KR20230047976A - High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same - Google Patents
High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230047976A KR20230047976A KR1020230038658A KR20230038658A KR20230047976A KR 20230047976 A KR20230047976 A KR 20230047976A KR 1020230038658 A KR1020230038658 A KR 1020230038658A KR 20230038658 A KR20230038658 A KR 20230038658A KR 20230047976 A KR20230047976 A KR 20230047976A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transport layer
- nio
- hole transport
- perovskite
- solar cell
- Prior art date
Links
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 title claims abstract description 124
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 15
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 15
- 229910005855 NiOx Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 claims 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 41
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 10
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N methanamine;hydrobromide Chemical compound [Br-].[NH3+]C ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 7
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- -1 PloyTPD Polymers 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 238000000350 photoinduced carrier extraction in a linearly increasing voltage Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- BLBNEWYCYZMDEK-UHFFFAOYSA-N $l^{1}-indiganyloxyindium Chemical compound [In]O[In] BLBNEWYCYZMDEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 2
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000007611 bar coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001649 bromium compounds Chemical group 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000002272 high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 2
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007667 ZnOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BQVVSSAWECGTRN-UHFFFAOYSA-L copper;dithiocyanate Chemical compound [Cu+2].[S-]C#N.[S-]C#N BQVVSSAWECGTRN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- QSRKVLQUTKHVGU-UHFFFAOYSA-N formamide hydroiodide Chemical compound I.NC=O QSRKVLQUTKHVGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- KPKRXKDMFGQZKR-UHFFFAOYSA-K tribromolead Chemical compound Br[Pb](Br)Br KPKRXKDMFGQZKR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- 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
-
- 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
- H10K30/40—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a p-i-n structure, e.g. having a perovskite absorber between p-type and n-type charge transport layers
-
- 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
-
- 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
- H10K30/84—Layers having high charge carrier mobility
- H10K30/85—Layers having high electron mobility, e.g. electron-transporting layers or hole-blocking layers
-
- 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
- H10K30/84—Layers having high charge carrier mobility
- H10K30/86—Layers having high hole mobility, e.g. hole-transporting layers or electron-blocking layers
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 질화붕소가 포함된 NiO 정공 수송층을 이용한 고성능 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to perovskite solar cell technology, and more particularly, to a high-performance perovskite solar cell using a NiO hole transport layer containing boron nitride and a manufacturing method thereof.
최근에는 높은 흡광도(high absorption coefficient), 낮은 엑시톤 결합 에너지(low exciton binding energy), 긴 전자 및 정공 확산 거리, 빠른 전하 이동속도, 긴 광생성 전하 수명 등 우수한 광전자 특성을 갖는 유기-금속 할라이드 페로브스카이트(Organo-metal halide perovskite; OMHP)가 광전 반도체 재료로 주목을 받고 있다.Recently, organo-metal halide perovskites with excellent optoelectronic properties such as high absorption coefficient, low exciton binding energy, long electron and hole diffusion distances, fast charge transfer rates, and long photogenerated charge lifetimes have been developed. Organo-metal halide perovskite (OMHP) is attracting attention as an optoelectronic semiconductor material.
특히, OMHP는 저온 용액공정을 통한 광전자 특성이 우수한 박막의 제조를 가능하게 하였으며, 이를 포함한 페로브스카이트 태양전지는 25.2%의 높은 효율을 보고하였고, 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지의 실현 가능성을 높이고 있다.In particular, OMHP made it possible to manufacture thin films with excellent optoelectronic properties through a low-temperature solution process, and perovskite solar cells including it reported a high efficiency of 25.2%, a next-generation solar cell that can replace silicon solar cells increases the feasibility of
페로브스카이트 태양전지는 메조포러스 구조와 평면형 구조로 나뉘며, 평면형 페로브스카이트 태양전지는 계면층의 순서에 따라 n-i-p와 p-i-n 구조로 구분되고, 최근에 확장성과 안정성 문제로 인해 p-i-n 구조를 갖는 페로브스카이트 태양전지에 대한 연구가 보다 활발하게 진행되고 있다.Perovskite solar cells are divided into mesoporous structures and planar structures, and planar perovskite solar cells are divided into n-i-p and p-i-n structures according to the order of the interfacial layer. Research on perovskite solar cells is being actively conducted.
평면형 페로브스카이트 태양전지는 유기 벌크 이종 접합 태양전지와 유사한 구조를 가지며, 전자 및 정공 수송층을 포함한 다층 박막으로 구성되고, 특히 p-i-n 구조는 저온 공정을 통해 히스테리시스가 거의 없는 고성능 대면적 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있어 상업화에 적합한 것으로 여겨지고 있다.The planar perovskite solar cell has a structure similar to that of an organic bulk heterojunction solar cell, and is composed of a multi-layered thin film including electron and hole transport layers. It is considered to be suitable for commercialization because it can manufacture a single solar cell.
p-i-n 평면형 페로브스카이트 태양전지를 위한 정공 수송층 소재로서 다양한 유기 및 무기 p 형 반도체가 사용되어 왔다. 제조 공정의 용이성과 높은 효율로 인해 PEDOT:PSS, PloyTPD, PTAA 등과 같은 유기물 정공 수송층 소재가 p-i-n 평면 페로브스카이트 태양전지에 가장 일반적으로 사용되고 있으나 유기물 소재의 열악한 안정성과 높은 비용은 상업화 측면에서 적합하지 않다.Various organic and inorganic p-type semiconductors have been used as hole transport layer materials for p-i-n planar perovskite solar cells. Due to the ease of manufacturing process and high efficiency, organic hole transport layer materials such as PEDOT:PSS, PloyTPD, and PTAA are most commonly used in p-i-n planar perovskite solar cells, but poor stability and high cost of organic materials are suitable for commercialization. don't
이에, 몰리브덴 산화물(MoOx), 텅스텐 산화물(WOx), 티오시안산구리(CuSCN), 환원 그래핀(rGO), 니켈 산화물(NiOx) 등과 같은 무기물 정공 수송층 소재가 p-i-n 평면형 페로브스카이트 태양전지에 적용되었다.Accordingly, molybdenum oxide (MoO x ), tungsten oxide (WO x ), copper thiocyanate (CuSCN), reduced graphene (rGO), nickel oxide (NiO x ) Inorganic hole transport layer materials such as these have been applied to pin planar perovskite solar cells.
NiOx는 ~5.4eV의 일함수 (work function)와 3.6 ~ 4.0eV의 넓은 밴드갭을 갖고 있어 p-i-n 평면 페로브스카이트 태양전지에 적용이 가능한 가장 유망한 정공 수송층 소재 중 하나로 여겨지고 있다.NiO x has a work function of ~5.4 eV and a wide band gap of 3.6 ~ 4.0 eV, making it one of the most promising hole transport layer materials applicable to pin-planar perovskite solar cells.
그러나, 정공 수송층으로 NiOx가 도입된 페로브스카이트 태양전지의 광전기적 성능은 낮은 단락 전류 밀도(short-circuit current density; JSC) 및 충전 계수(fill factor; FF)로 인해 여전히 만족스럽지 못하며, 이는 NiOx 필름의 낮은 전도성, 페로브스카이트와의 접촉 불량, NiOx와 페로브스카이트 사이의 에너지 레벨 불일치에 기인하는 것으로 알려져 있다.However, the photoelectric performance of perovskite solar cells in which NiO x is introduced as a hole transport layer is still unsatisfactory due to low short-circuit current density (J SC ) and fill factor (FF). , which is known to be due to the low conductivity of the NiO x film, poor contact with the perovskite, and energy level mismatch between the NiO x and the perovskite.
도핑은 반도체의 광학 및 전기적 특성을 개선할 수 있는 효과적인 방법으로, NiOx의 투명성, 밴드 구조, 일함수, 전도성 등 광전기적 특성을 개선하기 위해 Cu, Fe, Cs 등 다양한 도핑 원소(dopant)가 적용되었다.Doping is an effective method to improve the optical and electrical properties of semiconductors, and various doping elements such as Cu, Fe, and Cs are used to improve the photoelectric properties such as transparency, band structure, work function, and conductivity of NiO x. has been applied
그러나 상기의 도핑 방법에 있어, NiOx 결정 내에 중대한 결정 격자 장애와 결함이 유발될 수 있으며, 이로 인해 전하의 이동성이 저하되고 기생 재조합이 발생할 수 있다. However, in the above doping method, serious crystal lattice disorder and defects may be induced in the NiO x crystal, which may cause charge mobility to deteriorate and parasitic recombination to occur.
