KR20170132567A - Method of manufacturing the optical absorber layer for organic-inorganic complex solar cell, and method of manufacturing organic-inorganic complex solar cell using thereof - Google Patents

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KR20170132567A
KR20170132567A KR1020160063602A KR20160063602A KR20170132567A KR 20170132567 A KR20170132567 A KR 20170132567A KR 1020160063602 A KR1020160063602 A KR 1020160063602A KR 20160063602 A KR20160063602 A KR 20160063602A KR 20170132567 A KR20170132567 A KR 20170132567A
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Abstract

The present specification relates to a method for manufacturing a light absorbing layer of an organic-inorganic complex solar cell, which includes the steps of: coating an electrode with a droplet with a radius of 100 nm to 500 nm including a first perovskite precursor solution including metal halide; and coating the coated metal halide with a droplet with a radius of 100 nm to 500 nm including a second perovskite precursor solution including organic halide, and a method for manufacturing an organic-inorganic complex solar cell using the same. Accordingly, the present invention can simplify a manufacturing process and form a crystal with high purity.

Description

유무기 복합 태양전지의 광흡수층 제조방법 및 이를 이용한 유무기 복합 태양전지의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING THE OPTICAL ABSORBER LAYER FOR ORGANIC-INORGANIC COMPLEX SOLAR CELL, AND METHOD OF MANUFACTURING ORGANIC-INORGANIC COMPLEX SOLAR CELL USING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a light absorbing layer of an organic / inorganic hybrid solar cell, and a method of manufacturing an organic / inorganic hybrid solar cell using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 명세서는 유-무기 복합 태양전지의 광흡수층 제조방법 및 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a light absorbing layer of an organic-inorganic hybrid solar cell and a manufacturing method of a organic-inorganic hybrid solar cell using 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. 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.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. 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.

유-무기 복합 페로브스카이트 물질은 흡광계수가 높고, 용액 공정을 통해 쉽게 합성이 가능한 특성 때문에 최근에 유-무기 복합 태양전지 광흡수 물질로서 각광 받고 있다.The organic-inorganic composite perovskite material has recently attracted attention as a light absorbing material for organic / inorganic hybrid solar cells due to its high extinction coefficient and its ability to be easily synthesized through a solution process.

일반적으로, 유-무기 복합 태양전지에 사용되는 흡수층 구성은 AMX3 성분을 기본 구조로 단일 양이온, 금속 이온 및 할로겐 이온으로 구성된다. 이러한 흡수층은 구성물질들을 각각 또는 한번에 용액화하여 기판 상에 도포한 후 박막화 및 결정화를 유도해야 흡수성을 나타내게 된다. 그러나, 기존에 도포방법으로 사용되는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅 방법은 박막화와 결정화가 동시에 진행되지 못하므로, 결정화를 유도하기 위해 추가적인 공정이 필요한 문제점이 있다. 특히, 스핀 코팅의 경우 결정화 진행시 환경의 영향 및 빠른 결정성장으로 인해 고결정 흡수층을 확보하기 어려운 문제점이 있으며, 대면적으로 적용하는데 한계가 있다.In general, an absorption layer structure used in an organic-inorganic hybrid solar cell is composed of a single cation, a metal ion, and a halogen ion with a basic structure of an AMX 3 component. Such an absorbing layer is absorbed in each case or once at a time by dissolving it and applying it on a substrate to induce thinning and crystallization. However, spin coating, slit coating, and bar coating methods, which are conventionally used as a coating method, can not simultaneously perform thinning and crystallization. Therefore, there is a problem that additional processing is required to induce crystallization. Particularly, in the case of spin coating, it is difficult to secure a high-crystalline absorption layer due to the influence of the environment and rapid crystal growth during the progress of crystallization.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 박막화 및 결정화 공정이 분리되지 않거나, 순차적으로 빠르게 진행시키는 연구가 필요하다. 이에 대한 방안으로 용액의 고형분 함량이 많아 결정핵 형성에 유리한 공정이 연구될 수 있으나, 용액의 고형분 함량을 증가시키는 방법은 용액의 포화용해도에 의해 한계가 있고, 공정상 고농도의 용액을 박막화하는데 어려움이 있다.Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to carry out a research to make the thinning and crystallization processes separate or sequentially proceed rapidly. However, the method of increasing the solid content of the solution is limited by the saturation solubility of the solution, and it is difficult to thin the solution at a high concentration in the process. .

Adv. Mater. 2014, 26, 4991-4998Adv. Mater. 2014, 26, 4991-4998

본 명세서는 공정이 간단하면서도 고순도 결정이 형성되는 유-무기 복합태양전지의 광흡수층 제조 방법 및 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a light absorbing layer of a organic-inorganic hybrid solar cell, and a method for manufacturing a organic-inorganic hybrid solar cell using the same, wherein a process is simple and high purity crystals are formed.

본 명세서의 일 실시상태는 전극 상에 금속할로겐화물을 포함하는 제1 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계; 및One embodiment of the present disclosure is directed to a method of forming an electrode, comprising: coating a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm comprising a first perovskite precursor solution comprising a metal halide on the electrode; And

상기에서 코팅된 금속할로겐화물 상에 유기할로겐화물을 포함하는 제2 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법을 제공한다.Wherein the step of coating is performed using a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm and containing a second perovskite precursor solution containing an organic halide on the coated metal halide. A method for manufacturing a light absorbing layer for a battery is provided.

본 명세서의 또 다른 일 실시상태는 제1 전극을 형성하는 단계;According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first electrode;

상기 제1 전극 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계;Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the first electrode;

상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 상기의 광흡수층 제조방법으로 제조된 광흡수층을 형성하는 단계;Forming a light absorbing layer on the electron transporting layer or the hole transporting layer by the light absorbing layer manufacturing method;

상기 광흡수층 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계; 및Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the light absorbing layer; And

상기 광흡수층 상에 형성된 전자수송층 또는 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법을 제공한다.And forming a second electrode on the electron transporting layer or the hole transporting layer formed on the light absorbing layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 광흡수층 제조방법은 용매 추출 공정이나, 결정화 공정이 필요 없어 공정이 간단하면서도 고순도의 결정을 형성할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a light absorbing layer of a hybrid organic / inorganic hybrid solar cell has a simple and high-purity crystalline structure because a solvent extraction process and a crystallization process are not required.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합태양전지 제조방법은 에너지 변환 효율이 향상된 유-무기 복합 태양전지를 제조할 수 있는 효과가 있다. According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell has an effect of manufacturing an organic-inorganic hybrid solar cell having improved energy conversion efficiency.

