe 표면에 있는 Zn 이온이 서로 결합되어 탄소 나노튜브와 나노입자가 서로 연결되어 결합하게 된다. 이 때 코어-쉘 구조 나노입자와 탄소 나노튜브는 도 5와 같이 Zn(II)가 형성되면서 도 6과 같이 서로 연결된다. Then, it is reacted by applying heat at 60 ° C. for 5 hours (step t4 of FIG. 3B). Since the carboxyl group (-COOH) is formed on the surface of the carbon nanotubes, the nanoparticles may be well attached thereto. The concentration of carbon nanotubes and core-shell structured nanoparticles in solution can be easily changed, which means that solar cell properties can be easily adapted to external conditions. In the previous step t3, the two carboxyl groups on the surface of the carbon nanotubes and the Zn ions on the surface of the nanoparticles ZnSe are bonded to each other so that the carbon nanotubes and the nanoparticles are connected to each other. At this time, the core-shell structure nanoparticles and the carbon nanotubes are connected to each other as shown in FIG. 6 while Zn (II) is formed as shown in FIG. 5.

도 6은 위 실시예에 따라 CdSe/ZnSe 나노입자와 결합한 단일 벽면 탄소 나노튜브의 투과 전자현미경(TEM)상이다.6 is a transmission electron microscope (TEM) image of single-walled carbon nanotubes bonded with CdSe / ZnSe nanoparticles according to the above embodiment.

이상 설명한 바와 같은 간단한 방법을 통해 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착할 수 있으며, 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브는 최종적으로 클로로포름과 같은 유기 용매에 포함되어 있기 때문에 별도의 과정 없이 바로 스핀 코팅을 거쳐 박막으로 형성할 수 있다. As described above, the nanoparticles can be attached to the surface of the carbon nanotubes, and the carbon nanotubes to which the nanoparticles are attached are finally included in an organic solvent such as chloroform. It can be formed into a thin film.

다음, 단계 t1 내지 t4를 통해 형성된 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 부착되어 있는 탄소 나노입자(142)가 용매에 분산되어 있는 용액을 정공 수송층(130)이 형성된 기판(110) 위에 스핀 코팅하여 막 형태로 형성한다(도 3a의 단계 S3_2). 스핀 코팅시의 회전수 및 회전 시간을 조절하여 형성되는 막의 두께를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 4900 rpm에서 5초 동안 스핀 코팅하여 박막 형태로 형성한다. Next, spin coating the solution on which the carbon nanoparticles 142 to which the core-shell structure nanoparticles 141 formed through steps t1 to t4 are dispersed in a solvent is formed on the substrate 110 on which the hole transport layer 130 is formed. To form a film (step S3_2 in Fig. 3A). The thickness of the film formed can be changed by adjusting the rotation speed and rotation time at the time of spin coating. For example, spin coating at 4900 rpm for 5 seconds to form a thin film.

다음으로 막 안에 존재하는 용매를 제거하기 위해 125℃에서 5분 동안 열을 가해 증발시킨다(도 3a의 단계 S3_3). 가열은 오븐(oven) 또는 핫 플레이트(hot plate) 등을 이용한다. 용매가 증발된 후 코어-쉘 구조 나노입자(141)가 부착된 탄소 나노튜브(142)는 도 1에서와 같은 구조로 정공 수송층(130) 위에 박막 형태로 존재하게 된다. 이 박막이 활성층(140)이 되는 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 스핀 코팅과 같이 용매를 통한 공정을 사용하기 때문에 소자의 제작 방법이 간단하고 저렴해진다.Next, heat was evaporated by applying heat at 125 ° C. for 5 minutes to remove the solvent present in the membrane (step S3_3 in FIG. 3A). The heating is performed using an oven or a hot plate. After evaporation of the solvent, the carbon nanotubes 142 to which the core-shell structure nanoparticles 141 are attached are present in a thin film form on the hole transport layer 130 in a structure as shown in FIG. 1. This thin film becomes the active layer 140. As described above, in the present invention, a method of manufacturing a device is simple and inexpensive because a process through a solvent is used, such as spin coating.

