KR20220145309A - Semi-transparent perovskite solar cell having amorphous oxide top electrode with high transparency and Method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가시광에서 적외선 영역까지 우수한 투과성 및/또는 저 저항값을 갖는 투명 산화물 전극을 페로브스카이트 광 활성층의 손상 없이 상부 전극으로 적용한 높은 에너지 변환효율의 반투명 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a perovskite solar cell, and more particularly, a transparent oxide electrode having excellent transmittance and/or low resistance in the visible to infrared region as an upper electrode without damage to the perovskite photoactive layer. It relates to a translucent perovskite solar cell with energy conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
페로브스카이트 태양전지는 염료 감응형 태양전지의 염료를 대체하여 유무기 할로겐화물을 광흡수체로 이용하는 소자로부터 개발이 시작되었으나, 최근 252%의 효율이 공인되는 등 급격한 효율 향상을 보여 크게 주목받고 있는 기술이다. The development of perovskite solar cells started from devices using organic/inorganic halides as light absorbers to replace dyes in dye-sensitized solar cells. there is a technique
특히, 광전환 효율 측면에서 기존의 실리콘 태양전지의 효율에 비견될 수 있을 만큼 높은 효율을 가지며, 저온에서 저가의 용액 공정으로 구현 가능하며, 반투명한 소자의 제작이 가능하기에 차세대 태양전지로서 큰 잠재력을 지니고 있다. In particular, in terms of light conversion efficiency, it has a high efficiency that can be compared to the efficiency of the existing silicon solar cell, can be implemented in a low-cost solution process at low temperature, and can be manufactured as a semi-transparent device, so it is a great solution as a next-generation solar cell. has potential.
특히, 이러한 반투명성을 이용해 단일 불투명 페로브스카이트 태양전지보다 더 높은 효율의 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 만드는 것이 가능하다. In particular, it is possible to use this translucency to make perovskite-silicon tandem solar cells with higher efficiency than single opaque perovskite solar cells.
또한, 반투명 태양전지를 건물의 외장에 유리 대신적용한다면 창문의 역할을 수행할 수 있으며, 건물의 외관 중 넓은 면적에 설치가 가능하므로 기존의 불투명한 태양전지보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있어 최근 주목을 받고있다. 하지만, 이러한 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위해서는 극복해야 할 여러 가지 기술적 문제가 남아있다. In addition, if a translucent solar cell is applied to the exterior of a building instead of glass, it can serve as a window and can be installed in a large area of the exterior of the building, so it has the advantage of producing more energy than the existing opaque solar cell. There has been a lot of attention recently. However, for the commercialization of such perovskite solar cells, several technical problems to be overcome remain.
선행기술들의 경우, 페로브스카이트 광 활성층 및 전하 수송층 제조 이후 고진공에서 진공 열 증발기로 증착한 금속 전극이나 고온/고에너지의 스퍼터링 공정으로 전도성 투명 산화물 전극을 증착하는 방법이 주로 쓰였다. 그러나, 금속 전극의 경우에는 반투명 태양전지의 구현이 불가능하며 금속의 산화나 이온 이동으로 인한 염 발생으로 장기간에 걸쳐 소자의 열화가 발생하는 문제점이 있다.In the case of the prior art, a metal electrode deposited with a vacuum thermal evaporator in a high vacuum after manufacturing the perovskite photoactive layer and the charge transport layer, or a method of depositing a conductive transparent oxide electrode by a high-temperature/high-energy sputtering process was mainly used. However, in the case of a metal electrode, it is impossible to realize a translucent solar cell, and there is a problem in that the device deteriorates over a long period of time due to salt generation due to metal oxidation or ion migration.
또한, 심미성이 떨어지는 불투명한 태양전지만 제작할 수 있어 그 사용 및 응용이 제한되는 문제가 있다.In addition, there is a problem in that only an opaque solar cell with poor aesthetics can be manufactured, so that its use and application are limited.
또한, 전도성 투명 산화물 전극의 경우에는 고온/고에너지로 인한 광 활성층 손상, 전하 수송층 손상, 태양전지 효율 저하의 문제가 있고, 이러한 문제를 막기 위하여 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정을 통한 버퍼층(buffer layer)을 도입한 경우는 추가적 공정에 따른 생산성 및/또는 경제성 저하 등의 문제가 있었다.In addition, in the case of a conductive transparent oxide electrode, there are problems of damage to the photoactive layer, damage to the charge transport layer, and reduction in solar cell efficiency due to high temperature/high energy. ), there was a problem such as a decrease in productivity and/or economic feasibility due to the additional process.
특히, 이러한 스퍼터링 공정 기반 투명전극의 단점들을 해결하기 위해 소자의 손상 없이 성막할 수 있는 저 손상 증착 장비인 진공 열 증발기를 사용한 초박형 금속 전극, 산화물/금속/산화물 다층 투명 전극 또는 용액 공정을 이용한 은 나노 와이어 전극, 그래핀 전극, 전도성 폴리머 전극 등 다양한 접근이 이루어져 왔으나, 이들 전극은 상대적으로 낮은 에너지전환효율, 생산성, 환경 안전성 등의 문제와 소자의 짧은 수명이라는 과제를 안고 있다.In particular, in order to solve the disadvantages of such a sputtering process-based transparent electrode, an ultra-thin metal electrode using a vacuum thermal evaporator, a low-damage deposition equipment that can form a film without damage to the device, an oxide/metal/oxide multilayer transparent electrode, or silver using a solution process Various approaches have been made, such as nanowire electrodes, graphene electrodes, and conductive polymer electrodes, but these electrodes have problems such as relatively low energy conversion efficiency, productivity, environmental safety, and short lifespan of the device.
부연하면, 기존 선행기술들의 경우, 금속 상부 전극을 사용하므로 심미성이 떨어지는 불투명한 태양전지만 제작할 수 있어 건물 일체형 태양광 발전(BIPV: Building-integrated photovoltaics)에 적용하는데 한계점을 가지고 있었다. 또한, 투명 산화물을 상부 전극으로 적용하는 경우는 증착 공정에서 발생하는 페로브스카이트 태양전지 소자의 열화로 인하여, 낮은 효율과 안전성, 짧은 소자 수명 등의 문제가 있었다.In other words, in the case of the existing prior art, since only an opaque solar cell with poor aesthetics can be manufactured because a metal upper electrode is used, it has a limitation in application to building-integrated photovoltaics (BIPV). In addition, when a transparent oxide is applied as an upper electrode, there are problems such as low efficiency, safety, and short device lifespan due to deterioration of the perovskite solar cell device generated in the deposition process.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 상대적으로 안정성과 수명이 긴 높은 투과도와 전도성을 동시에 지니는 투명 전도성 산화물이 상부 투명전극의 재료로 가장 적합하다고 할 수 있다. 또한, 이를 태양전지의 상부에 직접 스퍼터링하여도 소자의 손상 없이 전극을 증착할 수 있으며, 기존 진공 양산 장비와 높은 호환성 및 생산성을 가지는 수평 대향 타겟 스퍼터링 공정이 적합하다고 할 수 있다.Therefore, in order to solve this problem, it can be said that a transparent conductive oxide having high transmittance and conductivity with relatively long stability and long life is most suitable as a material for the upper transparent electrode. In addition, the electrode can be deposited without damage to the device even by sputtering it directly on the upper part of the solar cell, and it can be said that a horizontally opposed target sputtering process with high compatibility and productivity with existing vacuum mass production equipment is suitable.
그러나, 일반적인 인듐 주석 산화물 투명전극을 수평 대향 타겟 스퍼터링 공정으로 성막할 경우, 결정화도가 낮아 전기적, 광학적 특성이 떨어지며 이를 개선하기 위해 추가적인 열처리가 필요한 문제가 있어 부적합하기에, 비정형에서도 우수한 고투과, 저저항 특성을 가지는 대향 타겟 스퍼터링 공정용 투명 산화물 전극 소재의 개발이 요구된다.However, when a general indium tin oxide transparent electrode is formed by a horizontally opposed target sputtering process, the crystallinity is low, so electrical and optical properties are poor, and there is a problem that additional heat treatment is required to improve it. It is required to develop a transparent oxide electrode material for the opposite target sputtering process having characteristics.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 페로브스카이트의 흡광 영역대인 가시광 영역과 실리콘 태양전지의 흡광 영역대인 적외선 영역까지 우수한 투과성을 가져 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 구성이 가능하며, 고 투과도 및 저 저항값을 가지는 투명 산화물 전극을 페로브스카이트 태양전지의 상부 전극으로 적용하여 심미성과 에너지 변환효율이 높은 에너지 변환효율의 반투명 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems according to the above background art, and has excellent transmittance to the visible light region, which is the absorption region of perovskite, and the infrared region, which is the absorption region of the silicon solar cell, so that the perovskite-silicon tandem solar A translucent perovskite solar cell with high energy conversion efficiency with high esthetics and high energy conversion efficiency by applying a transparent oxide electrode with high transmittance and low resistance as the upper electrode of the perovskite solar cell and An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the same.
또한, 본 발명은 비정형에서도 우수한 고투과, 저저항 특성을 가지는 대향 타겟 스퍼터링 공정용 투명 산화물 전극 소재가 적용되는 반투명 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a translucent perovskite solar cell to which a transparent oxide electrode material for a counter-target sputtering process having excellent high-transmission and low-resistance characteristics even in an amorphous form is applied, and a method for manufacturing the same.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 페로브스카이트의 흡광 영역대인 가시광 영역과 실리콘 태양전지의 흡광 영역대인 적외선 영역까지 우수한 투과성을 가져 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 구성이 가능하며, 고 투과도 및 저 저항값을 가지는 투명 산화물 전극을 페로브스카이트 태양전지의 상부 전극으로 적용하여 심미성과 에너지 변환효율이 높은 에너지 변환효율의 반투명 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.The present invention has excellent transmittance to the visible light region, which is the absorption region of perovskite, and the infrared region, which is the absorption region of the silicon solar cell, in order to achieve the task presented above, so that a perovskite-silicon tandem solar cell can be constructed. , to provide a translucent perovskite solar cell with high energy conversion efficiency with high esthetics and energy conversion efficiency by applying a transparent oxide electrode having high transmittance and low resistance as the upper electrode of the perovskite solar cell.
상기 반투명 페로브스카이트 태양전지는,The translucent perovskite solar cell,
반투명 페로브스카이트 태양전지로서, A translucent perovskite solar cell comprising:
하부 투명 기판;a lower transparent substrate;
상기 하부 투명 기판의 상부면에 형성되는 하부 투명 전극;a lower transparent electrode formed on the upper surface of the lower transparent substrate;
상기 하부 투명 전극의 상부면에 형성되는 정공 수송층;a hole transport layer formed on an upper surface of the lower transparent electrode;
상기 정공 수송층의 상부면에 형성되며, 페로브스카이트로 형성되는 광 활성층;a photoactive layer formed on an upper surface of the hole transport layer and formed of perovskite;
상기 광 활성층의 상부면에 형성되는 전자 수송층; 및an electron transport layer formed on an upper surface of the photoactive layer; and
상기 전자 수송층의 상부면에 형성되는 상부 투명 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.and an upper transparent electrode formed on the upper surface of the electron transport layer.
또한, 상기 상부 투명 전극은 저온 저에너지 증착 공정을 이용하여 성막되는 고투과도 및 저저항의 비정형 산화물 도전막을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper transparent electrode is characterized in that it includes an amorphous oxide conductive film of high transmittance and low resistance that is formed using a low-temperature and low-energy deposition process.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막은 산화인듐, 치환형 도펀트인 갈륨 및 티타늄을 함유하는 IGTO (Indium-Gallium-Titanium-Oxide)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide conductive layer is characterized in that it is made of IGTO (Indium-Gallium-Titanium-Oxide) containing indium oxide, gallium and titanium as substitution-type dopants.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막은 상기 저온 저에너지 증착 공정을 위해 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비를 이용하여 상기 전자 수송층의 상부면에 손상없이 증착되는 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide conductive layer is characterized in that it is deposited without damage to the upper surface of the electron transport layer by using a horizontally opposed target sputtering equipment for the low-temperature low-energy deposition process.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막은 고에너지 입자 및 전자를 포함하는 플라즈마 영역이 수평으로 마주보는 2개의 타겟뒤에 있는 자석으로 인해 발생하는 자기장에 의해 2개의 상기 타겟 사이에 구속되어 상기 전자 수송층에 미치는 영향을 감소시키는 저온 저손상 공정이 가능한 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비를 사용하여 성막되는 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide conductive film is constrained between the two targets by a magnetic field generated by a magnet behind the two targets in which a plasma region containing high-energy particles and electrons is horizontally facing each other, thereby affecting the electron transport layer. It is characterized in that the film is formed using a horizontally opposed target sputtering equipment capable of a low-temperature, low-damage process that reduces.
또한, 상기 IGTO는 산화 인듐으로 이루어지고 상기 치환형 도펀트인 티타늄의 함유량이 Ti/In 원자수비로 0.005-0.05인 것을 특징으로 한다.In addition, the IGTO is made of indium oxide and the content of titanium as the substitutional dopant is 0.005-0.05 in Ti/In atomic ratio.
또한, 상기 IGTO는 산화 인듐으로 이루어지고 상기 치환형 도펀트인 갈륨의 함유량이 Ga/In 원자 수비로 0.005-0.05인 것을 특징으로 한다.In addition, the IGTO is made of indium oxide, and the content of gallium, which is the substitutional dopant, is characterized in that the Ga/In atom ratio is 0.005-0.05.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막을 이루는 비정형 산화물은 X-선 회절 측정을 통해 산화 인듐, 산화 티타늄, 및 산화 갈륨중 어느 하나의 결정상이 검출되지 않는 산화물인 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide constituting the amorphous oxide conductive film is an oxide in which a crystal phase of any one of indium oxide, titanium oxide, and gallium oxide is not detected through X-ray diffraction measurement.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막은 산소 조절하에 성막되며, 상기 저저항은 1×10-3Ωcm 이하의 값인 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide conductive film is formed under oxygen control, and the low resistance is 1×10 -3 Ωcm or less.
또한, 상기 산소 조절은 산소 유량이 0.3sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)인 것을 특징으로 한다.In addition, the oxygen control is characterized in that the oxygen flow rate is 0.3 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute).
또한, 상기 비정형 산화물 도전막의 두께는 500nm 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the amorphous oxide conductive film is characterized in that less than 500nm.
또한, 상기 비정형 산화물 도전막은 400nm에서 1200nm까지의 범위의 파장에서 빛의 평균 투과도가 상기 비정형 산화물 도전막 그 자체에 대해 적어도 80% 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the amorphous oxide conductive film is characterized in that the average transmittance of light at a wavelength ranging from 400 nm to 1200 nm is at least 80% or more of that of the amorphous oxide conductive film itself.
또한, 상기 정공 수송층(130)의 두께는 10 내지 300nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the
또한, 상기 광 활성층의 두께는 100 내지 500nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the photoactive layer is characterized in that 100 to 500nm.
또한, 상기 전자 수송층의 두께는 10 내지 300nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the electron transport layer is characterized in that 10 to 300nm.
또한, 상기 하부 투명 전극은 산화 인듐 주석(ITO), 산화 불소 주석(FTO), 산화 인듐 아연(IZO), 인듐, 산화알루미늄 아연(AZO), 산화 인듐 아연 주석(IZTO), 산화 인듐 갈륨 티타늄(IGTO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 투명 전도성 산화물인 것을 특징으로 한다.In addition, the lower transparent electrode includes indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), indium zinc oxide (IZO), indium, aluminum zinc oxide (AZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium gallium titanium oxide ( IGTO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), and magnesium oxide (MgO), characterized in that the transparent conductive oxide containing at least one selected from the group consisting of.