도 1은 본 명세서의 실시형태에 따른 광흡수층의 XRD(X-Ray Diffraction) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 명세서의 실시형태에 따른 광흡수층의 흡광도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서의 실시예 1에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 명세서의 비교예 1에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 명세서의 비교예 2에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
1 shows XRD (X-Ray Diffraction) measurement results of a light absorption layer according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of absorbance measurement of the light absorbing layer according to the embodiment of the present invention.
3 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer prepared in Example 1 of this specification.
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer prepared in Comparative Example 1 of this specification.
5 is a scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer prepared in Comparative Example 2 of this specification.
6 is a graph showing a current density according to a voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in the embodiment of the present invention.

이하 본 명세서를 상세히 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in detail.

본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part is referred to as "including " an element, it is to be understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에"위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접하여 있는 경우뿐만 아니라, 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In this specification, when a member is located on another member, it includes not only when a member is in contact with another member but also when there is another member between the two members.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법은 전극 상에 금속할로겐화물을 포함하는 제1 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계; 및According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light absorbing layer for an organic-inorganic hybrid solar battery, comprising: forming a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm and containing a first perovskite precursor solution containing a metal halide on the electrode; Coating; And

상기에서 코팅된 금속할로겐화물 상에 유기할로겐화물을 포함하는 제2 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계를 포함한다.Coating with a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm comprising a second perovskite precursor solution containing an organic halide on the coated metal halide.

본 명세서에 있어서, 전기장 스프레이 코팅을 통해 구현된 제1 페로브스카이트 전구체 용액 및 제2 페로브스카이트 전구체 용액의 액적 크기는 하기 식 1(Ganna-Calvo scaling law, 1997)을 이용하여 계산되었다.In this specification, the droplet sizes of the first perovskite precursor solution and the second perovskite precursor solution realized through the electric field spray coating were calculated using Ganna-Calvo scaling law (1997) .

[식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식 1에서 Q는 용액의 흐름이다. 본 명세서에 있어서, 용액의 흐름은 액체공급장치를 모세관 노즐로 사용하여 모세관 노즐 양단의 압력차를 이용한 실험적 방법을 이용하여 측정하였다. In Equation 1, Q is the flow of the solution. In the present specification, the flow of the solution was measured using an experimental method using the pressure difference across the capillary nozzle using the liquid supply device as the capillary nozzle.

구체적으로, 모세관 노즐 한쪽에 분무될 액체를 넣고 모세관을 연결하여 이산화탄소를 캐리어로 하는 압력을 생성한 뒤 양단의 압력차로 모세관을 통과한 유체의 누적양을 확인하고, 실험적으로 얻은 선형 보정 그래프로부터 모세관의 압력차에 대응되는 유량을 계산하였다. 본 명세서 있어서는 약 0.1 ml/s 내지 0.5 ml/s 범위에서 적용하였다.Specifically, the liquid to be sprayed is placed in one of the capillary nozzles, and a capillary is connected to generate a pressure with carbon dioxide as a carrier. Then, the accumulated amount of the fluid passing through the capillary is checked by the pressure difference at both ends. The flow rate corresponding to the pressure difference of the flow rate was calculated. In the present specification, it is applied in the range of about 0.1 ml / s to 0.5 ml / s.

상기 식 1에서 ρ는 용액의 밀도이다. 본 명세서에 있어서, 용액의 밀도는 밀도계 DC-50 측정기를 이용하여 측정하였다. In Equation (1), rho is the density of the solution. In this specification, the density of the solution was measured using a densitometer DC-50 meter.

구체적으로, 제1 페로브스카이트 전구체 용액 내 금속할로겐화물의 농도 및 제2 페로브스카이트 전구체 용액 내 유기할로겐화물의 농도를 각각 0.1 wt% 내지 0.5 wt%로 구분하여 DC-50 밀도계를 사용하여 각 농도에 대응하는 용액의 밀도를 측정하였다.Specifically, the concentration of the metal halide in the first perovskite precursor solution and the concentration of the organic halide in the second perovskite precursor solution were each divided into 0.1 wt% to 0.5 wt%, and a DC-50 density meter The density of the solution corresponding to each concentration was measured.

상기 식 1에서 ε0는 진공에서의 액체의 유전상수이다. 본 명세서에 있어서, 진공에서의 액체의 유전상수란 액체가 전기장 내에서 전하가 유기되는 수준을 나타낸다. 상기 액체의 유전상수는 Niho-Rufto사의 M-I871 유전율 측정기를 사용하여 측정하였다.In Equation 1,? 0 is the dielectric constant of the liquid in vacuum. As used herein, the dielectric constant of a liquid in a vacuum refers to the level at which the liquid is charged in the electric field. The dielectric constant of the liquid was measured using a M-I871 permittivity meter from Niho-Rufto.

상기 식 1에서 γ는 표면장력 계수이다. 본 명세서에 있어서, 표면장력 계수는 모세관 상승 측정법과 힘의 평형식에 의하여 계산하였다.In the above formula 1,? Is the surface tension coefficient. In this specification, the surface tension coefficient was calculated by capillary rise measurement method and force equations.

일반적으로, 고체를 용해시킨 액체의 표면장력 계수는 모세관 내 액체 기둥에 해당하는 중력과 힘의 평형을 이룬다. 힘의 평형식은 하기 식 2와 같다. Generally, the surface tension coefficient of a liquid in which a solid is dissolved forms an equilibrium of gravity and force corresponding to the liquid column in the capillary. The equilibrium equation of force is shown in Equation 2 below.

[식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식 2에서, γ1은 표면장력 계수, r은 모세관 내에서 액체의 반지름, h는 액체기둥의 높이, ρ는 용액의 밀도, g는 중력가속도이다.In the formula 2, γ 1 is the surface tension coefficient, r is the radius, h is the height of liquid in the capillaries of the liquid column, ρ is the density of the solution, g is the gravitational acceleration.

상기 식 1에서 K는 전기전도 계수이다. 본 명세서에 있어서, 전기전도 계수는 용액 내 전기흐름 정도를 의미하며, 단면적과 길이를 아는 도선의 저항을 측정하는 방법과 같은 회로를 구성하여 측정하였다.In Equation (1), K is an electric conductivity coefficient. In the present specification, the electrical conductivity refers to the degree of electric current flow in a solution, and a circuit such as a method of measuring a resistance of a conductor that has a cross-sectional area and a length is measured.

