KR20180096872A - Composition for light absorbing layer, solar cell comprising the same and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광흡수층 조성물, 이를 포함하는 투명태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a photoabsorption layer composition, a transparent solar cell including the same, and a method of manufacturing the same.
태양광은 지구상에서 가장 풍부하고 고갈의 염려가 없는 지구상에 있는 거의 모든 에너지의 원천이다. 태양으로부터 지표면에 공급되는 에너지는 청명한 날 1 제곱미터당 1000 W의 전력이 지구상에 도달하고 있으며, 총량은 현재 인류가 사용하는 에너지 총량인 12 테라와트(TW)의 약 10000 배에 해당하는 약 12만 TW이다. 이와 같이 태양광 에너지는 재생에너지 중에서도 가장 풍부한 자원으로서 미래에 지배적으로 사용될 수 있는 에너지원이 될 수 있다. 따라서, 21세기에 접어들면서 재생에너지에 대한 요구가 급증하면서 태양전지에 관심이 집중되었다. Sunlight is the most abundant source of almost all of the energy on earth without worrying about depletion. The energy supplied from the sun to the surface of the earth reaches 1000 W per square meter of clear sky, and the total amount reaches about 120,000, which is about 10000 times the total energy used by mankind today, 12 terawatt (TW) TW. As such, solar energy is the most abundant resource in renewable energy and can be the dominant energy source in the future. Therefore, as the 21st century began to grow, there was a growing interest in solar cells as the demand for renewable energy increased.
태양전지는 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 전기를 생산하는 것으로, 현재 기술의 고효율 태양전지는 제조 단가가 높아 경제성이 떨어지므로, 인공위성 등 주로 특수한 목적에 일부 이용되고, 대부분은 여러 에너지원 중 효율과 제조단가를 같이 평가하여 경제성이 있는 것이 실제로 이용되게 된다. 이에, 화석연료의 사용이 필요 없고, 특별한 유지관리 없이 전기를 생산할 수 있는 미래의 핵심적 대체 에너지원인 태양에너지를 이용한 기술은 대중적으로 사용하기 위해 고 효율화와 저가화의 방향으로 기술발전이 이루어져 왔다.Solar cells convert solar energy directly into electrical energy to produce electricity. High efficiency solar cells of the current technology have a high manufacturing cost and are not economical. Therefore, they are mainly used for special purposes such as satellites, The efficiency and the manufacturing cost are evaluated in the same manner, and the economical one is actually used. Therefore, the technology using solar energy which is a key alternative energy source of the future which can produce electricity without special use of fossil fuel has been developed in the direction of high efficiency and low cost for mass use.
태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘 화합물 반도체, 박막태양전지와 같은 무기소재로 이루어진 무기태양전지와 유기물질을 포함하는 유기태양전지로 나눌 수 있고, 유기태양전지에는 염료감응형 태양전지와 유기분자접합형 태양전지가 포함된다.The solar cell can be classified into an inorganic solar cell made of an inorganic material such as a silicon compound semiconductor or a thin film solar cell and an organic solar cell including an organic material depending on a constituent material. The organic solar cell can be divided into a dye- And a junction type solar cell.
상기 중 화합물 반도체 태양 전지는, 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광흡수층에 화합물 반도체를 사용하는데, 특히 GaAs, InP, GaAlAs, GaInAs 등의 Ⅲ -Ⅴ 족 화합물 반도체, CdS, CdTe, ZnS 등의 Ⅱ -Ⅵ 족 화합물 반도체, CuInSe2로 대표되는 Ⅰ -Ⅲ -Ⅵ 족 화합물 반도체 등을 사용할 수 있다.The above compound semiconductor solar cell uses a compound semiconductor for a light absorption layer which absorbs sunlight to generate an electron-hole pair. Particularly, III-V group compound semiconductors such as GaAs, InP, GaAlAs and GaInAs, CdS, CdTe, II-VI compound semiconductors such as ZnS, and I-III-VI compound semiconductors represented by CuInSe 2 .
태양 전지의 광흡수층은, 장기적인 전기, 광학적 안정성이 우수하고, 광전 변환 효율이 높으며, 조성의 변화나 도핑에 의해 밴드갭 에너지나 도전형을 조절하기가 용이할 것 등이 요구된다. 또한, 실용화를 위해서는 제조 비용이나 수율 등의 요건도 만족해야 한다. 그러나, 종래의 여러 화합물 반도체들은 이러한 요건들을 모두 함께 만족시키지는 못하고 있다.The photoabsorption layer of the solar cell is required to have excellent long-term electrical and optical stability, high photoelectric conversion efficiency, and easy control of the band gap energy or conduction type by a change in composition or doping. In addition, for commercialization, requirements such as manufacturing cost and yield must be satisfied. However, many conventional compound semiconductors fail to meet all of these requirements together.
CIS 박막 또는 CIGS 박막은 Ⅰ -Ⅲ -Ⅵ 화합물 반도체 중의 하나이며, 실험실적으로 만든 박막 태양전지 중에서 가장 높은 변환효율(20.3%)을 기록하고 있다. 특히 10마이크론 이하의 두께로 제작할 수 있고, 장시간 사용 시에도 안정적인 특성이 있어, 실리콘을 대체해 나아가고 있다.CIS thin film or CIGS thin film is one of Ⅰ -Ⅲ-VI compound semiconductors, and it has the highest conversion efficiency (20.3%) among the thin film solar cells produced by the experiment. In particular, it can be manufactured to a thickness of 10 microns or less and has stable characteristics even when it is used for a long time.
특히, CIS 박막은 직접 천이형 반도체로서 박막화가 가능하고 밴드갭이 1.04 eV로 비교적 광변환에 적합하며, 광흡수 계수가 알려진 태양전지 재료 중 큰 값을 나타내는 재료이다. CIGS 박막은 CIS 박막의 낮은 개방전압을 개선하기 위하여 In의 일부를 Ga으로 대체하거나 S을 Se로 대체하여 개발된 재료이다.In particular, the CIS thin film is a direct type semiconductor, which can be thinned, has a band gap of 1.04 eV and is suitable for light conversion, and exhibits a large value among the solar cell materials having a light absorption coefficient. CIGS thin film was developed by replacing part of In with Ga or replacing S with Se to improve the low open-circuit voltage of CIS thin film.