다음, 단계 S1과 동일한 방법으로 활성층(140) 위에 상부 전극(150), 실시예로서 Al 전극을 형성한다(도 3a의 단계 S4). 이 때 상부 전극(150)인 상단 Al 전극의 방향은 하부 전극(120)인 하단 Al 전극의 방향과 직각을 이루게 한다.Next, an upper electrode 150 and an Al electrode are formed on the active layer 140 in the same manner as in step S1 (step S4 of FIG. 3A). At this time, the direction of the upper Al electrode as the upper electrode 150 is perpendicular to the direction of the lower Al electrode as the lower electrode 120.

이렇게 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법에서는, 용매에 녹여 사용할 수 있는 탄소 나노튜브의 특성을 이용하여 용매 안에 탄소 나노튜브를 포함시키고 이를 스핀 코팅을 통해 박막으로 형성할 수 있기 때문에, CVD와 같은 고가의 증착 방식을 이용하지 않아도 되고 공정이 매우 간단하다. 따라서, 공정 비용의 절감과 공정 과정의 단축을 통해 태양 전지의 생산 비용을 줄일 수 있으며 제작된 태양 전지 의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있다. 이와 같이, 활성층을 스핀 코팅과 같은 손쉬운 방법으로 박막 형태로 형성하는 것이 가능하고, 태양 전지의 구조가 간단하므로 저렴한 비용으로 고효율의 태양 전지를 제조할 수 있게 된다. As described above, in the solar cell manufacturing method according to the present invention, carbon nanotubes can be included in a solvent by using the properties of carbon nanotubes that can be dissolved in a solvent and formed into a thin film through spin coating. It is not necessary to use the deposition method and the process is very simple. Therefore, the production cost of the solar cell can be reduced by reducing the process cost and shortening the process, and the reproducibility and reliability of the manufactured solar cell can be improved. As described above, the active layer can be formed into a thin film by an easy method such as spin coating, and the structure of the solar cell is simple, so that a high efficiency solar cell can be manufactured at low cost.

도 1에서 제시한 태양 전지의 동작은 다음과 같다. The operation of the solar cell shown in FIG. 1 is as follows.

도 7은 본 발명에 따라 제작한 태양 전지에 자외선을 입사시켰을 때의 전류-전압도이다. 6 W의 자외선을 입사시켰을 때의 태양 전지의 개방 회로 전압(VOC)은 0.7 V이며, 단락 회로 전류(ISC) 밀도는 46 μA/cm2이다. 이 정도 크기의 개방회로 전압과 단락회로 전류는 태양 전지로 이용하기에 충분한 정도이다. 빛이 입사되지 않을 경우는 도 7과 같이 전류가 생성되지 않는다. 따라서 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브는 태양 전지의 발전층으로 사용할 수 있음을 보이고 있다. 7 is a current-voltage diagram when ultraviolet rays are incident on a solar cell fabricated according to the present invention. The open circuit voltage (V OC ) of the solar cell when a 6 W ultraviolet ray was incident was 0.7 V, and the short circuit current (I SC ) density was 46 μA / cm 2 . This magnitude of open circuit voltage and short circuit current is sufficient for solar cells. When light is not incident, no current is generated as shown in FIG. 7. Therefore, carbon nanotubes to which core-shell structured nanoparticles are attached can be used as a power generation layer of solar cells.