또한, 상기 정공 수송층은 Ni 산화물, Cu 산화물, CuI, CuSCN을 포함하는 금속 산화물과 Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6-trimethylphenyl)amine]을 포함하는 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the hole transport layer is a metal oxide containing Ni oxide, Cu oxide, CuI, CuSCN and Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine) -9,9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6- trimethylphenyl)amine], characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of monomolecular and polymeric materials containing.
또한, 상기 광 활성층은 하기 화학식1 또는 화학식2로 표시되는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the photoactive layer is characterized in that it consists of a compound represented by the following formula (1) or formula (2).
[화학식 1][Formula 1]
ABX3 ABX 3
[화학식 1][Formula 1]
A2BX4 A 2 BX 4
상기 화학식1 및 화학식2에서, A는 아민기가 치환되는 C1-20의 직쇄 혹은 측쇄 알킬 금속이온 또는 알칼리 금속이온 및 상기 알킬 금속이온 및 알칼리 금속이온의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1가의 양이온을 포함하고, B는 Pb2+, Sn2+,Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+ 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온이다.In
또한, 상기 전자 수송층은 Zn산화물, In산화물, Sn산화물, Ti산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Zr산화물, V산화물, Ga산화물, Al 산화물을 포함하는 금속 산화물과 BCP[Bathocuproine], C60, ICBA[indene-C60 bisadduct], PCBM[[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester]을 포함하는 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electron transport layer is a metal oxide including Zn oxide, In oxide, Sn oxide, Ti oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Zr oxide, V oxide, Ga oxide, Al oxide and BCP [Bathocuproine] ], C60, ICBA [indene-C60 bisadduct], PCBM [[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester] characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of monomolecular and polymeric materials. .
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 반투명 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법으로서, (a) 하부 투명 기판를 준비하는 단계; (b) 상기 하부 투명 기판의 상부면에 하부 투명 전극이 형성되는 단계; (c) 상기 하부 투명 전극의 상부면에 정공 수송층이 형성되는 단계; (d) 상기 정공 수송층의 상부면에 페로브스카이트로 광 활성층이 형성되는 단계; (e) 상기 광 활성층의 상부면에 전자 수송층이 형성되는 단계; 및 (f) 상기 전자 수송층의 상부면에 상부 투명 전극이 형성되는 단계;를 포함하며, 상기 상부 투명 전극은 저온 저에너지 증착 공정을 이용하여 성막되는 고투과도 및 저저항의 비정형 산화물 도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고투과도 비정형 산화물 상부 전극을 갖는 반투명 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a translucent perovskite solar cell, comprising the steps of: (a) preparing a lower transparent substrate; (b) forming a lower transparent electrode on the upper surface of the lower transparent substrate; (c) forming a hole transport layer on the upper surface of the lower transparent electrode; (d) forming a photoactive layer of perovskite on the upper surface of the hole transport layer; (e) forming an electron transport layer on the upper surface of the photoactive layer; and (f) forming an upper transparent electrode on the upper surface of the electron transport layer, wherein the upper transparent electrode includes an amorphous oxide conductive film of high transmittance and low resistance that is formed using a low-temperature low-energy deposition process. It provides a method of manufacturing a translucent perovskite solar cell having a high-transmittance amorphous oxide top electrode, characterized in that.
또한, 상기 (a) 단계는, 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide)이 코팅된 유리 기판을 증류수 및 아이소프로필알코올로 세척하는 단계; 및 세척된 상기 유리 기판에 UV-오존(ozone)으로 30분간 처리하여 하부 투명전극을 준비하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (a) comprises: washing the glass substrate coated with indium doped tin oxide (ITO) with distilled water and isopropyl alcohol; and preparing the lower transparent electrode by treating the washed glass substrate with UV-ozone for 30 minutes.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 하부 투명전극의 상부면에 산화니켈(NiO) 전구체 용액을 4000rpm의 회전속도로 40초간 스핀코팅하는 단계; 및 상기 산화니켈 전구체 용액을 280℃에서 1시간 동안 열처리를 하여 정공 수송층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (b), spin coating a nickel oxide (NiO) precursor solution on the upper surface of the lower transparent electrode at a rotation speed of 4000 rpm for 40 seconds; and heat-treating the nickel oxide precursor solution at 280° C. for 1 hour to form a hole transport layer.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 정공 수송층의 상부면에 페로브스카이트 전구체 용액을 500rpm의 회전속도로 5초, 5000rpm의 회전속도로 45초간 스핀코팅하는 단계; 및 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 120℃에서 10분간 열처리를 하여 광 활성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (c), spin coating the perovskite precursor solution on the upper surface of the hole transport layer at a rotation speed of 500 rpm for 5 seconds and a rotation speed of 5000 rpm for 45 seconds; and heat-treating the perovskite precursor solution at 120° C. for 10 minutes to form a photoactive layer.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 광 활성층의 상부면에 플러렌 유도체[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PCBM) 용액을 6000rpm의 회전속도로 50초간 스핀코팅하는 단계; 상기 플러렌 유도체 용액을 100℃에서 20분 열처리를 하고 상기 플러렌 유도체 용액위에 산화아연(ZnO) 나노입자 용액을 500rpm의 회전속도로 5초간, 5000rpm의 회전속도로 45초간 스핀코팅하는 단계; 및 100℃에서 20분 열처리를 하여 전자 수송층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (d), spin coating a fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) solution on the upper surface of the photoactive layer at a rotation speed of 6000 rpm for 50 seconds; heat-treating the fullerene derivative solution at 100° C. for 20 minutes, and spin-coating a zinc oxide (ZnO) nanoparticle solution on the fullerene derivative solution for 5 seconds at a rotation speed of 500 rpm and for 45 seconds at a rotation speed of 5000 rpm; and performing heat treatment at 100° C. for 20 minutes to form an electron transport layer.
또한, 상기 전자 수송층은 이중 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the electron transport layer is characterized in that it has a double structure.
본 발명의 효과에 따르면, 반투명 페로브스카이트 태양전지용 투명 상부전극을 제조할 수 있다. According to the effect of the present invention, it is possible to manufacture a transparent upper electrode for a translucent perovskite solar cell.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 이를 통해 기존의 금속 상부 전극을 사용하는 심미성이 떨어져 설치가 되는 불투명 페로브스카이트 태양전지로부터 벗어날 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to deviate from the opaque perovskite solar cell that is installed due to poor aesthetics using the existing metal upper electrode.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 고투과, 저저항 상부 전극의 저온/저손상 스퍼터링 공정으로 실현할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it can be realized by a low-temperature/low-damage sputtering process of a high-transmission, low-resistance upper electrode.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 태양전지의 효율, 안정성 및 수명 등도 늘릴 수 있으므로 반투명 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to advance the commercialization of the translucent perovskite solar cell because the efficiency, stability and lifespan of the solar cell can be increased.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 반투명 페로브스카이트 태양전지의 특성상, 우수한 심미성을 가진 건물 일체형 태양광 발전시스템의 구축 및 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 구성이 가능하여 고효율의 태양전지 구현이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, due to the characteristics of the translucent perovskite solar cell, it is possible to construct a building-integrated solar power generation system with excellent aesthetics and to construct a perovskite-silicon tandem solar cell, so a high-efficiency solar cell Implementation is possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제작 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부 전극 제조시 사용하는 저온/저손상 증착 공정 장비인 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비를 나타낸 개념도이다.
도 4 내지 도 6은 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO(indium gallium tin oxide) 도전막의 성막시 Ar/O2 가스 유량비에 따른 산소 공공(Oxygen Vacancy) 농도의 변화와 그로 인한 광학적, 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막의 성막시 도전막의 두께에 따른 광학적, 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막의 성막시, 수평대향 타겟 스퍼터링을 이용한 것과 기존의 DC(Direct Current) 스퍼터를 이용한 것의 결정성 차이를 X선 회절 분석법(XRD:X-ray Diffraction)으로 측정한 것을 나타낸 화면예이다.