CIGS계 태양전지는 수 마이크론 두께의 박막으로 태양전지를 만드는데, 그 제조방법으로는 크게 진공에서의 증착을 이용하는 방법과, 비진공에서 전구체 물질을 도포한 후에 이를 열처리하는 방법이 있다. 그 중, 진공 증착에 의한 방법은 고효율의 흡수층을 제조할 수 있는 장점이 있는 반면에, 대면적의 흡수층 제조 시에 균일성이 떨어지고 고가의 장비를 이용하여야 하며 사용되는 재료의 20～ 50%의 손실로 인하여 제조단가가 높다는 단점이 있다. 반면에, 전구체 물질을 도포한 후 고온 열처리하는 방법은 공정 단가를 낮출 수 있으며 대면적을 균일하게 제조할 수 있으나, 흡수층 효율이 비교적 낮은 문제점이 있다.A CIGS solar cell is a thin film with a thickness of a few microns. A solar cell is manufactured by a method of using deposition in a vacuum or a method of applying a precursor material in a non-vacuum and then heat treating the solar cell. Among them, the vacuum deposition method has an advantage that a high efficiency absorption layer can be manufactured, but it is required to use expensive equipment which is low in uniformity when manufacturing a large-sized absorption layer, and it is required to use 20 to 50% There is a disadvantage that the manufacturing cost is high due to loss. On the other hand, the method of applying the precursor material and then performing the high-temperature heat treatment can lower the process cost and produce the uniformly large area, but the efficiency of the absorption layer is relatively low.
비진공에서 전구체 물질을 도포하여 형성된 CIGS 박막은 기공이 많고 치밀화되지 못한 특성을 나타내기 때문에 셀렌화 열처리를 수행한다. 또한, CIGS 박막은 녹는점이 1000℃ 이상으로 매우 높기 때문에, 수십 나노 사이즈의 CIGS 화합물 나노입자라 하더라도 후열처리에 의해 입자 성장 및 치밀화가 용이하지 않은 문제점이 있었다.The CIGS thin film formed by applying the precursor material in the non-vacuum state has many pores and is not densified, so the selenization heat treatment is performed. Further, since the CIGS thin film has a melting point of as high as 1000 DEG C or more, there is a problem that the CIGS compound nanoparticles having a size of several tens of nanometers are not easily grown and densified by post-heat treatment.
본 발명의 목적은 밴드갭 제어가 용이하고, 높은 흡광계수와 투과도를 동시에 갖는 광흡수체 금속 화합물 박막, 이를 포함하는 투명태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a thin film of a light absorber metal compound having easy bandgap control, high absorptivity and transparency, a transparent solar cell comprising the same, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,
본 발명의 실시예를 따르는In accordance with an embodiment of the present invention
하기 화학식 1로 표시되는 광흡수층 조성물을 제공한다.There is provided a light absorbing layer composition represented by the following formula (1).
<화학식1>≪ Formula 1 >
(AmSb1-m)x(On(SzSe1-z)1-n)y (A m Sb 1-m ) x (O n (S z Se 1-z ) 1 -n ) y
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
A는 Bi(비스무스), Cu(구리), Ag(은), Zn(아연) 및 Sn(주석)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나이고, A is at least any one selected from the group consisting of Bi (bismuth), Cu (copper), Ag (silver), Zn (zinc) and Sn (tin)
0≤m≤ 0.5, 0≤x≤ 2, 0≤n≤ 0.75, 0≤z≤ 1 및 0≤y≤ 3이다. 0? M? 0.5, 0? X? 2, 0? N? 0.75, 0? Z? 1 and 0?
또한, 본 발명의 실시예를 따르는Also, in accordance with an embodiment of the present invention,
제1전극;A first electrode;
상기 제1전극 상부에 형성되는 전자전달층;An electron transport layer formed on the first electrode;
상기 전자전달층 상부에 형성되는 광흡수층;A light absorbing layer formed on the electron transporting layer;
상기 광흡수층 상부에 형성되는 정공전달층; 및A hole transport layer formed on the light absorption layer; And
상기 정공전달층 상부에 형성되는 제2전극;을 포함하고, And a second electrode formed on the hole transport layer,
상기 광흡수층은 상기에 의한 광흡수층 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지를 제공한다. Wherein the light absorbing layer comprises the above-described light absorbing layer composition.
나아가, 본 발명의 실시예를 따르는 Further, in accordance with an embodiment of the present invention
제1전극 상부에 전자전달층을 형성하는 단계(단계 1);Forming an electron transport layer on the first electrode (step 1);
상기 단계 1에서 형성된 전자전달층 상에 광흡수층을 형성하는 단계(단계 2);Forming a light absorbing layer on the electron transporting layer formed in Step 1 (Step 2);
상기 단계 2에서 형성된 광흡수층 상에 정공전달층을 형성하는 단계(단계 3); 및Forming a hole transporting layer on the light absorption layer formed in step 2 (step 3); And
상기 단계 3에서 형성된 정공전달층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(단계 4);를 포함하고, And forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 3 (step 4)
상기 광흡수층은 제 1항에 의한 광흡수층 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명태양전지의 제조방법을 제공한다. Wherein the light absorbing layer is made of the light absorbing layer composition according to any one of claims 1 to 6. [
본 발명의 실시예를 따르는 광흡수층 조성물, 이를 포함하는 투명태양전지 및 이의 제조방법에 의하면 넓은 밴드갭, 높은 흡광도 및 높은 투과도를 갖는 무기소재 박막 광흡수층을 형성할 수 있고, 투명태양전지의 밴드갭 및 광전변환 특성 최적화가 가능한 장점이 있다.The light absorbing layer composition according to the embodiment of the present invention, the transparent solar cell including the same, and the manufacturing method thereof can form an inorganic thin film light absorbing layer having a wide band gap, high absorbance and high transmittance, Gap and photoelectric conversion characteristics can be optimized.
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 적층을 도시한 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a stack of transparent solar cells according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings. In addition, " including " an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.
본 발명의 실시예를 따르는 광흡수층 조성물은, The light absorbing layer composition according to the embodiment of the present invention,
하기 화학식 1로 표시될 수 있다. May be represented by the following formula (1).
<화학식1>≪ Formula 1 >
(AmSb1-m)x(On(SzSe1-z)1-n)y (A m Sb 1-m ) x (O n (S z Se 1-z ) 1 -n ) y
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
A는 Bi(비스무스), Cu(구리), Ag(은), Zn(아연) 및 Sn(주석) 중 적어도 하나를 포함하고, A includes at least one of Bi (bismuth), Cu (copper), Ag (silver), Zn (zinc) and Sn (tin)
0≤m≤0.5, 0≤x≤ 2, 0≤n≤ 0.75, 0≤z≤ 1 및 0≤y≤ 3이다. 0? M? 0.5, 0? X? 2, 0? N? 0.75, 0? Z? 1 and 0?
본 발명의 실시예를 따르는 광흡수층 조성물은 저비용 범용 금속원소를 포함함으로써, 광흡수층의 밴드갭 및 관전변환 특성을 최적화 하는 것이 가능하고 이를 통해 광흡수층을 고효율화할 수 있다. The light absorbing layer composition according to the embodiment of the present invention can optimize the band gap and the spectral conversion characteristic of the light absorbing layer by including the low-cost general-purpose metal element, thereby enabling the light absorbing layer to be highly efficient.
또한, 상기 광흡수층 조성물을 포함하는 박막을 형성하거나, 열처리하는 과정에서 황, 셀렌 및 산소의 함량 조절을 통하여 밴드갭의 제어가 가능할 수 있다. In addition, it is possible to control the band gap by adjusting the content of sulfur, selenium and oxygen in the process of forming a thin film containing the light absorbing layer composition or performing heat treatment.
본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지는, In a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention,
제1전극;A first electrode;
상기 제1전극 상부에 형성되는 전자전달층;An electron transport layer formed on the first electrode;
상기 전자전달층 상부에 형성되는 광흡수층;A light absorbing layer formed on the electron transporting layer;
상기 광흡수층 상부에 형성되는 정공전달층; 및A hole transport layer formed on the light absorption layer; And
상기 정공전달층 상부에 형성되는 제2전극;을 포함하고, And a second electrode formed on the hole transport layer,
상기 광흡수층은 앞서 설명한 광흡수층 조성물을 포함한다.The light absorbing layer includes the above-described light absorbing layer composition.
이하, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지(100)의 구성을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a transparent
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지(100)의 적층을 도시한 것이다. 1 shows a lamination of a transparent
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지(100)는 기판(101) 및 상기 기판 상에 형성된 제1전극(102); 상기 제1전극 상부에 형성되는 전자전달층(103); 상기 전자전달층 상부에 형성되는 광흡수층(104); 상기 광흡수층 상부에 형성되는 정공전달층(105); 및 상기 정공전달층 상부에 형성되는 제2전극(106);을 포함하고, 상기 광흡수층은 앞서 설명한 광흡수층 조성물을 포함한다.Referring to FIG. 1, a transparent
본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지는 상기 제1전극 또는 제2전극 상에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 유리, 금속박막 및 고분자 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.The transparent solar cell according to an embodiment of the present invention may further include a substrate disposed on the first electrode or the second electrode, and the substrate may be one selected from the group consisting of glass, a metal thin film, and a polymer substrate, But is not limited thereto.
상기 기판(101)은 광투과성의 무기물 기판 또는 유기물 기판이거나, 이들이 동종 또는 이종으로 2 이상 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(101)은 유리, 석영, 알루미나(Al2O3), 및 실리콘카바이드(SiC) 등에서 선택된 무기물 기판, 또는 PC(polycarbonate), PMMA(polymethylmethacrylate), PET(polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 등에서 선택된 플라스틱 기판일 수 있다.The
상기 기판은 10 nm 이하의 표면 거칠기(roughness) 값을 가질 수 있다. The substrate may have a surface roughness value of 10 nm or less.
기판의 표면거칠기는 후속으로 적층되는 제1전극, 전자전달층, 광흡수층, 정공전달층 및 제2전극의 표면형상과 필름균일도에 영향을 미치게 된다. 따라서, 두께가 얇은 박막 화합물 반도체의 경우에 이로 인해 표면이 거친 기판의 경우 후속으로 적층되는 박막의 균일도 및 박막의 질에 영향을 미칠 수 있고, 궁극적으로 태양전지소자의 광전변환성능에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 기판의 표면 거칠기는 10 nm 이하의 값을 가지는 것이 바람직하다. The surface roughness of the substrate affects the surface shape and film uniformity of the first electrode, the electron transport layer, the light absorption layer, the hole transport layer, and the second electrode which are subsequently stacked. Therefore, in the case of a thin film compound semiconductor having a small thickness, it is possible to affect the uniformity of a thin film to be subsequently laminated and the quality of a thin film, and ultimately the photoelectric conversion performance of a solar cell element . Therefore, it is preferable that the surface roughness of the substrate of the transparent solar cell according to the embodiment of the present invention has a value of 10 nm or less.
상기 광흡수층은 30 내지 500 nm 두께일 수 있다. The light absorbing layer may be 30 to 500 nm thick.
본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지에 있어서, 광원의 투과도를 확보하기 위해서 광흡수층(104)을 포함한 태양전지의 두께가 얇고, 투과도를 갖는 물질을 사용할 수 있다. 투명태양전지를 제조하기 위해서는 투과도 확보를 위해 두께는 500nm를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 반대로 두께가 30nm미만이라면, 투과도는 확보가 되지만 광흡수층의 두께가 지나치게 얇아지게 되어 광원의 조사에 의한 정공-전자의 생성이 충분하지 못하게 되고, 이는 낮은 광전변환효율이 결과로 이어질 수 있다. In a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention, a material having a thin solar cell including the
상기 전자전달층은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 아연옥시설파이드(Zinc oxysulfide, Zn(O,S)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.The electron transport layer may include at least one of titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and zinc oxysulfide (Zn (O, S)).
상기 정공전달층이 요오드화구리(CuI), 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 티오시안구리(CuSCN), 산화니켈(NiO) 및 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다. The hole transport layer is copper iodide (CuI), copper oxide (I) (Cu 2 O) , copper oxide (II) (CuO), thiocyanate copper (CuSCN), nickel oxide (NiO) and tin oxide (SnO 2) But is not limited thereto.
정공전달층은 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다. The hole transporting layer may include at least one of thiophene, paraphenylene vinylene, carbazole, and triphenylamine, but is not limited thereto.
상기 전자전달층 및 정공전달층은 5 내지 50 nm 두께일 수 있다. The electron transport layer and the hole transport layer may be 5 to 50 nm thick.
전자전달층(103)은 광흡수층(105)에서 발생한 광전자를 전극으로 효율적으로 이동시키면서, 광전자의 재결합을 최대한 억제하는 역할을 한고, 정공전달층은 광흡수층에서 생성된 정공을 제2전극으로 이동시키면서 정공이 소멸되는 것을 방지하는 기능을 한다. 전자전달층 및 정공전달층의 두께가 5 nm 미만이면, 상기의 역할을 충분히 수행하지 못하여, 광전 성능이 저하되는 단점이 있을 수 있다. 전자전달층 및 정공전달층의 두께가 50 nm를 초과한다면, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 투과도가 저하되는 단점이 있을 수 있다. The
상기 제1 전극(102) 및 제 2 전극(106)은 상기 기판(101)을 통과한 빛이 광활성층에 도달하도록 광투과성 물질일 수 있으며, 광활성층에서 생성된 전자를 받아 외부 회로로 전달하는 음극의 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 전극(102)은 ITO(Indium Tin Oxide)막, FTO(Fluorinated Tin Oxide)막, IZO(Indium Zinc Oxide)막, AZO(Al-doped Zinc Oxide)막, ZnO(Zinc Oxide)막 또는 IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)막과 같은 광투과성 막일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다The
나아가, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 제조방법은Furthermore, a method of manufacturing a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention
제1전극 상부에 전자전달층을 형성하는 단계(단계 1);Forming an electron transport layer on the first electrode (step 1);
상기 단계 1에서 형성된 전자전달층 상에 광흡수층을 형성하는 단계(단계 2);Forming a light absorbing layer on the electron transporting layer formed in Step 1 (Step 2);
상기 단계 2에서 형성된 광흡수층 상에 정공전달층을 형성하는 단계(단계 3); 및Forming a hole transporting layer on the light absorption layer formed in step 2 (step 3); And
상기 단계 3에서 형성된 정공전달층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(단계 4);를 포함하고, And forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 3 (step 4)
상기 광흡수층은 앞서 설명한 광흡수층 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명태양전지의 제조방법을 제공한다. The light absorbing layer is fabricated from the above-described light absorbing layer composition.
