KR20190137109A - 초박형 플라즈몬 태양 전지, 그의 제조 방법 및 용도 - Google Patents

초박형 플라즈몬 태양 전지, 그의 제조 방법 및 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR20190137109A
KR20190137109A KR1020197031528A KR20197031528A KR20190137109A KR 20190137109 A KR20190137109 A KR 20190137109A KR 1020197031528 A KR1020197031528 A KR 1020197031528A KR 20197031528 A KR20197031528 A KR 20197031528A KR 20190137109 A KR20190137109 A KR 20190137109A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
linkers
acid
substrate
solar cell
semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020197031528A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102332239B1 (ko
Inventor
파이바 사 야신토 데
마리나 프라이탁
Original Assignee
피퍼울 솔라 파워 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피퍼울 솔라 파워 에이비 filed Critical 피퍼울 솔라 파워 에이비
Publication of KR20190137109A publication Critical patent/KR20190137109A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102332239B1 publication Critical patent/KR102332239B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H01L51/4226—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L51/0098—
    • H01L51/0595—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/701—Organic molecular electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/152—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising zinc oxide, e.g. ZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H10K30/35—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising inorganic nanostructures, e.g. CdSe nanoparticles
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/671—Organic radiation-sensitive molecular electronic devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

전도성 투명 기판의 층, n-형 반도체의 층; 구리, 금 또는 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 나노입자로 제조된 층; 및 p-형 반도체로 제조된 층을 포함하고; 여기서, 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자 및 p-형 반도체는 각각 하나 이상의 분자 링커/링커들에 의해 공유 결합으로 연결된, 초박형이고 고도로 투명한 웨이퍼-유형 플라즈몬 태양 전지. 자기 조립에 의한 상기 플라즈몬 태양 전지의 제조 방법.

Description

초박형 플라즈몬 태양 전지, 그의 제조 방법 및 용도
본 개시 내용은 광발전(photovoltaic) 분야, 구체적으로 초박형이고 고도로 투명한 새로운 웨이퍼-유형 플라즈몬(plasmonic) 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
광발전, 즉 태양광을 직접 전기로 전환시키는 과정은 전세계 에너지 필요를 충족시키는 데 크게 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나, 지속가능성 및 비용과 관련하여 해결되지 않은 문제가 있으며, 이는 커진 긴급성과 함께 해결되어야 한다. 저렴하고, 효율적이고, 안전하고, 안정적이며, 풍부한 광발전 장치는 현재의 에너지 수요를 충족시키고, 자원 효율적인 사회로 이어질 수 있도록 재생 에너지가 통합되는 데 크게 기여할 것이다.
현재, 주류 추세는 비용을 절약하기 위하여 효율 손실을 최소화하면서 웨이퍼-기재 태양 전지의 두께를 감소시키는 것으로 구성된다. 또 다른 추세는 제제에서 독성 성분을 대체하려는 노력이다. 이 두 가지 개선은 성공할 경우, 새로운 용도와 응용 분야, 예컨대 가정에서 더 넓은 범위의 태양 에너지를 수확하는 고 성능 태양 전지(소위 탠덤 태양 전지), 광자 에너지 상향 변환, 건물 일체형 광발전, 웨어러블 전자 제품, 태양열 구동 센서 및 전자 장치를 자극할 것이다. 지난 수십 년 동안, 웨이퍼 두께는 약 400 ㎛에서 약 2 내지 3 ㎛로 감소했으며, 이러한 추세는 계속되고 있다.
박막 태양 전지는 일반적으로 1 내지 2 ㎛ 범위의 두께를 가지며, 기판, 예컨대 유리, 플라스틱 또는 스테인리스 강 상에 증착된다. 박막 태양 전지는 특히 까다로운 요구사항, 예컨대 휴대용 및 경량 소비자 응용 제품, 자가 충전(self-charging) 장치, 탠덤 전지 등을 충족시키도록 설정된 다른 에너지원에 대한 실현가능한 대안으로서 비용-효과적이고, 효율적인 해결책을 제공한다.
탠덤 전지는 더 많은 태양광 스펙트럼을 함께 전기로 전환시켜 전체 전지 효율을 증가시키는 2개 이상의 서브-전지로 구성된다. 서브-전지는 서로의 위에 연결되며, 상이한 태양 전지 재료 또는 동일한 계열의 태양 전지 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, "상부 전지"로서 페로브스카이트를 규소 또는 CIGS(구리 인듐 갈륨 셀레나이드) 기재 "하부" 전지와 조합한 탠덤 전지는 전력 생성을 20%까지 증가시킬 수 있을 것으로 예측되었다.
효율성에 있어서 현재 세계 기록은 독일 프라이부르크 소재 Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE에 의해 확인된 바와 같이, 22.6%의 에너지 변환 효율을 갖는 CIGS 박막 광전지로 2016년 6월에 달성되었다. 전지의 두께는 3 내지 4 ㎛ 범위이며, 독일 슈투트가르트 소재 ZSW(Zentrum fur Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, the Center for Solar Energy and Hydrogen Research, Baden-Wurttemberg)에 의해 제조되었다. 그러나, 필름의 현재 두께는 자가 충전 장치 및 무색 건물 통합에 사용하지 못하게 한다.
결정질이고 박막의, Si-기재 태양 전지를 기반으로 널리 상용화된 반도체 기술에 이어, 대안적인 광발전이 등장하고 있다. CuInGaSe2(즉, CIGS), CdTe, GaAs 및 CuInSe2와 같은 박막 시스템뿐만 아니라, 유기 및 페로브스카이트 반도체와는 별도로, 플라즈몬 태양 전지의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.
현재 기술에 대한 주요 제한사항은 근-밴드갭(near-bandgap) 광의 낮은 흡광도와 관련이 있다. 금속 나노입자는 플라즈몬 공명 근처의 파장에서 강한 광의 산란제이다. 이는 금속 중 전도 전자의 집합적인 진동으로 인한 것이다. 국소 표면 플라즈몬(LSP) 공명에서, 산란 단면은 입자의 기하학적 단면을 능가할 수 있다. 이 경우, 1차적으로, 입자의 10% 면적 밀도로 덮인 기판은 입사광을 완전히 흡수하고 산란시킬 수 있다. 예로서, 공기 중의 작은 은 나노입자는 입자의 실제 단면적의 약 10배인 산란 단면을 갖는다는 것을 알 수 있다.
Sa 등(문헌[Energy Environ. Sci. 6 (2013) 3584])은 Au L3-에지(edge)에서 고해상도 X-선 흡수 분광법에 의해 측정된 LSP 여기 동안 전자-정공(hole) 쌍이 생성된다는 것을 입증하였다. LSP 여기는 이온화 에너지 임계 값을 약 1.0 eV 만큼 상향 이동시키고, 열 전자의 형성과 일치하는 Au d-밴드 정공 개체수를 증가시키고, 고 에너지 상태로 승격시켰다.
개념적으로, 플라즈몬 나노구조는 태양 전지에 직접 사용될 수 있지만, 광-발생 전자-정공 쌍은 수명이 짧다(몇 fs). 이는 장치로부터 전류를 끌어내는 데 문제가 된다. 따라서, 전하 분리 수명을 증가시키기 위하여, 전하 캐리어를 예를 들어 반도체로 이동시킴으로써 반응이 일어날 공간적으로 분리된 장소에 국한시킬 수 있다(염료 감응형 태양 전지와 유사함). LSP 열 전자는 TiO2 전도대로 주입되기에 충분한 에너지를 가지며, 이는 수명을 몇 fs에서 수백 ns로 연장시킨다.
플라즈몬 공명은 입자 형태 및 국소 유전체 환경에 영향을 받는다. 따라서, 태양 전지의 활성 층내의 금속 나노입자를 사용하는 상이한 태양 전지 기하학적 구조의 효율은 광 흡수제와 반도체 사이의 거리에 영향을 받는다. 따라서, 거리를 변화시키는 것의 전체적인 효과는 증가된 단면적과 감소된 결합 분율 사이의 균형이며, 이는 최적의 거리가 반도체 층의 흡수 계수, 원하는 입자 밀도(단면과 관련됨) 및 입자의 옴 손실의 정도에 의해 결정됨을 의미한다.
Zhang 등(문헌[Sci. Rep. 4 (2014) 4939])은 5 ㎛의 웨이퍼 두께를 갖는 Ag 또는 Al 나노입자(NP) 통합 규소 초박형 태양 전지가 잠재적으로 15.3% 효율을 달성할 수 있음을 개시하였다. 그러나, 필름의 현재 두께는 자가 충전 장치 및 무색 건물 통합에 사용하지 못하게 한다.
Islam 등(문헌[Solar Energy 103 (2014) 263-268])은 Au 나노입자의 플라즈몬 효과가 표면에서 추가의 산란을 허용하므로 전체 반사율이 감소한다는 것에 주목하여 수소화된 비정질 규소(a-Si:H) 태양 전지의 성능에 대한 금 나노입자의 효과를 조사하였다. 나노입자 크기가 클수록, 더 많은 산란이 얻어지고, 반사율 중앙값이 약 23%에서 18%로 떨어진다. 이들의 결과는 단락 전류 밀도(Jsc)의 증가 및 나노입자 크기의 증가에 의한 효율을 보여주었다. Jsc는 9.34에서 10.1 mA/cm2로 증가하였다. 또한, 효율은 4.28%에서 5.01%로 증가한다.
US 2009/0188558에는 금속 산화물 전자-수송 층을 갖고, 전자-수송 층에 이관능성 유기 화합물을 사용하는 광발전 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이 개시 내용은 플라즈몬 태양 전지를 고려하고 있지 않으며, 또한 광 흡수제로서 금속 나노입자의 용도에 대해 고려하고 있지 않다. 나노입자가 '558 문서에서 논의되는 경우, 나노입자는 금속 산화물, 주로 아연 산화물과 관련이 있다.
본 개시 내용의 하나의 목적은 조립하기 용이하고, 안정하고, 환경 친화적이고, 바람직하게는 또한 고도로 투명한 초박형 웨이퍼 유형 플라즈몬 태양 전지를 제공하는 것이다. 이러한 태양 전지는 몇몇 비제한적인 예를 언급하면, 자가 충전 기술, 무색 건물 통합, 웨어러블 전자 장치, 가정의 센서 및 전자 장치로의 전원 공급 및 또한 고-효율 탠덤 태양 전지 및 광자 에너지 상향 변환에 적합하다.
또 다른 목적은 초박형이고, 바람직하게는 고도로 투명한 웨이퍼 유형 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 간단하고, 신뢰할 수 있으며, 바람직하게는 환경 친화적이기도 하다.
제1 양태에 따라, 본 개시 내용은
- n-형 반도체의 층;
- 구리, 금, 은 또는 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 나노입자의 층; 및
- p-형 반도체의 층
을 포함하고, 상기 층들은 기판과 후면 접촉부 사이에 개재되고; 여기서 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자, p-형 반도체 및 후면 접촉부는 각각 하나 이상의 분자 링커 또는 링커들에 의해 공유 결합으로 연결된 플라즈몬 태양 전지를 이용가능하게 한다.
상기 제1 양태의 바람직한 구현예에 따라, n-형 반도체 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기와 자유롭게 조합가능한, 상기 제1 양태의 또 다른 바람직한 구현예에 따라, p-형 반도체 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 구현예에 따라, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되고, 바람직하게는 실질적으로 TiO2로 이루어진다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 구현예에 따라, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe) 및 이들의 조합으로부터 선택되고, 바람직하게는 실질적으로 NiO로 이루어진다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제1 양태의 또 다른 구현예에 따라, 기판, 예컨대 전도성 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택된다. 바람직하게는 기판 또는 후면 접촉부 중 적어도 하나는 투명한 전도성 기판이다.
또한 상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 바람직한 구현예에 따라, 금속 나노입자는 은 나노입자이다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 바람직한 구현예에 따라, 상기 금속 나노입자는 안정화제, 바람직하게는 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화된다.
바람직하게는 상기 제1 양태에 따른 태양 전지는 절연 층, 바람직하게는 Al2O3 또는 SiO2 또는 비정질 TiO2로부터 선택된 산화물을 포함하는 층을 더 포함한다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 구현예에 따라, 상기 하나 이상의 분자 링커(링커들)는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 관능기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 아민 또는 티올 기를 갖는 방향족 유도체 또는 짧은 탄소 사슬(C6 이하) 유기 화합물 및 유도체로부터 선택된다.
분자 링커의 하나의 기는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 금속 산화물 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
Y-P-Z
여기서, Y 및 Z는 기판의 표면 또는 후면 전극과 상호작용하거나 결합하여 이를 반도체에 연결하거나 잇는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제1 기에서, Y 및 Z의 대표적인 관능기는 예를 들어 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체를 나타낸다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 또 다른 기는 반도체 표면 중 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 금속 나노입자에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 나노입자의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제2 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다.
또한, W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다. P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 제3 기는 기판 또는 후면 접촉부의 금속 표면의 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 또한, 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 또한, 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
이러한 제3 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다. W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
실제로, 상기 제1, 제2 및 제3 기 중 하나 이상에 속하는 하나 이상의 링커가 사용된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 링커는 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직하게는 상기 분자 링커는 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택된다.
분자 링커의 비제한적인 예가 하기 표 1에 나타나 있다:
분자 링커의 예
화학명 화학식
4-아미노벤조산(pABA)
Figure pct00001
4-메르캅토벤조산(IUPAC: 4-설파닐벤조산)
Figure pct00002
3-아미노벤조산
Figure pct00003
3-메르캅토벤조산
Figure pct00004
4-포르밀벤조산(pFBA)
Figure pct00005
4-아미노벤질 포스폰산
Figure pct00006
2-아미노벤조산(안트랄린산)
Figure pct00007
2-메르캅토벤조산(티오살리실산)
Figure pct00008
1,4-벤젠디카르복실산(테레프탈산)
Figure pct00009
4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산
Figure pct00010
나프탈렌 유도체
Figure pct00011
폴리방향족 유도체
Figure pct00012
또 다른 양태는 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자, p-형 반도체 및 후면 접촉부가 각각 하나 이상의 분자 링커에 의해 공유 결합으로 연결된 플라즈몬 태양 전지, 바람직하게는 초박형 웨이퍼 유형 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
i) 전도성 기판을 링커를 갖는 용액에 침지하여 유기 분자 링커의 단층으로 개질하고, n-형 또는 p-형인 반도체의 층으로 코팅하는 단계,
ii) 금속 나노입자를 분자 링커로 개질하는 단계,
iii) 단계 ii)로부터의 개질된 금속 나노입자를 단계 i)로부터의 개질된 전도성 기판에 그래프팅하는 단계,
iv) 단계 i)에서의 반도체가 n-형일 경우 p-형의 반도체 용액에, 그리고 단계 i)에서의 반도체가 p-형일 경우 n-형의 반도체의 용액에, 단계 iii)으로부터의 기판을 침지하는 단계
v) 바람직하게는 약 50 내지 100 nm의 층 두께를 갖는 단계 iv)의 반도체의 상부에서 후면 접촉부 전도성 층을 증발시키는 단계, 및
선택적으로, 단계 i) 내지 v)에서 형성된 층을 제2 기판에 적용하는 단계
를 포함한다.
상기 제2 양태의 바람직한 구현예에 따라, n-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기와 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 바람직한 구현예에 따라, p-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 TiO2로 이루어진다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe) 및 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 NiO로 이루어진다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택된다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 일 구현예에 따라, 금속 나노입자는 구리, 금, 은 또는 알루미늄 나노입자로부터 선택된다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 금속 나노입자는 은 나노입자이다. 일 구현예에서, 은 나노입자의 층은 약 20 내지 약 250 nm 범위의 두께를 갖는다. 이는 층이 전체 태양 스펙트럼의 입사광을 흡수한다는 이점을 갖는다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 금속 나노입자는 안정화제, 바람직하게는 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화된다.
상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, 상기 기판 또는 후면 접촉부 중 적어도 하나는 투명한 기판, 바람직하게는 투명한 전도성 기판이다.
분자 링커의 하나의 기는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 금속 산화물 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
Y-P-Z
여기서, Y 및 Z는 반도체에 대해 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제1 기에서, Y 및 Z의 대표적인 관능기는 예를 들어 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체를 나타낸다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 또 다른 기는, 반도체 표면 중 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 금속 나노입자에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 나노입자의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제2 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다.
또한, W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다. P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 제3 기는 기판 또는 후면 접촉부의 금속 표면 중 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 또한, 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 또한 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
이러한 제3 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다. W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
실제로, 상기 제1, 제2 및 제3 기 중 하나 이상에 속하는 하나 이상의 링커가 사용된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 링커는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 분자 링커는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 관능기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 기를 갖는 방향족 유도체 또는 짧은 탄소 사슬(C6 이하) 유기 화합물 및 유도체로부터 선택된다. 상기 기는 카르복실산 기(카르복실레이트), 포스폰산 기(포스페이트), 설폰산 기(설포네이트), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기로부터 선택된다. 층에 사용하기 위한 대표적인 유기 화합물은 카르복실산, 포스포네이트, 설포네이트, 페놀, 티올 및 카테콜을 포함한다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 바람직한 구현예에 따라, 분자 링커는 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택된다.
분자 링커의 예는 상기 표 1에 제공되어 있다.
제3 양태는 제1 양태 또는 이의 구현예 중 어느 하나에 따른 플라즈몬 태양 전지 또는 상기 제2 양태 및 이의 임의의 구현예에 따른 방법에 따라 제조된 플라즈몬 태양 전지를 포함하는 건축물 구성요소에 관한 것이다.
상기 제3 양태의 일 구현예에 따라, 상기 건축물 구성요소는 창문, 지붕 구성요소, 벽 구성요소, 또는 다른 구조적 또는 기능적 건축물 구성요소로부터 선택된다.
본 발명의 다양한 양태 및 구현예가 도면을 참조로 하기의 상세한 설명 및 실시예에서 보다 상세하게 기재될 것이다:
도 1은 일 구현예 또는 본 발명에 따른 투명한 전도성 표면(A) 및 후면 접촉부 또는 상대 전극(B)에 의해 한정된 플라즈몬 태양 전지의 일 구현예의 개념 설계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 박형 태양 전지의 자기 조립 층상(layer-by-layer)에 대한 기본 유닛, 즉 금속 나노입자(I), 분자 링커(II), n-형 반도체(III) 및 p-형 반도체(IV)의 바람직한 예를 개략적으로 도시한 것이다. 금속 나노입자의 안정화는 30 nm, 50 nm 및 100 nm 예의 나노입자에 인접한 평행선으로 음영처리된 영역(hatched area)으로 표시된다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 자기 조립 층상 박형-태양 전지 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 형태의 건축물 구성요소의 사진이다. 이는 공작 깃털의 개략도 위에 배치되어 있다. 흑백 재현은 도면의 번짐이 없기 때문에 태양 전지의 우수한 투명성을 보여준다. 색상 원본은 깃털 색상의 왜곡이 없음을 보여주었다.
도 5a 내지 도 5f는 표 2 및 상세한 설명의 후속 부분에 또한 제시된 "유형 1a" 내지 "유형 6"으로 표시된 상이한 구조를 나타낸다.
본 발명이 설명되기 전에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그의 균등물에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본원에서 사용된 용어는 단지 특정 구현예를 설명하기 위한 목적으로만 사용되며, 제한하고자 하는 것은 아님을 이해하여야 한다.
정의
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 단수형("a," "an" 및 "the")은 문맥상 달리 명확하게 지시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다는 점에 유의하여야 한다.
예를 들어 "약 30 nm"에서와 같은 용어 "약"은 "대략적으로 30 nm"를 의미하며, 따라서 통상적인 어림수 규칙에 따라 29.6 내지 30.5 nm의 간격을 포함하고자 한다.
용어 "투명한"은 본원에서 그의 가장 넓은 의미로 사용되는데, 이는 대상 또는 물질이 그것을 통해 볼 수 있을 때, 또는 대상 또는 물질이 밑에 있는 물질의 인지에 상당한 영향을 미치지 않을 때 갖는 품질을 의미한다. 본원에 개시된 태양 전지의 의도된 용도에 따라 상이한 정도의 투명성이 요구된다. 태양 전지가 창문 유리에 포함되는 경우 높은 정도의 투명성이 요구되고, 다른 건축 재료에 포함되는 경우 낮은 정도의 투명성이 요구된다.
"기판의 적어도 하나의 표면을 개질하는"에서와 같이 용어 "개질하다"는 표면의 화학적 특성을 의도적으로 변경시켜 본 발명에 따른 태양 전지에서 성분들 사이의 결합에 영향을 미치고 이를 촉진하는 작용을 의미한다. 개질은 표면 그 자체 또는 표면에 대한 관능기의 결합에 대한 변경을 포함할 수 있다.
용어 "n-형 반도체"는 전자가 다수 캐리어이고, 정공이 소수 캐리어인 반도체 물질을 의미한다. 적합한 n-형 반도체 물질의 예는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 및 이들의 조합을 포함한다.
용어 "p-형 반도체"는 정공이 다수 캐리어 또는 양으로 하전된 캐리어이고, 전자가 소수 캐리어인 반도체 물질을 의미한다. 적합한 p-형 반도체 물질의 예는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe) 및 이들의 조합을 포함한다.
용어 "자기 조립"은 나노구조화된 물체를 형성하기 위한 전구체 분자의 자발적인 조립을 의미하며, 자기 조립 프로세스에 대한 엔트로피 제어 및/또는 화학적 제어를 확고히 하여 생성된 물질의 특성을 최적화하는 옵션을 포함한다.
플라즈몬 나노입자를 갖는 초분자 구조란, 강한 공유 결합을 통해 연결된 별개의 수의 조립된 분자 서브유닛 또는 성분으로 구성된 화학 시스템으로 이해된다. 본 발명의 경우에, 서브유닛은 바람직하게는 분자 링커를 통해 상호연결된 11족의 금속 나노입자, 보다 바람직하게는 Al, Cu, Au 또는 Ag 나노입자, n-형 반도체 나노입자(예를 들어 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3) 또는 p-형 반도체 나노입자(예를 들어 NiO, CuXO2(여기서 X = Al, Cr, Ga 또는 Fe))이다.
전도성 투명 기판이란, 면들 중 하나 상에 전도성 층을 갖는 투명한 물질로 이해된다. 바람직한 예는 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 플루오린화된 주석 산화물(FTO)이다.
유사하게, 전도성 중합체 기판은 하나의 면 상에 전도성 층을 갖는 중합체, 또는 전도성 중합체 물질로 이루어진 기판, 본질적으로 전도성인 중합체, 또는 예를 들어 전도성 열가소성 복합 물질로 이루어진 기판이다.
상세한 설명
제1 양태에 따라, 본 개시 내용은
- n-형 반도체의 층;
- 구리, 금, 은 또는 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 나노입자의 층; 및
- p-형 반도체의 층
을 포함하고, 상기 층들은 기판과 후면 접촉부 사이에 개재되고, 여기서 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자, p-형 반도체 및 후면 접촉부는 각각 하나 이상의 분자 링커 또는 링커들에 의해 공유 결합으로 연결된 태양 전지를 이용가능하게 한다.
초박형 플라즈몬 태양 전지의 기본 원리는 도 1에 도시되어 있다. 이러한 전지는 광 흡수제로서 사용된 은(Ag) 나노입자의 국소 표면 플라즈몬(LSP) 공명에 기초한다. 이는 분자 링커로서 4-아미노벤조산(pABA)에 의해 한 면의 TiO2(전자 수용체) 및 다른 면의 NiO(정공 수용체)에 공유 결합된다. 이러한 예에서, 전지는 한 면에 전도성 투명 기판(A), 예를 들어 한 면에 전도성 층을 갖는 유리 기판에 의해 한정된다. 바람직한 전도성 층은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 플루오린화된 주석 산화물(FTO)을 포함하거나 실질적으로 이로 이루어질 수 있다. 다른 면에 후면 접촉부 또는 상대 전극(B)이 존재한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 박형 태양 전지의 자기 조립 층상에 대한 기본 유닛의 일부 예를 도시한 것이다. 컬럼 I에는, 안정화제, 예를 들어 베타닌 및/또는 베타닌 유도체로 캡핑된 은 나노입자가 도시되어 있다. 이는 예를 들어 30, 50 또는 100 nm의 평균 입자 크기, 또는 예를 들어 20 내지 200 nm의 크기의 범위를 가질 수 있다. 컬럼 II는 분자 링커의 3가지 예, 4-아미노벤조산(pABA), 4-포르밀벤조산(pFBA) 및 테레프탈산을 나타낸다. 컬럼 III에는, 전자 수용체의 2가지 예가 제공되며, 여기서 TiO2 나노입자는 3 nm 또는 20 nm의 평균 입자 크기를 갖는다. 마지막으로, 컬럼 IV에는, 정공 수용체의 하나의 예, 여기서 4 nm의 입자로 예시된 NiO가 도시되어 있다. 그러나, 상이한 크기의 NiO 나노입자가 예를 들어 3 내지 30 nm 간격으로 사용될 수 있다.
본원에 개시된 구현예에 따른 태양 전지의 구조의 한 예가 도 3에 도시되어 있다. "하부" 층 A는 바람직하게는 전도성 투명 기판, 예를 들어 한 면에 전도성 층을 갖는 유리 기판이다. 바람직한 전도성 층은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 플루오린화된 주석 산화물(FTO)을 포함하거나, 실질적으로 이로 이루어질 수 있다. "상부" 층 B는 후면 접촉부 또는 상대 전극이고, 투명한 태양 전지의 경우 또한 전도성 투명 기판이다. 화살표 C는 층의 조립을 4 단계로 예시한다:
단계 1: 전도성 투명 기판을 분자 링커로 개질하고, 분자 링커의 반응성 기에 공유 결합하는 TiO2 나노입자의 단층으로 코팅한다.
단계 2: 동일한 또는 또 다른 링커로 개질된 금속 나노입자를 그래프팅하여 금속 나노입자의 단층을 생성한다.
단계 3: 구조물을 NiO 나노입자의 용액에 침지하여 시스템을 p-형 반도체에 연결시킨다.
단계 4: 상대 전극 또는 후면 접촉부가 형성되고, 예를 들어 NiO 층의 상부에서 증발된다.
이 방법 및 상응하는 플라즈몬 태양 전지는 또한 역순으로, 즉 전도성 기판으로부터 출발하여 캐소드(cathode)를 형성하는 단계, 이어서 캐소드 상에 p-형 반도체의 층을 형성하는 단계, 이어서 동일한 또는 또 다른 링커로 개질된 금속 나노입자를 첨가한 후 그래프팅하여, 금속 나노입자의 단층을 형성하는 단계, n-형 반도체 및 마지막으로 투명한 전도성 표면을 첨가하는 단계로 구성될 수 있다.
이러한 단계들을 수행할 때, 각각의 성분의 로딩은 링커의 몰비를 변화시켜 정교하게 조정할 수 있다. 또한, 자기 조립은 종종 엔트로피 제어로 칭해지는, 온도 조절에 의해, 그리고 사용되는 용매 및 pH의 제어에 의해 제어될 수 있다.
도 3에 도시된 구조(유형 1) 이외에, 예를 들어 표 2에 나타낸 상이한 구성이 사용될 수 있다:
태양 전지 구조의 예
유형 1a 유형 2 유형 3 유형 4 유형 5 유형 6
9 TCO TCO TCO TCO TCO TCP
8 링커 링커 링커 링커 링커 링커
7 NiO NiO NiO NiO NiO NiO
6 링커 링커 링커 링커 링커 링커
5 Ag NP Ag
NP		 Ag
NP		 Ag
NP		 Ag
NP		 Ag
NP
4 링커 링커 링커 링커 링커 링커
3 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2
2 링커 링커 링커 링커
TCO
TCP
1 TCO TCO TCO TCO
상기 표에서, 다음의 약어가 사용된다: NP = 나노입자, TCO = 투명한 전도성 산화물, TCP = 투명한 전도성 중합체.
"유형 1a" 조립체에서, 층 2 내지 8은 도 5a에 도시된 바와 같이, 절연 매체, 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 비정질 TiO2에 매립되는 반면, "유형 2"에서 정공 전도성 층은 도 5b에 도시된 바와 같이, p-형 반도체 층과 투명한 전도성 산화물 층 9 사이에 개재된다. 단지 층 2 내지 7만이 절연 매체, 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 비정질 TiO2에 매립된다.
도 5c에 도시된 바와 같은 "유형 3" 조립체에서, 전자 전도성 층은 층 1의 투명한 전도성 산화물과 n-형 반도체 층 3 사이에 개재되고, 층 3 내지 8은 절연 매체, 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 비정질 TiO2에 매립된다. 도 5d에 도시된 바와 같은 "유형 4"에 따른 조립체에서, 전자 전도성 층은 층 1에 인접하게 존재하고, 정공 전도성 층은 층 9에 인접하게 존재하고, 층 3 내지 7은 절연 매체, 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 비정질 TiO2에 매립된다.
도 5e는 "유형 5"에 따른 조립체를 도시하며, 여기서 n-형 반도체는 층 1의 투명한 전도성 산화물에 직접 인접하고, 정공 전도성 층은 p-형 반도체의 상부에 배열된다. 절연 매체, 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 비정질 TiO2는 층 3 내지 7을 포함한다. 도 5f에 개략적으로 도시된 "유형 6"으로서 예시된 조립체에서, n-형 반도체는 층 1을 형성하는 투명한 전도성 중합체 상에 직접 배열되고, 정공 전도성 층은 투명한 전도성 중합체로 또한 이루어진 상부 층 9에 인접한 p-형 반도체 상에 배열된다.
상기 제1 양태의 바람직한 구현예에 따라, n-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기와 자유롭게 조합가능한 상기 제1 양태의 또 다른 바람직한 구현예에 따라, p-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제1 양태의 또 다른 구현예에 따라, 전도성 투명 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택된다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 구현예에 따라, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 TiO2로 이루어진다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 바람직한 구현예에 따라, 금속 나노입자는 안정화제, 예를 들어 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화된다. 베타닌(베타니딘-5-O-β-글루코시드, IUPAC 명칭 (2S)-1-[(2E)-2-[(2S)-2,6-디카르복시-2,3-디히드로-1H-피리딘-4-일리덴]에틸리덴]-6-히드록시-5-[(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-트리히드록시-6-(히드록시메틸)옥산-2-일]옥시-2,3-디히드로인돌-1-이움-2-카르복실레이트)은 비트로부터 수득될 수 있으며, 식물계에서 가장 일반적인 베타시아닌이다. 식품 착색제로서의 용도 이외에, 베타닌은 산화에 대한 안정화제로서 작용할 수 있다.
또한 상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 바람직한 구현예에 따라, 금속 나노입자는 은 나노입자이다.
일 구현예에서, 은 나노입자의 층은 약 20 내지 약 250 nm 범위의 두께를 갖는다. 이는 전체 태양 스펙트럼의 입사광을 흡수하는 층의 이점을 갖는다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 또 다른 구현예에 따라, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe) 및 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 NiO로 이루어진다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 추가의 구현예에 따라, 분자 링커는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 관능기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 아민 또는 티올 기를 갖는 방향족 유도체 또는 짧은 탄소 사슬(C6 이하) 유기 화합물 및 유도체로부터 선택된다. 상기 기 또는 기들은 카르복실산 기(카르복실레이트), 포스폰산 기(포스페이트), 설폰산 기(설포네이트), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기로부터 선택된다. 층에 사용하기 위한 대표적인 유기 화합물은 카르복실산, 포스포네이트, 설포네이트, 페놀, 티올 및 카테콜을 포함한다.
분자 링커의 하나의 기는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 금속 산화물 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
Y-P-Z
여기서, Y 및 Z는 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하여 반도체에 연결하거나 잇는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제1 기에서, Y 및 Z의 대표적인 관능기는 예를 들어 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체를 나타낸다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 또 다른 기는 반도체의 표면 중 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 금속 나노입자에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 나노입자의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제2 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다.
또한, W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다. P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 제3 기는 기판 또는 후면 접촉부의 금속 표면의 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결할 수 있는 것으로 선택된다. 또한, 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 또한, 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
이러한 제3 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다. W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
실제로, 상기 제1, 제2 및 제3 기 중 하나 이상에 속하는 하나 이상의 링커가 사용된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 링커는 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직하게는 분자 링커는 상기 표 1에 나타낸 바와 같은, 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택된다.
또 다른 양태는 태양 전지, 바람직하게는 플라즈몬 초박형 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 단계:
i) 전도성 기판을 링커를 갖는 용액에 침지하여 유기 분자 링커의 단층으로 개질하고, n-형 또는 p-형인 반도체의 층으로 코팅하는 단계,
ii) 금속 나노입자를 분자 링커로 개질하는 단계,
iii) 단계 ii)로부터의 개질된 금속 나노입자를 단계 i)로부터의 개질된 전도성 기판에 그래프팅하는 단계,
iv) 단계 iii)으로부터의 기판을 단계 i)에서의 반도체가 n-형일 경우 p-형의 반도체의 용액에, 그리고 단계 i)에서의 반도체가 p-형일 경우 n-형의 반도체의 용액에 침지하는 단계,
v) 바람직하게는 약 50 내지 100 nm의 층 두께를 갖는 단계 iv)의 반도체의 상부에서 후면 접촉부 전도성 층을 증발시키는 단계, 및
선택적으로, 단계 i) 내지 v)에서 형성된 층을 제2 기판에 적용하는 단계
를 포함한다.
이러한 방법은 도 3에 개략적으로 도시되어 있지만, 여기서 단계 ii) 및 iii)은 하나로 제시되어 있다.
상기 제2 양태의 바람직한 구현예에 따라, n-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기와 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 바람직한 구현예에 따라, p-형 반도체 층을 포함하는 층은 약 30 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하, 보다 바람직하게는 18 nm 이하, 예를 들어 16 nm, 14 nm, 12 nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, 전도성 투명 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택된다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 TiO2로 이루어진다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 금속 나노입자는 은 나노입자이다. 바람직하게는 은 나노입자의 층은 약 20 내지 약 250 nm 범위의 두께를 갖는다. 이는 전체 태양 스펙트럼의 입사광을 흡수하는 층의 이점을 갖는다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 금속 나노입자는 안정화제, 예를 들어 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화된다.
상기 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 또 다른 구현예에 따라, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe), 및 이들의 조합으로부터 선택되며, 바람직하게는 실질적으로 NiO로 이루어진다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 추가의 구현예에 따라, 분자 링커는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 관능기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 기를 갖는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 상기 기는 산화물에 배위하기 위한 카르복실산 기(카르복실레이트), 포스폰산 기(포스페이트), 설폰산 기(설포네이트), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기, 및 금속에 배위하기 위한 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)로부터 선택된다. 층에 사용하기 위한 대표적인 유기 화합물은 카르복실산, 포스포네이트, 설포네이트, 페놀, 티올 및 카테콜을 포함한다.
분자 링커의 하나의 기는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 금속 산화물 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
Y-P-Z
여기서, Y 및 Z는 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하여 반도체에 연결하거나 잇는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제1 기에서, Y 및 Z의 대표적인 관능기는 예를 들어 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체를 나타낸다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 또 다른 기는 반도체의 표면 중 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 금속 나노입자에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 나노입자의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
분자 링커의 이러한 제2 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다.
또한, W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다. P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
분자 링커의 제3 기는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 것으로 선택된다. 또한, 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는 링커가 바람직하다. 또한, 이러한 링커는 하기 일반식을 갖고,
X-P-W
여기서, X는 금속 기판 또는 후면 접촉부의 표면과 상호작용하거나 이에 결합하는 관능기이고, W는 반도체에 결합하는 관능기이다.
이러한 제3 기에서, X의 대표적인 관능기는 티올(예를 들어 SH 또는 SR, 여기서 R은 C1-C6 알킬임), 아미노(예를 들어 NH2, NHR 또는 NR2, 여기서 R은 C1-C6 알킬임)를 포함한다. W의 대표적인 관능기는 카르복실산 기(카르복실레이트, -CO2 -), 포스폰산 기(포스페이트, -PO3 2-), 설폰산 기(설포네이트, -SO3 2-), 페놀 기(디히드록시페놀 또는 카테콜) 및 실록산 기(Si-O)를 포함한다.
또한, P는 유기 기, 예컨대 치환된 알킬, 아릴 및 헤테로 아릴 기를 포함하는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기, 풀러렌 또는 이들의 유도체이다. 전자-수송 특성을 갖는 P 기가 바람직하며, 이러한 전자-수송 특성은 통상적으로 관능화된 π-공액 화합물에서 발생한다.
실제로, 상기 제1, 제2 및 제3 기 중 하나 이상에 속하는 하나 이상의 링커가 사용된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 링커는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 구현예 중 임의의 것과 자유롭게 조합가능한 상기 제2 양태의 바람직한 구현예에 따라, 분자 링커는 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택된다. 참고로 상기 표 1을 참조한다.
본 발명에 따른 태양 전지의 성공은 사용되는 분자 링커와 밀접하게 관련된다. 분자 링커에 대한 요건은 양호한 π-공액 특성, 강성 및 평면성으로 인하여 탁월한 전자 커플링을 제공하여야 한다는 것이다. 또한, 분자 링커는 자기 조립을 통해 전자 공여체와 수용체 부분 사이에 공유 결합 연결을 허용하는 관능기를 가져야 한다. 분자 링커를 사용한 전자 공여체와 수용체 부분 사이의 공유 결합 연결은 각각의 성분에 대한 선택적 반응성 기, 즉 카르복실산 또는 포스폰산(TiO2, NiO 및 ITO에 대한 배위), 및 아민 또는 티올(Ag NP에 대한 배위)을 갖는 분자를 사용함으로써 보장될 것이다.
제3 양태는 상기 제1 양태의 구현예들 중 어느 하나에 따른 태양 전지 또는 상기 제2 양태 및 이의 임의의 구현예의 방법에 따라 제조된 태양 전지를 포함하는 건축물 구성요소에 관한 것이다.
상기 제3 양태의 일 구현예에 따라, 상기 건축물 구성요소는 창문, 지붕 구성요소, 벽 구성요소, 또는 다른 구조적 또는 기능적 구성요소로부터 선택된다.
바람직하게는, 금속 나노입자는 은 나노입자이다. 소비자 제품에서 은 나노입자의 사용 증가로 인하여, 은 나노입자 안정성을 입증하기 위한 많은 국제적인 노력이 존재한다. 콜로이드 은은 인지된 건강상의 이점으로 인하여 수십년 동안 소비되어 왔지만, 환경에 미치는 영향에 대한 상세한 연구는 이제 막 시작되었다. 초기 연구는 세포 및 미생물에 대한 영향이 주로 나노입자 표면으로부터의 낮은 수준의 은 이온 방출로 인한 것임을 입증하였지만, 현재까지의 모든 연구는 은 나노입자 독성이 은 염의 등가 질량 로딩보다 훨씬 더 적다는 것을 시사한다. 따라서, 은 나노입자를 사용하는 것의 이점은 환경에 대한 변형이 감소된다는 것이다.
본원에 개시된 초박형 플라즈몬 태양 전지의 제조 방법은 다수의 이점을 갖는다. 상기 방법은 실온 또는 실온에 가까운 온도 또는 100℃ 미만의 온도에서 용액, 바람직하게는 수성 매질에서 자기 조립 층상 증착을 사용한다.
전자 공여체에서 전자 수용체로의 효과적인 전자 이동과 관련된 약 800 fs의 빠른 성분 상승을 나타낸 초고속 순간 흡수 측정(ultrafast transient absorption measurement)에 의해 확인된 바와 같이, 분자 링커는 이중 기능, 즉 전자 공여체(Ag NP)를 전자 수용체(TiO2)에 공유 결합시키고, 두 유닛 사이의 전자 커플링을 개선시키는 기능을 가진다. 또한, Ag NP 상 베타닌 모이어티(moiety)에 관한 정공 안정화 메커니즘의 증거가 관찰되었다.
중요한 이점은 200 nm 미만의 두께를 갖는 태양 전지가 달성될 수 있다는 것이다. 이는 태양 전지를 또한 투명한 및 반투명한 표면에 포함시킬 수 있게 한다. 또 다른 이점은 박형 태양 전지를 벌크를 추가하거나 태양 전지의 외관을 크게 변화시키지 않고도 다른 건축물 구성요소에 포함시킬 수 있다는 것이다.
구체적으로, 본 개시 내용에 제시된 양태 및 구현예에 따른 태양 전지는 다음의 이점을 제공한다:
- 실온 또는 실온에 가까운 온도에서 자기 조립 층상 증착을 통해 제조될 수 있다.
- 용액, 바람직하게는 수성 환경에서 제조되어, 유해하고/유해하거나 환경적으로 의심되는 화학 물질의 사용을 최소화할 수 있다.
- 성분들을 공유 결합시켜, 방법이 실온 또는 실온에서 가까운 온도 또는 적어도 100℃미만의 온도에서 자기 조립으로 수행될 수 있게 한다.
- 은(Ag)을 LSP 광 수확제로서 사용하여 안전하고, 환경 친화적이고, 경제적인 시스템으로 만든다.
- 200 nm 미만의 두께를 갖는 활성 매체를 갖는 태양 전지를 제조하는 것이 실제로 가능해진다.
- 모든 성분이 UV 차단성이다.
감소된 수의 기본 유닛은 높은 튜닝성(tunability)을 허용한다. 유기 링커의 정체 및 몰 비를 변경시킴으로써 튜닝성이 달성될 수 있다.
실시예
실시예 1. 금속 나노입자의 합성
금, 은 및 구리 금속 나노입자를 각각의 금속 전구체, 예를 들어 비제한적으로 AgNO3, CuSO4, CuCl2, 또는 HAuCl4, 환원제, 및 안정화제로부터 출발하여 합성하였다. 환원제의 예는 NaBH4, N2H4, 아스코르브산, 베타닌, 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디-에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다. 안정화제 또는 성장-제한제의 예는 베타닌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디-에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다. 모든 시약은 Sigma-Aldrich/Merck로부터 구입하였으며, 분석 품질이었다.
본 발명자들은 본원에 참고로 포함된 문헌[Dong et al., 2015]에 제시된 프로토콜을 따랐으며, 선택된 파라미터, 예컨대 성분의 농도, 용매, 반응 온도 및 반응 시간을 변화시켜 나노입자의 기하학적 구조 및 크기 분포를 최적화하였다.
2개의 상향식 합성 절차를 채택하여 베타닌 및 유도체로 안정화된 Ag 나노입자(NP)(Bts-Ag NP)를 제조하였다. Bts-Ag NP는 천연 베타닌의 알칼리 가수분해를 통해 자동화된 미세유체 반응기(영국 로이스톤 소재 Asia Syringe Pump, Syrris Ltd.)에서 합성된다. 다목적 유전자 알고리즘을 통한 최적화는 Ag NP가 크기 및 좁은 광 흡수에 있어서 균질하도록 보장하였다. 예를 들어, Fernandes 등은 동적 광산란(DLS, 영국 몰번 소재 NanoS, Malvern Panalytical Ltd.) 및 원자력 현미경(AFM, 스위스 리스탈 소재 Nanosurf AG) 및 405 nm에서의 중심 흡수(USB-4000 분광계에 연결된 DH-2000-BAL, 미국 플로리다주 라르고 소재 Ocean Optics Inc.)에 의해 측정된 40 내지 45 nm의 크기를 갖는 입자를 수득하였다.
대안으로, Bts-Ag NP는 비트로부터 추출된 천연 베타닌의 산 또는 알칼리 가수분해를 통해 마이크로파 합성 반응기(Monowave 50, 오스트리아 소재 Anton Paar GmbH)에서 합성된다. 이러한 절차는 매우 빠르고, 높은 정도의 재현성으로 고 수율로 Bts-Ag NP를 생성한다. 나노입자는 다분산되어 태양 스펙트럼과 더 잘 매칭되는 것을 보장한다. 이 방법은 동적 광산란(DLS, 영국 몰번 소재 NanoS, Malvern Panalytical Ltd.) 및 원자력 현미경(AFM, 스위스 리스탈 소재 Nanosurf AG) 및 350 내지 720 nm로부터의 광 흡수 스패닝(USB-4000 분광계에 연결된 DH-2000-BAL, 미국 플로리다주 라르고 소재 Ocean Optics Inc.)에 의해 측정된 20 내지 200 nm의 크기를 갖는 입자를 생성한다.
합성 후, Ag 나노입자 현탁액의 pH를 4 내지 5로 조정하고, 입자를 pABA(Sigma-Aldrich)로 코팅하여 -NH2를 통해 Ag 표면에 고정시킨다.
생성된 은, 금 및 구리 나노입자를 하기 개시된 방식으로 시험한다.
실시예 2. 반도체 나노입자
NiO는 개념 입증 장치를 위한 바람직한 선택이 되게 하는, 최고의 p-형 반도체 중 하나로 존재한다. NiO 나노입자는 다음의 방법을 사용하여 합성된다: Ni(II) 아세틸아세토네이트를 올레일아민에 용해시키고, 격렬한 교반하에 110℃로 가열한 후, 90℃까지 냉각시키고, 90℃에서 유지시킨다. 그 다음, 올레일아민과 혼합된 보레인-트리에틸아민 착물을 90℃에서 용액에 신속하게 주입하고, 격렬한 교반하에 1시간 동안 정치시킨다. 이어서, NiO 나노입자를 에탄올로 세척하고, 마지막으로 테트라데칸에 분산시킨다. 이러한 절차는 직경 약 4 nm의 입자를 산출하였다. 3 nm 및 20 nm의 입자 크기를 갖는 TiO2의 나노분말인 아나타제를 독일 두이스부르크 소재 Sachtleben Chemie GmbH로부터 수득하였다.
실시예 3. TiO 2 코팅된 표면 상 은 나노입자 및 4-아미노벤조산(pABA) 링커
전도성 유리 기판(이 경우 ITO) 표면을 수용액 중 단순 침지에 의해 분자 링커, 이 경우 Sigma-Aldrich로부터 수득된 테레프탈산으로 개질시켰다.
이어서, 테레프탈산으로 개질된 전도성 유리 기판을 TiO2 나노입자, 이 경우 Sachtleben Chemie GmbH로부터의 3 nm의 아나타제 입자의 수성 현탁액에 침지시켰다. 이는 링커 반응성 기(-COO-)를 통해 산화물을 공유 결합으로 TiO2 NP(ITO-TiO2)의 단층 코팅에 결합시켰다.
이어서, 기판을 환원 및 캡핑제로서 비트로부터 추출된 순수 베타닌을 사용하여 마이크로파 반응기(Monowave 50, 오스트리아 소재 Anton Paar GmbH)에서 미리 합성된 Ag 나노입자(실시예 1)로 그래프팅한 후, 링커, 이 경우 Sigma-Aldrich의 4-아미노벤조산, pABA로 개질시켜 투명한 기판(ITO-TiO2-Ag) 상에 Ag 나노입자의 단층을 증착시켰다.
NiO 나노입자(이 경우 20 nm, Sigma-Aldrich)의 단층을 NiO 나노입자의 수성 현탁액 중 기판의 단순 침지를 통해 ITO-TiO2-Ag에 첨가하였다. NiO 나노입자는 링커, 여기서 pABA의 COO-를 통해 Ag NP에 공유 결합으로 배위된다.
그 후, Ag의 50 nm 층을 후면 접촉부 전극으로서 증발시켰다.
본 개시 내용에 따라 제조된 태양 전지의 예비 광발전 특성화는 1.2·10-5 A/cm2 의 광전류 밀도 Jsc가 발생했음을 보여준다. 개방 회로 전압 Voc는 35mV이고, 충전율(Fill Factor) FF는 0.25이었다. 활성 층 두께에 대해 1 ㎛의 과대추정을 사용하여, 전류 전지는 90% 초과의 투명도로 4.2 mW/cm3의 출력을 제공한다.
전지의 투명도는 첨부된 사진(도 4)에 도시된 바와 같이, 색상의 왜곡이 없이 매우 양호하였다.
추가의 설명 없이, 당업자는 실시예를 포함하는 본 설명을 사용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있는 것으로 여겨진다. 또한, 본 발명이 본원에서 발명자들에게 현재 알려진 최상의 방식을 구성하는 바람직한 구현예에 관해 기술되었지만, 당업자에게 명백한 다양한 변화 및 변경이 본원에 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
따라서, 다양한 양태 및 구현예가 본원에 개시되었지만, 다른 양태 및 구현예가 당업자에게 명백할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 구현예는 예시의 목적을 위한 것이고, 제한하기 위한 것이 아니며, 진정한 범위 및 취지는 하기 청구범위에 의해 지시된다.
<참고 문헌>
Figure pct00013

Claims (24)

  1. - n-형 반도체의 층;
    - 구리, 금, 은 또는 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 나노입자의 층; 및
    - p-형 반도체의 층
    을 포함하고, 상기 층들은 기판과 후면 접촉부 사이에 개재되고; 여기서 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자, p-형 반도체 및 후면 접촉부는 각각 하나 이상의 분자 링커에 의해 공유 결합으로 연결된 플라즈몬 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분자 링커(링커들)는 기판 및 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 링커이고, 여기서 상기 링커(링커들)는 바람직하게는 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는, 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분자 링커(링커들)는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 카르복실산 또는 포스폰산 기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 아민 또는 티올 기를 갖는 방향족 유도체 또는 짧은 탄소 사슬(C6 이하) 유기 화합물 및 유도체로부터 선택되는, 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서, 분자 링커는 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택되는, 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe) 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서, 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택되는, 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서, 기판 또는 후면 접촉부 중 적어도 하나는 투명한 전도성 물질인, 태양 전지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 나노입자는 은 나노입자인, 태양 전지.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 나노입자는 안정화제, 바람직하게는 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화되는, 태양 전지.
  11. 제1항에 있어서, 바람직하게는 Al2O3 또는 SiO2 또는 비정질 TiO2로부터 선택된 산화물을 포함하는 절연층을 더 포함하는, 태양 전지.
  12. i) 전도성 기판을 링커를 갖는 용액에 침지하여 유기 분자 링커의 단층으로 개질하고, n-형 또는 p-형인 반도체의 층으로 코팅하는 단계,
    ii) 금속 나노입자를 분자 링커로 개질하는 단계,
    iii) 단계 ii)로부터의 개질된 금속 나노입자를 단계 i)로부터의 개질된 전도성 기판에 그래프팅하는 단계,
    iv) 단계 i)에서의 반도체가 n-형일 경우 p-형의 반도체의 용액에, 그리고 단계 i)에서의 반도체가 p-형일 경우 n-형의 반도체의 용액에, 단계 iii)으로부터의 기판을 침지하는 단계,
    v) 바람직하게는 약 50 내지 100 nm의 층 두께를 갖는 단계 iv)의 반도체의 상부에서 후면 접촉부 전도성 층을 증발시키는 단계, 및
    선택적으로, 단계 i) 내지 v)에서 형성된 층을 제2 기판에 적용하는 단계
    를 포함하는, 기판, n-형 반도체, 금속 나노입자, p-형 반도체 및 후면 접촉부가 각각 하나 이상의 분자 링커에 의해 공유 결합으로 연결된 플라즈몬 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 분자 링커(링커들)는 기판 또는 후면 접촉부의 적어도 하나의 표면을 개질하고, 이를 반도체의 표면에 연결시킬 수 있는 링커이고, 상기 링커(링커들)는 바람직하게는 전자-수송 특성을 갖는 자기 조립 단층을 형성할 수 있는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 분자 링커(링커들)는 반도체에 배위하기 위한 적어도 하나의 카르복실산 또는 포스폰산 기 및 금속 나노입자에 배위하기 위한 적어도 하나의 아민 또는 티올 기를 갖는 방향족 유도체 또는 짧은 탄소 사슬(C6 이하) 유기 화합물 및 유도체로부터 선택되는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 분자 링커는 4-아미노벤조산(pABA), 4-메르캅토벤조산, 3-아미노벤조산, 3-메르캅토벤조산, 4-포르밀벤조산(pFBA), (4-아미노벤질)포스폰산, 2-아미노벤조산, 2-메르캅토벤조산, 테레프탈산, 4'-아미노-[1,1'-비페닐]-4-카르복실산, 나프탈렌 유도체 및 폴리방향족 유도체로부터 선택되는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, n-형 반도체는 TiO2, ZnO, SnO2, SrTiO3 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  17. 제12항에 있어서, p-형 반도체는 NiO, CuXO2(여기서, X = Al, Cr, Ga, Fe), 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 전도성 기판은 인듐 주석 산화물, 플루오린화된 주석 산화물 및 전도성 중합체로부터 선택되는, 방법.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 나노입자는 구리, 금, 은 또는 알루미늄으로부터 선택되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 금속 나노입자는 은 나노입자인, 방법.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 나노입자는 안정화제, 바람직하게는 베타닌 또는 베타닌 유도체로 안정화되는, 방법.
  22. 제12항에 있어서, 기판 또는 후면 접촉부 중 적어도 하나가 투명한 전도성 물질인, 방법.
  23. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 태양 전지 또는 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득가능한 태양 전지를 포함하는 건축물 구성요소.
  24. 제23항에 있어서, 상기 구성요소는 창문, 지붕 구성요소, 벽 구성요소, 또는 다른 구조적 또는 기능적 건축물 구성요소로부터 선택되는, 건축물 구성요소.
KR1020197031528A 2017-03-31 2018-03-28 초박형 플라즈몬 태양 전지, 그의 제조 방법 및 용도 KR102332239B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IB2017000385 2017-03-31
IBPCT/IB2017/000385 2017-03-31
PCT/EP2018/057923 WO2018178153A1 (en) 2017-03-31 2018-03-28 Ultra-thin plasmonic solar cells, methods for their manufacture and use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190137109A true KR20190137109A (ko) 2019-12-10
KR102332239B1 KR102332239B1 (ko) 2021-11-29

Family

ID=61899238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197031528A KR102332239B1 (ko) 2017-03-31 2018-03-28 초박형 플라즈몬 태양 전지, 그의 제조 방법 및 용도

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11322632B2 (ko)
EP (2) EP3602645B1 (ko)
JP (2) JP2020512705A (ko)
KR (1) KR102332239B1 (ko)
CN (1) CN110494988B (ko)
AU (1) AU2018244146B2 (ko)
WO (1) WO2018178153A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4024485A1 (en) 2021-01-04 2022-07-06 Peafowl Solar Power AB Ultra-thin plasmonic photovoltaic employing an insulating layer
EP4075519A1 (en) 2021-04-12 2022-10-19 Peafowl Plasmonics AB Ultra-thin plasmonic inverted photovoltaic produced at low temperature and method for obtaining thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130327386A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Tao Xu Three-dimensional photovoltaic device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3926115B2 (ja) 2001-05-28 2007-06-06 太陽工業株式会社 太陽光発電装置
JP2006032689A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Sharp Corp 有機デバイス
US20060021647A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 Gui John Y Molecular photovoltaics, method of manufacture and articles derived therefrom
WO2009013282A1 (de) * 2007-07-23 2009-01-29 Basf Se Photovoltaische tandem-zelle
WO2009094663A2 (en) 2008-01-25 2009-07-30 University Of Washington Photovoltaic devices having metal oxide electron-transport layers
JP5375066B2 (ja) * 2008-12-12 2013-12-25 コニカミノルタ株式会社 有機光電変換素子の製造方法、及び有機光電変換素子
KR101415822B1 (ko) * 2010-06-29 2014-07-09 코오롱인더스트리 주식회사 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP2013089684A (ja) * 2011-10-14 2013-05-13 Konica Minolta Advanced Layers Inc 有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池
KR101478879B1 (ko) 2012-10-31 2015-01-05 단국대학교 산학협력단 미세 패턴의 전하 생성층을 포함하는 소자의 제조방법
EP3006604B1 (en) 2013-05-29 2018-12-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Reduction catalyst and chemical reactor
US9287057B2 (en) * 2013-06-05 2016-03-15 City University Of Hong Kong Plasmonic enhanced tandem dye-sensitized solar cell with metallic nanostructures
JP2015134703A (ja) 2013-11-29 2015-07-27 三菱化学株式会社 金属酸化物含有層形成用組成物、及び電子デバイスの製造方法
US10114880B2 (en) * 2014-03-31 2018-10-30 Walmart Apollo, Llc Synchronizing database data to a database cache
JP2016027634A (ja) 2014-06-27 2016-02-18 三菱化学株式会社 有機光電変換素子
JP2016162890A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 国立大学法人北海道大学 光電変換素子、光電変換装置、および光電変換素子の製造方法
US9773931B2 (en) * 2015-05-20 2017-09-26 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Silver nanoparticles on conducting electrode as plasmonic scattering nanomaterial and related photovoltaic cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130327386A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Tao Xu Three-dimensional photovoltaic device

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. Pelayo García de Arquer et al., Nanoscale, 7, 2281, 2015(2015.1.5.)* *
Keisuke Nakamura et al., J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 1004(2016.2.26.)* *
R. Parameshwaran et al., Materials Chemistry and Physics 140, 135, 2013(2013.4.9.)* *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018244146A1 (en) 2019-11-21
KR102332239B1 (ko) 2021-11-29
JP7185209B2 (ja) 2022-12-07
AU2018244146B2 (en) 2023-02-16
JP2022101623A (ja) 2022-07-06
EP3602645C0 (en) 2023-06-07
EP3602645B1 (en) 2023-06-07
CN110494988A (zh) 2019-11-22
CN110494988B (zh) 2022-10-28
EP4199119A1 (en) 2023-06-21
US20200111620A1 (en) 2020-04-09
EP3602645A1 (en) 2020-02-05
WO2018178153A1 (en) 2018-10-04
US11322632B2 (en) 2022-05-03
JP2020512705A (ja) 2020-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Capping ligand-induced self-assembly for quantum dot sensitized solar cells
Kumar et al. Quantum-sized nanomaterials for solar cell applications
Kim et al. Highly efficient copper–indium–selenide quantum dot solar cells: suppression of carrier recombination by controlled ZnS overlayers
JP5775886B2 (ja) ナノ構造無機−有機ヘテロ接合太陽電池の製造方法
AU2003200122B2 (en) Apparatus and method for photovoltaic energy production based on internal charge emission in a solid-state heterostructure
Hao et al. Efficient semiconductor-sensitized solar cells based on poly (3-hexylthiophene)@ CdSe@ ZnO core− shell nanorod arrays
Zarazúa et al. Photovoltaic conversion enhancement of CdSe quantum dot-sensitized TiO2 decorated with Au nanoparticles and P3OT
Ghosekar et al. Review on performance analysis of P3HT: PCBM-based bulk heterojunction organic solar cells
Kush et al. Multifunctional copper‐based quaternary chalcogenide semiconductors toward state‐of‐the‐art energy applications
JP2009532851A (ja) ナノ粒子増感ナノ構造太陽電池
JP2013526003A (ja) 全固体状ヘテロ接合太陽電池
JP7185209B2 (ja) 超薄プラズモニック太陽電池、それらの製造方法、及び使用
Wei et al. Recent progress of colloidal quantum dot based solar cells
Sokolov et al. Graphene− quantum dot hybrid nanostructures with controlled optical and photoelectric properties for solar cell applications
Shilpa et al. Recent advances in the development of high efficiency quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs): A review
Kalyanasundaram Photochemical and photoelectrochemical approaches to energy conversion
Rao et al. An outlook on zero-dimensional nanocarbons as components of DSSC
KR20200010915A (ko) 흡착제를 포함하는 양자점 태양전지
Zhou et al. Near‐Infrared Responsive Quantum Dot Photovoltaics: Progress, Challenges and Perspectives
Park et al. Ecofriendly AgBiS2 nanocrystal photoanode for highly efficient visible-light-driven photoelectrochemical water splitting
Calbo Dye‐Sensitized Solar Cells: Past, Present and Future
Ahmed Material Challenges in Next Generation Solar Cells
Geethu et al. Inorganic Nanomaterials in Organic Solar Cells: A Renewable Energy Application
Bbumba et al. How Components of Dye-sensitized Solar Cells Contribute to Efficient Solar Energy Capture
Diantoro et al. Potential of nanooxidic materials and structures of photoanodes for DSSCs

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant