KR20190037463A - Assembled Structure for Perovskite Solar Cell, Perovskite Solar Cell Having Improved Photo-stability and the Fabrication Method thereof - Google Patents

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KR20190037463A KR1020170126814A KR20170126814A KR20190037463A KR 20190037463 A KR20190037463 A KR 20190037463A KR 1020170126814 A KR1020170126814 A KR 1020170126814A KR 20170126814 A KR20170126814 A KR 20170126814A KR 20190037463 A KR20190037463 A KR 20190037463A
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Abstract

The present invention relates to a perovskite photovoltaic cell and a manufacturing method thereof. More specifically, according to the present invention, the manufacturing method of the perovskite photovoltaic cell includes the step of performing heat treatment on a structure for the perovskite photovoltaic cell including a metal oxide-based electron transporting body and an active layer located on the electron transporting body and including a chlorine source and a perovskite compound to pyrolyze the chlorine source.

Description

페로브스카이트 태양전지용 구조체, 향상된 광안정성을 보이는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법{Assembled Structure for Perovskite Solar Cell, Perovskite Solar Cell Having Improved Photo-stability and the Fabrication Method thereof}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a perovskite solar cell, a perovskite solar cell structure, a perovskite solar cell exhibiting improved light stability, and a manufacturing method thereof,

본 발명은 향상된 광안정성을 보이는 페로브스카이트 태양전지용 구조체, 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 증가된 광전변환효율을 가지면서도 극히 우수한 광안정성을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 제조를 가능하게 하는 페로브스카이트 태양전지용 구조체, 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a structure for a perovskite solar cell having improved optical stability, a perovskite solar cell, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a perovskite solar cell having a perovskite solar cell having an improved photoelectric conversion efficiency, To a perovskite solar cell structure, a perovskite solar cell, and a method for manufacturing the same.

오가노메탈 할라이드, 유기금속할로겐화물(Organometal halide perovskite compound) 또는 유기금속할로겐화물로도 지칭되는 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식으로 대표되는 물질이다. Organometallic halides of the perovskite structure, also referred to as organometallic halide perovskite compounds or organometallic halides, can be prepared by reacting organic cations (A), metal cations (M) and halide anions X) and is a substance represented by the formula of AMX 3 .

현재 유무기 유기금속할로겐화물을 광흡수체로 이용하는 페로브스카이트 태양전지는 염료감응 및 유기 태양전지를 비롯한 차세대 태양전지 중에서 가장 상용화에 근접해 있으며, 20%에 이르는 효율이 보고(대한민국 공개특허 제2014-0035284호)되며, 더욱더 유무기 유기금속할로겐화물에 대한 관심이 높아지고 있다. Perovskite solar cells using organic or inorganic organometallic halides as light absorbers are the most commercialized among the next generation solar cells including dye sensitized and organic solar cells and have reported efficiency of up to 20% -0035284), and more and more attention is being paid to organic and inorganic metal halides.

이러한 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지에 버금가는 효율을 가지면서도, 소재 가격이 매우 낮고, 저온 공정이나 저가의 용액 공정이 가능하여 상업성이 우수하다. 그러나, 페로브스카이트 태양전지의 우수한 초기 광전변환효율에도 불구하고, 장시간 광에 노출될 경우 전자전달층의 재료로써 주로 사용되는 금속산화물의 광촉매 작용에 의해 페로브스카이트층이 분해됨으로써, 400 내지 1000 ㎚ 파장의 LED에 300시간 노출되었을 때, 광전변환효율이 초기 광전변환효율 대비 약 43% 가량으로 크게 저하되는 것이 보고된 바 있다(J. Phys. Chem. C, 2016, 120 (49), pp 27840-27848). 따라서 페로브스카이트 태양전지의 실 상업화를 위해서는, 전지의 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. These perovskite solar cells have efficiency comparable to that of silicon solar cells, but have a very low material cost, and are commercially available because they can be processed at low temperatures and at low cost. However, despite the excellent initial photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cell, the perovskite layer is decomposed by the photocatalytic action of the metal oxide mainly used as the material of the electron transport layer when exposed to the light for a long time, It has been reported that the photoelectric conversion efficiency is significantly lowered by about 43% compared to the initial photoelectric conversion efficiency when exposed to an LED having a wavelength of 1000 nm for 300 hours (J. Phys. Chem. C, 2016, 120 (49) pp 27840-27848). Therefore, in order to commercialize perovskite solar cells, it is required to develop a technique for improving the stability and life of the battery.

대한민국 공개특허 제2014-0035284호Korean Patent Publication No. 2014-0035284

J. Phys. Chem. C, 2016, 120 (49), pp 27840-27848J. Phys. Chem. C, 2016, 120 (49), pp 27840-27848

본 발명은 향상된 광전변환효율을 가지며 장시간 광에 노출된 후에도 우수한 광전변환효율을 유지하는 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 페로브스카이트 태양전지용 구조체, 향상된 광전변환효율을 가지며 장시간 광에 노출된 후에도 우수한 광전변환효율을 유지하는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a structure for a perovskite solar cell capable of producing a perovskite solar cell having an improved photoelectric conversion efficiency and maintaining an excellent photoelectric conversion efficiency even after exposure to light for a long period of time, A perovskite solar cell that maintains excellent photoelectric conversion efficiency even after being exposed, and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체는 금속산화물계 전자전달체; 및 전자전달체의 상부에 위치하며 염소공급원 및 페로브스카이트 화합물을 포함하는 활성층;을 포함한다.The structure for a perovskite solar cell according to the present invention includes a metal oxide-based electron transporting material; And an active layer located on top of the electron transporting material and containing a chlorine source and a perovskite compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체에 있어, 활성층에 함유된 염소공급원은 열분해에 의해 적어도 전자전달체에 염소를 공급할 수 있다.In the structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the chlorine source contained in the active layer can supply chlorine to at least the electron transporting body by pyrolysis.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체에 있어, 활성층은 페로브스카이트 화합물 1.00 몰 대비 0.20몰 내지 1.00몰의 염소공급원을 포함할 수 있다.In the structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the active layer may include 0.20 to 1.00 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체에 있어, 염소공급원은 200 ℃이하의 열분해온도를 갖는 유기염화물일 수 있다.In the structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the chlorine source may be an organic chloride having a pyrolysis temperature of 200 ° C or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체에 있어, 염소공급원은 C1 내지 C3 알킬암모늄 염화물일 수 있다.In a structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the chlorine source may be a C1 to C3 alkyl ammonium chloride.

본 발명은 상술한 태양전지용 구조체를 이용한 페로브스카이트 태양전지의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method of manufacturing a perovskite solar cell using the above-described solar cell structure.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 열처리하여 염소공급원을 열분해시키는 열분해 단계;를 포함한다.The method for producing a perovskite solar cell according to the present invention includes a pyrolysis step of thermally decomposing a chlorine source by heat treatment.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 열분해 단계 후, 염소공급원이 열분해된 후 잔류하는 활성층인 광흡수층 상부로 정공전달체를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, after the pyrolysis step, a step of forming a hole carrier on the upper part of the light absorbing layer, which is an active layer remaining after pyrolysis of a chlorine supply source have.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법에 있어, 열처리 온도는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the method for manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the heat treatment temperature may satisfy the following relational expression (1).

(관계식 1)(Relational expression 1)

Tdc ≤ Theat ≤ 200℃T dc ≤ T heat ≤ 200 ℃

Theat는 열처리 온도(℃)이며, Tdc는 염소공급원의 열분해 온도(℃)이다.T heat is the heat treatment temperature (캜), and T dc is the pyrolysis temperature (캜) of the chlorine source.

본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지를 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell manufactured by the above-described manufacturing method.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 금속산화물 및 염소를 함유하는 전자전달체; 및 전자전달체의 상부에 위치하며 염소를 함유하는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 및 광흡수층 상부에 위치하는 정공전달체;를 포함한다.A perovskite solar cell according to the present invention includes: an electron carrier containing a metal oxide and a chlorine; And a light absorbing layer comprising a perovskite compound located on the top of the electron transporting material and containing chlorine; And a hole carrier positioned above the light absorption layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는 하기 관계식 2를 만족하는 광안정성을 가질 수 있다.A perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may have optical stability satisfying the following relational expression (2).

(식 1)(Equation 1)

98 ≤ (η1/η0) X 10098? (? 1 /? 0) X 100

η0는 광에 노출된 직후 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(%)인 초기 광전변환효율이며, η1은 동일 페로브스카이트 태양전지를 1000시간 동안 연속적으로 광에 노출한 후의 광전변환효율(%)이며, 광 노출 조건은 1,000 W/㎡의 일조 강도, 30℃의 온도, 25%의 습도 및 280 내지 2500 ㎚ 파장의 광원이다.eta 0 is the initial photoelectric conversion efficiency (%) of photoelectric conversion efficiency (%) of the perovskite solar cell immediately after being exposed to light, and? 1 is the photoelectric conversion efficiency after the same perovskite solar cell is continuously exposed to light for 1000 hours (%), And the light exposure condition is a light source having a sunlight intensity of 1,000 W / m 2, a temperature of 30 ° C, a humidity of 25%, and a wavelength of 280 to 2500 nm.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체는 전자전달체 및 전자전달체 상부에 위치하며, 페로브스카이트 화합물과 염소공급원을 함유하는 활성층을 포함함에 따라, 활성층의 염소공급원이 열분해되며 공급되는 염소에 의해 염소를 함유하는 페로브스카이트 화합물층인 광흡수층 및 염소를 함유하는 전자전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지가 제조될 수 있다. 이러한 염소공급원에 의한 염소 첨가에 의해, 우수한 광전변환효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있으며, 나아가, 극히 장시간 동작 시에도 초기 우수한 광전변환효율이 안정적으로 유지되는, 현저하게 뛰어난 광안정성을 갖는 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.The structure for a perovskite solar cell according to the present invention includes an active layer containing an perovskite compound and a chlorine source, which is located above an electron carrier and an electron transporting material. The chlorine source of the active layer is pyrolyzed, A perovskite solar cell including a light absorbing layer which is a perovskite compound layer containing chlorine and an electron transport layer containing chlorine can be produced. By the chlorine addition by the chlorine supply source, a perovskite solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency can be manufactured, and furthermore, remarkably excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained in which initial excellent photoelectric conversion efficiency is stably maintained even during an extremely long operation time. There is an advantage that a solar cell having stability can be manufactured.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 금속산화물계 전자전달체에 페로브스카이트 화합물과 염소공급원을 함유하는 용액을 도포한 후, 염소공급원이 열분해되는 온도 이상으로 열처리하는, 상업적이며 단순한 공정에 의해 우수한 초기 광전변환효율을 가지며, 현저하게 뛰어난 광안정성을 갖는 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.The method for producing a perovskite solar cell according to the present invention is a commercial method in which a solution containing a perovskite compound and a chlorine source is applied to a metal oxide-based electron carrier and then heat-treated at a temperature above a temperature at which a chlorine source is pyrolyzed There is an advantage that a solar cell having excellent initial photoelectric conversion efficiency and remarkably excellent light stability can be produced by a simple process.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는, 내부 염소공급원의 열분해에 의해 공급된 염소가 광흡수층과 전자전달체에 첨가됨으로써, 우수한 초기 광전변환효율을 가지며, 현저하게 뛰어난 광안정성을 갖는 장점이 있다. The perovskite solar cell according to the present invention has an advantage that chlorine supplied by thermal decomposition of an internal chlorine source is added to a light absorption layer and an electron transporting material, thereby having excellent initial photoelectric conversion efficiency and remarkably excellent light stability .