태양전지에서 전자전달층, 광흡수층 및 정공전달층의 박막으로 사용되는 금속 산화물의 경우 주로 졸-겔(sol-gel)법에 의해 제조되는데, 이 경우 결정성이 있는 금속 산화물을 형성하기 위하여 후속 열처리가 필요하나, 졸-겔 공정의 특성상 결함이 적은 고품위 박막을 형성하는 것은 실질적으로 불가능하다. 전자전달층, 광흡수층 및 정공전달층 박막 내의 결함은 전하-정공의 이동을 저해하고 전하들의 재결합을 촉진하는 역할을 하기 때문에 고품위 박막의 형성은 광전변환효율 향상을 위한 필수적이다. 또 다른 방법으로는 금속 산화물 나노 입자의 분산 용액을 스핀 코팅, 닥터 블레이드 코팅 또는 스프레이 코팅하여 전자수송층을 제조하는 것인데, 이 역시 나노 입자의 계면에서 발생하는 결함을 제거하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 전자전달층, 광흡수층 및 정공전달층의 형성은 치밀한 화합물 박막을 얻을 수 있는 원자층증착법으로 실시할 수 있다. In the case of a metal oxide used as a thin film of an electron transport layer, a light absorption layer and a hole transport layer in a solar cell, it is mainly prepared by a sol-gel method. In this case, in order to form a crystalline metal oxide, Heat treatment is required, but it is practically impossible to form a high-quality thin film having few defects because of the nature of the sol-gel process. Defects in the electron transport layer, the light absorption layer, and the hole transport layer thin film inhibit the movement of charge-holes and promote recombination of charges, so formation of a high-quality thin film is essential for improvement of photoelectric conversion efficiency. Another method is to prepare an electron transport layer by spin coating, doctor blade coating or spray coating with a dispersion solution of metal oxide nanoparticles, which is also difficult to remove from the interface of the nanoparticles. Therefore, the formation of the electron transport layer, the light absorption layer and the hole transport layer of the transparent solar cell according to the embodiment of the present invention can be performed by an atomic layer deposition method in which a dense compound thin film can be obtained.
상기 단계 2에 의해 형성된 광흡수층은 100 내지 550℃의 온도에서 열처리되는 것일 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.The light absorbing layer formed by the step 2 may be heat-treated at a temperature of 100 to 550 ° C, but is not limited thereto.
상기 열처리에 의해 원자층증착법에 의해 형성된 광흡수층 박막의 치밀도 및 결정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 이때, 상기 열처리의 온도가 100℃ 미만이라면 상기 광흡수층이 충분한 치밀도 및 결정성을 갖지 못하는 단점이 있고, 만약 상기 열처리의 온도가 550℃를 초과한다면, 본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 기판으로 사용될 수 있는 투명 고분자 기판이 분해가 될 수 있는 문제점이 있을 수 있다. The heat treatment can improve the denseness and crystallinity of the light absorption layer thin film formed by the atomic layer deposition method. At this time, if the temperature of the heat treatment is less than 100 ° C., the light absorption layer does not have sufficient compactness and crystallinity. If the temperature of the heat treatment exceeds 550 ° C., There is a possibility that the transparent polymer substrate which can be used as the substrate of the display panel may be decomposed.
상기 열처리는 황(S), 셀레늄(Se), 황화셀레늄(SeS2) 및 황화수소(H2S) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. The heat treatment may be performed in an atmosphere containing at least one selected from the group consisting of sulfur (S), selenium (Se), selenium sulphide (SeS 2 ), and hydrogen sulfide (H 2 S).
본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 광흡수층은 원자층증착법에 의해 수행되어 형성되고, 이때 안티몬, 산소, 황 및 셀렌을 포함하는 원소 및 화합물이 전구체로 사용되어 광흡수층 박막을 형성하게 된다. 원자층증착법에 의해 형성된 광흡수층은 종래의 전구체 용액을 기반으로 형성되는 광흡수층 박막에 비교하여 치밀도 및 결정성이 높은 박막을 얻을 수 있지만, 추가적으로 치밀도 및 결정성을 향상시키기 위해 황(S), 셀레늄(Se), 황화셀레늄(SeS2) 및 황화수소(H2S)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 분위기에서 열처리가 수행될 수 있다. The light absorbing layer of the transparent solar cell according to the embodiment of the present invention is formed by atomic layer deposition, wherein elements and compounds including antimony, oxygen, sulfur, and selenium are used as precursors to form a light absorbing layer thin film . The light absorbing layer formed by the atomic layer deposition method can obtain a thin film having high density and high crystallinity compared with the light absorbing layer thin film formed based on the conventional precursor solution. However, in order to further improve the density and crystallinity, ), Selenium (Se), selenium sulfide (SeS 2 ), and hydrogen sulfide (H 2 S).
상기 전자전달층 및 정공전달층은 350℃ 이하의 온도에서 열처리가 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다. The electron transport layer and the hole transport layer may be subjected to heat treatment at a temperature of 350 DEG C or less, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예를 따르는 투명태양전지의 전자전달층 및 정공전달층은 원자층증착법에 의해 수행되어 형성되고, 종래의 전자전달층 및 정공전달층을 구성하는 물질을 포함하는 전구체를 포함하는 용액기반 공정에 비교하여 박막의 치밀도가 높은 것이 장점이지만, 박막 형성 후 열처리를 수행하여 박막의 치밀도 및 결정성을 높일 수 있다. The electron transport layer and the hole transport layer of the transparent solar cell according to the embodiment of the present invention are formed by atomic layer deposition and are formed by a solution containing a precursor including a material constituting the conventional electron transport layer and hole transport layer It is advantageous that the density of the thin film is higher than that of the base process, but the density and crystallinity of the thin film can be improved by performing the heat treatment after forming the thin film.
실시예Example 1 - 황화안티몬( 1 - Antimony sulfide ( SbSb 22 SS 33 ) 박막 태양전지의 제조) Manufacture of Thin Film Solar Cell
단계 1 - Step 1 - 전자전달층의The electron- 형성 formation
불소 함유 산화주석(제1 전극)이 코팅된 유리 기판(FTO; F-doped SnO2, 8 ohms/sq, Pilkington, 이하 FTO 기판)을 준비하였고, 상기 제1전극 상부에 전자 산화아연(ZnO) 박막을 원자층 증착법으로 전자전달층을 형성하였다. 원자층 증착의 공정 사이클을 조절하여 30nm 두께의 나노 박막을 형성하였다. 아연(Zn)의 전구체 물질로 다이에틸징크(diethyl zinc)를 사용하였고, 수증기(H2O)를 산화제(oxidant)로, 질소(N2)를 캐리어 가스로 사용하였다. (FTO) substrate coated with fluorine-containing tin oxide (first electrode) (FTO) was prepared on the first electrode and a thin film of zinc oxide (ZnO) The electron transport layer was formed by atomic layer deposition. The process cycle of atomic layer deposition was controlled to form a 30 nm thick nano-thin film. Diethyl zinc was used as a precursor material of zinc (Zn), and water vapor (H 2 O) was used as an oxidant and nitrogen (N 2 ) was used as a carrier gas.