도 10 내지 도 12는 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막을 비행시간형 2차 이온 질량 분석기(ToF-SIMS: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)를 이용하여 분석한 구성 성분을 나타내는 것을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예 및 비교예 1과 비교예2를 통해 제작된 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(Power conversion efficiency, PCE) 및 전류-전압(J-V) 곡선을 나타낸 그래프이다.1 is an assembled perspective view of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart showing a manufacturing process of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a horizontally opposed target sputtering equipment, which is a low-temperature/low-damage deposition process equipment used in manufacturing an upper electrode according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 show changes in the concentration of oxygen vacancy according to the Ar/O 2 gas flow ratio when an indium gallium tin oxide (IGTO) conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step S250 shown in FIG. 2 is formed. and the resulting change in optical and electrical properties.
7 and 8 are graphs showing changes in optical and electrical properties according to the thickness of the conductive film during the formation of the IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 .
9 is an X-ray diffraction of the crystallinity difference between using horizontally opposed target sputtering and conventional DC (Direct Current) sputtering when forming an IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. It is an example of a screen showing what was measured by the analysis method (XRD: X-ray Diffraction).
10 to 12 show an IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). It is a graph showing the composition of the analyzed components.
13 is a graph showing the photoelectric conversion efficiency (PCE) and current-voltage (JV) curves of the perovskite solar cells prepared in an embodiment of the present invention and Comparative Examples 1 and 2; .
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, it includes not only the case where it is "directly on" another part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. Also, when it is said that a part is formed "whole" on another part, it means that it is formed not only on the entire surface (or front) of the other part, but also on a part of the edge.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과도 비정형 산화물 상부 전극을 갖는 반투명 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a translucent perovskite solar cell having a high transmittance amorphous oxide upper electrode and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지(100)의 조립 사시도이다. 도 1을 참조하면, 페로브스카이트 태양전지(100)는, 하부 투명 기판(110), 투명 기판(110)의 상부면에 형성되는 하부 투명 전극(120), 하부 투명 전극(120)의 상부면에 형성되는 정공 수송층(130), 정공 수송층(130)의 상부면에 형성되는 광 활성층(140), 광 활성층(140)의 상부면에 형성되는 전자 수송층(150), 전자 수송층(150)의 상부면에 형성되는 상부 투명 전극(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1 is an assembled perspective view of a perovskite
하부 투명 기판(110)은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기판은 유리(glass) 기판, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenenaphthelate), PP(polypropylene),PI(polyamide), TAC(tri acetyl cellulose), PES(polyethersulfone) 등을 포함하는 플라스틱 중 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판, 알루미늄 포일(aluminum foil), 스테인리스 스틸 포일(stainlessteel foil) 중 어느 하나를 포함하는 플렉서블(flexible) 기판 등을 이용할 수 있다.The lower
하부 투명 전극(120)은 투명전극으로는 투명 전도성 산화물층의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 산화 인듐 주석(ITO), 산화 불소 주석(FTO), 산화 인듐 아연(IZO), 인듐, 산화 알루미늄 아연(AZO), 산화 인듐 아연 주석(IZTO), 산화 인듐 갈륨 티타늄(IGTO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 ITO 혹은 이를 포함하는 투명 산화물 전극이 사용될 수 있다. For the lower
정공 수송층(130)은 업계에서 사용되는 물질이면 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들면, Ni 산화물, Cu 산화물, CuI, CuSCN 등의 금속산화물과 Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren],PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6-trimethylphenyl)amine]등의 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.The
광 활성층(140)은 주로 페로브스카이트(Perovskite)로 이루어진다. 광 활성층 형성을 위하여, 상기 요오드화 메틸암모늄(Methyl Ammonium Iodide, MAI), 요오드화포름아미디늄(Formamidinium Iodide, FAI) 등의 유무기 할라이드 화합물과 요오드화납(PbI2) 등의 할로겐화 금속 화합물을 N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 감마-부티로락톤(Gamma-butyrolactone, GBL), 1-메틸-2-피롤리돈(1-Methyl-2-pyrolidinone),N,N-N,N-디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸술폭시드(Dimethylsulfoxide, DMSO)와 같은 용매에 용해시킨 전구체 용액을 제조할 수 있다. The
페로브스카이트 전구체 용액의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 안정적으로 재현성 있게 페로브스카이트층을 제조하는 측면에서, 페로브스카이트 전구체 용액은 유무기 할로겐화물이 전체 용액에서 10 내지 60 중량부로 구성하는 것이 바람직할 수 있다.The concentration of the perovskite precursor solution is not particularly limited, but in terms of stably and reproducibly preparing the perovskite layer, the perovskite precursor solution contains 10 to 60 parts by weight of organic-inorganic halides in the total solution. may be desirable.
전자 수송층(150)은 Zn산화물, In산화물, Sn산화물, Ti산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Zr산화물, V산화물, Ga산화물, Al산화물과 같은 금속산화물과 BCP[Bathocuproine], C60, ICBA[indene-C60 bisadduct], PCBM[[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester]등의 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 물질을 들 수 있다.The
상기 전자 전도성 금속 산화물의 나노입자를 에탄올, 이소프로필 알코올 등의 용매에 첨가하여 전자 수송층 용액을 제조할 수 있으며, 이를 스핀 코팅방법으로 페로브스카이트 광 활성층상에 도포하고 열처리를 하여 성막할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 형성된 정공 수송층(130)의 두께는 약 10 내지 300nm일 수 있다.The electron transport layer solution can be prepared by adding the nanoparticles of the electron conductive metal oxide to a solvent such as ethanol or isopropyl alcohol. However, the present invention is not limited thereto. The thickness of the formed
상부 투명 전극(160)은 투명전극으로는 투명 전도성 산화물층의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 산화 인듐 주석(ITO), 산화 불소 주석(FTO), 산화 인듐 아연(IZO), 인듐, 산화 알루미늄 아연(AZO), 산화 인듐 아연 주석(IZTO), 산화 인듐 갈륨 티타늄(IGTO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 ITO 혹은 이를 포함하는 투명 산화물 전극이 사용될 수 있다.For the upper
도 1에서는 역구조의 태양전지를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 정구조에서도 본 발명의 일실시예가 적용될 수 있다. 즉, 전자 수송층이 하부 투명 전극의 상부면에 형성되고, 정공 수송층이 광 활성층의 상부면에 형성될 수 있다.Although FIG. 1 illustrates a solar cell having an inverted structure, the present invention is not limited thereto, and an embodiment of the present invention may also be applied to a normal structure. That is, the electron transport layer may be formed on the upper surface of the lower transparent electrode, and the hole transport layer may be formed on the upper surface of the photoactive layer.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제작 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 하부 투명 기판(110)의 상부면에 하부 투명 전극(120)이 형성된다(단계 S210). 2 is a flowchart showing a manufacturing process of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the lower
이후, 하부 투명 전극(120)의 상부면에 정공 수송층(120)이 형성된다(단계 S220). 정공 수송층(120)은 광 활성층(140)에서 생성되는 정공(hole)을 전극으로 전달하는 역할을 한다. 정공 수송층은 상기 정공수송물질을 하부 투명전극 상에 스핀 코팅 방법으로 도포하고 열처리를 하여 성막할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 성막 전에 하부 투명전극의 전처리를 통해 정공 수송층 코팅 용액의 도포시 젖음성 향상 또는 전극 표면의 일함수 조절로 전기적 특성의 개선이 이루어질 수 있다. 이를 통해 형성된 정공수송층의 두께는 10 내지 300nm 일 수 있다.Thereafter, the
이후, 정공 수송층(130) 상에 아래 화학식으로 구성되는 페로브스카이트의 광 활성층(140)이 형성될 수 있다(단계 S230). 이는 태양전지 소자 중 가장 핵심 부분로서, 다음 화학식과 같다.Thereafter, a
상기 화학식 1에서, A는 아민기가 치환된 C1-20의 직쇄 혹은 측쇄 알킬 또는 알칼리 금속이온 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1가의 양이온을 포함하고, B은 Pb2+, Sn2+,Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+ 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온이다.In
광 활성층(140)의 형성을 위하여, 상기 요오드화 메틸암모늄(Methyl Ammonium Iodide, MAI), 요오드화포름아미디늄(Formamidinium Iodide, FAI) 등의 유무기 할라이드 화합물과 요오드화납(PbI2) 등의 할로겐화 금속 화합물을 N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 감마-부티로락톤(Gamma-butyrolactone, GBL), 1-메틸-2-피롤리돈(1-Methyl-2-pyrolidinone), N,N-N,N-디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸술폭시드(Dimethylsulfoxide, DMSO)와 같은 용매에 용해시킨 전구체 용액을 제조할 수 있다.In order to form the
페로브스카이트 전구체 용액의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 안정적으로 재현성 있게 페로브스카이트로 형성되는 광 활성층(140)을 제조하는 측면에서, 페로브스카이트 전구체 용액은 유무기 할로겐화물이 전체 용액에서 10 내지 60중량부로 구성하는 것이 바람직할 수 있다.The concentration of the perovskite precursor solution is not particularly limited, but in terms of producing the
본 발명의 일 예에 있어, 페로브스카이트 전구체 용액을 기재 상에 도포하고 열처리하여 페로브스카이트의 광 활성층(140)을 형성하는 단계는 당업계에서 사용되는 통상적인 방법을 통해 수행할 수 있다. In one example of the present invention, the step of forming the
상세하게, 도포는 반도체 공정에서 사용되는 통상의 액상 도포 방법이면 사용가능하나, 균일도, 대면적 코팅의 용이성 등의 측면에서 스핀 코팅을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 균일한 막의 형성을 위해 회전속도는 약 500 내지 6000rpm을 사용하는 것이 좋으며, 스핀 코팅 초반에 코팅 용액의 유실을 방지하기 위하여 상이한 회전속도로 2회 이상으로 수행될 수 있다. In detail, the coating can be used as long as it is a common liquid coating method used in the semiconductor process, but it is preferable to use spin coating in terms of uniformity, ease of coating over a large area, and the like. At this time, it is preferable to use a rotation speed of about 500 to 6000 rpm for the formation of a uniform film, and in order to prevent loss of the coating solution at the initial stage of spin coating, it may be performed twice or more at different rotation speeds.
상기, 도포된 페로브스카이트 전구체 용액의 건조(또는 어닐링)를 위한 열처리는 용액이 충분히 건조되며, 페로브스카이트 구조가 안정적으로 유지될 수 있는 온도라면 특별히 한정하지 않는다. 바람직하게는, 약 130℃ 이하의 온도에서 약 10분 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 이처럼 낮은 온도로 열처리를 하여 페로브스카이트 광 활성층의 분해를 막고 안정적인 구조로 형성할 수 있다. 형성된 광 활성층의 두께는 약 50 내지 500nm일 수 있다.The heat treatment for drying (or annealing) of the applied perovskite precursor solution is not particularly limited as long as the solution is sufficiently dried and the temperature at which the perovskite structure can be stably maintained. Preferably, it may be carried out at a temperature of about 130° C. or less for about 10 to 30 minutes. By heat treatment at such a low temperature, the decomposition of the perovskite photoactive layer can be prevented and a stable structure can be formed. The thickness of the formed photoactive layer may be about 50 to 500 nm.
도 2를 계속 참조하면, 이후 광 활성층(140)의 상부면에 전자 수송층(150)이 형성된다(단계 S240). 전자 수송층(150)은 광 활성층(140)에서 생성되는 전자를 전극으로 전달하는 역할을 한다. 전자 전도성 금속 산화물의 나노입자를 에탄올, 이소프로필 알코올 등의 용매에 첨가하여 전자 수송층 용액을 제조할 수 있으며, 이를 스핀 코팅방법으로 페로브스카이트 광 활성층 상에 도포하고 열처리를 하여 성막할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 형성된 전자 수송층의 두께는 약 10 내지 300nm일 수 있다.2 , thereafter, the
이후, 전자 수송층(150)의 상부면에 상부 투명 전극(160)이 형성된다(단계 S250). 부연하면, 저온 저에너지 증착 공정인 수평 대향 타겟 스퍼터링으로 고 투과도 및 저 저항을 가지는 비정형 산화물 도전막이 전자 수송층(150) 및 광 활성층(140)의 손상없이 형성된다.Thereafter, the upper
비정형 산화물 도전막은 고투과도 및/또는 저저항의 특성을 갖는다. 비정형 산화물 도전막의 기술 구성은 산화 인듐으로 주로 이루어지고 갈륨과 티타늄을 함유하며, 갈륨의 함유량이 Ga/In 원자수비로 약 0.005-0.05이고, 티타늄의 함유량이 Ta/In 원자수비로 약 0.005-0.05로, 높은 산화물 결합에너지를 가지는 갈륨과 티타늄을 사용해 산소 공공의 양을 줄여 투과도를 증가시킨다. The amorphous oxide conductive film has characteristics of high transmittance and/or low resistance. The technical composition of the amorphous oxide conductive film is mainly made of indium oxide and contains gallium and titanium. The content of gallium is about 0.005-0.05 in terms of Ga/In atomic ratio, and the content of titanium is about 0.005-0.05 in Ta/In atomic ratio. Therefore, by using gallium and titanium with high oxide binding energy, the amount of oxygen vacancies is reduced to increase the permeability.
특히, 전자 이동도와 전자 농도를 동시에 증가시키는 티타늄으로 인해 낮은 비저항을 가져, 기존에 사용되던 도펀트 이온인 주석과 같이 함유량을 늘려 전자 농도를 증가시키면 전자 이동도가 감소한다. 이와 달리, 함유량을 줄이면 전자농도가 줄고, 전자 이동도가 증가하여 비저항의 감소를 이루기 어려운 문제를 해결할 수 있다.In particular, due to titanium, which simultaneously increases electron mobility and electron concentration, it has a low specific resistance, and as in the case of tin, which is a dopant ion used in the prior art, when the electron concentration is increased by increasing the content, the electron mobility is decreased. On the other hand, if the content is reduced, the electron concentration is decreased and the electron mobility is increased, so that it is difficult to achieve a decrease in the specific resistance can be solved.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부 전극 제조시 사용하는 저온/저손상 증착 공정 장비인 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비(300)를 나타낸 개념도이다. 도 3을 참조하면, 기존의 일반적인 DC 마그네트론 스퍼터링은 기판이 플라즈마의 영향에 직접적으로 노출되기에 플라즈마로 인한 고열과 손상을 피할 수 없는 문제점이 있어 적용이 어려운 단점이 있다.3 is a conceptual diagram illustrating a horizontally opposed
이와 달리, 도 3에 도시된 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비(300)는 이 플라즈마 영역(350)의 바깥쪽에 위치하며, 플라즈마 영역(350)이 두 개의 타겟(340) 사이에 갇혀있어 플라즈마 내의 강한 에너지 입자에 전자 수송층(150)이 노출되지 않고 스퍼터링된 입자(360)들만 전자 수송층(150)에 저온 증착되므로 상부 투명전극(160)의 증착에 적합하다. 특히, 플라즈마 영역(350)이 수평으로 마주보는 2개의 타겟(340)뒤에 있는 자석(330)으로 인해 발생하는 자기장에 의해 2개의 상기 타겟(340) 사이에 구속된다. 자석(330)은 지지 플레이트(320)에 의해 지지된다.In contrast, the horizontally opposed
일반적으로, 수평 대향 타겟 스퍼터링은 저온/저에너지 공정의 특성상 성막된 산화물의 결정화도가 낮아 전기적, 광학적 특성이 떨어지는 문제가 발생한다. In general, horizontally opposed target sputtering has a problem in that electrical and optical properties are deteriorated due to the low crystallinity of the deposited oxide due to the characteristics of the low-temperature/low-energy process.
