KR20230167963A - Perovskite solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
Perovskite solar cell and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230167963A KR20230167963A KR1020220068261A KR20220068261A KR20230167963A KR 20230167963 A KR20230167963 A KR 20230167963A KR 1020220068261 A KR1020220068261 A KR 1020220068261A KR 20220068261 A KR20220068261 A KR 20220068261A KR 20230167963 A KR20230167963 A KR 20230167963A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- perovskite
- solar cell
- transport layer
- compound
- perovskite solar
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 42
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 claims abstract description 19
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 14
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims abstract description 13
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 13
- QEVGZEDELICMKH-UHFFFAOYSA-N Diglycolic acid Chemical compound OC(=O)COCC(O)=O QEVGZEDELICMKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- -1 halogen anion Chemical group 0.000 claims description 11
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 43
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 35
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- PAKCOSURAUIXFG-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoxypropane-1,2-diol Chemical compound OCC(O)COCC=C PAKCOSURAUIXFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 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 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- IXHWGNYCZPISET-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(dicyanomethylidene)-2,3,5,6-tetrafluorocyclohexa-2,5-dien-1-ylidene]propanedinitrile Chemical compound FC1=C(F)C(=C(C#N)C#N)C(F)=C(F)C1=C(C#N)C#N IXHWGNYCZPISET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 2
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N methanamine;hydrobromide Chemical compound [Br-].[NH3+]C ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N Methyl butyrate Chemical compound CCCC(=O)OC UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Nb+5] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Nb+5] OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N 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
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- UPGUYPUREGXCCQ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+) indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[In+3].[Ce+3] UPGUYPUREGXCCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N indium;oxotungsten Chemical compound [In].[W]=O ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel 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
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000003949 trap density measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 제1 전극층, 정공수송층, 페로브스카이트 광활성층, 제1 전자수송층, 제2 전자수송층, 및 제2 전극층이 순차적으로 적층되어 형성된 페로브스카이트 태양전지에 있어서, 상기 페로브스카이트 광활성층은 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 사용하여 슬롯 다이 코팅방법으로 형성함으로써, 대기 안정성 및 장기 안정성이 향상되어 내구성이 우수하고, 성능이 향상된 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite solar cell formed by sequentially stacking a first electrode layer, a hole transport layer, a perovskite photoactive layer, a first electron transport layer, a second electron transport layer, and a second electrode layer, wherein the perovskite solar cell The photoactive layer is formed by a slot die coating method using a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups, It relates to a perovskite solar cell with improved atmospheric stability and long-term stability, excellent durability, and improved performance, and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 기능성 첨가제를 이용한 슬롯 다이 코팅 기반 고성능 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-performance perovskite solar cell based on slot die coating using a functional additive and a method of manufacturing the same.
최초의 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cells, PSCs)는 2009년 미야사카(Miyasaka) 교수팀에 의해 보고되었다. 페로브스카이트는 우수한 재료 특성으로 인해 차세대 태양 에너지 재료로 떠오르고 있다. 이러한 페로브스카이트 태양전지는 현재 수많은 연구팀들이 참여한 결과 실리콘 태양전지의 최고 전력변환 효율 (power conversion efficiency, PCE)인 26%대에 매우 근접한 수치인 25.7% 수치가 보고되었으며, 다양한 색채와 간단한 제작 방법 그리고 유연성으로 인해 관심이 더욱 더 증가하고 있다.The first perovskite solar cells (PSCs) were reported by Professor Miyasaka's team in 2009. Perovskite is emerging as a next-generation solar energy material due to its excellent material properties. As a result of the participation of numerous research teams, these perovskite solar cells have reported a power conversion efficiency (PCE) of 25.7%, which is very close to the 26% range, the highest power conversion efficiency (PCE) of silicon solar cells, and have various colors and simple manufacturing. Interest is growing more and more due to the method and flexibility.
그러나 현재까지 보고된 대부분의 연구는 스핀 코팅 공정 기반으로 제작 되어졌다. 대면적 공정으로 균일하고 안정적인 페로브스카이트 박막을 형성하기 위해서는, 스핀 코팅 공정에서 보고된 결정 성장 제어 방법뿐만 아니라 대면적 공정에서도 적용할 수 있는 새로운 대안이 필요하다. 페로브스카이트 박막의 결정이 빠르게 성장 되면, 박막의 품질이 저하되고 이는 박막 내부, 표면 및 입자 경계에 많은 결함을 발생시켜, 페로브스카이트 박막의 분해를 촉진 시키고, 페로브스카이트 태양전지의 안정성과 성능을 감소시킨다.However, most studies reported to date have been produced based on the spin coating process. In order to form a uniform and stable perovskite thin film through a large-area process, a new alternative that can be applied not only to the crystal growth control method reported in the spin coating process but also to the large-area process is needed. When the crystals of the perovskite thin film grow rapidly, the quality of the thin film deteriorates and this creates many defects inside the thin film, on the surface, and at grain boundaries, promoting the decomposition of the perovskite thin film and causing perovskite solar cells. Reduces stability and performance.
따라서, 대면적 기반의 고성능 페로브스카이트 태양전지를 생산하기 위해서는 페로브스카이트 태양전지의 결정 성장 및 동역학을 조절하고 박막의 분해와 결함을 감소시키는 것이 바람직하다. 이에 대한 해결책으로, 페로브스카이트 박막의 품질을 향상시키고, 결정 성장 속도를 조절하기 위한 기술 개발이 필요하다.Therefore, in order to produce large-area-based high-performance perovskite solar cells, it is desirable to control the crystal growth and dynamics of the perovskite solar cell and reduce the decomposition and defects of the thin film. As a solution to this, technology development is needed to improve the quality of perovskite thin films and control the crystal growth rate.
상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 본 발명의 목적은 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 갖는 이작용기 기능성 첨가제를 포함한 페로브스카이트 전구체 용액으로 제조된 페로브스카이트 광활성층을 포함하여 고성능 페로브스카이트 태양전지를 제공하는 것이다. In order to overcome the above disadvantages, the purpose of the present invention is to produce a perovskite photoactive layer prepared from a perovskite precursor solution containing a bifunctional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups. Including high-performance perovskite solar cells.
본 발명의 또 다른 목적은 페로브스카이트 광활성층 형성 시에 상기 기능성 첨가제와 페로브스카이트가 포함된 페로브스카이트 전구체 용액을 사용하여 슬롯 다이 코팅 방법으로 대면적으로 제작되는 안정적이고, 균일한 페로브스카이트 광활성층 및 페로브스카이트 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to form a stable, uniform, large-area perovskite layer using a slot die coating method using a perovskite precursor solution containing the functional additive and perovskite when forming a perovskite photoactive layer. The purpose is to provide a manufacturing method that can improve the performance of a perovskite photoactive layer and a perovskite solar cell.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 페로브스카이트 태양전지에 있어서, 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액으로 제조된 페로브스카이트 광활성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a perovskite solar cell, comprising a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups. It is characterized by comprising a perovskite photoactive layer prepared from a perovskite precursor solution.
상기 기능성 첨가제는, 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol) 및 디글리콜산(Diglycolic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The functional additive may be one or more selected from 3-Allyloxy-1,2,-propanediol and diglycolic acid.
상기 기능성 첨가제는 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 부피에 대하여, 0.1 부피% 내지 2 부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.A perovskite solar cell, wherein the functional additive is contained in an amount of 0.1 vol% to 2 vol% based on the total volume of the perovskite precursor solution.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 중량에 대하여, 20 중량% 내지 60 중량%로 포함할 수 있다.The compound having the perovskite structure may be included in an amount of 20% by weight to 60% by weight based on the total weight of the perovskite precursor solution.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상부에 형성된 정공수송층, 상기 정공수송층 상부에 형성된 페로브스카이트 광활성층, 상기 페로브스카이트 광활성층 상부에 형성된 제1 전자수송층, 상기 제1 전자수송층 상부에 형성된 제2 전자수송층, 및 상기 제2 전자수송층 상부에 형성된 제2 전극층을 포함하여 구성될 수 있다.The perovskite solar cell of the present invention includes a first electrode layer, a hole transport layer formed on the first electrode layer, a perovskite photoactive layer formed on the hole transport layer, and a first electron formed on the perovskite photoactive layer. It may include a transport layer, a second electron transport layer formed on the first electron transport layer, and a second electrode layer formed on the second electron transport layer.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법은, (a) 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계, (b) 상기 제1 전극층 상부에 정공수송층을 형성하는 단계, (c) 상기 정공수송층 상부에 기판 상에 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 코팅하여 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 단계, (d) 상기 페로브스카이트 광활성층 상부에 제1 전자수송층을 형성하는 단계, (e) 상기 제1 전자수송층 상부에 제2 전자수송층을 형성하는 단계, 및 (f) 상기 제2 전자수송층 상부에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing a perovskite solar cell of the present invention to achieve the above object includes (a) forming a first electrode layer on a substrate, (b) forming a hole transport layer on top of the first electrode layer. Step (c) forming a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups on the substrate on top of the hole transport layer. Forming a perovskite photoactive layer by coating, (d) forming a first electron transport layer on top of the perovskite photoactive layer, (e) forming a second electron transport layer on top of the first electron transport layer. and (f) forming a second electrode layer on the second electron transport layer.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는 상기 페로브스카이트 전구체 용액이 슬롯 다이 코팅에 의해 페로브스카이트 광활성층을 형성하며, 구체적으로 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 형성하는 단계, 및 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 슬롯 다이 코팅 장치에 공급하여 박막을 코팅하고 열처리하여 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In the perovskite solar cell manufacturing method of the present invention, in step (c), the perovskite precursor solution forms a perovskite photoactive layer by slot die coating, and specifically, the perovskite structure is formed. Forming a perovskite precursor solution containing a compound and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups, and supplying the perovskite precursor solution to a slot die coating device. It may include forming a perovskite photoactive layer by coating and heat treating the thin film.
본 발명은 를 페로브스카이트 전구체 용액에 포함하고 이를 적용한 슬롯 다이 코팅 기반 페로브스카이트 태양전지를 제조한다.The present invention manufactures a slot die coating-based perovskite solar cell by including and applying the perovskite precursor solution.
본 발명은 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 갖는 이작용기 기능성 첨가제를 통해 높은 결정화도와 조대한 결정입자를 갖는 고품질 페로브스카이트 박막 형성을 유도할 수 있고, 페로브스카이트 광활성의 결함 생성을 억제하거나 결함에 의한 트랩 밀도를 최소화하고 광 생성 전하의 재결합을 낮추어 페로브스카이트 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention can induce the formation of a high-quality perovskite thin film with high crystallinity and coarse crystal grains through a bifunctional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups. It has the effect of improving the performance of perovskite solar cells by suppressing the generation of photoactive defects, minimizing the trap density caused by defects, and lowering the recombination of photogenerated charges.
또한, 본 발명은 대기 안정성 및 장기 안정성이 향상되어 내구성이 우수한 광 활성층을 포함하는 슬롯 다이 기반 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a slot die-based perovskite solar cell including a photoactive layer with improved atmospheric stability and long-term stability and excellent durability, and a method for manufacturing the same.
본 발명은, 슬롯 다이 코팅 기반 페로브스카이트 태양전지에만 적용되었지만, 슬롯 다이 코팅과 유사한 대면적 공정에도 적용될 수 있으며, 이는 향후 페로브스카이트 태양전지의 상업화에도 영향을 줄 수 있다.Although the present invention has been applied only to perovskite solar cells based on slot die coating, it can also be applied to large-area processes similar to slot die coating, which may also affect the commercialization of perovskite solar cells in the future.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 페로브스카이트 태양전지 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 슬롯 다이 코팅 방법으로 페로브스카이트 박막을 형성하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 기능성 첨가제의 첨가량에 따른 페로브스카이트 태양전지의 개방회로전압(Voc)을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 기능성 첨가제의 첨가량에 따른 페로브스카이트 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 기능성 첨가제의 첨가량에 따른 페로브스카이트 태양전지의 채움인자(Fill Factor)를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 기능성 첨가제의 첨가량에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(PCE)을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 효율 분포를 보여주는 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 대표 전류-전압 곡선을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 시간에 따른 대기중 안정성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 광활성층의 표면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 광활성층의 X-ray 회절분석법 (XRD) 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광발광(Photoluminescence, PL)를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 빛의 세기에 따른 개방회로전압 변화를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광전전압을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 전류 감소 시간 측정 곡선을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a configuration diagram of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart of a perovskite solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of forming a perovskite thin film using a slot die coating method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the open circuit voltage (Voc) of a perovskite solar cell according to the amount of functional additive added according to the examples and comparative examples of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the short-circuit current density (Jsc) of the perovskite solar cell according to the amount of functional additive added according to the examples and comparative examples of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the fill factor of a perovskite solar cell according to the amount of functional additive added according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the photoelectric conversion efficiency (PCE) of perovskite solar cells according to the amount of functional additives added according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 8 is a histogram showing the efficiency distribution of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 9 is a diagram showing representative current-voltage curves of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 10 is a diagram showing the stability in air over time of perovskite solar cells according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 11 is a diagram showing a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a perovskite photoactive layer according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 12 is a diagram showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) measurement of perovskite photoactive layers according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 13 is a diagram showing photoluminescence (PL) of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 14 is a diagram showing the change in open circuit voltage according to the intensity of light of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 15 is a diagram showing the photoelectric voltage of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 16 is a diagram showing a current reduction time measurement curve of perovskite solar cells according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or steps. , it should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명을 특정 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the embodiments are not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and various changes can be made and various forms can be made, so all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention are intended. It should be understood as including.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같아, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지(100)는 기판 상에 순차적으로 제1 전극층(10), 상기 제1 전극층(10) 상부에 형성된 정공수송층(20), 상기 정공수송층(20) 상부에 형성된 페로브스카이트 광활성층(30), 상기 페로브스카이트 광활성층(30) 상부에 형성된 제1 전자수송층(40), 상기 제1 전자수송층(40) 상부에 형성된 제2 전자수송층(50), 및 상기 제2 전자수송층(50) 상부에 형성된 제2 전극층(60)을 포함하여 구성되고, 상기 페로브스카이트 광활성층(30)은 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 코팅하여 형성된 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.As shown in FIG. 1, the perovskite solar cell 100 of the present invention sequentially includes a first electrode layer 10 on a substrate, a hole transport layer 20 formed on the first electrode layer 10, and the A perovskite photoactive layer 30 formed on the hole transport layer 20, a first electron transport layer 40 formed on the perovskite photoactive layer 30, and a first electron transport layer 40 formed on the top. It is composed of a second electron transport layer 50 and a second electrode layer 60 formed on the second electron transport layer 50, and the perovskite photoactive layer 30 has a perovskite structure. It relates to a perovskite solar cell formed by coating a perovskite precursor solution containing a compound and a functional additive with hydroxyl and carboxyl functional groups.
상기 제1 전극층(10)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 세륨 옥사이드(Indium Cerium Oxide, ICO), 인듐 텅스텐 옥사이드(Indium Tungsten Oxide, IWO), 징크 인듐 틴 옥사이드(Zinc Indium Tin Oxide, ZITO), 징크 인듐 옥사이드(Zinc Indium Oxide, ZIO), 징크 틴 옥사이드(Zinc Tin Oxide, ZTO), 갈륨 인듐 틴 옥사이드(Gallium Indium Tin Oxide, GITO), 갈륨 인듐 옥사이드(Gallium Indium Oxide, GIO), 갈륨 징크 옥사이드(Gallium Zinc Oxide, GZO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminum doped Zinc Oxide, AZO), 플로오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide, FTO), 니오븀 티타늄 옥사이드(niobium titanium oxide, NTO), 및 산화아연(ZnO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 투명전극 일 수 있다.The first electrode layer 10 is made of indium tin oxide (ITO), indium cerium oxide (ICO), indium tungsten oxide (IWO), and zinc indium tin oxide (Zinc Indium Tin Oxide). , ZITO), Zinc Indium Oxide (ZIO), Zinc Tin Oxide (ZTO), Gallium Indium Tin Oxide (GITO), Gallium Indium Oxide (GIO), Gallium Zinc Oxide (GZO), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO), Fluorine Tin Oxide (FTO), niobium titanium oxide (NTO), and It may be a transparent electrode containing at least one selected from the group consisting of zinc oxide (ZnO).
상기 정공수송층(20)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌술폰(PEDOT:PSS); 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄(CuPc: F4-TCNQ); 및 PEDOT:PSS에 텅스텐 옥사이드(WOx), 그래핀 옥사이드(GO), 탄소나노튜브(CNT), 몰리브덴 옥사이드(MoOx), 바나듐 옥사이드(V2O5) 및 니켈 옥사이드(NiOx)를 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상이 블렌딩된 것으로부터 선택되는 것일 수 있으나 이에 한정되지 않고, 업계에서 사용되는 물질이면 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, 정공전달 단분자 물질 또는 정공전달 고분자 물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 정공전달 단분자 물질로는 spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren]를 사용할 수 있으며, 상기 정공전달 고분자 물질로서 P3HT[poly(3-hexylthiophene)]를 사용할 수 있다.The hole transport layer 20 is made of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfone (PEDOT:PSS); tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane (CuPc: F4-TCNQ); and PEDOT:PSS in a group that includes tungsten oxide (WOx), graphene oxide (GO), carbon nanotubes (CNT), molybdenum oxide (MoOx), vanadium oxide (V 2 O 5 ), and nickel oxide (NiOx). One or more selected substances may be selected from a blend, but are not limited thereto, and any material used in the industry may be used without limitation. For example, it may include a hole transport single molecule material or a hole transport polymer material. As the hole transport single molecule material, spiro-MeOTAD [2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren] can be used, P3HT [poly(3-hexylthiophene)] can be used as the hole transport polymer material.
또한, 상기 정공수송층(20)에는 도핑 물질이 포함될 수 있으며, 상기 도핑 물질로 는 Li 계열 도펀트, Co 계열 도펀트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한하지 않는다. 예를 들면, 상기 정공수송층을 구성하는 물질로서 spiro-MeOTAD, 4-tert-butyl pyridine(tBP), 및 Li-TFSI의 혼합물을 이용할 수 있다.Additionally, the hole transport layer 20 may include a doping material, and the doping material may be selected from the group consisting of Li-based dopants, Co-based dopants, and combinations thereof, but is not limited thereto. For example, a mixture of spiro-MeOTAD, 4-tert-butyl pyridine (tBP), and Li-TFSI can be used as a material constituting the hole transport layer.
상기 페로브스카이트 광활성층(30)은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물을 포합하는 페로브스카이트 전구체 용액으로 형성된다. The perovskite photoactive layer 30 is formed from a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
ABX3 ABX 3
상기 화학식 1에서, A는 아민기가 치환된 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬, 측쇄 알킬 또는 알칼리 금속이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 1가의 양이온이고, B는 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ 및 Fe2+로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온이다.In Formula 1, A is at least one monovalent cation selected from the group consisting of straight-chain alkyl, branched-chain alkyl, or alkali metal ion having 1 to 20 carbon atoms substituted with an amine group, and B is Pb 2+ , Sn 2+ , Ge 2 + is at least one divalent metal cation selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ and Fe 2+ , and X is a halogen anion.
상기 화학식 1에서, A는 아민기가 치환된 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬, 측쇄 알킬 또는 알칼리 금속이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 1가의 양이온이고, B는 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ 및 Fe2+로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온이다.In Formula 1, A is at least one monovalent cation selected from the group consisting of straight-chain alkyl, branched-chain alkyl, or alkali metal ion having 1 to 20 carbon atoms substituted with an amine group, and B is Pb 2+ , Sn 2+ , Ge 2 + is at least one divalent metal cation selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ and Fe 2+ , and X is a halogen anion.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 포름아미디늄(FA), 메틸암모늄(MA), 세슘(Cs), 납(Pb), 요오드(I) 및 브롬(Br) 중에서 선택되는 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.The compound having the perovskite structure is any one compound selected from formamidinium (FA), methylammonium (MA), cesium (Cs), lead (Pb), iodine (I), and bromine (Br). may include.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 중량에 대하여, 20 중량% 내지 60 중량%로 포함하는 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 중량에 대하여, 48 중량%로 포함하는 것이다.The compound having the perovskite structure is preferably contained in an amount of 20% to 60% by weight based on the total weight of the perovskite precursor solution, and even more preferably, the compound having the perovskite structure. The compound is contained in 48% by weight based on the total weight of the perovskite precursor solution.
나아가, 상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 CH3NH3PbI3-XCl3 (0=x=3인 실수), CH3NH3PbI3-XBrX(0=x=3인 실수), 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)중 선택되는 적어도 하나의 페로브스카이트 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 포함되는 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 Cs0.175FA0.750MA0.075Pb(I0.880Br0.120)3 일 수 있다.Furthermore, compounds having the perovskite structure include CH 3 NH 3 PbI 3-X Cl 3 (real number with 0=x=3), CH 3 NH 3 PbI 3-X Br ) , CH 3 NH 3 PbCl 3 - X Br At least one perovskite structure selected from Pb(I 1-Z Br Z ) 3 (real numbers with 0=x=1, 0=y=1, 0=1-xy=1, 0=z=1) It is desirable to include. For example, the compound having a perovskite structure included in the perovskite precursor solution may be Cs 0.175 FA 0.750 MA 0.075 Pb (I 0.880 Br 0.120 ) 3 .
이때, 상기 페로브스카이트 전구체 용액은 상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 함께 기능성 첨가제를 포함할 수 있으며, 상기 기능성 첨가제는 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 포함하는 화합물로 예를 들어, 상기 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol) 및 디글리콜산(Diglycolic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 이 외에도 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 갖는 물질들을 사용할 수 있다.At this time, the perovskite precursor solution may include a functional additive along with the compound having the perovskite structure, and the functional additive is a compound containing hydroxyl and carboxyl functional groups. For example, at least one selected from 3-Allyloxy-1,2-propanediol and diglycolic acid, and in addition to this, a hydroxyl group Substances having (Hydroxyl) and carboxyl functional groups can be used.
본 명세서에서 "기능성 첨가제"란 태양전지의 페로브스카이트 광활성층에서 고품질 박막 형성 유도 및 박막 내부, 표면 및 입자 경계에서 발생하는 결함을 부동태화의 효과가 있는 첨가제를 의미한다.In this specification, “functional additive” refers to an additive that has the effect of inducing the formation of a high-quality thin film in the perovskite photoactive layer of a solar cell and passivating defects occurring inside the thin film, on the surface, and at grain boundaries.
상기 제1 전자수송층은 플러렌유도체(PCBM), 제2 전자수송층은 산화아연(ZnO)로 이루어질 수 있다. 상기 전자수송층은 플러렌유도체(C60) 및 금속산화물층을 포함할 수 있으며, 금속산화물층은 SnO2, ZnO, MgO, WO3, PbO, In2O3, Bi2O3, Ta2O5, BaTiO3, BaZrO3, ZrO3 등일 수 있다.The first electron transport layer may be made of fullerene derivative (PCBM), and the second electron transport layer may be made of zinc oxide (ZnO). The electron transport layer may include a fullerene derivative (C60) and a metal oxide layer, and the metal oxide layer may include SnO 2 , ZnO, MgO, WO 3 , PbO, In 2 O 3 , Bi 2 O 3 , Ta 2 O 5 , It may be BaTiO 3 , BaZrO 3 , ZrO 3 , etc.
상기 제2 전극층(60)은 양극으로 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 루테늄(Ru), 납(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C) 및 전도성 고분자 등을 사용할 수 있으나, 양극을 구성하는 물질은 제한을 두지 않고 사용할 수 있다.The second electrode layer 60 is an anode made of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), copper (Cu), indium (In), ruthenium (Ru), lead (Pd), Rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), carbon (C), and conductive polymers can be used, but the materials constituting the anode can be used without limitation.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법은 도 2에서처럼, (a) 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계(S10), (b) 제1 전극층 상부에 정공 수송층을 형성하는 단계(S20), (c) 상기 정공수송층 상부에 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 단계(S30), (d) 상기 페로브스카이트 광활성층 상부에 제1 전자수송층을 형성하는 단계(S40), (e) 상기 제1 전자수송층 상부에 제2 전자수송층을 형성하는 단계(S50), 및 (f) 상기 제2 전자수송층 상부에 제2 전극층을 형성하는 단계(S60)를 포함한다.As shown in Figure 2, the perovskite solar cell manufacturing method of the present invention includes (a) forming a first electrode layer on a substrate (S10), (b) forming a hole transport layer on top of the first electrode layer (S20). , (c) forming a perovskite photoactive layer on top of the hole transport layer (S30), (d) forming a first electron transport layer on top of the perovskite photoactive layer (S40), (e) It includes forming a second electron transport layer on top of the first electron transport layer (S50), and (f) forming a second electrode layer on top of the second electron transport layer (S60).
본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법에서 상기 (c) 단계(S30)는 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액 형성하고, 형성된 페로브스카이트 전구체 용액을 슬롯 다이 코팅 장치에 공급하여 슬롯 다이 코팅으로 상기 정공수송층(20) 상부에 페로브스카이트 박막을 코팅하고 열처리하여 페로브스카이트 광활성층(30)을 형성한다. 이때, 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 구성하는 물질은 전술한 바와 같다.In the perovskite solar cell manufacturing method of the present invention, step (c) (S30) is performed by mixing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups. A perovskite precursor solution is formed, the formed perovskite precursor solution is supplied to a slot die coating device, a perovskite thin film is coated on the top of the hole transport layer 20 through slot die coating, and heat treatment is performed to form a perovskite. A photoactive layer 30 is formed. At this time, the materials constituting the perovskite precursor solution are as described above.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 슬롯 다이 코팅 방법으로 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 모식도이다. Figure 3 is a schematic diagram of forming a perovskite photoactive layer by a slot die coating method according to an embodiment of the present invention.
도 3에서와 같이, 슬롯 다이 코팅은 슬롯 다이 코팅 장치의 슬롯 다이 헤드(210)의 하단에 기판 상부에 순서대로 제1 전극층(1) 및 정공수송층(20)이 적층되어 형성된 것을 일정 간격으로 배치하고, 슬롯 다이 헤드(210) 내부에 형성된 슬롯(220) 내부로 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 기능성 첨가제가 혼합하여 형성된 페로브스카이트 전구체 용액(230)을 주입하고, 기판을 이동시키면서 상기 기판 상에 형성된 상기 정공수송층(20) 상부에 일정량으로 상기 페로브스카이트 전구체 용액(230)이 공급되며 슬롯 다이 코팅하였고, 이를 열처리하여 페로브스카이트 광활성층을 형성한다. 이때, 슬롯(220)을 통해 정공수송층(20) 상에 주입된 페로브스카이트 전구체 용액은 슬롯-다이 헤드(210) 일정 높이로 균일하게 도포될 수 있다.As shown in FIG. 3, slot die coating is formed by stacking the first electrode layer 1 and the hole transport layer 20 in order on the upper part of the substrate at the bottom of the slot die head 210 of the slot die coating device, and arranged at regular intervals. Then, the perovskite precursor solution 230 formed by mixing a compound having a perovskite structure and a functional additive is injected into the slot 220 formed inside the slot die head 210, and the perovskite precursor solution 230 is injected while moving the substrate. A certain amount of the perovskite precursor solution 230 is supplied to the top of the hole transport layer 20 formed on the substrate and slot die coated, and this is heat treated to form a perovskite photoactive layer. At this time, the perovskite precursor solution injected onto the hole transport layer 20 through the slot 220 may be uniformly applied to the slot-die head 210 at a certain height.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법에서 상기 페로브스카이트 광활성층 이외에, 상기 제1 전극층, 정공수송층, 제1 전자수송층, 제2 전자수송층 및 제2 전극층 각각을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법 등을 통해 도포되어 층을 형성하거나 필름 형태로 형성된 후 부착될 수 있다.In the perovskite solar cell manufacturing method of the present invention, in addition to the perovskite photoactive layer, the method of forming each of the first electrode layer, hole transport layer, first electron transport layer, second electron transport layer, and second electrode layer is particularly limited. However, for example, it can be applied through sputtering, E-Beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade, or gravure printing to form a layer or formed in the form of a film and then attached.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 페로브스카이트 태양전지 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명한다.The configuration and effects of the perovskite solar cell of the present invention will be described in more detail through examples and comparative examples below.
하기 실시예 1 및 실시예 2는 본 발명에 따른 고품질 박막 형성 유도 및 박막 내부, 표면 및 입자 경계에서 발생하는 결함을 부동태화의 효과가 있는 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol) 및 디글리콜산(Diglycolic acid)가 혼합된 페로브사카이트 전구체 용액의 제조 과정 및 이를 이용하여 페로브스카이트 태양전지를 제조 과정을 하기의 내용에서 상세히 설명한다.Examples 1 and 2 below show the use of 3-allyloxy-1,2-propanediol ( The manufacturing process of a perovskite precursor solution mixed with 3-Allyloxy-1,2,-propanediol) and diglycolic acid and the manufacturing process of a perovskite solar cell using the same are described in detail below. Explain.
<실시예 1><Example 1>
실시예 1의 페로브스카이트 태양전지는 투명전극인 인듐주석산화물로 형성된 제1 전극층, 니켈 옥사이드(NiOx)로 형성된 정공수송층, 페로브스카이트 전구체 용액으로 형성된 페로브스카이트 광활성층, 플러렌유도체(PCBM)로 형성된 제 1 전자수송층 산화아연(ZnO)로 형성된 제2 전자수송층 및 은 (Ag)을 제2 전극층으로 포함하여 구성한다.The perovskite solar cell of Example 1 includes a first electrode layer formed of indium tin oxide, which is a transparent electrode, a hole transport layer formed of nickel oxide (NiOx), a perovskite photoactive layer formed from a perovskite precursor solution, and a fullerene derivative. It is composed of a first electron transport layer formed of (PCBM), a second electron transport layer formed of zinc oxide (ZnO), and silver (Ag) as a second electrode layer.
구체적으로 실시예 1은 제1 전극층으로 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 기판을 증류수, 아세톤 및 이소프로필알콜 순서로 초음파 기계에서 각 3 분간 세척한 후 80 ℃의 오븐에서 10 분간 건조하였다. 이후, 상기 기판에 대한 젖음성 향상과 불순물 제거를 위해 30분 동안 자외선-오존 처리를 하였다. 상기와 같이 준비된 인듐주석산화물(ITO) 상부에 니켈 옥사이드(NiOx) 나노파티클 분산액을 4000rpm, 40초로 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하며, 이때 스핀 코팅은 상온에서 진행하였으며 열처리는 350 ℃에서 30 분간 진행하였다.Specifically, in Example 1, an indium tin oxide (ITO) substrate as the first electrode layer was washed in an ultrasonic machine for 3 minutes each in the order of distilled water, acetone, and isopropyl alcohol, and then dried in an oven at 80° C. for 10 minutes. Afterwards, the substrate was subjected to ultraviolet-ozone treatment for 30 minutes to improve wettability and remove impurities. A hole transport layer was formed by spin coating a dispersion of nickel oxide (NiOx) nanoparticles on the indium tin oxide (ITO) prepared as above at 4000 rpm for 40 seconds. At this time, spin coating was carried out at room temperature and heat treatment was carried out at 350 ° C for 30 minutes. did.
상기 정공수송층 상부에 페로브스카이트 광활성층을 코팅하기 위해 페로브스카이트 전구체 용액은 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 조성비로 다이메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF): 디메틸 일산화황(Dimethyl sulfoxide, DMSO)=8:2인 혼합용액에 용해시키고, 기능성 첨가제로 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP)를 0.1 부피% 내지 2 부피% 의 비율로 첨가하여 열처리 없이 10 분간 교반시켜 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하였다.In order to coat the perovskite photoactive layer on the hole transport layer, the perovskite precursor solution contains formamidinium iodide (FAI), methylammonium bromide (MABr), and cesium iodide. , CsI), Lead Bromide (PbBr 2 ), and Lead Iodide (PbI 2 ) into dimethylformamide (DMF) at a composition ratio of Cs 0.175 FA 0.750 MA 0.075 Pb(I 0.880 Br 0.120 ) 3 : Dissolve in a mixed solution of dimethyl sulfoxide (DMSO) = 8:2, and add 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) as a functional additive. A perovskite precursor solution was prepared by adding it at a rate of 0.1 to 2 vol% and stirring for 10 minutes without heat treatment.
상기 제조된 페로브스카이트 전구체 용액은 상기 정공수송층 상에서 슬롯 다이 코팅 방법으로 1mm/sec의 인쇄 속도와 0.5 μL/cm2의 용액량 가지고 슬롯 다이 코팅 코팅하였고, 이때 슬롯다이 헤드와 기판의 간격은 200㎛이고, 기판 온도는 130 ℃로 제어되었다. 다음으로 100 ℃에서 20 분간 열처리하여 페로브스카이트 구조를 갖는 페로브스카이트 광활성층을 형성하였다.The prepared perovskite precursor solution was slot die coated on the hole transport layer using a slot die coating method at a printing speed of 1 mm/sec and a solution volume of 0.5 μL/cm 2. At this time, the gap between the slot die head and the substrate was 200 μm, and the substrate temperature was controlled at 130 °C. Next, heat treatment was performed at 100°C for 20 minutes to form a perovskite photoactive layer with a perovskite structure.
상기 페로브스카이트 광흡수층 상부에 제 1 전자수송층 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 6000rpm으로 50초 동안 스핀 코팅하였고, 이후 100 ℃에서 10 분간 열처리를 진행하여 제1 전자수송층을 형성하였다. 제 2 전자수송층은 산화아연(ZnOx) 나노파티클 분산액을 8000rpm으로 40초 동안 상기 제1 전자수송층 상에 스핀코팅 하였으며, 이후 100 ℃에서 10 분간 열처리를 진행하여 제2 전자수소층을 형성하였다.[6,6]-phenyl-C61- dispersed at 20 mg/ml in 1,2-dichlorobenzene (CB) to form the first electron transport layer on the perovskite light absorption layer. Butyric acid methyl ester ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PC61BM=PCBM) was spin coated at 6000 rpm for 50 seconds, and then heat treated at 100°C for 10 minutes to form the first electron transport layer. did. For the second electron transport layer, a zinc oxide (ZnOx) nanoparticle dispersion was spin-coated on the first electron transport layer at 8000 rpm for 40 seconds, and then heat treatment was performed at 100 ° C. for 10 minutes to form a second electron hydrogen layer.
마지막으로 100 nm 두께에, 0.1 cm2의 유효 면적을 갖는 은(Ag)을 열 증발 증착기(Thermal Evaporator)를 사용하여 속도 1Å/s 로 증착하여 제2 전극층을 형성하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.Finally, silver (Ag) with a thickness of 100 nm and an effective area of 0.1 cm 2 was deposited at a rate of 1 Å/s using a thermal evaporator to form a second electrode layer to form a perovskite solar cell. Manufactured.
<실시예 2><Example 2>
실시예 2는 상기 페로브스카이트 전구체 용액에 기능성 첨가제로 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 대신에 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가하여 페로브스카이트 광활성층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. Example 2 used diglycolic acid (DA) instead of 3-allyloxy-1,2,-propanediol (AP) as a functional additive in the perovskite precursor solution. ) was added to form a perovskite photoactive layer. A perovskite solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1.
<비교예 1><Comparative Example 1>
비교예 1은 페로브스카이트 광활성층 제조시 기능성 첨가제로 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol)를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전구체 용액으로 페로브스카이트 광활성층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다Comparative Example 1 was prepared as a perovskite precursor solution without adding 3-allyloxy-1,2-propanediol as a functional additive when manufacturing the perovskite photoactive layer. A perovskite solar cell was manufactured in the same manner as Example 1, except that a perovskite photoactive layer was formed.
<비교예 2><Comparative Example 2>
비교예 2는 페로브스카이트 광활성층 제조시 기능성 첨가제로 디글리콜산(Diglycolic acid)를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전구체 용액으로 페로브스카이트 광활성층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다Comparative Example 2 is the same as Example 2, except that the perovskite photoactive layer was formed from a perovskite precursor solution without adding diglycolic acid as a functional additive when manufacturing the perovskite photoactive layer. A perovskite solar cell was manufactured in the same manner as
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 페로브스카이트 태양전지의 특성을 평가하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to evaluate the characteristics of the perovskite solar cells manufactured through the above examples and comparative examples.
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 페로브스카이트 태양전지 시편에 대해 AM 1.5 조건에서 100 mW/cm2 세기의 빛을 조사할 수 있는 Oriel Sol3A사의 Class AAA solar simulator를 이용하여 광원을 형성한 후, 전류밀도-전압 특성 변화는 Keithley 2400 source meter를 이용하여 기록하였으며, 그 결과에 따른 개방회로전압(Voc), 단락전류밀도(Jsc), 채움인자(Fill Factor) 및 광전변환효율(PCE)을 도 4 내지 도 10, 표 1에 나타내었다.Class AAA from Oriel Sol3A, which can irradiate light with an intensity of 100 mW/cm 2 under AM 1.5 conditions to the perovskite solar cell specimens prepared in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. After forming a light source using a solar simulator, changes in current density-voltage characteristics were recorded using a Keithley 2400 source meter, and the open circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), and fill factor (Fill) were measured according to the results. Factor) and photoelectric conversion efficiency (PCE) are shown in Figures 4 to 10 and Table 1.
여기서 상기 광전변화효율은 도 9에서 나타낸 전류-전압 곡선에서 하기 식 1을 통해 계산하였다.Here, the photoelectric conversion efficiency was calculated using Equation 1 below from the current-voltage curve shown in FIG. 9.
[식 1][Equation 1]
광전변환효율(power conversion efficiency, PCE) = (개방전압(Voc) × 단락전류밀도(Jsc) × 채움인자(Fill Factor)) / 조사된 광원 세기(100 mW/cm2)Photoelectric conversion efficiency (power conversion efficiency, PCE) = (open circuit voltage (Voc) × short circuit current density (Jsc) × fill factor) / irradiated light source intensity (100 mW/cm 2 )
(V)open circuit voltage
(V)
(mA·m-2)Short circuit current density
(mA·m -2 )
(%)Photoelectric conversion efficiency
(%)
도 4 내지 도 7, 표 1에 나타낸 것처럼, 페로브스카이트 전구체 용액에 기능성 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2에 대비하여, 기능성 첨가제를 첨가한 실시예 1 및 실시예 2 모두에서 페로브스카이트 태양전지의 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)가 0.5 부피%(0.1mg)으로 첨가되었을 때 페로브스카이트 태양전지의 효율이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.As shown in Figures 4 to 7 and Table 1, in both Examples 1 and 2 in which functional additives were added, compared to Comparative Examples 1 and 2 in which functional additives were not added to the perovskite precursor solution. It was confirmed that the performance of perovskite solar cells was improved. In addition, the functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA) were added at 0.5% by volume (0.1mg). It can be seen that the efficiency of perovskite solar cells is the highest.
도 8은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 효율 분포를 보여주는 히스토그램을 나타낸 도면이다.Figure 8 is a histogram showing the efficiency distribution of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 포함하지 않는 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 태양전지에서는 10% 내지 13%의 효율 분포를 가지는 반면에, 기능성 첨가제를 포함한 실시예 1 및 실시예 2의 페로브스카이트 태양전지에서는 14% 내지 16%의 효율 분포를 나타낸다. 그러므로 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가하여 슬롯 다이 코팅 방법으로 페로브스카이트 광활성층을 구성한 페로브스카이트 태양전지의 효율이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 8, comparison without functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA). The perovskite solar cells of Example 1 and Comparative Example 2 had an efficiency distribution of 10% to 13%, while the perovskite solar cells of Examples 1 and 2 including functional additives had an efficiency distribution of 14% to 16%. It represents the % efficiency distribution. Therefore, the functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA) were added to create perovskite using slot die coating method. It can be seen that the efficiency of perovskite solar cells consisting of a photoactive layer is superior.
도 10은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 시간에 따른 대기중 안정성을 나타낸 도면으로, 25℃ 온도, 40~60%의 공기 조건에서 대기중 안정성을 평가하였다.Figure 10 is a diagram showing the stability in air over time of perovskite solar cells according to Examples and Comparative Examples of the present invention. Stability in air was evaluated at a temperature of 25°C and air conditions of 40 to 60%.
도 10에 도시된 바와 같이 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 태양전지는 95일 후에 초기 효율이 0%에 근접하게 나타났다. 반면에 기능성 첨가제를 포함한 실시예 1 및 실시예 2의 페로브스카이트 태양전지에서는 초기 효율이 70%로 이상을 유지하였다. 이와 같은 결과는 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 사용하여 슬롯 다이 코팅 방법으로 페로브스카이트 광활성층을 구성한 페로브스카이트 태양전지가 보다 우수한 소자 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다.As shown in Figure 10, comparison without adding the functional additives 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA). The perovskite solar cells of Example 1 and Comparative Example 2 showed initial efficiency close to 0% after 95 days. On the other hand, in the perovskite solar cells of Examples 1 and 2 including functional additives, the initial efficiency was maintained at 70% or higher. These results were obtained by using a slot die coating method using 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA). It can be confirmed that perovskite solar cells consisting of a photoactive layer exhibit superior device stability.
도 11은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 광활성층의 표면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 도면이다.Figure 11 is a diagram showing a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a perovskite photoactive layer according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
도 11에 나타낸 바와 같이 기능성 첨가제의 포함 여부에 따라 페로브스카이트 광활성층의 결정립 크기는 뚜렷한 차이가 나타났으며, 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 광활성층의 입자 크기보다 기능성 첨가제인 첨가한 실시예 1 및 실시예 2의 페로브스카이트 광활성층의 입자 크기가 1.5배 정도 크기가 증가함을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 11, there was a clear difference in the crystal grain size of the perovskite photoactive layer depending on whether the functional additive was included, and the functional additive, 3-allyloxy-1,2-propanediol (3-Allyloxy-1 , 2,-propanediol (AP) and diglycolic acid (Diglycolic acid, DA) were added as functional additives in Examples 1 and 2, compared to the particle size of the perovskite photoactive layer of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 without the addition of diglycolic acid (DA). It was confirmed that the particle size of the perovskite photoactive layer in Example 2 increased by about 1.5 times.
도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 광활성층의 X-ray 회절분석법 (XRD) 측정 결과를 나타낸 도면이다.Figure 12 is a diagram showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) measurement of perovskite photoactive layers according to examples and comparative examples of the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가한 경우인 실시예 1 및 실시예 2의 회절 피크는 기능성 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2와 동일한 특성 회절 피크를 가짐을 알 수 있으며, 이를 통해 기능성 첨가제는 페로브스카이트 결정구조에 영향이 없다는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 12, according to Examples 1 and 2 of the present invention, the functional additives 3-allyloxy-1,2-propanediol (AP) and di It can be seen that the diffraction peaks of Examples 1 and 2 in which glycolic acid (Diglycolic acid, DA) was added had the same characteristic diffraction peaks as Comparative Examples 1 and 2 in which no functional additive was added. It can be confirmed that functional additives have no effect on the perovskite crystal structure.
도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광발광(Photoluminescence, PL)을 나타낸 도면이다.Figure 13 is a diagram showing photoluminescence (PL) of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
도 13에서처럼, 기능성 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 태양전지는 기능성 첨가제가 첨가된 페로브스카이트 태양전지보다 더 짧은 파장범위로 이동된 광발광(PL) 피크를 나타내었다. 광발광(PL) 피크의 이러한 변화는 페로브스카이트 광활성층에 첨가된 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)가 결함 상태, 비 방사성 재조합 부위의 부동 태화 또는 억제와 함께 고품질의 페로브스카이트 광활성층을 형성하여 높은 효율을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있음을 의미한다.As shown in Figure 13, the perovskite solar cells of Comparative Examples 1 and 2 without the addition of functional additives had their photoluminescence (PL) peak shifted to a shorter wavelength range than the perovskite solar cells with the addition of functional additives. indicated. This change in the photoluminescence (PL) peak is due to the functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycol added to the perovskite photoactive layer. Diglycolic acid (DA) forms a high-quality perovskite photoactive layer with passivation or suppression of defect states and non-radioactive recombination sites, meaning that perovskite solar cells with high efficiency can be manufactured. do.
도 14는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 빛의 세기에 따른 개방회로전압 변화를 나타낸 도면이다. 여기에서 빛의 강도에 의한 기울기 값이 1에 가까울수록 소자에 트랩 보조 재조합이 없음을 의미한다.Figure 14 is a diagram showing the change in open circuit voltage according to the intensity of light of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention. Here, the closer the slope value due to light intensity is to 1, it means that there is no trap-assisted recombination in the device.
도 14의 (a)에서 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP)을 갖지 않는 비교예 1의 페로브스카이트 태양전지의 기울기 값은 2.12을 나타내고, 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP)을 갖는 실시예 1의 페로브스카이트 태양전지의 기울기 값은 1.82를 나타낸다. 그리고 도 14의 (b)에서 기능성 첨가제인 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)을 갖지 않는 비교예 2의 페로브스카이트 태양전지의 기울기 값은 1.91을 나타내고, 기능성 첨가제인 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)을 갖는 실시예 2의 페로브스카이트 태양전지의 기울기 값은 1.49를 나타낸다.In (a) of Figure 14, the slope of the perovskite solar cell of Comparative Example 1 without the functional additive 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) The value is 2.12, and the slope value of the perovskite solar cell of Example 1 with the functional additive 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) is It represents 1.82. And in Figure 14(b), the slope value of the perovskite solar cell of Comparative Example 2 without the functional additive Diglycolic acid (DA) is 1.91, and the functional additive Diglycolic acid (Diglycolic acid) is shown in Figure 14(b). , DA), the slope value of the perovskite solar cell of Example 2 is 1.49.
이처럼 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 포함한 실시예 1 및 실시예 2의 페로브스카이트 태양전지에서 개방회로전압 기울기가 기능성 첨가제를 포함하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 태양전지에서 개방회로전압 기울기보다 낮은 기울기 값을 나타낸다. 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)에 의해 감소된 개방회로전압 기울기는 기능성 첨가제를 갖는 페로브스카이트 태양전지의 전하 재조합 및 트랩 상태가 효과적으로 감소되어 개발회로정압 및 효율이 개선될 수 있음을 알 수 있다.In this way, the samples of Examples 1 and 2 including the functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA) The open circuit voltage slope in the povskite solar cell shows a lower slope value than the open circuit voltage slope in the perovskite solar cells of Comparative Examples 1 and 2 that do not contain functional additives. The open circuit voltage slope reduced by the functional additives 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA) It can be seen that the charge recombination and trap state of the perovskite solar cell are effectively reduced, and the development circuit static pressure and efficiency can be improved.
도 15는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 광전전압을 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 전류 감소 시간 측정 곡선을 나타낸 도면이다.Figure 15 is a diagram showing the photoelectric voltage of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention, and Figure 16 is a diagram showing the current reduction time of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention. This is a drawing showing the measurement curve.
도 15 및 도 16에서처럼, 기능성 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1 및 비교예 2에서 보다 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 포함한 실시예 1 및 실시예 2에서 증가된 광전전압 시간 및 감소된 광전전류 시간은 더 빠른 전하 수송 및 추출을 나타낸다.As shown in Figures 15 and 16, 3-Allyloxy-1,2,-propanediol (AP), which is a functional additive, compared to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which no functional additive was added. and Diglycolic acid (DA). The increased photovoltage time and decreased photovoltage time in Examples 1 and 2 indicate faster charge transport and extraction.
상기 도 15 및 도 16에서 살펴본 바와 같이 기능성 첨가제인 3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol, AP) 및 디글리콜산(Diglycolic acid, DA)를 첨가하여 슬롯 다이 코팅 방법으로 페로브스카이트 광활성층을 구성하면, 페로브스카이트 광활성층 개선으로 인해 전하 수송 거동 향상 및 트랩 보조 재조합이 억제되었음을 알 수 있고, 페로브스카이트 태양전지의 우수한 성능이 야기될 수 있음을 나타낸다.As seen in Figures 15 and 16, functional additives 3-Allyloxy-1,2-propanediol (AP) and diglycolic acid (DA) were added. When the perovskite photoactive layer is constructed using the slot die coating method, it can be seen that the charge transport behavior is improved and trap-assisted recombination is suppressed due to the improvement of the perovskite photoactive layer, and the excellent performance of the perovskite solar cell is achieved. Indicates that it can be caused.
10 : 제1 전극층
20 : 정공수송층
30 : 페로브스카이트 광활성층
40 : 제1 전자수송층
50 : 제2 전자수송층
60 : 제2 전극층
100 : 페로브스카이트 태양전지
120 : 정공수송층
210 : 슬롯 다이 헤드
220 : 슬롯
230 : 페로브스카이트 전구체 용액10: first electrode layer
20: hole transport layer
30: Perovskite photoactive layer
40: first electron transport layer
50: second electron transport layer
60: second electrode layer
100: Perovskite solar cell
120: hole transport layer
210: slot die head
220: slot
230: Perovskite precursor solution
Claims (16)
페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액으로 제조된 페로브스카이트 광활성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.In perovskite solar cells,
A perovskite photoactive layer prepared from a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups. Perovskite solar cell.
상기 기능성 첨가제는,
3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol) 및 디글리콜산(Diglycolic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.According to paragraph 1,
The functional additives are,
A perovskite solar cell characterized in that it contains at least one selected from 3-Allyloxy-1,2,-propanediol and diglycolic acid.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.
[화학식 1]
ABX3
(상기 화학식 1에서, A는 아민기가 치환된 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬, 측쇄 알킬 또는 알칼리 금속이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 1가의 양이온이고, B는 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ 및 Fe2+로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온임)According to paragraph 1,
A perovskite solar cell, characterized in that the compound having the perovskite structure is a compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
ABX 3
(In Formula 1, A is at least one monovalent cation selected from the group consisting of straight-chain alkyl, branched-chain alkyl, or alkali metal ion having 1 to 20 carbon atoms substituted with an amine group, and B is Pb 2+ , Sn 2+ , Ge At least one divalent metal cation selected from the group consisting of 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ and Fe 2+ , and X is a halogen anion)
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은,
포름아미디늄(FA), 메틸암모늄(MA), 세슘(Cs), 납(Pb), 요오드(I) 및 브롬(Br) 중 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.According to paragraph 1,
The compound having the perovskite structure is,
A perovskite comprising one or more compounds selected from formamidinium (FA), methylammonium (MA), cesium (Cs), lead (Pb), iodine (I), and bromine (Br). solar cell.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은,
CH3NH3PbI3-XCl3(0=x=3인 실수), CH3NH3PbI3-XBrX(0=x=3인 실수), 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)중 선택되는 적어도 하나의 페로브스카이트 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.According to paragraph 1,
The compound having the perovskite structure is,
CH 3 NH 3 PbI 3 -X Cl 3 (real number with 0 = x=3), CH 3 NH 3 PbI 3-X Br ( real number with 0=x= 3 ), CH 3 NH 3 PbI 3 - X F =x=1, 0=y=1, 0=1-xy=1, 0=z=1 real number) Perovskite sun, characterized in that it comprises at least one perovskite structure selected from battery.
상기 기능성 첨가제는 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 부피에 대하여, 0.1 부피% 내지 2 부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.In paragraph 1
A perovskite solar cell, wherein the functional additive is contained in an amount of 0.1 vol% to 2 vol% based on the total volume of the perovskite precursor solution.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 중량에 대하여, 20 중량% 내지 60 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.According to paragraph 1,
A perovskite solar cell, characterized in that the compound having the perovskite structure is contained in an amount of 20% by weight to 60% by weight based on the total weight of the perovskite precursor solution.
상기 페로브스카이트 태양전지는,
제1 전극층;
상기 제1 전극층 상부에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상부에 형성된 페로브스카이트 광활성층;
상기 페로브스카이트 광활성층 상부에 형성된 제1 전자수송층;
상기 제1 전자수송층 상부에 형성된 제2 전자수송층; 및
상기 제2 전자수송층 상부에 형성된 제2 전극층;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.According to paragraph 1,
The perovskite solar cell,
first electrode layer;
A hole transport layer formed on the first electrode layer;
A perovskite photoactive layer formed on the hole transport layer;
A first electron transport layer formed on the perovskite photoactive layer;
a second electron transport layer formed on top of the first electron transport layer; and
A perovskite solar cell comprising a second electrode layer formed on the second electron transport layer.