빛이 태양 전지에 입사하면 빛은 태양 전지 내부의 발전층에 있는 탄소 나노튜브 표면에 부착되어 있는 코어-쉘 구조 나노입자로 입사된다. 나노입자로 입사된 빛은 나노입자의 코어 또는 쉘에서 흡수된 후 전자와 정공을 형성한다. 형성된 전자는 도 8의 에너지 대역도와 같이 나노입자 밖으로 이동한 후 탄소 나노튜브를 통해 전극으로 이동하게 된다. 정공의 경우는 PEDOT:PSS 박막을 거쳐 전극으로 이동하게 된다. 탄소-나노튜브 표면에 부착되어 있는 코어-쉘 구조 나노입자는 태양 전지에서 발전에 사용되며, 탄소 나노튜브 표면에 부착되어 있는 코어-쉘 구조 나노입자는 기존의 실리콘 태양 전지에서 전자와 정공을 형성하여 전기를 생성하는 p-n 접합 역할을 한다. 그리고 전자를 수송하는 탄소 나노튜브와 정공을 수송하는 PEDOT:PSS 박막은 각각 n형 반도체와 p형 반도체의 역할을 수행한다. When light enters the solar cell, the light enters the core-shell structured nanoparticles attached to the surface of the carbon nanotubes in the power generation layer inside the solar cell. Light incident on the nanoparticles is absorbed in the core or shell of the nanoparticles and forms electrons and holes. The formed electrons move out of the nanoparticles as shown in the energy band diagram of FIG. 8 and then move to the electrodes through the carbon nanotubes. In the case of holes, they move to the electrode via the PEDOT: PSS thin film. Core-shell structured nanoparticles attached to the surface of carbon-nanotubes are used for power generation in solar cells. Core-shell structured nanoparticles attached to the surface of carbon nanotubes form electrons and holes in conventional silicon solar cells. To act as a pn junction to generate electricity. The carbon nanotubes transporting electrons and the PEDOT: PSS thin films transporting holes serve as n-type and p-type semiconductors, respectively.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 태양 전지에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a schematic structure of a preferred embodiment for a solar cell according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 태양 전지에 이용되는 탄소 나노튜브와 나노입자의 구조도이다.2 is a structural diagram of carbon nanotubes and nanoparticles used in the solar cell according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법을 설명하기 위한 순서도들이다.3A and 3B are flowcharts illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.

도 4 및 도 5는 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착하는 과정을 보여주는 구조도들이다.4 and 5 are structural diagrams showing a process of attaching nanoparticles to the surface of carbon nanotubes.

도 6은 본 발명에 따라 탄소 나노튜브 표면에 나노입자를 부착한 후 관찰한 미세구조 사진이다.Figure 6 is a microstructure photograph observed after attaching nanoparticles to the surface of carbon nanotubes according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따라 제작한 태양 전지에 자외선을 입사시켰을 때의 전류-전압도이다.7 is a current-voltage diagram when ultraviolet rays are incident on a solar cell fabricated according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따라 제작한 태양 전지의 에너지 대역도이다.8 is an energy band diagram of a solar cell fabricated according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100...태양 전지 110...기판 120...하부 전극100 Solar cell 110 Substrate 120 Bottom electrode

130...정공 수송층 140...활성층 141...코어-쉘 구조 나노입자130 hole transport layer 140 active layer 141 core-shell structured nanoparticles

142...탄소 나노튜브 145...탄소 나노튜브 복합재료142 Carbon Nanotubes 145 Carbon Nanotubes Composites

150...상부 전극150 ... upper electrode

Claims (8)

기판;Board; 상기 기판 상에 형성된 하부 전극;A lower electrode formed on the substrate; 상기 하부 전극 상에 형성된 정공 수송층;A hole transport layer formed on the lower electrode; 상기 정공 수송층 상에 형성되며, 코어(core)-쉘(shell) 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 활성층; 및An active layer formed on the hole transport layer and made of carbon nanotubes to which core-shell structure nanoparticles are attached; And 상기 활성층 상에 형성된 상부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.And an upper electrode formed on the active layer. 제1항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조 나노입자는 CdSe/ZnTe, CdSe/ZnSe, CdSe/ZnS, InP/ZnTe, InP/ZnSe, InP/GaAs, InP/CdS, InP/CdSe, AlSb/GaP, AlSb/ZnO, AlSb/ZnS, AlSb/ZnSe, AlSb/CdS, AlSb/CdSe, InGaAs/GaAs, PbTe/PbS, CdTe/ZnTe, GaAs/GaP, GaAs/InP, GaAs/CdSe, GaSb/GaP, GaSb/InP, GaSb/CdS, GaSb/CdSe, ZnTe/GaP, ZnTe/ZnO, ZnTe/ZnS, ZnTe/ZnSe, ZnTe/CdS 및 ZnTe/CdSe 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양 전지.The method of claim 1, wherein the core-shell structured nanoparticles are CdSe / ZnTe, CdSe / ZnSe, CdSe / ZnS, InP / ZnTe, InP / ZnSe, InP / GaAs, InP / CdS, InP / CdSe, AlSb / GaP, AlSb / ZnO, AlSb / ZnS, AlSb / ZnSe, AlSb / CdS, AlSb / CdSe, InGaAs / GaAs, PbTe / PbS, CdTe / ZnTe, GaAs / GaP, GaAs / InP, GaAs / CdSe, GaSb / GaP A solar cell comprising any one of InP, GaSb / CdS, GaSb / CdSe, ZnTe / GaP, ZnTe / ZnO, ZnTe / ZnS, ZnTe / ZnSe, ZnTe / CdS, and ZnTe / CdSe. 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 및 상부 전극 중 적어도 어느 하나는 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, ITO(indium-tin oxide), Al-도프트(doped) ZnO(AZO), Ga-도프트 ZnO(GZO) 및 Mg-도프트 ZnO(MZO) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양 전지.The method of claim 1, wherein at least one of the lower electrode and the upper electrode is Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, TI, Zr, Hf, Cd, Pd, indium-tin oxide (ITO) And Al-doped ZnO (AZO), Ga-doped ZnO (GZO) and Mg-doped ZnO (MZO). 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode on the substrate; 상기 하부 전극 상에 정공 수송층을 형성하는 단계;Forming a hole transport layer on the lower electrode; 상기 정공 수송층 상에 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브로 이루어진 활성층을 형성하는 단계; 및Forming an active layer made of carbon nanotubes to which core-shell structured nanoparticles are attached on the hole transport layer; And 상기 활성층 상에 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법.Forming an upper electrode on the active layer; solar cell manufacturing method comprising a. 제4항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는, The method of claim 4, wherein the forming of the active layer comprises: 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계;Preparing a solution in which carbon nanotubes to which core-shell structure nanoparticles are attached are dispersed in a solvent; 상기 용액을 상기 정공 수송층 상에 위에 스핀 코팅하여 막을 형성하는 단계; 및Spin coating the solution on the hole transport layer to form a film; And 상기 막으로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법.Removing the solvent from the membrane. 제5항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조 나노입자가 부착된 탄소 나노튜브가 용매에 분산된 용액을 준비하는 단계는,The method of claim 5, wherein the preparing of the solution in which the carbon nanotubes to which the core-shell structure nanoparticles are attached is dispersed in a solvent, 탄소 나노튜브를 산으로 처리하는 단계; Treating the carbon nanotubes with an acid; 용매 안에 상기 탄소 나노튜브와 코어-쉘 구조 나노입자를 혼합하는 단계; 및Mixing the carbon nanotubes and core-shell structured nanoparticles in a solvent; And 상기 탄소 나노튜브와 코어-쉘 구조 나노입자를 반응시켜 상기 탄소 나노튜브 표면에 코어-쉘 구조 나노입자를 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법.Reacting the carbon nanotubes with the core-shell structured nanoparticles to attach the core-shell structured nanoparticles to the surface of the carbon nanotubes. 제6항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브를 산으로 처리하는 단계는,The method of claim 6, wherein treating the carbon nanotubes with an acid comprises: 상기 탄소 나노튜브를 질산 용액 안에서 열처리하여 표면에 불순물을 제거함과 동시에 카르복실기(-COOH)를 형성하는 단계;Heat-treating the carbon nanotubes in a nitric acid solution to remove impurities from the surface and simultaneously form a carboxyl group (-COOH); 상기 탄소 나노튜브가 포함된 질산 용액을 탈이온수로 희석시킨 후에 필터를 사용하여 탄소 나노튜브만을 걸러내는 단계; 및Diluting the nitric acid solution containing the carbon nanotubes with deionized water and filtering only the carbon nanotubes using a filter; And 걸러낸 탄소 나노튜브를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법.A solar cell manufacturing method comprising the step of drying the filtered carbon nanotubes. 제6항에 있어서, 상기 용매는 1,2-dicloroethane(C2H4Cl2), 톨루엔(toluene), 아세톤, 클로로포름, 에틸렌글리콜, 이소프로페놀(isopropanol) 및 크실렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법.The method of claim 6, wherein the solvent is any one of 1,2-dicloroethane (C 2 H 4 Cl 2 ), toluene (toluene), acetone, chloroform, ethylene glycol, isoprophenol (isopropanol) and xylene Solar cell manufacturing method.
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