도 1 실시예 및 비교예에서 제조된 광흡수층의 X선 회절분석 결과를 도시한 도면이며,
도 2는 실시예에서 제조된 태양전지의 깊이에 따른 원소분석결과를 도시한 도면이며,
도 3은 실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지의 성능평가를 측정 도시한 도면이며,
도 4는 실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지의 광안정성을 측정 도시한 도면이다.
1 shows the results of X-ray diffraction analysis of the light absorbing layer prepared in Examples and Comparative Examples,
FIG. 2 is a diagram showing an elemental analysis result according to the depth of a solar cell manufactured in the embodiment,
Fig. 3 is a diagram showing the performance evaluation of the solar cell manufactured in Examples and Comparative Examples,
4 is a diagram showing measurement of the optical stability of the solar cell manufactured in Examples and Comparative Examples.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 페로브스카이트 태양전지용 구조체, 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, a structure for a perovskite solar cell, a perovskite solar cell, and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

본 발명에 있어, 페로브스카이트 태양전지는, 페로브스카이트 구조의 유기금속할로겐화물을 광흡수체로 함유하는 태양전지를 의미한다.In the present invention, the perovskite solar cell means a solar cell containing a perovskite-type organometallic halide as a light absorber.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체는 페로브스카이트 태양전지 제조를 위한 구조체로, 금속산화물계 전자전달체; 및 전자전달체의 상부에 위치하며 염소공급원 및 페로브스카이트 화합물을 포함하는 활성층;을 포함한다.The structure for a perovskite solar cell according to the present invention is a structure for manufacturing a perovskite solar cell, which comprises a metal oxide-based electron carrier; And an active layer located on top of the electron transporting material and containing a chlorine source and a perovskite compound.

상세하게, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체는 금속산화물계 전자전달체; 및 전자전달체의 상부에 위치하며 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 함유하는 활성 용액이 도포 및 건조(활성층 용액의 용매가 휘발 제거됨을 의미)되어 수득되는 활성층을 포함한다.In detail, the structure for a perovskite solar cell according to the present invention includes a metal oxide-based electron transporting material; And an active layer which is located on the upper portion of the electron transporting material and is obtained by applying and drying an active solution containing a chlorine source and a perovskite compound (meaning that the solvent of the active layer solution is removed by volatilization).

활성층에 함유된 염소공급원은 열분해에 의해 적어도 전자전달체에 염소를 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 상세하게, 활성층의 염소공급원은 하부에 위치하는 전자전달체 및 활성층 내 공존하는 페로브스카이트 화합물에 염소를 공급하는 역할을 수행할 수 있다. The chlorine supply source contained in the active layer can function to supply chlorine to at least the electron transporting body by thermal decomposition. In detail, the chlorine supply source of the active layer can serve to supply chlorine to the electron transporting substance located in the lower part and the perovskite compound coexisting in the active layer.

구체적으로, 활성층의 염소공급원은 열분해됨으로써, 염소를 생성하여 전자전달체 및 페로브스카이트 화합물에 염소를 공급함으로써, 염소를 함유하는 전자전달체 및 염소공급원이 열분해되어 제거되고 염소를 함유하는 페로브스카이트 화합물층인 광흡수층의 제조를 가능하게 한다.Specifically, the chlorine supply source of the active layer is pyrolyzed to generate chlorine to supply chlorine to the electron transporting material and the perovskite compound, whereby the chlorine-containing electron transporting material and the chlorine supply source are pyrolyzed and removed, and the chlorine-containing perovskite Thereby making it possible to manufacture a light absorbing layer which is a compound layer.

열분해되는 염소공급원에 의해 전자전달체의 금속산화물과 광흡수층의 페로브스카이트 화합물이 염소화됨으로써, 우수한 광전변환효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지가 제조될 수 있으며, 나아가, 극히 장시간 동작 시에도 초기 우수한 광전변환효율이 안정적으로 유지되는, 현저하게 뛰어난 광안정성을 갖는 페로브스카이트 태양전지가 제조될 수 있다.The metal oxide of the electron transporting material and the perovskite compound of the light absorbing layer are chlorinated by the chlorine source that is pyrolyzed, whereby a perovskite solar cell having an excellent photoelectric conversion efficiency can be manufactured. Further, A perovskite solar cell having remarkably excellent light stability in which excellent photoelectric conversion efficiency can be stably maintained can be produced.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체는, 전자전달체와 광흡수층으로 전환되는 활성층이 모두 형성된 상태에서 구조체 내부에서 염소공급원을 열분해시킴으로써, 구조체 내부에서 페로브스카이트 화합물과 전자전달체의 금속산화물 모두를 염소화시킬 수 있다. As described above, in the structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, the chlorine supply source is thermally decomposed in the structure in a state where both the electron carrier and the active layer that is converted to the light absorption layer are formed, Both the skate compound and the metal oxide of the electron transporting agent can be chlorinated.

금속산화물계 전자전달체만을 형성한 후 금속염화물등으로 전자전달체를 후처리하여 염소를 잔류시킴(외부 공급)으로써 전자전달체를 독립적으로 염소화시킬 수도 있다. 그러나, 전자전달체와 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 포함하는 활성층을 형성한 후, 구조체 내부로부터 염소를 공급하여 페로브스카이트 화합물과 전자전달체 모두를 염소화(내부 공급)시키는 경우 외부 공급에 의한 염소화 대비 광안정성이 놀랍도록 현저하게 향상될 수 있다. After the metal oxide based electron transporting material is formed, the electron transporting material may be post-treated with a metal chloride or the like to leave chlorine (external supply), thereby independently chlorinating the electron transporting material. However, when an active layer containing an electron carrier, a chlorine source and a perovskite compound is formed, chlorine is supplied from the inside of the structure to chlorinate (both internally supply) the perovskite compound and the electron carrier, The light stability compared to the chlorination can be remarkably improved remarkably.

페로브스카이트 화합물이 열적으로 손상되는 것을 방지하면서, 안정적이며 효과적으로 염소를 공급하기 위해, 염소공급원은 200 ℃ 이하의 열분해온도를 갖는 유기염화물인 것이 유리하다. 유기염화물은 열분해시 유기물이 용이하게 제거 가능하여, 목적하는 염소 이외 원치 않는 불순물 잔류를 방지할 수 있어 유리하다. 또한, 염소공급원인 유기염화물은 200 ℃ 이하의 열분해온도, 구체적으로는 100 내지 200 ℃의 열분해 온도를 갖는 것이 좋다. 이러한 유기염화물의 열분해온도는 염소를 공급하기 위한 열분해(열처리)시 페로브스카이트 화합물이 열적으로 손상되는 것을 방지할 수 있어 유리하며, 구조체가 목적하는 시점에서 의도된 열처리에 의해 염소를 공급할 수 있는 열 안정성을 확보할 수 있어 유리하다. In order to stably and effectively supply chlorine while preventing the perovskite compound from being thermally damaged, it is advantageous that the chlorine source is an organic chloride having a pyrolysis temperature of 200 DEG C or lower. The organic chloride is advantageous because the organic material can be easily removed at the time of pyrolysis and residual impurities other than the desired chlorine can be prevented. It is also preferable that the organic chloride serving as the chlorine source has a pyrolysis temperature of 200 DEG C or less, specifically a pyrolysis temperature of 100 to 200 DEG C. The pyrolysis temperature of such organic chlorides is advantageous because it is possible to prevent the perovskite compound from being thermally damaged during thermal decomposition (heat treatment) for supplying chlorine, and the chlorine can be supplied by the intended heat treatment at the desired point It is advantageous to secure the thermal stability.

보다 유리하게 염소공급원은 C1 내지 C3 알킬암모늄 염화물(C1-C3 알킬암모늄 클로라이드)인 것이 좋고, 보다 더 유리하게 염소공급원은 메틸암모늄 염화물(메틸암모늄클로라이드)인 것이 보다 좋다. C1 내지 C3의 저탄소 알킬암모늄 염화물은 상술한 열 안정성을 담보할 수 있고, 용이하게 열분해 가능하여 유리하며, 특히 메틸암모늄 염화물은 페로브스카이트 화합물이 열손상되지 않는 저온에서 안정적으로 열분해되며 염소 이외의 잔류 불순물을 남기지 않을 수 있어 보다 유리하다.  More advantageously, the chlorine source is preferably a C1 to C3 alkylammonium chloride (C1-C3 alkylammonium chloride) and more advantageously the chlorine source is methylammonium chloride (methylammonium chloride). The low-carbon alkylammonium chloride of C1 to C3 is capable of ensuring the above-described thermal stability and is easily pyrolyzable and advantageous. In particular, methylammonium chloride is pyrolyzed stably at a low temperature at which the perovskite compound is not heat- It is more advantageous to not leave the residual impurities.

활성층은 페로브스카이트 화합물 1.00 몰 대비 0.20몰 내지 1.00몰의 염소공급원을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 페로브스카이트 화합물 1.00몰 대비 0.25몰 내지 0.50몰의 염소공급원을 함유할 수 있다. The active layer may contain 0.20 to 1.00 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound and specifically 0.25 to 0.50 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound.

활성층이 페로브스카이트 화합물 1.00몰 대비 0.20몰 미만의 염소공급원을 함유하는 경우, 열분해에 의해 생성되는 염소에 의해 페로브스카이트 화합물의 염소화는 일정부분 발생할 수 있으나, 전자전달체의 염소화가 발생하지 않거나 극히 미미한 염소화가 이루어져 목적하는 광안정성 효과가 나타나지 않거나 현저하게 그 효과가 떨어질 위험이 있다. 또한, 활성층이 페로브스카이트 화합물 1.00몰 대비 1.00몰을 초과하는 염소공급원을 함유하는 경우, 다량의 염소는 공급할 수 있으나, 분해되는 염소공급원 또한 많아져 광흡수층의 막질이 떨어질 위험이 있다. When the active layer contains less than 0.20 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound, the chlorination of the perovskite compound may occur to some extent by the chlorine generated by pyrolysis, but the chlorination of the electron carrier does not occur There is a risk that the intended light stability effect is not exhibited or the effect is remarkably deteriorated. Further, when the active layer contains a chlorine source in excess of 1.00 moles per mole of the perovskite compound, a large amount of chlorine can be supplied, but there is also a risk that the amount of chlorine to be decomposed is increased and the film quality of the optical absorption layer is deteriorated.

제조방법적 측면에서 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 함유하되, 페로브스카이트 화합물 1.00몰 당 0.20몰 내지 1.00몰, 구체적으로는 0.25몰 내지 0.50몰의 염소공급원을 함유하는 활성 용액을 전자전달체 상부에 도포 및 건조함으로써, 페로브스카이트 화합물 1.00몰 당 0.20몰 내지 1.00몰, 구체적으로 0.25몰 내지 0.50몰의 염소공급원을 함유하는 활성층을 제조할 수 있다. In view of the production method, an active solution containing a chlorine source and a perovskite compound and containing 0.20 to 1.00 mol, in particular 0.25 to 0.50 mol, of a chlorine source per 1.00 mol of the perovskite compound, , An active layer containing 0.20 to 1.00 mol, specifically 0.25 to 0.50 mol, of a chlorine source per 1.00 mol of the perovskite compound can be prepared.

활성층의 페로브스카이트 화합물은 화학식 1을 만족하는 유기금속할로겐화물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광을 흡수하여 광전자와 광정공을 생성하는 광흡수체로 사용되는 것으로 알려진 페로브스카이트 구조의 오가노메탈 할라이드이면 어떠한 물질이든 무방하다. The perovskite compound of the active layer may be an organometallic halide satisfying the formula (1), but is not limited thereto, and may be a perovskite structure known as a light absorber that absorbs light to generate photoelectrons and photo holes Of any organohalide metal halide.

(화학식 1)(Formula 1)

AMX3 AMX 3

화학식 1에서, A는 1가의 유기 양이온이며, M는 2가의 금속 이온이며, X는 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 선택되는 1종 또는 2종 이상, 실질적으로 X는 I-, Br- 및 F-에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 2가의 금속 이온인 M의 예로, Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A는 아미디니움계(amidinium group) 이온, 유기 암모늄 이온 또는 아미디니움계 이온과 유기 암모늄 이온일 수 있다. 유기 암모늄 이온은 (R1-NH3 +)X(R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, X는 Cl-, Br-, F- 및 I-에서 하나 또는 둘 이상 선택된 할로겐 이온)의 화학식 또는 (R2-C3H3N2 +-R3)X(R2는 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, R3은 수소 또는 C1-C24의 알킬이며, X는 Cl-, Br-, F- 및 I-에서 하나 또는 둘 이상 선택된 할로겐 이온)의 화학식을 만족할 수 있다. 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R1은 C1-C24의 알킬, 좋게는 C1-C7 알킬, 보다 좋게는 메틸일 수 있다. R2는 C1-C24의 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C24의 알킬일 수 있으며, 좋게는 R2는 C1-C7 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C7 알킬일 수 있으며, 보다 좋게는 R2는 메틸일 수 있고 R3는 수소일 수 있다. In formula 1, A is a first organic cation valence, M is a divalent metal ion, X is I -, Br -, F - and Cl - 1 alone or in combination of two or more substantially X is selected from is I -, Br -, and F - . Examples of M which is a divalent metal ion include Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Cr 2+ , Pd 2+ , Cd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ and Yb 2+ , but is not limited thereto. A may be an amidinium group ion, an organic ammonium ion or an amidinium ion and an organic ammonium ion. Organic ammonium ions (R 1 -NH 3 +) X (R 1 is an aryl-cycloalkyl or C6-C20 alkyl, C3-C20 of C1-C24, X is Cl -, Br -, F -, and I - (R 2 -C 3 H 3 N 2 + -R 3 ) X wherein R 2 is selected from the group consisting of C 1 -C 24 alkyl, C 3 -C 20 cycloalkyl or C 6 -C 20 aryl , R 3 is hydrogen or C 1 -C 24 alkyl, and X is one or more halogen ions selected from Cl - , Br - , F - and I - ). As a non-limiting and specific example, R 1 may be a C 1 -C 24 alkyl, preferably a C 1 -C 7 alkyl, more preferably a methyl. R 2 can be C 1 -C 24 alkyl and R 3 can be hydrogen or C 1 -C 24 alkyl, preferably R 2 can be C 1 -C 7 alkyl and R 3 can be hydrogen or C 1 -C 7 alkyl, More preferably R < 2 > may be methyl and R < 3 > may be hydrogen.

아미디니움계 이온은 하기 화학식 2를 만족할 수 있다.The amidinium ion may satisfy the following formula (2).

(화학식 2)(2)

Figure pat00001
Figure pat00001

이때, 화학식 2에서 R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이다. 태양광의 흡수를 고려한, 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C24의 알킬, 구체적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C7 알킬, 보다 구체적으로 수소, 아미노 또는 메틸일 수 있다. 보다 더 구체적으로 R4가 수소, 아미노 또는 메틸이고 R5 내지 R8가 수소일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +) 이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +)을 들 수 있다. Wherein R 4 to R 8 are independently of each other hydrogen, C 1 -C 24 alkyl, C 3 -C 20 cycloalkyl or C 6 -C 20 aryl. R 4 to R 8 independently of one another are hydrogen, amino or C 1 -C 24 alkyl, specifically hydrogen, amino or C 1 -C 7 alkyl, more particularly hydrogen, Amino or methyl. More may be more specifically R 4 is hydrogen, amino or methyl and R 5 to R 8 are hydrogen. Specific and non-limiting one example, an amidinyl you umgye ions formamidinium nium (formamidinium, NH 2 CH = NH 2 +) ions, acetic amidinyl nium (acetamidinium, NH 2 C (CH 3) = NH 2 +) Or guanidinium (NH 2 C (NH 2 ) = NH 2 + ).

상술한 바와 같이, 유기할로겐화물의 1가의 유기이온(A)은 상술한 R1-NH3 + 또는 R2-C3H3N2 +-R3인 1가의 유기 암모늄 이온, 화학식를 기반으로 상술한 아미디니움계 이온, 또는 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온일 수 있다. As described above, the monovalent organic ion (A) of the organic halide is a monovalent organic ammonium ion represented by the above-mentioned R 1 -NH 3 + or R 2 -C 3 H 3 N 2 + -R 3 , An amidinium ion, or an organic ammonium ion and an amidinium ion.

1가의 유기이온이 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 모두 포함하는 경우, 유기할로겐화물은 A' 1-xAxX(A는 상술한 1가의 유기 암모늄 이온이며, A'는 상술한 아미디니움계 이온이고, X는 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상, 실질적으로 I-, Br- 및 F-에서 선택되는 하나 또는 둘 이상 선택되는 할로겐 이온이며, x는 0<x<1인 실수, 좋게는 0.05≤x≤의0.3인 실수)화학식을 만족할 수 있다. 1가 유기 양이온의 총 몰수를 1로 하여, 0.7 내지 0.95의 아미디니움계 이온 및 0.3 내지 0.05의 유기암모늄 이온을 함유하는 경우, 매우 넓은 파장 대역의 광을 흡수할 수 있으면서도 보다 빠른 엑시톤(exciton)의 이동 및 분리, 보다 빠른 광전자 및 광정공의 이동이 가능하여 유리하다.When the monovalent organic ion includes both an organic ammonium ion and an amidinium ion, the organic halide is A ' 1-x A x X wherein A is a monovalent organic ammonium ion as described above, and A ' And X is one or two or more halogen ions selected from I - , Br - , F - and Cl - , one or more selected from the group consisting of I - , Br - and F - , x is A real number of 0 < x < 1, preferably a real number of 0.3 of 0.05? X?). 1 contains an amidinium ion of 0.7 to 0.95 and an organic ammonium ion of 0.3 to 0.05 with the total molar amount of the organic cation being 1, it is possible to absorb light of a very wide wavelength band, ), And it is possible to move the photoelectrons and the optical holes faster, which is advantageous.

활성층은 전자전달체를 덮은 층 형상일 수 있다. 구체적으로, 전자전달체가 치밀막의 층 형상인 경우 치밀막의 상부 표면을 덮는 층 형태일 수 있다. 또한, 전자전달체가 다공막등을 포함하는 다공 구조인 경우, 전자전달체의 열린 기공을 채우며 전자전달체를 덮은 층 형태일 수 있다. The active layer may be in the form of a layer covering the electron carrier. Specifically, when the electron carrier is in the form of a layer of a dense film, it may be in the form of a layer covering the upper surface of the dense film. When the electron transporting material is a porous structure including a porous film or the like, it may be in the form of a layer which fills the open pores of the electron transporting material and covers the electron transporting material.

