KR20160020121A - Perovskite solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20160020121A
KR20160020121A KR1020140105054A KR20140105054A KR20160020121A KR 20160020121 A KR20160020121 A KR 20160020121A KR 1020140105054 A KR1020140105054 A KR 1020140105054A KR 20140105054 A KR20140105054 A KR 20140105054A KR 20160020121 A KR20160020121 A KR 20160020121A
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이태우
임경근
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

An organic-inorganic hybrid perovskite solar cell is provided. The organic-inorganic hybrid perovskite solar cell of the present invention comprises an anode, a cathode, a photoactive layer disposed between the anode and the cathode, and a hole extraction layer disposed between the photoactive layer and the anode, wherein the photoactive layer includes an organic-inorganic hybrid perovskite and wherein the hole extraction layer has conductivity of 0.01 S/cm or more based on a thickness of 100 nm, is a self-assembled hole extraction layer including a conductive polymer and a fluorine-based material, and has a first surface disposed at the cathode and a second surface disposed at the photoactive layer, wherein a difference between absolutes values of a work function of the second surface and a high occupied molecular orbital (HOMO) level of the organic-inorganic hybrid perovskite may be no more than 0.1 eV. Accordingly, the self-assembled hole extraction layer is used to reduce an energy gap in an interface between the hole extraction layer and the photoactive layer, thereby providing a solar cell having improved photovoltaic conversion efficiency.

Description

페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법{Perovskite solar cell and method of manufacturing the same}The present invention relates to a perovskite solar cell and a method of manufacturing the same.

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to an organic hybrid perovskite solar cell and a manufacturing method thereof.

전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있는 현 시점에서, 미래 에너지로써 다양한 장점을 지녔으며 사용화 가능한 효율을 보고하고 있는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지가 주목 받고 있다.At present, as interest in renewable energy is increasing worldwide, hybrid or perovskite solar cells, which have various advantages as future energy and report the usable efficiency, are attracting attention.

유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 무기물과 유기물이 결합하여, 페로브스카이트 결정 구조를 가지면서도 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 이용하여 제조한 태양전지를 말한다. 이때의 페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질과 함께 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질이다.Hybrid Perovskite solar cell refers to a solar cell produced by combining inorganic and organic materials and using a material that has a perovskite crystal structure and is easily chemically synthesized. At this time, perovskite is a material of special structure which shows superconducting phenomenon together with non-conductor, semiconductor, conductor properties.

이러한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 무기 태양 전지 소자에 비하여 플렉서블 박막 소자 제작 및 저비용 제조가 가능하다. 또한, 유기태양전지에 비하여 높은 효율을 보고 하므로, 향후 각종 플렉서블 소자에 다양하게 적용되어 산업화 될 수 있다는 장점을 가진다.Such organic / inorganic hybrid perovskite solar cells are capable of manufacturing flexible thin film devices and manufacturing at a lower cost than inorganic solar cell devices. In addition, since it reports a higher efficiency than an organic solar cell, it has an advantage that it can be variously applied to various flexible devices to be industrialized in the future.

통상적인 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 음전극, 전자추출층, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 광활성층, 정공추출층 및 양전극을 포함할 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지에 조사된 광은 상기 광활성층에서 전자 및 정공으로 분리되어, 정공은 정공추출층을 통하여 양전극으로 추출되고, 전자는 전자추출층을 통하여 음전극으로 추출된다.Conventional organic / inorganic hybrid perovskite solar cells may include a negative electrode, an electron extraction layer, an organic hybrid perovskite photoactive layer, a hole extraction layer, and a positive electrode. The light irradiated to the organic / inorganic hybrid perovskite solar cell is separated into electrons and holes in the photoactive layer, holes are extracted to the positive electrode through the hole extraction layer, and electrons are extracted to the negative electrode through the electron extraction layer.

그러나, 대한민국 공개특허 제10-2014-0035285호(2014.03.21.)에서와 같이, 종래의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 메조포러스 산화물반도체를 전자추출층으로 이용하였을 경우에는, 플렉서블 소자로 제작하지 못한 문제가 있다.However, as in Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0035285 (Apr. 31, 2014), when a mesoporous oxide semiconductor is used as an electron extraction layer in a conventional organic / inorganic hybrid perovskite solar cell, There is a problem that it can not be made.

또한, 전도성고분자를 정공추출층으로 이용하였을 경우에는, 정공추출층과 광활성층 사이의 계면에서의 에너지 격차로 인하여 광전변환효율이 만족스럽지 못하였던 바, 이의 개선이 필요하다.In addition, when the conductive polymer is used as the hole extracting layer, the photoelectric conversion efficiency is unsatisfactory due to the energy gap at the interface between the hole extracting layer and the photoactive layer.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자가조립정공추출층(self-organized hole extraction layer, SOHEL)을 이용하여 우수한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a hybrid organic perovskite solar cell using a self-organized hole extraction layer (SOHEL), and a method of manufacturing the same.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제공한다. 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 광활성층 및 상기 광활성층과 상기 양극 사이에 위치하는 정공추출층을 포함하고, 상기 광활성층은 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하고, 상기 정공추출층은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고, 상기 정공추출층은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하는 자가조립 정공추출층이고, 상기 정공추출층은 상기 양극 측에 배치된 제1면 및 상기 광활성층 측에 배치된 제2면을 갖고, 상기 제2면의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell. Wherein the organic / inorganic hybrid perovskite solar cell comprises a positive electrode, a negative electrode, a photoactive layer positioned between the positive electrode and the negative electrode, and a hole extraction layer located between the photoactive layer and the positive electrode, Wherein the hole extraction layer has a conductivity of 0.01 S / cm or more on the basis of 100 nm thickness, the hole extraction layer is a self-assembled hole extraction layer including a conductive polymer and a fluorine-based material, Layer has a first surface disposed on the anode side and a second surface disposed on the side of the photoactive layer, wherein a work function of the second surface and a HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the organic / inorganic hybrid perovskite May be less than or equal to 0.1 eV.

상기 양극 및 정공추출층 사이에 또는 상기 정공추출층 및 광활성층 사이에, 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 이때의 버퍼층은 MoO3, NiOx 또는 AgOx 포함할 수 있다.And a buffer layer including a metal oxide, between the hole extracting layer and the hole extracting layer and between the hole extracting layer and the photoactive layer. At this time, MoO 3, NiO x, or AgO x .

또한, 정공추출층은 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질이 서로 균일 하게 혼합되어 있을 수 있다.Further, in the hole extracting layer, the conductive polymer and the fluorine-based substance may be uniformly mixed with each other.

이때의 전도성 고분자는 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리카바졸, 이들 중 2 이상의 서로 다른 반복 단위를 포함한 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들 중 2 이상의 블렌드를 포함할 수 있다.The conductive polymer may be a polythiophene, a polyaniline, a polypyrrole, a polystyrene, a polyethylene dioxythiophene, a polyacetylene, a polyphenylene, a polyphenylvinylene, a polycarbazole, a copolymer containing two or more different repeating units thereof, Or a blend of two or more thereof.

이때의 전도성 고분자는, 이온기 및 고분자산(polymeric acid) 중 1종 이상으로 도핑된 셀프-도핑(self-doped) 전도성 고분자를 포함하고, 상기 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함하고, 상기 음이온기는 PO3 2-, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2-으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함하고, 상기 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein the conductive polymer comprises a self-doped conducting polymer doped with at least one of an ionic group and a polymeric acid, the ionic group comprising an anionic group and a counter cationic group for the anionic group And the anionic group is selected from the group consisting of PO 3 2- , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2- , and the cation group includes at least one of a metal ion and an organic ion , wherein the metal ion is Na +, K +, Li + , Mg +2, Zn +2, and is selected from the group consisting of Al +3, the organic ions are H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50).

또한, 상기 불소계 물질이 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머일 수 있다:Further, the fluorine-based material may be an ionomer represented by the following Formula 1:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000, 0≤ a ≤ 20, 0 ≤ b ≤ 20 이고;0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000, 0? A? 20, 0? B? 20;

A, B, A'및 B'는 각각 독립적으로, C, Si, Ge, Sn, 및 Pb로 이루어지는 군으로부터 선택되고;A, B, A 'and B' are each independently selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, and Pb;

R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3' 및 R4' 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되며, 단, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함하고; Each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ', R 2 ', R 3 'and R 4 ' is independently hydrogen, halogen, a nitro group, a substituted or unsubstituted amino group, unsubstituted C 1 -C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C aryl group, a substituted or unsubstituted aryloxy-substituted C 6 -C 30, substituted or unsubstituted C 2 30 - for C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 20 in the bicyclo alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl ester group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkyl of S. Encircling, is selected from substituted or unsubstituted aryl ester group of the unsubstituted C 6 -C 30 and, a heteroaryl group consisting of ester group of a substituted or unsubstituted C 2 -C 30, However, R 1, R 2, R 3, And R &lt; 4 &gt; is an ionic group or an ionic group;

X 및 X'는 각각 독립적으로 단순 결합, O, S, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되,The X and X 'are each independently selected from a simple bond, O, S, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 6 - C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group of C 2 -C 30 alkylene group of , A substituted or unsubstituted C 5 -C 20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl ester group, And an unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl ester group,

단, n이 0인 경우, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 할로겐 원소를 포함하는 소수성 작용기이거나, 소수성 작용기를 포함한다.Provided that when n is 0, at least one of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is a hydrophobic functional group containing a halogen element or includes a hydrophobic functional group.

또한, 이러한 정공추출층은 탄소계 나노구조체를 더 포함할 수 있다. 이러한 탄소계 나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀 양자점 또는 탄소 점(carbon dot)을 포함할 수 있다.The hole extraction layer may further include a carbon-based nanostructure. The carbon nanostructure may include a carbon nanotube, a graphene quantum dot, or a carbon dot.

또한, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3-xClx, CH3NH3Pb(I1-xBrx)3, HC(NH2)2PbI3, CH3NH3Sn1-xPbxI3, HC(NH2)2PbIyBr3-y, (C4H9NH3)2MI4 (M = Ge, Sn, Pb) 또는 (CH3NH3)x(HC(NH2)2)1-xPbI3를 포함할 수 있다.Also, the organic or inorganic hybrid perovskite material may be CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x , CH 3 NH 3 Pb ( I 1-x Br x) 3 , HC (NH 2) 2 PbI 3, CH 3 NH 3 Sn 1-x Pb x I 3, HC (NH 2) 2 PbI y Br 3-y, (C 4 H 9 NH 3 ) 2 MI 4 (M = Ge, Sn, Pb) or (CH 3 NH 3 ) x (HC (NH 2 ) 2 ) 1-x PbI 3 .

또한, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질의 HOMO 준위의 절대값이 5.1 eV 이상일 수 있다.In addition, the absolute value of the HOMO level of the organic / inorganic hybrid perovskite material may be at least 5.1 eV.

또한, 상기 정공추출층은, 상기 전도성 고분자를 포함하고 상기 양극 측에 배치된 제1층 및 상기 불소계 물질을 포함하고 상기 광활성층 측에 배치된 제2층을 포함할 수 있다.The hole extracting layer may include a first layer including the conductive polymer and disposed on the anode side, and a second layer including the fluorine-based substance and disposed on the photoactive layer side.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법을 제공한다. 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법은 기판 상에 양극을 형성하는 단계, 상기 양극 상에 정공추출층을 형성하는 단계, 상기 정공추출층 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 광활성층을 형성하는 단계 및 상기 광활성층 상에 음극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 정공추출층은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고, 상기 정공추출층은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하는 자가조립 정공추출층이고, 상기 정공추출층은 상기 양극 측에 배치된 제1면 및 상기 광활성층 측에 배치된 제2면을 갖고, 상기 제2면의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell. The method for manufacturing an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell includes the steps of forming a positive electrode on a substrate, forming a hole extraction layer on the positive electrode, forming an organic hybrid perovskite on the hole extraction layer Forming a photoactive layer and a cathode on the photoactive layer, wherein the hole extraction layer has a conductivity of 0.01 S / cm or more on a thickness of 100 nm, and the hole extraction layer comprises a conductive polymer and a fluorine- Wherein the hole extraction layer has a first surface disposed on the anode side and a second surface disposed on the side of the photoactive layer, and the work function of the second surface and the organic / inorganic hybrid layer The difference between the absolute value of the HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the Lobskyite may be 0.1 eV or less.

또한, 상기 정공추출층을 형성하는 단계 이후에, 상기 정공추출층 표면에 UV-오존 또는 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, after the step of forming the hole extraction layer, the surface of the hole extraction layer may be treated with UV-ozone or oxygen plasma.

또한, 상기 양극을 형성하는 단계 및 상기 정공추출층을 형성하는 단계 사이에, 상기 양극 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a buffer layer including a metal oxide on the anode, between the step of forming the anode and the step of forming the hole extraction layer.

또한, 상기 정공추출층을 형성하는 단계 및 상기 광활성층을 형성하는 단계 사이에, 상기 정공추출층 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a buffer layer including a metal oxide on the hole extraction layer between the step of forming the hole extraction layer and the step of forming the photoactive layer.

본 발명에 따르면, 자가조립정공추출층을 이용함으로써, 정공추출층과 광활성층 사이의 계면에서의 에너지 격차로 줄여 광전변환효율이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, by using the self-assembled hole extraction layer, it is possible to reduce the energy gap at the interface between the hole extracting layer and the photoactive layer, thereby providing a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.

또한, 이러한 자가조립정공추출층은 플렉서블한 특징이 있는 바, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 우수한 광전 변환 효율 및 장수명을 가지는 플렉서블한 소자로 제작할 수 있다.In addition, since the self-assembled hole extraction layer is flexible, the organic / inorganic hybrid perovskite solar cell can be manufactured as a flexible device having excellent photoelectric conversion efficiency and long life.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 일 단면도이다.
도 2a는 정공추출층의 다른 실시예의 일 단면도이다.
도 2b은 정공추출층의 또 다른 실시예의 일 단면도이다.
도 3은 비교예 및 실시예 1에 따른 태양전지의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 PFI와 PEDOT:PSS의 무게비에 따른 정공추출층의 일함수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 비교예 및 실시예 1에 따른 태양전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 따른 태양전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예에 따른 태양전지의 정공추출층의 모폴로지를 나타낸 이미지 및 그래프이다.
도 9는 실시예 1에 따른 태양전지의 정공추출층의 모폴로지를 나타낸 이미지 및 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view of another embodiment of the hole extracting layer.
2B is a cross-sectional view of another embodiment of the hole extracting layer.
3 is a graph showing the characteristics of the solar cell according to the comparative example and the example 1. Fig.
4 is a graph showing work function characteristics of the hole extraction layer according to the weight ratio of PFI and PEDOT: PSS.
FIGS. 5 and 6 are graphs showing voltage-current characteristics of the solar cell according to the comparative example and the example 1. FIG.
7 is a graph showing the voltage-current characteristics of the solar cell according to the second embodiment.
8 is an image and a graph showing a morphology of a hole extracting layer of a solar cell according to a comparative example.
9 is an image and a graph showing the morphology of the hole extracting layer of the solar cell according to the first embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 일 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 기판(100) 상에 양극(200), 정공추출층(300), 광활성층(400), 전자추출층(500) 및 음극(600)이 차례로 적층된 구조이다. 이때의 정공추출층(300)은 양극(200) 측에 배치되어 양극(200)과 접촉한 제1면(301) 및 광활성층(400) 측에 배치되어 광활성층(400)과 접촉한 제2면(302)을 갖는다.1, an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention includes an anode 200, a hole extraction layer 300, a photoactive layer 400, The layer 500 and the cathode 600 are sequentially stacked. The hole extracting layer 300 at this time is disposed on the side of the anode 200 to be in contact with the anode 200 and on the side of the photoactive layer 400 to be in contact with the photoactive layer 400, And a surface 302.

기판(100)은 통상적인 반도체 공정에서 사용되는 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 실리콘, 실리콘 산화물, 금속 호일(metal foil, 예를 들면, 구리 호일, 알루미늄 호일, 스테인레스 스틸(stainless steel) 등), 금속 산화물, 고분자 기판(polymer substrate) 및 이들 중 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.The substrate 100 may be a substrate used in a conventional semiconductor process. For example, the substrate 100 may be formed of a material selected from the group consisting of silicon, silicon oxide, metal foil (e.g., copper foil, aluminum foil, stainless steel, etc.), metal oxide, &Lt; / RTI &gt;

이때의 금속 호일은, 녹는점(melting point)이 높으면서 그래펜을 형성시킬 수 있는 촉매로는 작용하지 않는 물질로 이루어질 수 있다.The metal foil may be made of a material having a high melting point and not acting as a catalyst capable of forming graphene.

이때의 금속 산화물의 예로는, 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 인듐 틴 옥사이드 등을 들 수 있고, 상기 고분자 기판의 예로는, 켑톤 호일, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the metal oxide include aluminum oxide, molybdenum oxide, indium tin oxide, and the like. Examples of the polymer substrate include polytetrafluoroethylene (PES), polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR) Polyetherimide (PEI), polyethylenenaphthalate (PEN), polyethyleneterephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polyimide but are not limited to, polyimide, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (TAC), and cellulose acetate propinonate (CAP).

예를 들어, 이때의 기판(100)은 상술한 바와 같은 고분자 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the substrate 100 may be a polymer substrate as described above, but is not limited thereto.

한편, 태양전지를 플렉서블 소자로 구현하기 위하여, 기판(100)을 플렉서블 기판으로 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to realize a solar cell with a flexible element, it is preferable to use the substrate 100 as a flexible substrate.

양극(200)은 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 이러한 양극(200)은 양극 형성용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다.The anode 200 may be formed on the substrate 100. The anode 200 may be formed by providing a material for forming an anode by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like.

이러한 양극(200)은 정공 추출이 용이하도록 비교적 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 또한, 이때의 양극(200)은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다.The anode 200 may be selected from a material having a relatively high work function to facilitate hole extraction. In this case, the anode 200 may be a reflective electrode or a transmissive electrode.

이러한 양극 형성용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 금속산화물/금속/금속산화물 다중층, 그래핀 (graphene) 및 카본 나노 튜브 (carbon nano tube) 등을 이용할 수 있다.Examples of such an anode forming material include transparent and highly conductive indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), metal oxide / metal / Graphene, and carbon nano tube may be used.

또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), Ag, Ag/ITO, Ag/IZO, 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 양극(200)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다.(Mg), aluminum (Al), Ag, ITO, Ag / IZO, Al-Li, Ca, Mg- -Ag) or the like, the anode 200 may be formed as a reflective electrode.

또한, 이러한 양극(200)은 서로 다른 2종의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극을 서로 다른 2종의 물질을 포함한 2층 구조로 형성할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.In addition, the anode 200 may include two different materials. For example, the anode can be formed into a two-layer structure including two different materials, and various modifications are possible.

정공추출층(300)은 양극(200) 상에 형성될 수 있다. 즉, 이러한 정공추출층(300)은 광활성층(400)과 양극(200) 사이에 위치한다.The hole extracting layer 300 may be formed on the anode 200. That is, the hole extraction layer 300 is located between the photoactive layer 400 and the anode 200.

이러한 정공추출층(300)은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함할 수 있다. The hole extracting layer 300 may include a conductive polymer and a fluorine-based material.

이러한 정공추출층(300)은 스핀코팅법(Spin coating), 딥코팅법(Dip coating), 열증착법(Thermal deposition) 또는 스프레이증착법(Spray deposition)을 수행하여 형성할 수 있다.The hole extraction layer 300 may be formed by spin coating, dip coating, thermal deposition, or spray deposition.

이때의 정공추출층(300)은 전도성 고분자와 불소계 물질이 자가조립되어 형성될 수 있다.The hole extraction layer 300 may be formed by self-assembly of a conductive polymer and a fluorine-based material.

이러한 정공추출층(300)은 100nm 두께 기준으로 0.001 S/cm 이상의 전도도를 갖는다.The hole extracting layer 300 has a conductivity of 0.001 S / cm or more on the basis of 100 nm thickness.

또한, 정공추출층(300)의 제2면(302)의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하일 수 있다. 이는 불소계 물질에 의해 정공추출층(300)의 일함수를 증가시킴으로써, 정공추출층(300)과 광활성층(400) 사이의 계면에서의 에너지 격차로 줄여 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.The difference between the work function of the second surface 302 of the hole extracting layer 300 and the absolute value of the HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the organic / inorganic hybrid perovskite may be 0.1 eV or less. This increases the work function of the hole extraction layer 300 by the fluorine-based material, thereby reducing the energy gap at the interface between the hole extraction layer 300 and the photoactive layer 400, thereby improving the photoelectric conversion efficiency.

한편, 이러한 정공추출층(300)은 전도성 고분자 및 불소계 물질이 서로 균일하게 혼합되어 있는 단일막일 수 있다.Meanwhile, the hole extracting layer 300 may be a single film in which the conductive polymer and the fluorine-based substance are uniformly mixed with each other.

다른 예로, 정공추출층(300)의 제2면(302) 중 불소계 물질의 농도는 정공추출층(300)의 제1면(301) 중 불소계 물질의 농도보다 클 수 있다. 예컨대, 한편, 정공추출층(300)은 광활성층(400) 방향으로 불소계 물질의 농도가 증가하는 농도 구배를 갖는 단일막일 수 있다. 이로써, 상기 정공추출층(300) 중 상기 광활성층(400)과 접하는 제2면(302)에서의 불소계 물질의 농도가 상대적으로 높아져, 제2면(302)의 일함수 절대값과 광활성층(400)의 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO 준위 절대값 차이가 보다 더 감소될 수 있다.In another example, the concentration of the fluorine-based material in the second surface 302 of the hole extraction layer 300 may be greater than the concentration of the fluorine-based material in the first surface 301 of the hole extraction layer 300. For example, the hole extracting layer 300 may be a single film having a concentration gradient in which the concentration of the fluorine-based substance increases in the direction of the photoactive layer 400. As a result, the concentration of the fluorine-based material on the second surface 302, which is in contact with the photoactive layer 400, of the hole extracting layer 300 becomes relatively high and the absolute value of the work function of the second surface 302 and the photo- The absolute value difference of the HOMO level of the organic / inorganic hybrid perovskite of the nonlinear element can be further reduced.

이때의 전도성 고분자는, 예를 들면, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리카바졸, 이들 중 2 이상의 서로 다른 반복 단위를 포함한 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들 중 2 이상의 블렌드를 포함할 수 있다.The conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polystyrene, polyethylene dioxythiophene, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylvinylene, polycarbazole, , Derivatives thereof, or blends of two or more thereof.

