WO2018012825A1 - 유무기 복합 태양전지 - Google Patents

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light absorbing
absorbing layer
phase transition
organic
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김세용
박상준
김종석
이재인
김용남
이상권
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present specification relates to an organic-inorganic hybrid solar cell.
  • the solar cell refers to a battery that generates current-voltage using a photovoltaic effect of absorbing light energy from sunlight and generating electrons and holes.
  • Organic-inorganic composite perovskite materials have recently been spotlighted as light absorbing materials for organic-inorganic composite solar cells because of their high absorption coefficient and easy synthesis through solution process.
  • the absorption layer structure used in the organic-inorganic hybrid solar cell is composed of a single cation, a metal ion and a halogen ion based on the AMX 3 component, but in this case there is a stability problem due to the weakness such as low efficiency and moisture .
  • the present specification provides an organic-inorganic hybrid solar cell having excellent stability and energy conversion efficiency.
  • An exemplary embodiment of the present specification is (a) a first electrode
  • a first light absorbing layer comprising a compound of perovskite structure provided on the electron transport layer or the hole transport layer of (b);
  • a second light absorbing layer comprising a compound of perovskite structure provided on the first light absorbing layer
  • a third light absorbing layer comprising a compound having a perovskite structure on the second light absorbing layer
  • Phase transition temperatures of the first light absorbing layer and the second light absorbing layer are different from each other
  • the phase transition temperature of the second light absorption layer and the third light absorption layer is different from each other to provide an organic-inorganic hybrid solar cell.
  • the crystal structure of the base layer serves as a binder of the upper layer crystal, the lattice spacing phenomenon due to temperature change is suppressed, thereby increasing the stability of the device.
  • the organic-inorganic composite solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification has an effect of improving the interface characteristics and increasing the current density and the energy conversion efficiency.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification can absorb a wide light spectrum, and thus the light energy absorption is increased, thereby increasing the energy conversion efficiency.
  • 1 and 2 illustrate the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 3 illustrates the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell according to a comparative example of the present specification.
  • Figure 4 shows the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in the embodiment of the present specification.
  • Figure 5 shows after 48 hours of the organic-inorganic hybrid solar cell prepared in the embodiment of the present specification.
  • An organic-inorganic hybrid solar cell includes (a) a first electrode
  • a first light absorbing layer comprising a compound of perovskite structure provided on the electron transport layer or the hole transport layer of (b);
  • a second light absorbing layer comprising a compound of perovskite structure provided on the first light absorbing layer
  • a third light absorbing layer comprising a compound having a perovskite structure on the second light absorbing layer
  • Phase transition temperatures of the first light absorbing layer and the second light absorbing layer are different from each other
  • phase transition temperatures of the second light absorbing layer and the third light absorbing layer are different from each other.
  • the electron transport layer or the hole transport layer of (b) and the hole transport layer or the electron transport layer of (f) are not the same layer, for example, when (b) is an electron transport layer, (f) is a hole When (b) is a hole transport layer, (f) is an electron transport layer.
  • the first light absorbing layer includes a compound having a perovskite structure represented by the following Chemical Formula 1.
  • A is C n H 2n + 1 NH 3 + , NH 4 + , HC (NH 2 ) 2 + , Cs + , NF 4 + , NCl 4 + , PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH It is a monovalent cation selected from 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 + ,
  • M is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and from Yb 2 + Is a divalent metal ion selected,
  • X is a halogen ion
  • n is an integer from 1 to 9.
  • the second light absorption layer includes a compound having a perovskite structure represented by the following Chemical Formula 2 or Chemical Formula 3.
  • R 'and R'' are different from each other, and R, R', R '' are C n H 2n + 1 NH 3 + , NH 4 + , HC (NH 2 ) 2 + , Cs + , NF 4 + , It is a monovalent cation selected from NCl 4 + , PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 + ,
  • M ' is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and Yb 2 + Divalent metal ions selected from
  • X 'and X' ' are the same as or different from each other, and each independently a halogen ion,
  • n is an integer from 1 to 9
  • the third light absorbing layer includes a compound having a perovskite structure represented by the following formula (4).
  • E is C n H 2n + 1 NH 3 + , NH 4 + , HC (NH 2 ) 2 + , Cs + , NF 4 + , NCl 4 + , PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH It is a monovalent cation selected from 3 AsH 3 + , CH 3 SbH 3 + , PH 4 + , AsH 4 + and SbH 4 + ,
  • M '' is Cu 2 +, Ni 2 +, Co 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cr 2 +, Pd 2 +, Cd 2 +, Ge 2 +, Sn 2 +, Pb 2 + , and Yb 2 A divalent metal ion selected from + ,
  • n is an integer from 1 to 9.
  • the phase transition temperature of the first light absorbing layer is 40 ° C or more. Specifically, the phase transition temperature of the first light absorption layer may be 40 °C to 80 °C.
  • the phase transition temperature when R, R 'and R' 'of Formula 2 or Formula 3 respectively form a single cationic perovskite structure, the phase transition temperature may be -40 °C to 40 °C . Specifically, when R, R ', and R' 'of Formula 2 or Formula 3 each form a single cationic perovskite structure, the phase transition temperature may be 0 ° C to 40 ° C. More specifically, when R, R 'and R' 'of Formula 2 or Formula 3 form a single cationic perovskite structure, the phase transition temperature may be 20 ° C to 40 ° C.
  • R, R 'and R' 'of Formula 2 or Formula 3 respectively form a single cationic perovskite structure
  • R, R' and R '' of Formula 2 or Formula 3 are
  • the phase transition temperature of the second light absorbing layer each including a single cationic perovskite structure may be -40 ° C to 40 ° C.
  • R, R 'and R''of formula (2) or (3) each form a single cationic perovskite structure is RM'X' 3 , R'M'X ' 3 or R''M It means that the perovskite of the 'X' 3 structure is formed.
  • the phase transition temperature of the second light absorbing layer may be -40 ° C to 40 ° C.
  • the phase transition temperature of the second light absorption layer may be -40 ° C to 40 ° C.
  • the phase transition temperature of the third light absorption layer is 40 ° C. or more. Specifically, the phase transition temperature of the third light absorption layer may be 40 °C to 80 °C.
  • the phase transition temperature of the first light absorption layer is higher than the phase transition temperature of the second light absorption layer.
  • the phase transition temperature of the first light absorbing layer may be at least 10 °C higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. have. More specifically, the phase transition temperature of the first light absorbing layer may be 20 ° C. or more higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. More specifically, the phase transition temperature of the first light absorbing layer may be 20 ° C. to 50 ° C. higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer.
  • the phase transition temperatures of the first light absorbing layer are R ′ and R ′′.
  • the phase transition temperature may be 10 ° C. or more. More specifically, the phase transition temperature of the first light absorption layer may be 20 ° C. or more higher than the phase transition temperature when R ′ and R ′′ form a single cationic perovskite structure, respectively. More specifically, the phase transition temperature of the first light absorption layer may be 20 ° C to 50 ° C higher than the phase transition temperature when the R 'and R' 'each form a single cationic perovskite structure.
  • the phase transition temperature of the first light absorption layer is R' and R '' of Formula 3 are each single
  • the phase change temperature of the second light absorbing layer including the formation of the cationic perovskite structure may be 10 ° C. or more.
  • the phase transition temperature of the first light absorbing layer is 10 ° C. or more than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. Can be high.
  • the phase transition temperature of the third light absorption layer is higher than the phase transition temperature of the second light absorption layer.
  • the phase transition temperature of the third light absorbing layer may be at least 10 °C higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. have. More specifically, the phase transition temperature of the third light absorbing layer may be 20 ° C. or more higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. More specifically, the phase transition temperature of the third light absorbing layer may be 20 ° C. to 50 ° C. higher than the phase transition temperature of the second light absorbing layer.
  • the phase transition temperatures of the third light absorbing layer are R 'and R' '.
  • the phase transition temperature may be 10 ° C. or more. More specifically, the phase transition temperature of the third light absorption layer may be 20 ° C. or more higher than the phase transition temperature when the R ′ and R ′′ form a single cationic perovskite structure, respectively. More specifically, the phase transition temperature of the third light absorption layer may be 20 ° C. to 50 ° C. higher than the phase transition temperature when R ′ and R ′′ each form a single cationic perovskite structure.
  • the phase transition temperature of the third light absorption layer is R' and R '' of Formula 3 are each single
  • the phase change temperature of the second light absorbing layer including the formation of the cationic perovskite structure may be 10 ° C. or more.
  • the phase transition temperature of the first light absorbing layer is 10 ° C. or more than the phase transition temperature of the second light absorbing layer. Can be high.
  • the compound of the perovskite structure of the first light absorption layer includes a single cation.
  • a single cation means using one type of cation. That is, in the formula (1) means that only one type of monovalent cation is selected as A.
  • a in Formula 1 may be C n H 2n + 1 NH 3 + , and n may be an integer of 1 to 9.
  • the compound of the perovskite structure of the second light absorption layer may include a single cation.
  • R in Formula 2 may be HC (NH 2 ) 2 + .
  • the compound of the perovskite structure of the second light absorption layer may include a complex cation.
  • a complex cation means using two or more types of cations. That is, in Formula 3, R 'and R''means that monovalent cations different from each other are selected.
  • R ′ of Formula 3 may be C n H 2n + 1 NH 3 +
  • R ′′ may be HC (NH 2 ) 2 +
  • n may be an integer of 1 to 9.
  • M, M 'and M'' may be Pb + 2.
  • all of the first light absorbing layer, the second light absorbing layer, and the third light absorbing layer may include a single cation perovskite structure.
  • the first light absorbing layer includes a single cationic perovskite structure
  • the second light absorbing layer includes a composite cationic perovskite structure
  • the third light absorbing layer is a single cationic perovskite structure. It may include a net structure.
  • the first light absorbing layer is C n H 2n + 1 NH 3 PbI 3
  • the second light absorbing layer is HC (NH 2 ) 2 PbI 3
  • the third light absorbing layer is C n H 2n + 1 NH 3 PbI 3
  • n may be an integer from 1 to 9.
  • the first light absorption layer is CH 3 NH 3 PbI 3 (methylammonium lead iodide, MAPbI 3 )
  • the second light absorption layer is HC (NH 2 ) 2 PbI 3 (formamidinium lead iodide, FAPbI 3 )
  • the third The light absorbing layer may be CH 3 NH 3 PbI 3 .
  • the first light absorbing layer is C n H 2n + 1 NH 3 PbI 3
  • the second light absorbing layer is (C n H 2n + 1 NH 3 ) y (HC (NH 2 ) 2 ) (1-y) PbI 3
  • the third light absorption layer is C n H 2n + 1 NH 3 PbI 3
  • n is an integer of 1 to 9, and may be 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the first light absorption layer is CH 3 NH 3 PbI 3
  • the second light absorption layer is (C n H 2n + 1 NH 3 ) y (HC (NH 2 ) 2 ) (1-y) PbI 3
  • the third light absorption layer is CH 3 NH 3 PbI 3
  • n is an integer of 1 to 9, it may be 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the first light-absorbing layer 3 CH 3 NH 3 PbI and the second light-absorbing layer is (CH 3 NH 3) 0.3 ( HC (NH 2) 2) 0. 7 and PbI 3, the third light-absorbing layer CH 3 NH 3 PbI 3 .
  • the first light absorbing layer CH 3 NH 3 PbI 3 the second light absorbing layer HC (NH 2 ) 2 PbI 3 or (CH 3 NH 3 ) y (HC (NH 2 ) 2 ) (1-y ) PbI 3
  • the absorbance in the region of about 770nm to 810nm is increased compared to the case where only the MAPbI 3 single layer is used as the light absorption layer.
  • Increasing energy absorption can increase the short-circuit current and increase the energy conversion efficiency.
  • HC (NH 2) 2 HC (NH 2) than the PbI three layers in the case of using a single layer 2 PbI by reducing the energy level difference between the third layer and a charge transport layer, increase the open-circuit voltage and the charge extracting ability is improved The energy conversion efficiency and stability of the organic-inorganic hybrid solar cell are improved.
  • the charge transport layer means an electron transport layer or a hole transport layer.
  • the phase transition temperature means a temperature at which the arrangement of internal constituent atoms or ions is changed from one crystal phase to another crystal phase.
  • the phase transition temperature of CH 3 NH 3 PbI 3 may refer to the temperature is CH 3 NH 3 PbI 3 changes from cubic (cubic) structure, a tetragonal system (tetragonal) structure.
  • the phase transition temperature of CH 3 NH 3 PbI 3 is about 54 ° C.
  • a temperature at which HC (NH 2 ) 2 PbI 3 changes from a trigonal structure to a hexagonal structure may be defined as a phase transition temperature.
  • the phase transition temperature of HC (NH 2 ) 2 PbI 3 is about 20 ° C.
  • the thickness of the first light absorption layer is 1 nm to 100 nm. In this case, there is an effect that the first light absorbing layer acts as a base layer of the energy level adjustment with the common layer and the second light absorbing layer.
  • the common layer means an electron transport layer or a hole transport layer.
  • the thickness of the first light absorbing layer means a width between a surface of the first light absorbing layer contacting the electron transporting layer or the hole transporting layer of (b) and a surface of the first light absorbing layer contacting the second light absorbing layer.
  • the thickness of the second light absorption layer is 1 nm to 600 nm. In this case, there is an effect that the second light absorbing layer acts as the main light absorbing layer and reduces surface defects of the first light absorbing layer.
  • the thickness of the second light absorbing layer means a width between a surface of the second light absorbing layer in contact with the first light absorbing layer and a surface of the second light absorbing layer in contact with the third light absorbing layer.
  • the thickness of the third light absorbing layer is 1 nm to 100 nm.
  • the third light absorbing layer reduces the surface defect of the second light absorbing layer, thereby improving the interface characteristics with the electron transporting layer.
  • the thickness of the third light absorbing layer means a width between a surface of the third light absorbing layer in contact with the second light absorbing layer and a surface of the third light absorbing layer in contact with the hole transport layer or the electron transport layer of (f).
  • the light absorbing layer may be formed through spin coating, slit coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, brush painting or thermal deposition.
  • the light absorbing layer may mean at least one or both of the first light absorbing layer, the second light absorbing layer, and the third light absorbing layer.
  • the organic-inorganic composite solar cell may further include a substrate.
  • the substrate may be provided under the first electrode.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may include a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a first light absorption layer, a second light absorption layer, a third light absorption layer, a hole transport layer and a second electrode sequentially.
  • . 1 illustrates a structure of an organic-inorganic hybrid solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification. Specifically, FIG. 1 illustrates a first electrode 102 on a substrate 101, an electron transport layer 103 on a first electrode 102, and a first light absorption layer on the electron transport layer 103.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell structure in which a hole transport layer 107 is provided on the 106 and a second electrode 108 is provided on the hole transport layer 107 is illustrated.
  • the organic-inorganic composite solar cell according to the present disclosure is not limited to the laminated structure of FIG. 1, and may further include additional members.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may include a substrate, a first electrode, a hole transport layer, a first light absorption layer, a second light absorption layer, a third light absorption layer, an electron transport layer, and a second electrode sequentially.
  • . 2 illustrates the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification. 2 illustrates a first electrode 102 on a substrate 101, a hole transport layer 107 on a first electrode 102, and a first light absorption layer on the hole transport layer 107.
  • the structure of the organic-inorganic hybrid solar cell having the electron transport layer 103 provided on the 106 and the second electrode 108 provided on the electron transport layer 103 is illustrated.
  • the organic-inorganic composite solar cell according to the present disclosure is not limited to the laminated structure of FIG. 2, and further members may be further included.
  • the substrate may be a substrate excellent in transparency, surface smoothness, ease of handling and waterproof.
  • a glass substrate, a thin film glass substrate, or a plastic substrate may be used.
  • the plastic substrate may include a film such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone, and polyimide in the form of a single layer or a multilayer. Can be.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • polyether ether ketone polyimide in the form of a single layer or a multilayer.
  • the substrate is not limited thereto, and a substrate commonly used in an organic-inorganic hybrid solar cell may be used.
  • the first electrode may be an anode
  • the second electrode may be a cathode
  • the first electrode may be a cathode
  • the second electrode may be an anode
  • the first electrode may be a transparent electrode, and the organic-inorganic hybrid solar cell may absorb light through the first electrode.
  • the first electrode When the first electrode is a transparent electrode, the first electrode is conductive such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or fluorine-doped tin oxide (FTO). It may be an oxide. Further, the first electrode may be a translucent electrode. When the first electrode is a translucent electrode, the first electrode may be made of a translucent metal such as silver (Ag), gold (Au), magnesium (Mg), or an alloy thereof. When the translucent metal is used as the first electrode, the organic-inorganic composite solar cell may have a microcavity structure.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • the first electrode may be a translucent electrode.
  • the first electrode When the first electrode is a translucent electrode, the first electrode may be made of a translucent metal such as silver (Ag), gold (Au), magnesium (Mg), or an alloy thereof.
  • the translucent metal is used as the first electrode, the organic
  • the electrode when the electrode is a transparent conductive oxide layer, the electrode is a polyethylene terephthalate (PET) polyethylene naphthelate (PEN), polypropylene (PP), poly Polyimide (PI), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyoxyethylene (POM), AS resin (acrylonitrile styrene copolymer), ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene copolymer), triacetyl Doped conductive materials may be used on flexible and transparent materials such as plastics including triacetyl cellulose (TAC), polyarylate (PAR), and the like.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthelate
  • PP polypropylene
  • PI poly Polyimide
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • POM polyoxyethylene
  • AS resin acrylonitrile styrene copolymer
  • ABS resin acrylonitrile butadiene sty
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine doped tin oxide
  • AZO aluminum doped zinc oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • ZnO-Ga 2 O 3 ZnO-Al 2 O 3 and antimony tin oxide (ATO)
  • ATO antimony tin oxide
  • the second electrode may be a metal electrode.
  • the metal electrode may be silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd). ),
  • Magnesium (Mg), chromium (Cr), calcium (Ca) and samarium (Sm) may include one or two or more selected from the group consisting of.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may have a nip structure.
  • the second electrode may be a metal electrode.
  • the second electrode is gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), MoO 3 / Au, MoO 3 / Ag MoO 3 / Al, V 2 O 5 / Au, V 2 O 5 / Ag, V 2 O 5 / Al, WO 3 / Au, WO 3 / Ag or WO 3 / Al.
  • the n-i-p structure refers to a structure in which the first electrode, the electron transport layer, the light absorption layer, the hole transport layer, and the second electrode are sequentially stacked.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may have a p-i-n structure.
  • the second electrode may be a metal electrode.
  • the p-i-n structure refers to a structure in which the first electrode, the hole transport layer, the light absorption layer, the electron transport layer, and the second electrode are sequentially stacked.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may further include an additional layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • the additional layer may further include one or more selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
  • the hole transport layer and / or electron transport layer material may be a material that increases the probability that the charge is transferred to the electrode by efficiently transferring electrons and holes to the light absorbing layer, but is not particularly limited.
  • the electron transport layer may include a metal oxide.
  • Metal oxides specifically include Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, V oxide, Al oxide, Y oxide , Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide, SrTi oxide and one or more selected from the complex thereof may be used, but is not limited thereto.
  • the electron transport layer may improve the characteristics of the charge by using doping, and may modify the surface by using a fullerene derivative or the like.
  • the electron transport layer is formed by being applied to one surface of the first electrode or coated in a film form using sputtering, E-Beam, thermal deposition, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing method. Can be.
  • the hole transport layer may be an anode buffer layer.
  • the hole transport layer may be introduced on the third light absorbing layer through spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting, and thermal deposition.
  • the hole transport layer is tertiary butyl pyridine (tBP), lithium bis (trifluoro methanesulfonyl) imide (LiTFSI), poly (3, 4- ethylene dioxythiophene ): Poly (4-styrenesulfonate) [PEDOT: PSS] and the like can be used, but is not limited thereto.
  • ITO Indium tin oxide
  • IPA isopropyl alchol
  • PbI 2 lead iodide
  • DMF dimethylformamide
  • PbI 2 lead iodide
  • MAI CH 3 NH 3 I
  • spiro-OMeTAD 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene
  • a hole transport layer was formed by spin coating a solution of acetonitrile solution mixed with pyridine (tert-butylpyridine, tBP) and 17.5 ⁇ l of LiTFSI in 1 ml of chlorobenzene. At this time, the LiTFSI was dissolved in acetonitrile at a concentration of 520 mg / mL and added in solution.
  • the organic-inorganic composite solar cell was completed by depositing silver (Ag) at a thickness of 150 nm at a pressure of 10 ⁇ 8 torr on the hole transport layer to form a second electrode.
  • the second light absorption layer 200 ⁇ l of a solution formed by mixing (HC (NH 2 ) 2 ) I and CH 3 NH 3 I in a molar ratio of 0.7: 0.3 and dissolving in 1 ml of isopropyl alcohol was formed in the first light absorption layer.
  • An organic-inorganic composite solar cell was manufactured in the same manner as in the manufacturing method of Example 1, except that the upper part was spin coated.
  • ITO Indium tin oxide
  • IPA isopropyl alchol
  • PbI 2 lead iodide
  • DMF dimethylformamide
  • spiro-OMeTAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9'-spirobifluorene)
  • acetonitrile solution mixed with 17.5 ⁇ l of LiTFSI were mixed with 1 ml of chlorobenzene to spin-coat to form a hole transport layer.
  • the LiTFSI was dissolved in acetonitrile at a concentration of 520 mg / mL and added in solution.
  • the organic-inorganic composite solar cell was completed by depositing silver (Ag) at a thickness of 150 nm at a pressure of 10 ⁇ 8 torr on the hole transport layer to form a second electrode.
  • a yellow solution formed by dissolving 1 mM lead iodide (PbI 2 ) (purity 99%, Sigma Aldrich) in 1 ml of dimethylformamide (DMF) was spun on the electron transport layer.
  • an organic-inorganic composite solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that spin-coating a solution formed by dissolving 72 mg of (HC (NH 2 ) 2 ) in 1 ml of isopropyl alcohol. It was.
  • Table 1 shows the performance of the organic-inorganic hybrid solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification
  • FIG. 4 shows the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in the exemplary embodiment of the present specification.
  • V oc is the open voltage
  • J sc is the short-circuit current
  • FF is the fill factor
  • PCE is the energy conversion efficiency.
  • the open-circuit and short-circuit currents are the X- and Y-axis intercepts in the four quadrants of the voltage-current density curve, respectively. The higher these two values, the higher the efficiency of the solar cell.
  • the fill factor is the area of the rectangle drawn inside the curve divided by the product of the short circuit current and the open voltage. By dividing these three values by the intensity of the emitted light, the energy conversion efficiency can be obtained, and higher values are preferable.
  • FIG. 5 shows an organic-inorganic composite solar cell prepared in an exemplary embodiment of the present specification after 48 hours of storage in a nitrogen atmosphere.
  • the organic-inorganic composite solar cells according to Examples 1 and 2 have no change over time, whereas the organic-inorganic composite solar cells according to Comparative Examples 1 and 2 show that the change in properties occurs after 48 hours. have.

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Abstract

본 명세서는 (a) 제1 전극; (b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층; (c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층; (d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층; (e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층; (f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고, 상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지에 관한 것이다.

Description

유무기 복합 태양전지
본 출원은 2016년 07월 14일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2016-0089317호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 유-무기 복합 태양전지에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.
유-무기 복합 페로브스카이트 물질은 흡광계수가 높고, 용액 공정을 통해 쉽게 합성이 가능한 특성 때문에 최근에 유-무기 복합 태양전지 광흡수 물질로서 각광 받고 있다.
일반적으로, 유-무기 복합 태양전지에 사용되는 흡수층 구성은 AMX3 성분을 기본 구조로 단일 양이온, 금속 이온 및 할로겐 이온으로 구성되나, 이 경우 낮은 효율 및 수분 등의 취약성에 기인하는 안정성 문제가 있다.
특히, 대표적으로 사용되는 단일 양이온으로 형성된 페로브스카이트의 경우, 구동 온도 혹은 그 이하의 온도에서 상전이에 따른 격자 이격으로 인하여 안정성 저하 및 성상 변화의 문제점이 있다. 이는 구동 혹은 통상 보관상태에서도 쉽게 다른 상으로 전이가 되어 페로브스카이트가 아닌 다른 결정으로 전환되어, 본래의 태양전지 특성이 저하되거나 잃게 되는 문제점이 있다.
본 명세서는 안정성 및 에너지 변환 효율이 우수한 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 (a) 제1 전극;
(b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
(c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
(d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
(e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
(f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
(g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고,
상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 기저층의 결정구조가 상부층 결정의 바인더 역할을 함으로써 온도변화에 의한 격자 이격 현상을 억제하여 소자의 안정성이 상승하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 계면특성이 향상되어 전류 밀도 및 에너지 변환 효율이 상승하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 넓은 광스펙트럼을 흡수할 수 있어, 광 에너지 흡수가 증가하여, 에너지 변환 효율이 상승하는 효과가 있다.
도 1 및 2는 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 비교예에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 48시간 후를 나타낸 것이다.
101: 기판
102: 제1 전극
103: 전자수송층
104: 제1 광흡수층
105: 제2 광흡수층
106: 제3 광흡수층
107: 정공수송층
108: 제2 전극
이하 본 명세서를 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접하여 있는 경우뿐만 아니라, 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 (a) 제1 전극;
(b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
(c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
(d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
(e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
(f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
(g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하며,
상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층과 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층은 서로 동일한 층이 아니며, 예컨대, 상기 (b)가 전자수송층일 경우 상기 (f)는 정공수송층이고, 상기 (b)가 정공수송층일 경우 상기 (f)는 전자수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
AMX3
상기 화학식 1에 있어서,
A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X는 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서 상기 제2 광흡수층은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 2]
RM'X'3
[화학식 3]
R'yR''(1-y)M' X'zX''(3-z)
상기 화학식 2 또는 3에 있어서,
R' 및 R''은 서로 상이하고, R, R', R''은 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M'은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
X'및 X''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이고,
0<y<1이며,
0<z<3이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 4]
EM''X'''3
상기 화학식 4에 있어서,
E는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M''은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X'''은 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상이다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 내지 80℃일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우 상전이 온도는 0℃ 내지 40℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우 상전이 온도는 20℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성하는 것은 RM'X'3, R'M'X'3 또는 R''M'X'3 구조의 페로브스카이트가 형성된 것을 의미한다.
예컨대, 제2 광흡수층이 R'M'X'3 구조의 페로브스카이트를 포함할 경우, 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상이다. 구체적으로 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 내지 80℃일 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높다. 구체적으로, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높다. 구체적으로, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 단일 양이온을 포함한다. 본 명세서에 있어서 단일 양이온이란, 한 종류의 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 1에 있어서 A로 한 종류의 1가 양이온만 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 1의 A는 CnH2n + 1NH3 + 이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 단일 양이온을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 있어서 상기 화학식 2의 R는 HC(NH2)2 + 일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 복합 양이온을 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서 복합 양이온이란, 두 종류 이상의 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 3에 있어서 R'및 R''으로 각각 서로 상이한 1가 양이온이 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 3의 R'은 CnH2n+1NH3 +, R''은 HC(NH2)2 +이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 M, M'및 M''은 Pb2 +일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층, 제2 광흡수층 및 제3 광흡수층은 모두 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함하고, 상기 제2 광흡수층은 복합 양이온 페로브스카이트 구조를 포함하며, 상기 제3 광흡수층은 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3이며, 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3(methylammonium lead iodide, MAPbI3)이고, 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3(formamidinium lead iodide, FAPbI3)이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며, 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수이며, 0<y<1일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수이며, 0<y<1일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CH3NH3)0.3 (HC(NH2)2)0. 7PbI3이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3일 수 있다.
일반적으로, 단일층으로 구성된 광흡수층의 경우 온도의존성이 큰 상전이에 따른 격자 이격으로 인하여 안정성이 저하 및 성상 변화의 문제점이 있다. 본 명세서는 3층 구조의 광흡수층이면서도, 제1 광흡수층 및 제2 광흡수층의 상전이 온도가 서로 상이하고, 제2 광흡수층과 제3 광흡수층의 상전이 온도가 서로 상이함으로써 상전이에 의한 격자 이격이 발생하지 않는 효과가 있다. 따라서, 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 제1 광흡수층으로 CH3NH3PbI3, 제2 광흡수층으로 HC(NH2)2PbI3 또는 (CH3NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3, 및 제3 광흡수층으로 CH3NH3PbI3 를 사용하여 광흡수층을 삼중층으로 형성함으로써, 광흡수층으로 MAPbI3 단독층만 사용하는 경우에 비해 약 770nm 내지 810nm 영역의 흡광도가 증가되며, 이로 인해 광 에너지 흡수를 늘려 단락전류를 늘리고, 에너지 변환 효율이 상승하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, HC(NH2)2PbI3층을 단독층으로 사용한 경우에 비해 HC(NH2)2PbI3층과 전하수송층과의 에너지 준위 차이를 감소시켜, 개방전압 향상 및 전하 추출 능력이 향상되어 유-무기 복합 태양전지의 에너지변환효율 및 안정성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 열처리 공정에 기인하는 HC(NH2)2PbI3 표면 결함(vacancy)에 의한 전류-전압 이상특성을 제3 광흡수층이 표면 결함(vacancy)를 채워줌으로 인하여 이후 형성하는 인접 전하수송층과의 계면 결합 특성을 개선하는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 전하수송층은 전자수송층 또는 정공수송층을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상전이 온도는 어떤 결정상에서 다른 결정상으로 내부 구성 원자 혹은 이온의 배치가 바뀌는 온도를 의미한다. 예컨대, CH3NH3PbI3의 상전이 온도는 CH3NH3PbI3가 입방(cubic)구조에서 정방정계(tetragonal)구조로 변하는 온도를 의미할 수 있다. 이 경우 CH3NH3PbI3의 상전이 온도는 약 54℃이다. 또 다른 예로, HC(NH2)2PbI3가 삼방정계(Trigonal)구조에서 육방정계(Hexagonal)구조로 변하는 온도를 상전이 온도로 정의할 수 있다. 이 경우, HC(NH2)2PbI3의 상전이 온도는 약 20℃이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm이다. 이 경우, 제1 광흡수층이 공통층과의 에너지 준위 조정 및 제2 광흡수층의 기저층으로 작용하는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 공통층은 전자수송층 또는 정공수송층을 의미한다.
본 명세서에 있어서 제1 광흡수층의 두께는 제1 광흡수층이 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층에 접하는 표면과, 제1 광흡수층이 제2 광흡수층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 두께는 1nm 내지 600nm이다. 이 경우, 제2 광흡수층이 주 광흡수층으로의 작용 및 제1 광흡수층의 표면결함을 감소시켜주는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서 제2 광흡수층의 두께는 제2 광흡수층이 제1 광흡수층에 접하는 표면과, 제2 광흡수층이 제3 광흡수층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm이다. 이 경우, 제3 광흡수층이 제2 광흡수층의 표면결함을 감소시켜줌으로써 전자수송층과의 계면특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서 제3 광흡수층의 두께는 제3 광흡수층이 제2 광흡수층에 접하는 표면과, 제3 광흡수층이 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 광흡수층은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 브러쉬 페인팅 또는 열증착 방법을 통하여 형성될 수 있다.
본 명세서에 있어서 광흡수층은, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층 및 제3 광흡수층 중 적어도 하나 또는 모두를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 제1 전극의 하부에 구비될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판, 제1 전극, 전자수송층, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층, 제3 광흡수층, 정공수송층 및 제2 전극이 순차적으로 구비될 수 있다. 도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시하였다. 구체적으로 도 1은 기판(101) 상에 제1 전극(102)이 구비되고, 제1 전극(102) 상에 전자수송층(103)이 구비되고, 전자수송층(103) 상에 제1 광흡수층(104)이 구비되고, 제1 광흡수층(104) 상에 제2 광흡수층(105)이 구비되고, 제2 광흡수층(105) 상에 제3 광흡수층(106)이 구비되고, 제3 광흡수층(106) 상에 정공수송층(107)이 구비되고, 정공수송층(107) 상에 제2 전극(108)이 구비된 유-무기 복합 태양전지 구조를 예시한 것이다. 본 명세서에 따른 유-무기 복합 태양전지는 도 1의 적층 구조에 한정되지 않으며, 추가의 부재가 더 포함될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판, 제1 전극, 정공수송층, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층, 제3 광흡수층, 전자수송층 및 제2 전극이 순차적으로 구비될 수 있다. 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시하였다. 구체적으로 도 2는 기판(101) 상에 제1 전극(102)이 구비되고, 제1 전극(102) 상에 정공수송층(107)이 구비되고, 정공수송층(107) 상에 제1 광흡수층(104)이 구비되고, 제1 광흡수층(104) 상에 제2 광흡수층(105)이 구비되고, 제2 광흡수층(105) 상에 제3 광흡수층(106)이 구비되고, 제3 광흡수층(106) 상에 전자수송층(103)이 구비되고, 전자수송층(103) 상에 제2 전극(108)이 구비된 유-무기 복합 태양전지 구조를 예시한 것이다. 본 명세서에 따른 유-무기 복합 태양전지는 도 2의 적층 구조에 한정되지 않으며, 추가의 부재가 더 포함될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 기판을 사용할 수 있다. 구체적으로, 유리 기판, 박막유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌테라프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyehtylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone) 및 폴리이미드(polyimide) 등의 필름이 단층 또는 복층의 형태로 포함될 수 있다. 다만, 상기 기판은 이에 한정되지 않으며, 유-무기 복합 태양전지에 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극을 경유하여 빛을 흡수하는 것일 수 있다.
상기 제1 전극이 투명 전극인 경우, 상기 제1 전극은 인듐주석산화물(indium-tin oxide, ITO), 인듐아연산화물(IZO) 또는 불소함유 산화주석(flourine-doped tin oxide, FTO)등과 같은 전도성 산화물일 수 있다. 나아가, 상기 제1 전극은 반투명전극일 수도 있다 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금 같은 반투명 금속으로 제조될 수 있다. 반투명 금속이 제1 전극으로 사용되는 경우, 상기 유-무기 복합 태양전지는 미세공동구조를 가질 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전극이 투명 전도성 산화물층인 경우 상기 전극은 유리 및 석영판 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthelate, PEN), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene, POM), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 및 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다.
구체적으로, 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO), 플루오린이 도핑된 틴 옥사이드(fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zinc oxide, AZO), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO(antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 칼슘(Ca) 및 사마륨(Sm)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조일 수 있다. 본 명세서 따른 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), MoO3/Au, MoO3/Ag MoO3/Al, V2O5/Au, V2O5/Ag, V2O5/Al, WO3/Au, WO3/Ag 또는 WO3/Al을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, n-i-p 구조는 제1 전극, 전자수송층, 광흡수층, 정공수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 p-i-n 구조일 수 있다. 본 명세서의 따른 유-무기 복합 태양전지가 p-i-n 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다.
본 명세서에 있어서, p-i-n 구조는 제1 전극, 정공수송층, 광흡수층, 전자수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 추가의 층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가의 층은 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광흡수층으로 효율적으로 전달시킴으로써 생선되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 구체적으로, Ti 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, In 산화물, SrTi 산화물 및 이들의 복합물 중에서 1 또는 2 이상 선택된 것이 사용 가능하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 도핑을 이용하여 전하의 특성을 개선할 수 있으며, 플러렌 유도체 등을 이용하여 표면을 개질 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다.
상기 제3 광흡수층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 등의 방법을 통해 도입될 수 있다.
상기 정공수송층은 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, tBP), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiTFSI), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS] 등을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1.
산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40Ω/sq)을 아세톤 및 이소프로필알콜(isopropyl alchol, IPA)로 순차적으로 초음파세정기를 이용하여 1시간씩 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 150℃에서 30분간 열처리하는 과정을 3회 반복하여 TiO2(이하 전자수송층)가 코팅된 ITO 기판을 제조하였다.
1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅하였다. 그 후 10mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 10분간 열처리함으로써 제1 광흡수층을 형성하였다.
그 후 (HC(NH2)2)I 40mg을 소분한 후 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액 200μl를 상기 제1 광흡수층 상부에 스핀 코팅하고, 100℃에서 30분간 열처리 하여 제2 광흡수층을 형성하였다.
제2 광흡수층 상에 1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드에 용해시켜 형성한 황색 용액을 스핀 코팅하였다. 그 후 10mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 30분간 열처리함으로써 제3 광흡수층을 형성하였다.
상기 제3 광흡수층 상에 80mg의 spiro-OMeTAD(2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene), 28.5μl의 터트-부틸피리딘(tert-butylpyridine, tBP) 및 17.5μl의 LiTFSI를 혼합한 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액을 1ml의 클로로벤젠(chlorobenzene)에 혼합한 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 LiTFSI는 520mg/mL의 농도로 아세토나이트릴에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.
상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr의 압력에서 150nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.
실시예 2.
제2 광흡수층을 형성하기 위하여, (HC(NH2)2)I 및 CH3NH3I를 0.7:0.3의 몰비로 혼합한 후 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액 200μl를 제1 광흡수층 상부에 스핀 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1의 제조방법과 동일한 방법으로 유-무기 복합 태양전지를 제조하였다.
비교예 1.
산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40Ω/sq)을 아세톤 및 이소프로필알콜(isopropyl alchol, IPA)로 순차적으로 초음파세정기를 이용하여 1시간씩 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 150℃에서 30분간 열처리하는 과정을 3회 반복하여 TiO2(이하 전자수송층)가 코팅된 ITO 기판을 제조하였다.
1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅하였다. 그 후 40mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 10분간 열처리함으로써 광흡수층을 형성하였다.
상기 광흡수층 상에 80mg의 spiro-OMeTAD(2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene), 28.5μl의 터트-부틸피리딘(tert-butylpyridine, tBP) 및 17.5μl의 LiTFSI를 혼합한 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액을 1ml의 클로로벤젠(chlorobenzene)에 혼합한 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 LiTFSI는 520mg/mL의 농도로 아세토나이트릴에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.
상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr의 압력에서 150nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.
비교예 2.
광흡수층을 형성하기 위하여, 1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅한 후, 72mg의 (HC(NH2)2)I를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 유-무기 복합 태양전지를 제조하였다.
표 1에는 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 성능을 나타내었으며, 도 4는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내었다.
PCE(%) Jsc(mA/cm2) Voc(V) FF(%)
실시예 1 15.9 20.8 1.13 67.6
실시예 2 19.0 23.7 1.12 71.5
비교예 1 14.4 18.5 1.09 71.3
비교예 2 2.8 19.6 0.748 18.9
표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.
도 5에는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지를 질소분위기하에서 48시간 보관한 후를 나타내었다. 실시예 1 및 2에 따른 유-무기 복합 태양전지는 시간이 지나도 변화가 없는 반면에, 비교예 1 및 2에 따른 유-무기 복합 태양전지는 48시간이 지난 후 성상변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. (a) 제1 전극;
    (b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
    (c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
    (d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
    (e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
    (f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
    (g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고,
    상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
    [화학식 1]
    AMX3
    상기 화학식 1에 있어서,
    A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
    M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
    X는 할로겐 이온이고,
    n은 1 내지 9의 정수이다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 광흡수층은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
    [화학식 2]
    RM'X'3
    [화학식 3]
    R'yR''(1-y)M' X'zX''(3-z)
    상기 화학식 2 또는 3에 있어서,
    R' 및 R''은 서로 상이하고, R, R', R''은 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
    M'은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
    X'및 X''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
    n은 1 내지 9의 정수이고,
    0<y<1이며,
    0<z<3이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 광흡수층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
    [화학식 4]
    EM''X'''3
    상기 화학식 4에 있어서,
    E는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4+, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
    M''은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
    X'''은 할로겐 이온이고,
    n은 1 내지 9의 정수이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상인 유-무기 복합 태양전지.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃인 유-무기 복합 태양전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상인 유-무기 복합 태양전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광흡수층은 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
    상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광흡수층은 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
    상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광흡수층은 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
    상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광흡수층은 상기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
    상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm인 유-무기 복합 태양전지.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 광흡수층의 두께는 1nm 내지 600nm인 유-무기 복합 태양전지.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm인 유-무기 복합 태양전지.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3 이고,
    상기 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3이며,
    상기 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고,
    n은 1 내지 9의 정수인 유-무기 복합 태양전지.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고,
    상기 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며,
    상기 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3 이고,
    n은 1 내지 9의 정수이며,
    0<y<1인 유-무기 복합 태양전지.
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