전자전달체는 금속산화물 구조체일 수 있으며, 금속산화물 구조체의 금속산화물은 통상의 양자점 기반 태양전지, 염료 감응형 태양전지 또는 페로브스카이트 태양전지에서, 전자 전달을 위해 사용되는 전자전도성 금속산화물의 구조체일 수 있다. 구체적인 일 예로, 금속산화물은 n-형 금속산화물 반도체일 수 있다. n-형 금속산화물 반도체의 비한정적인 일 예로, 타이타늄 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 몰리브데넘 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 란타늄 산화물, 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물 및 스트론튬-타이타늄 산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(고용체를 포함함)를 들 수 있다. 다만, 유리하게, 본 발명에 따라, 우수한 전자전달특성을 가짐에도 페로브스카이트 화합물을 광분해시켜 태양전지의 수명에 악영향을 미치는 금속산화물을 사용하는 경우에도 극히 우수한 광안정성 특성을 가질 수 있음에 따라, 본 발명에 따른 효과를 효과적으로 얻으며 태양전지의 효율 극대화 측면에서, 금속산화물은 광촉매능을 갖는 금속산화물일 수 있다. 당업자에게 광촉매능을 갖는 금속산화물은 익히 알려진 물질들이며, 구체적인 일 예로, 타이타늄 산화물, 아연 산화물, 지르코늄 산화물, 텅스텐 산화물, 이들의 혼합물, 또는 이들의 복합체(고용체를 포함함)를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electron transporting material may be a metal oxide structure, and the metal oxide of the metal oxide structure may be used in a conventional quantum dot-based solar cell, a dye-sensitized solar cell, or a perovskite solar cell, Lt; / RTI &gt; As a specific example, the metal oxide may be an n-type metal oxide semiconductor. Non-limiting examples of the n-type metal oxide semiconductor include titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, tungsten oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, barium oxide, zirconium oxide, strontium oxide, , A vanadium oxide, an aluminum oxide, a yttrium oxide, a scandium oxide, a samarium oxide, a gallium oxide and a strontium-titanium oxide, or a mixture thereof (including a solid solution) . However, advantageously, according to the present invention, even when a metal oxide having an excellent electron transferring property and photodecomposing a perovskite compound and adversely affecting the lifetime of a solar cell is used, it can have extremely excellent light stability characteristics Accordingly, in order to effectively obtain the effect of the present invention and to maximize the efficiency of the solar cell, the metal oxide may be a metal oxide having photocatalytic activity. The metal oxide having photocatalytic activity to those skilled in the art is well-known materials. Specific examples thereof include titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, tungsten oxide, a mixture thereof, and a complex (including solid solution thereof) But is not limited thereto.

그 구조에 있어, 금속산화물 구조체는 다공성 층(다공막)이거나 치밀층(치밀막) 또는 치밀층과 다공성 층이 적층된 적층체일 수 있다. 즉, 금속산화물 구조체는 금속산화물 치밀막, 금속산화물 다공막, 또는 금속산화물 치밀막 상 금속산화물 다공막이 적층된 적층체일 수 있다. 다공막은 상술한 전자 전도성 금속산화물의 입자들의 입자간 공간에 의해 다공 구조를 갖는 다공막을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 열린 기공을 갖는 금속산화물 막이면 족하다. 다공막의 금속산화물과 치밀막의 금속산화물은 동종 또는 이종의 물질일 수 있다.  In the structure, the metal oxide structure may be a porous layer (porous membrane), or a laminate in which a dense layer (dense film) or a dense layer and a porous layer are laminated. That is, the metal oxide structure may be a laminate of a metal oxide dense film, a metal oxide porous film, or a metal oxide dense film metal oxide porous film. The porous film may be a porous film having a porous structure due to the intergranular space of the particles of the electron conductive metal oxide. However, the porous film is not limited thereto and may be a metal oxide film having open pores. The metal oxide of the porous film and the metal oxide of the dense film may be the same or different materials.

금속산화물 다공막 또는 치밀막의 두께는 50nm 내지 10μm, 구체적으로는 50nm 내지 1000nm일 수 있다. 다공막인 경우 그 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있으며, 다공막의 금속산화물 입자의 평균 입경(diameter)은 5 내지 500 nm일 수 있다. 다공막의 기공률(겉보기 기공률)은 30% 내지 65%, 구체적으로 40% 내지 60%일 수 있다. The thickness of the metal oxide porous film or the dense film may be 50 nm to 10 μm, specifically 50 nm to 1000 nm. In the case of a porous film, the specific surface area may be 10 to 100 m 2 / g, and the average particle diameter of the metal oxide particles of the porous film may be 5 to 500 nm. The porosity (apparent porosity) of the porous membrane may be 30% to 65%, specifically 40% to 60%.

구조체는 전자전달체 및 활성층과 함께, 전자전달체 하부에 위치하는 제1전극을 더 포함할 수 있으며, 나아가, 제1전극 하부에 위치하는 제1기판을 더 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The structure may further include a first electrode located under the electron transporting body together with an electron transporting material and an active layer, and further may include a first substrate positioned under the first electrode, but the present invention is limited thereto It is not.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지용 구조체의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method for manufacturing the above-described structure for a perovskite solar cell.

상세하게, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체의 제조방법은 금속산화물계 전자전달체 상부에 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 함유하는 활성 용액을 도포 및 건조하여 활성층을 제조하는 단계;를 포함한다.In detail, a method for fabricating a structure for a perovskite solar cell according to the present invention comprises: preparing an active layer by applying and drying an active solution containing a chlorine source and a perovskite compound on an upper portion of a metal oxide-based electron carrier; .

염소공급원, 전자전달체의 금속산화물, 페로브스카이트 화합물의 물질 및 활성층의 구조나 조성은 앞서 페로브스카이트 태양전지용 구조체에서 상술한 바와 동일 내지 유사하다.The structure and composition of the chlorine source, the metal oxide of the electron transporting material, the material of the perovskite compound, and the active layer are the same as or similar to those described above in the structure for the perovskite solar cell.

앞서 상술한 바와 같이, 활성 용액은 페로브스카이트 화합물 1.00 몰 대비 0.20몰 내지 1.00몰의 염소공급원을 함유할 수 있으며, 구체적으로, 페로브스카이트 화합물 1.00몰 대비 0.25몰 내지 0.50몰의 염소공급원을 함유할 수 있다. 활성 용액내 페로브스카이트 화합물 및 염소공급원의 몰농도는 용매의 용해 한계 내이면 무방하다. 실질적이며 비한정적인 일 예로, 활성 용액내 페로브스카이트 화합물 몰농도는 0.1M 내지 0.8M일 수 있다.As mentioned above, the active solution may contain 0.20 to 1.00 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound, specifically 0.25 to 0.50 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound &Lt; / RTI &gt; The molar concentration of the perovskite compound and the chlorine source in the active solution may be within the dissolution limit of the solvent. As a practical, non-limiting example, the molar concentration of perovskite compound in the active solution may be from 0.1M to 0.8M.

활성 용액의 용매는 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 용해하며, 용이하게 휘발 제거 가능한 용매이면 사용 가능하다. 염소공급원이 유기염화물인 경우의 구체적인 일 예로, 활성 용액의 용매는 비수계 극성 유기용매일 수 있으며, 일 구체예로 비수계 극성 유기용매는 감마-부티로락톤, 포름아마이드, N,N-다이메틸포름아마이드, 다이포름아마이드, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드, 다이에틸렌글리콜, 1-메틸-2-피롤리돈, N,N-다이메틸아세트아미드, 아세톤, α-터피네올, β-터피네올, 다이하이드로 터피네올, 2-메톡시 에탄올, 아세틸아세톤, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent of the active solution dissolves the chlorine source and the perovskite compound, and can be used as long as it is a solvent capable of easily removing volatiles. As a specific example in which the chlorine source is an organic chloride, the solvent of the active solution may be a non-aqueous polar organic solvent, and in one embodiment, the non-aqueous polar organic solvent may include gamma-butyrolactone, formamide, Methyl formamide, diformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol, 1-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, acetone, Any one selected from the group consisting of o-terpineol, dihydroterpineol, 2-methoxyethanol, acetylacetone, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, pentanol, hexanol, ketone, methylisobutyl ketone Or two or more, but is not limited thereto.

활성 용액의 도포는, 액상이나 분산상의 도포에 통상적으로 사용되는 방법이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 코팅은 딥코팅, 스핀 코팅 또는 캐스팅등을 들 수 있으며, 인쇄는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스옵셋 프린팅 또는 그라비옵셋 프린팅등을 들 수 있으나, 본 발명이 구체적인 도포 방법에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.The application of the active solution may be carried out by a method usually used for coating liquid or dispersed phase. For example, the coating may be dip coating, spin coating or casting, and the printing may be performed by screen printing, inkjet printing, electrostatic hydraulics printing, microcontact printing, imprinting, gravure printing, reverse offset printing or gravure offset printing However, it goes without saying that the present invention can not be limited by the specific application method.

도포 후 도포된 활성 용액의 용매를 휘발제거하기 위한 건조가 수행될 수 있으나, 용매의 휘발성이 강한 경우 도포 과정에서 자연건조될 수 있음에 따라, 이러한 건조 단계는 선택적으로 수행될 수 있다. 건조가 더 수행되는 경우 건조 온도는 활성 용액의 용매가 용이하게 휘발 제거되며 염소공급원이 열분해되지 않도록 염소공급원의 열분해 온도 미만의 온도일이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 상온 내지 50℃의 온도를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Drying may be performed to volatilize the solvent of the applied active solution after the application, but this drying step may be selectively performed as the volatility of the solvent may be naturally dried in the application process. If drying is further carried out, the drying temperature may be a temperature below the pyrolysis temperature of the chlorine source so that the solvent of the active solution is readily volatilized and the chlorine source is not pyrolyzed. As a specific example, the temperature may be from room temperature to 50 ° C, but is not limited thereto.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지용 구조체의 제조방법은 제1전극 상 금속산화물계 전자전달체를 형성하는 단계; 및 전자전달체 상부에 염소공급원과 페로브스카이트 화합물을 함유하는 활성 용액을 도포 및 건조하여 활성층을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Specifically, a method for fabricating a structure for a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention includes: forming a first electrode-based metal oxide based electron transporting material; And applying an active solution containing a chlorine source and a perovskite compound to an upper portion of the electron transporting material and drying the resultant to produce an active layer.