구체적으로, 길이가 L이고 내부 반지름이 r인 테프론 튜브에 저항을 측정하고자 하는 액체를 채우고, 튜브 양단에 전압을 가하여 흐르는 전류를 측정하여 액체의 저항 R을 옴의 법칙으로 계산한 후, 저항, 도선의 길이, 단면적에 의한 비저항 값의 역수를 구함으로써 전기전도 계수를 확인할 수 있다. 이에 따른 식은 식 3 및 식 4와 같다.Specifically, a liquid to be measured is filled in a Teflon tube having a length L and an inner radius r, a voltage is applied to both ends of the tube, and the current flowing through the tube is measured. The resistance R of the liquid is calculated by the Ohm's law. The electric conductivity coefficient can be confirmed by determining the reciprocal of the resistivity value by the length and the cross-sectional area of the conductor. The formulas are as shown in Equations 3 and 4 below.

[식 3][Formula 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

[식 4][Formula 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

기 식 3 및 식 4에 있어서, R은 저항, ρ는 비저항, S는 단면적, L은 도선의 길이, K는 전기전도 계수를 의미한다.In the equations (3) and (4), R denotes a resistance, r denotes a resistivity, S denotes a cross-sectional area, L denotes a length of a conductor, and K denotes an electric conduction coefficient.

본 명세서에 있어서, 상기 전기전도 계수는 약 0.01 S/m 내지 0.04 S/m이다.In the present specification, the electrical conductivity coefficient is about 0.01 S / m to 0.04 S / m.

상기 식 1에서 d0는 액적 지름 크기를 의미한다.In Equation (1), d 0 represents the droplet diameter.

일반적으로, 스프레이 코팅을 통해 구현할 수 있는 액적 크기는 수 μm 내지 수천 μm인데 반해, 본 명세서에 따른 전기장 스프레이 코팅을 통해 구현된 제1 페로브스카이트 전구체 용액 및 제2 페로브스카이트 전구체 용액의 액적 크기는 반지름이 100 nm 내지 500 nm이다. 구체적으로, 상기 제1 페로브스카이트 전구체 용액 및 제2 페로브스카이트 전구체 용액의 액적 크기는 100 nm 내지 250 nm 일 수 있다. In general, the droplet size that can be achieved through spray coating is from a few microns to a few thousand microns, while the first perovskite precursor solution and the second perovskite precursor solution implemented through the electric field spray coating of the present disclosure The droplet size has a radius of 100 nm to 500 nm. Specifically, the droplet size of the first perovskite precursor solution and the second perovskite precursor solution may be 100 nm to 250 nm.

본 명세서에 따르면, 상기와 같이 작은 액적 크기를 구현함으로써, 광흡수층으로 사용되는 페로브스카이트의 결정형성이 유리하고, 결정의 크기가 고르게 분포하는 장점이 있다.According to the present specification, by realizing the small droplet size as described above, it is advantageous that crystal formation of perovskite used as a light absorbing layer is advantageous, and crystal size is evenly distributed.

액적 크기의 반지름이 500 nm 초과일 경우 형성된 광흡수층 박막의 표면 조도가 균일하지 못하고, 액적 크기의 반지름이 100 nm 미만일 경우 결정 크기가 작아 박막 내 공극이 발생하는 문제점이 있다.When the radius of the droplet size is more than 500 nm, the surface roughness of the formed light absorbing layer is not uniform, and when the droplet size is less than 100 nm, the crystal size is small and voids are generated in the thin layer.

본 명세서에 있어서, 저액적 전기장 스프레이 코팅이란, 상기와 같이 액적 크기 반지름이 100 nm 내지 500 nm인 본 명세서의 실시상태에 따른 전기장 스프레이 코팅 방법을 의미한다.As used herein, the term low-electric-field spray coating refers to an electric field spray coating method according to the embodiment of the present invention in which the droplet size radius is 100 nm to 500 nm as described above.

본 명세서에 있어서 전구체란 어떤 물질대사나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질을 의미한다. 즉, 본 명세서에 있어서, 상기 페로브스카이트 전구체는 페로브스카이트 물질이 되기 전 단계의 물질을 의미한다.As used herein, the term " precursor " refers to a substance at a stage before a substance is metabolized or reacted in a certain reaction. That is, in the present specification, the perovskite precursor means a material before the perovskite material is formed.

본 명세서에 있어서, 전구체 용액이란, 전구체가 포함된 용액을 의미한다. 즉, 본 명세서에 있어서, 상기 페로브스카이트 전구체 용액은 페로브스카이트 물질이 되기 전 단계의 물질이 포함된 용액을 의미한다.In the present specification, the precursor solution means a solution containing a precursor. That is, in the present specification, the perovskite precursor solution means a solution containing the substance before the perovskite substance.

본 명세서에 있어서, 상기 전구체 용액은 용매로 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol alcohol, IPA), 감마부티로락톤(Gamma-butyrolactone), 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 및 N-메틸피롤리돈(N-methylprrolidone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In this specification, the precursor solution is prepared by dissolving dimethylformamide (DMF), isopropyl alcohol alcohol (IPA), gamma-butyrolactone, dimethyl sulfoxide, And N-methylpyrrolidone (N-methylpyrrolidone).

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속할로겐화물은 화학식 1로 표시되는 화합물이다.In one embodiment of the present invention, the metal halide is a compound represented by the general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MX2 MX 2

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,M is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and from Yb 2 + Is a divalent metal ion to be selected,

X는 할로겐 이온이다.X is a halogen ion.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기할로겐화물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이다.In one embodiment of the present invention, the organic halide is a compound represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

AXAX

상기 화학식 2에 있어서, In Formula 2,

A는 CnH2n + 1NH3 +, HC(NH2)2 +, NH4 +, CS+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 + 에서 선택되는 1가의 양이온이고,A is C n H 2n + 1 NH 3 +, HC (NH 2) 2 +, NH 4 +, CS +, NF 4 +, NCl 4 +, PF 4 +, PCl 4 +, CH 3 PH 3 +, CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 +

X는 할로겐 이온이며,X is a halogen ion,

n은 1 내지 9의 정수이다.n is an integer of 1 to 9;