단계 2 - Step 2 - 광흡수층의The light- 형성 formation
황화안티몬(Sb2S3) 박막을 광흡수층으로 형성하기 위해 Sb(NMe2)3 및 H2S를 전구체 물질로 하여 120℃에서 상기 전구체를 연속적인 펄스로하여 800 싸이클 반복하여 약 40 nm의 황화안티몬(Sb2S3) 광흡수층 박막을 형성하였다. In order to form a thin film of antimony sulfide (Sb 2 S 3 ) as a light absorbing layer, Sb (NMe 2 ) 3 and H 2 S were used as a precursor material and the precursor was continuously pulsed at 120 ° C for 800 cycles, (Sb 2 S 3 ) light absorption layer thin film was formed.
상기 박막을 형성한 후 황(S) 분위기 하에서, 약 330℃의 온도에서 약 30분 열처리를 수행하여, 치밀한 황화안티몬(Sb2S3) 박막을 형성하였다. After forming the thin film, a heat treatment was performed for about 30 minutes at about 330 ° C. in a sulfur (S) atmosphere to form a dense antimony (Sb 2 S 3 ) thin film.
단계 3 - Step 3 - 정공수송층의Hole transport layer 형성 formation
P3HT가 용해된 1,2-다이크롤로벤젠(1,2-dichlorobenzene) 용액을 3000 rpm에서 30초간 스핀코팅하여 약 20 nm 두께의 P3HT 박막을 증착하여 정공수송층을 형성하였다. A 1,2-dichlorobenzene solution in which P3HT was dissolved was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds to deposit a P3HT thin film having a thickness of about 20 nm to form a hole transport layer.
단계 4 - 제2전극Step 4 - 의of 형성 formation
정공전달층 상부에 열 진공 증착기(thermal evaporator)를 이용하여 금(gold) 전극을 100 nm의 두께로 증착하여 황화안티몬(Sb2S3) 투명태양전지를 제조하였다.A gold electrode was deposited to a thickness of 100 nm on the hole transport layer using a thermal evaporator to produce an antimony (Sb 2 S 3 ) transparent solar cell.
실시예Example 2 내지 2 to 실시예Example 7 7
원자층 증착 공정에 의해 형성되는 황화안티몬(Sb2S3) 광흡수층을 각각 56 nm(1000 싸이클), 65 nm(1200 싸이클), 76 nm(1400 싸이클), 88 nm(1600 싸이클), 100 nm(1800 싸이클), 및 113 nm(2000 싸이클)의 두께로 형성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 투명태양전지를 제조하였다.(Sb 2 S 3 ) photoabsorption layer formed by the atomic layer deposition process was deposited at a thickness of 56 nm (1000 cycles), 65 nm (1200 cycles), 76 nm (1400 cycles), 88 nm (1600 cycles) (1800 cycles), and a thickness of 113 nm (2000 cycles), a transparent solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 above.
실시예Example 8 - 8 - SbSb 22 (O(O nn (S(S zz SeSe 1-z1-z )) 1-n1-n )) yy 박막 태양전지의 제조Manufacture of Thin Film Solar Cell
황이 일부 산소로 대체된 광흡수층 박막을 형성하기 위해 Sb(NMe2)3 (트리스아미안티몬, trisamidoantimony), 황화수소(H2S) 및 오존(O3)를 전구체 물질로 하여 120℃에서, 상기 Sb(NMe2)3 전구체 및 황화수소(H2S) 3회 펄스에 오존(O3)1회 펄스를 1싸이클로 하여 약 1600싸이클을 실시하여 두께 90nm의 Sb2(O0.25S0.75)3 광흡수층 박막을 형성하였다. Sb (NMe 2 ) 3 (trisamidoantimony), hydrogen sulfide (H 2 S) and ozone (O 3 ) were used as precursor materials at 120 ° C. in order to form a light absorbing layer thin film in which sulfur was replaced with some oxygen. (NMe 2) 3 precursor, and hydrogen sulfide (H 2 S) ozone in the third pulse (O 3) 1 times the pulse one cycle by carrying out about 1600 cycles to a thickness of 90nm Sb 2 (O 0.25 S 0.75 ) 3 light-absorbing layer films .
상기 광흡수층을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 Sb2(O0.25S0.75)3 투명태양전지를 제조하였다. Sb 2 (O 0.25 S 0.75 ) 3 transparent solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above-described light absorbing layer.
실시예Example 9 - 9 - SbSb 22 (O(O nn SS zz )) 33 박막 태양전지의 제조Manufacture of Thin Film Solar Cell
황이 일부 산소로 대체된 광흡수층 박막을 형성하기 위해 Sb(NMe2)3 (트리스아미안티몬, trisamidoantimony), 황화수소(H2S) 및 오존(O3)를 전구체 물질로 하여 120℃에서, 상기 Sb(NMe2)3 전구체 및 황화수소(H2S) 1회 펄스에 오존(O3)3회 펄스를 1싸이클로 하여 약 1600싸이클을 실시하여 두께 90nm의 Sb2(O0.75S0.25)3 광흡수층 박막을 형성하였다. Sb (NMe 2 ) 3 (trisamidoantimony), hydrogen sulfide (H 2 S) and ozone (O 3 ) were used as precursor materials at 120 ° C. in order to form a light absorbing layer thin film in which sulfur was replaced with some oxygen. (NMe 2) 3 precursor, and hydrogen sulfide (H 2 S) ozone at a time pulse (O 3) 1 cycle subjected to about 1600 cycles a three pulse to a thickness of 90nm Sb 2 (O 0.75 S 0.25 ) 3 light-absorbing layer films .
상기 광흡수층을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 Sb2(O0.75S0.25)3 투명태양전지를 제조하였다. A transparent solar cell Sb 2 (O 0.75 S 0.25 ) 3 was produced in the same manner as in Example 1 except for the above-described light absorbing layer.