본 발명의 일실시예에서는 이를 해결하기 위해 비정형에서도 우수한 고 투과 및 저 저항 특성을 가지는 수평 대향 타겟 스퍼터링 공정에 적합한 반투명 페로브스카이트 태양전지 상부 전극용 투명 전도성 산화물의 개발이 본 발명의 핵심 구성 요소 중 하나이다.In one embodiment of the present invention, in order to solve this problem, the development of a transparent conductive oxide for the upper electrode of a translucent perovskite solar cell suitable for a horizontally opposed target sputtering process having excellent high transmission and low resistance characteristics even in an amorphous form is a key configuration of the present invention. one of the elements.
따라서, 본 발명의 일실시예를 적용하면, 해당 상부 투명 전극(160)은 앞서 기술한 바와 같이 갈륨과 티타늄이 도핑된 형태의 인듐 비정형의 산화물로서 투과도와 전기적 특성의 최적화를 위해 도핑 농도, 인가 전력, 타겟간 거리, 타겟-기판 거리, 공정 압력, 공정가스 유량비, 두께 등의 공정 변수를 조절하여 우수한 특성의 투명전극을 구현할 수 있다. Accordingly, when an embodiment of the present invention is applied, the upper
다음은 그 예시이며 이는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 최적화 방법에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.The following is an example, which is provided as an example so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the optimization method presented below and may be embodied in other forms.
본 발명의 일실시예의 영우, 공정 가스의 유량비를 변수로 하여 제작한 IGTO 박막의 광학적, 전기적 특성을 분석한 것으로 공정 가스로는 Ar과 O2가 사용되었으며 가스 유량은 Ar은 10sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), O2를 0sccm부터 1sccm까지 변화시켰으며 그 결과가 도 4 내지 도 6에 도시된다.The optical and electrical characteristics of the IGTO thin film produced by using the flow ratio of the process gas as a variable in an embodiment of the present invention were analyzed. As the process gases, Ar and O 2 were used, and the gas flow rate was 10 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), O 2 was changed from 0 sccm to 1 sccm, and the results are shown in FIGS. 4 to 6 .
도 4 내지 도 6은 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO(indium gallium tin oxide) 도전막의 성막시 Ar/O2 가스 유량비에 따른 산소공공(Oxygen Vacancy) 농도의 변화와 그로 인한 광학적, 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 산소 가스의 유량이 증가할수록 반응성 스퍼터링이 더 많이 일어나므로, 박막의 결함인 산소 공공의 양이 줄어들어 투과도(Transmittance)는 상승하는 경향을 보여준다.4 to 6 are changes in the concentration of oxygen vacancy according to the Ar/O 2 gas flow rate ratio during the formation of an indium gallium tin oxide (IGTO) conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 . and the resulting change in optical and electrical properties. As shown in FIG. 4 , as the flow rate of oxygen gas increases, more reactive sputtering occurs, so the amount of oxygen vacancies, which are defects in the thin film, decreases, and transmittance tends to increase.
전기적 특성의 경우, 전자를 공급하는 산소 공공이 줄어들게 되므로 박막의 전자 농도가 다소 감소하나, 전자의 산란을 일으키는 산소 공공의 양이 줄어들어 전자 이동도가 향상하는 경향을 보여주었다. In the case of electrical properties, since the number of oxygen vacancies supplying electrons is reduced, the electron concentration of the thin film is somewhat decreased, but the amount of oxygen vacancies causing electron scattering is reduced, showing a tendency to improve electron mobility.
이로 인해 최적의 산소 유량 조건인 0.3sccm일 때, IGTO 박막의 전자 농도와 이동도 모두가 충분히 높아 가장 낮은 면저항을 가지며, 이때 광학적 특성 또한 다른 산소 유량 조건과 비슷한 수준의 준수한 투과도를 보였다. 그로 인해, 투명 전도성 박막의 전기적/광학적 특성 모두를 고려하여 그 수준을 알 수 있는 하기의 계산식을 통해 감도 지수(FoM)의 값을 계산한 결과, 산소 유량 0.3sccm일 때 가장 우수하여 최적의 조건임을 알 수 있었다. 이를 나타내면 다음식과 같다.For this reason, when the optimal oxygen flow condition is 0.3 sccm, both electron concentration and mobility of the IGTO thin film are sufficiently high to have the lowest sheet resistance. Therefore, as a result of calculating the value of the sensitivity index (FoM) through the following formula that can know the level in consideration of both the electrical and optical properties of the transparent conductive thin film, when the oxygen flow rate is 0.3 sccm, it is the best and the optimum condition was found to be This is expressed as follows.
여기서, Tav는 400nm부터 800nm 사이의 가시광 영역대에서의 평균 투과도이며, Rsh는 면저항이다.Here, T av is the average transmittance in the visible light region between 400 nm and 800 nm, and R sh is the sheet resistance.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막의 성막시 도전막의 두께에 따른 광학적, 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 분석 결과, 두께가 증가함에 따라 평균 투과도가 감소하고 투과도 곡선이 적외선 영역으로 편이되는 경향을 보였으며, 전기적 특성의 경우 다른 조건은 크게 변하지 않으나, 두께의 증가로 인해 면저항이 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 7 and 8 are graphs showing changes in optical and electrical properties according to the thickness of the conductive film during the formation of the IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 . 7 and 8 , as a result of the analysis, as the thickness increased, the average transmittance decreased and the transmittance curve showed a tendency to shift to the infrared region, and in the case of electrical properties, other conditions did not change significantly, but as the thickness increased, As a result, it can be seen that the sheet resistance tends to decrease.
평균 투과도와 면저항 특성이 트레이드 오프(trad-off) 특성을 보이므로 투명 전도성 박막의 전기적 광학적 특성 모두를 고려하여 그 수준을 알 수 있는 FoM을 통해 그 값을 계산한 결과, IGTO 박막의 두께가 400nm일 때 가장 우수하여 최적의 조건임을 알 수 있었다.Since the average transmittance and sheet resistance characteristics show a trade-off characteristic, the value was calculated through FoM, which can know the level by considering all the electrical and optical characteristics of the transparent conductive thin film. As a result, the thickness of the IGTO thin film was 400 nm. It was found that the best conditions were the best when
상기 최적화된 IGTO 성막 조건에 따라 수평 대향 타겟 스퍼터링법을 사용해 페로브스카이트 태양전지의 상부 투명 전극(160)으로 고투과도 및 저저항의 IGTO 투명전극을 하부층의 손상 없이 전자 수송층(150) 상에 성막하는 것이 가능하다. Using the horizontally opposed target sputtering method according to the optimized IGTO film formation conditions, a high-transmittance and low-resistance IGTO transparent electrode with the upper
그러나, 성막 조건은 상기 언급된 조건에만 한정 되어지는 것이 아니며, 바람직하게는 이를 통해 형성된 비정형 IGTO 상부 투명전극의 약 400nm에서 1,200nm까지 빛의 파장대에서 평균 투과도는 80% 이상, 면저항은 20Ω/□ 이하이며, 두께는 500nm이하 일 수 있다.However, the film formation conditions are not limited to the above-mentioned conditions, and preferably, the average transmittance of the amorphous IGTO upper transparent electrode formed through this in the wavelength band of about 400 nm to 1,200 nm is 80% or more, and the sheet resistance is 20Ω/□ or less, and the thickness may be 500 nm or less.
다음은 위 도 1 내지 도 8에 따른 태양전지 제작의 실시예이다.The following is an example of manufacturing a solar cell according to FIGS. 1 to 8 above.