전자전달체 제조 단계는 제1전극 상 금속산화물 치밀막, 금속산화물 다공막 또는 금속산화물 치밀막상 금속산화물 다공막이 적층된 적층체인 금속산화물 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. The electron transporting step may include a step of fabricating a metal oxide structure as a laminate in which a metal oxide porous film, a metal oxide porous film, or a metal oxide compacted metal oxide porous film is laminated on the first electrode.

구체적인 제조방법을 상술하면, 금속산화물 치밀막은 물리적 증착 또는 화학적 증착 등의 증착 공정을 통해 금속산화물의 치밀성 막을 형성하여 제조될 수 있으며, 금속산화물 다공막은 금속산화물 입자를 함유한 슬러리를 도포하고, 도포된 슬러리층을 건조 및 열처리하여 제조될 수 있다. 슬러리의 도포는 스크린 프린팅(screen printing), 스핀코팅 (spin coating), 바-코팅(bar coating), 그라비아-코팅(gravure coating), 블레이드 코팅(blade coating) 및 롤-코팅(roll coating) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 금속산화물 입자의 평균 입자 크기는 5 내지 500 ㎚일 수 있으며, 열처리는 공기 중에서 200 내지 600 ℃로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 금속산화물 다공막 형성시, 도포된 슬러리가 건조된 후 열처리되어 제조되는 금속산화물 다공막의 두께는 예를 들어, 50 ㎚ 내지 10 ㎛, 보다 좋게는 50 ㎚ 내지 5 ㎛, 보다 더 좋게는 50 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the metal oxide dense film may be manufactured by forming a dense film of a metal oxide through a deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and the metal oxide porous film may be formed by applying a slurry containing metal oxide particles, And then drying and heat-treating the applied slurry layer. The application of the slurry may be performed by screen printing, spin coating, bar coating, gravure coating, blade coating and roll coating. But the present invention is not limited thereto. The average particle size of the metal oxide particles may be 5 to 500 nm, and the heat treatment may be performed at 200 to 600 ° C in air, but is not limited thereto. In forming the metal oxide porous film, the thickness of the metal oxide porous film produced by drying the applied slurry after heat treatment is, for example, 50 nm to 10 탆, preferably 50 nm to 5 탆, more preferably 50 nm To 1 mu m, but is not limited thereto.

금속산화물 치밀막상 금속산화물 다공막이 적층된 적층체는 금속산화물 치밀막을 형성한 후, 금속산화물 치밀막 상 금속산화물 다공막을 형성함으로써 제조될 수 있으며, 금속산화물 치밀막의 제조방법 및 금속산화물 다공막의 제조방법은 상술한 바와 동일 내지 유사하다. The stacked body of the metal oxide compacted metal oxide porous film can be manufactured by forming a metal oxide dense film and then forming a metal oxide porous film on the metal oxide compacted film. The method of manufacturing the metal oxide compacted film and the method of manufacturing the metal oxide porous film The manufacturing method is the same as or similar to the above.

전자전달체 제조단계가 수행된 후, 상술한 활성 용액을 전자전달체에 직접적으로 도포 및 건조하여 전자전달체와 접하도록 활성층이 형성될 수 있음은 물론이며, 전자전달체와 활성층간의 직접적인 접합에 의해 활성층의 염소공급원이 분해되며 생성되는 염소가 전자전달체로 용이하게 공급될 수 있다. The active layer may be formed so as to directly contact the electron transporting body and directly contact the electron transporting body after the step of manufacturing the electron transporting body. The direct bonding between the electron transporting body and the active layer, The source is decomposed and the produced chlorine can be easily supplied to the electron carrier.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지용 구조체의 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지용 구조체를 포함한다.The present invention includes a structure for a perovskite solar cell manufactured by the above-described method for manufacturing a structure for a perovskite solar cell.

본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지용 구조체를 이용한 페로브스카이트 태양전지의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method of manufacturing a perovskite solar cell using the above-described structure for a perovskite solar cell.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조방법은 태양전지용 구조체를 열처리하여 염소공급원을 열분해시키는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a perovskite solar cell according to the present invention comprises thermally decomposing a chlorine source by thermally treating a solar cell structure.

염소공급원, 유리하게는 유기염화물, 보다 유리하게는 C1-C3 알킬암모늄염화물을 열분해시키기 위한 열처리 온도는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.The heat treatment temperature for thermal decomposition of the chlorine source, advantageously the organic chloride, more advantageously the C1-C3 alkylammonium chloride, can satisfy the following relational expression (1).

(관계식 1)(Relational expression 1)

Tdc ≤ Theat ≤ 200℃T dc ≤ T heat ≤ 200 ℃

Theat는 열처리 온도(℃)이며, Tdc는 염소공급원의 열분해 온도(℃)이다.T heat is the heat treatment temperature (캜), and T dc is the pyrolysis temperature (캜) of the chlorine source.

보다 유리한 C1-C3 알킬암모늄염화물을 기준으로, Tdc는 100 내지 200℃일 수 있으며, 보다 구체적으로 100 내지 150℃일 수 있다. 이에, 구체적으로 Theat는 100 내지 200℃일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 130 내지 180℃일 수 있다. 이때, 열분해를 위한 열처리 분위기는 공기중일 수 있으며, 열분해 시간은 5 내지 15분일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.On the basis of the more advantageous C 1 -C 3 alkylammonium chloride, T dc can be 100-200 ° C, more specifically 100-150 ° C. Specifically, T heat may be 100 to 200 캜, and more specifically 130 to 180 캜. At this time, the heat treatment atmosphere for pyrolysis may be air, and the pyrolysis time may be 5 to 15 minutes, but it is not limited thereto.

구조체의 열처리에 의해 염소공급원이 열분해되며 염소가 생성되고, 열분해에 의해 생성된 염소는 페로브스카이트 화합물 및 전자전달체에 공급됨으로써, 염소가 첨가된 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층 및 염소가 첨가된 전자전달체가 제조될 수 있다. 즉, 열분해 단계는 태양전지용 구조체를 열처리하여 염소공급원을 열분해시켜, 염소공급원이 열분해된 후 잔류하는 활성층인 광흡수층을 제조하는 단계일 수 있으며, 열분해 단계는 태양전지용 구조체를 열처리하여 염소공급원을 열분해시켜, 염소 및 페로브스카이트 화합물을 함유하는 광흡수층 및 금속산화물 및 염소를 함유하는 전자전달체를 제조하는 단계일 수 있다. The chlorine source is pyrolyzed by the heat treatment of the structure and chlorine is generated and the chlorine generated by the pyrolysis is supplied to the perovskite compound and the electron transporting material so that the light absorbing layer containing the perovskite compound to which chlorine is added and the chlorine- An electron donor can be prepared. That is, the pyrolysis step may be a step of thermally decomposing the solar cell structure by thermally decomposing the solar cell structure to produce a light absorption layer, which is an active layer remaining after pyrolysis of the chlorine source, and the pyrolysis step is a step of thermally decomposing the chlorine source , A step of producing an electron transporting material containing a light absorption layer containing a chlorine and a perovskite compound and a metal oxide and a chlorine.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 제조방법은, 상술한 열분해 단계 전, 제1전극 상부에 금속산화물계 전자전달체를 형성하는 단계;가 더 수행될 수 있으며, 열분해 단계 후, 염소공급원이 열분해된 후 잔류하는 활성층인 광흡수층 상부로 정공전달체를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 정공전달체 형성 단계 후, 정공전달체 상에 제1전극의 대전극인 제2전극을 형성하는 단계;가 더 수행될 수 있음은 물론이다.The method for manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may further include forming a metal oxide based electron transport material on the first electrode before the thermal decomposition step, And forming a hole transporting material on the upper part of the light absorbing layer, which is an active layer remaining after pyrolysis of the chlorine supply source. In addition, it is needless to say that the step of forming the second electrode, which is the charging electrode of the first electrode, on the hole carrier may be performed after the step of forming the hole carrier.

전자전달체 형성 단계는 앞서 페로브스카이트 태양전지용 구조체의 제조방법에서 상술한 바와 유사 내지 동일하다.The electron carrier formation step is similar to or similar to that described above in the method of manufacturing the structure for a perovskite solar cell.

정공전달체는 유기 정공전달체, 무기 정공전달체 또는 이들의 적층체일 수 있으나, 용액 공정으로 제조 가능하며, 정공 이동 특성이 우수한 유기 정공전달체일 수 있다.  The hole transporting material may be an organic hole transporting material, an inorganic hole transporting material, or a laminate thereof, but may be an organic hole transporting material which can be prepared by a solution process and has excellent hole transporting properties.

유기 정공 전달체는 유기 정공전달물질, 구체적으로 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질(정공전도성 유기물)을 포함할 수 있다. 유기 정공전달물질은 무기 반도체 양자점을 염료로 사용하는 통상의 무기 반도체 기반 태양전지 또는 페로브스카이트 태양전지에서 사용되는 유기 정공전달물질이면 사용 가능하다. The organic hole transporting material may include an organic hole transporting material, specifically, a monomolecular or polymer organic hole transporting material (hole transporting organic material). The organic hole transport material can be used as an organic hole-transporting material used in conventional inorganic semiconductor-based solar cells or perovskite solar cells using inorganic semiconductor quantum dots as dyes.