이때의 공중합체는 상기 전도성 고분자들의 서로 다른 반복 단위가 모두 주쇄에 포함된 공중합체, 상기 전도성 고분자들의 서로 다른 반복 단위 중 하나는 측쇄에 포함된 그래프트 타입 공중합체 등을 포함한다. 또한, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체, 교대(alternative) 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.The copolymer at this time includes a copolymer in which all the different repeating units of the conductive polymers are included in the main chain, and one of the different repeating units of the conductive polymers is a graft type copolymer included in the side chain. In addition, the copolymer may be a random copolymer, an alternative copolymer, or a block copolymer.

또한, 전도성 고분자는, 이온기 및 고분자산(polymeric acid) 중 1종 이상으로 도핑된 셀프-도핑(self-doped) 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이때의 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함할 수 있다.Also, the conductive polymer may include a self-doped conductive polymer doped with at least one of an ionic group and a polymeric acid. The ionic group at this time may include an anionic group and a counter cation group for the anionic group.

이때의 음이온기는 PO3 2-, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2-으로 이루어진 군에서 선택되고, 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때의 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The anionic group may be selected from the group consisting of PO 3 2- , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2- , and the cation group may include at least one of a metal ion and an organic ion have. Wherein the metal ion is selected from the group consisting of Na + , K + , Li + , Mg +2 , Zn +2 and Al +3 and the organic ion is selected from the group consisting of H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + Is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50).

불소계 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머일수 있다.The fluorine-based material may be an ionomer represented by the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000, 0≤ a ≤ 20, 0 ≤ b ≤ 20 이고;0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000, 0? A? 20, 0? B? 20;

A, B, A'및 B'는 각각 독립적으로, C, Si, Ge, Sn, 및 Pb로 이루어지는 군으로부터 선택되고;A, B, A 'and B' are each independently selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, and Pb;

R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3' 및 R4' 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되며, 단, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함하고; Each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ', R 2 ', R 3 'and R 4 ' is independently hydrogen, halogen, a nitro group, a substituted or unsubstituted amino group, unsubstituted C 1 -C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C aryl group, a substituted or unsubstituted aryloxy-substituted C 6 -C 30, substituted or unsubstituted C 2 30 - for C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 20 in the bicyclo alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl ester group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkyl of S. Encircling, is selected from substituted or unsubstituted aryl ester group of the unsubstituted C 6 -C 30 and, a heteroaryl group consisting of ester group of a substituted or unsubstituted C 2 -C 30, However, R 1, R 2, R 3, And R &lt; 4 &gt; is an ionic group or an ionic group;

X 및 X'는 각각 독립적으로 단순 결합, O, S, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되,The X and X 'are each independently selected from a simple bond, O, S, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 6 - C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group of C 2 -C 30 alkylene group of , A substituted or unsubstituted C 5 -C 20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl ester group, And an unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl ester group,

단, n이 0인 경우, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 할로겐 원소를 포함하는 소수성 작용기이거나, 소수성 작용기를 포함한다.Provided that when n is 0, at least one of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is a hydrophobic functional group containing a halogen element or includes a hydrophobic functional group.

또한, 이러한 불소계 물질은 불소 원자를 함유하고 있는 저분자, 고분자 또는 가교제(crosslinker)일 수 있다.The fluorine-based material may be a low molecular weight material, a polymer material, or a crosslinker containing fluorine atoms.

따라서, 이러한 정공추출층(300)은 전도성 고분자 및 불소계 이오노머를 포함하는 바, 플렉서블한 특징이 있는 바, 페로브스카이트 플렉서블한 소자로 제작할 수 있는 이점이 있다.Accordingly, the hole extracting layer 300 includes a conductive polymer and a fluorine ionomer. The hole extracting layer 300 is advantageous in that it can be manufactured as a perovskite flexible device.

한편, 정공추출층(300)은 탄소계 나노구조체를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the hole extraction layer 300 may further include a carbon-based nanostructure.

예를 들어, 이러한 탄소계 나노구조체는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 양자점(grapheme quantum dot) 또는 탄소 점(carbon dot)을 포함할 수 있다.For example, the carbon nanostructure may include a carbon nanotube (CNT), a grapheme quantum dot, or a carbon dot.

탄소나노튜브는 전도도를 향상시켜 광전류의 추출이 향상 될 수 있으며, 질소(N-) 또는 보론(B-) 등의 도핑을 통해 정공추출층의 일함수를 향상시킬 수 있다. 결국 이러한 탄소나노튜브에 의해 단락전류 및 개방전압, 필팩터가 향상될 수 있다.The carbon nanotubes can improve the extraction of the photocurrent by improving the conductivity and can improve the work function of the hole extraction layer through doping such as nitrogen (N-) or boron (B-). As a result, short-circuit current, open-circuit voltage, and fill factor can be improved by such carbon nanotubes.

또한, 그래핀 양자점과 탄소 점은 표면 플라즈몬(surface plasmon)효과에 의해 광전류가 향상될 수 있다. 그래핀 양자점 및 탄소 점은 수 ~ 수십 nm 크기의 나노체로써, 광활성 물질이 흡수하지 않는 파장(wave length)의 빛을 흡수한 뒤 표면 플라즈몬 효과에 의하여 광활성 물질로 에너지 전달 (energy transfer) 하여 전체 광흡수량 및 단락전류가 향상될 수 있다.In addition, the photon currents can be improved by the surface plasmon effect of graphene quantum dots and carbon dots. The graphene quantum dots and carbon dots are nanoseconds of several tens to several nanometers in size, absorbing light of a wavelength that is not absorbed by a photoactive material, and transferring energy to a photoactive material by a surface plasmon effect, The light absorption amount and the short-circuit current can be improved.

광활성층(400)은 정공추출층(300) 상에 형성될 수 있다. 이러한 광활성층(400)은 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함할 수 있다.The photoactive layer 400 may be formed on the hole extracting layer 300. The photoactive layer 400 may include an organic hybrid perovskite.

예를 들어, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3-xClx, CH3NH3Pb(I1-xBrx)3, HC(NH2)2PbI3, CH3NH3Sn1-xPbxI3, HC(NH2)2PbIyBr3-y, (C4H9NH3)2MI4 (M = Ge, Sn, Pb) 또는 (CH3NH3)x(HC(NH2)2)1-xPbI3를 포함할 수 있다.For example, the organic-based hybrid perovskite material may be CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x , CH 3 NH 3 Pb (I 1-x Br x) 3, HC (NH 2) 2 PbI 3, CH 3 NH 3 Sn 1-x Pb x I 3, HC (NH 2) 2 PbI y Br 3-y, (C 4 H 9 NH 3 ) 2 MI 4 (M = Ge, Sn, Pb) or (CH 3 NH 3 ) x (HC (NH 2 ) 2 ) 1-x PbI 3 .

이러한 광활성층(400)은 스핀코팅법, 딥코팅법, 열증착법 또는 스프레이증착법을 수행하여 형성할 수 있다.The photoactive layer 400 may be formed by a spin coating method, a dip coating method, a thermal evaporation method, or a spray evaporation method.

이러한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질은 HOMO 준위의 절대값이 5.1 eV 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the absolute value of the HOMO level of the organic / inorganic hybrid perovskite material is at least 5.1 eV.

전자추출층(500)은 광활성층(400) 상에 형성될 수 있다. 이러한 전자추출층(500)은 스핀코팅법, 딥코팅법, 열증착법 또는 스프레이증착법을 수행하여 형성할 수 있다.An electron extraction layer 500 may be formed on the photoactive layer 400. The electron extraction layer 500 may be formed by a spin coating method, a dip coating method, a thermal evaporation method, or a spray evaporation method.

전자추출층(500)은 광활성층(400)에서 생성된 전자가 음극으로 수송되는 것을 보조하는 역할을 할 수 있는데, 예를 들면, LiF, Alq3 등의 재료를 포함할 수 있다. 이러한 전자추출층(500)은 경우에 따라 생략될 수 있다.The electron extraction layer 500 may serve to assist electrons generated in the photoactive layer 400 to be transported to the cathode. For example, the electron extraction layer 500 may include materials such as LiF and Alq3. Such an electron extraction layer 500 may be omitted in some cases.

음극(600)은 전자추출층(500) 상에 형성될 수 있다. 이러한 음극(600)은 예컨대, 열증착법 을 수행하여 형성할 수 있다.The cathode 600 may be formed on the electron extraction layer 500. The cathode 600 may be formed, for example, by thermal evaporation.

이러한 음극(600)은 상대적으로 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 들 수 있다.
The cathode 600 may use a metal, an alloy, an electrically conductive compound, and a combination thereof having a relatively low work function. Specific examples thereof include lithium (Li), magnesium (Mg), aluminum (Al), aluminum-lithium (Al-Li), calcium (Ca), magnesium-indium (Mg-In), magnesium- .

한편, 정공추출층의 다른 실시예들로서, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.Other embodiments of the hole extracting layer will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a는 정공추출층의 다른 실시예의 일 단면도이다.2A is a cross-sectional view of another embodiment of the hole extracting layer.

도 2a를 참조하면, 정공추출층(300)은 전도성 고분자를 포함하고 양극(도 1의 200) 측에 배치된 제1층(310) 및 불소계 물질을 포함하고 광활성층(도 1의 400) 측에 배치된 제2층(320)을 포함할 수 있다.2A, the hole extracting layer 300 includes a first layer 310 including a conductive polymer and disposed on an anode (200 in FIG. 1) and a first layer 310 including a fluorine-based substance and having a photoactive layer (400 in FIG. 1) And a second layer 320 disposed on the first layer.

따라서, 양전극(200)으로 정공을 전달하기에 적절한 전도성을 가지는 제1층(310)과, 광활성층(400)의 HOMO level과 Ohmic contact 또는 Ohmic contact에 준하도록 표면 일함수를 조절하는 제2층(320)이 각각 최적의 기능을 하여 정공추출효율을 높인다.The first layer 310 having conductivity suitable for transferring holes to the positive electrode 200 and the second layer 310 controlling the surface work function so as to conform to the HOMO level and Ohmic contact or Ohmic contact of the photoactive layer 400 (320) perform optimal functions to enhance hole extraction efficiency.

도 2b은 정공추출층의 또 다른 실시예의 일 단면도이다.2B is a cross-sectional view of another embodiment of the hole extracting layer.

도 2a를 참조하면, 정공추출층(300)은 전도성 고분자를 포함하고 양극(도 1의 200) 측에 배치된 제1층(310) 및 불소계 물질을 포함하고 광활성층(도 1의 400) 측에 배치된 제2층(320)을 포함하고, 상기 제1층(310)과 제2층(320) 사이에 제1층(310)에 포함된 전도성 고분자와 제2층(320)에 포함된 불소계 물질을 포함한 중간층(330)이 개재될 수 있다.2A, the hole extracting layer 300 includes a first layer 310 including a conductive polymer and disposed on an anode (200 in FIG. 1) and a first layer 310 including a fluorine-based substance and having a photoactive layer (400 in FIG. 1) And a second layer 320 disposed on the second layer 320 between the first layer 310 and the second layer 320. The conductive polymer contained in the first layer 310 and the second layer 320 included in the second layer 320 An intermediate layer 330 including a fluorine-based material may be interposed.

이 때, 제1층(310)과 제2층(320)의 경계인 중간층(330)을 제1층(310)과 제2층(320)을 이루는 성분이 점진적(gradual)으로 존재하도록 하여서 상기 정공추출층(300)의 기능을 극대화 할 수 있다.
At this time, the intermediate layer 330, which is the interface between the first layer 310 and the second layer 320, may be made to be gradual so that the components constituting the first layer 310 and the second layer 320 exist in a gradual manner, The function of the extraction layer 300 can be maximized.

한편, 양극 및 정공추출층 사이에 또는 상기 정공추출층 및 광활성층 사이에 버퍼층(미도시)이 더 위치할 수 있다. On the other hand, a buffer layer (not shown) may be further disposed between the anode and the hole extracting layer or between the hole extracting layer and the photoactive layer.

이러한 버퍼층은 금속산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 버퍼층은 MoO3, NiOx 또는 AgOx 포함할 수 있다.Such a buffer layer may comprise a metal oxide. For example, such a buffer layer may comprise MoO 3, NiO x, or AgO x .

따라서, 이러한 버퍼층에 의해 정공추출층의 일함수가 증가하여 정공추출층과 광활성층 사이의 계면에서의 에너지 격차를 줄여 일함수 및 단락전류가 증가할 수 있으며, 전자주입을 막는 정류작용(rectification)으로 인하여 필팩터(FF)가 상승하고, 옵티컬 스페이스(optical space) 역할을 하여 광흡수층에 흡수되는 광량이 증가하여 단락전류(Jsc)가 상승할 수 있다.Accordingly, the work function of the hole extracting layer is increased by the buffer layer, thereby reducing the energy gap at the interface between the hole extracting layer and the photoactive layer, increasing the work function and the short-circuit current, and rectification, The fill factor FF rises and acts as an optical space so that the amount of light absorbed by the light absorbing layer increases and the shortcircuit current Jsc can rise.

따라서, 양극 및 정공추출층 사이에 또는 상기 정공추출층 및 광활성층 사이에 이러한 버퍼층을 삽입함으로써, 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
Therefore, by inserting this buffer layer between the positive electrode and the hole extracting layer or between the hole extracting layer and the photoactive layer, the photoelectric conversion efficiency can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 대하여 설명한다.A method of manufacturing an organic / inorganic hybrid perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1의 구조를 참조하여 설명하면, 먼저, 기판(100)을 준비한다.Referring to the structure of FIG. 1, first, a substrate 100 is prepared.

그 다음에, 기판(100) 상에 양극(200)을 형성할 수 있다. 이러한 양극(200)은 증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 형성될 수 있다.Then, the anode 200 can be formed on the substrate 100. [ The anode 200 may be formed using a deposition method or a sputtering method.

그 다음에, 양극(200) 상에 정공추출층(300)을 형성할 수 있다. 이러한 정공추출층(300)은 스핀코팅법(Spin coating), 딥코팅법(Dip coating), 열증착법(Thermal deposition) 또는 스프레이증착법(Spray deposition)을 수행하여 형성할 수 있다.Then, a hole extracting layer 300 may be formed on the anode 200. [ The hole extraction layer 300 may be formed by spin coating, dip coating, thermal deposition, or spray deposition.

이러한 정공추출층(300)은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고, 상기 정공추출층(300)은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하는 자가조립 정공추출층(300)이다.The hole extraction layer 300 has a conductivity of 0.01 S / cm or more on the basis of 100 nm thickness, and the hole extraction layer 300 is a self-assembled hole extraction layer 300 including a conductive polymer and a fluorine-based material.

또한, 이러한 정공추출층(300)은 상기 양극(200) 측에 배치된 제1면(301) 및 상기 광활성층(400) 측에 배치된 제2면(302)을 갖고, 상기 제2면(302)의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하일 수 있다.The hole extracting layer 300 has a first surface 301 disposed on the anode 200 side and a second surface 302 disposed on the photoactive layer 400 side, 302 and the absolute value of the HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the organic / inorganic hybrid perovskite may be 0.1 eV or less.

