KR20220093420A - 페로브스카이트 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는, 제1 파장의 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키는 페로브스카이트층을 포함하는 광전소자; 상기 광전소자 상에 배치되는 기판층; 및 상기 기판층 상에 배치되며, 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 광발광층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 기판층 상에 배치되는 광발광층에 의해, 페로브스카이트 태양전지가 흡수하여 전류를 생성할 수 있는 광의 파장대가 증가되므로 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

페로브스카이트 태양전지{PEROVSKITE SOLAR CELL}
본 발명은 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자로서, 현재 가정은 물론 우주에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에 이르기까지 사용되고 있으며, 태양광 자동차, 태양광 에어컨 등도 주목받고 있다.
이러한 태양전지는 주로 실리콘 반도체를 이용하고 있으나, 고순도 실리콘 반도체의 원자재 가격 및 이를 이용한 태양전지 셀 제조공정의 복잡성으로 인해 발전단가가 높다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 화석연료에 의한 발전단가보다 3~10배 높기 때문에 각국 정부의 보조에 의해서 시장이 성장하고 있다는 한계를 안고 있다. 이러한 이유로 실리콘을 사용하지 않는 태양전지의 연구개발이 활성화되었고, 1990년대부터는 유기반도체 소재인 염료를 이용한 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell; DSSC)와 전도성 고분자를 이용한 고분자태양전지(Polymer Solar Cell)가 본격적으로 연구되기 시작하였다. 이러한 DSSC와 고분자태양전지와 같은 유기반도체 기반 태양전지가 학계와 산업계의 많은 노력에도 불구하고 사업화 단계에까지 이르지 못하였으나, 최근 DSSC와 고분자태양전지의 장점을 융합한 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cell, PSC)의 출현에 의해 차세대 태양전지에 대한 기대감이 한층 높아지고 있는 상황이다.
페로브스카이트 태양전지는 종래 DSSC와 고분자 태양전지의 융합형 태양전지로서, DSSC와 같이 액체 전해질을 사용하지 않아서 신뢰성이 개선되었으며, 페로브스카이트의 광학적 우수성으로 인해 고효율이 가능한 태양전지이며 최근 공정개선, 소재개선 및 구조개선을 통하여 지속적으로 효율이 향상되고 있다.
페로브스카이트 태양전지에서 페로브스카이트층이 일정 파장대(일반적으로 300~800nm)의 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키면, 전자 및 정공(hole, 홀)은 각각 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 및 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer)을 통해 각 전극으로 이동되어 전류가 발생한다. 따라서 페로브스카이트 태양전지가 흡수하여 전류를 생성할 수 있는 광의 파장대가 한정되어 있어, 광전변환 효율을 향상시키는 데 한계가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 페로브스카이트 태양전지가 흡수하여 전류를 생성할 수 있는 광의 파장대를 증가시킴으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는, 제1 파장의 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키는 페로브스카이트층을 포함하는 광전소자; 상기 광전소자 상에 배치되는 기판층; 및 상기 기판층 상에 배치되며, 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 광발광층을 포함한다.
상기 광발광층은 상기 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 양자점 화합물을 포함할 수 있다. 상기 양자점 화합물은 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴 텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), Cd1-xZnxSe1-ySy', CdSe/ZnS, 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 광발광층은 상기 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 유기화합물을 포함할 수 있다. 상기 유기화합물은 Ir(III) 복합체를 포함할 수 있다. 상기 Ir(III) 복합체는 Ir(ppy)3, Ir(TPSppy)3, Ir(ppyTPS)3, Ir(TPSppyTPS)3 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 광발광층은 카바졸 유도체를 포함할 수 있다. 상기 카바졸 유도체는 C36H24N2(CBP), C38H28N2, C40H26N4, C30H20N2 중 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 광전소자는, 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer); 상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 배치된 상기 페로브스카이트층; 상기 페로브스카이트층 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층; 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 배치된 제2 전극층을 포함할 수 있다.
상기 페로브스카이트층은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3-x, MAPbI3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3-x, HC(NH2)2PbIxBr3-x, HC(NH2)2PbClxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxCl3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbClxBr3-x로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 기판층은, 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 글래스, 석영, 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 파장은 350nm 이하일 수 있다.
상기 제2 파장은 300nm 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판층 상에 배치되는 광발광층에 의해, 페로브스카이트 태양전지가 흡수하여 전류를 생성할 수 있는 광의 파장대가 증가되므로 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 페로브스카이트의 화합물의 일 예인 CsPbI3의 광 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 단면 적층 구조를 나타낸다.
도 3은 광발광층으로 사용될 수 있는 Ir(III) 복합체들의 광 흡수 스펙트럼 및 광발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 광발광층으로 사용될 수 있는 CBP의 두께에 따른 광발광 휘도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 페로브스카이트의 화합물의 일 예인 CsPbI3의 광 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 도 1을 참조하면, CsPbI3는 약 300nm에서 800nm 파장대의 광을 흡수하는 것을 알 수 있다. 따라서 약 300nm보다 짧은 파장대의 광은 광전변환에 기여하지 못한다. 본 발명의 실시예에서는, 물질이 일정 파장대의 광을 흡수할 때 전자가 여기되어 그 에너지로 다른 파장의 광을 방출하는 광발광((Photoluminescence) 효과를 이용하여 광전변환 효율을 향상시키는 페로브스카이트 태양전지를 제안한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 단면 적층 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지(100)는, 광전소자(10), 상기 광전소자(10) 상에 배치된 기판층(20), 상기 기판층(20) 상에 배치된 광발광층(30)을 포함한다.
상기 기판층(20)은, 광을 통과시키는 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판층(20)은 원하는 파장의 광을 선별적으로 통과시키는 물질을 포함할 수 있다. 상기 기판층(20)은, 예를 들어 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide)와 같은 TCO(Transparent Conductive Oxide), 글래스, 석영, 또는 폴리머를 포함할 수 있고, 예를 들면, 상기 폴리머는 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판층(20)은, 예를 들어 200 μm 내지 150 μm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들면 125 μm의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 상기 기판층(20)의 재질 및 두께는 상기 기재된 내용에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 따라 적절히 선택될 수 있다.
광전소자(10)는, 제1 전극층(11), 상기 제1 전극층(11) 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer)(12), 상기 전자수송층 또는 정공수송층(12) 상에 배치된 페로브스카이트층(13), 상기 페로브스카이트층(13) 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층(14), 및 상기 정공수송층 또는 전자수송층(14) 상에 배치된 제2 전극층(15)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 전극층(15)은 상기 기판층(20)에 적층되어 형성될 수도 있고, 상기 기판층(20)과 일체로써 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극층(11) 및 상기 제2 전극층(15)은 각각 투광성을 갖는 도전성 소재로 형성될 수 있다. 투광성을 갖는 도전성 소재는, 예컨대 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재 및 금속성 소재 등을 포함할 수 있다. 투명 전도성 산화물로는, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), ICO(Indium Cerium Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), ZITO(Zinc Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), GITO(Gallium Indium Tin Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), ZnO 등이 사용될 수 있다. 탄소질 전도성 소재로는, 예컨대 그래핀 또는 카본나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 금속성 소재로는, 예컨대 금속(Ag) 나노 와이어, Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti와 같은 다층 구조의 금속 박막이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 투명이라는 용어는 빛을 일정 정도 이상 투과할 수 있는 것을 말하며, 반드시 완전한 투명을 의미하는 것으로 해석되지 않는다. 이상 설명한 물질들은 반드시 위에 설명한 실시예들에 한정되는 것은 아니고 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 그 구조 또한 단층 또는 다층이 될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제1 전극층(11)에는 제1 전극층(11)의 저항을 낮추고 전하의 전달을 더욱 용이하게 하기 위하여 버스전극(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 상기 버스 전극은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및/또는 이들의 화합물 등으로 형성될 수 있다.
상기 전자수송층(12)은 제1 전극층(11) 상에 위치하고, 페로브스카이트층(13)에서 생성된 전자가 제1 전극층(11)으로 용이하게 전달되도록 하는 기능을 할 수 있다. 전자수송층(12)은 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 예컨대 Ti 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, SrTi 산화물 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전자수송층(12)은 컴팩트한 구조의 TiO2, SnO2, WO3 또는 TiSrO3 등을 포함할 수도 있다. 이러한 전자수송층(12)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기 전자수송층(12) 상에는 페로브스카이트층(13)이 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지에서는,　태양광을 흡수하여 광전자-광정공 쌍을 생성하는 광활성 물질로　페로브스카이트 화합물을 채택하였다.　페로브스카이트는 직접형 밴드갭(direct band gap)을 가지면서 광흡수계수가 550nm에서 1.5ㅧ104cm-1 정도로 높고, 전하 이동 특성이 우수하며 결함에 대한 내성이 뛰어나다는 장점이 있다.
또한,　페로브스카이트　화합물은 용액의 도포 및 건조라는 극히 간단하고 용이하며 저가의 단순한 공정을 통해 광활성층을 이루는 광흡수체를 형성할 수 있는 장점이 있고, 도포된 용액의 건조에 의해 자발적으로 결정화가 이루어져 조대 결정립의 광흡수체 형성이 가능하며, 특히 전자와 정공 모두에 대한 전도도가 우수하다.
이러한 페로브스카이트　화합물은 하기의 화학식 1의 구조로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
ABX3
(여기서, A는 1가의 유기 암모늄 양이온 또는 금속 양이온, B는 2가의 금속 금속 양이온, X는 할로겐 음이온을 의미한다)
페로브스카이트　화합물은 예컨대, CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3-x, MAPbI3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3-x, HC(NH2)2PbIxBr3-x, HC(NH2)2PbClxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxCl3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbClxBr3-x　등이 사용될 수 있다(0≤x, y≤1). 또한, ABX3의 A에 Cs가 일부 도핑된 화합물도 사용될 수 있다.
한편, 상기 페로브스카이트층(13) 상에는 정공수송층(14)이 배치될 수 있다. 상기 정공수송층(14)을 통해 페로브스카이트층(13)에서 발생한 홀(정공)이 제2 전극층(15)으로 전달될 수 있다. 정공수송층(14)은 전도성 고분자를 포함할 수 있으며, 예컨대 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), 스파이로-미오타드(Spiro-MeOTAD: 2,2`,7`-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9`spirobifluorene), 폴리아닐린-캄포설폰산(PANI-CSA) 등이 사용될 수 있다. 이러한 정공수송층(14)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 전자수송층(12)/페로브스카이트층(13)/정공수송층(14)은 전술한 층간 구조 및/또는 물질 이외에도 페로브스카이트 태양전지를 구성하는 다양한 층 구조 및 물질이 적용될 수 있고, 상기 전자수송층(12)과 상기 정공수송층(14)은 서로 위치가 바뀌어 형성될 수도 있다.
상기 기판층(20) 상에는 광발광층(30)이 배치될 수 있다.
페로브스카이트층(13)은 제1 파장의 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시킨다. 여기서 제1 파장은 300nm 이상 800nm 이하, 또는 400nm 이상 800nm 이하일 수 있다.
한편, 상기 광발광층(30)은 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 광을 흡수하여, 광발광 현상에 의해 제1 파장의 광을 방출한다. 여기서 제2 파장은 350nm 이하 또는 300nm 이하일 수 있다.
광발광층(30)이 방출한 제1 파장의 광은 기판(20), 제2 전극층(15), 정공수송층 또는 전자수송층(14)을 통해 페로브스카이트층(13)으로 입사된다. 따라서 페로브스카이트층(13)은 외부로부터 입사된 제1 파장의 광 뿐만 아니라, 광발광층(30)이 제2 파장의 광으로부터 방출한 제1 파장의 광도 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키므로, 발생되는 전자 및 정공의 양이 그만큼 늘어나게 된다. 즉, 페로브스카이트 태양전지(100)가 흡수하여 전류를 생성할 수 있는 광의 파장대가 350nm 이하 또는 300nm 이하의 파장대로 증가되므로 광전변환 효율이 향상된다.
본 발명의 실시예와 같이 광발광층(30)을 기판층(20) 상에 배치하는 것 대신에, 광발광층을 제2 전극층(15)과 정공수송층 또는 전자수송층(14) 사이, 혹은 정공수송층 또는 전자수송층(14)과 페로브스카이트층(13) 사이에 배치할 수도 있겠으나, 그러면 기판층(20), 제2 전극층(15), 정공수송층 또는 전자수송층(14) 등이 먼저 제2 파장(예컨대 300nm 이하)의 광을 흡수하게 되어 광발광층에 전달되는 제2 파장의 광이 줄어들기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 광발광층(30)을 기판층(20) 상에 배치하는 경우 다른 층에 영향을 주지 않으므로 광발광층(30) 형성을 위한 용매 및 코팅 공정에 제한이 없다. 광발광층(30)은 예컨대, 스핀코팅(spin-coating), 닥터 블레이드(doctor blade), 미터링 로드(metering rod), 슬롯 캐스팅(slot-casting), 스프레이, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 등 다양한 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 광발광층(30)은, 상기 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 물질로, 양자점 화합물, 유기화합물, 또는 카바졸(Carbazole) 유도체 등으로 이루어질 수 있다.
양자점 화합물은 예를 들어, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴 텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), Cd1-xZnxSe1-ySy', CdSe/ZnS, 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상으로 이루어질 수 있다.
유기화합물은 예를 들어, OLED에 사용되는 인광 호스트 물질(phosphorescent host material) 또는 형광 호스트 물질(fluorescent host material)인 Ir(III) 복합체를 포함할 수 있다. Ir(III) 복합체는 예를 들어, Ir(ppy)3, Ir(TPSppy)3, Ir(ppyTPS)3, 또는 Ir(TPSppyTPS)3 등을 포함할 수 있다. 도 3은 Ir(III) 복합체들의 광 흡수 스펙트럼 및 광발광 스펙트럼을 나타낸다. Ir(III) 복합체들은 주로 약 350nm 이하의 광을 흡수하여(도 3의 (a) 참조), 주로 약 450nm 이상의 광을 방출하는 것을 알 수 있다.
카바졸 유도체는 예컨대 화학식 C36H24N2(CBP), C38H28N2, C40H26N4, C30H20N2 등으로 표시될 수 있다.
한편, 페로브스카이트층(13) 역시 300nm 근처 파장의 광을 일부 흡수하므로, 광발광층(30)은 페로브스카이트층(13)의 광 흡수를 방해하지 않도록 적절한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 광발광층(30)에서 방출된 광이 그 안에서 다시 흡수되는 재흡수 효과(reabsorption effect)로 인해, 발광 양이 광발광층(30)의 두께에 따라 증가하다가 일정 두께를 넘어서면 감소할 수 있다. 도 4는 광발광층(30)으로 사용될 수 있는 CBP의 두께에 따른 광발광 휘도를 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 광발광층(30)의 두께가 약 40 내지 45nm인 경우 최대 발광 휘도가 나타나고 45nm를 넘어가면 휘도가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서 광발광층(30)은, 최대 발광 휘도를 얻을 수 있거나, 그것의 일정 비율(예컨대 70% 이상)을 얻을 수 있는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 태양전지
10: 광전소자
20: 기판층
30: 광발광층
11: 제1 전극층
12: 전자수송층 또는 정공수송층
13: 페로브스카이트층
14: 정공수송층 또는 전자수송층
15: 제2 전극층

Claims (13)

  1. 제1 파장의 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키는 페로브스카이트층을 포함하는 광전소자;
    상기 광전소자 상에 배치되는 기판층; 및
    상기 기판층 상에 배치되며, 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 광발광층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광발광층은 상기 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 양자점 화합물을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양자점 화합물은 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴 텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), Cd1-xZnxSe1-ySy', CdSe/ZnS, 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광발광층은 상기 제2 파장의 광을 흡수하여 상기 제1 파장의 광을 방출하는 유기화합물을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유기화합물은 Ir(III) 복합체를 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Ir(III) 복합체는 Ir(ppy)3, Ir(TPSppy)3, Ir(ppyTPS)3, Ir(TPSppyTPS)3 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광발광층은 카바졸 유도체를 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카바졸 유도체는 C36H24N2(CBP), C38H28N2, C40H26N4, C30H20N2 중 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광전소자는,
    제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 전자수송층(ETL, Electron Transport Layer) 또는 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer);
    상기 전자수송층 또는 정공수송층 상에 배치된 상기 페로브스카이트층;
    상기 페로브스카이트층 상에 배치된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
    상기 정공수송층 또는 전자수송층 상에 배치된 제2 전극층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 페로브스카이트층은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3-x, MAPbI3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3-x, HC(NH2)2PbIxBr3-x, HC(NH2)2PbClxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxCl3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbClxBr3-x로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판층은, 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 글래스, 석영, 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장은 350nm 이하인 페로브스카이트 태양전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장은 300nm 이하인 페로브스카이트 태양전지.
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