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 페로브스카이트 전구체 용액 내 금속할로겐화물의 농도는 0.1 wt% 내지 5 wt%이다. 제1 페로브스카이트 전구체 용액 내 금속할로겐화물의 농도가 상기 범위를 만족할 경우, 균일한 크기의 액적을 형성할 수 있고, 공정성이 향상되며, 페로브스카이트 구조의 형성이 용이하다. In one embodiment of the present disclosure, the concentration of the metal halide in the first perovskite precursor solution is 0.1 wt% to 5 wt%. When the concentration of the metal halide in the first perovskite precursor solution satisfies the above range, droplets of uniform size can be formed, the processability is improved, and the formation of the perovskite structure is easy.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 전구체 용액 내 유기할로겐화물의 농도는 0.1 wt% 내지 5 wt%이다. 제2 페로브스카이트 전구체 용액 내 금속할로겐화물의 농도가 상기 범위를 만족할 경우, 균일한 크기의 액적을 형성할 수 있고, 공정성이 향상되며, 페로브스카이트 구조의 형성이 용이하다. In one embodiment of the present disclosure, the concentration of the organic halide in the second perovskite precursor solution is 0.1 wt% to 5 wt%. When the concentration of the metal halide in the second perovskite precursor solution satisfies the above range, droplets of uniform size can be formed, the processability is improved, and the formation of the perovskite structure is easy.

본 명세서에 있어서, 균일한 크기의 액적은 액적 반지름이 100 nm 내지 500 nm인 것을 의미한다.In this specification, a droplet of uniform size means that the droplet radius is 100 nm to 500 nm.

본 명세서에 있어서, 상기 화학식 1은 CnH2n +1I이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.In the present specification, the above formula (1) is C n H 2n +1 I, and n may be an integer of 1 to 9.

본 명세서에 있어서, 상기 화학식 2는 PbI2일 수 있다.In the present specification, the formula (2) may be PbI 2 .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅은 스프레이 코팅 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅은 전기장 스프레이 코팅 방법으로 수행될 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the coating may be performed by a spray coating method. Specifically, in one embodiment of the present disclosure, the coating may be performed by an electric field spray coating method.

일반적으로, 유-무기 복합 태양전지에 사용되는 광흡수층 구성은 AMX3 성분을 기본 구조로 단일 양이온, 금속 이온 및 할로겐 이온으로 구성된다. 이러한 광흡수층은 구성물질들을 각각 또는 한번에 용액화하여 기판 상에 도포한 후 박막화 및 결정화를 유도해야 흡수성을 나타내게 된다. 그러나, 기존에 도포방법으로 사용되는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅 방법은 박막화와 결정화가 동시에 진행되지 못하므로, 결정화를 유도하기 위해 추가적인 공정이 필요한 문제점이 있다. 특히, 스핀 코팅의 경우 결정화 진행시 환경의 영향 및 빠른 결정성장으로 인해 고결정 흡수층을 확보하기 어려운 문제점이 있으며, 대면적으로 적용하는데 한계가 있다.In general, the structure of the light absorption layer used in the organic-inorganic hybrid solar cell is composed of a single cation, a metal ion, and a halogen ion as the basic structure of the AMX 3 component. Such a light absorbing layer is required to be thinned and crystallized after each of the constituent materials is dissolved or dissolved at one time on a substrate to exhibit absorbency. However, spin coating, slit coating, and bar coating methods, which are conventionally used as a coating method, can not simultaneously perform thinning and crystallization. Therefore, there is a problem that additional processing is required to induce crystallization. Particularly, in the case of spin coating, it is difficult to secure a high-crystalline absorption layer due to the influence of the environment and rapid crystal growth during the progress of crystallization.

한편, 용액의 고형분 함량이 많을 경우, 결정핵 형성에 유리하지만, 용액의 포화용해도에 의해 한계가 있고, 공정상 고농도의 용액을 박막화하는데 어려움이 있다.On the other hand, when the solid content of the solution is large, it is advantageous for crystal nucleus formation, but there is a limit due to the saturation solubility of the solution, and it is difficult to thin the solution at a high concentration in the process.

본 명세서에 따르면, 광흡수층을 기판상에 전기장 스프레이 방법을 사용하여 코팅함으로써, 일반적으로 스핀 코팅에 사용되는 농도와 동일한 농도의 용액 분사 코팅이 가능하며, 추가 용매 추출 공정이나, 결정화 공정을 진행하지 않아도 고순도 페로브스카이트 결정이 형성되는 장점이 있다.According to the present specification, by coating the light absorbing layer on the substrate using an electric field spraying method, it is possible to spray the solution at a concentration generally the same as the concentration used for spin coating, and the solvent extraction process or the crystallization process There is an advantage that a high-purity perovskite crystal is formed even if it is not used.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지 제조방법은 제1 전극을 형성하는 단계;According to an embodiment of the present invention, a method of fabricating a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell includes: forming a first electrode;

상기 제1 전극 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계;Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the first electrode;

상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 상기 광흡수층 제조방법으로 제조된 광흡수층을 형성하는 단계;Forming a light absorbing layer on the electron transporting layer or the hole transporting layer by the light absorbing layer manufacturing method;

상기 광흡수층 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계; 및Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the light absorbing layer; And

상기 광흡수층 상에 형성된 전자수송층 또는 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.And forming a second electrode on the electron transporting layer or the hole transporting layer formed on the light absorbing layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층은 하기 화학식 3의 페로브스카이트 물질을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the light absorbing layer comprises a perovskite material represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

AMX3 AMX 3

상기 화학식 3에 있어서,In Formula 3,

A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, CS+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,A is C n H 2n + 1 NH 3 +, NH 4 +, HC (NH 2) 2 +, CS +, NF 4 +, NCl 4 +, PF 4 +, PCl 4 +, CH 3 PH 3 +, CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 +

M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,M is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and from Yb 2 + Is a divalent metal ion to be selected,

X는 할로겐 이온이고,X is a halogen ion,

n은 1 내지 9의 정수이다.n is an integer of 1 to 9;

본 명세서에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은 CnH2n + 1NH3PbI3이고 n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.In the present specification, the perovskite material may be C n H 2n + 1 NH 3 PbI 3 and n may be an integer of 1 to 9.

본 명세서에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은 CH3NH3PbI3(methylammonium lead iodide, MAPbI3)일 수 있다.In the present specification, the perovskite material may be a CH 3 NH 3 PbI 3 (methylammonium lead iodide, MAPbI 3).

본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극 상에 전자수송층이 형성될 경우, 상기 광흡수층 상에는 정공수송층이 형성될 수 있다.In this specification, when an electron transporting layer is formed on the first electrode, a hole transporting layer may be formed on the light absorbing layer.

본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극 상에 정공수송층이 형성될 경우, 상기 광흡수층 상에는 전자수송층이 형성될 수 있다.In this specification, when a hole transporting layer is formed on the first electrode, an electron transporting layer may be formed on the light absorbing layer.

본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판을 더 포함하여 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 제1 전극의 하부에 구비될 수 있다.In this specification, the organic-inorganic hybrid solar cell may further include a substrate. Specifically, the substrate may be provided under the first electrode.

본 명세서에 있어서, 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 기판을 사용할 수 있다. 구체적으로, 유리 기판, 박막유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌테라프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 및 폴리이미드(Polyimide) 등의 필름이 단층 또는 복층의 형태로 포함될 수 있다. 다만, 상기 기판은 이에 한정되지 않으며, 유-무기 복합 태양전지에 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.In this specification, the substrate may be a substrate having excellent transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness. Specifically, a glass substrate, a thin film glass substrate, or a plastic substrate can be used. The plastic substrate may include films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone, and polyimide in the form of a single layer or a multilayer . However, the substrate is not limited thereto, and a substrate commonly used in an organic-inorganic hybrid solar cell may be used.

본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 또한 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.In this specification, the first electrode may be an anode, and the second electrode may be a cathode. The first electrode may be a cathode, and the second electrode may be an anode.

본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 투명전극이고, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극을 경유하여 빛을 흡수하는 것일 수 있다.In this specification, the first electrode is a transparent electrode, and the organic-inorganic hybrid solar cell absorbs light via the first electrode.

본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극이 투명 전극인 경우 상기 전극은 유리 및 석영판 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthelate, PEN), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbornate, PC), 폴리스티렌(polystylene, PS), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene, POM), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 및 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다.In the present invention, when the first electrode is a transparent electrode, the electrode may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP) Polyimide (PI), polycarbornate (PC), polystyrene (PS), polyoxyethylene (POM), acrylonitrile styrene copolymer, ABS resin, acrylonitrile butadiene styrene copolymer, A material having conductivity may be doped on a flexible transparent material such as plastic including triacetyl cellulose (TAC) and polyarylate (PAR) or the like.

구체적으로, 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO), 불소함유 산화주석 (fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zinc oxide, AZO), IZO (indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnOAl2O3 및 ATO (antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.More specifically, indium tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zinc oxide (AZO), indium zinc oxide (IZO), and zinc oxide -Ga 2 O 3 , ZnOAl 2 O 3 and ATO (antimony tin oxide), and more specifically ITO.

나아가, 상기 제1 전극은 반투명 전극일 수도 있다 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금 같은 반투명 금속으로 제조될 수 있다. 반투명 금속이 제1 전극으로 사용되는 경우, 제조된 유-무기 복합 태양전지는 미세공동구조를 가질 수 있다.Furthermore, the first electrode may be a translucent electrode. When the first electrode is a translucent electrode, the first electrode may be made of a translucent metal such as Ag, Au, Mg, or an alloy thereof. When a semitransparent metal is used as the first electrode, the produced organic-inorganic hybrid solar cell may have a microcavity structure.

본 명세서에 있어서, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the second electrode may be a metal electrode. Specifically, the metal electrode may be formed of a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni) Pd), and the like.

본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 인버티드 구조로 제조될 수 있다. 본 명세서 따라 제조된 유-무기 복합 태양전지가 인버티드 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지가 인버티드 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄 (Al), MoO3/Au, MoO3/Ag MoO3/Al, V2O5/Au, V2O5/Ag, 또는 V2O5/Al 을 포함할 수 있다.In this specification, the organic-inorganic hybrid solar cell can be manufactured with an inverted structure. When the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured according to the present invention has an inverted structure, the second electrode may be a metal electrode. Specifically, when the organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention has an inverted structure, the second electrode may be formed of gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), MoO 3 / Au, MoO 3 / Ag MoO 3 / Al, V 2 O 5 / Au, V 2 O 5 / Ag, or V 2 O 5 / Al.

본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 노말 구조로 제조될 수 있다. 본 명세서에 따라 제조된 유-무기 복합 태양전지가 노말 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다.In this specification, the organic-inorganic hybrid solar cell can be manufactured in a normal structure. When the organic-inorganic hybrid solar cell according to the present invention has a normal structure, the second electrode may be a metal electrode.

본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 추가의 층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가의 층은 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the organic-inorganic hybrid solar cell may further include an additional layer provided between the first electrode and the second electrode. Specifically, according to one embodiment of the present specification, the additional layer may include at least one selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transporting layer, an electron blocking layer, an electron transporting layer, and an electron injecting layer.

본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광흡수층으로 효율적으로 전달시킴으로써 생성되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다. In this specification, the hole transporting layer and / or the electron transporting layer material may be a material for increasing the probability that the charge generated by efficiently transferring electrons and holes to the light absorbing layer moves to the electrode, but is not particularly limited.

본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 구체적으로, Ti 산화물, Zn산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, In 산화물, SrTi 산화물 및 이들의 복합물 중에서 1 또는 2 이상 선택된 것이 사용 가능하나, 이에만 한정되는 것은 아니다. In the present specification, the electron transporting layer may include a metal oxide. Specific examples of the metal oxide include Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, V oxide, , A Sc oxide, a Sm oxide, a Ga oxide, an In oxide, a SrTi oxide, and a combination thereof may be used, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 도핑을 이용하여 전하의 특성을 개선할 수 있으며, 플러렌 유도체 등을 이용하여 표면을 개질할 수 있다.In this specification, the electron transporting layer can improve the characteristics of electric charge by using doping, and the surface can be modified by using a fullerene derivative or the like.

본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.In this specification, the electron transport layer may be formed on one side of the first electrode or coated in film form using sputtering, E-beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing .

본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다.In this specification, the hole transport layer may be an anode buffer layer.

상기 제2 광흡수층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅 또는 열증착 등의 방법을 통해 도입될 수 있다.A hole transport layer may be introduced onto the second light-absorbing layer through spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting or thermal deposition.

상기 정공수송층은 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, TBP), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiTFSI), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트) [PEDOT:PSS] 등을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. The hole transport layer may include at least one of tertiary butyl pyridine (TBP), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSI, poly (3,4-ethylenedioxythiophene ): Poly (4-styrenesulfonate) [PEDOT: PSS], and the like.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the drawings. However, the embodiments according to the present disclosure can be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present disclosure are provided to more fully describe the present disclosure to those of ordinary skill in the art.

실시예Example 1 One

산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40 Ω/sq)을 초음파를 이용하여 에탄올에서 20분간 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 산화 아연(ZnO)을 포함하는 용액을 스핀 코팅함으로써 전도성 투명 기재를 포함하는 제1 전극을 제조하였다. An organic substrate coated with indium tin oxide (ITO) (40 Ω / sq) was ultrasonically cleaned in ethanol for 20 minutes. A first electrode including a conductive transparent substrate was prepared by spin-coating a solution containing zinc oxide (ZnO) on the ITO substrate.

상기 제1 전극을 150 ℃에서 약 15분간 열처리함으로써 ZnO 필름(이하 전자수송층)이 코팅된 ITO 기판을 제조하였다. The first electrode was annealed at 150 ° C for about 15 minutes to produce an ITO substrate coated with a ZnO film (hereinafter, electron transport layer).

광흡수층을 형성하기 위하여, 약 1 wt% 농도의 PbI2가 녹아있는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF) 용액을 상기 전자수송층 상에 전기장 스프레이 코팅하고, 아르곤(Ar) 분위기 하에서 10분관 보관하였다. 그 후 1wt% 농도의 CH3NH3I(MAI)가 녹아있는 이소프로필알콜(isopropyl alcohol, IPA) 용액을 전기장 스프레이코팅한 후 60 ℃에서 3분간 열처리 하여 광흡수층을 형성하였다. 상기 전기장 스프레이 코팅은 노즐부, 기재부, 고전압 발생기로 구성된 설비를 구성하여 사용하였다. 노즐 토출구의 지름은 0.1mm 내지 0.3mm이고, 인가 전압은 2 kV 내지 5 kV이며, 분사거리는 5mm 내지 10 mm인 조건에서 전기장 스프레이 코팅이 수행되었다. 이 때 노즐 끝에 변하지 않은 콘모양의 매니스커스(meniscus) 형성되고 그 끝에서부터 액적(droplet)이 깨어져 분사되어 균일한 크기의 액적이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.To form the light absorbing layer, a dimethylformamide (DMF) solution containing about 1 wt% of PbI 2 dissolved therein was applied by electric field spray coating on the electron transport layer, and the resultant was stored in an argon (Ar) atmosphere for 10 minutes. Then, an isopropyl alcohol (IPA) solution containing 1 wt% CH 3 NH 3 I (MAI) dissolved therein was applied by electric field spray coating and then heat-treated at 60 ° C. for 3 minutes to form a light absorbing layer. The electric field spray coating was made up of a nozzle unit, a substrate unit, and a high voltage generator. The electric field spray coating was performed under the condition that the diameter of the nozzle discharge port was 0.1 mm to 0.3 mm, the applied voltage was 2 kV to 5 kV, and the spraying distance was 5 mm to 10 mm. At this time, a conical meniscus formed at the tip of the nozzle was formed, and the droplet was broken from the end of the meniscus, and it was confirmed that the uniform droplet was formed.

상기 광흡수층 상에 0.17 M의 spiro-MeOTAD, 0.198 M의 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, TBP), 64 mM의 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, Li-TFSI)이 포함된 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이 때 상기 Li-TFSI는 0.1977 g/mL의 농도로 아세토니트릴(acetonitrile)에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.On the light absorption layer, 0.17 M of spiro-MeOTAD, 0.198 M of tertiary butyl pyridine (TBP), 64 mM of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide , Li-TFSI) was spin-coated to form a hole transport layer. At this time, the Li-TFSI was dissolved in acetonitrile at a concentration of 0.1977 g / mL and added in a solution state.

상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr 이하의 압력에서 약 120 nm 내지 150 nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.Inorganic hybrid solar cell was completed by depositing silver (Ag) on the hole transport layer at a thickness of about 120 nm to 150 nm at a pressure of 10 -8 torr or less to form a second electrode.

비교예Comparative Example 1 One

산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40 Ω/sq)을 초음파를 이용하여 에탄올에서 20분간 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 산화 아연(ZnO)을 포함하는 용액을 스핀 코팅함으로써 전도성 투명 기재를 포함하는 제1 전극을 제조하였다. An organic substrate coated with indium tin oxide (ITO) (40 Ω / sq) was ultrasonically cleaned in ethanol for 20 minutes. A first electrode including a conductive transparent substrate was prepared by spin-coating a solution containing zinc oxide (ZnO) on the ITO substrate.

상기 제1 전극을 150 ℃에서 약 15분간 열처리함으로써 ZnO 필름(이하 전자수송층)이 코팅된 ITO 기판을 제조하였다. The first electrode was annealed at 150 ° C for about 15 minutes to produce an ITO substrate coated with a ZnO film (hereinafter, electron transport layer).

광흡수층을 형성하기 위하여, 약 40 wt% 농도의 PbI2가 녹아있는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF) 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅하고, 100 ℃에서 10분간 열처리하였다. 그 후 5wt% 농도의 CH3NH3I(MAI)가 녹아있는 이소프로필알콜(isopropyl alcohol, IPA) 용액을 스핀 코팅하고 80 ℃에서 10분간 열처리하여 광흡수층을 형성하였다. In order to form a light absorbing layer, a dimethylformamide (DMF) solution having a concentration of about 40 wt% of PbI 2 was spin-coated on the electron transport layer and heat-treated at 100 ° C for 10 minutes. Then, an isopropyl alcohol (IPA) solution in which 5 wt% CH 3 NH 3 I (MAI) was dissolved was spin-coated and heat-treated at 80 ° C for 10 minutes to form a light absorbing layer.

상기 광흡수층 상에 0.17 M의 spiro-MeOTAD, 0.198 M의 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, TBP), 64 mM의 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, Li-TFSI)이 포함된 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이 때 상기 Li-TFSI는 0.1977 g/mL의 농도로 아세토니트릴(acetonitrile)에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.On the light absorption layer, 0.17 M of spiro-MeOTAD, 0.198 M of tertiary butyl pyridine (TBP), 64 mM of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide , Li-TFSI) was spin-coated to form a hole transport layer. At this time, the Li-TFSI was dissolved in acetonitrile at a concentration of 0.1977 g / mL and added in a solution state.

상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr 이하의 압력에서 약 120 nm 내지 150 nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.Inorganic hybrid solar cell was completed by depositing silver (Ag) on the hole transport layer at a thickness of about 120 nm to 150 nm at a pressure of 10 -8 torr or less to form a second electrode.

비교예Comparative Example 2 2

산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40 Ω/sq)을 초음파를 이용하여 에탄올에서 20분간 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 산화 아연(ZnO)을 포함하는 용액을 스핀 코팅함으로써 전도성 투명 기재를 포함하는 제1 전극을 제조하였다. An organic substrate coated with indium tin oxide (ITO) (40 Ω / sq) was ultrasonically cleaned in ethanol for 20 minutes. A first electrode including a conductive transparent substrate was prepared by spin-coating a solution containing zinc oxide (ZnO) on the ITO substrate.

상기 제1 전극을 150 ℃에서 약 15분간 열처리함으로써 ZnO 필름(이하 전자수송층)이 코팅된 ITO 기판을 제조하였다. The first electrode was annealed at 150 ° C for about 15 minutes to produce an ITO substrate coated with a ZnO film (hereinafter, electron transport layer).

광흡수층을 형성하기 위하여, 약 1 wt% 농도의 PbI2가 녹아있는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF) 용액을 상기 전자수송층 상에 스프레이 코팅하고, 100 ℃에서 2분간 열처리하였다. 그 후 1wt% 농도의 CH3NH3I(MAI)가 녹아있는 이소프로필알콜(isopropyl alcohol, IPA) 용액을 스프레이코팅한 후 80 ℃에서 2분간 열처리 하여 광흡수층을 형성하였다. 상기 스프레이 코팅은 노즐부, 기재부, 가압부로 구성된 설비를 구성하여 사용하였다. 노즐 토출구의 지름은 0.5mm 내지 1mm이고, 아르곤(Ar) 가스 압력은 0.2 MPa 내지 0.5 MPa이며, 분사거리는 5 cm 내지 10 cm인 조건에서 스프레이 코팅이 수행되었다.To form the light absorbing layer, a dimethylformamide (DMF) solution containing about 1 wt% of PbI 2 dissolved therein was spray-coated on the electron transport layer and heat-treated at 100 ° C for 2 minutes. Then, an isopropyl alcohol (IPA) solution in which 1 wt% of CH 3 NH 3 I (MAI) was dissolved was spray-coated and then heat-treated at 80 ° C. for 2 minutes to form a light absorbing layer. The spray coating was made up of a nozzle unit, a substrate unit, and a pressing unit. The spray coating was performed under the conditions that the diameter of the nozzle discharge port was 0.5 mm to 1 mm, the argon (Ar) gas pressure was 0.2 MPa to 0.5 MPa, and the spray distance was 5 cm to 10 cm.

상기 광흡수층 상에 0.17 M의 spiro-MeOTAD, 0.198 M의 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, TBP), 64 mM의 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, Li-TFSI)이 포함된 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이 때 상기 Li-TFSI는 0.1977 g/mL의 농도로 아세토니트릴(acetonitrile)에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.On the light absorption layer, 0.17 M of spiro-MeOTAD, 0.198 M of tertiary butyl pyridine (TBP), 64 mM of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide , Li-TFSI) was spin-coated to form a hole transport layer. At this time, the Li-TFSI was dissolved in acetonitrile at a concentration of 0.1977 g / mL and added in a solution state.

상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr 이하의 압력에서 약 120 nm 내지 150 nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.Inorganic hybrid solar cell was completed by depositing silver (Ag) on the hole transport layer at a thickness of about 120 nm to 150 nm at a pressure of 10 -8 torr or less to form a second electrode.

도 1은 본 명세서의 실시형태에 따른 광흡수층의 XRD(X-Ray Diffraction) 측정 결과를 나타내었다. 저액적 전기장 스프레이 코팅으로 제조된 실시예의 경우, 별도의 경화 및 결정화 처리 공정을 수행하지 않았음에도, 스핀 코팅 공정 후 열처리 및 결정화 유도 공정이 진행된 비교예 1과 주요 피크(peak)간의 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 저액적 전기장 스프레이 코팅 방법의 경우 MAI 입자가 PbI2 성막 전체에 고르게 침투하여 반응 및 결정화를 일으킴으로써 잔류 PbI2 피크가 나타나지 않음을 알 수 있다. 반면에, 일반적인 스프레이 코팅을 진행한 비교예 2의 경우, PbI2 피크가 나타남을 확인할 수 있다.1 shows XRD (X-Ray Diffraction) measurement results of a light absorption layer according to an embodiment of the present invention. In the case of the embodiment prepared by the low electric field spray coating, although there is no difference between the main peaks and Comparative Example 1 in which the heat treatment and the crystallization induction process proceeded after the spin coating process, Can be confirmed. Therefore, in the case of the low-electric-field spray coating method according to one embodiment of the present invention, the MAI particles uniformly penetrate the entire PbI 2 film to cause reaction and crystallization, so that the residual PbI 2 peak does not appear. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which general spray coating was performed, it can be confirmed that a PbI 2 peak appears.

도 2에는 본 명세서의 실시형태에 따른 광흡수층의 흡광도 측정 결과를 나타낸 것이다. 저액적 전기장 스프레이 코팅으로 제조된 실시예의 경우, 별도의 경화 및 결정화 처리 공정을 수행하지 않았음에도, 스핀 코팅 공정 후 열처리 및 결정화 유도 공정이 진행된 비교예 1과 유사한 흡광도를 나타냄을 확인할 수 있다.Fig. 2 shows the results of absorbance measurement of the light absorbing layer according to the embodiment of the present invention. In the case of the example of the low-electric-field spray coating, it can be confirmed that although the separate curing and crystallization treatment process was not performed, the same absorbance as that of Comparative Example 1 in which the heat treatment and the crystallization induction process proceeded after the spin coating process was confirmed.