실시예Example 10 - ( 10 - ( AA mm SbSb 1One -m-m )) 22 SS 33 박막 태양전지의 제조Manufacture of Thin Film Solar Cell
주석이 혼합된 광흡수층 박막을 형성하기 위해 Sn(MeC(NiPr)2)2( 비스 (N, N'- 디이소프로필아세트아미드) 주석 (II)) Sb(NMe2)3 및 H2S를 전구체 물질로 하여, 약 120℃에서 Sb(NMe2)3, H2S의 연속적인 펄스 90회 실시 후에 Sn(MeC(NiPr)2)2 펄스 1회를 실시하는 것을 1 싸이클로 하여 약 1600싸이클을 실시하여 두께 약 90nm의 (Sn0 . 05Sb0 . 95)2S3광흡수층 박막을 형성하였다. Sn (MeC (NiPr) 2 ) 2 (bis (N, N'-diisopropylacetamide) tin (II)) Sb (NMe 2 ) 3 and H 2 S to form a tin- (MeC (NiPr) 2 ) 2 pulses after 90 successive pulses of Sb (NMe 2 ) 3 and H 2 S at about 120 ° C as a precursor material to form about 1600 cycles carried out to form an approximately 90nm of (Sn 0. 05 Sb 0. 95) 2 S 3 thin-film light absorption layer thickness.
상기 광흡수층을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 수행하여 투명태양전지를 제조하였다. A transparent solar cell was fabricated in the same manner as in Example 5 except for the light absorbing layer.
실시예Example 11 - 기판의 11 - the substrate 표면거칠기가Surface roughness 제어된 박막 태양전지의 제조 Manufacture of controlled thin film solar cell
표면 거칠기가 수 nm로 제어된 ITO 기판을 사용하고 상기 제1전극 상부에 이산화티타늄(TiO2) 박막을 원자층 증착법으로 전자전달층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 투명태양전지를 제조하였다. 원자층 증착의 공정 사이클을 조절하여 10nm 두께의 나노 박막을 형성하였다. 티타늄(Ti)의 전구체 물질로 테트라키스 디메틸아미도 티타늄을 사용하였고, 수증기(H2O)를 산화제(oxidant)로, 질소(N2)를 캐리어 가스로 사용하였다. Except that an ITO substrate whose surface roughness was controlled to several nm was used and an electron transport layer was formed by atomic layer deposition on a titanium dioxide (TiO 2 ) thin film above the first electrode, A battery was prepared. The process cycle of the atomic layer deposition was controlled to form a 10 nm thick nano-thin film. Tetraquisdimethylamido titanium was used as a precursor material of titanium (Ti), and water vapor (H 2 O) was used as an oxidant and nitrogen (N 2 ) was used as a carrier gas.
실시예 11은 실시예 1 내지 실시예 10과 달리 상기한 원자층 증착법으로 제조된 10 nm 두께의 이산화티타늄 박막을 사용하여, 기판의 표면거칠기의 표면거칠기 변화가 소자에 미치는 영향이 커지게 된다. Embodiment 11 differs from Embodiments 1 to 10 in the use of the titanium dioxide thin film having a thickness of 10 nm manufactured by the atomic layer deposition method described above to increase the influence of the surface roughness of the substrate on the device.
상기의 ITO 기판은 특별한 처리를 하지 않은, 구입된 상태의 기판으로써 수 nm의 표면 거칠기를 갖는 기판을 구매하여 사용하였다. As the ITO substrate, a substrate having a surface roughness of several nm was purchased and used as a purchased substrate without any special treatment.
실시예Example 12 - 기판의 12-substrate 표면거칠기가Surface roughness 제어된 박막 태양전지의 제조 Manufacture of controlled thin film solar cell
표면 거칠기가 수십 nm로 제어된 FTO 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 조건으로 투명태양전지를 제조하였다. A transparent solar cell was produced under the same conditions as in Example 8, except that an FTO substrate whose surface roughness was controlled to several tens of nanometers was used.
상기의 FTO 기판은 특별한 처리를 하지 않은, 구입된 상태의 기판으로써 수십 nm의 표면 거칠기를 갖는 기판을 구매하여 사용하였다. The above-mentioned FTO substrate was purchased and used without any special treatment in a purchased state, having a surface roughness of several tens of nm.
실시예Example 13 및 13 and 실시예Example 14 - 황화안티몬( 14 - Antimony sulfide ( SbSb 22 SS 33 ) 박막 태양전지의 제조) Manufacture of Thin Film Solar Cell
실시예 1 내지 실시예 12에 의해 제조된 투명태양전지를 참조하여, 실시예 8에 의한 ITO 기판을 준비하고, 기판 상에 두께 30nm의 TiO2 전자전달층을 ALD 공정을 통해 형성한 후, 88nm의 두께를 갖는 황화안티몬(Sb2S3) 광흡수층 박막을 포함하는 투명태양전지를 제조하였다. 반투명 태양전지 소자특성 평가를 위하여 제2전극으로 진공 증착기(thermal evaporator)를 이용하여 금(gold) 전극을 100nm(실시예 13) 및 10nm(실시예 14)의 두께로 증착하여 광투과도를 확보하고자 하였다.An ITO substrate according to Example 8 was prepared with reference to the transparent solar cell manufactured in Examples 1 to 12, a TiO 2 electron transport layer having a thickness of 30 nm was formed on the substrate through an ALD process, (Sb 2 S 3 ) light absorbing layer thin film having a thickness of 10 nm or less. In order to evaluate the characteristics of the translucent solar cell device, a gold electrode was deposited to a thickness of 100 nm (Example 13) and 10 nm (Example 14) using a thermal evaporator as a second electrode to secure light transmittance Respectively.
<실험 예 1 - 황화안티몬(Experimental Example 1 - Antimony sulfide ( SbSb 22 SS 33 ) 박막 태양전지 특성 비교>) Comparison of thin film solar cell characteristics>
본 발명의 실시예를 따르는 황화안티몬(Sb2S3) 광활성층 박막의 두께에 따른 투명태양전지의 광전 성능 및 투과도를 확인하기 위해, 실시예 1 내지 실시예 7에 의해 제조된 태양전지소자의 광전변환효율과 투과도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다. In order to confirm the photoelectric performance and transmittance of the transparent solar cell according to the thickness of the thin film of antimony sulfide (Sb 2 S 3 ) photoactive layer according to the embodiment of the present invention, the solar cell element manufactured according to Examples 1 to 7 The photoelectric conversion efficiency and the transmittance were measured and the results are shown in Table 1.
태양전지소자의 광전 성능 측정을 위해 전압-전류밀도 곡선은 J-V 커브는 0.096 cm2 면적을 갖는 금속 마스크에 소스 미터 장치와 솔라 시뮬레이터를 이용하여 1.5 G 태양 조사(100 mW·cm- 2)조건 하에서 수행하였고, 상기 실험을 통해 광전변환효율을 측정하였고, 자외선-가시광선 분광 장치를 이용하여 400 내지 800 nm 파장에서의 평균 투과도를 측정하였다. For the photoelectric measuring the performance of solar cell element the voltage-current density curves JV curve is 1.5 G solar irradiation using a source meter device with a solar simulator on a metal mask having a 0.096 cm 2 area-under (100 mW · cm 2) condition The photoelectric conversion efficiency was measured through the above experiment, and the average transmittance at a wavelength of 400 to 800 nm was measured using an ultraviolet-visible light spectrometer.