유기 정공전달물질의 비 한정적인 일 예로, 펜타센(pentacene), 쿠마린 6(coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC(zinc phthalocyanine), CuPC(copper phthalocyanine), TiOPC(titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD(2,2,2',7,7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9'-spirobi fluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine), SubPc(boron subphthalocyanine chloride), N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)),P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'- dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy -5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT( poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H- cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl -2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA (poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) 및 이들의 공중합체에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Non-limiting examples of organic hole transport materials include pentacene, coumarin 6, 3- (2-benzothiazolyl) -7- (diethylamino) coumarin, ZnPC (zinc phthalocyanine), CuPC (copper phthalocyanine) , Titanium oxide phthalocyanine (TiOPC), Spiro-MeOTAD (2,2,2 ', 7,7,7'-tetrakis (N, N-di-p- methoxyphenyl amine) , F16CuPC (copper (II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H, 31H-phthalocyanine), SubPc boron subphthalocyanine chloride, N3 (cis-di (thiocyanato) -bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) -ruthenium (II)), P3HT PPV (poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxyl)] - 1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV 3-octyl thiophene), POT (poly (octyl thiophene)), P3DT (poly-3-decyl thiophene), P3DDT (poly (3-dodecyl thiophene) (p-phenylene vinylene), poly (9,9'-dioctylfluorene-co-N- (4-butylphenyl) diphenyl amine), Polyaniline, Spiro- , 7,77'-tetrkis (N, N-di-p-methoxyphenyl amine) -9,9,9'-spirobi fluorine]), PCPDTBT (Poly [2,1,3-benzothiadiazole- 4,4-bis (2-ethylhexyl-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT (poly [ (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2,6-diyl-6- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7- PBDTTPD (poly ((4,8-diethylhexyloxyl) benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene) -2,6-diyl) ] pyrrole-4,6-dione) -1,3-diyl), PFDTBT (poly [2,7- (9- (2-ethylhexyl) -9- 2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], PFO-DBT (poly [2,7-9,9- (dioctyl-fluorene) (2,7-dioctylsilofluorene) -2,7-diyl-lower-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT (poly [ (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl], PSBTBT (poly [(4,4'- bis (2-ethylhexyl) dithieno [ 2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2,6-diyl-6- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl], PCDTBT (Poly [ -acetylonyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole zole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl], PFB (poly (9,9'-dioctylfluorene-co-bis (N, N '- Poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT), PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) but are not limited to, one or more selected from poly (styrenesulfonate), PTAA (poly (triarylamine)), poly (4-butylphenyl-diphenyl-amine) and copolymers thereof.

유기물 기반 정공전달체는 전도도 향상과 같은 특성 향상을 위해 통상적으로 사용되는, TBP(tertiary butyl pyridine), LiTFSI(Lithium Bis(Trifluoro methanesulfonyl)Imide) 및 Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III)등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다. Organic-based hole transport materials include tertiary butyl pyridine (TBP), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) and tris (2- (1H-pyrazol-1-yl) pyridine) which are commonly used for improving properties such as conductivity improvement. ) cobalt (III), and the like.

정공전달체 형성 단계는 광흡수층 상부를 덮도록 유기 정공전달물질을 함유하는 용액(이하, 유기 정공전달 용액)을 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. 정공전달체 형성을 위해 사용되는 용매는 유기 정공전달물질이 용해되며, 페로브스카이트 화합물 및 전자전달체의 물질과 화학적으로 반응하지 않는 용매이면 무방하다. 일 예로, 정공전달체 형성을 위해 사용되는 용매는 무극성 용매일 수 있으며, 실질적인 일 예로, 톨루엔(toluene), 클로로폼(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 다이클로로벤젠(dichlorobenzene), 아니솔(anisole), 자일렌(xylene) 및 6 내지 14의 탄소수를 가지는 탄화수소계 용매등로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. The hole carrier forming step may be performed by applying a solution containing an organic hole transporting material (hereinafter referred to as an organic hole transporting solution) and drying the organic hole transporting material so as to cover the upper part of the light absorption layer. The solvent used for forming the hole transporting material may be a solvent in which the organic hole transporting material is dissolved and the perovskite compound and the electron transporting material are not chemically reacted. For example, the solvent used to form the hole transporting material can be a nonpolar solvent and can be, for example, toluene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, ), Xylene, and a hydrocarbon-based solvent having 6 to 14 carbon atoms, and the like.

유기 정공전달 용액 도포에 의해 제조되는 정공전달체는 유기 정공전달물질의 박막일 수 있으며, 박막의 두께는 10 nm 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The hole transporting material prepared by applying the organic hole transporting solution may be a thin film of an organic hole transporting material, and the thickness of the thin film may be 10 nm to 500 nm, but is not limited thereto.

전극(제1전극 또는 제2전극)은 인접하는 전하전달체(전자전달체 또는 정공전달체)와 오믹 접합되는 전도성 전극이면 무방하며, 태양전지에서 전면전극 또는 후면전극의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질이면 사용 가능하다. 비 한정적인 일 예로, 전극이 후면전극의 전극물질인 경우, 전극은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물에서 하나 이상 선택된 물질일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 제2전극이 투명전극일 경우, 전극은 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, CNT(카본 나노튜브), 그래핀(Graphene)과 같은 무기계 전도성 전극일 수 있으며, PEDOT:PSS와 같은 유기계 전도성 전극일 수 있다. The electrode (the first electrode or the second electrode) may be a conductive electrode that is ohmic-bonded to an adjacent charge carrier (an electron carrier or a hole carrier), and may be a material commonly used as an electrode material of a front electrode or a rear electrode in a solar cell Available. In a non-limiting example, when the electrode is an electrode material of the back electrode, the electrode is a material selected from one or more of gold, silver, platinum, palladium, copper, aluminum, carbon, cobalt sulphide, copper sulphide, nickel oxide, . In a non-limiting example, when the second electrode is a transparent electrode, the electrode may include a fluorine-containing tin oxide (FTO), indium doped tin oxide (ITO), ZnO, CNT ), Graphene, and may be an organic conductive electrode such as PEDOT: PSS.

전극(제1전극 또는 제2전극)은 반도체 공정에서 사용되는 통상의 금속 증착 방법을 통해 형성되면 족하다. 일 예로, 전극(제1전극 또는 제2전극)은 물리적 증착 또는 화학적 증착 등의 증착 공정을 통해 형성될 수 있으며, 구체적으로 열 증착에 의해 형성될 수 있다. The electrode (first electrode or second electrode) may be formed through a conventional metal deposition method used in a semiconductor process. As an example, the electrode (first electrode or second electrode) may be formed through a deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition, and may be formed by thermal vapor deposition in particular.

본 발명은 상술한 태양전지 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지를 포함한다.The present invention includes a perovskite solar cell manufactured by the above-described solar cell manufacturing method.

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 금속산화물 및 염소를 함유하는 전자전달체; 및 전자전달체의 상부에 위치하며 염소를 함유하는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 및 광흡수층 상부에 위치하는 정공전달체;를 포함한다.A perovskite solar cell according to the present invention includes: an electron carrier containing a metal oxide and a chlorine; And a light absorbing layer comprising a perovskite compound located on the top of the electron transporting material and containing chlorine; And a hole carrier positioned above the light absorption layer.

전자전달체는 광흡수층 대비 상대적으로 다량의 염소를 함유할 수 있으며, 전자전달체와 광흡수층의 계면 또한 광흡수층 대비 상대적으로 다량의 염소를 함유할 수 있다. 태양전지 내부로부터 발생된 염소에 의해 염소화된 광흡수층과 전자전달체, 특히 상대적으로 다량의 염소를 함유하는 전자전달체에 의해, 태양전지는 우수한 초기 광전변환효율을 가지면서도, 놀랍도록 우수한 광안정성을 나타낼 수 있다. The electron transporting material may contain a relatively large amount of chlorine relative to the light absorbing layer and the interface between the electron transporting material and the light absorbing layer may also contain a relatively large amount of chlorine relative to the light absorbing layer. With a light absorbing layer chlorinated by the chlorine generated from the inside of the solar cell and an electron carrier containing an electron carrier, especially a relatively large amount of chlorine, the solar cell exhibits surprisingly excellent light stability with excellent initial photoelectric conversion efficiency .

제조방법적 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 화합물과 혼재하는 염소공급원의 열분해에 의해 생성된 염소로 염소화(첨가)된 금속산화물을 포함하는 전자전달체; 전자전달체의 상부에 위치하며 동일한 염소공급원의 열분해에 의해 생성된 염소로 염소화(첨가)된 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 및 광흡수층 상부에 위치하는 정공전달체를 포함할 수 있다.In terms of the production method, the perovskite solar cell according to one embodiment of the present invention is a solar cell in which an electron containing chlorine (added) metal oxide by chlorine generated by pyrolysis of a chlorine source mixed with a perovskite compound Carrier; A light absorbing layer comprising a perovskite compound located on top of the electron carrier and chlorinated (added) with chlorine generated by pyrolysis of the same chlorine source; And a hole carrier positioned above the light absorption layer.

광흡수층과 전자전달체 내 염소 함량은, 페로브스카이트 화합물 1.00 몰 대비 0.20몰 내지 1.00몰의 염소공급원을 포함하는 활성층이 100 내지 200℃의 온도, 구체적으로 130 내지 180℃의 온도로 열처리됨으로써, 활성층의 염소공급원이 열분해되고, 활성층이 열분해에 의해 제공되는 염소로 광흡수층의 페로브스카이트 화합물이 염소화되며, 동시에, 전자전달체가 열분해에 의해 제공되는 염소로 염소화되는 함량일 수 있다. The chlorine content in the light absorbing layer and the electron transporting material is preferably such that the active layer containing 0.20 to 1.00 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound is thermally treated at a temperature of 100 to 200 캜, specifically 130 to 180 캜, The chlorine source of the active layer is pyrolyzed, the active layer is chlorinated by the pyrolysis and the perovskite compound of the light absorbing layer is chlorinated, and at the same time, the electron transporting material is chlorinated by the chlorine provided by pyrolysis.

광흡수층은 전자전달체를 덮은 층 형상일 수 있으며, 구체적으로, 전자전달체가 치밀막의 층 형상인 경우 금속산화물 치밀막 상에 위치하는 페로브스카이트 화합물 층일 수 있다. 또한, 전자전달체가 다공막등을 포함하는 다공 구조인 경우, 전자전달체의 열린 기공을 채우며 전자전달체를 덮은 페로브스카이트 화합물 층일 수 있다. 광흡수층의 두께는 100nm 내지 1000nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The light absorption layer may be in the form of a layer covering the electron transporting material. Specifically, the light absorption layer may be a perovskite compound layer located on the metal oxide densified film when the electron transporting material is a layer of a dense film. When the electron carrier is a porous structure including a porous film or the like, it may be a perovskite compound layer that fills open pores of the electron carrier and covers the electron carrier. The thickness of the light absorbing layer may be 100 nm to 1000 nm, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지는 전자전달체 하부에 위치하는 제1전극 및 정공전달체 상부에 위치하는 제2전극을 더 포함할 수 있음은 물론이다.The perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may further include a first electrode positioned below the electron transporting body and a second electrode located above the hole transporting body.