한편, 정공추출층(300)을 형성한 다음에, 형성된 정공추출층(300) 표면에 UV 오존(UV ozone) 또는 산소 플라즈마 처리할 수 있다. 따라서, 이러한, UV 오존(UV ozone) 또는 산소 플라즈마 처리를 통하여 정공추출층(300)의 일함수를 보다 증가시키고 정공추출층(300)의 표면의 친수성화를 가능하게 한다.On the other hand, after the hole extraction layer 300 is formed, the surface of the hole extraction layer 300 may be treated with UV ozone or oxygen plasma. Therefore, the work function of the hole extracting layer 300 can be further increased through UV ozone or oxygen plasma treatment, and the surface of the hole extracting layer 300 can be made hydrophilic.

이로 인하여 태양전지의 광전변환효율의 증가와 표면이 친수성화된 정공추출층(300) 상에 페로브스카이트 광활성층(400)을 코팅 시, 박막 형성이 용이한 이점이 있다.Accordingly, when the perovskite photoactive layer 400 is coated on the hole extracting layer 300 whose surface is hydrophilized, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is increased and the thin film is easily formed.

그 다음에, 정공추출층(300) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 광활성층(400)을 형성할 수 있다.Next, a photoactive layer 400 including an organic hybrid perovskite may be formed on the hole extracting layer 300.

이러한 광활성층(400)은 스핀코팅법, 딥코팅법, 열증착법 또는 스프레이증착법을 수행하여 형성할 수 있다.The photoactive layer 400 may be formed by a spin coating method, a dip coating method, a thermal evaporation method, or a spray evaporation method.

그 다음에, 상기 광활성층(400) 상에 전자추출층(500)을 형성할 수 있다. 이러한 전자추출층(500)은 스핀코팅법, 딥코팅법, 열증착법 또는 스프레이증착법을 수행하여 형성할 수 있다.Next, an electron extraction layer 500 may be formed on the photoactive layer 400. The electron extraction layer 500 may be formed by a spin coating method, a dip coating method, a thermal evaporation method, or a spray evaporation method.

그 다음에, 이러한 전자추출층(500) 상에 음극(600)을 형성할 수 있다. 이러한 음극(600)은 열증착법 을 수행하여 형성할 수 있다.The cathode 600 may then be formed on such an electron extraction layer 500. The cathode 600 may be formed by a thermal evaporation method.

한편, 상기 양극(200)을 형성하는 단계 및 상기 정공추출층(300)을 형성하는 단계 사이에, 상기 양극(200) 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of forming a buffer layer (not shown) including a metal oxide on the anode 200 between the step of forming the anode 200 and the step of forming the hole extraction layer 300 can do.

또한, 상기 정공추출층을 형성하는 단계 및 상기 광활성층을 형성하는 단계 사이에, 상기 정공추출층 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, the method may further include forming a buffer layer (not shown) including a metal oxide on the hole extraction layer between the step of forming the hole extraction layer and the step of forming the photoactive layer.

이러한 버퍼층은 스핀코팅법, 딥코팅법, 열증착법 또는 스프레이증착법을 수행하여 형성할 수 있다.
Such a buffer layer can be formed by a spin coating method, a dip coating method, a thermal evaporation method, or a spray evaporation method.

실시예 1Example 1

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.An organic / inorganic hybrid perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention was manufactured.

먼저 ITO 기판(ITO 양극이 코팅된 유리 기판)을 준비한 후, ITO 양극 상에 PEDOT:PSS(Heraeus 社의 CLEVIOS PH)와 하기 고분자 1을 혼합한 용액을 스핀 코팅한 후 150℃에서 10분 동안 열처리하여 30nm 두께의 정공추출층을 형성하였다.First, an ITO substrate (glass substrate coated with ITO anode) was prepared. Then, a solution of PEDOT: PSS (CLEVIOS PH manufactured by Heraeus Co., Ltd.) and the following polymer 1 was spin-coated on the ITO anode, followed by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes To form a hole extraction layer having a thickness of 30 nm.

열처리 후 정공추출층의 하부에는 전도성 고분자가 50%이상 함유된 제 1층이 형성되고 상부에는 고분자 1이 50%이상 함유된 제 2층이 형성된다. 즉 자가조립되어 제1층 및 제2층이 형성된다.After the heat treatment, a first layer containing 50% or more of a conductive polymer is formed in the lower part of the hole extraction layer, and a second layer containing 50% or more of the polymer 1 is formed in the upper part. That is, the first layer and the second layer are self-assembled.

상기 제1층과 제2층을 포함한 정공추출층의 중량비는 PEDOT:PSS:고분자 1이 1:2.5:0.73이고 일함수는 5.4eV이다.The weight ratio of the hole extracting layer including the first layer and the second layer is PEDOT: PSS: Polymer 1 of 1: 2.5: 0.73 and the work function of 5.4 eV.

상기 정공추출층 상에 PbI2 및 디메틸폼아마이드(Dimethylformamide)를 포함한 용액(463mg : 1ml)을 스핀 코팅 하고, 70℃에서 10분간 열처리 한 후, CH3NH3I 및 IPA를 포함한 용액(20mg : 1ml)을 스핀코팅 하고 100℃에서 10분간 열처리 하여 280nm 두께의 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 광활성층을 형성하였다.A solution (463 mg: 1 ml) containing PbI 2 and dimethylformamide was spin-coated on the hole extracting layer and heat-treated at 70 ° C. for 10 minutes. Then, a solution containing CH 3 NH 3 I and IPA (20 mg: 1 ml ) Was spin-coated and heat-treated at 100 ° C for 10 minutes to form a 280 nm-thick CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite photoactive layer.

이러한 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 광활성층의 HOMO 준위는 -5.4eV이고 상기 정공추출층 중 제2층 표면의 일함수는 -5.4eV이다.The HOMO level of the CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite photoactive layer is -5.4 eV and the work function of the surface of the second layer of the hole extraction layer is -5.4 eV.

그 다음에, 광활성층 상에 PCBM(nano-C Inc.)과 클로로포름을 포함 (10.36mg : 1ml)한 용액을 스핀코팅하고, 그 위에 100nm 두께의 알루미늄을 증착시켜 음전극을 형성함으로써, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자를 제작하였다Subsequently, a solution of PCBM (nano-C Inc.) and chloroform (10.36 mg: 1 ml) was spin-coated on the photoactive layer and aluminum of 100 nm in thickness was deposited thereon to form a negative electrode, A perovskite solar cell device was fabricated

<고분자 1><Polymer 1>

Figure pat00003
Figure pat00003

(상기 고분자 1 중, x = 1300, y = 200, z = 1임)
(Of the polymer 1, x = 1300, y = 200, z = 1)

실시예 2Example 2

ITO이 코팅된 유리 기판이 PET 기판인 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자를 제작하였다.
A hybrid organic perovskite solar cell device was fabricated using the same method as in Example 1 except that the ITO-coated glass substrate was a PET substrate.

비교예 Comparative Example

정공추출층 형성시, 실시예 1의 PEDOT:PSS(Heraeus 社의 CLEVIOS PH) 용액을 ITO 양극 상부에 스핀 코팅하여 150℃에서 10분 동안 열처리함으로써 30nm 두께의 단일층 정공추출층(일함수는 4.9 eV임)을 형성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자를 제작하였다. 즉, 이때의 정공추출층은 PEDOT:PSS층이다.
PEDOT: PSS (HELEAUS CLEVIOS PH) solution of Example 1 was spin-coated on the ITO anode and heat-treated at 150 ° C for 10 minutes to form a 30 nm-thick single layer hole-extracting layer (work function: 4.9 eV) was formed on the surface of the solar cell, and the same method as in Example 1 was used to fabricate an organic hybrid perovskite solar cell device. That is, the hole extraction layer at this time is a PEDOT: PSS layer.

실험예Experimental Example

도 3은 비교예 및 실시예 1에 따른 태양전지의 특성을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the characteristics of the solar cell according to the comparative example and the example 1. Fig.

도 3을 참조하면, UPS(ultraviolet photoelectron spectroscopy) 분석에 의하여 기존 PEDOT:PSS에 비교하여 상기 정공추출층(PFI / PEDOT:PSS = 0.209)의 일함수가 0.5eV 증가 한 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3, the work function of the hole extraction layer (PFI / PEDOT: PSS = 0.209) is increased by 0.5 eV as compared to the conventional PEDOT: PSS by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) analysis.

도 4는 PFI와 PEDOT:PSS의 무게비에 따른 정공추출층의 일함수 특성을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing work function characteristics of the hole extraction layer according to the weight ratio of PFI and PEDOT: PSS.

또한, 하기 표 1는 도 4에 나타난 결과를 나타낸 그래프이다.Table 1 below is a graph showing the results shown in Fig.

PFI / PEDOT:PSSPFI / PEDOT: PSS Work function (eV)Work function (eV) 00 4.864.86 0.0270.027 5.115.11 0.0530.053 5.215.21 0.1050.105 5.325.32 0.2090.209 5.395.39 0.4170.417 5.465.46 0.8330.833 5.485.48

도 4 및 표 1을 참조하면, PFI / PEDOT:PSS 값이 증가할수록, 즉 PFI 농도 비율이 증가할수록, 정공추출층의 일함수 값이 증가함을 알 수 있다. 따라서, 불소계 물질의 농도 비율이 증가할수록 일함수 값이 증가함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4 and Table 1, as the PFI / PEDOT: PSS value increases, that is, as the PFI concentration ratio increases, the work function value of the hole extraction layer increases. Therefore, it can be seen that the work function value increases as the concentration ratio of the fluorine-based material increases.

도 5 및 도 6은 비교예 및 실시예 1에 따른 태양전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.FIGS. 5 and 6 are graphs showing voltage-current characteristics of the solar cell according to the comparative example and the example 1. FIG.

도 7은 실시예 2에 따른 태양전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7 내에 삽입된 이미지는 실시예 2에 따른 태양전지를 구부린 것으로 플렉서블 태양전지임을 알 수 있다.7 is a graph showing the voltage-current characteristics of the solar cell according to the second embodiment. The image embedded in FIG. 7 indicates that the solar cell according to the second embodiment is bent and is a flexible solar cell.

하기 표 2는 도 5 내지 도 7의 전압-전류 밀도 특성 평가 결과를 정리한 표이다.Table 2 below is a table summarizing the results of the evaluation of the voltage-current density characteristics of Figs. 5 to 7. Fig.

전압-전류 밀도 특성 평가시, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp)를 사용(상기 제논 램프의 태양 조건(AM1.5)은 표준 태양 전지 소자를 사용하여 보정함)하여, 100mW/cm2 의 광을 각각의 유기 태양 전지 소자에 조사하였다.Voltage-current density characteristic evaluation, the light source is a xenon lamp (Xenon lamp) using the (solar condition (AM1.5) of the xenon lamp is also corrected using a standard solar cell device) in the light of 100mW / cm 2 Were irradiated to each organic solar cell element.

한편, 측정된 전압-전류 그래프로부터 계산된 단락 전류(JSC), 개방 전압(VOC), 필 팩터(fill factor, FF)로부터 광전변환효율(PCE)(%)을 계산하였다.On the other hand, the photoelectric conversion efficiency (PCE) (%) was calculated from the short-circuit current (J SC ), open-circuit voltage (V OC ) and fill factor (FF) calculated from the measured voltage-current graph.

Voc (V)V oc (V) Jsc (mA/cm2)J sc (mA / cm 2 ) FF (%)FF (%) PCE (%)PCE (%) 비교예Comparative Example 0.8350.835 14.114.1 68.568.5 8.18.1 실시예 1Example 1 0.9820.982 16.716.7 70.570.5 11.711.7 실시예 2Example 2 1.0401.040 15.515.5 49.949.9 8.08.0

도 5 내지 도 7 및 표 2로부터 실시예 1 의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자가 비교예의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자에 비하여 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있다.From FIG. 5 to FIG. 7 and Table 2, it can be confirmed that the organic-inorganic hybrid perovskite solar cell device of Example 1 has superior characteristics to the organic / inorganic hybrid perovskite solar cell device of Comparative Example.

또한 PET기판으로 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지소자를 제작하여 플렉서블한 소자를 제작한 실시예 2 또한 우수한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
Also, Example 2, in which a hybrid organic perovskite solar cell device was fabricated using a PET substrate to fabricate a flexible device, also shows excellent characteristics.

도 8은 비교예에 따른 태양전지의 정공추출층의 모폴로지를 나타낸 이미지 및 그래프이다. 도 9는 실시예 1에 따른 태양전지의 정공추출층의 모폴로지를 나타낸 이미지 및 그래프이다.8 is an image and a graph showing a morphology of a hole extracting layer of a solar cell according to a comparative example. 9 is an image and a graph showing the morphology of the hole extracting layer of the solar cell according to the first embodiment.

도 8 및 도 9를 참조하면, 실시예 1에 따른 태양전지의 정공추출층의 모폴로지도 비교예의 모폴로지에 비하여 떨어지지 않고 비슷한 수준임을 알 수 있다.
8 and 9, the morphology of the hole extracting layer of the solar cell according to Example 1 is similar to that of the comparative morphology.

본 발명에 따르면, 자가조립정공추출층을 이용함으로써, 정공추출층과 광활성층 사이의 계면에서의 에너지 격차로 줄여 광전변환효율이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, by using the self-assembled hole extraction layer, it is possible to reduce the energy gap at the interface between the hole extracting layer and the photoactive layer, thereby providing a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.

또한, 이러한 자가조립정공추출층은 플렉서블한 특징이 있는 바, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 우수한 광전 변환 효율 및 장수명을 가지는 플렉서블한 소자로 제작할 수 있다.
In addition, since the self-assembled hole extraction layer is flexible, the organic / inorganic hybrid perovskite solar cell can be manufactured as a flexible device having excellent photoelectric conversion efficiency and long life.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 기판 200: 양극
300: 정공추출층 301: 제1면
302: 제2면 310: 제1층
320: 제2층 330: 중간층
400: 광활성층 500: 전자추출층
600: 음극
100: substrate 200: anode
300: hole extraction layer 301: first side
302: second side 310: first side
320: second layer 330: middle layer
400: photoactive layer 500: electron extraction layer
600: cathode

Claims (16)

양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 광활성층 및 상기 광활성층과 상기 양극 사이에 위치하는 정공추출층을 포함하고,
상기 광활성층은 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하고,
상기 정공추출층은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고,
상기 정공추출층은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하는 자가조립 정공추출층이고,
상기 정공추출층은 상기 양극 측에 배치된 제1면 및 상기 광활성층 측에 배치된 제2면을 갖고,
상기 제2면의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하인, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
A positive electrode, a negative electrode, a photoactive layer positioned between the positive electrode and the negative electrode, and a hole extraction layer located between the photoactive layer and the positive electrode,
Wherein the photoactive layer comprises an organic hybrid perovskite,
The hole extraction layer has a conductivity of 0.01 S / cm or more on the basis of 100 nm thickness,
Wherein the hole extraction layer is a self-assembled hole extraction layer including a conductive polymer and a fluorine-
Wherein the hole extracting layer has a first surface disposed on the anode side and a second surface disposed on the photoactive layer side,
Wherein the difference between the work function of the second surface and the absolute value of the HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the organic / inorganic hybrid perovskite is 0.1 eV or less.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 정공추출층 사이에 또는 상기 정공추출층 및 광활성층 사이에,
금속산화물을 포함하는 버퍼층을 더 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Between the positive electrode and the hole extracting layer or between the hole extracting layer and the photoactive layer,
A hybrid organic perovskite solar cell comprising a buffer layer containing a metal oxide.
제2항에 있어서,
상기 버퍼층은 MoO3, NiOx 또는 AgOx 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
3. The method of claim 2,
The buffer layer may comprise MoO 3, NiO x, or AgO x . Hybrid perovskite solar cells with or without organic inclusion.
제1항에 있어서,
상기 정공추출층은 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질이 서로 균일 하게 혼합되어 있는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the hole extracting layer is formed by uniformly mixing the conductive polymer and the fluorine-based material with each other.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리카바졸, 이들 중 2 이상의 서로 다른 반복 단위를 포함한 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들 중 2 이상의 블렌드를 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer is selected from the group consisting of polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polystyrene, polyethylene dioxythiophene, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylvinylene, polycarbazole, a copolymer containing two or more different repeating units thereof, Or an organic or inorganic hybrid perovskite solar cell comprising at least two of the blends.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는, 이온기 및 고분자산(polymeric acid) 중 1종 이상으로 도핑된 셀프-도핑(self-doped) 전도성 고분자를 포함하고,
상기 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함하고,
상기 음이온기는 PO3 2-, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2-으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함하고,
상기 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택된, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The conductive polymer includes a self-doped conductive polymer doped with at least one of an ionic group and a polymeric acid,
Said ionic group comprising an anionic group and a counter cationic group for said anionic group,
The anionic group is selected from the group consisting of PO 3 2- , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2- ,
The cationic group includes at least one of a metal ion and an organic ion,
Wherein the metal ion is selected from the group consisting of Na + , K + , Li + , Mg +2 , Zn +2 and Al +3 and the organic ion is selected from the group consisting of H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + Is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + Wherein the organic hybrid perovskite is selected from the group consisting of CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n - and n is an integer from 0 to 50) Solar cells.
제1항에 있어서,
상기 불소계 물질이 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머인, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지:
<화학식 1>
Figure pat00004

상기 화학식 1에서,
0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000, 0≤ a ≤ 20, 0 ≤ b ≤ 20 이고;
A, B, A'및 B'는 각각 독립적으로, C, Si, Ge, Sn, 및 Pb로 이루어지는 군으로부터 선택되고;
R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3' 및 R4' 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되며, 단, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함하고;
X 및 X'는 각각 독립적으로 단순 결합, O, S, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되,
단, n이 0인 경우, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 할로겐 원소를 포함하는 소수성 작용기이거나, 소수성 작용기를 포함한다.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorine-based material is an ionomer represented by the following formula (1): < EMI ID =
&Lt; Formula 1 &gt;
Figure pat00004

In Formula 1,
0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000, 0? A? 20, 0? B? 20;
A, B, A 'and B' are each independently selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, and Pb;
Each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ', R 2 ', R 3 'and R 4 ' is independently hydrogen, halogen, a nitro group, a substituted or unsubstituted amino group, unsubstituted C 1 -C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C aryl group, a substituted or unsubstituted aryloxy-substituted C 6 -C 30, substituted or unsubstituted C 2 30 - for C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 20 in the bicyclo alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl ester group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkyl of S. Encircling, is selected from substituted or unsubstituted aryl ester group of the unsubstituted C 6 -C 30 and, a heteroaryl group consisting of ester group of a substituted or unsubstituted C 2 -C 30, However, R 1, R 2, R 3, And R &lt; 4 &gt; is an ionic group or an ionic group;
The X and X 'are each independently selected from a simple bond, O, S, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 6 - C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group of C 2 -C 30 alkylene group of , A substituted or unsubstituted C 5 -C 20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl ester group, And an unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl ester group,
Provided that when n is 0, at least one of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is a hydrophobic functional group containing a halogen element or includes a hydrophobic functional group.
제1항에 있어서,
상기 정공추출층은 탄소계 나노구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the hole extraction layer further comprises a carbon nanostructure. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제8항에 있어서,
상기 탄소계 나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀 양자점 또는 탄소 점(carbon dot)을 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the carbon-based nanostructure comprises carbon nanotubes, graphene quantum dots, or carbon dots.
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3-xClx, CH3NH3Pb(I1-xBrx)3, HC(NH2)2PbI3, CH3NH3Sn1-xPbxI3, HC(NH2)2PbIyBr3-y, (C4H9NH3)2MI4 (M = Ge, Sn, Pb) 또는 (CH3NH3)x(HC(NH2)2)1-xPbI3를 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
The organic-inorganic hybrid perovskite material is CH 3 NH 3 PbI 3, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH 3 NH 3 PbBr 3, CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x, CH 3 NH 3 Pb (I 1 -x Br x) 3, HC ( NH 2) 2 PbI 3, CH 3 NH 3 Sn 1-x Pb x I 3, HC (NH 2) 2 PbI y Br 3-y, (C 4 H 9 NH 3) 2 MI 4 (M = Ge, Sn, Pb) or (CH 3 NH 3) x ( HC (NH 2) 2) inorganic containing 1-x PbI 3 perovskite hybrid solar cells.
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질의 HOMO 준위의 절대값이 5.1 eV 이상인, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the absolute value of the HOMO level of the organic / inorganic hybrid perovskite material is at least 5.1 eV.
제1항에 있어서,
상기 정공추출층은, 상기 전도성 고분자를 포함하고 상기 양극 측에 배치된 제1층 및 상기 불소계 물질을 포함하고 상기 광활성층 측에 배치된 제2층을 포함한, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the hole extraction layer comprises an organic hybrid perovskite solar cell including the conductive polymer and including a first layer disposed on the anode side and a second layer disposed on the side of the photoactive layer, .
기판 상에 양극을 형성하는 단계;
상기 양극 상에 정공추출층을 형성하는 단계;
상기 정공추출층 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 광활성층 상에 음극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 정공추출층은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고,
상기 정공추출층은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하는 자가조립 정공추출층이고,
상기 정공추출층은 상기 양극 측에 배치된 제1면 및 상기 광활성층 측에 배치된 제2면을 갖고,
상기 제2면의 일함수와 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하인, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
Forming an anode on the substrate;
Forming a hole extraction layer on the anode;
Forming a photoactive layer including an organic hybrid perovskite on the hole extraction layer; And
And forming a negative electrode on the photoactive layer,
The hole extraction layer has a conductivity of 0.01 S / cm or more on the basis of 100 nm thickness,
Wherein the hole extraction layer is a self-assembled hole extraction layer including a conductive polymer and a fluorine-
Wherein the hole extracting layer has a first surface disposed on the anode side and a second surface disposed on the photoactive layer side,
Wherein the difference between the work function of the second surface and the absolute value of the HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the organic / inorganic hybrid perovskite is 0.1 eV or less.
제13항에 있어서,
상기 정공추출층을 형성하는 단계 이후에,
상기 정공추출층 표면에 UV-오존 또는 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
14. The method of claim 13,
After the step of forming the hole extracting layer,
Treating the surface of the hole extracting layer with UV-ozone or oxygen plasma.
제13항에 있어서,
상기 양극을 형성하는 단계 및 상기 정공추출층을 형성하는 단계 사이에,
상기 양극 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
14. The method of claim 13,
Between the step of forming the anode and the step of forming the hole extraction layer,
Further comprising forming a buffer layer containing a metal oxide on the anode. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제13항에 있어서,
상기 정공추출층을 형성하는 단계 및 상기 광활성층을 형성하는 단계 사이에,
상기 정공추출층 상에 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조방법.
14. The method of claim 13,
Between the step of forming the hole extracting layer and the step of forming the photoactive layer,
And forming a buffer layer including a metal oxide on the hole extraction layer. The method of manufacturing a hybrid organic perovskite solar cell according to claim 1,
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