표 1에서 나타난 바와 같이, 상기 실험을 통해 원자층 증착의 싸이클 횟수가 증가함에 따라, 광흡수층의 두께가 증가하여 실시예5에 의한 태양전지까지는 광전변환효율이 상승하지만, 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 실시예6 및 실시예 7에 의한 태양전지는 실시예5에 비교하여 광흡수층의 두께가 증가하여 투과도가 감소하는 동시에, 광전변환효율도 감소하였다. As shown in Table 1, as the number of cycles of atomic layer deposition increases, the thickness of the photoabsorption layer increases to increase the photoelectric conversion efficiency up to the solar cell according to Example 5, but the transmittance decreases I could. As compared with Example 5, the solar cell according to Example 6 and Example 7 exhibited a decrease in transmittance and a decrease in photoelectric conversion efficiency as the thickness of the light absorbing layer was increased.
<실험 예 2 - ≪ Experimental Example 2 - (A(A mm SbSb 1-m1-m )) xx (O(O nn (S(S zz SeSe 1-z1-z )) 1-n1-n )) yy 박막 태양전지 특성 비교> Comparison of thin film solar cell characteristics>
본 발명의 실시예를 따르는 (AmSb1-m)x(On(SzSe1-z)1-n)y 광활성층 박막의 조성에 따른 투명태양전지의 광전 성능 및 투과도를 확인하기 위해, 실시예 5 및 실시예 8 내지 실시예 10에 의해 제조된 태양전지소자의 광전변환효율과 투과도를 측정하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다. Confirm the photoelectric performance and transmittance of the transparent solar cell according to the composition of the (A m Sb 1-m ) x (O n (S z Se 1-z ) 1-n ) y photoactive layer thin film according to the embodiment of the present invention The photoelectric conversion efficiency and the transmittance of the solar cell device manufactured in Example 5 and Example 8 to Example 10 were measured, and the results are shown in Table 2.
태양전지소자의 광전 성능 측정을 위해 전압-전류밀도 곡선은 J-V 커브는 0.096 cm2 면적을 갖는 금속 마스크에 소스 미터 장치와 솔라 시뮬레이터를 이용하여 1.5 G 태양 조사(100 mW·cm- 2)조건 하에서 수행하였고, 상기 실험을 통해 광전변환효율을 측정하였고, 자외선-가시광선 분광 장치를 이용하여 550nm 파장에서의 투과도를 측정하였다. For the photoelectric measuring the performance of solar cell element the voltage-current density curves JV curve is 1.5 G solar irradiation using a source meter device with a solar simulator on a metal mask having a 0.096 cm 2 area-under (100 mW · cm 2) condition The photoelectric conversion efficiency was measured by the above experiment, and the transmittance at 550 nm wavelength was measured by using an ultraviolet-visible light spectrometer.
표 2에서 나타난 바와 같이, 상기 실험을 통해 실시예5와 비교하여 황 원자가 산소 원자로 대체 됨에 따라, 밴드갭, 투과도는 상승하였고, 광전변환효율은 감소하는 것이 확인되었다. 표2를 참조하면, 광흡수층의 황 원자가 산소 원자로 대체되는 비율이 높아질 수록 밴드갭 및 투과도는 상승하는 경향을 보였고, 광전변환효율은 감소하는 경향을 보였다. 또한, 실시예5 및 실시예10의 측정 결과를 비교하면, 광흡수층의 안티몬(Sb)이 주석(Sn)으로 일부 대체된 실시예 10에 의한 투명태양전지는 투과도 및 밴드갭은 상승하였고, 광전변환효율은 0의 값을 나타내었다. As shown in Table 2, as a result of the experiment, it was confirmed that as the sulfur atom was replaced with an oxygen atom, the band gap and the transmittance were increased and the photoelectric conversion efficiency was decreased as compared with Example 5. Referring to Table 2, as the ratio of the sulfur atoms to the oxygen atoms in the light absorbing layer is increased, the band gap and the transmittance tend to increase, and the photoelectric conversion efficiency tends to decrease. In comparison with the measurement results of Example 5 and Example 10, the transmittance and the band gap of the transparent solar cell according to Example 10 in which antimony (Sb) in the light absorption layer was partially replaced by tin (Sn) The conversion efficiency showed a value of zero.
<실험 예 3 -기판 표면 거칠기에 따른 황화안티몬(Experimental Example 3 - Antimony sulphide according to substrate surface roughness ( SbSb 22 SS 33 ) 박막 태양전지 특성 비교>) Comparison of thin film solar cell characteristics>
본 발명의 실시예를 따르는 황화안티몬(Sb2S3) 광활성층 박막의 기판의 종류 및 표면 거칠기에 따른 투명태양전지의 광전 성능을 확인하기 위해, 실시예 11 내지 실시예 12에 의해 제조된 태양전지소자의 광전 성능을 측정하였고 그 결과를 표 3에 나타내었다. In order to confirm the photoelectric performance of the transparent solar cell according to the type of the substrate and the surface roughness of the thin film of antimony sulfide (Sb 2 S 3 ) photoactive layer according to the embodiment of the present invention, The photoelectric performance of the battery device was measured and the results are shown in Table 3.
태양전지소자의 광전 성능 측정을 위해 전압-전류밀도 곡선은 J-V 커브는 0.096 cm2 면적을 갖는 금속 마스크에 소스 미터 장치와 솔라 시뮬레이터를 이용하여 1.5 G 태양 조사(100 mW·cm- 2)조건 하에서 수행하였고, 상기 실험을 통해 광전변환효율을 측정하였다. For the photoelectric measuring the performance of solar cell element the voltage-current density curves JV curve is 1.5 G solar irradiation using a source meter device with a solar simulator on a metal mask having a 0.096 cm 2 area-under (100 mW · cm 2) condition And the photoelectric conversion efficiency was measured through the above experiment.
(실시예11)ITO
(Example 11)
(실시예11)FTO
(Example 11)
실시예 11에 의해 제조된 투명태양전지는 실시예 12에 의해 제조된 투명태양전지와 비교하여 사용된 기판의 표면 거칠기 값이 작은 표면을 갖는 ITO 기판을 사용하였다. 실시예 11에 의해 제조된 투명태양전지는 실시예 12와 비교하여, 태양전지의 효율, 개방전압, 단락전류밀도 및 채움인자 수치 모두가 향상되고 궁극적으로 태양전지소자의 광전변환효율이 큰 폭으로 차이가 있는 것을 확인하였다. The transparent solar cell manufactured in Example 11 used an ITO substrate having a surface having a small surface roughness value as compared with the transparent solar cell manufactured in Example 12. Compared with Example 12, the transparent solar cell manufactured in Example 11 improved both the efficiency of the solar cell, the open-circuit voltage, the short-circuit current density, and the filling factor, and ultimately the photoelectric conversion efficiency of the solar cell device .
실시예 5에 의한 태양전지 특성과 비교하면, 실시예 11에 의해 제조된 투명태양전지는 비슷한 수준의 광전 효율을 갖는 것을 확인하였고, 투명태양전지의 기판의 표면거칠기를 제어함으로써, 개선된 소자의 성능을 얻을 수 있는 것을 확인하였다. Compared with the solar cell characteristics according to Example 5, it was confirmed that the transparent solar cell manufactured according to Example 11 had a similar photoelectric efficiency, and by controlling the surface roughness of the substrate of the transparent solar cell, We can confirm that the performance can be obtained.
<실험 예 4 - 황화안티몬(Experimental Example 4 - Antimony sulfide ( SbSb 22 SS 33 ) 태양전지 특성 비교 >) Comparison of solar cell characteristics>
실시예 13 내지 실시예 14에 의해 제조된 투명태양전지의 투과도 및 광전 성능을 측정하였고 그 결과를 표 4에 나타내었다. The transmittance and the photoelectric performance of the transparent solar cell fabricated according to Examples 13 to 14 were measured, and the results are shown in Table 4.
태양전지소자의 광전 성능 측정을 위해 전압-전류밀도 곡선은 J-V 커브는 0.096 cm2 면적을 갖는 금속 마스크에 소스 미터 장치와 솔라 시뮬레이터를 이용하여 1.5 G 태양 조사(100 mW·cm- 2)조건 하에서 수행하였고, 상기 실험을 통해 광전변환효율을 측정하였고, 자외선-가시광선 분광 장치를 이용하여 400 내지 800 nm 파장에서의 평균 투과도를 측정하였다. For the photoelectric measuring the performance of solar cell element the voltage-current density curves JV curve is 1.5 G solar irradiation using a source meter device with a solar simulator on a metal mask having a 0.096 cm 2 area-under (100 mW · cm 2) condition The photoelectric conversion efficiency was measured through the above experiment, and the average transmittance at a wavelength of 400 to 800 nm was measured using an ultraviolet-visible light spectrometer.
표 4에 나타난 바와 같이, 상기 실험을 통해 실시예 13에 의한 투명태양전지는 제2전극의 두께를 낮춤으로써 광투과도와 광전변환효율의 확보가 동시에 가능한 것을 확인하였다. As shown in Table 4, it was confirmed through the above experiment that the transparent solar cell according to Example 13 can secure the light transmittance and the photoelectric conversion efficiency simultaneously by reducing the thickness of the second electrode.
100: 태양전지
101: 기판
102: 제1전극
103: 전자전달층
104: 광흡수층
105: 정공전달층
106: 제2전극100: Solar cell
101: substrate
102: first electrode
103: electron transport layer
104: light absorbing layer
105: hole transport layer
106: second electrode
Claims (12)
<화학식1>
(AmSb1-m)x(On(SzSe1-z)1-n)y
상기 화학식 1에서,
A는 Bi(비스무스), Cu(구리), Ag(은), Zn(아연) 및 Sn(주석) 중 적어도 하나를 포함하고,
0≤m≤ 0.5, 0≤x≤ 2, 0≤n≤ 0.75, 0≤z≤ 1 및 0≤y≤ 3이다.
A light absorbing layer composition represented by the following formula (1)
≪ Formula 1 >
(A m Sb 1-m ) x (O n (S z Se 1-z ) 1 -n ) y
In Formula 1,
A includes at least one of Bi (bismuth), Cu (copper), Ag (silver), Zn (zinc) and Sn (tin)
0? M? 0.5, 0? X? 2, 0? N? 0.75, 0? Z? 1 and 0?
상기 제1전극 상에 형성되는 전자전달층;
상기 전자전달층 상에 형성되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성되는 정공전달층; 및
상기 정공전달층 상에 형성되는 제2전극;을 포함하고,
상기 광흡수층은 제 1항에 의한 광흡수층 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
A first electrode;
An electron transport layer formed on the first electrode;
A light absorbing layer formed on the electron transporting layer;
A hole transport layer formed on the light absorption layer; And
And a second electrode formed on the hole transport layer,
The transparent solar cell according to claim 1, wherein the light absorbing layer comprises the light absorbing layer composition according to claim 1.
상기 제1전극 또는 제2전극 상에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 유리, 금속박막 및 고분자 기판 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
The transparent solar cell according to claim 1, further comprising a substrate disposed on the first electrode or the second electrode, wherein the substrate comprises at least one of glass, a metal thin film, and a polymer substrate.
상기 기판은 10 nm 이하의 표면 거칠기(roughness) 값을 가지는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
The method of claim 3,
Wherein the substrate has a surface roughness value of 10 nm or less.
상기 광흡수층은 30 내지 500 nm 두께인 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
Wherein the light absorption layer has a thickness of 30 to 500 nm.
상기 전자전달층은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 아연옥시설파이드(Zinc oxysulfide, Zn(O,S)) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
Wherein the electron transport layer comprises at least one of titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and zinc oxysulfide (Zn (O, S)).
상기 정공전달층은 요오드화구리(CuI), 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 티오시안구리(CuSCN), 산화니켈(NiO) 및 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
The hole transport layer is copper iodide (CuI), copper oxide (I) (Cu 2 O) , copper oxide (II) (CuO), thiocyanate copper (CuSCN), nickel (NiO) and tin oxide (SnO 2) The transparent solar cell comprising:
상기 전자전달층 및 정공전달층은 5 내지 50 nm 두께인 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
Wherein the electron transport layer and the hole transport layer are 5 to 50 nm thick.
상기 정공전달층은 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명태양전지.
3. The method of claim 2,
Wherein the hole transporting layer comprises at least one of thiophene, paraphenylene vinylene, carbazole, and triphenylamine.
상기 단계 1에서 형성된 전자전달층 상에 광흡수층을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 광흡수층 상에 정공전달층을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 형성된 정공전달층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(단계 4);를 포함하고,
상기 광흡수층은 제 1항에 의한 광흡수층 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명태양전지의 제조방법.
Forming an electron transport layer on the first electrode (step 1);
Forming a light absorbing layer on the electron transporting layer formed in Step 1 (Step 2);
Forming a hole transporting layer on the light absorption layer formed in step 2 (step 3); And
And forming a second electrode on the hole transporting layer formed in step 3 (step 4)
Wherein the light absorbing layer is made of the light absorbing layer composition according to claim 1.
상기 단계 2에 의해 형성된 광흡수층은 100 내지 550℃의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 투명태양전지 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the light absorbing layer formed by step 2 is heat-treated at a temperature of 100 to 550 ° C.
상기 단계 1 및 단계 3에 의해 형성된 전자전달층 및 전공전달층은 350도 이하의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 투명태양전지 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the electron transporting layer and the electron transporting layer formed by steps 1 and 3 are heat-treated at a temperature of 350 degrees or less.
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