페로브스카이트 태양전지의 전자전달체, 정공전달체, 페로브스카이트 화합물, 염소공급원, 제1전극, 제2전극의 물질은 앞서 태양전지의 제조방법, 페로브스카이트 태양전지용 구조체, 및 구조체의 제조방법에서 상술한 바와 유사 내지 동일하다. The materials of the electron transporting material, the hole transporting material, the perovskite compound, the chlorine source, the first electrode, and the second electrode of the perovskite solar cell are previously described in the production method of the solar cell, the structure for the perovskite solar cell, Are the same as or similar to those described above in the production method.

이하, 유리한 염소공급원인 메틸암모늄염화물을 사용하여 태양전지를 제조하고, 그 광전변환특성 및 광 안정성을 테스트함으로써, 본 발명의 기술적 우수함을 실험적으로 보인다.Hereinafter, the technical superiority of the present invention is experimentally demonstrated by preparing a solar cell using a methylammonium chloride salt as an advantageous chlorine supply source and testing its photoelectric conversion characteristics and light stability.

(실시예 1)(Example 1)

불소 함유 산화주석이 코팅된 유리 기판(FTO; F-doped SnO2, 8 ohms/㎠, Pilkington, 이하 FTO 기판)을 25 x 25 ㎜ 크기로 절단한 후, 끝부분을 에칭하여 부분적으로 FTO를 제거하였다.After cutting a glass substrate (FTO: F-doped SnO 2 , 8 ohms / cm 2, Pilkington, hereinafter referred to as FTO substrate) coated with fluorine-containing tin oxide to a size of 25 x 25 mm, the end portion was etched to partially remove the FTO Respectively.

절단 및 부분 에칭된 FTO 기판 위에 금속산화물 박막으로서 50 ㎚ 두께의 TiO2 치밀막을 분무 열분해법으로 제조하였다. 분무 열분해는 TAA (Titanium acetylacetonate):에탄올(1:9 v/v%) 용액을 이용하여 수행되었으며, 450℃로 유지된 열판 위에 올려진 FTO 기판 위에 3초간 분무하고 10초간 정지하는 방법을 되풀이하는 방법으로 두께를 조절하였다.A 50 ㎚ thick TiO 2 dense film as a metal oxide thin film was prepared by spray pyrolysis on the cut and partially etched FTO substrate. Spray pyrolysis was carried out using a solution of titanium acetylacetonate (TAA): ethanol (1: 9 v / v%), spraying for 3 seconds on the FTO substrate placed on a hot plate kept at 450 ° C and stopping for 10 seconds The thickness was adjusted by the method.

평균 입자크기(직경) 50 ㎚의 TiO2 분말 (TiO2 기준으로 1 중량%가 용해된 titanium peroxocomplex 수용액을 250℃에서 12시간 수열처리하여 제조)에, 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)가 10 중량%로 에탄올에 용해된 에틸 셀룰로오스 용액을, TiO2 분말 1g당 5 ㎖ 첨가하고, 테르피놀(terpinol)을 TiO2 분말 1 g당 5 g 첨가하여 혼합한 후, 에탄올을 감압 증류법으로 제거하여 TiO2 페이스트를 제조하였다.TiO 2 powder having an average particle size (diameter) of 50 nm (prepared by hydrothermally treating titanium peroxocomplex aqueous solution of 1 wt% based on TiO 2 dissolved therein at 250 ° C for 12 hours) was mixed with 10% by weight of ethyl cellulose the ethyl cellulose solution in ethanol, and mixed with 5 ㎖ added per TiO 2 powder 1g, adding the hotel pinol (terpinol) 5 g per 1 g TiO 2 powder, a TiO 2 paste by removing the ethanol by vacuum distillation .

제조된 TiO2 분말 페이스트에 중량비가 1(분말 페이스트):5(에탄올)이 되도록 에탄올을 첨가하여 스핀 코팅용 TiO2 슬러리를 제조하였다. FTO 기판의 TiO2 박막 위에, 스핀 코팅용 TiO2 슬러리를 스핀 코팅(2500rpm)하고 500℃에서 60분 동안 열처리하여 1000nm 두께의 다공성 TiO2 박막을 제조하였다. 제조된 다공성 TiO2 박막의 비표면적은 33 ㎡/g이며, 기공률(겉보기 기공률)은 50%이었다.Ethanol was added to the TiO 2 powder paste so that the weight ratio was 1 (powder paste): 5 (ethanol) to prepare a TiO 2 slurry for spin coating. On the TiO 2 thin films of FTO substrate, spin-coated TiO coating (2500rpm) spin a second slurry and heat treated at 500 ℃ for 60 minutes to prepare a porous TiO 2 thin film thickness of 1000nm. The prepared porous TiO 2 thin film had a specific surface area of 33 m 2 / g and a porosity (apparent porosity) of 50%.

활성 용액을 제조하기 위해, FAPbI3(FA=formamidinium)와 MAPbBr3(MA=methylammonium)를 0.85:0.15 몰비로 N,N-다이메틸포름아마이드 0.8 ㎖와 다이메틸설폭사이드 0.1 ㎖에 녹여 1.4M 농도로 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 제조하였으며, 이 용액에 페로브스카이트 화합물 : 메틸암모늄염화물(CH3NH3Cl, 이하, MACl)의 몰비가 1: 0.25가 되도록 메틸암모늄염화물을 투입하여 활성 용액을 제조하였다. To prepare the active solution, FAPbI 3 (FA = formamidinium) and MAPbBr 3 (MA = methylammonium) were dissolved in 0.8 ml of N, N-dimethylformamide and 0.1 ml of dimethylsulfoxide at a molar ratio of 0.85: A solution in which a perovskite compound was dissolved was prepared. A methylammonium chloride salt was added to the solution so that the molar ratio of perovskite compound: methylammonium chloride (CH 3 NH 3 Cl, hereinafter referred to as MACl) was 1: 0.25 To prepare an active solution.

제조된 활성 용액을 다공성 TiO2 박막 상에 도포하고, 5000 rpm으로 스핀 코팅하여 활성층을 제조한 후, 150℃에서 10분 동안 열처리하여 염소공급원을 열분해시키고 전자전달체 및 페로브스카이트 화합물을 염소화시켜 염소화된 전자전달체 및 염소화된 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층을 제조하였다. 광흡수층의 제조 시 주변 환경은 25℃의 온도 및 25%의 상대습도를 유지하였다.The prepared active solution was coated on the porous TiO 2 thin film and spin-coated at 5000 rpm to produce an active layer, followed by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes to thermally decompose the chlorine source and chlorinate the electron transporting material and the perovskite compound A light absorbing layer containing a chlorinated electron donor and a chlorinated perovskite compound was prepared. At the time of manufacturing the light absorbing layer, the surrounding environment was maintained at a temperature of 25 ° C and a relative humidity of 25%.

이후, 페로브스카이트 화합물 층 상에 PTAA(poly(triarylamine))가 용해된 용액[10 ㎎(PTAA)/1 ㎖ (톨루엔)]을 3000 rpm으로 60초 동안 스핀 코팅하여 정공전달층을 형성하였다. Thereafter, a solution (10 mg (PTAA) / 1 ml (toluene)) in which PTAA (poly (triarylamine)) was dissolved on the perovskite compound layer was spin-coated at 3000 rpm for 60 seconds to form a hole transport layer .

이후, 정공전달층의 상부에 고진공(5x10-6 torr 이하)의 열 증착기(thermal evaporator)로 Au를 진공 증착하여, 두께가 70 ㎚인 Au 전극(제2전극)을 형성하여 태양전지를 제조하였다.Thereafter, an Au electrode (second electrode) having a thickness of 70 nm was formed on the hole transporting layer by vacuum evaporation of Au with a thermal evaporator of a high vacuum (5 × 10 -6 torr or less) to produce a solar cell .

(비교예 1)(Comparative Example 1)

활성 용액 대신, FAPbI3(FA = formamidinium)와 MAPbBr3(MA = methylammonium)를 0.85:0.15 몰비로 N,N-다이메틸포름아마이드 0.8 ㎖와 다이메틸설폭사이드 0.1 ㎖에 녹여, 1.4M 농도로 페로브스카이트 화합물이 용해된 용액을 전자전달체에 도포하여 페로브스카이트 화합물층인 광흡수층을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 태양전지를 제조하였다.In place of the active solution, FAPbI 3 (FA = formamidinium) and MAPbBr 3 (MA = methylammonium) were dissolved in 0.8 ml of N, N-dimethylformamide and 0.1 ml of dimethylsulfoxide at a molar ratio of 0.85: 0.15, A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution in which a lobbing compound was dissolved was applied to an electron transporting material to prepare a light absorbing layer as a perovskite compound layer.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 광흡수층의 Cu Kα X선 회절 분석 결과를 도시한 도면이다. 도 1에서 알 수 있듯이 내부 염소 공급원을 이용하여 열처리하면 페로브스카이트의 특징적인 피크가 14˚(=2θ)와 28˚ 부근에서 관찰이 되고 다른 이차상들이 거의 존재하지 않음을 알 수 있다. 그러나, 내부 염소공급원 없이 열처리한 비교예의 경우에는 페로브스카이트 피크 세기도 매우 작고 다른 이차상이 다량 존재함을 알 수 있다. 도 1로부터, 염소공급원에 의해, 유사 단결정에 이르는 극히 고배향의 페로브스카이트 화합물 층인 광흡수층이 형성됨을 알 수 있다. Fig. 1 is a graph showing the results of Cu K? X-ray diffraction analysis of the light absorbing layer prepared in Example 1 and Comparative Example 1. Fig. As can be seen from FIG. 1, when the inner chlorine source is used for the heat treatment, characteristic peaks of perovskite are observed at 14 ° (= 2θ) and 28 °, and other secondary phases are almost absent. However, in the case of the comparative example heat-treated without an internal chlorine source, the perovskite peak intensity is also very small and a large amount of other secondary phases are present. It can be seen from Fig. 1 that by the chlorine supply source, a light absorption layer which is an extremely highly oriented perovskite compound layer reaching pseudo single crystals is formed.