더욱이 도핑은 제조 절차를 복잡하게 하고, 공정의 범위를 좁게 만들며, 비용을 증가시킨다. 특히, 도핑 원소의 원자의 크기가 모상의 원자 크기보다 너무 크거나 작으면 도핑이 어렵다. 따라서, p-i-n 평면형 페로브스카이트 태양전지를 상업화에 적합하게 발전시키기 위해서는 기존 도핑 기술의 문제점을 해결할 필요가 없다. 궁극적으로 보다 향상된 광전기적 특성을 갖는 고품질 NiOx 정공 수송층의 박막 형성 및 이를 이용한 페로브스카이트 태양전지 제조 응용 기술 개발이 요구된다.Moreover, doping complicates the fabrication procedure, narrows the scope of the process, and increases cost. In particular, doping is difficult when the atomic size of the doping element is too large or smaller than that of the parent phase. Therefore, in order to develop a pin planar perovskite solar cell suitable for commercialization, it is not necessary to solve the problems of the existing doping technology. Ultimately, it is required to develop a thin film formation of a high-quality NiO x hole transport layer having more improved photoelectric properties and a manufacturing application technology for perovskite solar cells using the same.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 높은 효율 및 안정성을 갖는 고성능 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems according to the above background art, and an object thereof is to provide a high-performance perovskite solar cell having high efficiency and stability and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명은 전기적 특성이 우수한 고품질 NiOx 기반 정공 수송층 박막 형성을 유도 또는 촉진할 수 있는 첨가제(additive)의 발견과 이를 포함하는 NiOx NPs(nanoparticles) 분산용액을 제조하는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention provides a method for preparing a NiO x NPs (nanoparticles) dispersion solution containing the discovery of an additive capable of inducing or promoting the formation of a high-quality NiO x- based hole transport layer thin film having excellent electrical properties. There is a purpose.
또한, 본 발명은 상기 첨가제를 포함하는 NiOx NPs 분산용액의 코팅 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for coating a NiO x NPs dispersion solution containing the above additives.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 높은 효율 및 안정성을 갖는 고성능 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.The present invention provides a high-performance perovskite solar cell having high efficiency and stability in order to achieve the problems presented above.
상기 고성능 페로브스카이트 태양전지는,The high-performance perovskite solar cell,
제 1 전극;first electrode;
상기 제 1 전극의 상부면에 형성되는 정공 수송층;a hole transport layer formed on an upper surface of the first electrode;
상기 정공 수송층의 상부면에 형성되며, 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물을 포함하는 광활성층;a photoactive layer formed on an upper surface of the hole transport layer and including a compound having a perovskite structure;
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 제 2 전극;을 포함하며, 상기 정공 수송층은 분산액이 상기 제 1 전극의 상부면에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 한다.and a second electrode formed on the upper surface of the electron transport layer, wherein the hole transport layer is formed by coating a dispersion liquid on the upper surface of the first electrode.
또한, 상기 분산액은 NiO:BN 분산액이며, 상기 NiO:BN 분산액은 NiOx 분산액에 1 vol% 내지 5 vol%의 질화붕소 분산액을 첨가하여 미리 설정되는 제 1 일정 시간동안 교반에 의해 생성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the dispersion is a NiO: BN dispersion, and the NiO: BN dispersion is produced by adding 1 vol% to 5 vol% boron nitride dispersion to the NiO x dispersion and stirring for a first predetermined time. to be
또한, 상기 제 1 일정 시간은 23 ~ 25시간인 것을 특징으로 한다.In addition, the first predetermined time is characterized in that 23 to 25 hours.
또한, 상기 NiOx 분산액은 0.5mg의 질화붕소 분말을 1ml의 이소프로필 알코올(IPA: Isopropyl alcohol) 용액에 넣고 미리 설정되는 제 2 일정 시간 동안 초음파 처리하여 생성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the NiO x dispersion is characterized in that it is generated by putting 0.5 mg of boron nitride powder in 1 ml of isopropyl alcohol (IPA) solution and ultrasonicating for a second predetermined time.
또한, 상기 제 2 일정 시간은 3 내지 4시간인 것을 특징으로 한다.In addition, the second predetermined time is characterized in that 3 to 4 hours.
또한, 상기 코팅은 3,500 내지 4,500rpm(revolutions per minute)으로 35 내지 45초 동안 실행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the coating is characterized in that it is performed for 35 to 45 seconds at 3,500 to 4,500 rpm (revolutions per minute).
또한, 페로브스카이트 구조의 상기 화합물은 CH3NH3PbI3-xClx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xBrx(0≤x≤3인실수), CH3NH3PbCl3-xBrx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xFx(0≤x≤3인 실수), 및 Cs1-x-yFAxMAyPb(I1-zBrz)3 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-x-y≤1, 0≤z≤1인 실수)(여기서, Cs는 세슘(Cesium), FA는 포름아미디늄(Formamidinium), MA는 메틸암모늄(Methylammonium), Pb는 납(lead), I는 아이오다이드(Iodide), Br은 브로마이드(Bromide)를 의미한다) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the compound of the perovskite structure is CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x (real number with 0≤x≤3), CH 3 NH 3 PbI 3-x Br x (real number with 0≤x≤3) , CH 3 NH 3 PbCl 3-x Br x (real numbers with 0≤x≤3), CH 3 NH 3 PbI 3-x F x (real numbers with 0≤x≤3), and Cs 1-xy FA x MA y Pb(I 1-z Br z ) 3 (a real number of 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-xy≤1, 0≤z≤1) (where Cs is cesium, FA is formamidinium, MA is methylammonium, Pb is lead, I is iodide, and Br is bromide) do.
또한, 상기 화합물을 위한 페로브스카이트 전구체 용매의 중량 퍼센트 농도는 20wt% 내지 56wt%인 것을 특징으로 한다.In addition, the weight percent concentration of the perovskite precursor solvent for the compound is characterized in that 20wt% to 56wt%.
또한, 상기 페로브스카이트 전구체 용매로는 N,N-Dimethylformamide (DMF), G-butyrolactone(GBL), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), 및 N,N-dimethylacetamide(DMAc)를 포함하는 극성용매 중 어느 하나 또는 상기 극성용매를 혼합한 혼합 용매인 것을 특징으로 한다.In addition, the perovskite precursor solvent includes N, N-Dimethylformamide (DMF), G-butyrolactone (GBL), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), and N, N-dimethylacetamide (DMAc) It is characterized in that any one of the polar solvents or a mixed solvent in which the polar solvents are mixed.
또한, 상기 광활성층은 페로브스카이트 전구체 용액을 사용하여 형성되며, 상기 페로브스카이트 전구체 용액은 포르마미듐 아이오다이드(Formamidinium Iodide, FAI), 메틸암모늄 브로마이드(Methylammonium Bromide, MABr), 및 요오드화 세슘(Cesium Iodide, CsI), 브롬화 납(Lead Bromide, PbBr2), 요오드화 납(Lead Iodide, PbI2)을 Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3의 비율로 혼합한 용질 및 다이메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF): 디메틸 일산화황(Dimethyl sulfoxide, DMSO)=8:2인 혼합용매로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the photoactive layer is formed using a perovskite precursor solution, and the perovskite precursor solution is formamidinium iodide (FAI), methylammonium bromide (MABr), and Cesium iodide (CsI), lead bromide (PbBr 2 ), lead iodide (Lead Iodide, PbI 2 ) in the ratio of Cs 0.175 FA 0.750 MA 0.075 Pb (I 0.880 Br 0.120 ) 3 Solute and Dimethylformamide (DMF): It is characterized in that it consists of a mixed solvent of dimethyl sulfoxide (DMSO) = 8:2.
또한, 상기 페로브스카이트 전구체 용액은 상기 정공 수송층의 상부면에 500 내지 550rpm으로 4 내지 6초 동안 1차 코팅된 후, 4,500 내지 5,500rpm으로 40 내지 50초 동안 2차 코팅되는 것을 특징으로 한다.In addition, the perovskite precursor solution is first coated on the upper surface of the hole transport layer at 500 to 550 rpm for 4 to 6 seconds, and then secondarily coated at 4,500 to 5,500 rpm for 40 to 50 seconds. .
또한, 상기 코팅은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 슬롯다이 코팅법, 바코팅법, 및 닥터 블레이드법 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the coating is characterized in that any one of a spin coating method, a spray coating method, a slot die coating method, a bar coating method, and a doctor blade method.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 제 1 전극을 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 전극의 상부면에 정공 수송층이 형성되는 단계; (c) 상기 정공 수송층의 상부면에 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물을 포함하는 광활성층이 형성되는 단계; (d) 상기 광 활성층의 상부면에 전자 수송층이 형성되는 단계; 및 (e) 상기 전자 수송층의 상부면에 제 2 전극이 형성되는 단계;를 포함하며, 상기 정공 수송층은 분산액이 상기 제 1 전극의 상부면에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 정공 수송층을 이용한 고성능 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, (a) preparing a first electrode; (b) forming a hole transport layer on the upper surface of the first electrode; (c) forming a photoactive layer including a compound having a perovskite structure on an upper surface of the hole transport layer; (d) forming an electron transport layer on an upper surface of the photoactive layer; and (e) forming a second electrode on the upper surface of the electron transport layer, wherein the hole transport layer is formed by coating a dispersion liquid on the upper surface of the first electrode. A method for manufacturing a perovskite solar cell is provided.