<실시예1> 태양전지의 제작<Example 1> Preparation of solar cell
단계 1: 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide)이 코팅된 유리 기판을 증류수 및 아이소프로필알코올로 세척한 후, UV-오존(ozone)으로 30분 간 처리하여 하부 투명전극을 준비하였다. Step 1 : After washing the glass substrate coated with indium doped tin oxide (ITO) with distilled water and isopropyl alcohol, UV-ozone was treated for 30 minutes to prepare a lower transparent electrode.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 하부 투명전극의 상부면에 산화니켈(NiO) 전구체 용액을 4000 rpm의 회전속도로 40초 간 스핀코팅한 후, 280 ℃에서 1시간 동안 열처리를 하여 정공 수송층을 형성하였다. Step 2 : After spin-coating a nickel oxide (NiO) precursor solution on the upper surface of the lower transparent electrode prepared in
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 정공 수송층의 상부면에 페로브스카이트 전구체 용액을 500rpm의 회전속도로 5초, 5000rpm의 회전속도로 45초 간 스핀코팅한 후, 120 ℃에서 10분 열처리를 하여 페로브스카이트 광 활성층을 형성하였다. Step 3 : After spin coating the perovskite precursor solution on the upper surface of the hole transport layer formed in
단계 4: 상기 단계 3에서 형성된 페로브스카이트 광 활성층의 상부면에 플러렌 유도체[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르 (PCBM) 용액을 6000 rpm의 회전속도로 50초 간 스핀코팅한 후, 100 ℃에서 20분 열처리를 하고 그 위에 산화아연(ZnO) 나노입자 용액을 500 rpm의 회전속도로 5초, 5000 rpm의 회전속도로 45초 간 스핀코팅한 후, 100 ℃에서 20분 열처리를 하여 이중으로 구성된 전자 수송층을 형성하였다. Step 4 : A fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) solution was spin-coated on the upper surface of the perovskite photoactive layer formed in step 3 at a rotation speed of 6000 rpm for 50 seconds. Then, heat treatment was performed at 100 °C for 20 minutes, and a zinc oxide (ZnO) nanoparticle solution was spin-coated thereon for 5 seconds at a rotation speed of 500 rpm and for 45 seconds at a rotation speed of 5000 rpm, followed by heat treatment at 100 °C for 20 minutes. to form a double electron transport layer.
단계 5: 상기 단계 4에서 형성된 전자 수송층의 상부면에 저온/저손상 스퍼터링 공정 장비인 수평 대향 타겟 스퍼터링 장비를 이용하여 고투과도, 저 저항을 가지는 비정형의 IGTO 투명 전극을 하부층의 손상 없이 형성하였다. Step 5 : An amorphous IGTO transparent electrode having high transmittance and low resistance was formed on the upper surface of the electron transport layer formed in
<비교예 1> 태양전지의 제작 <Comparative Example 1> Preparation of solar cell
상기 실시예 1의 단계 5에서 진공 열 증발기를 이용하여 10 Å/s 증착 속도의 열 증착으로 은(Ag) 금속 상부 전극을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지를 제작하였다.A solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1, except that in
<비교예 2> 태양전지의 제작 <Comparative Example 2> Preparation of solar cell
상기 실시예 1의 단계 5에서 전자수송층 상부에 300 W의 인가전력으로 ITO를 스퍼터링하여 상부 투명전극을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지를 제작하였다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that in
<실험예 1> X선 회절 분광법(XRD) 및 비행시간형 2차 이온 질량 분석법(ToF-SIMS) 관찰 <Experimental Example 1> X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) observation
도 9는 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막의 성막시, 수평대향 타겟 스퍼터링을 이용한 것(LFTS 성장 IGTO)과 기존의 DC(Direct Current) 스퍼터를 이용한 것(DC 스퍼터링된 IGTO)의 결정성 차이를 X선 회절 분석법(XRD:X-ray Diffraction)으로 측정한 것을 나타낸 화면예이다. 도 9를 참조하면, LFTS를 사용하여 성막한 조건의 IGTO 박막은 특정 회절각에서의 peak이 없는 모습을 보이는데 이는 특정면으로 배열된 결정 구조가 존재하지 않는 비정형 구조임을 의미한다. 9 is a film using a horizontally opposed target sputtering (LFTS growth IGTO) and a conventional DC (Direct Current) sputtering when forming an IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 ( It is an example of a screen showing the difference in crystallinity of DC sputtered IGTO) measured by X-ray diffraction analysis (XRD: X-ray Diffraction). Referring to FIG. 9 , the IGTO thin film formed using LFTS does not have a peak at a specific diffraction angle, which means that it is an atypical structure in which a crystal structure arranged in a specific plane does not exist.
이와 반대로 기존의 DC 스퍼터링 공정을 사용하여 성막한 IGTO의 경우 결정화된 산화 인듐의 (222) 면과 (400) 면에 해당하는 회절각에서의 피크(peak)가 강하게 나타나며 이는 IGTO의 주성분인 산화 인듐중 일부가 고온, 고에너지의 공정인 DC 스퍼터링 공정에서 결정화가 일어나기에 충분한 에너지를 얻어 결정화되었기 때문이다. 상기 결과를 통해, 수평 대향 타겟 스퍼터링(LFTS)으로 성막한 IGTO 박막은 비정형임을 알 수 있으며, 이는 저온/저에너지의 공정 특성에 기인한 것임을 알 수 있다.Conversely, in the case of IGTO formed using the conventional DC sputtering process, peaks at diffraction angles corresponding to the (222) and (400) planes of crystallized indium oxide are strong, which is the main component of IGTO indium oxide. This is because some of them were crystallized by obtaining sufficient energy for crystallization to occur in the DC sputtering process, which is a high-temperature, high-energy process. From the above results, it can be seen that the IGTO thin film formed by horizontally opposed target sputtering (LFTS) is amorphous, and it can be seen that this is due to the process characteristics of low temperature/low energy.
도 10 내지 도 12는 도 2에 도시된 상부 투명 전극 형성 단계(S250)에 해당하는 IGTO 도전막을 비행시간형 2차 이온 질량 분석기(ToF-SIMS: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)를 이용하여 분석한 구성 성분을 나타내는 것을 나타낸 그래프이다. 도 10 내지 도 12를 참조하면, 인듐[도 10]이 주가 되며, 갈륨[도 11]과 티타늄[도 12]이 첨가되어 있음을 알 수 있으며, 이들 결과에서 보이는 균일하고 무작위의 갈륨, 티타늄 peak 분포를 통해 이들 성분이전 측정 영역에서 균일하게 인듐과 치환 고용되어 있음을 알 수 있다.10 to 12 show an IGTO conductive film corresponding to the upper transparent electrode forming step (S250) shown in FIG. 2 using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). It is a graph showing the composition of the analyzed components. 10 to 12, indium [Fig. 10] is the main, and it can be seen that gallium [Fig. 11] and titanium [Fig. 12] are added, and uniform and random gallium and titanium peaks shown in these results From the distribution, it can be seen that these components are uniformly displaced with indium in the measurement region before.
<실험예 2> 태양전지의 광전변환효율 분석 <Experimental Example 2> Analysis of photoelectric conversion efficiency of solar cells
본 발명에 따른 태양전지의 광전 변환 효율(Power conversion efficiency, PCE)을 확인하기 위하여, 상기 실시예 및 비교 예1과 비교 예2에서 제조된 태양전지를 솔라 시뮬레이터(Solar simulator, Newport Co)로 측정하였으며, 측정 조건은 AM 15G(1sun, 100 mW/cm2, 25℃)이다. In order to check the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the solar cell according to the present invention, the solar cells prepared in the above Examples and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a solar simulator (Newport Co). and measurement conditions were AM 15G (1sun, 100 mW/cm2, 25°C).
이에 따른, 태양전지의 개방회로전압(Open circuit voltage, VOC), 단락회로전류밀도(Short-circuit current, JSC), 곡선인자(Fill factor, FF), 광전 변환 효율(Power conversion efficiency, PCE) 값을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내고, 이를 도 9에 도시하였다.Accordingly, open circuit voltage (VOC), short-circuit current (JSC), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (PCE) values of the solar cell was measured and the results are shown in Table 1 below, which is shown in FIG. 9 .
(V)open circuit voltage
(V)
(mA/cm2)short circuit current density
(mA/cm 2 )
(%)curve factor
(%)
(%)photoelectric conversion efficiency
(%)
도 13은 본 발명의 일실시예 및 비교예 1과 비교예2를 통해 제작된 페로브스카이트 태양전지의 광전 변환 효율(Power conversion efficiency, PCE) 및 전류-전압(J-V) 곡선을 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the photoelectric conversion efficiency (PCE) and current-voltage (J-V) curves of the perovskite solar cells fabricated according to an embodiment of the present invention and Comparative Examples 1 and 2; .
*상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 고투과도 비정형 산화물 전극인 IGTO가 적용된 실시예1의 태양전지가 일반 귀금속 전극(Ag)가 적용된 비교예 1의 태양전지과 비교하였을 때 근접한 수준의 성능을 보여주었다. 실시예1의 개방회로전압값과 곡선인자값은 거의 유사하며, 태양전지가 빛을 에너지로 변환한다는 점과 비교예 1은 불투명한 상부전극으로 인해 빛이 반사되어 광흡수층에서의 광 경로가 두배로 늘어나며, 실시예가 투명한 상부전극으로 인해 그렇지 않다는 것을 고려하였을 때 실시예의 광전변환효율 및 단락회로전류밀도 모두 우수한 수치를 보여주는 것을 확인할 수 있다. * As shown in Table 1, the solar cell of Example 1 to which IGTO, which is the high-transmittance amorphous oxide electrode of the present invention, was applied compared to the solar cell of Comparative Example 1 to which a general noble metal electrode (Ag) was applied. showed The open circuit voltage value and the curve factor value of Example 1 are almost the same, and in Comparative Example 1, the light is reflected due to the opaque upper electrode, and the light path in the light absorption layer is doubled in that the solar cell converts light into energy. It can be seen that both the photoelectric conversion efficiency and the short circuit current density of the embodiment show excellent values when considering that the embodiment is not due to the transparent upper electrode.
이는 실시예1의 IGTO 투명 전극이 우수한 광학적 특성을 가지면서도 동시에 금속에 비견할만한 우수한 전기적 특성을 가지기 때문이다. This is because the IGTO transparent electrode of Example 1 has excellent optical properties and at the same time excellent electrical properties comparable to metals.
또한, IGTO를 수평 대향 타겟 스퍼터링을 이용해 투명 상부 전극으로 성막하여 제조한 실시예1를 기존 ITO를 일반적인 DC 스퍼터링을 이용해 투명 상부 전극으로 성막한 비교예 2와 비교 하였을 때, 실시예1의 개방회로전압값, 곡선인자값과 광전변환효율이 모두 우수하다.In addition, when comparing Example 1 prepared by depositing IGTO into a transparent upper electrode using horizontally opposed target sputtering with Comparative Example 2 in which conventional ITO was formed as a transparent upper electrode using general DC sputtering, the open circuit of Example 1 Voltage value, curve factor value and photoelectric conversion efficiency are all excellent.
이러한 차이는 비교예 2의 경우 투명 상부 전극의 성막시에 사용한 일반적인 DC 스퍼터링 공정이 고온, 고에너지의 공정이기 때문에 하부층에 가해지는 손상으로 인한 소자의 열화가 발생하였다. 또한, 실시예1의 IGTO 성막시 사용한 수평 대향 타겟 스퍼터링 공정은 소자의 손상을 유발하지 않으면서도 뛰어난 전기적 특성을 가지는 전극을 구현 할 수 있어 우수한 태양전지 특성을 보여주는 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 2, since the general DC sputtering process used for forming the transparent upper electrode was a high-temperature, high-energy process, the device deteriorated due to damage applied to the lower layer. In addition, it can be confirmed that the horizontally opposed target sputtering process used during the IGTO film formation of Example 1 can realize an electrode having excellent electrical properties without causing damage to the device, thereby showing excellent solar cell characteristics.
이를 통해 금속 전극을 대체할 수 있는 상부 투명 전극이 성공적으로 제조된 것을 확인하였다. 또한, 이를 적용한 페로브스카이트 태양전지 소자가 금속 전극을 적용한 비교예1 대비하여 비슷한 수준의 광전변환효율을 가지는 안정적이고 우수한 성능의 반투명 페로브스카이트 태양전지의 구현이 가능함을 알 수 있었다.Through this, it was confirmed that the upper transparent electrode that can replace the metal electrode was successfully manufactured. In addition, it was found that the perovskite solar cell device to which this is applied can realize a stable and excellent semi-transparent perovskite solar cell having a similar level of photoelectric conversion efficiency compared to Comparative Example 1 to which a metal electrode is applied.
100: 반투명 페로브스카이트 태양전지
110: 하부 투명 기판
120: 하부 투명 전극
130: 정공 수송층
140: 광 활성층
150: 전자 수송층
160: 상부 투명 전극100: translucent perovskite solar cell
110: lower transparent substrate
120: lower transparent electrode
130: hole transport layer
140: photoactive layer
150: electron transport layer
160: upper transparent electrode
Claims (1)
하부 투명 기판(110);
상기 하부 투명 기판(110)의 상부면에 형성되는 하부 투명 전극(120);
상기 하부 투명 전극(120)의 상부면에 형성되는 정공 수송층(130);
상기 정공 수송층(130)의 상부면에 형성되며, 페로브스카이트로 형성되는 광 활성층(140);
상기 광 활성층(140)의 상부면에 형성되는 전자 수송층(150); 및
상기 전자 수송층(150)의 상부면에 형성되는 상부 투명 전극(160);을 포함하며,
상기 상부 투명 전극(160)은 증착 공정을 이용하여 성막되는 비정형 산화물 도전막을 포함하며,
상기 비정형 산화물 도전막은 산화인듐, 치환형 도펀트인 갈륨 및 티타늄을 함유하는 IGTO (Indium-Gallium-Titanium-Oxide)로 이루어지며,
상기 비정형 산화물 도전막을 이루는 비정형 산화물은 X-선 회절 측정을 통해 산화 인듐, 산화 티타늄, 및 산화 갈륨중 어느 하나의 결정상이 검출되지 않는 산화물인 것을 특징으로 하는 비정형 산화물 상부 전극을 가지며,
상기 하부 투명 전극(120)은 산화 인듐 주석(ITO), 산화 불소 주석(FTO), 산화 인듐 아연(IZO), 인듐, 산화알루미늄 아연(AZO), 산화 인듐 아연 주석(IZTO), 산화 인듐 갈륨 티타늄(IGTO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 투명 전도성 산화물이고,
상기 정공 수송층(130)은 Ni 산화물, Cu 산화물, CuI, CuSCN을 포함하는 금속 산화물과 Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6-trimethylphenyl)amine]을 포함하는 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 산화물 상부 전극을 갖는 반투명 페로브스카이트 태양전지.In the translucent perovskite solar cell,
a lower transparent substrate 110;
a lower transparent electrode 120 formed on the upper surface of the lower transparent substrate 110;
a hole transport layer 130 formed on the upper surface of the lower transparent electrode 120 ;
a photoactive layer 140 formed on an upper surface of the hole transport layer 130 and formed of perovskite;
an electron transport layer 150 formed on an upper surface of the photoactive layer 140 ; and
and an upper transparent electrode 160 formed on the upper surface of the electron transport layer 150;
The upper transparent electrode 160 includes an amorphous oxide conductive film formed using a deposition process,
The amorphous oxide conductive film is made of IGTO (Indium-Gallium-Titanium-Oxide) containing indium oxide, gallium and titanium as substitutional dopants,
The amorphous oxide constituting the amorphous oxide conductive film has an amorphous oxide upper electrode, characterized in that the crystalline phase of any one of indium oxide, titanium oxide, and gallium oxide is not detected through X-ray diffraction measurement,
The lower transparent electrode 120 includes indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), indium zinc oxide (IZO), indium, aluminum zinc oxide (AZO), indium zinc tin oxide (IZTO), and indium gallium titanium oxide. (IGTO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tin oxide (SnO2), zinc oxide (ZnO), a transparent conductive oxide comprising at least one selected from the group consisting of magnesium oxide (MgO),
The hole transport layer 130 includes a metal oxide including Ni oxide, Cu oxide, CuI, and CuSCN and Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine). )-9,9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6) -trimethylphenyl)amine] a translucent perovskite solar cell having an amorphous oxide upper electrode, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of monomolecular and polymeric materials.
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