도 2는 실시예 1에서 제조된 태양전지를 TOF-SIMS로 분석하여, 깊이에 따른 조성분석결과를 측정 도시한 도면이다. 실시예 1에서 페로브스카이트 화합물의 할로겐 원소가 I 및 Br인 점에 주목하여야 하며, 도 2의 조성분석결과를 통해 염소공급원에 의해 제공되는 염소(즉, 염소공급원에 의해 야기된 염소)가 광흡수층과 전자전달체에 첨가됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 2에서 알 수 있듯이, 내부 염소공급원이 열분해되며 생성된 Cl 성분이 다공성 TiO2 박막에 상대적으로 다량 존재하는 것을 확인할 수 있고, 광흡수층 또한 Cl 성분을 소량 함유하는 것을 알 수 있었다. FIG. 2 is a graph showing a result of composition analysis according to depth by analyzing the solar cell manufactured in Example 1 by TOF-SIMS. FIG. It should be noted that the halogen element of the perovskite compound is I and Br in Example 1, and that the chlorine provided by the chlorine source (i.e., the chlorine caused by the chlorine source) It can be confirmed that it is added to the light absorbing layer and the electron transporting material. Further, as can be seen from Fig. 2, when the internal chlorine source is pyrolyzed, Cl component was present in a relatively large amount in the porous TiO 2 thin film, and it was found that the light absorption layer also contained a small amount of Cl component.

(성능 평가)(Performance evaluation)

실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 페로브스카이트 태양전지를 이용하여 하기 방법을 통해 태양전지의 성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 도시하였으며, 도 4에 시간에 따른 광안정성 평가 결과(y축 η1/η0, x축 1,000 W/㎡의 일조 강도와 온도 30℃ 및 습도 25%의 항온항습 조건에서 태양전지를 280 내지 2500 ㎚ 파장의 광원에 노출시킨 시간)를 도시하였다.The performance of the solar cell was evaluated by the following method using the perovskite solar cell manufactured through Example 1 and Comparative Example 1, and the results are shown in Table 1 and FIG. 3, (Y-axis η1 / η0, the time for which the solar cell was exposed to a light source at a wavelength of 280 to 2500 nm under the constant temperature and humidity conditions of a temperature of 30 ° C. and a humidity of 25% at a sunshine strength of 1,000 W / Respectively.

1) 전류-전압 특성: 인공태양장치(ORIEL class A solar simulator, Newport, model 91195A)와 소스-미터(source-meter, Kethley, model 2420)를 사용하여, 개방전압(VOC), 단락전류 밀도(JSC) 및 필 팩터(fill factor, FF)를 측정하였다.1) current-voltage characteristic: the artificial sun device (ORIEL class A solar simulator, Newport , model 91195A) and the source - by using m (source-meter, Kethley, model 2420), the open-circuit voltage (V OC), short circuit current density (J SC ) and fill factor (FF) were measured.

2) 광전변환효율(power conversion efficiency, PCE): 1,000 W/㎡의 일조 강도와 온도 30℃ 및 습도 25%의 항온항습 조건에서 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 페로브스카이트 태양전지를 280 내지 2500 ㎚ 파장의 광원에 노출시켜 PCE 값을 측정하였다.2) Power conversion efficiency (PCE): 1000 W / m &lt; 2 &gt;, a perovskite solar cell manufactured through Example 1 and Comparative Example 1 at a temperature of 30 DEG C and a humidity of 25% Was exposed to a light source having a wavelength of 280 to 2500 nm to measure the PCE value.

3) 광안정성 : 광전변환효율에 따라 측정된 PCE 값을 하기 계산식에 대입하여 광안정성을 평가하였다.3) Optical Stability: The optical stability was evaluated by substituting the measured PCE value according to the photoelectric conversion efficiency into the following equation.

계산식 = (η1/η0) X 100 Calculation formula = (? 1 /? 0) X 100

계산식에서 η0는 광에 노출된 직후 페로브스카이트 태양전지 광전변환효율(%)인 초기 광전변환효율이며, η1은 동일 페로브스카이트 태양전지를 일정 시간 동안 광에 노출한 후의 광전변환효율(%)이다. η1의 측정시 광 노출 조건은 광전변환효율 측정 조건과 동일하다.In the calculation formula, eta 0 is the initial photoelectric conversion efficiency, which is the photoelectric conversion efficiency (%) of the perovskite solar cell immediately after exposure to light, and η1 is the photoelectric conversion efficiency after the exposure of the same perovskite solar cell to light for a certain period of time %)to be. The light exposure condition in the measurement of eta 1 is the same as the photoelectric conversion efficiency measurement condition.

(표 1)(Table 1)

Figure pat00002
Figure pat00002

표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 내부 염소공급원에 의해 페로브스카이트 화합물 및 전자전달체가 염소화된 태양전지의 경우, 종래의 페로브스카이트 태양전지보다 더 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있다. 또한, 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 태양전지의 경우, 1,000 W/㎡의 일조 강도로 1000시간에 이르는 연속적 광조사에도 실질적인 광전변환효율의 저하가 발생하지 않음을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 1, it can be confirmed that the solar cell in which the perovskite compound and the electron carrier are chlorinated by the internal chlorine source according to the present invention has better performance than the conventional perovskite solar cell . Also, as can be seen from FIG. 4, it can be seen that the photovoltaic cell according to the present invention does not substantially lower the photoelectric conversion efficiency even with continuous light irradiation for 1000 hours at a sunlight intensity of 1,000 W / m 2.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (11)

금속산화물계 전자전달체; 및
상기 전자전달체의 상부에 위치하며 염소공급원 및 페로브스카이트 화합물을 포함하는 활성층;
을 포함하는 페로브스카이트 태양전지용 구조체.
A metal oxide-based electron transporting material; And
An active layer located on the electron transporting body and including a chlorine source and a perovskite compound;
Wherein the solar cell is a solar cell.
제 1항에 있어서,
상기 활성층에 함유된 상기 염소공급원은 열분해에 의해 적어도 상기 전자전달체에 염소를 공급하는 페로브스카이트 태양전지용 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the chlorine supply source contained in the active layer supplies chlorine to at least the electron carrier by thermal decomposition.
제 1항에 있어서,
상기 활성층은 페로브스카이트 화합물 1.00 몰 대비 0.20몰 내지 1.00몰의 염소공급원을 포함하는 페로브스카이트 태양전지용 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the active layer comprises 0.20 to 1.00 moles of chlorine source relative to 1.00 moles of the perovskite compound.
제 1항에 있어서,
상기 염소공급원은 200 ℃이하의 열분해온도를 갖는 유기염화물인 페로브스카이트 태양전지용 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the chlorine source is an organic chloride having a pyrolysis temperature of 200 DEG C or less.
제 1항에 있어서,
상기 염소공급원은 C1 내지 C3 알킬암모늄 염화물인 페로브스카이트 태양전지용 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the chlorine source is a C1 to C3 alkyl ammonium chloride.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 태양전지용 구조체를 열처리하여 염소공급원을 열분해시키는 단계;를 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.A method of manufacturing a perovskite solar cell, comprising: heat treating a solar cell structure according to any one of claims 1 to 5 to pyrolyze a chlorine source. 제 6항에 있어서,
상기 열분해 단계 후,
염소공급원이 열분해된 후 잔류하는 활성층인 광흡수층 상부로 정공전달체를 형성하는 단계;를 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
After the pyrolysis step,
And forming a hole transporting material on top of the light absorbing layer, which is an active layer remaining after the chlorine source is pyrolyzed.
제 6항에 있어서,
상기 열처리 온도는 하기 관계식 1을 만족하는 페로브스카이트 태양전지의 제조방법.
(관계식 1)
Tdc ≤ Theat ≤ 200℃
(Theat는 열처리 온도(℃)이며, Tdc는 염소공급원의 열분해 온도(℃)이다)
The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment temperature satisfies the following relational expression (1): &quot; (1) &quot;
(Relational expression 1)
T dc ≤ T heat ≤ 200 ℃
(T heat is the heat treatment temperature (占 폚), and T dc is the thermal decomposition temperature (占 폚) of the chlorine source)
제 6항에 따른 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 태양전지.A perovskite solar cell produced by the manufacturing method according to claim 6. 금속산화물 및 염소를 함유하는 전자전달체; 및
상기 전자전달체의 상부에 위치하며 염소를 함유하는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광흡수층; 및
상기 광흡수층 상부에 위치하는 정공전달체;
를 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
An electron carrier containing a metal oxide and a chlorine; And
A light absorbing layer disposed on the electron transporting body and containing a perovskite compound containing chlorine; And
A hole transporting layer located above the light absorbing layer;
A perovskite solar cell.
제 10항에 있어서,
하기 관계식 2를 만족하는 광안정성을 갖는 페로브스카이트 태양전지.
(식 1)
98 ≤ (η1/η0) X 100
(η0는 광에 노출된 직후 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(%)인 초기 광전변환효율이며, η1은 동일 페로브스카이트 태양전지를 1000시간 동안 연속적으로 광에 노출한 후의 광전변환효율(%)이며, 광 노출 조건은 1,000 W/㎡의 일조 강도, 25℃의 온도, 25%의 습도 및 280 내지 2500 ㎚ 파장의 광원이다)
11. The method of claim 10,
A perovskite solar cell having light stability satisfying the following relational expression (2).
(Equation 1)
98? (? 1 /? 0) X 100
(eta 0 is the initial photoelectric conversion efficiency, which is the photoelectric conversion efficiency (%) of the perovskite solar cell immediately after exposure to light, and eta 1 is the photoelectric conversion efficiency after the same perovskite solar cell is continuously exposed to light for 1000 hours (%), And the light exposure condition is a light source of a sunshine intensity of 1,000 W / m 2, a temperature of 25 캜, a humidity of 25% and a wavelength of 280 to 2500 nm)
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