(b) 상기 제1 전극층 상부에 정공수송층을 형성하는 단계;
(c) 상기 정공수송층 상부에 기판 상에 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 코팅하여 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 단계;
(d) 상기 페로브스카이트 광활성층 상부에 제1 전자수송층을 형성하는 단계;
(e) 상기 제1 전자수송층 상부에 제2 전자수송층을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 제2 전자수송층 상부에 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.(a) forming a first electrode layer on a substrate;
(b) forming a hole transport layer on top of the first electrode layer;
(c) Coating a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups on the hole transport layer on the substrate. Forming a lobskite photoactive layer;
(d) forming a first electron transport layer on the perovskite photoactive layer;
(e) forming a second electron transport layer on top of the first electron transport layer; and
(f) forming a second electrode layer on the second electron transport layer.
상기 (c) 단계는,
페로브스카이트 구조를 가지는 화합물과 히드록실기(Hydroxyl) 및 카복실기(Carboxyl) 작용기를 가진 기능성 첨가제를 포함하는 페로브스카이트 전구체 용액을 형성하는 단계; 및
상기 페로브스카이트 전구체 용액을 슬롯 다이 코팅 장치에 공급하여 박막을 코팅하고 열처리하여 페로브스카이트 광활성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
In step (c),
Forming a perovskite precursor solution containing a compound having a perovskite structure and a functional additive having hydroxyl and carboxyl functional groups; and
A perovskite solar cell manufacturing method comprising: supplying the perovskite precursor solution to a slot die coating device to coat a thin film and heat treating it to form a perovskite photoactive layer.
상기 기능성 첨가제는,
3-알릴옥시-1,2-프로판디올(3-Allyloxy-1,2,-propanediol) 및 디글리콜산(Diglycolic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
The functional additives are,
A method for manufacturing a perovskite solar cell, characterized in that at least one selected from 3-Allyloxy-1,2,-propanediol and diglycolic acid.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.
[화학식 1]
ABX3
(상기 화학식 1에서, A는 아민기가 치환된 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬, 측쇄 알킬 또는 알칼리 금속이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 1가의 양이온이고, B는 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ 및 Fe2+로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2가의 금속 양이온이고, X는 할로겐 음이온임)According to clause 9,
A method of manufacturing a perovskite solar cell, wherein the compound having the perovskite structure is a compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
ABX 3
(In Formula 1, A is at least one monovalent cation selected from the group consisting of straight-chain alkyl, branched-chain alkyl, or alkali metal ion having 1 to 20 carbon atoms substituted with an amine group, and B is Pb 2+ , Sn 2+ , Ge At least one divalent metal cation selected from the group consisting of 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Co 2+ and Fe 2+ , and X is a halogen anion)
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은,
포름아미디늄(FA), 메틸암모늄(MA), 세슘(Cs), 납(Pb), 요오드(I) 및 브롬(Br) 중 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
The compound having the perovskite structure is,
A perovskite comprising one or more compounds selected from formamidinium (FA), methylammonium (MA), cesium (Cs), lead (Pb), iodine (I), and bromine (Br). solar cell manufacturing method.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은,
CH3NH3PbI3-XCl3(0=x=3인 실수), CH3NH3PbI3-XBrX(0=x=3인 실수), 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)중 선택되는 적어도 하나의 페로브스카이트 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
The compound having the perovskite structure is,
CH 3 NH 3 PbI 3 -X Cl 3 (real number with 0 = x=3), CH 3 NH 3 PbI 3-X Br ( real number with 0=x= 3 ), CH 3 NH 3 PbI 3 - X F =x=1, 0=y=1, 0=1-xy=1, 0=z=1 real number) Perovskite sun, characterized in that it comprises at least one perovskite structure selected from Battery manufacturing method.
상기 기능성 첨가제는 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 부피에 대하여, 0.1 부피% 내지 2 부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
A method for manufacturing a perovskite solar cell, wherein the functional additive is contained in an amount of 0.1 vol% to 2 vol% based on the total volume of the perovskite precursor solution.
상기 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물은 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 전체 중량에 대하여, 20 중량% 내지 60 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법.According to clause 9,
A method for manufacturing a perovskite solar cell, characterized in that the compound having the perovskite structure is contained in an amount of 20% by weight to 60% by weight based on the total weight of the perovskite precursor solution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220068261A KR20230167963A (en) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Perovskite solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220068261A KR20230167963A (en) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Perovskite solar cell and method for manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230167963A true KR20230167963A (en) | 2023-12-12 |
Family
ID=89159835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220068261A KR20230167963A (en) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Perovskite solar cell and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230167963A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102401218B1 (en) | 2020-07-08 | 2022-05-23 | 한화솔루션 주식회사 | Matufacturing method for perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured by the same method |
-
2022
- 2022-06-03 KR KR1020220068261A patent/KR20230167963A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102401218B1 (en) | 2020-07-08 | 2022-05-23 | 한화솔루션 주식회사 | Matufacturing method for perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured by the same method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nair et al. | Recent trends in efficiency-stability improvement in perovskite solar cells | |
| Shalan et al. | Cobalt oxide (CoO x) as an efficient hole-extracting layer for high-performance inverted planar perovskite solar cells | |
| Habibi et al. | Progress in emerging solution-processed thin film solar cells–Part II: Perovskite solar cells | |
| CN108899420B (en) | Preparation method of perovskite thin film and perovskite solar cell device | |
| Ahmed et al. | Long-term stable and hysteresis-free planar perovskite solar cells using green antisolvent strategy | |
| Ma et al. | Negligible hysteresis planar perovskite solar cells using Ga-doped SnO2 nanocrystal as electron transport layers | |
| KR101740654B1 (en) | Organic/inorganic hybrid perovskite compound, preparing method thereof, and solar cell comprising the same | |
| Mohamadkhani et al. | Sb2S3 and Cu3SbS4 nanocrystals as inorganic hole transporting materials in perovskite solar cells | |
| Mali et al. | Large area, waterproof, air stable and cost effective efficient perovskite solar cells through modified carbon hole extraction layer | |
| Wang et al. | Influence of a compact CdS layer on the photovoltaic performance of perovskite-based 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 | |
| Dahal et al. | Configuration of methylammonium lead iodide perovskite solar cell and its effect on the device's performance: a review | |
| Majeed et al. | A novel 3-methylthiophene additive to boost the performance and stability of perovskite solar cells | |
| KR101112676B1 (en) | Large area and high energy conversion efficiency OPVs using nano particle and high conducting novel organic/inorganic hydrid buffer layer and manufacturing method thereof | |
| KR102602858B1 (en) | High-performance perovskite solar cells using as a hole transport layer and Method for manufacturing the same | |
| KR102511394B1 (en) | Perovskite solar cell using the Perovskite precursors solution | |
| KR20230167963A (en) | Perovskite solar cell and method for manufacturing the same | |
| US11716894B2 (en) | Method for preparing perovskite solar cell | |
| Zhang et al. | Improved crystallization of perovskite films using PbTiO3-decorated mesoporous scaffold layers for high stable carbon-counter-electrode solar cells | |
| Luo | Applications in photovoltaics | |
| KR20220079148A (en) | High-performance perovskite solar cell using anti-solvent and Method for anufacturing the smae | |
| KR102520410B1 (en) | Perovskite solution comprising an additive, perovskite thin film prepared using the same and perovskite solar cell prepared using the same | |
| Ramanathan et al. | Effective Approaches for Perovskite Solar Cells: Recent Advances and Perspectives | |
| CN111599925B (en) | Solar cell with dimethyl tin bis (formate) N-type semiconductor film as electron transport layer and preparation method thereof | |
| Uddin et al. | Low temperature processed efficient and stable perovskite solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |