KR20240040478A - Method of manufacturing tandem solar cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탠덤 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 제2 페로브스카이트 용액에 포함되는 혼합용매의 종류를 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 포함하는 것으로 선택하고 상기 아세토니트릴과 상기 알킬아민의 부피비를 조절하여 혼합용매를 신속히 휘발하여 제2 광흡수 층을 빠르게 제조하고 이에 의해 제1 셀의 손상을 방지할 수 있는 탠덤 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a tandem solar cell. Specifically, the type of mixed solvent included in the second perovskite solution is selected to include acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms, and the acetonitrile and It relates to a method of manufacturing a tandem solar cell that can quickly volatilize the mixed solvent by adjusting the volume ratio of the alkylamine to quickly manufacture a second light absorption layer, thereby preventing damage to the first cell.

Description

탠덤 태양전지의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING TANDEM SOLAR CELL}Manufacturing method of tandem solar cell {METHOD OF MANUFACTURING TANDEM SOLAR CELL}

본 발명은 탠덤 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 제1 셀의 일면 또는 타면에 복수개의 셀을 적층하는 경우 제1 셀의 손상을 방지할 수 있는 탠덤 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a tandem solar cell, and specifically to a method of manufacturing a tandem solar cell that can prevent damage to the first cell when a plurality of cells are stacked on one side or the other side of the first cell.

태양전지는 태양광으로부터 전기에너지를 생산해내는 반도체 소재로 이루어진 친환경 소자이다. 태양전지의 광흡수층에서 광자를 흡수한 후, 밴드갭보다 큰 에너지를 갖는 광자의 경우는 빠르게 열에너지로의 손실이 일어난다. 또한, 밴드갭보다 작은 에너지의 광자의 경우는 흡수자체가 되지 않기 때문에 단일 광흡수층 태양전지의 경우 명확한 이론적 한계효율이 존재한다. 현재 시장의 실리콘 태양전지의 경우 이미 이에 근접한 수치가 보고되어 있고 추가적인 효율향상은 기대하기 힘든 상황이다. 그러나, 전 세계적인 기후변화 대응 관점에서 태양전지를 통한 대량 친환경 에너지 생산은 필수적으로 여겨지며, 이를 위해서는 태양전지 효율을 끌어올려 태양전지를 통한 신재생 에너지의 발전단가를 낮추는 것이 요구된다. 이를 해결하기 위해 크기가 서로 다른 여러 밴드갭의 광흡수 층을 적층하여 이루어진 탠덤 태양전지가 연구되고 있으며, 열에너지로의 손실을 줄여주어 더 높은 이론적 효율을 가지고 저비용이며 높은 밴드갭 가변성을 가지는 페로브스카이트 물질이 탠덤화를 위한 광흡수 층 물질로서 높은 적합성을 가진다고 알려져 차세대 태양전지 소재로 각광받고 있다.Solar cells are eco-friendly devices made of semiconductor materials that produce electrical energy from sunlight. After photons are absorbed in the light absorption layer of a solar cell, photons with energy greater than the band gap are quickly lost to thermal energy. In addition, since photons with energy smaller than the bandgap are not absorbed, there is a clear theoretical limit efficiency in the case of a single light absorption layer solar cell. In the case of silicon solar cells on the current market, figures close to this have already been reported, and it is difficult to expect additional efficiency improvements. However, from the perspective of responding to global climate change, mass production of eco-friendly energy through solar cells is considered essential, and for this, it is necessary to lower the power generation cost of new and renewable energy through solar cells by increasing solar cell efficiency. To solve this problem, tandem solar cells, which are made by stacking light-absorbing layers with different band gaps of different sizes, are being studied, and perovskite solar cells have higher theoretical efficiency by reducing heat energy loss, are low cost, and have high band gap variability. Skyte material is known to have high suitability as a light absorption layer material for tandemization, and is attracting attention as a next-generation solar cell material.

종래기술에 따른 페로브스카이트/페로브스카이트 탠덤 태양전지에서 상부 페로브스카이트 셀을 적층하는 과정에서 상부 페로브스카이트 층 형성용 용액이 하부 페로브스카이트 셀로 침투하여 하부 페로브스카이트 셀이 손상되는 문제점이 있다. 이는 일반적인 페로브스카이트 층 형성용 용액 공정에서 DMSO(Dimethyl sulfoxide) 및 DMF(Dimethyl formamide) 용매를 사용할 때, 스핀 코팅 공정 중에 용매 증발을 통해 곧바로 고상 박막이 형성되는 것이 아니라 페로브스카이트 이온과의 배위(coordination)를 통해서 중간상을 거친 후, 열처리 과정이 지나서야 용매가 외부로 추출이 될 수 있기에 생기는 것이라 생각할 수 있다. 즉, 열처리 과정이 시작되어야만 용액 내의 용매들이 완전히 외부로 증발되면서 고상의 페로브스카이트 층이 제작되는 것이다. 이러한 공정적인 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 고비용 공정인 박막 원자층 공정(ALD, Atomic Layer Deposition)을 통해서 하부 페로브스카이트 셀 상부에 굉장히 조밀한 무기 전하주입 층을 증착하여 용액의 침습을 방지하였다. 그러나 이러한 고비용의 추가적 공정은 시장성을 떨어뜨릴 우려가 있다.In the process of stacking the upper perovskite cell in a perovskite/perovskite tandem solar cell according to the prior art, the solution for forming the upper perovskite layer penetrates into the lower perovskite cell and forms the lower perovskite cell. There is a problem with the cell being damaged. This is because when DMSO (Dimethyl sulfoxide) and DMF (Dimethyl formamide) solvents are used in the general solution process for forming perovskite layers, a solid thin film is not formed directly through solvent evaporation during the spin coating process, but perovskite ions and It can be thought that this occurs because the solvent can be extracted to the outside only after passing through the intermediate phase through coordination and heat treatment. In other words, only when the heat treatment process begins does the solvent in the solution completely evaporate to the outside and a solid perovskite layer is produced. To solve these process problems, a very dense inorganic charge injection layer was deposited on the upper part of the lower perovskite cell through a thin film atomic layer deposition (ALD) process, which is generally an expensive process, to prevent solution invasion. . However, there is a risk that these additional, high-cost processes may reduce marketability.

따라서, 탠덤 태양전지에 있어서 하부 페로브스카이트 셀의 손상을 방지하고 공정간 수율을 높이며 공정의 비용을 낮추는 기술에 대한 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop technology to prevent damage to the lower perovskite cell, increase yield between processes, and reduce process costs in tandem solar cells.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부 페로브스카이트 셀 상에 상부 페로브스카이트 셀을 적층하는 경우 상부 페로브스카이트 층 형성용 용액이 하부 페로브스카이트 셀을 침습하여 하부 페로브스카이트 셀이 손상되는 문제를 해결하기 위한 탠덤 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is that when the upper perovskite cell is stacked on the lower perovskite cell, the solution for forming the upper perovskite layer invades the lower perovskite cell and forms the lower perovskite cell. The aim is to provide a method of manufacturing tandem solar cells to solve the problem of cell damage.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시상태는 제1 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제1 광흡수 층을 포함하는 제1 셀을 구비하는 단계; 및 상기 제1 셀의 일면 상에 배치되고, 제2 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제2 광흡수 층을 포함하는 제2 셀을 구비하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조방법으로서, 상기 제2 광흡수 층은 하기 화학식 1의 조성을 갖는 제2 페로브스카이트 화합물; 및 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 5:1 내지 3:2의 몰비로 포함하는 혼합 용매;를 포함하는 제2 페로브스카이트 용액으로부터 형성되는 것인 탠덤 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention includes providing a first cell including a first light absorption layer including a first perovskite-based compound; and providing a second cell disposed on one surface of the first cell and including a second light absorption layer containing a second perovskite-based compound. The second light absorption layer includes a second perovskite compound having the composition of Formula 1 below; and a mixed solvent containing acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms at a molar ratio of 5:1 to 3:2; providing a method for manufacturing a tandem solar cell formed from a second perovskite solution containing. It is done.

[화학식 1][Formula 1]

ABX3 ABX 3

상기 식에서,In the above equation,

상기 A는 메틸암모늄, 포름아미디늄 및 Cs 중에서 선택된 1종 이상이고, 상기 B는 Pb이고, 상기 X는 Cl, Br 및 I 중에서 선택된 1종 이상이다.A is at least one selected from methylammonium, formamidinium, and Cs, B is Pb, and X is at least one selected from Cl, Br, and I.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서, 상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 것이고, 상기 X3는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in Formula 1, A may be represented by Formula 2 below, and X 3 may be represented by Formula 3 below.

[화학식 2][Formula 2]

[CH3NH3]1-a-b[HC(NH2)2]aCsb [CH 3 NH 3 ] 1-ab [HC(NH 2 ) 2 ] a Cs b

[화학식 3][Formula 3]

I3-c-dBrcCld I 3-cd Br c Cl d

상기 화학식에서 0≤a≤1 이고, 0≤b≤1 이고, 0≤a+b≤1 이고, 0≤c≤3 이고, 0≤d≤3 이고, 0≤c+d≤3 이다. In the above formula, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1, 0≤c≤3, 0≤d≤3, and 0≤c+d≤3.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.0mmol에 대하여 4.2 mmol 이상 8.0 mmol 이하의 함량으로 포함되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be included in an amount of 4.2 mmol or more and 8.0 mmol or less based on 1.0 mmol of the second perovskite compound.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀의 상기 제2 셀이 배치된 면의 반대 면 상에 제3 셀을 구비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제3 셀은 실리콘 셀 또는 칼코제나이드계 화합물을 포함하는 제3 광흡수 층을 포함하는 셀일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, it further includes providing a third cell on a side of the first cell opposite to the side on which the second cell is disposed, wherein the third cell is a silicon cell or chalco material. It may be a cell including a third light absorption layer including a nide-based compound.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 메틸아민인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be methylamine.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 메틸암모늄 싸이오시아네이트, 메틸암모늄 클로라이드 및 요소 중 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제를 추가하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may include adding an additive containing one or more selected from methylammonium thiocyanate, methylammonium chloride, and urea.

본 발명의 일 실시상태에 따른 탠덤 태양전지의 제조방법은 용액 스핀 공정으로 제2 셀의 제2 광흡수 층 제조 단계 중 용액의 용매가 신속히 증발되어 제1 셀 상에 제2 셀을 원활히 고상으로 적층하여 제1 셀의 손상을 방지할 수 있다.The method of manufacturing a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention is a solution spin process, in which the solvent in the solution is quickly evaporated during the manufacturing step of the second light absorption layer of the second cell, and the second cell is smoothly converted to a solid state on the first cell. Damage to the first cell can be prevented by stacking.

본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effect of the present invention is not limited to the above-mentioned effect, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the attached drawings.

도 1(a)는 종래기술에 따른 페로브스카이트/페로브스카이트 탠덤 태양전지의 제조 방법의 모식도이다.
도 1(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 제조 방법의 모식도이다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 개략도이다.
도 2(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 개략도이다.
도 3(a)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 단락전류밀도를 측정한 단락전류밀도 그래프이다.
도 3(b)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 개방전압을 측정한 그래프이다.
도 3(c)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4 에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 곡선 인자를 측정한 그래프이다.
도 3(d)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4 에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 효율을 측정한 그래프이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전류-전압 특성 그래프이다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 외부양자효율 스펙트럼 그래프이다.
도 4(c)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전류-전압 특성 그래프이다.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 외부양자효율 스펙트럼 그래프이다.
도 5(c)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 주사전자현미경 단면도이다.Figure 1(a) is a schematic diagram of a method for manufacturing a perovskite/perovskite tandem solar cell according to the prior art.
Figure 1(b) is a schematic diagram of a method for manufacturing a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2(a) is a schematic diagram of a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2(b) is a schematic diagram of a third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 3(a) is a short-circuit current density graph measuring the short-circuit current density of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention.
Figure 3(b) is a graph measuring the open-circuit voltage of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention.
Figure 3(c) is a graph measuring the curve factor of the single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention.
Figure 3(d) is a graph measuring the efficiency of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention.
Figure 4(a) is a graph of current-voltage characteristics of a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4(b) is an external quantum efficiency spectrum graph of a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4(c) is a photograph taken with a scanning electron microscope of a cross section of a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 5(a) is a graph of current-voltage characteristics of a third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 5(b) is an external quantum efficiency spectrum graph of a third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 5(c) is a scanning electron microscope cross-sectional view of a third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. It should be understood to include water, equivalents or substitutes. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted. The size, shape, and shape of each component shown in the drawings may be modified in various ways, and the same/similar parts throughout the specification are omitted. The same/similar drawing symbols are given.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “단계“ 및 “과정“ 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.The suffixes “step” and “process” for the components used in the following description are given or used interchangeably only considering the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions are omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결, 접속, 접촉, 결합 또는 적층”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결, 접속, 접촉, 결합 또는 적층”되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결, 접속, 접촉, 결합 또는 적층”되어 있는 경우도 포함된다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함(구비 또는 마련)”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있음을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected, connected, in contact, combined or laminated” with another part, this means not only when it is “directly connected, connected, in contact, combined or laminated,” but also when it is “connected, connected, in contact, combined or laminated” with another part. This also includes cases where members are “indirectly connected, connected, in contact, combined, or laminated” across members. In addition, when a part is said to “include (provide or provide)” a certain component, this does not exclude other components, unless specifically stated to the contrary, but rather “includes (provides or provides)” other components. It means you can do it.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., used in this specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where the member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.Throughout the specification herein, the unit “part by weight” may refer to the ratio of weight between each component.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.Throughout this specification, “A and/or B” means “A and B, or A or B.”

본원 명세서 전체에서, “C/D”는 C 상에 D가 적층된 구조를 의미할 수 있다.Throughout the specification herein, “C/D” may mean a structure in which D is stacked on C.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시상태는 제1 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제1 광흡수 층을 포함하는 제1 셀을 구비하는 단계; 및 상기 제1 셀의 일면 상에 배치되고, 제2 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제2 광흡수 층을 포함하는 제2 셀을 구비하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조방법으로서, 상기 제2 광흡수 층은 하기 화학식 1의 조성을 갖는 제2 페로브스카이트 화합물; 및 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 5:1 내지 3:2의 몰비로 포함하는 혼합 용매;를 포함하는 제2 페로브스카이트 용액을 포함하여 형성되는 것인 탠덤 태양전지의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes providing a first cell including a first light absorption layer including a first perovskite-based compound; and providing a second cell disposed on one surface of the first cell and including a second light absorption layer containing a second perovskite-based compound. The second light absorption layer includes a second perovskite compound having the composition of Formula 1 below; and a mixed solvent containing acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms at a molar ratio of 5:1 to 3:2. A method of producing a tandem solar cell comprising a second perovskite solution containing a. provides.

[화학식 1][Formula 1]

ABX3 ABX 3

상기 식에서,In the above equation,

상기 A는 메틸암모늄, 포름아미디늄 및 Cs 중에서 선택된 1종 이상이고,The A is at least one selected from methylammonium, formamidinium, and Cs,

상기 B는 Pb이고,B is Pb,

상기 X는 Cl, Br 및 I 중에서 선택된 1종 이상이다.The X is one or more selected from Cl, Br, and I.

본 발명의 일 실시상태에 따른 탠덤 태양전지의 제조방법은 용액 스핀 공정으로 상기 제2 셀의 제2 광흡수 층 제조 단계 중 제2 페로브스카이트 용액의 혼합 용매가 신속히 증발되어 상기 제1 셀 상에 상기 제2 셀을 원활히 고상으로 적층하여 상기 제1 셀의 손상을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 제2 페로브스카이트 용액에 포함되는 혼합 용매의 종류를 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 포함하는 것으로 선택하고 아세토니트릴과 상기 알킬아민의 몰비를 조절하여 혼합 용매를 신속히 휘발하여 제2 광흡수 층을 빠르게 제조하고 이에 의해 상기 제1 셀의 손상을 방지할 수 있다.The method of manufacturing a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention is a solution spin process, in which the mixed solvent of the second perovskite solution is quickly evaporated during the manufacturing step of the second light absorption layer of the second cell, thereby forming the first cell. Damage to the first cell can be prevented by smoothly stacking the second cell on the solid layer. Furthermore, the type of mixed solvent included in the second perovskite solution is selected to include acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms, and the molar ratio of acetonitrile and the alkylamine is adjusted to quickly volatilize the mixed solvent. Thus, the second light absorption layer can be quickly manufactured and damage to the first cell can be prevented.

도 1(a)는 종래기술에 따른 페로브스카이트/페로브스카이트 탠덤 태양전지의 제조 방법의 모식도이다.Figure 1(a) is a schematic diagram of a method for manufacturing a perovskite/perovskite tandem solar cell according to the prior art.

도 1(a)를 참고하면, 종래기술에 따른 페로브스카이트/페로브스카이트 탠덤 태양전지에서 상부 페로브스카이트 셀(300')을 적층하는 과정에서 상부 페로브스카이트 용액(355')이 하부 페로브스카이트 셀(100')로 침투하여 하부 페로브스카이트 셀(100')이 손상되는 문제점이 있다. Referring to FIG. 1(a), in the process of stacking the upper perovskite cell (300') in a perovskite/perovskite tandem solar cell according to the prior art, the upper perovskite solution (355') ) penetrates into the lower perovskite cell (100'), causing damage to the lower perovskite cell (100').

도 1(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀(100)/제2 셀(300) 탠덤 태양전지의 제조 방법의 모식도이다.Figure 1(b) is a schematic diagram of a method of manufacturing a first cell 100/second cell 300 tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1(b)를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀(100)/제2 셀(300) 탠덤 태양전지에서 제2 셀(300)을 적층하는 과정에서 제2 페로브스카이트 용액(355)이 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 포함하는 혼합 용매를 포함함으로써, 상기 혼합 용매가 스핀코팅 과정 중 신속히 휘발되고, 상기 혼합 용매가 페로브스카이트 이온과 배위가 일어나지 않아 중간상을 거치지 않고 즉시 고상의 상기 제2 셀(300)을 형성하여 상기 제1 셀(100)의 손상을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 1(b), in the process of stacking the second cell 300 in the first cell 100/second cell 300 tandem solar cell according to an embodiment of the present invention, the second perovskite Since the solution 355 contains a mixed solvent containing acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms, the mixed solvent is quickly volatilized during the spin coating process, and the mixed solvent does not coordinate with the perovskite ion. Therefore, damage to the first cell 100 can be prevented by forming the second cell 300 in a solid phase immediately without going through an intermediate phase.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 페로브스카이트 용액이 상기 화학식 1의 조성을 갖는 페로브스카이트 화합물을 포함함으로써, 탠덤 태양전지의 공정을 용이하게 하고 공정 경제성 확보가 가능하며 상기 제2 셀의 밴드갭 가변성을 조절할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the second perovskite solution includes a perovskite compound having the composition of Formula 1, thereby facilitating the process of a tandem solar cell and ensuring process economics, and 2 The bandgap variability of the cell can be adjusted.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합 용매는 아세토니트릴 및 상기 알킬아민의 몰비가 5:1 내지 3:2인 것이다. 상술한 범위에서 상기 혼합 용매의 아세토니트릴과 상기 알킬아민의 몰비를 조절함으로써, 상기 혼합 용매는 상기 제2 페로브스카이트 화합물을 충분히 용해할 수 있으며, 상기 제2 페로브스카이트 용액을 포함하여 형성되는 제2 광흡수 층을 균질하게 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mixed solvent has a molar ratio of acetonitrile and the alkylamine of 5:1 to 3:2. By adjusting the molar ratio of acetonitrile and the alkylamine of the mixed solvent in the above-described range, the mixed solvent can sufficiently dissolve the second perovskite compound, including the second perovskite solution. The formed second light absorption layer can be implemented homogeneously.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서, 상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 것이고, 상기 X3는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제2 페로브스카이트계 화합물을 선택함으로써, 탠덤 태양전지의 공정을 용이하게 하고 공정 경제성 확보가 가능하며 상기 제2 셀의 밴드갭 가변성을 조절할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in Formula 1, A may be represented by Formula 2 below, and X 3 may be represented by Formula 3 below. By selecting the second perovskite-based compound from the above, it is possible to facilitate the process of a tandem solar cell, ensure process economics, and control the bandgap variability of the second cell.

[화학식 2][Formula 2]

[CH3NH3]1-a-b[HC(NH2)2]aCsb [CH 3 NH 3 ] 1-ab [HC(NH 2 ) 2 ] a Cs b

[화학식 3][Formula 3]

I3-c-dBrcCld I 3-cd Br c Cl d

상기 화학식에서 0≤a≤1 이고, 0≤b≤1 이고, 0≤a+b≤1 이고, 0≤c≤3 이고, 0≤d≤3 이고, 0≤c+d≤3 이다. In the above formula, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1, 0≤c≤3, 0≤d≤3, and 0≤c+d≤3.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.0 mmol에 대하여 4.2 mmol 이상 8.0 mmol 이하의 함량으로 포함되는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 알킬아민의 함량을 조절함으로써, 상기 페로브스카이트 화합물이 충분히 용해될 수 있으며, 스핀 코팅 시 용매가 빠르게 증발되면서 균질한 제2 광흡수 층을 수득할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be included in an amount of 4.2 mmol or more and 8.0 mmol or less based on 1.0 mmol of the second perovskite compound. By adjusting the content of the alkylamine within the above-mentioned range, the perovskite compound can be sufficiently dissolved, and the solvent can be rapidly evaporated during spin coating, thereby obtaining a homogeneous second light-absorbing layer.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 기체일 때, 예를 들어 메틸아민인 경우, 적당한 용매, 예를 들어 고순도 에탄올에 용해된 용액 상태로 포함될 수 있다. 이 경우 메틸아민은 고순도 에탄올에 33 wt%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the alkylamine is a gas, for example, methylamine, it may be contained in a solution state dissolved in an appropriate solvent, for example, high-purity ethanol. In this case, methylamine may be included at 33 wt% in high-purity ethanol.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.0 mmol에 대하여 0.5 mL 이상 0.9 mL 미만의 함량으로 포함되는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.2 mmol에 대하여 0.6 mL 이상 1.0 mL 이하의 함량으로 포함되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.2 mmol에 대하여 0.6 mL일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 알킬아민의 함량을 조절함으로써, 상기 페로브스카이트 화합물이 충분히 용해될 수 있으며, 스핀 코팅 시 용매가 빠르게 증발되면서 균질한 제2 광흡수 층을 수득할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be included in an amount of 0.5 mL or more and less than 0.9 mL based on 1.0 mmol of the second perovskite compound. For example, the alkylamine may be included in an amount of 0.6 mL or more and 1.0 mL or less based on 1.2 mmol of the second perovskite compound. Specifically, the alkylamine may be 0.6 mL based on 1.2 mmol of the second perovskite compound. By adjusting the content of the alkylamine within the above-mentioned range, the perovskite compound can be sufficiently dissolved, and the solvent can be rapidly evaporated during spin coating, thereby obtaining a homogeneous second light-absorbing layer.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 메틸아민일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 알킬아민을 메틸아민으로 선택함으로써, 상기 페로브스카이트 화합물을 용이하게 용해할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be methylamine. As described above, by selecting the alkylamine as methylamine, the perovskite compound can be easily dissolved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 메틸암모늄 싸이오시아네이트, 메틸암모늄 클로라이드 및 요소 중 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제를 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 첨가제의 성분을 선택하여 추가함으로써, 효율이 향상된 고품질의 탠덤 태양전지를 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may include adding an additive containing one or more selected from methylammonium thiocyanate, methylammonium chloride, and urea. By selecting and adding additive components as described above, a high-quality tandem solar cell with improved efficiency can be formed.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 개략도이다.Figure 2(a) is a schematic diagram of a first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 개략도이다.Figure 2(b) is a schematic diagram of a third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지에서, 상기 제1 셀(100a)은 제1 정공전달 층(110a); 제1 정공전달 층(110a) 상에 제1 광흡수 층(130a); 제1 광흡수 층(130a) 상에 제1 전자전달 층(150a); 및 제1 전자전달 층(150a) 상에 제1 상부전극 층(170a);을 포함할 수 있다.In the first cell/second cell tandem solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention, the first cell (100a) includes a first hole transport layer (110a); A first light absorption layer (130a) on the first hole transport layer (110a); A first electron transport layer (150a) on the first light absorption layer (130a); and a first upper electrode layer (170a) on the first electron transport layer (150a).

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀(100a)은 기판(500a) 상에 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first cell 100a may be provided on the substrate 500a.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기판(500a)은 소다석회유리 및 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide: ITO)을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 기판(500a)은 소다석회유리 상에 ITO가 구비된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the substrate 500a may include soda lime glass and indium tin oxide (ITO). Specifically, the substrate 500a may be made of ITO on soda lime glass.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기판(500a)에 포함되는 ITO의 일부면적은 에칭 및/또는 제거된 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 기판(500a)에 포함되는 ITO의 표면을 에칭 및/또는 제거함으로써 소자 전극 위치 및 디자인을 맞출 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a portion of the ITO included in the substrate 500a may be etched and/or removed. As described above, the device electrode location and design can be adjusted by etching and/or removing the surface of the ITO included in the substrate 500a.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기판(500a)에 포함되는 ITO의 평균 두께는 150 nm일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the average thickness of ITO included in the substrate 500a may be 150 nm.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 정공전달 층(110a)은 폴리(트리아릴 아민)(Poly(triaryl amine), PTAA), 폴리(9,9-비스(3'-(N,N-디메틸)-N-에틸암모늄-프로필-2,7-플루오렌)-알트-2,7-(9,9-디옥틸플루오렌))디브로마이드(Poly(9,9-bis(3'-(N,N-dimethyl)-N-ethylammoinium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide, PFN-Br) 를 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 정공전달 층(110a)의 성분을 선택함으로써, 에너지 준위를 조절하고 광자 효율성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first hole transport layer 110a is poly(triaryl amine) (PTAA), poly(9,9-bis(3'-(N,N) -dimethyl)-N-ethylammonium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide (Poly(9,9-bis(3'- It may include (N,N-dimethyl)-N-ethylammoinium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide, PFN-Br). As described above, by selecting the components of the first hole transport layer 110a, the energy level can be adjusted and photon efficiency can be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 광흡수 층(130a)은 유기 할로겐화물 페로브스카이트계 화합물, 무기 할로겐화물 페로브스카이트계 화합물, 금속 할로겐화물 페로브스카이트계 화합물 및 유무기 복합 할로겐화물 페로브스카이트계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하여 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 광흡수 층(130a)의 성분을 선택함으로써, 상기 제1 셀(100a)의 탠덤 태양전지의 공정을 용이하게 하고 공정 경제성 확보가 가능하며 상기 제2 셀의 밴드갭 가변성을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first light absorption layer 130a is composed of organic halide perovskite-based compounds, inorganic halide perovskite-based compounds, metal halide perovskite-based compounds, and organic-inorganic complex halogens. The cargo may be provided including one or more selected from perovskite-based compounds. By selecting the components of the first light absorption layer 130a from the above, it is possible to facilitate the process of the tandem solar cell of the first cell 100a, ensure process economy, and improve the bandgap variability of the second cell. can be adjusted.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀(100a)은 상기 제1 광흡수 층(130a)이 화학식 1의 제1 페로브스카이트계 화합물을 포함함으로써 1.5 eV 밴드갭 근처에서 장파장의 빛을 흡수하는 소자 특성을 나타내어 탠덤 태양전지의 중간부 셀 및/또는 하부 셀로 사용될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the first cell 100a emits long-wavelength light near a 1.5 eV bandgap by having the first light absorption layer 130a include the first perovskite-based compound of Chemical Formula 1. It exhibits absorbing device characteristics and can be used as a middle cell and/or lower cell of a tandem solar cell.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 광흡수 층(130a)은 제1 페로브스카이트계 화합물 및 혼합 용매를 포함하는 제1 페로브스카이트 용액을 스핀코팅하여 형성될 수 있다. 이 때 혼합 용매로는 무수 N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2- pyrrolidone (NMP) 및 DMSO(Dimethyl sulfoxide) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first light absorption layer 130a may be formed by spin coating a first perovskite solution containing a first perovskite-based compound and a mixed solvent. At this time, the mixed solvent may be one containing one or more selected from anhydrous N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and DMSO (Dimethyl sulfoxide).

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 광흡수 층(130a)을 형성하는데 사용되는 혼합 용매는 무수 N,N-dimethylformamide (DMF)와 N-methyl-2- pyrrolidone (NMP)를 4:1 내지 1:4 부피비로 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게 DMF와 NMP는 4:1 부피비일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mixed solvent used to form the first light absorption layer 130a is anhydrous N,N-dimethylformamide (DMF) and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in a ratio of 4:1 to 4:1. It may be included in a 1:4 volume ratio. Preferably, DMF and NMP may be in a 4:1 volume ratio.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 광흡수 층(130a)을 형성하는데 사용되는 제1 페로브스카이트 용액에 첨가제를 추가할 수 있다. 구체적으로 첨가제의 종류는 메틸암모늄 싸이오시아네이트(Methylammonium thiocyanate, MASCN) 및 메틸암모늄 클로라이드(Methylammonium chloride, MACl) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 제1 페로브스카이트 용액에 첨가제를 추가함으로써, 장파장의 빛을 더 많이 흡수하여 고품질의 제1 셀(100a)이 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, additives may be added to the first perovskite solution used to form the first light absorption layer 130a. Specifically, the type of additive may include one or more selected from methylammonium thiocyanate (MASCN) and methylammonium chloride (MACl). As described above, by adding additives to the first perovskite solution, a high-quality first cell 100a can be formed by absorbing more long-wavelength light.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전자전달 층(150a)은 C60(fullerene), TiO2, SnO2, ZnO, NiO, 그래핀, PCBM([6,6]-Phenyl-C61-butyric Acid Methyl Ester) 및 폴리에틸렌이민(Polyethylenimine, PEIE) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하여 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 전자전달 층(150a)의 성분을 선택함으로써, 상기 제1 광흡수 층(130a)의 내구성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first electron transport layer (150a) is C 60 (fullerene), TiO 2 , SnO 2 , ZnO, NiO, graphene, PCBM ([6,6]-Phenyl-C61- butyric acid methyl ester) and polyethylenimine (PEIE). By selecting the components of the first electron transport layer 150a from the above, durability of the first light absorption layer 130a can be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전자전달 층(150a) 상에 제1 상부전극 층(170a)을 구비할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 전자전달 층(150a) 상에 제1 상부전극 층(170a)을 구비하는 단계는 DC(Direct Current) 또는 RF(Radio Frequency) 스퍼터링 방법이 이용되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 전자전달 층(150a) 상에 제1 상부전극 층(170a)을 구비하는 단계를 포함함으로써, 광학 특성을 구현하고 내구성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a first upper electrode layer (170a) may be provided on the first electron transport layer (150a). Specifically, the step of providing the first upper electrode layer 170a on the first electron transport layer 150a may use a direct current (DC) or radio frequency (RF) sputtering method. As described above, by including the step of providing a first upper electrode layer (170a) on the first electron transport layer (150a), optical characteristics can be realized and durability can be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 상부전극 층(170a)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide: IZO), 아연주석산화물(Zinc Tin Oxide: ZTO), 알루미늄 도핑 산화아연(Al-doped ZnO: AZO), 붕소 도핑 산화아연(B-doped ZnO: BZO) 및 불소 도핑 산화주석(F-doped SnO: FTO) 중에서 1종 이상을 포함하여 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 상부전극 층(170a)의 성분을 선택함으로써, 투명도를 조절할 수 있고 광학 특성을 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first upper electrode layer 170a is made of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or zinc tin oxide (ZTO). ), aluminum-doped zinc oxide (Al-doped ZnO: AZO), boron-doped zinc oxide (B-doped ZnO: BZO), and fluorine-doped tin oxide (F-doped SnO: FTO). You can. By selecting the components of the first upper electrode layer 170a from the above, transparency can be adjusted and optical properties can be realized.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 상부전극 층(170a)은 Ag를 포함할 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 상부전극 층(170a)의 성분을 선택함으로써, 불투명 소자를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first upper electrode layer 170a may include Ag. By selecting the components of the first upper electrode layer 170a from the above, an opaque device can be implemented.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 상부전극 층(미도시)은 ITO를 증착 후, Ag를 증착하여 제조될 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 상부전극 층(미도시)의 성분 및 증착 순서를 선택함으로써, 탠덤 구동을 위한 반투명 제1 셀을 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first upper electrode layer (not shown) may be manufactured by depositing ITO and then depositing Ag. By selecting the components and deposition order of the first upper electrode layer (not shown) from the above, a translucent first cell for tandem driving can be implemented.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 상부전극 층(170a) 상에 제2 셀(300a)을 구비할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 상부전극 층(170a) 상에 제2 셀(300a)을 구비함으로써, 상기 제1 셀(100a)과 상기 제2 셀(300a)을 포함하는 일체형 탠덤 태양전지(1000a)를 구현할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a second cell 300a may be provided on the first upper electrode layer 170a. As described above, by providing the second cell 300a on the first upper electrode layer 170a, an integrated tandem solar cell 1000a including the first cell 100a and the second cell 300a. can be implemented.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 셀(300a)은 제2 정공전달 층(310a); 상기 제2 정공전달 층(310a) 상에 제2 광흡수 층(330a); 상기 제2 광흡수 층(330a) 상에 제2 전자전달 층(350a); 및 상기 제2 전자전달 층(150a) 상에 제2 상부전극 층(170a)을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second cell 300a includes a second hole transport layer 310a; a second light absorption layer (330a) on the second hole transport layer (310a); a second electron transport layer (350a) on the second light absorption layer (330a); And it may include a second upper electrode layer (170a) on the second electron transport layer (150a).

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 정공전달 층(310a)은 [2-(9H-Carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic Acid, 2PACz, [2-(3,6-Dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic Acid, MeO-2PACz, [4-(3,6-디메틸-9수소-카바졸-9-일)부틸]포스폰산([4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid 및 Me-4PACz) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제2 정공전달 층(310a)의 성분을 선택함으로써, 에너지 준위를 조절하고 광자 효율성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second hole transport layer 310a is [2-(9 H -Carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic Acid, 2PACz, [2-(3,6-Dimethoxy-9 H -carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic Acid, MeO-2PACz, [4-(3,6-dimethyl-9hydrogen-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid ([4-(3,6- It may include one or more selected from among dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid and Me-4PACz). As described above, by selecting the components of the second hole transport layer 310a, the energy level can be adjusted and photon efficiency can be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 광흡수 층(330a)은 상기 제1 광흡수 층(130a)과 동일한 성분을 선택하여 동일한 방법으로 구비될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the second light absorption layer 330a may be prepared in the same manner as the first light absorption layer 130a by selecting the same components.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 셀(300a)은 상기 제2 광흡수 층(330a)이 상기 화학식 1의 제2 페로브스카이트계 화합물을 포함함으로써 1.9 eV 밴드갭 근처에서 단파장의 빛을 흡수하는 소자 특성을 나타내어 탠덤 태양전지(1000a)의 상부 셀로 사용될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the second cell 300a transmits short-wavelength light near the 1.9 eV bandgap by including the second perovskite-based compound of Chemical Formula 1 in the second light absorption layer 330a. It exhibits device characteristics of absorbing energy and can be used as an upper cell of a tandem solar cell (1000a).

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 광흡수 층(330a)은 제2 페로브스카이트 용액을 포함하여 형성되며, 제2 페로브스카이트 용액에 첨가제를 추가할 수 있다. 구체적으로 제2 페로브스카이트 용액의 첨가제의 종류는 질소 화합물 첨가제일 수 있다. 보다 구체적으로 제2 페로브스카이트 용액의 첨가제의 종류는 요소 첨가제일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second light absorption layer 330a is formed including a second perovskite solution, and additives may be added to the second perovskite solution. Specifically, the type of additive in the second perovskite solution may be a nitrogen compound additive. More specifically, the type of additive in the second perovskite solution may be a urea additive.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전자전달 층(350a)은 상기 제1 전자전달 층(150a)과 동일한 성분을 선택하여 동일한 방법으로 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second electron transport layer 350a may be prepared in the same manner as the first electron transport layer 150a by selecting the same components.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전자전달 층(350a) 상에 제2 상부전극 층(370a)을 구비할 수 있다. 구체적으로 상기 제2 상부전극 층(370a)은 상기 제1 상부전극 층(170a)과 동일한 성분을 선택하여 동일한 방법으로 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a second upper electrode layer 370a may be provided on the second electron transport layer 350a. Specifically, the second upper electrode layer 370a may be prepared in the same manner as the first upper electrode layer 170a by selecting the same components.

본 발명의 일 실시상태에 따른 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지는 도 2(b)에서 보듯이, 제3 셀(700)은 제1 셀(100b)의 제2 셀(300b)이 배치된 면의 반대 면 상에 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 제1 셀(100b)의 제2 셀(300b)이 배치된 면의 반대 면 상에 제3 셀(700)을 구비함으로써, 탠덤 태양전지(1000b)의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 2(b), the third cell/first cell/second cell tandem solar cell according to an embodiment of the present invention is a second cell (700) of the first cell (100b). 300b) may be provided on the opposite side of the side on which it is disposed. As described above, the photoelectric conversion efficiency of the tandem solar cell 1000b can be improved by providing the third cell 700 on the surface opposite to the surface of the first cell 100b on which the second cell 300b is disposed. there is.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀의 상기 제2 셀이 배치된 면의 반대 면 상에 제3 셀을 구비하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 제1 셀의 제2 셀이 배치된 면의 반대 면 상에 제3 셀을 구비함으로써, 탠덤 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the method may further include providing a third cell on a side of the first cell opposite to the side on which the second cell is disposed. As described above, the photoelectric conversion efficiency of the tandem solar cell can be improved by providing the third cell on the opposite side of the first cell to the side on which the second cell is disposed.

도 2(b)를 참고하면, 제1 셀(100b)은 제1 정공전달 층(110b), 제1 광흡수 층(130b), 제1 전자전달 층(150b) 및 제1 상부전극 층(170b)를 포함할 수 있으며, 제2 셀(300b)은 제2 정공전달 층(310b), 제2 광흡수 층(330b), 제2 전자전달 층(350b) 및 제2 상부전극 층(370b)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2(b), the first cell 100b includes a first hole transport layer 110b, a first light absorption layer 130b, a first electron transport layer 150b, and a first upper electrode layer 170b. ) may include a second cell (300b), a second hole transport layer (310b), a second light absorption layer (330b), a second electron transport layer (350b), and a second upper electrode layer (370b). It can be included.

상기 제1 셀(100b)과 상기 제2 셀(200b)는 상기 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지(1000a)에서 설명한 것과 동일한 성분을 선택하여 동일한 방법으로 구비될 수 있다.The first cell 100b and the second cell 200b may be prepared in the same manner by selecting the same components as those described for the first cell/second cell tandem solar cell 1000a.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 셀(700)은 실리콘 셀 또는 칼코제나이드계 화합물을 포함하는 제3 광흡수 층을 포함하는 셀일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third cell 700 may be a silicon cell or a cell including a third light absorption layer including a chalcogenide-based compound.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 셀(700)은 제1 셀의 제2 셀이 배치된 면의 반대면 상에 구비되고, 기판(500b)의 일면에 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third cell 700 may be provided on a side opposite to the side where the second cell of the first cell is disposed, and may be provided on one side of the substrate 500b.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 실리콘 셀의 제1 셀이 구비되는 면의 반대면에 기판(500b)이 구비되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the substrate 500b may not be provided on the side of the silicon cell opposite to the side on which the first cell is provided.

상기 기판(500b)은 상기 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지(1000a)에서 설명한 것과 동일한 성분을 선택하여 동일한 방법으로 구비될 수 있다.The substrate 500b can be prepared in the same way by selecting the same components as those described for the first cell/second cell tandem solar cell 1000a.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 실리콘 셀은 결정질 실리콘 기판; p-타입의 비정질 또는 결정질 실리콘 층, n-타입의 비정질 또는 결정질 실리콘 층 및 비정질 진성(intrinsic) 실리콘 층 중에서 선택된 1종 이상; 및 ITO; 를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the silicon cell includes a crystalline silicon substrate; At least one selected from a p-type amorphous or crystalline silicon layer, an n-type amorphous or crystalline silicon layer, and an amorphous intrinsic silicon layer; and ITO; may include.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 실리콘 셀의 제1 셀이 구비되는 일면은 평탄하게 폴리싱 되어있고, 실리콘 셀의 제1 셀이 구비된 면의 반대면은 텍스쳐 가공이 될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, one surface of the silicon cell provided with the first cell may be polished flat, and the opposite side of the silicon cell provided with the first cell may be textured.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 셀(700)의 광흡수층에 포함되는 칼코제나이드계 화합물은 CGS(copper gallium sulfide), CIGS(copper indium gallium sulfide), CIGSSe(copper indium gallium sulfur selenide), CIGSe(copper indium gallium selenide), CISe(copper indium selenide), CGSe(copper gallium selenide), CZTS(copper zinc tin sulfide), CZTSe(copper zinc tin selenide) 및 CZTSSe(copper zinc tin sulfur selenide) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제3 셀(700)의 광흡수 층 성분을 선택함으로써, 1.1 eV의 밴드갭 근처에서 우수한 소자 특성을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the chalcogenide-based compound included in the light absorption layer of the third cell 700 is copper gallium sulfide (CGS), copper indium gallium sulfide (CIGS), and copper indium gallium sulfur selenide (CIGSSe). ), copper indium gallium selenide (CIGSe), copper indium selenide (CISe), copper gallium selenide (CGSe), copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenide (CZTSe), and copper zinc tin sulfur selenide (CZTSSe). There may be more than one type. By selecting the light absorption layer component of the third cell 700 as described above, excellent device characteristics can be exhibited near a band gap of 1.1 eV.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬아민은 메틸아민인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the alkylamine may be methylamine.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of this specification are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

제1 셀 제조First cell manufacturing

제조예 1Manufacturing Example 1

폴리(트리아릴 아민)(Poly(triaryl amine), PTAA)(톨루엔에서 7 mg/mL)을 6000 rpm에서 30 초간 스핀 코팅하여 100 ℃에서 10 분간 열처리하고 폴리(9,9-비스(3'-(N,N-디메틸)-N-에틸암모늄-프로필-2,7-플루오렌)-알트-2,7-(9,9-디옥틸플루오렌))디브로마이드(Poly(9,9-bis(3'-(N,N-dimethyl)-N-ethylammoinium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide, PFN-Br)를 5000 rpm에서 30 초간 스핀 코팅하여 제1 정공전달 층을 형성하였다.Poly(triaryl amine) (PTAA) (7 mg/mL in toluene) was spin coated at 6000 rpm for 30 seconds, heat treated at 100 °C for 10 minutes, and poly(9,9-bis(3'- (N,N-dimethyl)-N-ethylammonium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide (Poly(9,9-bis (3'-(N,N-dimethyl)-N-ethylammoinium-propyl-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))dibromide, PFN-Br) at 5000 rpm for 30 A first hole transport layer was formed by spin coating for a few seconds.

이후, 메틸암모늄 아이오다이드(Methylammonium iodide, MAI), 포름아미디늄 아이오다이드(Formamidinium iodide, FAI), 세슘 아이오다이드(Cesium iodide, CsI) 및 요오드화납(Ⅱ)(Lead iodide, PbI2)을 Cs0.2FA0.75MA0.05PbI3의 화학양론적 양을 갖도록 제1 페로브스카이트 화합물을 제조하여 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, DMF)와 N-메틸2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 혼합 용매(DMF:NMP=4:1 부피비)에 혼합 용매 부피 1 mL에 대하여 제1 페로브스카이트 화합물을 1.4 mmol의 양으로 녹인 다음 첨가제로서 메틸암모늄 싸이오시아네이트(Methylammonium thiocyanate, MASCN) 4 mol% 및 메틸암모늄 클로라이드(Methylammonium chloride, MACl) 4 mol%를 첨가하여 제1 페로브스카이트 용액을 제조한 후에 상기 제1 페로브스카이트 용액을 제1 정공전달 층 상에 3000 rpm에서 12 초간 스핀 코팅하고, 스핀 시작 후 10 초 경과 시 안티솔벤트로 에틸 아세테이트(Ethyl acetate) 60 μL을 떨어뜨려 박막을 적시고 100 ℃에서 10 분간 열처리하여 제1 광흡수 층을 형성 및 적층하였다.Afterwards, Methylammonium iodide (MAI), Formamidinium iodide (FAI), Cesium iodide (CsI) and Lead iodide (II) (PbI 2 ) ) to prepare the first perovskite compound to have a stoichiometric amount of Cs 0.2 FA 0.75 MA 0.05 PbI 3 dimethylformamide (DMF) and N-methyl2-pyrrolidone (N-methyl-2 -pyrrolidone, NMP) Dissolve the first perovskite compound in an amount of 1.4 mmol per 1 mL of mixed solvent (DMF:NMP = 4:1 volume ratio) and then add methylammonium thiocyanate as an additive. , MASCN) 4 mol% and methylammonium chloride (MACl) 4 mol% were added to prepare a first perovskite solution, and then the first perovskite solution was spread on the first hole transport layer for 3000 mol%. Spin coating was performed at rpm for 12 seconds, and 10 seconds after the start of the spin, 60 μL of ethyl acetate was added as an anti-solvent to wet the thin film and heat treated at 100°C for 10 minutes to form and laminate the first light absorption layer.

그리고 상기 제1 광흡수 층 상에 0.1 Å/s의 증착 속도로 열 증발을 이용하여 C60 층을 20 nm 두께로 침전시키고 이어서, 폴리에틸렌이민(Polyethylenimine, PEIE)(메탄올에서 0.2 wt%)을 스핀 코팅하여 제1 전자전달 층을 형성하였다.Then, a 20 nm thick C 60 layer was deposited on the first light absorption layer using thermal evaporation at a deposition rate of 0.1 Å/s, followed by spin polyethylenimine (PEIE) (0.2 wt% in methanol). The first electron transport layer was formed by coating.

상기 제1 전자전달 층 상에 ITO를 RF(Radio Frequency) 스퍼터링을 이용하여 제1 상부전극층을 형성하였다.A first upper electrode layer was formed on the first electron transport layer using ITO using RF (radio frequency) sputtering.

제2 셀 제조Second cell manufacturing

제조예 2-1Manufacturing Example 2-1

[4-(3,6-디메틸-9수소-카바졸-9-일)부틸]포스폰산([4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid, Me-4PACz)(TCI chemicals)(에탄올에 1 mg/mL)을 6000 rpm에서 30 초간 스핀 코팅한 후 100 ℃에서 10 분간 열처리하여 제2 정공전달 층을 형성하였다. [4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid, Me- 4PACz) (TCI chemicals) (1 mg/mL in ethanol) was spin coated at 6000 rpm for 30 seconds and then heat treated at 100°C for 10 minutes to form a second hole transport layer.

그리고 메틸암모늄 아이오다이드(Methylammonium iodide, MAI), 요오드화납(Ⅱ)(Lead iodide, PbI2), 브롬화납(Ⅱ)(Lead bromide, PbBr2) 및 염화납(Ⅱ)(Lead chloride, PbCl2)을 MAPb(I0.5Br0.35Cl0.15)3의 화학양론적 양을 가지도록 제2 페로브스카이트 화합물을 제조하였다.And methylammonium iodide (MAI ), lead iodide (PbI 2), lead bromide (II) (PbBr 2 ) , and lead chloride (II) (Lead chloride, PbCl 2) . ) A second perovskite compound was prepared to have a stoichiometric amount of MAPb (I 0.5 Br 0.35 Cl 0.15 ) 3 .

이후, 메틸아민을 고순도 에탄올에서 33 wt%로 용해하여 용액 상태로 제조하여 아세토니트릴(Acetonitrile, ACN)과 메틸아민(Methylamine) 혼합 용매(아세토니트릴:메틸아민=5:3 부피비. 아세토니트릴 약 19.147 mmol, 메틸아민 약 4.829 mmol 포함)에 혼합 용매 부피 1.6 mL에 대하여 제2 페로브스카이트 화합물을 1.2 mmol의 양으로 녹인 다음 요소 첨가제를 Pb 대비 0~20 mol%를 첨가하여 제2 페로브스카이트 용액을 제조하였다.Afterwards, methylamine was prepared as a solution by dissolving 33 wt% in high-purity ethanol and using a mixed solvent of acetonitrile (ACN) and methylamine (acetonitrile: methylamine = 5:3 volume ratio. Acetonitrile approximately 19.147 mmol, including about 4.829 mmol of methylamine), dissolve the second perovskite compound in an amount of 1.2 mmol with respect to the volume of 1.6 mL of mixed solvent, and then add 0 to 20 mol% of the urea additive relative to Pb to form the second perovskite compound. A solution was prepared.

상기 제2 페로브스카이트 용액을 제2 정공전달 층 상에 4000 rpm에서 30 초간 스핀 코팅한 후 100 ℃에서 10 분간 열처리하여 제2 광흡수 층을 형성 및 적층하였다.The second perovskite solution was spin-coated on the second hole transport layer at 4000 rpm for 30 seconds and then heat-treated at 100° C. for 10 minutes to form and laminate the second light-absorbing layer.

그리고, 상기 제2 광흡수 층 상에 0.1 Å/s의 증착 속도로 열 증발을 이용하여 C60 층을 20 nm 두께로 침전한 후 이어서 폴리에틸렌이민(Polyethylenimine, PEIE)(메탄올에서 0.2 wt%)을 스핀 코팅하여 제2 전자전달 층을 구비하였다.Then, a C 60 layer was deposited to a thickness of 20 nm on the second light absorption layer using thermal evaporation at a deposition rate of 0.1 Å/s, followed by polyethylenimine (PEIE) (0.2 wt% in methanol). A second electron transport layer was provided by spin coating.

이후, 상기 제2 전자전달 층 상에 ITO를 RF(Radio Frequency) 스퍼터링을 이용하여 상온(작동 압력: 2 mtorr, 출력: 50 W, Ar: 20 sccm)에서 100 nm 두께로 증착하고 이어서 Ag를 열증발을 이용하여 120 nm 두께로 증착하여 제2 상부전극 층을 적층한 제2 셀을 제조하였다.Afterwards, ITO was deposited on the second electron transport layer to a thickness of 100 nm using RF (Radio Frequency) sputtering at room temperature (operating pressure: 2 mtorr, output: 50 W, Ar: 20 sccm), and then Ag was heated. A second cell was manufactured by depositing a second upper electrode layer to a thickness of 120 nm using evaporation.

제조예 2-2Manufacturing Example 2-2

상기 제조예 2-1에서 아세토니트릴과 메틸아민 혼합 용매에서 아세토니트릴의 함량을 0.9 mL(약 17.233 mmol), 메틸아민의 함량을 0.7 mL(약 5.634 mmol)로 조절한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that the acetonitrile content in the acetonitrile and methylamine mixed solvent was adjusted to 0.9 mL (about 17.233 mmol) and the methylamine content was adjusted to 0.7 mL (about 5.634 mmol). .

제조예 2-3Manufacturing Example 2-3

상기 제조예 2-1에서 아세토니트릴과 메틸아민 혼합 용매에서 아세토니트릴의 함량을 0.8 mL(약 15.318 mmol), 메틸아민의 함량을 0.8 mL(약 6.438 mmol)로 조절한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다.In Preparation Example 2-1, the mixed solvent of acetonitrile and methylamine was prepared in the same manner, except that the acetonitrile content was adjusted to 0.8 mL (about 15.318 mmol) and the methylamine content was adjusted to 0.8 mL (about 6.438 mmol). .

제조예 2-4Manufacturing Example 2-4

상기 제조예 2-1에서 아세토니트릴과 메틸아민 혼합 용매에서 아세토니트릴의 함량을 0.7 mL(약 13.403 mmol), 메틸아민의 함량을 0.9 mL(약 7.243 mmol)로 조절한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that the acetonitrile content in the acetonitrile and methylamine mixed solvent was adjusted to 0.7 mL (about 13.403 mmol) and the methylamine content was adjusted to 0.9 mL (about 7.243 mmol). .

제조예 3-1Manufacturing Example 3-1

상기 제조예 2-1에서 아세토니트릴과 메틸아민 혼합 용매에서 아세토니트릴의 함량을 1.1 mL(약 21.062 mmol), 메틸아민의 함량을 0.5 mL(약 4.023 mmol)로 조절한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다.In Preparation Example 2-1, the mixed solvent of acetonitrile and methylamine was prepared in the same manner, except that the acetonitrile content was adjusted to 1.1 mL (about 21.062 mmol) and the methylamine content was adjusted to 0.5 mL (about 4.023 mmol). .

제조예 3-2Manufacturing Example 3-2

상기 제조예 2-1에서 아세토니트릴과 메틸아민 혼합 용매에서 아세토니트릴의 함량을 0.6 mL(약 11.488 mmol), 메틸아민의 함량을 1.0 mL(약 8.048 mmol)로 조절한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다.In Preparation Example 2-1, the mixed solvent of acetonitrile and methylamine was prepared in the same manner, except that the acetonitrile content was adjusted to 0.6 mL (about 11.488 mmol) and the methylamine content was adjusted to 1.0 mL (about 8.048 mmol). .

기판 제조Substrate manufacturing

제조예 4Production example 4

소다석회유리에 소자 전극 디자인에 맞추어 특정 부위의 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide: ITO)이 에칭되어 제거된 유리/ITO 재질인 기판층을 구비했다.Soda-lime glass was equipped with a substrate layer made of glass/ITO material from which indium tin oxide (ITO) was etched and removed in specific areas in accordance with the device electrode design.

실리콘 셀 제조silicone cell manufacturing

제조예 5Production example 5

일면이 평탄하게 폴리싱 되어있고 타면은 텍스쳐 가공이 된 실리콘 재질의 소자의 일면 상에 ITO를 20 nm로 증착하여 실리콘 셀을 구비했다.A silicon cell was prepared by depositing ITO to a thickness of 20 nm on one side of the silicon device, where one side was polished flat and the other side was textured.

탠덤 태양전지 제조Tandem solar cell manufacturing

실시예 1Example 1

상기 제조예 4에서 제조한 기판 상에 제조예 1에 따라 제1 셀을 구비하고, 상기 제1 셀의 기판이 배치된 면의 반대면 상에 제조예 2-1에 따라 제2 셀을 구비하여 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지를 제조하였다.A first cell according to Preparation Example 1 is provided on the substrate manufactured in Preparation Example 4, and a second cell is provided according to Preparation Example 2-1 on the opposite side of the surface on which the substrate of the first cell is placed. A first cell/second cell tandem solar cell was manufactured.

실시예 2Example 2

상기 제조예 5에서 제조한 실리콘 셀의 폴리싱 및 ITO가 증착된 면 상에 상기 제조예 1에 따라 제1 셀을 구비하고, 상기 제1 셀의 실리콘 셀이 배치된 면의 반대면 상에 제조예 2-1에 따라 제2 셀을 구비하여 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지를 제조하였다.A first cell is provided according to Preparation Example 1 on the polished and ITO-deposited side of the silicon cell prepared in Preparation Example 5, and a Preparation Example is prepared on the opposite side of the surface on which the silicon cell of the first cell is disposed. A third cell/first cell/second cell tandem solar cell was manufactured by providing a second cell according to 2-1.

실험예 1Experimental Example 1

상기 제조예 4에서 제조한 기판 상에 제조예 2-1 내지 제조예 3-2에 따라 제2 셀을 구비한 단일 접합 태양 전지의 단락전류밀도, 개방전압, 곡선 인자, 광전변환 효율을 측정하였다.The short-circuit current density, open-circuit voltage, curve factor, and photoelectric conversion efficiency of a single junction solar cell equipped with a second cell according to Preparation Example 2-1 to Preparation Example 3-2 were measured on the substrate prepared in Preparation Example 4. .

도 3(a)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 단락전류밀도를 측정한 단락전류밀도 그래프이다. 도 3(b)는 본 발명의 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 개방전압을 측정한 그래프이다. 도 3(c)는 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 곡선 인자를 측정한 그래프이다. 도 3(d)는 제조예 2-1 내지 2-4에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 효율을 측정한 그래프이다.Figure 3(a) is a short-circuit current density graph measuring the short-circuit current density of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention. Figure 3(b) is a graph measuring the open-circuit voltage of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 of the present invention. Figure 3(c) is a graph measuring the curve factor of the single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4. Figure 3(d) is a graph measuring the efficiency of a single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4.

상기 도 3(a)를 참고하면 상기 제조예 2-1에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 평균 단락전류밀도가 가장 높은 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 3(a), it was confirmed that the average short-circuit current density of the single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Example 2-1 was the highest.

상기 도 3(b)를 참고하면 상기 제조예 2-1에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 평균 개방전압이 가장 높은 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 3(b), it was confirmed that the average open-circuit voltage of the single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Example 2-1 was the highest.

상기 도 3(c)를 참고하면 제조예 2-1 내지 제조예 2-4에서 제조한 각 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 평균 곡선 인자가 비슷하게 높게 나타나는 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 3(c), it was confirmed that the average curve factor of the single junction solar cells including each second cell manufactured in Preparation Examples 2-1 to 2-4 was similarly high.

상기 도 3(d)를 참고하면 제조예 2-1에서 제조한 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 평균 광전변환 효율이 가장 높은 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 3(d), it was confirmed that the average photoelectric conversion efficiency of the single junction solar cell including the second cell manufactured in Preparation Example 2-1 was the highest.

다만, 제조예 3-1에서 제조한 제2 셀에서는 제2 페로브스카이트 화합물은 완전히 용해되지 않았다. 또한, 제조예 3-2에서 제조한 제2 셀에서는 스핀 코팅 시 제2 페로브스카이트 용액의 혼합용매가 빠르게 휘발되며 비균질한 제2 광흡수 층이 형성되었다.However, in the second cell prepared in Preparation Example 3-1, the second perovskite compound was not completely dissolved. Additionally, in the second cell prepared in Preparation Example 3-2, the mixed solvent of the second perovskite solution was rapidly volatilized during spin coating, and a non-homogeneous second light absorption layer was formed.

상기 제2 페로브스카이트 용액의 혼합용매의 부피비가 본 발명의 범위에 드는 경우에는 상기 제2 셀을 포함하는 단일 접합 태양전지의 단락전류밀도, 개방전압, 곡선인자, 효율이 높게 구현되는 반면, 본 발명의 범위 이하의 메틸아민 농도에서는 페로브스카이트 화합물이 완전히 용해되지 않아 제2 광흡수층의 제작이 어려우며, 범위 이상의 메틸아민 농도에서는 용매의 너무 빠른 휘발로 인해 비균질한 제2 광흡수층이 형성되어 소자 구현 시 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.When the volume ratio of the mixed solvent of the second perovskite solution is within the scope of the present invention, the short-circuit current density, open-circuit voltage, curve factor, and efficiency of the single junction solar cell including the second cell are realized high. , At a methylamine concentration below the range of the present invention, the perovskite compound is not completely dissolved, making it difficult to manufacture a second light-absorbing layer, and at a methylamine concentration above the range, a non-homogeneous second light-absorbing layer is formed due to too rapid volatilization of the solvent. It was confirmed that the efficiency was reduced when forming and implementing the device.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 1에서 제조한 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 변환효율(power conversion efficiency), Jsc(short-circuit current density, 전압이 0일 때의 전류밀도 값인 단락전류밀도), Voc(open-circuit voltage, 전류밀도가 0일 때의 전압 값인 개방전압), FF(fill factor, 곡선 인자)을 측정하였다.Power conversion efficiency, J sc (short-circuit current density, current density value when the voltage is 0), V oc of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 (open-circuit voltage, the voltage value when the current density is 0) and FF (fill factor, curve factor) were measured.

도 4(a)는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전류-전압 특성 그래프이다. 도 4(b)는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 외부양자효율 스펙트럼 그래프이다. 도 4(c)는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. Figure 4(a) is a graph of current-voltage characteristics of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 of the present invention. Figure 4(b) is an external quantum efficiency spectrum graph of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 of the present invention. Figure 4(c) is a photograph taken with a scanning electron microscope of the cross section of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 of the present invention.

상기 도 4(a)를 참고하면, 실시예 1에서 제조한 상기 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전압을 개방전압에서부터 0까지로 측정하였을 때, 16.48 %의 광전변환효율, 11.47 mA cm-2의 단락전류밀도, 2.13 V의 개방전압, 67.5 %의 곡선 인자를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 실시예 1에서 제조한 상기 제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전압을 0에서부터 개방전압까지로 측정하였을 때, 16.54 %의 광전변환효율, 11.54 mA cm-2의 단락전류밀도, 2.13 V의 개방전압, 67.3 %의 곡선 인자를 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 4(a), when the voltage of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 was measured from the open-circuit voltage to 0, the photoelectric conversion efficiency was 16.48%, 11.47 mA cm. It was confirmed to have a short-circuit current density of -2 , an open-circuit voltage of 2.13 V, and a curve factor of 67.5%. In addition, when the voltage of the first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 1 was measured from 0 to the open-circuit voltage, the photoelectric conversion efficiency was 16.54%, the short-circuit current density was 11.54 mA cm -2 , and 2.13 It was confirmed that it had an open-circuit voltage of V and a curve factor of 67.3%.

상기 도 4(b)를 참고하면, 제2 셀은 단파장에서 12.82 mA cm-2 의 전류밀도를 갖고, 제1 셀은 장파장에서 11.45 mA cm-2 의 전류밀도를 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 4(b), the second cell has a current density of 12.82 mA cm -2 at a short wavelength, and the first cell has a current density of 11.45 mA cm -2 at a long wavelength. It was confirmed that it had a current density of .

상기 도 4(c)를 참고하면, 밴드갭이 1.5 eV인 제1 셀 상에 밴드갭이 1.9 eV인 제2 셀이 원활히 적층된 것을 확인하였다.Referring to FIG. 4(c), it was confirmed that the second cell with a band gap of 1.9 eV was smoothly stacked on the first cell with a band gap of 1.5 eV.

실험예 3Experimental Example 3

실시예 2에서 제조한 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 변환효율(power conversion efficiency), Jsc(short-circuit current density, 전압이 0일 때의 전류밀도 값인 단락전류밀도), Voc(open-circuit voltage, 전류밀도가 0일 때의 전압 값인 개방전압), FF(fill factor, 곡선 인자)을 측정하였다.Power conversion efficiency of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2, J sc (short-circuit current density, short-circuit current density, which is the current density value when the voltage is 0) ), V oc (open-circuit voltage, the voltage value when the current density is 0), and FF (fill factor, curve factor) were measured.

도 5(a)는 실시예 2에서 제조한 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전류-전압 특성 그래프이다. 도 5(b)는 실시예 2에서 제조한 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 외부양자효율 스펙트럼 그래프이다. 도 5(c)는 실시예 2에서 제조한 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 주사전자현미경 단면도이다.Figure 5(a) is a graph of current-voltage characteristics of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2. Figure 5(b) is an external quantum efficiency spectrum graph of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2. Figure 5(c) is a scanning electron microscope cross-sectional view of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2.

상기 도 5(a)를 참고하면, 본 발명의 실시예 2에서 제조한 상기 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전압을 0에서부터 개방전압까지로 측정하였을 때, 페로브스카이트계 태양전지에서 현재까지 보고된 최고 효율인 20.31 %의 광전변환효율, 10.15 mA cm-2의 단락전류밀도, 2.62 V의 개방전압, 76.4 %의 곡선 인자를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 실시예 2에서 제조한 상기 제3 셀/제1 셀/제2 셀 탠덤 태양전지의 전압을 개방전압에서부터 0까지로 측정하였을 때, 19.06 %의 광전변환효율, 10.20 mA cm-2의 단락전류밀도, 2.73 V의 개방전압, 68.4 %의 곡선 인자를 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 5(a), when the voltage of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2 of the present invention was measured from 0 to the open-circuit voltage, the perovskite It was confirmed that the solar cell had a photoelectric conversion efficiency of 20.31%, the highest efficiency reported to date, a short-circuit current density of 10.15 mA cm -2 , an open-circuit voltage of 2.62 V, and a curve factor of 76.4%. In addition, when the voltage of the third cell/first cell/second cell tandem solar cell manufactured in Example 2 was measured from the open circuit voltage to 0, the photoelectric conversion efficiency was 19.06% and the short circuit was 10.20 mA cm -2 . It was confirmed to have a current density, open-circuit voltage of 2.73 V, and curve factor of 68.4%.

상기 도 5(b)를 참고하면, 제2 셀은 단파장에서 12.84 mA cm-2 의 전류밀도를 갖고, 제1 셀은 제2 셀보다 장파장에서 9.77 mA cm-2 의 전류밀도를 갖고, 실리콘 셀은 제1 셀보다 장파장에서 15.24 mA cm-2 의 전류밀도를 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 5(b), the second cell has a current density of 12.84 mA cm -2 at a short wavelength, and the first cell has a current density of 9.77 mA cm -2 at a longer wavelength than the second cell. The silicon cell has a current density of 15.24 mA cm -2 at a longer wavelength than the first cell. It was confirmed that it had a current density of .

상기 도 5(c)를 참고하면, 밴드갭이 1.1 eV인 실리콘 셀 상에 밴드갭이 1.5 eV인 상기 제1 셀이 적층되고, 상기 제1 셀 상에 밴드갭이 1.9 eV인 상기 제2 셀이 원활히 적층된 것을 확인하였다.Referring to FIG. 5(c), the first cell with a band gap of 1.5 eV is stacked on a silicon cell with a band gap of 1.1 eV, and the second cell with a band gap of 1.9 eV is stacked on the first cell. It was confirmed that this was stacked smoothly.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described in terms of limited embodiments in the above, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the patent claims described below can be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equality.

100, 100a, 100b: 제1 셀
100': 종래 기술에 따른 하부 페로브스카이트 셀
110a, 110b: 제1 정공전달 층
130a, 130b: 제1 광흡수 층
150a, 150b: 제1 전자전달 층
170a, 170b: 제1 상부전극 층
300, 300a, 300b: 제2 셀
300': 종래기술에 따른 상부 페로브스카이트 셀
310a, 310b: 제2 정공전달 층
330a, 330b: 제2 광흡수 층
335: 제2 페로브스카이트 용액
335': 종래기술에 따른 상부 페로브스카이트 용액
350a, 350b: 제2 전자전달 층
370a, 370b: 제2 상부전극 층
500a, 500b: 기판
700: 제3 셀
1000, 1000a, 1000b: 탠덤 태양전지100, 100a, 100b: first cell
100': Bottom perovskite cell according to the prior art
110a, 110b: first hole transport layer
130a, 130b: first light absorption layer
150a, 150b: first electron transport layer
170a, 170b: first upper electrode layer
300, 300a, 300b: second cell
300': Top perovskite cell according to the prior art
310a, 310b: second hole transport layer
330a, 330b: second light absorption layer
335: Second perovskite solution
335': Top perovskite solution according to the prior art
350a, 350b: second electron transport layer
370a, 370b: second upper electrode layer
500a, 500b: substrate
700: 3rd cell
1000, 1000a, 1000b: tandem solar cell

Claims (6)

제1 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제1 광흡수 층을 포함하는 제1 셀을 구비하는 단계; 및
상기 제1 셀의 일면 상에 배치되고, 제2 페로브스카이트계 화합물을 포함하는 제2 광흡수 층을 포함하는 제2 셀을 구비하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조방법으로서,
상기 제2 광흡수 층은 하기 화학식 1의 조성을 갖는 제2 페로브스카이트 화합물; 및 아세토니트릴과 탄소수 1 내지 4의 알킬아민을 5:1 내지 3:2 몰비로 포함하는 혼합 용매;를 포함하는 제2 페로브스카이트 용액으로부터 형성되는 것인 탠덤 태양전지의 제조방법:
[화학식 1]
ABX3
상기 식에서,
상기 A는 메틸암모늄, 포름아미디늄 및 Cs 중에서 선택된 1종 이상이고,
상기 B는 Pb이고,
상기 X는 Cl, Br 및 I 중에서 선택된 1종 이상이다.Providing a first cell including a first light absorption layer including a first perovskite-based compound; and
A method of manufacturing a tandem solar cell comprising: providing a second cell disposed on one surface of the first cell and including a second light absorption layer containing a second perovskite-based compound,
The second light absorption layer includes a second perovskite compound having the composition of Formula 1 below; and a mixed solvent containing acetonitrile and an alkylamine having 1 to 4 carbon atoms in a molar ratio of 5:1 to 3:2. Method for producing a tandem solar cell formed from a second perovskite solution comprising:
[Formula 1]
ABX 3
In the above equation,
The A is at least one selected from methylammonium, formamidinium, and Cs,
B is Pb,
The X is one or more selected from Cl, Br, and I. 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1 중,
상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 것이고,
상기 X3는 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 탠덤 태양전지의 제조방법.
[화학식 2]
[CH3NH3]1-a-b[HC(NH2)2]aCsb
[화학식 3]
I3-c-dBrcCld
상기 화학식에서 0≤a≤1 이고, 0≤b≤1 이고, 0≤a+b≤1 이고, 0≤c≤3 이고, 0≤d≤3 이고, 0≤c+d≤3 이다. In claim 1,
In Formula 1,
The A is represented by the following formula 2,
The method of manufacturing a tandem solar cell wherein X 3 is represented by the following formula (3).
[Formula 2]
[CH 3 NH 3 ] 1-ab [HC(NH 2 ) 2 ] a Cs b
[Formula 3]
I 3-cd Br c Cl d
In the above formula, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1, 0≤c≤3, 0≤d≤3, and 0≤c+d≤3. 청구항 1에 있어서,
상기 알킬아민은 상기 제2 페로브스카이트 화합물 1.0 mmol에 대하여
4.2 mmol 이상 8.0 mmol 이하의 함량으로 포함되는 것인 탠덤 태양전지의 제조방법.In claim 1,
The alkylamine is based on 1.0 mmol of the second perovskite compound.
A method of manufacturing a tandem solar cell, wherein the tandem solar cell is contained in an amount of 4.2 mmol or more and 8.0 mmol or less. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 셀의 상기 제2 셀이 배치된 면의 반대 면 상에 제3 셀을 구비하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제3 셀은 실리콘 셀 또는 칼코제나이드계 화합물을 포함하는 제3 광흡수 층을 포함하는 셀인 것인 탠덤 태양전지의 제조방법.In claim 1,
It further includes providing a third cell on a side of the first cell opposite to the side on which the second cell is disposed,
A method of manufacturing a tandem solar cell, wherein the third cell is a silicon cell or a cell including a third light absorption layer containing a chalcogenide-based compound. 청구항 1에 있어서,
상기 알킬아민은 메틸아민인 것인 탠덤 태양전지의 제조방법.In claim 1,
A method of manufacturing a tandem solar cell, wherein the alkylamine is methylamine. 청구항 1에 있어서,
상기 탠덤 태양전지의 제조방법은 메틸암모늄 싸이오시아네이트, 메틸암모늄 클로라이드 및 요소 중 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제를 추가하는 단계를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조방법.In claim 1,
The method of manufacturing a tandem solar cell includes adding an additive containing at least one selected from methylammonium thiocyanate, methylammonium chloride, and urea.
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