KR20200067293A - 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

양자점 태양 전지가 제공된다. 상기 양자점 태양 전지는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 광활성층을 포함하되, 상기 광 활성층은, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 도전형의 도편트로 도핑된 양자점을 포함하는 양자점층, 및 상기 양자점 층 상에 배치된 전도성 고분자층을 포함하되, 상기 양자점은, InP 코어 및 GaP 쉘을 포함할 수 있다.

Description

양자점 태양 전지 및 그 제조 방법{QuantumDot Solar Cell and method of fabricating of the same}
본 발명은 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 도핑된 양자점을 포함하는 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
태양 에너지로부터 전기를 생성하는 태양전지는, 발전과정에서 환경오염 물질을 전혀 발생시키지 않고, 무한한 태양광을 이용한다는 점에서 각광을 받고 있다. 현재까지 실리콘 기반 태양전지가 개발되어 사용되고 있으나, 실리콘 태양전지는 고가의 제조 비용이 필요하여 태양전지 사용의 확대에 어려움이 있다.
또한, 실리콘 기반 태양 전지는 최대 에너지 변환 효율이 31% 정도라고 알려져 있고, 이러한 낮은 변환 효율을 높이기 위해 태양광의 흡수 대역을 높이기 위한 탠덤(tandem) 구조가 제안되었으나, 소자 구현의 어려움으로 인해, 현재까지 높은 효율을 얻지 못하고 있는 실정이다.
양자점(Quantum Dot)은 화학합성 공정을 통해 만들어지는 나노미터 크기의 반도체 결정체를 말하며, 이러한 양자점은 다양한 크기로 만들어질 수 있고, 크기 차이에 의하여 서로 흡수되는 파장의 크기도 달라진다. 즉, 더 큰 양자점은 더 긴 파장의 빛을 흡수하고, 더 작은 양자점은 더 짧은 파장의 빛을 흡수할 수 있다.
이에 따라, 양자점을 이용한 태양전지에 관한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개공보 10-2014-0091623(출원번호: 10-2012-0154586, 출원인: 에스케이이노베이션 주식회사, 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단)에는, 투 명 전도성 전극; 상기 투명 전도성 전극 상부에 형성된 유기 정공전달층; 상기 유기 정공전달층 상부에 형성되며 무기 반도체 양자점을 포함하는 양자점층; 상기 양자점층 상부에 형성되며 금속산화물 양자점을 포함하는 전자 전달층; 상기 전자 전달층 상부에 형성된 대향전극을 포함하는 양자점 기반 태양전지 및 이의 제조방법이 개시되어 있다.
이 밖에도, 양자점을 활용한 태양전지에 관한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다.
대한 민국 특허 공개 공보 10-2014-0091623
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 광전 변환 효율이 향상된 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 중금속을 포함하지 않는 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 가시광선 대역의 흡수율이 향상된 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 양자점 태양 전지를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양자점 태양 전지는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 광활성층을 포함하되, 상기 광 활성층은, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 도전형의 도편트로 도핑된 양자점을 포함하는 양자점층, 및 상기 양자점 층 상에 배치된 전도성 고분자층을 포함하되, 상기 양자점은, InP 코어 및 GaP 쉘을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양자점층의 상기 양자점은 n형 도펀트로 도핑되는 것을 포함하되, 상기 n형 도펀트는 Sn을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 양자점 태양 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 양자점 태양 전지의 제조 방법은, 제1 전극 상에, InP코어 및 GaP쉘 구조를 갖는 양자점을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계, 상기 양자점층 상에 Sn을 포함하는 제1 도전형의 도펀트를 제공하여, 상기 양자점층 내의 상기 양자점을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계, 상기 양자점층 상에 전도성 고분자층을 형성하는 단계, 및 상기 전도성 고분자층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 광활성층을 포함하되, 상기 광 활성층은, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 도전형의 도편트로 도핑된 양자점을 포함하는 양자점층, 및 상기 양자점 층 상에 배치된 전도성 고분자층을 포함할 수 있다. 상기 양자점층 및 상기 전도성 고분자층을 포함하는 상기 광활성층에서 태양광을 흡수하여, 전하(여기된 전자 및 정공)이 생성되고, 전자는 상기 양자점층 및 상기 제1 전극으로 이동하고, 정공은 상기 전도성 고분자층 및 상기 제2 전극으로 이동하여, 기전력 및 광 전류가 생성되되, 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 상기 양자점에 의해, 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 양자점은 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점이 InP 코어 및 GaP 쉘 구조를 갖는 경우, 제조 공정에서 상기 InP 코어가 산화되는 것이 상기 GaP 쉘에 의해 최소화되어, 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지에 포함된 양자점 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도3 은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 InP 코어 및 GaP 쉘 양자점의 TEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 양자점 태양 전지의 광전 변환 효율을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지에 포함된 양자점 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극(110)이 준비된다. 상기 제1 전극(110)은 투명한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)은 ITO glass일 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 제1 전극(110)은, IZO, FTO, AZO, ATO, ZnO-Ga2O3, 또는 ZnOAl2O3 등일 수 있다. 또는, 또 다른 예를 들어, 상기 제1 전극(110)은 반투명 전극(예를 들어, Ag, Au, Mg, Ca 또는 이들의 합금)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(110)은, 유리 외에, 유연한 플라스틱 기판 상에 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라스틱 기판은 PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthelate), PP (polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxyethlene), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC (Triacetyl cellulose), PAR (polyarylate) 등일 수 있다.
상기 제1 전극(110) 상에, 제1 버퍼층(120)이 형성될 수 있다. 상기 제1 버퍼층(120)은 후술되는 광 활성층(130)에서 생성된 전자가 상기 제1 전극(110)으로 용이하게 이동할 수 있는 전자 수송층의 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 버퍼층(120)은 아연 산화물, 티타늄 산화물, 세슘카보네이트 등을 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 제1 버퍼층(120)이 아연 산화물인 경우, 상기 제1 버퍼층(120)을 형성하는 단계는, 아연 아세틸아세톤(Zn acetylacetonate) 용액을 준비하는 단계, 상기 아연 아세틸아세톤 용액을 상기 제1 전극(110) 상에 스핀 코팅하는 단계, 및 200℃에서 30분동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 버퍼층(120) 상에 양자점(132a)을 포함하는 양자점층(132)이 형성될 수 있다. 상기 양자점(132a)은 도 2에 도시된 바와 같이 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(132a)은 InP 코어 및 GaP 쉘 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 양자점 태양 전지의 제조 공정에서, 상기 InP 코어가 산화되는 것이 상기 GaP 쉘에 의해 최소화되어, 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양자점층(132)은 상기 양자점(132a)을 포함하는 용액을 상기 제1 버퍼층(120) 상에 스핀 코팅하는 방법을 형성될 수 있다.
상기 양자점층(132) 상에 제1 도전형의 도펀트를 제공하여, 상기 양자점층(132) 내의 상기 양자점(132a)을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑할 수 있다. 상기 제1 도전형의 도펀트는 n형 도펀트로, 예를 들어, Sn일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 도전형의 도펀트를 제공하는 단계는, 에탄올에 희석된 주석 아세트산(tin acetate) 용액을 준비하는 단계, 및 상기 주석 아세트산 용액을 상기 양자점층(132) 상에 스핀 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 양자점(132a)이 InP코어 및 GaP쉘 구조를 갖고, 상기 제1 도전형의 도펀트가 Sn인 경우, Sn의 함량은 In 대비 0.1~10 at%일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전형의 도펀트가 상기 양자점층(132) 상에 제공된 후, 세척 용액(예를 들어, 에탄올)을 이용하여 상기 양자점층(132) 상에 잔존된 상기 제1 도전형의 도펀트(예를 들어, 상기 주석 아세트산)을 제거할 수 있다. 상기 세척 용액을 이용한 제거 공정은 복수회 수행될 수 있다.
이후, N2 가스 분위기에서, 열처리 공정이 수행될 수 있다.
제1 변형 예에 따르면, 상기 양자점층(132)을 형성하는 단계, 및 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계는 단위 공정으로 정의되고, 상기 단위 공정은 복수회 수행될 수 있다. 다시 말하면, 상기 단위 공정이 2회 수행되는 경우, 상기 양자점층이 형성되는 단계, 상기 제1 양자점층을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계, 제2 양자점층이 형성되는 단계, 및 상기 제2 양자점층을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계가 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 단위 공정으로 형성되는 상기 양자점층의 두께가 충분히 얇아질 수 있고, 이로 인해 상기 단위 공정으로 형성되는 상기 양자점층이 상기 제1 도전형의 도펀트로 충분히 그리고 균일하게 도핑될 수 있다.
제2 변형 예에 따르면, 상기 제1 변형 예에 따라 상기 단위 공정이 복수회 수행되는 경우, 상기 단위 공정이 진행됨에 따라서 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑되는 도핑 농도가 제어될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 단위 공정이 2회 수행되는 경우, 1차 단위 공정에서 상기 제1 양자점층은 상대적으로 낮은 농도의 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있고, 2차 단위 공정에서 상기 제2 양자점층은 상대적으로 높은 농도의 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 양자점층 및 상기 제2 양자점층 사이에는 상기 제1 도전형의 도펀트의 농도 구배가 보다 용이하고 명확하게 형성될 수 있다. 또는, 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 단위 공정이 2회 수행되는 경우, 1차 단위 공정에서 상기 제1 양자점층은 상대적으로 높은 농도의 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있고, 2차 단위 공정에서 상기 제2 양자점층은 상대적으로 낮은 농도의 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형의 도펀트의 도핑 농도는 상기 제1 도전형의 도펀트를 포함하는 소스 물질의 희석 정도에 따라서 조절될 수 있다. 또는, 동일한 레벨로 희석된 상기 소스 물질을 사용하되, 상기 단위 공정에서 형성되는 양자점층의 두께를 제어하는 방법으로, 상기 단위 공정에서 제조되는 양자점층에서 상기 제1 도전형의 도펀트의 도핑 농도가 제어될 수 있다.
제3 변형 예에 따르면, 상기 양자점층(132)을 형성하는 단게는, InP 코어 및 GaP 쉘을 갖는 코어쉘 구조의 양자점을 포함하는 제1 양자점층을 형성하는 단계, 상기 제1 양자점층을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계, InP 양자점을 포함하는 제2 양자점층을 형성하는 단계 및 상기 제2 양자점층을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 후술되는 전도성 고분자층(134) 사이에서, 태양광에 의해 여기된 전자가 효율적으로 상기 양자점층(132)으로 이동하여, 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
상기 양자점(132a)이 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 후, 상기 양자점층(132) 상에 전도성 고분자층(134)이 형성될 수 있다. 상기 전도성 고분자층(134) 및 상기 양자점층(132)이 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지의 광 활성층(130)으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 상기 전도성 고분자층(134) 폴리 3-헥실 티오펜 (P3HT: poly 3-hexyl thiophene)일 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 전보성 고분자층(134)은, PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'-7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2,ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benxothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7(Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), 또는 PSiF-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자층(134) 상에 제2 버퍼층(140)이 형성될 수 있다. 상기 제2 버퍼층(140)은 상기 광 활성층(130)에서 생성된 정공이 후술되는 제2 전극(150)으로 용이하게 이동할 수 있는 정공 수송층의 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 버퍼층(140)은 몰레브덴 산화물, 바나듐 산화물, 니켈 산화물, 또는 텅스텐 산화물 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 버퍼층(140)은 열증발법으로 상기 전도성 고분자층(134) 상에 형성될 수 있다.
상기 제2 버퍼층(140) 상에 제2 전극(150)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(150)은, 은, 알루미늄, 백금, 텅스텐, 구리, 몰리브덴, 금, 니켈, 또는 팔라듐 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(150)은, MoO3/Al, MoO3/Ag, MoO3/Au와 같은 적층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극(150)은 열증발법으로 상기 제2 버퍼층(140) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지는, 상기 제1 전극(110), 상기 제1 전극(110)과 이격된 상기 제2 전극(150), 및 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(150) 사이의 상기 광활성층(130)을 포함하되, 상기 광 활성층(130)은, 제1 도전형의 도편트로 도핑된 상기 양자점(132a)을 포함하는 상기 양자점층(132), 및 상기 양자점층(132) 상에 배치된 상기 전도성 고분자층(134)을 포함할 수 있다. 상기 양자점층(132) 및 상기 전도성 고분자층(134)을 포함하는 상기 광활성층(130)에서 태양광을 흡수하여, 전하(여기된 전자 및 정공)이 생성되고, 전자는 상기 양자점층(132) 및 상기 제1 버퍼층(120)을 경유하여 상기 제1 전극(110)으로 이동하고, 정공은 상기 전도성 고분자층(134) 및 상기 제2 버퍼층(140)을 경유하여 상기 제2 전극(150)으로 이동할 수 있고, 이에 따라, 기전력 및 광 전류가 생성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 상기 양자점(132a)에 의해, 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 태양 전지 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 InP 코어 합성
InP 코어의 인듐(In) 전구체 물질로써 0.4mmol 인듐 아세테이트(Indium acetate)와 1.67mmol 아세트산아연(Zinc acetate), 3.7mmol 미리스트산(Myristic acid), 7ml의 1-옥타데센(1-octadecene)을 3-neck flask의 110℃ 진공 환경에서 2시간 동안 교반 가열했다.
질소 환경에서 상온으로 냉각시켜 인(P) 전구체인 0.317mmol 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine)을 주입한 뒤, 250℃로 승온시킨 뒤, 약 10분간 교반 가열하였다.
실시 예에 따른 InP코어 및 GaP 쉘 구조의 양자점 합성
GaP 쉘을 형성시켜 주기 위해 갈륨(Ga) 전구체 물질을 다음과 같이 준비하였다.
갈륨전구체 용액 : 0.14mmol의 염화갈륨(Gallium trichloride)과 0.4mmol의 올레산(Oleic acid), 1.4ml의 1-옥타데센(1-octadecene)을 밀폐된 바이알에 110℃의 진공환경에서 1시간동안 교반 가열했다. 그 후, 질소환경에서 200℃까지 승온시킨 후 100℃로 냉각시켰다.
합성된 InP 코어에, 갈륨전구체 용액 0.1mmol 와, P전구체로 0.08mmol 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine)을 주입시킨 후 200℃로 가열하여 30분 동안 유지하여 InP/GaP 양자점을 합성하였다.
도3 은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 InP 코어 및 GaP 쉘 양자점의 TEM 사진이다.
실시 예에 따른 양자점 태양 전지 제조
ITO glass 상에 아연 아세틸아세톤 용액을 스핀 코팅한 뒤, 200℃ 공기 중에서 30분동안 열처리하여 ZnO 박막을 형성하였다. ZnO 박막 상에 InP/GaP 양자점을 스핀 코팅하고, 에탄올에 희석된 아세트산 주석 용액 1mM을 다시 스핀 코팅하였다.
이후, 박막에 에탄올을 다시 2회 스핀 코팅하여, 표면에 잔존된 아세트산 주석을 제거하고, N2 gas 환경에서 300℃, 30분동안 열처리하고, N2 gas 환경에서, Chloroform에 용해된 P3HT를 스핀 코팅한 뒤, 120℃에서 30분간 열처리하여 P3HT 전도성 고분자층을 형성하였다.
그리고, 열증착법으로 MoO3(4 nm) 및 Ag 전극(100 nm)을 차례로 형성하였다.
비교 예에 따른 양자점 태양 전지 제조
상술된 실시 예에 따른 양자점 태양 전지의 제조 방법에 따라서 양자점 태양 전지를 제조하되, 아세트산 주석 용액을 이용한 주석 도핑 공정을 생략하여 비교 예에 따른 양자점 태양 전지를 제조하였다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 양자점 태양 전지의 광전 변환 효율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상술된 실시 예에 따른 양자점 태양 전지 및 비교 예에 따른 양자점 태양 전지에 100mW/cm2의 유사 태양 광을 조사하고, 광전 특성을 도 4 및 아래의 [표 1]과 같이 측정하였다.
구분 Jsc (mA/cm2) Voc (V) FF (%) PCE (%)
비교 예 1.48 0.31 32 0.15
실시 예 3.01 0.35 30 0.32
도 4 및 [표 1]에서 알 수 있듯이, 실시 예에 따른 양자점 태양전지의 단락 전류 및 개방 전압 값이, 비교 예에 따른 양자점 태양 전지보다, 높은 것을 확인할 수 있으며, 광전 변환 효율이 약 2.13배 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 에에 따라서 InP 코어 및 GaP 쉘을 갖는 양자점이 Sn으로 도핑되는 경우, 광전 변환 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 제1 전극
120: 제1 버퍼층
130: 광 활성층
132: 양자점층
132a: 양자점
134: 전도성 고분자층
140: 제2 버퍼층
150: 제2 전극

Claims (3)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 광활성층을 포함하되,
    상기 광 활성층은,
    상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 도전형의 도편트로 도핑된 양자점을 포함하는 양자점층; 및
    상기 양자점 층 상에 배치된 전도성 고분자층을 포함하되,
    상기 양자점은, InP 코어 및 GaP 쉘을 포함하는 양자점 태양 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 양자점층의 상기 양자점은 n형 도펀트로 도핑되는 것을 포함하되,
    상기 n형 도펀트는 Sn을 포함하는 양자점 태양 전지.
  3. 제1 전극 상에, InP코어 및 GaP쉘 구조를 갖는 양자점을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계;
    상기 양자점층 상에 Sn을 포함하는 제1 도전형의 도펀트를 제공하여, 상기 양자점층 내의 상기 양자점을 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계;
    상기 양자점층 상에 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 고분자층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 양자점 태양 전지의 제조 방법.
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