KR20140091623A - Quantum Dot Solar Cell and the Fabrication Method Thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양자점 기반 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum dot-based solar cell and a method of manufacturing the same.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Research on renewable and clean alternative energy sources such as solar energy, wind power, and hydro power is actively being conducted to solve the global environmental problems caused by depletion of fossil energy and its use.
이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다. Among these, there is a great interest in solar cells that change electric energy directly from sunlight. Here, a solar cell refers to a cell that generates a current-voltage by utilizing a photovoltaic effect that absorbs light energy from sunlight to generate electrons and holes.
현재 광에너지 변환효율이 20%가 넘는 n-p 다이오드형 실리콘(Si) 단결정 기반 태양전지의 제조가 가능하여 실제 태양광 발전에 사용되고 있으며, 이보다 더 변환효율이 우수한 갈륨아세나이드(GaAs)와 같은 화합물 반도체를 이용한 태양전지도 있다. 그러나 이러한 무기 반도체 기반의 태양전지는 고효율화를 위하여 매우 고순도로 정제한 소재가 필요하므로 원소재의 정제에 많은 에너지가 소비되고, 또한 원소재를 이용하여 단결정 혹은 박막화 하는 과정에 고가의 공정 장비가 요구되어 태양전지의 제조비용을 낮게 하는 데에는 한계가 있어 대규모적인 활용에 걸림돌이 되어왔다.Currently, np diode-type silicon (Si) single crystal based solar cells with a light energy conversion efficiency of more than 20% can be manufactured and used for actual solar power generation. Compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs) There is also solar cell using. However, since inorganic semiconductor-based solar cells require highly refined materials for high efficiency, a large amount of energy is consumed in the purification of raw materials, and expensive processes are required in the process of making single crystals or thin films using raw materials And the manufacturing cost of the solar cell can not be lowered, which has been a hindrance to a large-scale utilization.
그 대안으로, 염료감응형 태양전지, 유기기반 태양전지 및 양자점기반 태양전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중, 미국 공개특허 제 20090260682호와 같이, 양자점기반 태양전지는 양자점 나노입자를 광흡수체로 이용함에 따라, 나노입자의 크기 조절에 의해 밴드갭 에너지의 조절이 용이하여 근적외선에 이르기까지 광 흡수가 가능하며, 흡수계수가 커 광의 흡수율이 높으며, 다중여기에 의해 광전류의 증가가 가능하고, 무기물 기반임에 따라 광 안정성이 우수한 장점이 있다. As an alternative, researches on dye-sensitized solar cells, organic-based solar cells and quantum dot-based solar cells have been actively conducted. In particular, as disclosed in U.S. Patent Publication No. 20090260682, a quantum dot-based solar cell uses quantum dot nanoparticles as a light absorber, so that the band gap energy can be easily controlled by controlling the size of nanoparticles, The absorption coefficient is large, the absorption rate of light is high, the photocurrent can be increased by multiple excitation, and the light stability is excellent due to the inorganic base.
그러나, 아직까지, 종래의 실리콘 단결정 기반 태양전지를 대체할 수 있을 정도로 우수한 효율을 가지며 상업화 가능한 태양전지는 아직 요원한 실정이다.However, a commercially available solar cell having a sufficiently high efficiency to replace a conventional silicon single crystal based solar cell is still a problem.
본 발명은 우수한 전력 변환 효율(PCE; Power Conversion Efficiency)을 갖는 양자점 기반 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이며, 상세하게, 광음극을 갖는 양자점 기반 태양전지 대비 1.5배 이상의 전력 변환 효율(PCE; Power Conversion Efficiency)이 향상된 신규한 구조의 양자점 기반 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a quantum dot-based solar cell having excellent power conversion efficiency (PCE) and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a quantum dot solar cell having a power conversion efficiency (PCE) of 1.5 times or more as compared with a quantum dot- The present invention also provides a quantum dot-based solar cell having a novel structure improved in power conversion efficiency and a manufacturing method thereof.
본 발명에 따른 양자점 기반 태양전지는 투명 전도성 전극; 투명 전도성 전극 상부에 형성된 유기 정공전달층; 유기 정공전달층 상부에 형성되며 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층; 양자점층 상부에 형성되며 금속산화물 양자점을 포함하는 전자 전달층; 전자 전달층 상부에 형성된 대향전극;을 포함한다.The quantum dot-based solar cell according to the present invention comprises a transparent conductive electrode; An organic hole transporting layer formed on the transparent conductive electrode; A quantum dot layer formed on the organic hole transport layer and including inorganic semiconductor quantum dots; An electron transport layer formed on the quantum dot layer and including a metal oxide quantum dot; And an opposing electrode formed on the electron transport layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer may satisfy the following relational expression (1).
(관계식1) (Relational expression 1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd0.2 Tqd? Te? Tqd
관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다.In the relational expression 1, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer may satisfy the following relational expression (2).
(관계식2) (Relational expression 2)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ 0.5Tqd0.2 Tqd? Te? 0.5Tqd
관계식 2에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다In Equation 2, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 양자점층의 두께는 100nm 내지 220nm 일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the quantum dot layer may be 100 nm to 220 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점과 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기는 하기 관계식 3을 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dot and the metal oxide quantum dot can satisfy the following relational expression (3).
(관계식 3) (Relational expression 3)
0.5Det ≤ Dps ≤ Det0.5Det? Dps? Det
관계식 3에서 Dps는 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기이며, Det는 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기이다.In Equation 3, Dps is the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots and Det is the average crystal grain size of the metal oxide quantum dots.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기는 2 내지 5nm일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots may be 2 to 5 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 ITO(Indium-Tin Oxide) 층이 형성된 전극이며, 대향 전극은 Al 전극일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the transparent conductive electrode may be an electrode in which an indium-tin oxide (ITO) layer is formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate, and the counter electrode may be an Al electrode .
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점일 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the inorganic semiconductor quantum dot may be a PbS quantum dot.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 금속산화물 양자점은 ZnO 양자점일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the metal oxide quantum dots may be ZnO quantum dots.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer may be PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
본 발명에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법은 a) 투명 전도성 전극 상부에 유기 정공전달층을 형성하는 단계; b) 유기 정공전달층 상부에 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계; c) 양자점층 상부에 금속산화물 양자점을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계; d) 전자전달층 상부에 대향전극을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of fabricating a quantum dot-based solar cell according to the present invention includes the steps of: a) forming an organic hole transporting layer on a transparent conductive electrode; b) forming a quantum dot layer including inorganic semiconductor quantum dots on the organic hole transport layer; c) forming an electron transport layer comprising a metal oxide quantum dot on the quantum dot layer; and d) forming an opposite electrode on the electron transporting layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the step c) may include a step of applying a solution of an organometallic compound and performing a low-temperature heat treatment at 100 to 120 ° C in the presence of oxygen .
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, 유기 금속화합물은 디에틸징크일 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the organometallic compound may be diethyl zinc.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, b) 단계는 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계;를 포함할 수 있다.In the method of fabricating a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, step b) may include applying an inorganic semiconductor quantum dot dispersion.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점일 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the inorganic semiconductor quantum dot may be a PbS quantum dot.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, b) 단계는 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계;를 일 단위 공정으로 하고, c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 다른 일 단위 공정으로 하여, b) 단계의 단위 공정을 반복 수행하고, c) 단계의 단위 공정을 반복하여 수행함으로써, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께가 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, step b) comprises applying a dispersion of an inorganic semiconductor quantum dot to a single unit process, and step c) Performing the low-temperature heat treatment at 100 to 120 ° C in the presence of the other electron transporting layer, and repeating the unit process of the step b) by repeating the unit process of the step c) The thickness and the thickness of the quantum dot layer can satisfy the following relational expression (1).
(관계식1) (Relational expression 1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd0.2 Tqd? Te? Tqd
관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다.In the relational expression 1, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, a) 단계는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))를 함유하는 유기 정공전달 용액을 도포 및 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, step a) is performed by applying and drying an organic hole transporting solution containing PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) The method comprising the steps of:
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 ITO(Indium-Tin Oxide)층이 형성된 전극이며, 대향 전극은 Al 전극일 수 있다. In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the transparent conductive electrode is an electrode in which an indium-tin oxide (ITO) layer is formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate, Lt; / RTI >
본 발명에 따른 태양전지는 광양극 구조를 가지며, 무기 반도체 양자점의 양자점층 및 금속 산화물 양자점의 전자전달층 구조를 가짐에 따라, 광흡수영역(양자점층)에서의 보강광간섭(constructive optical interference) 및 양자점층과 전자전달층의 계면 특성 향상에 의해 단락전류 밀도, 개방 전압, 성능 지수 및 전력변환효율이 향상된 장점이 있다.The photovoltaic cell according to the present invention has a photocathode structure and has an electron transfer layer structure of a quantum dot layer of an inorganic semiconductor quantum dot and a quantum dot of a metal oxide and is therefore capable of forming constructive optical interference in a light absorption region (quantum dot layer) And improvement of the interface characteristics between the quantum dot layer and the electron transporting layer, the short circuit current density, the open voltage, the performance index and the power conversion efficiency are improved.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 단락전류 밀도, 개방 전압, 성능 지수 및 전력변환효율이 향상된 태양전지의 제조가 가능하며, 저온 열처리에 의해 금속 산화물 양자점의 전자전달층이 제조됨에 따라, 양자점층의 무기 반도체 양자점이 손상되지 않고 우수한 계면 특성을 갖는 장점이 있다.The manufacturing method of the solar cell according to the present invention can manufacture a solar cell with improved short circuit current density, open voltage, performance index and power conversion efficiency. As the electron transport layer of a metal oxide quantum dot is produced by low temperature heat treatment, Layer inorganic semiconductor quantum dots are not damaged and excellent interface characteristics are obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양전지의 투과전자현미경 사진이며,
도 2는 자외선-근적외선의 광조사시 PbS 양자점 용액과 ZnO 양자점 전자전달층의 파장별 광흡수율을 도시한 도면이다.
1 is a transmission electron microscope (SEM) image of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a graph showing the light absorptance of the PbS quantum dot solution and the ZnO quantum dot electron transport layer by wavelength in the ultraviolet-near-infrared light irradiation.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 양자점 기반 태양전지 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, a quantum dot-based solar cell of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms, and the following drawings may be exaggerated in order to clarify the spirit of the present invention. Also, throughout the specification, like reference numerals designate like elements.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.
본 발명에 따른 양자점 기반 태양전지는 투명 전도성 전극; 투명 전도성 전극 상부에 형성된 유기 정공전달층; 유기 정공전달층 상부에 형성되며 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층; 양자점층 상부에 형성되며 금속산화물 양자점을 포함하는 전자 전달층; 전자 전달층 상부에 형성된 대향전극;을 포함한다.The quantum dot-based solar cell according to the present invention comprises a transparent conductive electrode; An organic hole transporting layer formed on the transparent conductive electrode; A quantum dot layer formed on the organic hole transport layer and including inorganic semiconductor quantum dots; An electron transport layer formed on the quantum dot layer and including a metal oxide quantum dot; And an opposing electrode formed on the electron transport layer.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지는 투명 전도성 전극-전자전달층-양자점이 적층된 광음극이 아닌, 광양극을 이용한 태양전지이다. 즉, 투명 전도성 전극 상부에는 전자전달층이 아닌 광정공을 전달하는 유기 정공전달층이 위치하며, 이러한 유기 정공전달층 상부에 양자점층이 위치하는 광양극 구조를 가지며, 광양극 상부에 전자 전달층과 대향전극이 순차적으로 위치하는 구조를 갖는다.As described above, the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention is a solar cell using a photocathode, not a photocathode in which a transparent conductive electrode-electron transport layer-quantum dot is laminated. That is, an organic hole transporting layer for transporting a light hole, which is not an electron transporting layer, is located above the transparent conductive electrode, and has a light-emitting diode structure in which a quantum dot layer is located above the organic hole transporting layer. And the counter electrode are sequentially positioned.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지는 전자전달층으로 금속산화물을 채택하되, 광흡수체인 무기 반도체 양자점과 유사하게 전자전달층이 금속산화물의 양자점을 함유한다. 즉, 광양극 상부에는 금속산화물 양자점을 함유하는 전자 전달층과 대향전극이 순차적으로 위치한다.As described above, a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention employs a metal oxide as an electron transport layer, and the electron transport layer contains a quantum dot of a metal oxide, similar to an inorganic semiconductor quantum dot that is a light absorber. That is, the electron transport layer containing the metal oxide quantum dot and the counter electrode are sequentially positioned on the upper part of the light emitting electrode.
이러한 광양극의 구조에 의해 단락전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc) 및 성능 지수(FF)가 향상될 수 있으며, 양자점 크기의 금속산화물을 함유하는 전자전달층에 의해 광흡수체(무기 반도체 양자점)와 전자전달체(금속산화물 양자점)간 우수한 계면 특성을 얻을 수 있고, 치밀 막 형태로 전자전달층의 형성됨에 따라 전자전달층을 통한 광전자의 원활한 이동이 가능하며, 광전자의 이동시 재결합에 의한 손실을 방지할 수 있다. The short circuit current density (Jsc), the open-circuit voltage (Voc) and the figure of merit (FF) can be improved by the structure of such a light-emitting pole, and the electron- ) And electron carriers (metal oxide quantum dots) can be obtained, and as the electron transport layer is formed in the form of a dense film, the photoelectrons can move smoothly through the electron transport layer and the loss due to recombination during the movement of the photoelectron .
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지는 광이 입사되는 투명 전도성 전극 상부에 유기 정공전달층이 위치하며, 유기 정공전달층 상부로 균일한 두께의 막 형상으로 무기 반도체 양자점으로 이루어진 양자점층이 형성될 수 있다. 이러한 양자점층의 형성은 대량의 광을 흡수하면서도 보다 소형화된 태양전지의 구현을 가능하게 한다. 또한 금속산화물 양자점으로 이루어진 전자전달층이 양자점층 상부에 위치하여 양자점층과 접함에 따라, 전자전달층과 양자점층간의 우수한 계면특성에 의해 보다 깊은(두꺼운) 공핍 영역(depletion region)이 생성되어, 광전자의 분리 및 이동 효율을 높일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, an organic hole transport layer is disposed on a transparent conductive electrode on which light is incident, and a quantum dot layer made of an inorganic semiconductor quantum dot Can be formed. The formation of such a quantum dot layer makes it possible to realize a more miniaturized solar cell while absorbing a large amount of light. Further, as the electron transport layer made of the metal oxide quantum dots is located on the quantum dot layer and contacts the quantum dot layer, a deeper depletion region is formed due to the excellent interface property between the electron transport layer and the quantum dot layer, It is possible to increase the efficiency of photoelectrons to be separated and moved.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께는 태양전지의 효율에 영향을 미칠 수 있으며, 구체적으로, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer may affect the efficiency of the solar cell. Specifically, the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer Can satisfy the following relational expression (1).
(관계식1) (Relational expression 1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd0.2 Tqd? Te? Tqd
관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다.In the relational expression 1, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer.
상술한 광양극 구조를 가지며, 양자점층 상부로 금속산화물 양자점으로 이루어진 전자전달층이 위치하는 경우, 양자점층과 전자전달층의 상대적 두께에 의해 전력 변환 효율이 영향을 받을 수 있다.When the electron transport layer made of the metal oxide quantum dot is located on the quantum dot layer and has the above-described photon-electrode structure, the power conversion efficiency may be affected by the relative thickness of the quantum dot layer and the electron transport layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께는 양자점층의 두께와 같거나 얇을 수 있으며, 적어도 양자점층 두께를 기준으로 0.2배 이상의 두께를 가질 수 있다. 전자전달층의 두께가 양자점층의 두께보다 두꺼울 경우, 단락전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc) 및 성능 지수(FF)의 감소가 발생할 수 있으며, 특히 성능 지수가 현저하게 감소할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께는 극히 얇아도 무방하나, 전자전달층과 양자점층간 완전한 공핍영역의 형성, 물리적 안정성 및 양자점층과 대향전극의 원치 않는 접촉 방지 측면에서 실질적으로 양자점층 두께를 기준으로 0.2배 이상의 두께를 가질 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transporting layer may be equal to or thinner than the thickness of the quantum dot layer, and may be at least 0.2 times as thick as the thickness of the quantum dot layer. If the thickness of the electron transport layer is thicker than the thickness of the quantum dot layer, the shortcircuit current density (Jsc), the open-circuit voltage (Voc) and the figure of merit (FF) may decrease, and in particular, the figure of merit may be significantly reduced. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transport layer may be extremely thin, but the formation of the complete depletion region between the electron transport layer and the quantum dot layer, the physical stability, It can have a thickness of 0.2 times or more based on the thickness of the quantum dot layer in the contact prevention side.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer may satisfy the following relational expression (2).
(관계식2) (Relational expression 2)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ 0.5Tqd0.2 Tqd? Te? 0.5Tqd
관계식 2에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다In Equation 2, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer
관계식 2와 같이, 전자전달층의 두께가 양자점층의 두께를 기반으로 0.2배 내지 0.5배의 두께를 가질 경우, 단락전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc) 및 성능 지수(FF)를 보다 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 광음극 구조의 양자점 기반 태양전지 대비 1.5배 이상의 전력 변환 효율을 가질 수 있다. 이때, 광음극 구조의 양자점 기반 태양전지는 투명 전도성 전극, 전자전달층, 양자점층, 유기 정공전달층 및 대향전극이 순차적으로 적층된 구조일 수 있으며, 전력 변환 효율의 비교에 있어 비교대상이 되는 광음극 구조의 양자점 기반 태양전지는 그 물질 및 각 층의 두께가 본원발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지와 동일하며 단지 각 층의 적층 구조가 본원발명과 상이한 전지일 수 있다. (Jsc), the open-circuit voltage (Voc), and the figure of merit (FF) are improved when the thickness of the electron transport layer has a thickness of 0.2 to 0.5 times based on the thickness of the quantum dot layer, . Specifically, it can have a power conversion efficiency of 1.5 times or more as much as that of a quantum dot-based solar cell having a photocathode structure. In this case, the quantum dot-based solar cell having a photocathode structure may have a structure in which a transparent conductive electrode, an electron transport layer, a quantum dot layer, an organic hole transport layer, and a counter electrode are sequentially stacked, In a quantum dot-based solar cell having a photocathode structure, the material and the thickness of each layer are the same as those of the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, and the lamination structure of each layer may be a battery different from the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 양자점층의 두께는 100nm 내지 220nm, 상세하게 110nm 내지 200nm일 수 있다. 양자점층의 두께가 100nm 미만으로 얇은 경우 태양광을 흡수하여 광전자-광정공을 생성하는 광흡수체의 양 자체가 작아 전력변환효율이 감소될 수 있으며, 양자점층의 두께가 220nm를 초과하도록 두꺼운 경우, 광전자-광정공의 분리효율 및 이동이 저하되어 전력변환효율이 감소될 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the thickness of the quantum dot layer may be 100 nm to 220 nm, specifically 110 nm to 200 nm. When the thickness of the quantum dot layer is as thin as less than 100 nm, the power conversion efficiency may be reduced due to the small amount of the light absorber that absorbs sunlight to generate photo-electron holes, and when the thickness of the quantum dot layer is thicker than 220 nm, The separation efficiency and movement of photoelectrons-optical holes may be reduced and the power conversion efficiency may be reduced.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점과 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기는 하기 관계식 3을 만족할 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dot and the metal oxide quantum dot can satisfy the following relational expression (3).
(관계식 3) (Relational expression 3)
0.5Det ≤ Dps ≤ Det0.5Det? Dps? Det
관계식 3에서 Dps는 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기이며, Det는 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기이다.In Equation 3, Dps is the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots and Det is the average crystal grain size of the metal oxide quantum dots.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 전자전달층을 이루는 금속 산화물 입자가 양자점일 수 있으며, 광을 흡수하여 광전자-광정공 쌍을 생성하는 무기 반도체 양자점(광흡수체)의 평균 결정립 크기를 기준으로 0.5배 내지 1배의 크기를 가질 수 있다. 이러한 양자점층(광흡수층)을 이루는 무기 반도체 양자점 대비 전자전달층을 이루는 금속산화물 양자점의 크기는 광흡수체(무기 반도체 양자점)와 전자전달체(금속산화물 양자점)간 우수한 계면 특성에 의해 광전자의 분리 및 이동을 향상시킬 수 있으며, 전자전달층을 이루는 금속산화물이 치밀막을 이룰 수 있음에 따라, 광전자의 이동시 재결합에 의한 손실을 방지하고 원활한 전류 이동을 가능하게 할 수 있으며, 양자점층(광흡수층)과 전자전달층간 접촉 면적을 향상시킬 수 있다.As described above, in the solar cell according to an embodiment of the present invention, the metal oxide particles constituting the electron transport layer may be quantum dots, and inorganic semiconductor quantum dots (light absorbers) that absorb light to generate photo- And may have a size of 0.5 to 1 times the average grain size. The size of the metal oxide quantum dots constituting the electron transport layer as compared with the inorganic semiconductor quantum dots constituting the quantum dot layer (light absorption layer) is determined by the excellent interfacial property between the light absorber (inorganic semiconductor quantum dot) and the electron transporting material (metal oxide quantum dot) Since the metal oxide forming the electron transporting layer can form a dense film, it is possible to prevent the loss due to recombination during the movement of the photoelectrons and to enable smooth current movement, and the quantum dot layer (light absorption layer) It is possible to improve the contact area between the transfer layers.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기는 2 내지 5nm일 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots may be 2 to 5 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 투명 전도성 물질층이 형성된 것일 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the transparent conductive electrode may be a transparent conductive material layer formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate.
투명 기판은 기판 상부의 구조물을 지지하기 위한 지지체의 역할을 수행하며 광이 투과되는 기판이면 사용 가능하다. 일 예로, 리지드 기판으로 유리 기판을 들 수 있으며, 플렉시블 기판으로 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 트리아세틸셀룰로오스, 폴리에테르술폰 기판등을 들 수 있다.The transparent substrate serves as a support for supporting the structure above the substrate and can be used as a substrate through which light is transmitted. For example, the rigid substrate may be a glass substrate, and examples of the flexible substrate include polyethylene terephthalate, polyimide, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, triacetylcellulose, and polyether sulfone substrates.
투명 기판의 적어도 일 면에 형성되는 투명 전도성 물질층은 전자의 에너지를 기준한 에너지 밴드 다이어그램상 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질과 오믹 접합(정공 기준)되는 물질이면 사용 가능하다. 일 예로, 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), 또는 이들의 복합물을 들 수 있다. The transparent conductive material layer formed on at least one surface of the transparent substrate can be used as long as it is an ohmic contact (hole-based) with the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer on the energy band diagram based on the energy of electrons. For example, fluorine-containing tin oxide (FTO), indium-doped tin oxide (ITO), or a combination thereof can be cited.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 대향 전극은 전자전달층과 오믹 접합(전자 기준)되는 물질이면 사용 가능하며, 일 예로, 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리 또는 알루미늄등의 금속 물질을 들 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention, the counter electrode may be formed of any material that is in ohmic contact with the electron transport layer (electron reference), and examples thereof include gold, silver, platinum, palladium, Of a metal material.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 무기 반도체 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbSxSe1 -x(0<x<1), Bi2S3, Bi2Se3, InP, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS 및 MoSe에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell, according to one embodiment of the present invention, the inorganic semiconductor quantum dot is CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbS x Se 1 -x (0 <x <1), Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InCuS 2, In (CuGa) Se 2, Sb 2 S 3, Sb 2 Se 3, SnS x (1≤x≤2), NiS, CoS, FeS x (1≤x≤2), In 2 S 3 , MoS, and MoSe.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 금속산화물 양자점은 타이타늄산화물, 아연산화물, 인듐산화물, 주석산화물, 텅스텐산화물, 나이오븀산화물, 몰리브덴산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 스트론튬산화물, 이트륨산화물, 라타늄산화물, 바나튬산화물, 알루미늄산화물, 갈륨산화물 및 이들의 복합산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다. 이때, 무기 반도체 양자점 및 금속산화물 양자점은 양자구속효과에 의해 크기에 따라 밴드갭 에너지(Eg; band gap energy) 및 에너지 밴드 다이어그램이 달라질 수 있음은 물론이며, 물질 고유의 특성과 함께 양자점 크기에 의한 영향을 모두 고려한 에너지 밴드 다이어그램을 기준으로 금속산화물 양자점의 물질이 선택될 수 있음은 물론이다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the quantum dot of the metal oxide may be at least one of titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, tungsten oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, Yttrium oxide, ruthenium oxide, vanadium oxide, aluminum oxide, gallium oxide, and composite oxide thereof. At this time, the inorganic semiconductor quantum dots and the metal oxide quantum dots can have different band gap energies (Eg) and energy band diagrams depending on the quantum confinement effect. Of course, the quantum dot quantum dots It is a matter of course that the material of the metal oxide quantum dots can be selected based on the energy band diagram considering all of the effects.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 티오펜계 유기물일 수 있으며, 상세하게, P3HT(poly(3-hexylthiophene)), P3AT(poly(3-alkylthiophene)), P3OT(poly(3-octylthiophene), PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 유기 정공전달층의 두께는 양자점층과 투명 전도성 전극이 물리적으로 안전하게 분리되며 원활한 정공의 전달이 이루어지는 두께이면 무방하다. 구체적일 일 예로, 정공전달층의 두께는 40nm 내지 200 nm일 수 있다. In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer may be a thiophene organic material, and more specifically, P3HT (poly (3-hexylthiophene) 3-alkylthiophene), poly (3-octylthiophene), PEDOT: poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) or mixtures thereof. The thickness of the organic hole- The thickness of the hole transporting layer may be 40 nm to 200 nm, for example.
전자 기준 에너지 밴드 다이어그램 상 태양전지를 구성하는 각층(투명 전도성 전극, 유기 정공전달층, 양자점층, 전자전달층, 대향전극)의 에너지 레벨은 광전자 광정공의 자발적 분리 및 자발적 이동에 영향을 미치며, 이러한 각층의 에너지 레벨 매칭(matching)에 의해 태양전지의 전력변환효율 향상이 가능하다. 또한, 각층의 물질들이 달라짐에 따라 인접하는 층간 계면에서의 접착력등이 달라질 수 있다. The energy level of each layer (transparent conductive electrode, organic hole transport layer, quantum dot layer, electron transport layer, and counter electrode) constituting the solar cell on the electron reference energy band diagram affects the spontaneous separation and spontaneous migration of the photo- The power conversion efficiency of the solar cell can be improved by energy level matching of each layer. Further, as the materials of the respective layers are changed, the adhesive force at the adjacent interlayer interface may be changed.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지에 있어, 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 ITO(Indium-Tin Oxide) 층이 형성된 전극일 수 있으며, 대향 전극은 Al 전극일 수 있다. 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점일 수 있으며, 금속산화물 양자점은 ZnO 양자점이고, 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))일 수 있다.In the quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the transparent conductive electrode may be an electrode in which an indium-tin oxide (ITO) layer is formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate, . The inorganic semiconductor quantum dot may be a PbS quantum dot, the metal oxide quantum dot may be a ZnO quantum dot, and the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer may be PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
본 발명에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법은 a) 투명 전도성 전극 상부에 유기 정공전달층을 형성하는 단계; b) 유기 정공전달층 상부에 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계; c) 양자점층 상부에 금속산화물 양자점을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계; d) 전자전달층 상부에 대향전극을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of fabricating a quantum dot-based solar cell according to the present invention includes the steps of: a) forming an organic hole transporting layer on a transparent conductive electrode; b) forming a quantum dot layer including inorganic semiconductor quantum dots on the organic hole transport layer; c) forming an electron transport layer comprising a metal oxide quantum dot on the quantum dot layer; and d) forming an opposite electrode on the electron transporting layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, a) 단계의 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 투명 전도성 물질층이 형성된 것일 수 있다. 유기 정공전달층은 투명 전도성 전극 상에 유기 정공전달물질을 함유하는 용액을 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. 유기 정공전달층을 형성하기 위해, 유기 정공전달물질의 용매로 사용되는 물질은 유기 정공전달물질이 용해되며, 태양전지의 다른 구성요소(일 예로, 투명 전도성 전극)와 화학적으로 반응하지 않는 용매이면 무방하다. 비 한정적인 일 예로, 무극성 용매, 폴리욜계 용매, 아민계 용매, 포스핀계 용매, 알코올계 용매 또는 극성 용매일 수 있다. 보다 더 구체적인 일 예로, 유기 정공전달물질이 PEDOT:PSS인 경우 물을 포함하는 극성 용매를 이용하여 유기 정공전달물질을 함유하는 용액을 제조할 수 있으며, 유기 정공전달물질이 P3AT인 경우 톨루엔, 클로로벤젠과 같은 무극성 용매를 이용하여 유기 정공전달물질을 함유하는 용액을 제조할 수 있다. 용액의 도포는 통상의 액상 도포 방법을 사용하여 수행될 수 있으며, 구체적인 일 예로, 스핀 코팅에 의해 수행될 수 있다. 건조는 유기 정공전달물질이 손상되지 않으며 용매 휘발에 의해 균일한 건조막이 수득되는 적절한 온도에서 수행될 수 있다. 비한정적인 일 예로, 건조는 60 내지 150℃에서 수행될 수 있다. 이때, 도포 및 건조에 의해 형성되는 유기 정공전달층의 두께는 40nm 내지 200 nm일 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the transparent conductive electrode in step a) may be a rigid or flexible transparent substrate having a transparent conductive material layer formed on at least one surface thereof. The organic hole transporting layer can be performed by applying and drying a solution containing an organic hole transporting material on the transparent conductive electrode. In order to form an organic hole transporting layer, a material used as a solvent of the organic hole transporting material is a solvent that dissolves the organic hole transporting material and does not chemically react with other components of the solar cell (for example, a transparent conductive electrode) It is acceptable. Non-limiting examples include apolar solvents, polyol-based solvents, amine-based solvents, phosphine-based solvents, alcohol-based solvents or polarity-based solvents. More specifically, in the case where the organic hole transporting material is PEDOT: PSS, a solution containing an organic hole transporting material can be prepared using a polar solvent including water. When the organic hole transporting material is P3AT, A solution containing an organic hole-transporting material can be prepared using a non-polar solvent such as benzene. The application of the solution can be carried out using a conventional liquid application method, and can be carried out, for example, by spin coating. The drying can be carried out at a suitable temperature at which the organic hole transport material is not damaged and a uniform dry film is obtained by solvent volatilization. As a non-limiting example, drying can be carried out at 60 to 150 < 0 > C. At this time, the thickness of the organic hole transporting layer formed by coating and drying may be 40 nm to 200 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))일 수 있다.In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer may be PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 기반 태양전지의 제조방법에 있어, b) 단계는 무기 반도체 양자점이 분산된 분산액을 유기 정공전달층 상부에 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. 양자점 분산액의 분산매질은 양자점이 안정적으로 분산되며, 태양전지의 다른 구성요소(일 예로, 유기 정공전달층)와 화학적으로 반응하지 않는 용매이면 무방하다. 비 한정적인 일 예로, 양자점 분산액의 분산매질은 옥탄과 같은 6 내지 14의 탄소수를 가지는 탄화수소계 용매일 수 있다. In the method of manufacturing a quantum dot-based solar cell according to an embodiment of the present invention, step b) may be performed by applying a dispersion liquid in which inorganic semiconductor quantum dots are dispersed onto an organic hole transport layer and drying the dispersion. The dispersion medium of the quantum dot dispersion may be a solvent that stably disperses quantum dots and does not chemically react with other components of the solar cell (for example, organic hole transport layer). As a non-limiting example, the dispersion medium of the quantum dot dispersion can be a hydrocarbon-based solvent having a carbon number of 6 to 14, such as octane.
무기 반도체 양자점은 통상의 열분해법을 이용하여 합성될 수 있으며, 열분해법에 의한 합성시 통상적으로 양자점 표면에는 유기 리간드가 부착되어 있을 수 있다. 구체적으로, 무기 반도체 양자점은 유기 용매, 금속전구체 및 입자의 안정성을 향상시켜 줄 유기성 표면 안정제 등을 혼합하여 일정 온도로 가열하여 양자점을 핵생성 및 성장 시킨 후, 급냉(quenching)하는 방법을 사용하여 제조될 수 있다.The inorganic semiconductor quantum dots can be synthesized using a conventional pyrolysis method, and organic ligands may be attached to the surfaces of the quantum dots when synthesized by pyrolysis. Specifically, inorganic semiconductor quantum dots are prepared by mixing an organic solvent, a metal precursor, and an organic surface stabilizer for improving the stability of the particles, and heating to a predetermined temperature to nucleate and grow quantum dots, followed by quenching .
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점일 수 있으며, PbS 양자점은 ACS Nano 2010,4,3374-3380와 같이 기 알려진 방법을 통해 제조될 수 있다. 상술한 바와 같이, 통상의 열분해법에 의해 제조된 양자점은 올레이트와 같은 유기기가 표면에 형성되어 있을 수 있다. 이때, 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기는 2 내지 5nm일 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the inorganic semiconductor quantum dots may be PbS quantum dots, and the PbS quantum dots may be manufactured by a known method such as ACS Nano 2010, 4, 3374-3380. As described above, quantum dots produced by a conventional pyrolysis method may have an organic group such as an oleate formed on its surface. At this time, the average grain size of the inorganic semiconductor quantum dots may be 2 to 5 nm.
양자점 분산액의 도포는 통상의 액상 도포 방법을 사용하여 수행될 수 있으며, 구체적인 일 예로, 스핀 코팅에 의해 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, b) 단계는 층대층(layer by layer) 용액 증착(도포)를 이용하여 수행될 수 있다. 층대층 용액 증착은 올레이트와 같은 유기 리간드가 형성된 양자점이 분산된 양자점 분산액의 도포 및 3-mercaptopropionic acid(MPA) 용액의 도포를 일 단위공정으로 하여, 이러한 단위 공정을 반복 수행함으로써 이루어질 수 있다. 무기 반도체 양자점은 유기 용매에서의 분산성을 향상시키며, 양자점끼리 서로 응집되는 것을 방지하기 위해, 올레이트 리간드와 같은 유기 리간드가 표면을 감싸고 있을 수 있는데, 이러한 올레이트 리간드는 전자와 정공의 이동을 방해할 수 있다. 이러한 3-mercaptopropionic acid(MPA) 용액의 도포를 통해 올레이트 리간드와 같은 양자점에 부착된 유기 리간드를 제거할 수 있으며, 무기 반도체 양자점들이 보다 치밀하게 접촉되도록 하여, 광전자 및 광정공의 보다 원활한 이동을 가능하게 한다. 양자점층의 두께는 상술한 양자점 분산액의 도포 및 MPA 용액의 도포를 일 단위 공정으로 하여, 이러한 단위 공정을 반복 수행하여 양자점층을 반복적으로 적층함으로써 그 두께가 용이하게 조절될 수 있다.The application of the quantum dot dispersion can be carried out using a conventional liquid coating method, and can be carried out, for example, by spin coating. More specifically, step b) may be performed using layer-by-layer solution deposition. The layer-by-layer solution deposition can be performed by repeating such a unit process by applying a quantum dot dispersion in which quantum dots having organic ligands such as oleate are dispersed and applying 3-mercaptopropionic acid (MPA) solution as one unit process. Inorganic semiconductor quantum dots improve the dispersibility in the organic solvent and an organic ligand such as an oleate ligand may surround the surface in order to prevent the quantum dots from aggregating together. It can interfere. The application of this 3-mercaptopropionic acid (MPA) solution can remove the organic ligands attached to the quantum dots such as the oligonucleotide ligands and make the inorganic semiconductor quantum dots contact more densely, . The thickness of the quantum dot layer can be easily controlled by repeatedly performing the unit process by repeatedly applying the above-described quantum dot dispersion and applying the MPA solution as one unit process.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다. In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, step c) may include applying a solution of an organometallic compound and performing a low-temperature heat treatment at 100 to 120 ° C in the presence of oxygen.
c) 단계의 유기 금속화합물은 제조하고자 하는 금속 산화물 양자점의 금속을 함유하는 유기 금속화합물로, 보다 구체적으로 C1-C7의 저탄소 알킬기와 금속이 결합된 유기 금속화합물일 수 있다. 유기 금속화합물 용액을 도포한 후 산소의 존재 하게 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하여 금속산화물 양자점을 포함하는 전자전달층을 제조함에 따라, 기 형성된 무기 반도체 양자점의 손상 없이 금속산화물 양자점의 전자전달층을 제조할 수 있다.The organometallic compound in the step c) may be an organometallic compound containing a metal of a metal oxide quantum dot to be produced, more specifically, an organometallic compound in which a low-carbon alkyl group of C1-C7 is bonded to a metal. An electron transport layer containing a metal oxide quantum dot is prepared by performing a low temperature heat treatment at 100 to 120 ° C in the presence of oxygen after the organic metal compound solution is coated so that electron transport of the metal oxide quantum dot Layer can be produced.
유기 금속화합물을 함유하는 용액의 도포는 통상의 액상 도포 방법을 사용하여 수행될 수 있으며, 구체적인 일 예로, 스핀 코팅에 의해 수행될 수 있다. 저온 열처리는 통상의 열처리를 이용하여 수행될 수 있으며, 공기 분위기에서 수행될 수 있다.The application of the solution containing the organometallic compound can be carried out using a conventional liquid application method, and can be carried out, for example, by spin coating. The low temperature heat treatment can be performed using a conventional heat treatment and can be performed in an air atmosphere.
금속산화물 양자점으로 이루어지는 전자전달층의 두께는 유기 금속화합물을 함유하는 용액의 도포 및 저온 열처리를 일 단위공정으로 하여, 이러한 단위 공정을 반복 수행함으로써 조절될 수 있다. The thickness of the electron transporting layer composed of the metal oxide quantum dots can be controlled by repeating such a unit process by applying a solution containing an organometallic compound and performing low temperature heat treatment in one unit process.
본 발명이 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 금속산화물 양자점은 ZnO 양자점일 수 있다. 이때, c) 단계의 유기 금속화합물은 다이에틸 징크일 수 있다. 다이에틸 징크는 강한 반응성을 가져, 특히 저온(100 내지 120℃) 열처리를 통해 상술한 관계식 3을 만족하는 산화 아연 양자점을 제조할 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the metal oxide quantum dots may be ZnO quantum dots. The organometallic compound in step c) may be diethyl zinc. Diethyl zinc has strong reactivity, and it can produce zinc oxide quantum dots satisfying the above-mentioned formula (3) through heat treatment particularly at low temperature (100 to 120 ° C).
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, b) 단계는 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계;를 일 단위 공정으로 하고, c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 다른 일 단위 공정으로 하여, b) 단계의 단위 공정을 반복 수행하고, c) 단계의 단위 공정을 반복하여 수행함으로써, 전자전달층의 두께와 양자점층의 두께가 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, step (b) comprises applying a dispersion of an inorganic semiconductor quantum dot, and step (c) is a step of applying an organometallic compound solution, Performing a low-temperature heat treatment at 120 ° C for another unit process, and repeating the unit process of the step b) and repeating the unit process of the step c), the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer The thickness can satisfy the following relational expression (1).
(관계식1) (Relational expression 1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd0.2 Tqd? Te? Tqd
관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다.In the relational expression 1, Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer.
이때, b) 단계의 단위공정은 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계 및 도포된 도포막에 3-mercaptopropionic acid(MPA) 용액을 도포한 후 건조하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the unit process of step b) may include a step of applying an inorganic semiconductor quantum dot dispersion and a step of applying 3-mercaptopropionic acid (MPA) solution to the applied coating film and then drying.
구체적으로, b) 단계의 단위공정 및 c) 단계의 단위공정을 반복 수행하여, 관계식 2를 만족하도록 전자전달층과 양자점층을 형성할 수 있다.Specifically, the electron transfer layer and the quantum dot layer may be formed so as to satisfy the relational expression 2 by repeating the unit process of the step b) and the unit process of the step c).
(관계식2)(Relational expression 2)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ 0.5Tqd0.2 Tqd? Te? 0.5Tqd
이때, b) 단계는 양자점층의 두께가 100nm 내지 220nm이 되도록 단위공정을 반복 수행할 수 있다. In this case, in the step b), the unit process may be repeated so that the thickness of the quantum dot layer becomes 100 nm to 220 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, d) 단계의 대향전극은 반도체 공정에서 사용되는 통상의 금속 증착 방법을 통해 수행되면 족하다. 일 예로, 제2전극은 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)을 이용하여 형성될 수 있으며, 열 증착(thermal evaporation)에 의해 형성될 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the counter electrode of step d) may be performed through a conventional metal deposition method used in a semiconductor process. In one example, the second electrode may be formed using physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and may be formed by thermal evaporation.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 대향전극은 Al 전극일 수 있다. Al 전극의 두께는 안정적인 통전이 가능한 두께이면 무방하며, 비한정적인 일 예로, 50 내지 200nm 두께일 수 있다. In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the counter electrode may be an Al electrode. The thickness of the Al electrode is not particularly limited as long as it is capable of stable energization, and may be, for example, 50 to 200 nm thick.
(제조예)(Production example)
ACS Nano 2010,4,3374-3380를 참고하여 올레이트 리간드가 형성된 PbS 양자점을 제조하였다. 구체적으로, 0.44g PbO, 1.5 ml 올레익 산 및 3 ml의 1-옥타데센을 플라스트에 혼합한 후 진공에서 100℃ 로 12시간 유지한 후 15 ml 의 1-옥타데센을 주입 후 아르곤으로 분위기를 변화시키며 125℃로 가열하였다. 헥사메틸디실란티안(hexamethyldisilathiane) 180μl과 1-옥타데센 10ml을 혼합한 후 플라스크에 신속히 투입한 후 1분 동안 125℃의 가열을 유지하고 상온으로 냉각하여 PbS 양자점을 제조하였다. 제조된 PbS 양자점은 원심분리를 통해 회수하였으며, 톨루엔(3ml), 에탄올(15ml) 및 아세톤(15ml)이 혼합된 혼합액을 이용하여 세척하였다.ACS Nano 2010, 4, 3374-3380, a PbS quantum dot having an oligomeric ligand was prepared. Specifically, 0.44 g of PbO, 1.5 ml of oleic acid and 3 ml of 1-octadecene were mixed in a flask and maintained in a vacuum at 100 ° C. for 12 hours. Then, 15 ml of 1-octadecene was introduced, Lt; RTI ID = 0.0 > 125 C. < / RTI > Hexamethyldisilathiane and 10 ml of 1-octadecene were mixed and rapidly poured into a flask. The mixture was heated at 125 ° C for 1 minute and cooled to room temperature to prepare a PbS quantum dot. The prepared PbS quantum dots were collected by centrifugation and washed with a mixture of toluene (3 ml), ethanol (15 ml) and acetone (15 ml).
(실시예)(Example)
ITO 코팅된 유리기판 상에 PEDOT:PSS 용액(Clevios PH, H.C.Statck, Germany)을 5000rpm으로 60초 동안 스핀 코팅한 후 140℃에서 10분 동안 건조하여 유기 정공전달층을 형성하였다.PEDOT: PSS solution (Clevios PH, HC Statck, Germany) was spin-coated on the ITO coated glass substrate at 5000 rpm for 60 seconds and then dried at 140 캜 for 10 minutes to form an organic hole transporting layer.
유기 정공전달층 상에, 제조예에서 제조된 PbS 양자점이 옥탄(octane)에 분산된 양자점 분산액(10mg/mL)을 1500rpm으로 15초 동안 스핀 코팅한 후, 양자점이 코팅된 기판을 3-mercaptopropionic acid를 10 부피% 함유하는 메탄올 용액에 1분 동안 침지시켰다. 이후, 메탄올과 옥탄을 1500rpm으로 15초 동안 스핀 코팅하여 세척을 수행하였다. A quantum dot dispersion (10 mg / mL) in which PbS quantum dots prepared in Production Example were dispersed in octane was spin-coated at 1500 rpm for 15 seconds on the organic hole transport layer, and the substrate coated with quantum dots was immersed in 3-mercaptopropionic acid Was immersed in a methanol solution containing 10% by volume for 1 minute. Then, methanol and octane were spin-coated at 1500 rpm for 15 seconds to perform cleaning.
이러한 양자점 분산액의 도포, 3-mercaptopropionic acid 용액에의 침지 및 세척을 반복하여, 두께가 110nm, 160nm, 210nm 또는 260nm인 양자점층을 제조하였다.Quantum dot layers having a thickness of 110 nm, 160 nm, 210 nm, or 260 nm were prepared by repeating the application of the quantum dot dispersion and the immersion and washing in a 3-mercaptopropionic acid solution.
15 중량%의 디에틸징크가 용해된 톨루엔 용액과 테트라하이드로퓨란을 1 : 2의 부피비로 혼합하여 희석된 전구체 용액을 제조하였다. 희석된 전구체 용액을 0.45μm의 실린지 필터로 필터링한 후, 필터링된 전구체 용액을 양자점층 상부에 3000rpm으로 30초 동안 공기중 스핀코팅한 후 핫 플레이트를 이용하여 110℃에서 10분 동안 공기중 열처리하여 ZnO 양자점으로 이루어진 전자전달층을 제조하였다.A diluted precursor solution was prepared by mixing 15% by weight of diethylzinc dissolved toluene solution and tetrahydrofuran in a volume ratio of 1: 2. The diluted precursor solution was filtered with a 0.45 μm syringe filter, and the filtered precursor solution was spin-coated on the upper part of the quantum dot layer at 3000 rpm for 30 seconds in the air. The resultant was subjected to air heat treatment at 110 ° C. for 10 minutes Thereby preparing an electron transport layer comprising ZnO quantum dots.
이때, 스핀 코팅과 핫 플레이트를 이용한 열처리를 반복함으로써, 두께가 60nm, 120nm, 180nm 또는 240nm인 전자전달층을 제조하였다.At this time, an electron transport layer having a thickness of 60 nm, 120 nm, 180 nm, or 240 nm was produced by repeating the spin coating and the heat treatment using a hot plate.
이후, 전자전달층이 형성된 기판을 진공 챔버에 장입한 후, 열증착을 이용하여 100nm 두께의 Al 전극을 형성하였다. 이때, Al 전극의 면적은 13mm2이었다.Then, the substrate having the electron transport layer formed thereon was charged into a vacuum chamber, and then an Al electrode having a thickness of 100 nm was formed by thermal evaporation. At this time, the area of the Al electrode was 13 mm 2 .
(비교예)(Comparative Example)
실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하되, ITO 코팅된 유리기판 상에 두께가 60nm인 전자전달층을 형성한 후, 전자전달층 상에 두께가 160nm인 PbS 양자점층을 형성하고, 양자점층 상에 PEDOT:PSS 용액을 도포하여 유기 정공전달층을 형성하여 광음극 구조의 태양전지를 제조하였다.A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that an electron transport layer having a thickness of 60 nm was formed on an ITO coated glass substrate and then a PbS quantum dot layer having a thickness of 160 nm was formed on the electron transport layer, A PEDOT: PSS solution was applied on the hole transport layer to form a photocathode structure solar cell.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실 제조된 태양전지의 투과전자현미경 사진으로, 오른쪽 상부에는 ZnO의 HR-TEM(High Resolution TEM) 사진을, 오른쪽 하부에는 PbS의 HR-TEM 사진을 함께 도시하였다. 도 1에서 알 수 있듯이 치밀한 층으로 PbS 양자점으로 이루어진 양자점층과 ZnO 양자점으로 이루어진 전자전달층이 형성되었다. 또한, 도 1의 HR-TEM 사진에서 알 수 있듯이, PbS 양자점의 평균 결정립 크기(diameter)는 3.7nm이었으며, ZnO 양자점의 평균 결정립 크기(diameter)는 5.1nm이었다. 도 2는 자외선-근적외선의 광조사시 PbS 양자점 용액과 ZnO 양자점 전자전달층의 광흡수율을 도시한 도면으로, 도 2에서 일차 여기자 전이 피크(first exciton transition peak)가 950nm에서 발생함을 알 수 있으며, 이러한 PbS 양자점의 광흡수 특성은 HR-TEM을 통해 관찰한 평균 결정립 크기 결과와 일치함을 알 수 있다. FIG. 1 is a transmission electron microscope photograph of a solar cell fabricated according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an HR-TEM (High Resolution TEM) photograph of ZnO and a HR-TEM photograph of PbS Respectively. As shown in FIG. 1, an electron transport layer comprising a quantum dot layer made of a PbS quantum dot and a ZnO quantum dot was formed in a dense layer. As can be seen from the HR-TEM photograph of FIG. 1, the average grain size of the PbS quantum dots was 3.7 nm and the average grain size of the ZnO quantum dots was 5.1 nm. FIG. 2 is a graph showing the light absorptivity of the PbS quantum dot solution and the ZnO quantum dot electron transport layer when irradiated with ultraviolet-near-infrared rays, and it can be seen that a first exciton transition peak occurs at 950 nm in FIG. 2 , And the light absorption characteristics of the PbS quantum dots are consistent with the average crystal grain size observed through HR-TEM.
표 1은 실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지의 특성을 정리 도시한 것으로, 태양전지의 특성은 100mW/cm2, AM1.5G의 조건으로 인공태양장치와 소스미터를 이용하여 측정하였다.Table 1 shows the characteristics of the solar cells manufactured in Examples and Comparative Examples. The characteristics of the solar cells were measured using an artificial solar device and a source meter under conditions of 100 mW / cm 2 and AM 1.5G.
(표 1)(Table 1)
표 1에서 *는 비교예에서 제조된 광음극 구조를 갖는 태양전지의 결과를 의미하며, PbS Thickness는 실시예에서 제조된 태양전지의 양자점층 두께를, ZnO Thickness는 전자전달층의 두께를 의미한다.In Table 1, * indicates the result of the solar cell having the photocathode structure manufactured in the comparative example, PbS Thickness means the thickness of the quantum dot layer of the solar cell manufactured in the embodiment, and ZnO Thickness means the thickness of the electron transport layer .
표 1에서 알 수 있듯이, 광음극 구조를 갖는 태양전지 대비 동일 양자점층의 두께 및 전자전달층의 두께를 갖는 광양극 구조를 갖는 태양전지의 경우 1.7배 이상의 전력변환효율을 가짐을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the photovoltaic cell having a photovoltaic structure having the thickness of the same quantum dot layer and the thickness of the electron transport layer has a power conversion efficiency of 1.7 times or more as compared with the photovoltaic cell having the photovoltaic structure.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양전지의 경우, 통상의 광음극 구조를 갖는 태양전지 대비, 단락전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc) 및 성능 지수(FF)가 모두 향상됨을 알 수 있다. In the case of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), and the performance index (FF) are improved compared to a solar cell having a conventional photocathode structure have.
표 1을 통해, 전자전달층의 두께 및 양자점층의 두께에 의해 태양전지의 특성이 현저하게 영향을 받음을 알 수 있는데, ZnO 양자점으로 이루어진 전자전달층의 두께가 양자점층의 두께보다 두꺼워지는 경우 전력변환효율이 감소함을 알 수 있다. 또한, 260nm와 같이 양자점층의 두께가 과도하게 두꺼운 경우 전력변환효율이 감소함을 알 수 있으며, 동일한 전자전달층의 두께에서 110nm 두께의 양자점층이 형성된 경우 160nm 두께의 양자점층이 형성된 태양전지 대비 전력변환효율이 감소함을 알 수 있다.It can be seen from Table 1 that the characteristics of the solar cell are significantly influenced by the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer. When the thickness of the electron transport layer made of ZnO quantum dots becomes thicker than the thickness of the quantum dot layer The power conversion efficiency is decreased. Also, it can be seen that when the thickness of the quantum dot layer is excessively large as in the case of 260 nm, the power conversion efficiency is decreased. When the quantum dot layer having a thickness of 110 nm is formed from the same thickness of the electron transport layer, The power conversion efficiency is decreased.
이를 통해, 전자전달층의 두께가 양자점층 두께와 같거나 더 얇은 경우 전력변환효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있으며, 상세하게, 전자전달층의 두께가 양자점층 두께를 기준으로 0.5배 이하의 두께를 가질 때 전력변환효율이 크게 향상됨을 알 수 있다. 또한, 양자점층의 두께가 100nm 내지 220nm의 두께일 때 전련변환효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있으며, 상세하게, 양자점층의 두께가 110nm 내지 200nm 일 때 전력변환효율이 크게 향상됨을 알 수 있다.As a result, it can be seen that when the thickness of the electron transport layer is equal to or smaller than the thickness of the quantum dot layer, the power conversion efficiency can be increased. Specifically, the thickness of the electron transport layer is 0.5 times or less It can be seen that the power conversion efficiency is greatly improved when the thickness is increased. In addition, it can be seen that the transformation conversion efficiency can be increased when the thickness of the quantum dot layer is 100 nm to 220 nm. In detail, it can be seen that the power conversion efficiency is greatly improved when the thickness of the quantum dot layer is 110 nm to 200 nm .
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (18)
상기 전자전달층의 두께와 상기 양자점층의 두께는 하기 관계식 1을 만족하는 양자점 기반 태양전지.
(관계식1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd
(상기 관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다) The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer satisfy the following relational expression (1).
(Relational expression 1)
0.2 Tqd? Te? Tqd
(Where Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer in the relational expression 1)
상기 전자전달층의 두께와 상기 양자점층의 두께는 하기 관계식 2를 만족하는 양자점 기반 태양전지.
(관계식2)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ 0.5Tqd
(상기 관계식 2에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다)3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer satisfy the following relational expression (2).
(Relational expression 2)
0.2 Tqd? Te? 0.5Tqd
(Where Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer in the relational expression 2)
양자점층의 두께는 100nm 내지 220nm인 양자점 기반 태양전지.3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the quantum dot layer is 100 nm to 220 nm.
상기 무기 반도체 양자점과 상기 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기는 하기 관계식 3을 만족하는 양자점 기반 태양전지.
(관계식 3)
0.5Det ≤ Dps ≤ Det
(관계식 3에서 Dps는 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기이며, Det는 금속 산화물 양자점의 평균 결정립 크기이다)The method according to claim 1,
Wherein the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots and the metal oxide quantum dots satisfies the following relational expression (3).
(Relational expression 3)
0.5Det? Dps? Det
(Where Dps is the average crystal grain size of the inorganic semiconductor quantum dots and Det is the average crystal grain size of the metal oxide quantum dots)
상기 무기 반도체 양자점의 평균 결정립 크기는 2 내지 5nm 인 양자점 기반 태양전지.6. The method of claim 5,
Wherein the average grain size of the inorganic semiconductor quantum dots is 2 to 5 nm.
상기 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 ITO(Indium-Tin Oxide) 층이 형성된 전극이며, 상기 대향 전극은 Al 전극인 양자점 기반 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the transparent conductive electrode is an electrode in which an indium-tin oxide (ITO) layer is formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate, and the counter electrode is an Al electrode.
상기 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점인 양자점 기반 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the inorganic semiconductor quantum dots are PbS quantum dots.
상기 금속산화물 양자점은 ZnO 양자점인 양자점 기반 태양전지.9. The method of claim 8,
Wherein the metal oxide quantum dots are ZnO quantum dots.
상기 유기 정공전달층의 유기 정공전달물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))인 양자점 기반 태양전지.10. The method of claim 9,
Wherein the organic hole transporting material of the organic hole transporting layer is PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
b) 상기 유기 정공전달층 상부에 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계;
c) 상기 양자점층 상부에 금속산화물 양자점을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계;
d) 상기 전자전달층 상부에 대향전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 양자점 기반 태양전지의 제조방법.a) forming an organic hole transporting layer on the transparent conductive electrode;
b) forming a quantum dot layer including inorganic semiconductor quantum dots on the organic hole transport layer;
c) forming an electron transport layer including a metal oxide quantum dot on the quantum dot layer;
d) forming an opposite electrode on the electron transport layer;
Based photovoltaic cell.
상기 c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는 양자점 기반 태양전지의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step c) comprises: applying an organic metal compound solution and performing a low-temperature heat treatment at 100 to 120 ° C in the presence of oxygen.
상기 유기 금속화합물은 디에틸징크인 양자점 기반 태양전지의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the organometallic compound is diethyl zinc.
상기 b) 단계는 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계;를 포함하는 양자점 기반 태양전지의 제조방법.12. The method of claim 11,
And b) applying the inorganic semiconductor quantum dot dispersion to the quantum dot-based solar cell.
상기 무기 반도체 양자점은 PbS 양자점인 양자점 기반 태양전지의 제조방법. 14. The method of claim 13,
Wherein the inorganic semiconductor quantum dots are PbS quantum dots.
상기 b) 단계는 무기 반도체 양자점 분산액을 도포하는 단계;를 일 단위 공정으로 하고,
상기 c) 단계는 유기 금속화합물 용액을 도포하고 산소의 존재 하에 100 내지 120℃의 저온 열처리를 수행하는 단계;를 다른 일 단위 공정으로 하여,
상기 b) 단계의 단위 공정을 반복 수행하고, 상기 c) 단계의 단위 공정을 반복하여 수행함으로써,
상기 전자전달층의 두께와 상기 양자점층의 두께가 하기 관계식 1을 만족하는 양자점 기반 태양전지의 제조방법.
(관계식1)
0.2 Tqd ≤ Te ≤ Tqd
(상기 관계식 1에서 Te는 전자전달층의 두께이며, Tqd는 양자점층의 두께이다)12. The method of claim 11,
In the step b), the step of applying the inorganic semiconductor quantum dot dispersion is performed as a single unit process,
In the step c), the organic metal compound solution is applied and the low-temperature heat treatment is performed at 100 to 120 ° C in the presence of oxygen.
By repeating the unit process of the step b) and repeating the unit process of the step c)
Wherein the thickness of the electron transport layer and the thickness of the quantum dot layer satisfy the following relational expression (1).
(Relational expression 1)
0.2 Tqd? Te? Tqd
(Where Te is the thickness of the electron transport layer and Tqd is the thickness of the quantum dot layer in the relational expression 1)
상기 a) 단계는 PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))를 함유하는 유기 정공전달 용액을 도포 및 건조하는 단계;를 포함하는 양자점 기반 태양전지의 제조방법.16. The method of claim 15,
The method of claim 1, wherein the a) step comprises applying and drying an organic hole transporting solution containing PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).
상기 투명 전도성 전극은 리지드 또는 플렉시블 투명 기판의 적어도 일 표면에 ITO(Indium-Tin Oxide) 층이 형성된 전극이며, 상기 대향 전극은 Al 전극인 양자점 기반 태양전지의 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the transparent conductive electrode is an electrode in which an indium-tin oxide (ITO) layer is formed on at least one surface of a rigid or flexible transparent substrate, and the counter electrode is an Al electrode.
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