도 3에는 본 명세서의 실시예에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를, 도 4에는 본 명세서의 비교예 1에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를, 도 5는 본 명세서의 비교예 2에서 제조된 광흡수층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 저액적 전기장 스프레이 코팅으로 제조된 실시예의 경우, 별도의 경화 및 결정화 처리 공정을 수행하지 않았음에도, 비교예 1과 유사하게 결정이 고르게 형성되고 표면 조도의 상태가 양호한 것을 확인할 수 있다. 반면에 일반적인 스프레이 코팅을 진행한 비교예 2의 경우, 결정이 고르지 못하게 형성되어 있고, 표면 조도가 불균일한 것을 확인할 수 있다.FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer manufactured in the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer prepared in Comparative Example 1 of this specification, A scanning electron microscope (SEM) image of the light absorbing layer prepared in Comparative Example 2 of this specification is shown. In the case of the example of the low-electric-field spray coating, it is confirmed that the crystals are uniformly formed and the surface roughness is good, similarly to Comparative Example 1, although the separate curing and crystallization treatment steps are not performed. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which general spray coating was performed, it was confirmed that the crystals were unevenly formed and the surface roughness was uneven.

표 1에는 본 명세서의 실시상태들에 따른 유-무기 복합 태양전지의 성능을 나타내었으며, 도 6에는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내었다.Table 1 shows the performance of the organic-inorganic hybrid solar cell according to the embodiments of the present invention, and FIG. 6 shows the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in the present embodiment.

PCE (%)PCE (%) Jsc (mA/cm2)J sc (mA / cm 2 ) Voc (V)V oc (V) FF (%)FF (%) 실시예 1Example 1 10.210.2 18.118.1 1.051.05 53.953.9 비교예 1Comparative Example 1 11.611.6 18.218.2 1.061.06 60.660.6 비교예 2Comparative Example 2 5.85.8 15.915.9 0.9640.964 38.138.1

표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한, 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.In Table 1, Voc is the open-circuit voltage, Jsc is the short-circuit current, FF is the fill factor, and PCE is the energy conversion efficiency. The open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively. The higher the two values, the higher the efficiency of the solar cell. The fill factor is a value obtained by dividing the width of the rectangle which can be drawn inside the curve by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. The energy conversion efficiency can be obtained by dividing these three values by the intensity of the irradiated light, and a higher value is preferable.

실시예 1을 통해 제조된 유-무기 복합 태양전지의 경우, 기존의 스핀 코팅으로 제조된 비교예 1의 유-무기 복합 태양전지와 성능이 동등 수준으로 확인되었다. 특히, Jsc(단락전류)이 경우 유사한 값으로 나온것으로 보아, 저액적 전기장 스프레이 코팅으로 제조된 실시예의 경우 열처리 및 별도의 결정화 공정을 수행하지 않았음에도, 흡수층의 결정 수준이 유사하게 형성됨이 확인되었다.
In the case of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured through Example 1, the performance was confirmed to be equivalent to that of the organic-inorganic hybrid solar cell of Comparative Example 1 prepared by the conventional spin coating. In particular, J sc (short-circuit current) appeared to have a similar value, and it was confirmed that although the heat treatment and the separate crystallization process were not performed in the case of the example made by the low-electric-field spray coating, .

Claims (9)

전극 상에 금속할로겐화물을 포함하는 제1 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계; 및
상기에서 코팅된 금속할로겐화물 상에 유기할로겐화물을 포함하는 제2 페로브스카이트 전구체 용액을 포함하는 반지름 크기가 100 nm 내지 500 nm인 액적을 이용하여 코팅하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법.
Coating with a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm comprising a first perovskite precursor solution containing a metal halide on the electrode; And
Wherein the step of coating is performed using a droplet having a radius of 100 nm to 500 nm and containing a second perovskite precursor solution containing an organic halide on the coated metal halide. A method for manufacturing a light absorbing layer for a battery.
청구항 1에 있어서,
상기 코팅은 스프레이 코팅으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coating is performed by spray coating. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 코팅은 전기장 스프레이 코팅으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coating is performed by an electric field spray coating. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 금속할로겐화물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법:
[화학식 1]
MX2
상기 화학식 1에 있어서,
M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X는 할로겐 이온이다.
The method according to claim 1,
Wherein the metal halide is a compound represented by the following formula (1): < EMI ID =
[Chemical Formula 1]
MX 2
In Formula 1,
M is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and from Yb 2 + Is a divalent metal ion to be selected,
X is a halogen ion.
청구항 1에 있어서,
상기 유기할로겐화물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법:
[화학식 2]
AX
상기 화학식 2에 있어서,
A는 CnH2n + 1NH3 +, HC(NH2)2 +, NH4 +, CS+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 + 에서 선택되는 1가의 양이온이고,
X는 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이다.
The method according to claim 1,
Wherein the organic halide is a compound represented by the following formula (2): < EMI ID =
(2)
AX
In Formula 2,
A is C n H 2n + 1 NH 3 +, HC (NH 2) 2 +, NH 4 +, CS +, NF 4 +, NCl 4 +, PF 4 +, PCl 4 +, CH 3 PH 3 +, CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 +
X is a halogen ion,
n is an integer of 1 to 9;
청구항 1에 있어서,
상기 제1 페로브스카이트 전구체 용액 내 금속할로겐화물의 농도는 0.1 wt% 내지 5 wt% 인 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the metal halide in the first perovskite precursor solution is 0.1 wt% to 5 wt%.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 페로브스카이트 전구체 용액 내 유기할로겐화물의 농도는 0.1 wt% 내지 5 wt%인 유-무기 복합 태양전지용 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the organic halide in the second perovskite precursor solution is 0.1 wt% to 5 wt%.
제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 광흡수층 제조방법으로 제조된 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 전자수송층 또는 정공수송층을 형성하는 단계; 및
상기 광흡수층 상에 형성된 전자수송층 또는 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법.
Forming a first electrode;
Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the first electrode;
Forming a light absorbing layer made by the method of manufacturing a light absorbing layer according to any one of claims 1 to 7 on the electron transporting layer or the hole transporting layer;
Forming an electron transporting layer or a hole transporting layer on the light absorbing layer; And
And forming a second electrode on the electron transporting layer or the hole transporting layer formed on the light absorbing layer.
청구항 8에 있어서,
상기 광흡수층은 하기 화학식 3의 페로브스카이트 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법.
[화학식 3]
AMX3
상기 화학식 3에 있어서,
A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, CS+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X는 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
The method of claim 8,
Wherein the light absorbing layer comprises a perovskite material represented by the following formula (3).
(3)
AMX 3
In Formula 3,
A is C n H 2n + 1 NH 3 +, NH 4 +, HC (NH 2) 2 +, CS +, NF 4 +, NCl 4 +, PF 4 +, PCl 4 +, CH 3 PH 3 +, CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 +
M is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and from Yb 2 + Is a divalent metal ion to be selected,
X is a halogen ion,
n is an integer of 1 to 9;
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