본 발명에 따르면, NiO 정공 수송층의 분산액에 소량의 질화붕소를 첨가제로 혼합함으로써 광전기적 특성이 우수한 고품질 NiOx 기반 정공 수송층 박막 형성을 유도 또는 촉진할 수 있고, 상기 첨가제를 통해 높은 결정화도와 최대한 결정입자를 갖는 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있다.According to the present invention, by mixing a small amount of boron nitride as an additive in the dispersion of the NiO hole transport layer, it is possible to induce or promote the formation of a high-quality NiO x- based hole transport layer thin film having excellent photoelectric properties, and through the additive, high crystallinity and maximum crystallinity A perovskite thin film having particles can be formed.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 페로브스카이트 광흡수층과 정공 수송층 사이의 계면 저항을 낮추고 트랩에 의한 광 생성 전하의 재결합을 낮추어 소자의 성능을 향상시킬 수 있다는 점을 들 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, it can be mentioned that the performance of the device can be improved by lowering the interfacial resistance between the perovskite light absorption layer and the hole transport layer and lowering the recombination of photo-generated charges due to traps.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는, 이를 통해, 20% 이상의 높은 효율을 갖는 대면적 페로브스카이트 태양전지 제조를 가능하게 할 수 있으며, 또한 상기 첨가제를 통해 대기중 안정성이 향상된 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, through this, it is possible to manufacture a large-area perovskite solar cell having a high efficiency of 20% or more, and also perovskite with improved stability in the atmosphere through the additive It is mentioned that a solar cell can be provided.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 광전기적 특성이 우수한 고품질 NiOx 기반 정공 수송층 박막 형성을 유도 또는 촉진할 수 있는 첨가제(additive) 및 이를 포함하는 NiOx 기반 정공 수송층 분산용액을 제조하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to prepare an additive capable of inducing or promoting the formation of a high-quality NiO x- based hole transport layer thin film having excellent photoelectric properties and a NiO x- based hole transport layer dispersion solution containing the same. points can be found.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 첨가제를 포함하는 NiOx 기반 정공 수송층 분산용액의 코팅이 가능하고, 이를 기반으로 한 고효율 고안정성 페로브스카이트 태양전지의 제조를 가능하게 한다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to coat the NiO x- based hole transport layer dispersion solution containing additives, and it is possible to manufacture a high-efficiency and high-stability perovskite solar cell based thereon. .
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분산액을 제조하는 과정을 보여주는 공정도이다.
도 3은 도 2에 의해 제조된 분산액을 이용하여 페로브스카이트 태양전지의 과정을 보여주는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 에너지 분산형 X-선 분광 (Energy-dispersive X-ray spectroscopy; EDS) 원소 맵핑 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 고해상도 X-선 광전자 분광 (High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 또는 NiO:BN 박막을 정공 수송층으로 갖는 페로브스카이트 태양전지의 전류-전압 곡선 및 광전변환효율(power conversion efficiency; PCE)의 통계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 또는 NiO:BN 박막을 정공 수송층으로 갖는 페로브스카이트 태양전지의 최대 전력점 전압에서 정상 상태 광전류 출력, 외부양자효율 (external quantum efficiency; EQE), 및 내부양자효율 (internal quantum efficiency; IQE)를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 자외선 분광 스펙트럼, NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 원자 현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 분석 이미지를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층의 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 X-선 회절(XRD: X-ray Diffraction) 패턴을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 주사전자현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)) 이미지와 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트의 결정립 크기 분포를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막의 수접촉 각(contact angle)을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 직렬 및 병렬 저항 변화, 빛의 세기에 따른 개방 회로 전압 변화, 광발광(Photoluminescence, PL) 특성, photo-CELIV(charge extraction by linearly increasing voltage) 측정 곡선, 광전전압과 광전전류 감소 시간 측정 곡선을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 시간에 따른 대기중 안정성을 나타낸 도면이다. 1 is a schematic diagram of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a process chart showing a process for preparing a dispersion liquid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process chart showing a process of a perovskite solar cell using the dispersion prepared in FIG. 2 .
4 is a diagram showing an energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) elemental mapping image of a NiO:BN hole transport layer thin film according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of a NiO:BN hole transport layer thin film according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing statistics of current-voltage curves and power conversion efficiency (PCE) of a perovskite solar cell having a NiO or NiO:BN thin film as a hole transport layer according to an embodiment of the present invention. .
7 is a graph showing steady-state photocurrent output, external quantum efficiency (EQE), And it is a diagram showing internal quantum efficiency (IQE).
8 is an energy band diagram of a perovskite solar cell including ultraviolet spectral spectra and NiO and NiO:BN hole transport layers for NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an atomic force microscope (AFM) analysis image of NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing X-ray diffraction (XRD: X-ray Diffraction) patterns of perovskite photoactive layers formed on thin films of NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention.
11 is a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) image of a perovskite photoactive layer formed on NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention and NiO and NiO:BN hole transport layer thin films. It is a diagram showing the grain size distribution of the perovskite formed above.
12 is a view showing the contact angle of NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention.
13 shows series and parallel resistance changes, open circuit voltage changes according to light intensity, and photoluminescence (PL) of a perovskite solar cell including NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention. ) characteristic, photo-CELIV (charge extraction by linearly increasing voltage) measurement curve, and photovoltaic voltage and photoelectric current reduction time measurement curve.
14 is a diagram showing stability in air over time of a perovskite solar cell including NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention.
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, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many 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 것 뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is shown enlarged to clearly express the various layers and regions. Like reference numerals have been assigned to like parts throughout the specification. When a part such as a layer, film, region, or plate is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be "directly on" another part, it means that there is no other part in between. In addition, when a part is said to be formed "entirely" on another part, it means that it is formed not only on the entire surface (or front surface) of the other part but also on a part of the edge.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 정공 수송층을 이용한 고성능 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a high-performance perovskite solar cell using a hole transport layer according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지(100)의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 페로브스카이트 태양전지(100)는, 제 1 전극(110), 제 1 전극(110)의 상부면에 형성되는 정공 수송층(120), 정공 수송층(120)의 상부면에 형성되는 광 활성층(130), 광 활성층(130)의 상부면에 형성되는 전자 수송층(140), 전자 수송층(140)의 상부면에 형성되는 제 2 전극(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1 is a schematic diagram of a perovskite
상기 페로브스카이트 태양전지(100)는 상기 정공 수송층(120)에 대향하는 방향의 반대 방향으로 제1 전극(110)상에 기재를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 기재는 전도성 투명기재 또는 플라스틱 기재일 수 있다. 예를 들어, 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 perovskite
제 1 전극(110)은 투명전극으로는 투명 전도성 산화물층의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 등을 사용될 수 있다.For the
정공 수송층(120)은 NiOx 화학조성의 나노입자를 포함하며, NiOx 정공 수송층은 계면이 분리되는 곳 없이 제1 전극의 표면을 따라 치밀한 박막을 형성하여 두층 간의 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 정공 수송층(120)은 질화붕소를 포함한 NiO:BN 복합체를 형성할 수 있으며, 질화붕소를 포함한 NiO:BN은 페로브스카이트 층으로부터 보다 효과적으로 정공을 추출하고 이동시킴으로써 전하의 수집 효율을 높이고 전하의 재결합은 억제할 수 있다.The
상기 NiO:BN 내 질화붕소의 함량은 1 vol% 내지 5 vol%(vol: volume)인 것이 바람직하고, 대략 2 vol%인 것이 가장 바람직하다.The content of boron nitride in the NiO:BN is preferably 1 vol% to 5 vol% (vol: volume), most preferably about 2 vol%.
광 활성층(130)은 주로 페로브스카이트(Perovskite)로 이루어진다. 광 활성층 형성을 위하여, 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물로는 CH3NH3PbI3-xClx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xBrx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbCl3-xBrx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xFx(0≤x≤3인 실수), Cs1-x-yFAxMAyPb(I1-zBrz)3 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-x-y≤1, 0≤z≤1인 실수)등 이 가능하다. 이 경우, Cs는 세슘(Cesium), FA는 포름아미디늄(Formamidinium), MA는 메틸암모늄(Methylammonium), Pb는 납(lead), I는 아이오디드(Iodide), Br은 브로마이드(Bromide)를 의미하며, Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3 조성의 페로브스카이트 광흡수층이 가장 바람직할 수 있다. The
이때, 페로브스카이트 전구체 용매의 중량 퍼센트 농도는 출발물질인 포르마미듐 아이오다이드(Formamidinium Iodide, FAI), 메틸암모늄 브로마이드(Methylammonium Bromide, MABr), 및 요오드화 세슘(Cesium Iodide, CsI), 브롬화 납(Lead Bromide, PbBr2), 요오드화 납(Lead Iodide, PbI2)을 Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3의 비율로 혼합한 혼합 용질과 다이메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF): 디메틸 일산화황(Dimethyl sulfoxide, DMSO)=8:2인 혼합용매 1 mL의 무게를 기준으로 [용질의 무게/(용질의 무게 + 용액의 무게) X 100]의 관계를 통해 계산된다.At this time, the weight percent concentration of the perovskite precursor solvent is the starting material formamidium iodide (Formamidinium Iodide, FAI), methylammonium bromide (MABr), and cesium iodide (CsI), bromide Lead Bromide (PbBr 2 ), Lead Iodide (PbI 2 ) mixed in the ratio of Cs 0.175 FA 0.750 MA 0.075 Pb (I 0.880 Br 0.120 ) 3 Mixed solute and dimethylformamide (DMF) : Calculated through the relationship of [weight of solute / (weight of solute + weight of solution) X 100] based on the weight of 1 mL of a mixed solvent of dimethyl sulfoxide (DMSO) = 8:2.
페로브스카이트 전구체 용매로는 N,N-Dimethylformamide (DMF), G-butyrolactone (GBL), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), N,N-dimethylacetamide (DMAc)를 포함한 극성용매와 이들을 혼합한 용매 등이 사용될 수 있다. Perovskite precursor solvents include N,N-Dimethylformamide (DMF), G-butyrolactone (GBL), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), and polar solvents including N,N-dimethylacetamide (DMAc). A mixed solvent or the like may be used.
전자 수송층(140)은 플러렌 유도체(C60) 및 금속 산화물층을 포함할 수 있으며, 금속 산화물층은 SnO2, ZnO, MgO, WO3, PbO, In2O3, Bi2O3, Ta2O5, BaTiO3, BaZrO3, ZrO3 등일 수 있다. 전자 수송층(140)은 제 1 전자 수송층(미도시)과 제 2 전자 수송층(미도시)으로 구성될 수 있다. 제 1 전자 수송층(미도시)은 PCBM([6,6]-페닐-C61-뷰티르산 메틸 에스테르 ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PC61BM)으로 이루어지고, 제 2 전자 수송층은 ZnOx 등이 될 수 있다.The
제 2 전극(150)은 Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 등일 수 있으며, 바람직하게는 Ag일 수 있다. The
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 a solar cell having an inverted structure is shown in FIG. 1 , the present invention is not limited thereto, and an embodiment of the present invention may be applied to a normal structure as well. 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 분산액을 제조하는 과정을 보여주는 공정도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 질화붕소 분말 및 IPA(IsoPropyl Alcohol) 용액을 준비한다(단계 S210).2 is a process chart showing a process for preparing a dispersion liquid according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2, first prepare a boron nitride powder and IPA (IsoPropyl Alcohol) solution (step S210).
0.5 mg의 질화붕소 분말을 1 ml의 IPA 용액에 넣고 약 3~4 시간 동안 초음파 처리하여 질화붕소 분산액을 제조한다(단계 S220).0.5 mg of boron nitride powder is put into 1 ml of IPA solution and sonicated for about 3 to 4 hours to prepare a boron nitride dispersion (step S220).
이후, 질화붕소 분산액을 NiOx 분산액에 1 vol% 내지 5 vol% 첨가하고 약 23 ~ 25 시간 동안 교반하여 최종적으로 NiO:BN 분산액을 제조한다(단계 S230,S240). NiOx 분산액은 IPA 용액에 2.5 wt%의 NiOx 가 혼합된 형태이다.Thereafter, 1 vol% to 5 vol% of boron nitride dispersion is added to the NiO x dispersion and stirred for about 23 to 25 hours to finally prepare a NiO:BN dispersion (steps S230 and S240). The NiOx dispersion is a mixture of 2.5 wt% of NiO x in IPA solution.
도 3은 도 2에 의해 제조된 분산액을 이용하여 페로브스카이트 태양전지의 과정을 보여주는 공정도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 전극(110)이 되는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 기판을 아세톤, 증류수 및 이소프로필 알콜 순서로 초음파 기계에서 20 분간 세척한 후 80 ℃의 오븐에서 10 분간 건조하였다. 이후, 상기 기판에 대한 젖음성 향상과 불순물 제거를 위해 30분 동안 자외선-오존 처리를 하였다(단계 S310). FIG. 3 is a process chart showing a process of a perovskite solar cell using the dispersion prepared in FIG. 2 . Referring to FIG. 3, an indium tin oxide (ITO) substrate serving as the
상기와 같이 준비된 제 1 전극(110)의 상부면에 NiO:BN 분산액을 3500 내지 4500rpm(revolutions per minute)(바람직하게는 4000rpm), 35 내지 45초(바람직하게는 40초)로 코팅하여 정공 수송층(120)을 생성하였다(단계 S320). 이때 코팅은 상온에서 진행하였으며 열처리는 약 300 내지 350℃(바람직하게는 300℃)에서 약 25 내지 35분(바람직하게는 30분)간 진행하였다. 코팅은 스핀 코팅법이 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 스프레이 코팅법, 슬롯다이 코팅법, 바코팅법, 닥터 블레이드법 등이 사용될 수 있다.The upper surface of the
이후, 상기 정공 수송층(120)의 상부면에 광활성층(130)을 형성하기 위해, 먼저 포르마미듐 아이오다이드(Formamidinium Iodide, FAI), 메틸암모늄 브로마이드(Methylammonium Bromide, MABr), 요오드화 세슘(Cesium Iodide, CsI), 브롬화 납(Lead Bromide, PbBr2), 요오드화 납(Lead Iodide, PbI2)을 Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3의 비율로 다이메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF): 디메틸 일산화황(Dimethyl sulfoxide, DMSO)=8:2인 혼합용액에 용해시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하였다.Then, in order to form the
부연하면, 포르마미듐 아이오다이드(Formamidinium Iodide, FAI), 메틸암모늄 브로마이드(Methylammonium Bromide, MABr), 요오드화 세슘(Cesium Iodide, CsI), 브롬화 납(Lead Bromide, PbBr2), 요오드화 납(Lead Iodide, PbI2)을 모두 포함하며, 이들을 기반하는 페로브스카이트 조정이 모두 가능하다.To elaborate, formamidinium iodide (FAI), methylammonium bromide (MABr), cesium iodide (CsI), lead bromide (PbBr 2 ), lead iodide , PbI 2 ), and all perovskite adjustments based on them are possible.
페로브스카이트 전구체 용액을 NiO:BN의 정공 수송층(120) 상에 450 내지 550rpm(바람직하게는 500rpm)으로 4 내지 6초(바람직하게는 5초)동안 1차 코팅하고, 4500 내지 5500rpm(바람직하게는 5000rpm)으로 40 내지 50초 (바람직하게는 45초)동안 2차 코팅하였고, 코팅 종료 25 내지 35초(바람직하게는 30초) 전에 클로로벤젠 (Chlorobenzene, CB)를 분사하였다. 다음으로 95 내지 105℃(바람직하게는 100℃)에서 25 내지 35분(바람직하게는 30분)간 열처리하여 페로브스카이트 구조를 갖는 광활성층(130)을 형성하였다(단계 S330,S340). The perovskite precursor solution is first coated on the NiO:BN
이후, 광활성층(130)의 상부면에 제 1 전자수송층의 형성을 위해 1,2-다이클로로 벤젠 (1,2-Dichlorobenzene, CB)에 20 mg/ml으로 분산된 [6,6]-페닐-C61-뷰티르산 메틸 에스테르 ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PC61BM=PCBM)를 5500 내지 6500rpm(바람직하게는 6000rpm)으로 45 내지 55초(바람직하게는 50초) 동안 스핀 코팅하였고, 이후 95 내지 105℃(바람직하게는 100℃)에서 9 내지 11분(바람직하게는 10분)간 열처리를 진행하였다. 제 2 전자수송층인 ZnOx 나노파티클 분산액을 7500 내지8500rpm(바람직하게는 8000rpm)으로 35 내지 45초(바람직하게는 40초) 동안 스핀코팅하였다(단계 S350,S360).Thereafter, [6,6]-phenyl dispersed at 20 mg/ml in 1,2-dichlorobenzene (CB) to form a first electron transport layer on the upper surface of the photoactive layer 130 -C61-butyric acid methyl ester ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PC61BM=PCBM) at 5500 to 6500 rpm (preferably 6000 rpm) for 45 to 55 seconds (preferably 50 seconds) After spin coating, heat treatment was performed at 95 to 105° C. (preferably 100° C.) for 9 to 11 minutes (preferably 10 minutes). The second electron transport layer, the ZnOx nanoparticle dispersion, was spin-coated at 7500 to 8500 rpm (preferably 8000 rpm) for 35 to 45 seconds (preferably 40 seconds) (steps S350 and S360).
마지막으로 열 증발 증착기(Thermal Evaporator)를 사용하여 제 2 전극(150)인 은 (Ag) 95 내지 105nm(바람직하게는 100nm)의 두께에, 4.00 내지 5.00mm2(바람직하게는 4.64 mm2의 유효 면적을 가지도록 속도 0.5 내지 1.5Å/s(바람직하게는 1.0Å/s)로 증착하였다(단계 S370).Finally, by using a thermal evaporator, the
<실시예 1><Example 1>
본 발명에 따른 광전기적 특성이 우수한 고품질 NiOx 정공 수송층 박막 형성을 유도 또는 촉진할 수 있는 첨가제인 질화붕소가 혼합된 NiOx NPs 정공 수송층 분산용액의 제조과정을 하기의 내용에서 상세히 설명한다.The manufacturing process of the NiO x NPs hole transport layer dispersion solution mixed with boron nitride, which is an additive capable of inducing or promoting the formation of a high quality NiO x hole transport layer thin film with excellent photoelectric properties according to the present invention, will be described in detail below.
(1) 0.5 mg의 질화붕소 분말을 1 ml의 IPA 용액에 넣고 3~4 시간 동안 초음파 처리하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.(1) Boron nitride dispersion was prepared by adding 0.5 mg of boron nitride powder to 1 ml of IPA solution and ultrasonicating for 3 to 4 hours.
(2) 상기 질화붕소 분산액을 NiOx (2.5 wt%NiOx in IPA)분산액에 1 vol% 내지 5 vol% 첨가하고 24 시간 동안 교반하여 최종적으로 NiO:BN 분산액을 제조하였다.(2) 1 vol% to 5 vol% of the boron nitride dispersion was added to the NiO x (2.5 wt% NiO x in IPA) dispersion and stirred for 24 hours to finally prepare a NiO:BN dispersion.
<비교예 1><Comparative Example 1>
본 발명의 비교 예로써, 순수한 NiOx (2.5 wt%NiO in IPA) 분산액은 상기에서 제시한 질화붕소를 첨가하지 않음에 차이가 있다. As a comparative example of the present invention, the pure NiO x (2.5 wt% NiO in IPA) dispersion is different in that boron nitride is not added as described above.
<실시예 2><Example 2>
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 제 1 전극(110); 상기 제 1 전극(110)의 상부면에 형성된 정공 수송층(120); 상기 정공 수송층(120)의 상부면에 형성되는 페로브스카이트 광활성층(130); 페로브스카이트 광활성층(130)의 상부면에 형성되는 전자 수송층(140); 상기 전자 수송층(140)의 상부면에 형성되는 제 2 전극(150)을 포함할 수 있다. The perovskite solar cell of the present invention includes a
상기 제 1 전극(110)은 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연 등을 사용할 수 있다. 상기 정공 수송층(120)은 NiOx 화학조성의 나노입자를 포함하며, NiOx 정공 수송층은 계면이 분리되는 곳 없이 제 1 전극(110)의 표면을 따라 치밀한 박막을 형성하여 두층 간의 저항을 감소시킬 수 있다. Fluorine tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , tin-based oxide, zinc oxide, or the like may be used for the
또한, 상기 정공 수송층(120)은 질화붕소를 포함한 NiO:BN 복합체를 형성할 할 수 있으며, 질화붕소를 포함한 NiO:BN은 페로브스카이트 층으로부터 보다 효과적으로 정공을 추출하고 이동시킴으로써 전하의 수집 효율은 높이고 전하의 재결합은 억제할 수 있다. 상기 NiO:BN 내 질화붕소의 함량은 1 vol% 내지 5 vol%인 것이 바람직하고, 대략 2 vol%인 것이 가장 바람직하다.In addition, the
상기 페로브스카이트 광활성층(130)이 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물은 CH3NH3PbI3-xClx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xBrx(0≤x≤3인실수), CH3NH3PbCl3-xBrx(0≤x≤3인 실수), CH3NH3PbI3-xFx(0≤x≤3인 실수), Cs1-x-yFAxMAyPb(I1-zBrz)3 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-x-y≤1, 0≤z≤1인 실수)등 이 가능하다. 이 경우, Cs는 Cesium, FA는 Formamidinium, MA는 Methylammonium, Pb는 lead, I는 Iodide, Br은 Bromide를 의미하며, Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3 조성의 페로브스카이트 광흡수층이 가장 바람직할 수 있다. The
페로브스카이트 전구체 용매의 중량 퍼센트 농도는 20 wt% 내지 56 wt%인 것이 바람직하고, 대략 48 wt%인 것이 가장 바람직하다.The weight percent concentration of the perovskite precursor solvent is preferably between 20 wt% and 56 wt%, most preferably approximately 48 wt%.
<비교예2><Comparative Example 2>
실시예 1에 따라 제조된 NiO:BN 분산액 대신에 비교예 1에 따라 제조된 순수한 NiOx 분산액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방식으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.A perovskite solar cell was prepared in the same manner as in Example 2, except that the pure NiO x dispersion prepared according to Comparative Example 1 was used instead of the NiO:BN dispersion prepared according to Example 1.
상기 전자 수송층(140)은 플러렌유도체(C60) 및 금속산화물층을 포함할 수 있으며, 금속산화물층은 SnO2, ZnO, MgO, WO3, PbO, In2O3, Bi2O3, Ta2O5, BaTiO3, BaZrO3, ZrO3 등일 수 있다.The
상기 제 2 전극(150)은 Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 등일 수 있으며, 바람직하게는 Ag일 수 있다. The
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 에너지 분산형 X-선 분광 (Energy-dispersive X-ray spectroscopy; EDS) 원소 맵핑 이미지를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 발명에 의해 제조된 NiO:BN 정공 수송층 내에 NiO 나노 입자(210,220)와 질화붕소 나노입자(230,240)가 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.4 is a diagram showing an energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) elemental mapping image of a NiO:BN hole transport layer thin film according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , it can be seen that
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 고해상도 X-선 광전자 분광 (High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, Ni2p3/2 및 O1s 특성 피크가 NiO 및 NiO:BN 박막에서 동시에 관찰되었으며, 각 피크가 동일한 위치에 있는 것을 확인하였다. 반면에, B1s 및 N1s 특성 피크는 NiO:BN 박막에서만 관찰되었다. 이로부터, NiO와 BN 사이에 화학적인 반응은 없으며, NiO:BN 박막에만 BN이 존재함을 알 수 있다. 5 is a diagram showing high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of a NiO:BN hole transport layer thin film according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, Ni2p 3/2 and O1s characteristic peaks were simultaneously observed in the NiO and NiO:BN thin films, and it was confirmed that each peak was located at the same position. On the other hand, B1s and N1s characteristic peaks were observed only in the NiO:BN thin film. From this, it can be seen that there is no chemical reaction between NiO and BN, and that BN exists only in the NiO:BN thin film.
도 5에서 "satellite"는 주피크 주변에 나타나는 위성 피크로 성분원소 중 일부가 산화(또는 환원)된 경우에 성분원소의 주피크와 산화(또는 환원)에 의한 위성피크가 나타난다. In FIG. 5, "satellite" is a satellite peak appearing around the main peak, and when some of the component elements are oxidized (or reduced), the main peak of the component element and the satellite peak due to oxidation (or reduction) appear.
"cps(counts per second)"는 스펙트럼 검출기에 들어오는 신호의 수를 나타내며, 신호의 빈도수가 높을 수록 cps가 높게 나타나고 스펙트럼에서 피크의 강도가 세다고 말할 수 있다."cps (counts per second)" indicates the number of signals entering the spectrum detector, and it can be said that the higher the frequency of the signal, the higher the cps appears and the stronger the peak in the spectrum.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 또는 NiO:BN 박막을 정공 수송층으로 갖는 페로브스카이트 태양전지의 전류-전압 곡선 및 광전변환효율(power conversion efficiency; PCE)의 통계를 나타낸 도면이다. 즉, 도 6의 (a)는 전류 밀도-전압 곡선을 나타내고, 도 6의 (b)는 광전변환효율(PCE)-BN 함유량 관계를 나타낸다. 도 6을 참조하면, NiO:BN 정공 수송층을 도입하였을 때 페로브스카이트 태양전지의 성능이 향상되며, 2 vol%의 질화붕소를 포함한 NiO:BN 정공 수송층에 있어서 가장 우수한 광전변환효율을 나타냈었다. 이로부터, 2 vol%의 질화붕소를 포함한 NiO:BN이 가장 바람직함을 알 수 있다. 이를 이해하기 쉽게 표로 나타내면 다음과 같다. 즉, 표 1은 도 6에 도시된 NiO 및 2 vol%BN을 포함한 NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 세부적인 성능 데이터를6 is a diagram showing statistics of current-voltage curves and power conversion efficiency (PCE) of a perovskite solar cell having a NiO or NiO:BN thin film as a hole transport layer according to an embodiment of the present invention. . That is, FIG. 6(a) shows a current density-voltage curve, and FIG. 6(b) shows a photoelectric conversion efficiency (PCE)-BN content relationship. Referring to FIG. 6, when the NiO:BN hole transport layer was introduced, the performance of the perovskite solar cell was improved, and the NiO:BN hole transport layer containing 2 vol% of boron nitride showed the best photoelectric conversion efficiency. . From this, it can be seen that NiO:BN containing 2 vol% of boron nitride is most preferable. This is shown in a table for easy understanding: That is, Table 1 shows detailed performance data of the perovskite solar cell having a NiO:BN hole transport layer including NiO and 2 vol% BN shown in FIG.
여기서, HTL은 Hole Transporting Layer(정공 수송층), Voc는 개방 전압, Jsc는 단락 전류 밀도(Short-circuit current density), FF는 Fill Factor이다.Here, HTL is the Hole Transporting Layer, Voc is the open voltage, Jsc is the short-circuit current density, and FF is the Fill Factor.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 또는 NiO:BN 박막을 정공 수송층으로 갖는 페로브스카이트 태양전지의 최대 전력점 전압에서 정상 상태 광전류 출력, 외부양자효율 (external quantum efficiency; EQE), 및 내부양자효율 (internal quantum efficiency; IQE)를 나타낸 도면이다. 즉, 도 7의 (a)는 전류 밀도-시간 관계이고, 도 7의 (b)는 외부양자효율(EQE)-파장 곡선이고, 도 7의 (c)는 내부양자효율-파장 곡선이다. 7 is a graph showing steady-state photocurrent output, external quantum efficiency (EQE), And it is a diagram showing internal quantum efficiency (IQE). That is, (a) of FIG. 7 is a current density-time relationship, (b) of FIG. 7 is an external quantum efficiency (EQE)-wavelength curve, and (c) of FIG. 7 is an internal quantum efficiency-wavelength curve.
도 7을 참조하면, NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지가 최대 전력점 전압에서 보다 높은 정상 상태 광전류 출력을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 질화붕소를 포함하지 않는 NiO 정공 수송층에 비해 질화붕소를 포함한 NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼이 모든 파장에서 개선된 것으로 나타났으며, 이는 NiO:BN 정공 수송층이 더 나은 광 수확성능을 제공할 수 있음을 나타낸다. Referring to FIG. 7 , it is shown that the perovskite solar cell having the NiO:BN hole transport layer has a higher steady-state photocurrent output at the maximum power point voltage. In addition, it was found that the external quantum efficiency (EQE) spectrum of the perovskite solar cell having the NiO:BN hole transport layer containing boron nitride was improved at all wavelengths compared to the NiO hole transport layer without boron nitride. It indicates that the NiO:BN hole transport layer can provide better light harvesting performance.
도 7을 계속 참조하면, 내부양자효율(IQE) 스펙트럼에 있어서도 NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지가 높은 값을 나타냈으며, 그 향상된 정도가 유사한 것으로 볼 때 NiO:BN 정공 수송층의 도입으로 인한 효율 개선이 주로 전하 추출 및 전달 특성의 개선에 기인함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the perovskite solar cell having the NiO:BN hole transport layer showed a high value in the internal quantum efficiency (IQE) spectrum, and considering that the degree of improvement was similar, the NiO:BN hole transport layer's It can be seen that the efficiency improvement due to the introduction is mainly due to the improvement of charge extraction and transfer characteristics.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 자외선 분광 스펙트럼, NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다. 즉, 도 8의 (a)는 세기-결합 에너지간 그래프이고, 도 8의 (b)는 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 8을 참조하면, 전자 수송층(140)은 제 1 전자 수송층(841)과 제 2 전자 수송층(842)로 구성된다. 8 is an energy band diagram of a perovskite solar cell including ultraviolet spectral spectra and NiO and NiO:BN hole transport layers for NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 8(a) is an intensity-coupled energy graph, and FIG. 8(b) is an energy band diagram. Referring to FIG. 8 , the
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, NiO:BN 정공 수송층의 일함수가 4.9eV로 NiO 정공 수송층의 4.6 eV보다 높게 나타났으며, 가전자대의 에너지 준위에 있어서는 NiO 정공 수송층 보다 0.3eV 낮은 ~5.7 eV를 갖는 것으로 나타났다. As shown in (a) of FIG. 8, the work function of the NiO:BN hole transport layer was 4.9 eV, higher than that of the NiO hole transport layer of 4.6 eV, and the valence band energy level was 0.3 eV lower than that of the NiO hole transport layer. It was found to have ~5.7 eV.
이로부터, 도 6의 (b)에 도시된 것과 같이 NiO:BN 정공 수송층이 페로브스카이트와 보다 에너지 준위가 잘 일치함을 알 수 있고, 이는 NiO:BN 정공 수송층이 정공의 이동에 보다 용이하고 태양전지의 효율 향상에 보다 적합함을 의미한다.From this, as shown in (b) of FIG. 6, it can be seen that the NiO:BN hole transport layer matches the energy level better than the perovskite, which means that the NiO:BN hole transport layer is easier to move holes. This means that it is more suitable for improving the efficiency of solar cells.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막에 대한 원자 현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 분석 이미지를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 균일하지 않은 필름 표면이나 균질하지 않은 필름 형태는 전하의 재조합, 높은 저항, 정공 추출 감소 등을 야기하여 채움 인자를 저하시키고 결과적으로 소자 성능을 감소시키는 요인으로 작용할 수 있다.9 is a view showing an atomic force microscope (AFM) analysis image of NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9 , a non-uniform film surface or a non-homogeneous film shape may cause charge recombination, high resistance, decrease in hole extraction, and the like, thereby reducing a filling factor and consequently reducing device performance.
도 9에 도시된 바와 같이, NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막의 표면 거칠기(root-means-square roughness; rms)는 각각 ~3.42nm 및 ~2.40nm로 측정되었으며, 결과적으로 NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지 성능이 보다 우수할 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 9, the root-means-square roughness (rms) of the NiO and NiO:BN hole transport layer thin films were measured to be ~3.42 nm and ~2.40 nm, respectively. As a result, the NiO:BN hole transport layer was measured. It can be seen that the perovskite solar cell performance can be more excellent.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층의 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 X-선 회절(XRD: X-ray Diffraction) 패턴을 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 NiO:BN 정공 수송층을 위해 형성된 페로브스카이트와 종래의 NiO 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트에서 동일한 특성 회절 피크를 가짐을 알 수 있다. 10 is a view showing X-ray diffraction (XRD: X-ray Diffraction) patterns of perovskite photoactive layers formed on thin films of NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, it can be seen that the perovskite formed for the NiO:BN hole transport layer prepared according to an embodiment of the present invention and the perovskite formed on the conventional NiO hole transport layer have the same characteristic diffraction peaks. there is.
이를 통해 NiO:BN 정공 수송층을 도입하였을 때 페로브스카이트 결정구조에 영향이 없다는 것을 확인할 수 있다. 반면, 반치폭 (full width at half maximum; FWHM)에 있어서는 NiO:BN (~0.252)가 NiO (~0.269) 보다 작게 나타났으며, NiO:BN 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트의 결정성이 보다 우수함을 알 수 있다. Through this, it can be confirmed that there is no effect on the perovskite crystal structure when the NiO:BN hole transport layer is introduced. On the other hand, in terms of full width at half maximum (FWHM), NiO:BN (~0.252) was smaller than NiO (~0.269), and the crystallinity of the perovskite formed on the NiO:BN hole transport layer was better. can know
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 주사전자현미경(SEM:Scanning Electron Microscope) 이미지와 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트의 결정립 크기 분포를 나타낸 도면이다. 즉, 도 11의 (a)는 NiO 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 주사전자현미경 (SEM) 이미지이고, 도 11의 (b)는 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트 광활성층에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지이고, 도 11의 (c)는 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막 위에 형성된 페로브스카이트의 결정립 크기 분포를 나타낸 도면이다.11 is a scanning electron microscope (SEM) image of a perovskite photoactive layer formed on NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention and on NiO and NiO:BN hole transport layer thin films. It is a diagram showing the grain size distribution of the formed perovskite. That is, FIG. 11 (a) is a scanning electron microscope (SEM) image of the perovskite photoactive layer formed on the NiO hole transport layer thin film, and FIG. 11 (b) is a perovskite formed on the NiO:BN hole transport layer thin film. It is a scanning electron microscope (SEM) image of the photoactive layer, and FIG. 11(c) is a diagram showing the grain size distribution of perovskite formed on NiO and NiO:BN hole transport layer thin films.
도 11을 참조하면, NiO와 NiO:BN 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트 박막의 입자 크기 분포 및 형성에는 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. NiO 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트 박막은 입자 크기가 작은 데에 비해, NiO:BN 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트 박막의 입자 크기는 12.5% 증가하였다. Referring to FIG. 11, it was found that there was a slight difference in the particle size distribution and formation of the perovskite thin film formed on the NiO and NiO:BN hole transport layers. Compared to the particle size of the perovskite thin film formed on the NiO hole transport layer, the particle size of the perovskite thin film formed on the NiO:BN hole transport layer increased by 12.5%.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층 박막의 수접촉 각(contact angle)을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, NiO:BN 정공 수송층의 수접촉 각(1120)이 NiO 정공 수송층의 수접촉 각(110) 보다 10°가량 작을 것을 확인할 수 있다. 따라서, 페로브스카이트 박막의 결정립 크기 변화가 질화붕소의 첨가에 따른 NiO 정공 수송층의 수접촉 각 변화에 기인할 수 있음을 알 수 있다. 12 is a view showing the contact angle of NiO and NiO:BN hole transport layer thin films according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12 , it can be confirmed that the
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 직렬 및 병렬 저항 변화, 빛의 세기에 따른 개방 회로 전압 변화, 광발광 (Photoluminescence, PL) 특성, photo-CELIV(charge extraction by linearly increasing voltage) 측정 곡선, 광전전압과 광전전류 감소 시간 측정 곡선을 나타낸 도면이다. 즉, 도 13의 (a)는 직렬 (Rs) 및 병렬(Rsh) 저항 변화, (b)는 빛의 세기에 따른 개방 회로 전압 변화, (c)는 광발광 (Photoluminescence, PL) 특성, (d)는 photo-CELIV 측정 곡선, (e)는 광전전류 감소 시간 측정 곡선, (f)는 광전전압 감소 시간 측정 곡선을 나타낸다.13 shows series and parallel resistance changes, open-circuit voltage changes according to light intensity, and photoluminescence (PL) of a perovskite solar cell including NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention. ) characteristic, photo-CELIV (charge extraction by linearly increasing voltage) measurement curve, and photovoltaic voltage and photoelectric current reduction time measurement curve. That is, (a) of FIG. 13 shows series (R s ) and parallel (R sh ) resistance changes, (b) shows open circuit voltage changes according to light intensity, (c) shows photoluminescence (PL) characteristics, (d) shows a photo-CELIV measurement curve, (e) a photocurrent decay time measurement curve, and (f) a photovoltage decay time measurement curve.
도 13을 참조하면, 상기 도 13의 (a)에서, 직렬 (Rs) 및 병렬(Rsh) 저항은 전류-전압 곡선의 개방 회로 전압과 단락 전류 지점에서 1/기울기로 계산되었다. 부연하면, 직렬저항은 도6의 (a)에서 J-V 곡선의 전류밀도가 0인 지점에서의 기울기의 역수 (1/기울기)를 하여 계산되었다. 또한, 병렬저항은 도6의 (a)에서 J-V 곡선의 전류밀도가 최대이고 전압이 0인 지점에서의 기울기의 역수 (1/기울기)를 하여 계산되었다.Referring to FIG. 13, in (a) of FIG. 13, series (R s ) and parallel (R sh ) resistances were calculated with a 1/slope at the open-circuit voltage and short-circuit current points of the current-voltage curve. To elaborate, the series resistance was calculated by taking the reciprocal of the slope (1/slope) at the point where the current density of the JV curve is 0 in (a) of FIG. In addition, the parallel resistance was calculated by taking the reciprocal of the slope (1/slope) at the point where the current density of the JV curve is maximum and the voltage is 0 in (a) of FIG.
NiO:BN이 정공 수송층으로 도입되었을 때, 태양전지의 평균 Rs가 ~ 2.5에서 ~ 1.9 Ω cm2로 감소하고 태양전지의 평균 Rsh가 ~ 4599에서 ~ 7192 Ω cm2로 증가한 것으로 관찰되었다. 따라서, NiO:BN을 정공 수송층으로 사용함으로써 계면 저항 및 누설 전류가 감소되고, NiO:BN 기반 페로브스카이트 태양전지에서 FF 및 VOC가 향상되는 것으로 생각된다.When NiO:BN was introduced as the hole transport layer, it was observed that the average R s of the solar cell decreased from ~2.5 to ~1.9 Ω cm 2 and the average R sh of the solar cell increased from ~ 4599 to ~ 7192 Ω cm 2 . Therefore, it is thought that the interfacial resistance and leakage current are reduced by using NiO:BN as a hole transport layer, and FF and V OC are improved in NiO:BN based perovskite solar cells.
상기 도 13의 (b)에서 제시한 빛의 세기에 따른 개방 회로 전압 변화 값은 1에 가까울수록 트랩에 기인한 전하 재결합 (trap-assisted recombination)이 억제됨을 제시한다. NiO 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 빛의 세기에 따른 개방 회로 전압 변화 값은 1.26 kT/q이나, NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지는 1.18 kT/q로 감소하였으며 트랩에 기인한 전하 재결합이 효과적으로 억제됨을 알 수 있다. As the open-circuit voltage change value according to the light intensity presented in (b) of FIG. 13 is closer to 1, it is suggested that trap-assisted recombination is suppressed. The open-circuit voltage change value according to the light intensity of the perovskite solar cell with the NiO hole transport layer was 1.26 kT/q, but the perovskite solar cell with the NiO:BN hole transport layer decreased to 1.18 kT/q. It can be seen that the charge recombination due to the trap is effectively suppressed.
이는 NiO:BN 정공 수송층과 페로브스카이트 광활성층 사이의 계면 또는 정공 수송층 내에 존재하는 trap이 효과적으로 억제되었음을 나타내며, 결과적으로 트랩에 기인한 전하 재결합이 감소하여 Voc가 개선되었음을 알 수 있다. This indicates that traps existing in the hole transport layer or at the interface between the NiO:BN hole transport layer and the perovskite photoactive layer were effectively suppressed, and as a result, charge recombination due to traps was reduced and Voc was improved.
상기 도 13의 (c)에서, NiO:BN 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트 박막의 광발광 세기가 NiO 정공 수송층 위에 형성된 페로브스카이트 박막의 광발광 세기보다 작게 나타났으며, 이는 NiO:BN 정공 수송층을 도입함에 따라 전하 재결합이 억제됨을 의미하고, 결과적으로 태양전지의 Jsc와 Voc가 개선될 수 있다. In (c) of FIG. 13, the photoluminescence intensity of the perovskite thin film formed on the NiO:BN hole transport layer was smaller than the photoluminescence intensity of the perovskite thin film formed on the NiO hole transport layer, indicating that the NiO:BN The introduction of the hole transport layer means that charge recombination is suppressed, and as a result, Jsc and Voc of the solar cell can be improved.
또한, 상기 도 13의 (d)는 광 생성 전하 운반체의 이동성을 나타내는 데, NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지가 NiO 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지 보다 높은 전하 이동도를 나타내다. 이러한 이동성의 증가는 재조합의 감소를 나타내며, 이로부터 NiO:BN 정공 수송층의 도입으로 페로브스카이트 태양전지 내 트랩에 의한 전하 재결합이 감소하였음을 알 수 있다.In addition, (d) of FIG. 13 shows the mobility of photo-generated charge carriers, and the perovskite solar cell with the NiO:BN hole transport layer has higher charge mobility than the perovskite solar cell with the NiO hole transport layer. indicate This increase in mobility indicates a decrease in recombination, from which it can be seen that the introduction of the NiO:BN hole transport layer reduced charge recombination by traps in the perovskite solar cell.
또한, 상기 도 13의 (e)와 (f)는 광전전류 및 광전전압 감소 시간 측정 곡선을 나타내며, 광전전압과 광전전류 감소 시간은 실제로 작동중인 태양전지에서 전하 운반체의 수명과 전하 추출 및 전달 특성을 나타낸다. NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 광전전압 값이 증가하였는데, 이는 전하 재결합 수명이 증가했음을 나타내고, 전하 재결합 수명은 전하 재결합에 반비례하기 때문에 NiO:BN 정공 수송층 도입에 의해 태양전지 내 전하 재결합이 효과적으로 억제됨을 알 수 있다.In addition, (e) and (f) of FIG. 13 show the measurement curves of the photovoltaic current and photovoltaic voltage reduction time, and the photovoltaic voltage and photovoltaic current reduction time are the lifespan of the charge carrier and the charge extraction and transfer characteristics of the solar cell actually in operation. indicates The photovoltaic value of the perovskite solar cell with the NiO:BN hole transport layer increased, indicating that the charge recombination lifetime increased. It can be seen that internal charge recombination is effectively suppressed.
대조적으로, NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 광전전류 값은 감소하였는데, 이는 NiO:BN 정공 수송층 도입으로 전하 추출 및 전달 특성이 향상되었음을 나타낸다. In contrast, the photovoltaic current value of the perovskite solar cell with the NiO:BN hole transport layer decreased, indicating that the charge extraction and transfer characteristics were improved with the introduction of the NiO:BN hole transport layer.
결과적으로, NiO:BN 정공 수송층 도입으로 전하 재결합 수명과 전하 추출 및 전달 특성이 향상됨을 알 수 있으며, 이로 인한 Voc, Jsc, FF의 개선으로 NiO:BN을 정공 수송층으로 갖는 페로브스카이트 태양전지의 성능이 개선되었음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the charge recombination lifetime and charge extraction and transfer characteristics are improved with the introduction of the NiO:BN hole transport layer, and the resulting improvement in Voc, Jsc, and FF results in a perovskite solar cell with NiO:BN as the hole transport layer. It can be seen that the performance of is improved.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 NiO 및 NiO:BN 정공 수송층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 시간에 따른 대기중 안정성을 나타낸 도면이다. 도 14를 참조하면, 25℃, 30~60%의 공기조건에서 60일 이후 종래의 NiO 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 효율은 초기 대비 ~57%의 효율을 유지하고 있었으나, NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지의 효율은 초기 대비 ~85%를 유지하고 있었다. 상기의 결과는 NiO:BN 정공 수송층을 갖는 페로브스카이트 태양전지에 있어서 대기중 안정성이 더 우수함을 나타낸다. 14 is a diagram showing stability in air over time of a perovskite solar cell including NiO and NiO:BN hole transport layers according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, the efficiency of a perovskite solar cell having a conventional NiO hole transport layer after 60 days at 25 ° C. and an air condition of 30 to 60% maintained ~57% of the initial efficiency, but NiO: The efficiency of the perovskite solar cell with the BN hole transport layer maintained ~85% compared to the initial level. The above results indicate that the stability in air is better in the perovskite solar cell having the NiO:BN hole transport layer.
100: 고성능 페로브스카이트 태양전지
110: 제 1 전극
120: 정공 수송층
130: 광활성층
140: 전자 수송층
150: 제 2 전극100: high performance perovskite solar cell
110: first electrode
120: hole transport layer
130: photoactive layer
140: electron transport layer
150: second electrode
Claims (1)
제 1 전극(110);
상기 제 1 전극(110)의 상부면에 형성되는 정공 수송층(120);
상기 정공 수송층(120)의 상부면에 형성되며, 페로브스카이트(perovskite) 구조의 화합물을 포함하는 광활성층(130);
상기 광 활성층(130)의 상부면에 형성되는 전자 수송층(140); 및
상기 전자 수송층(140)의 상부면에 형성되는 제 2 전극(150);을 포함하며,
상기 정공 수송층(120)은 분산액이 제 1 전극(110)의 상기 상부면에 코팅되어 형성되며,
상기 광활성층(130)과 상기 정공 수송층(120) 사이의 계면 저항을 낮추고 트랩에 의한 광 생성 전하의 재결합을 낮추기 위해, 상기 분산액은 NiO:BN 분산액이며,
상기 NiO:BN 분산액은 NiOx 분산액에 1 vol% 내지 5 vol%의 질화붕소 분산액을 첨가하여 23 ~ 25시간 동안 교반에 의해 생성되며,
상기 NiOx 분산액은 질화붕소 분말을 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol) 용액에 넣고 3 내지 4시간 동안 초음파 처리하여 생성되는 것을 특징으로 하는 정공 수송층을 이용한 고성능 페로브스카이트 태양전지.In a high-performance perovskite solar cell,
a first electrode 110;
a hole transport layer 120 formed on an upper surface of the first electrode 110;
a photoactive layer 130 formed on an upper surface of the hole transport layer 120 and including a compound having a perovskite structure;
an electron transport layer 140 formed on an upper surface of the photoactive layer 130; and
A second electrode 150 formed on the upper surface of the electron transport layer 140; includes,
The hole transport layer 120 is formed by coating the upper surface of the first electrode 110 with a dispersion,
In order to lower the interfacial resistance between the photoactive layer 130 and the hole transport layer 120 and to lower recombination of photo-generated charges due to traps, the dispersion is a NiO:BN dispersion,
The NiO:BN dispersion is produced by adding 1 vol% to 5 vol% boron nitride dispersion to the NiOx dispersion and stirring for 23 to 25 hours,
The NiOx dispersion is a high-performance perovskite solar cell using a hole transport layer, characterized in that produced by ultrasonication of boron nitride powder in an isopropyl alcohol solution for 3 to 4 hours.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230038658A KR102602858B1 (en) | 2021-01-14 | 2023-03-24 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210005194A KR102515576B1 (en) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
| KR1020230038658A KR102602858B1 (en) | 2021-01-14 | 2023-03-24 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210005194A Division KR102515576B1 (en) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230047976A true KR20230047976A (en) | 2023-04-10 |
| KR102602858B1 KR102602858B1 (en) | 2023-11-17 |
Family
ID=82610148
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210005194A KR102515576B1 (en) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
| KR1020230038658A KR102602858B1 (en) | 2021-01-14 | 2023-03-24 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
| KR1020230038659A KR102602859B1 (en) | 2021-01-14 | 2023-03-24 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210005194A KR102515576B1 (en) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230038659A KR102602859B1 (en) | 2021-01-14 | 2023-03-24 | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (3) | KR102515576B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117202676B (en) * | 2023-11-08 | 2024-01-23 | 电子科技大学 | Perovskite solar cell based on three-layer conductive polymer and gate line electrode structure |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160083850A (en) | 2013-09-04 | 2016-07-12 | 다이솔 엘티디 | A photovoltaic device |
| JP2020519020A (en) * | 2017-05-05 | 2020-06-25 | エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ（エーペーエフエル） | Inorganic hole conducting system perovskite photoelectric conversion device with high long-term operational stability |
| KR102160474B1 (en) * | 2019-08-05 | 2020-09-28 | 한국전력공사 | A method for manufacturing a inorganic hole transport layer and a perovskite solar cell containing the same |
-
2021
- 2021-01-14 KR KR1020210005194A patent/KR102515576B1/en active IP Right Grant
-
2023
- 2023-03-24 KR KR1020230038658A patent/KR102602858B1/en active IP Right Grant
- 2023-03-24 KR KR1020230038659A patent/KR102602859B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160083850A (en) | 2013-09-04 | 2016-07-12 | 다이솔 엘티디 | A photovoltaic device |
| JP2020519020A (en) * | 2017-05-05 | 2020-06-25 | エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ（エーペーエフエル） | Inorganic hole conducting system perovskite photoelectric conversion device with high long-term operational stability |
| KR102160474B1 (en) * | 2019-08-05 | 2020-09-28 | 한국전력공사 | A method for manufacturing a inorganic hole transport layer and a perovskite solar cell containing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102602858B1 (en) | 2023-11-17 |
| KR102602859B1 (en) | 2023-11-17 |
| KR20220102812A (en) | 2022-07-21 |
| KR102515576B1 (en) | 2023-03-30 |
| KR20230047977A (en) | 2023-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11222924B2 (en) | Photovoltaic device | |
| Fang et al. | Perovskite-based tandem solar cells | |
| Wang et al. | Prospects for metal halide perovskite-based tandem solar cells | |
| Kim et al. | Photovoltaic technologies for flexible solar cells: beyond silicon | |
| Tonui et al. | Perovskites photovoltaic solar cells: An overview of current status | |
| EP3381070B1 (en) | Mixed cation perovskite | |
| Wali et al. | Tin oxide as an emerging electron transport medium in perovskite solar cells | |
| EP3216066B1 (en) | Doping engineered hole transport layer for perovskite-based device | |
| Han et al. | Trilaminar ZnO/ZnS/Sb 2 S 3 nanotube arrays for efficient inorganic–organic hybrid solar cells | |
| Zhang et al. | Efficient interconnecting layers in monolithic all-perovskite tandem solar cells | |
| US20200203083A1 (en) | Fabrication of stable perovskite-based optoelectronic devices | |
| KR102093431B1 (en) | Perovskite solar cell and method of preparing the Perovskite solar cell | |
| Duan et al. | Surface modification of SnO2 blocking layers for hysteresis elimination of MAPbI3 photovoltaics | |
| Yan et al. | Recent progress of metal-halide perovskite-based tandem solar cells | |
| KR101559098B1 (en) | Core-shell type nanocomposites included fullerene particle using barrier layer of hole transport layer and preparation method thereof, and solar cell comprising the same | |
| Guo et al. | A 16.5% efficient perovskite solar cells with inorganic NiO film as hole transport material | |
| KR102602859B1 (en) | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same | |
| Duan et al. | Non-fullerene-derivative-dependent dielectric properties in high-performance ternary organic solar cells | |
| Tien et al. | Ultra-thin and high transparent Cu2ZnSnSe4/NiOx double-layered inorganic hole-transporting layer for inverted structure CH3NH3PbI3 perovskite solar cells | |
| Haque et al. | Small molecular material as an interfacial layer in hybrid inverted structure perovskite solar cells | |
| Ho et al. | An energy-harvesting scheme employing CuGaSe 2 quantum dot-modified ZnO buffer layers for drastic conversion efficiency enhancement in inorganic–organic hybrid solar cells | |
| KR101639608B1 (en) | Electron transport layer of having metal oxide nanoparticles and metal oxide nanorods, and polymer solar cells comprising the same | |
| KR101026763B1 (en) | Organic-inorganic hybrid solar cell | |
| JP6198417B2 (en) | All solid-state solar cell | |
| KR20220079148A (en) | High-performance perovskite solar cell using anti-solvent and Method for anufacturing the smae |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |