WO2019132318A1 - 광흡수층용 전구체, 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법 및 유-무기 복합 태양전지 - Google Patents

광흡수층용 전구체, 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법 및 유-무기 복합 태양전지 Download PDF

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WO2019132318A1
WO2019132318A1 PCT/KR2018/015607 KR2018015607W WO2019132318A1 WO 2019132318 A1 WO2019132318 A1 WO 2019132318A1 KR 2018015607 W KR2018015607 W KR 2018015607W WO 2019132318 A1 WO2019132318 A1 WO 2019132318A1
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WO
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organic
real number
absorbing layer
light absorbing
solar cell
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PCT/KR2018/015607
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English (en)
French (fr)
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김용남
함윤혜
김종석
박상준
김세용
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주식회사 엘지화학
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a precursor for a light absorption layer, a method for manufacturing an organic-inorganic hybrid solar cell using the same, and a organic-inorganic hybrid solar cell.
  • a solar cell refers to a cell that generates a current-voltage by utilizing a photovoltaic effect that absorbs light energy from sunlight to generate electrons and holes.
  • the organic-inorganic composite perovskite material has recently attracted attention as a light absorbing material for organic / inorganic hybrid solar cells due to its high extinction coefficient and its ability to be easily synthesized through a solution process.
  • the present invention provides a precursor for a light absorbing layer and a organic-inorganic hybrid solar cell using the precursor for improving the uniformity of coating when applied to a light absorbing layer, while simplifying the process.
  • the present invention also provides an organic / inorganic hybrid solar cell having excellent stability and energy conversion efficiency.
  • An embodiment of the present disclosure includes a perovskite precursor
  • a method of manufacturing a semiconductor device comprising: preparing a first electrode;
  • Forming a light absorbing layer by coating the light absorbing layer precursor on the first common layer;
  • Another embodiment of the present invention provides a organic-inorganic hybrid solar cell manufactured by the above-described method.
  • Another embodiment of the present disclosure relates to a liquid crystal display comprising a first electrode
  • a first common layer provided on the first electrode
  • a light absorbing layer provided on the first common layer
  • a second common layer provided on the light absorbing layer
  • the light absorbing layer is a compound of perovskite structure; And a fluorine-based organic compound,
  • the fluorine-based organic compound is contained in an amount of 0.005 wt% to 5 wt% with respect to the mass of the light absorption layer.
  • the precursor for a light absorbing layer according to one embodiment of the present invention includes a fluorinated organic compound, so that even when the light absorbing layer is formed in a large area, the uniformity of coating is increased.
  • the method for manufacturing a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention is advantageous in manufacturing an organic-inorganic hybrid solar cell having improved light density and energy conversion efficiency by improving the interfacial characteristics of the light absorbing layer.
  • the method for manufacturing a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell can manufacture a hybrid organic-inorganic solar cell having a reduced optical energy loss and improved long-term stability and energy conversion efficiency by absorbing a broad optical spectrum
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of an organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Example 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of an organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Comparative Example 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 4 is a graph showing current density measurement results according to voltage of a hybrid organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a result of repeated measurement of current density according to voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the result of repeated measurement of the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Comparative Example 1.
  • a member when a member is located on another member, it includes not only when a member is in contact with another member but also when there is another member between the two members.
  • the precursor for a light absorbing layer according to one embodiment of the present invention includes a perovskite precursor
  • the device driving stability can be improved without deteriorating the electrical characteristics in the formation of the light absorption layer.
  • the precursor for the light-absorbing layer comprises a perovskite precursor; And 0.01 wt% to 0.2 wt% of a fluorinated organic compound based on the perovskite precursor.
  • organic compound means a compound having a hydrocarbon as a basic skeleton and having a skeleton structure composed of a covalent bond of carbon-carbon and carbon-hydrogen. At this time, the skeleton structure may be replaced with another element.
  • fluorinated organic compound means that fluorine is contained in the main chain of the organic compound.
  • the fluorine-based organic compound may be used without limitation as long as it is a material used in the art.
  • the main chain may include at least one of a fluoro group and a perfluoroalkyl group One can be included.
  • the fluorinated organic compound includes a fluorinated surfactant.
  • surfactant refers to a substance having both hydrophilic and hydrophobic moieties in the molecule.
  • the fluorine-based surfactant can be used without limitation as long as it is a material used in the art.
  • the main chain is a hydrophilic group, a lipophilic group, a fluoro group and a perfluoro alkyl group, but the present invention is not limited thereto.
  • the fluorine-based surfactant may be represented by the following formula (A).
  • x and y are each an integer of 1 to 10.
  • Dupont FS-31, Zonyl FS-300, DIC RS-72-K or 3M FC-4430 may be used as the fluorinated organic compound.
  • the perovskite precursor comprises an organic halide and a metal halide.
  • the fluorine-based organic compound is a fluorine-based surfactant.
  • the term "precursor” refers to a substance in a stage prior to becoming a specific substance in a metabolism or reaction.
  • the perovskite precursor means a material before the perovskite material is formed
  • the precursor for the light absorbing layer means a precursor material for forming the light absorbing layer.
  • the organic halide is represented by any of the following formulas (1) to (3).
  • R2 and R3 are different from each other
  • R4, R5 and R6 are different from each other
  • R1 to R6 is C n H 2n + 1 NH 3 + , respectively, NH 4 +, HC (NH 2) 2 +, Cs +, NF 4 +, 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 +
  • X1 to X5 are the same or different from each other, and each independently represents a halogen ion
  • n is an integer of 1 to 9
  • a is a real number of 0 ⁇ a ⁇ 1,
  • b is a real number of 0 ⁇ b ⁇ 1,
  • c is a real number of 0 ⁇ c ⁇ 1,
  • d is a real number of 0 ⁇ d ⁇ 1,
  • e is a real number of 0 ⁇ e ⁇ 1,
  • e ' is a real number of 0 ⁇ e' ⁇ 1.
  • the R1 to R6 is C n H 2n + 1 NH 3 + , respectively, NH 4 +, HC (NH 2) 2 +, Cs +, NF 4 +, NCl 4 +, PF 4 + , PCl 4 + , CH 3 PH 3 + , CH 3 AsH 3 + , PH 4 + and AsH 4 + .
  • R 1 to R 6 are monovalent cations selected from C n H 2n + 1 NH 3 + , HC (NH 2 ) 2 + and Cs + , respectively.
  • the organic halide is CH 3 NH 3 I, HC ( NH 2) 2 I, CH 3 NH 3 Br, HC (NH 2) 2 Br, (CH 3 NH 3) a ( HC (NH 2) 2) ( 1-a) I e Br (1-e), or (HC (NH 2) 2) b (CH 3 NH 3) c Cs d I e Br (1-e) , and a is a real number of 0 ⁇ a ⁇ 1, b is a real number of 0 ⁇ b ⁇ 1, c is a real number of 0 ⁇ c ⁇ 1, d is a real number of 0 ⁇ d ⁇ 1, b + c + 0 ⁇ e ⁇ 1.
  • X2 and X3 are different from each other.
  • X4 and X5 are different from each other.
  • each of X1 to X5 is independently I or Br.
  • the metal halide is represented by the following general formula (4).
  • M1 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 to be selected,
  • X6 is a halogen ion.
  • the M1 is Pb + 2.
  • X6 is I or Br.
  • the metal halide is PbI 2 or A PbBr 2.
  • the precursor for the light absorbing layer may be in a solution state.
  • the fluorinated organic compound, the organic halide, and the metal halide may be dissolved in the solvent.
  • the solvent is selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF), isopropyl alcohol (IPA), dimethylsulfoxide (DMSO), gamma-butyrolactone ), n-methylpyrrolidone (NMP), propylene glycol methyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and dimethylacetamide , DMac).
  • DMF dimethylformamide
  • IPA isopropyl alcohol
  • DMSO dimethylsulfoxide
  • gamma-butyrolactone n-methylpyrrolidone
  • NMP propylene glycol methyl ether
  • PGMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • DMac dimethylacetamide
  • One embodiment of the present disclosure provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a first electrode;
  • Forming a light absorbing layer by coating the light absorbing layer precursor on the first common layer;
  • the step of coating the precursor for a light absorbing layer comprises: coating a precursor for a light absorbing layer on the first common layer; And drying, baking or annealing the coated precursor for the light absorbing layer.
  • the step of coating the light absorbing layer precursor may be performed by a spin coating method, a slit coating method, a dip coating method, an ink jet printing method, a gravure printing method, a spray coating method, a doctor blade method, a bar coating method, a brush painting method, Can be used.
  • spin coating can be performed.
  • the step of drying, baking, or annealing the light absorbing layer precursor may be performed at a temperature of 80 ° C to 150 ° C for 10 minutes to 60 minutes.
  • the step of coating the precursor for a light absorbing layer may include spin coating the precursor solution for the light absorbing layer on the first common layer, followed by annealing at a temperature of 100 ° C for 30 minutes.
  • One embodiment of the present invention provides a organic-inorganic hybrid solar cell manufactured by the above-described method for manufacturing an organic-inorganic hybrid solar cell.
  • One embodiment of the present disclosure includes a first electrode
  • a first common layer provided on the first electrode
  • a light absorbing layer provided on the first common layer
  • a second common layer provided on the light absorbing layer
  • the light absorbing layer is a compound of perovskite structure; And a fluorine-based organic compound,
  • the fluorine-based organic compound is contained in an amount of 0.005 wt% to 5 wt% with respect to the mass of the light absorption layer.
  • the fluorinated organic compound is the same as described above in the production method.
  • FIG. 1 shows the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • a first electrode 10 a first common layer 20, a light absorbing layer 30, a second common layer 40, and a second electrode 50 are sequentially stacked.
  • Solar cells are sequentially stacked.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell according to the present invention is not limited to the laminated structure of FIG. 1, and may further include a further member.
  • the perovskite structure compound is represented by any one of the following formulas (5) to (7).
  • R2 and R3 are different from each other
  • R4, R5 and R6 are different from each other
  • R1 to R6 is C n H 2n + 1 NH 3 + , respectively, NH 4 +, HC (NH 2) 2 +, Cs +, NF 4 +, 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 +
  • M1 to M3 are the same as or different from each other, and each independently 2 + Cu, Ni + 2, Co + 2, Fe + 2, Mn 2+, Cr + 2, Pd + 2, Cd + 2, 2 + Ge, Sn 2 + , Bi 2 + , Pb 2 + and Yb 2 +
  • X1 to X5 are the same or different from each other, and each independently represents a halogen ion
  • n is an integer of 1 to 9
  • a is a real number of 0 ⁇ a ⁇ 1,
  • b is a real number of 0 ⁇ b ⁇ 1,
  • c is a real number of 0 ⁇ c ⁇ 1,
  • d is a real number of 0 ⁇ d ⁇ 1,
  • z is a real number of 0 ⁇ z ⁇ 3,
  • z ' is a real number of 0 ⁇ z' ⁇ 3.
  • the perovskite structure compound of the light absorbing layer may contain a single cation.
  • a single cation means that one kind of monovalent cation is used. That is, it means that only one kind of monovalent cation is selected as R1 in the general formula (5).
  • R 1 in the above formula (5) may be C n H 2n + 1 NH 3 + , and n may be an integer of 1 to 9.
  • the perovskite structure compound of the light absorbing layer may comprise a composite cation.
  • the complex cation means that two or more monovalent cations are used. That is, monovalent cations in which R 2 and R 3 are different from each other in formula (6) are selected, and monovalent cations in which R 4 to R 6 in formula (7) are different from each other are selected.
  • R 2 in Formula 6 may be C n H 2n + 1 NH 3 +
  • R 3 may be HC (NH 2 ) 2 +
  • R4 in the formula (7) may be C n H 2n + 1 NH 3 +
  • R 5 may be HC (NH 2 ) 2 +
  • R 6 may be Cs + .
  • the perovskite structure compound is represented by the general formula (5).
  • the perovskite structure compound is represented by Formula (6).
  • the perovskite structure compound is represented by the general formula (7).
  • each of R 1 to R 6 represents C n H 2n + 1 NH 3 + HC (NH 2 ) 2 + or Cs + .
  • R2 and R3 are different from each other and R4 to R6 are different from each other.
  • the R1 is CH 3 NH 3 +, HC (NH 2 ) 2 + or Cs + .
  • the R2 and R4 are each CH 3 NH 3 +.
  • R 3 and R 5 are each HC (NH 2 ) 2 + .
  • R6 is Cs + .
  • the M1 to M3 are each a Pb + 2.
  • X2 and X3 are different from each other.
  • X4 and X5 are different from each other.
  • X1 to X5 are each F or Br.
  • a is a real number satisfying 0 ⁇ a ⁇ 1 so that the sum of R2 and R3 becomes 1. Also, in order that the sum of X2 and X3 is 3, z is a real number of 0 ⁇ z ⁇
  • B is a real number of 0 ⁇ b ⁇ 1
  • c is a real number of 0 ⁇ c ⁇ 1
  • d is 0 ⁇ d ≪
  • b + c + d is 1.
  • z ' is a real number of 0 ⁇ z < 3.
  • the perovskite-structured compound is CH 3 NH 3 PbI 3 , HC (NH 2 ) 2 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , HC (NH 2 ) 2 PbBr 3 , (CH 3 NH 3) a ( HC (NH 2) 2) (1-a) PbI z Br (3-z) or (HC (NH 2) 2) b (CH 3 NH 3) c Cs d PbI z 'Br (3-z') and, a is 0 ⁇ a ⁇ 1 real number, b is 0 ⁇ b ⁇ 1 real number, c is a real number of 0 ⁇ c ⁇ 1, d is a real number of 0 ⁇ d ⁇ 1, b + c + d is 1, z is a real number of 0 ⁇ z ⁇ 3 and z 'is a real number of 0 ⁇ z' ⁇ 3 .
  • the light absorbing layer contains 0.005 wt% to 5 wt% of the fluorinated organic compound with respect to the mass of the light absorbing layer. Specifically, the light absorbing layer contains 0.005 wt% to 3 wt% of the fluorine-based organic compound with respect to the mass of the light absorbing layer. More specifically, the light absorbing layer contains 0.005 wt% to 1 wt% of the fluorinated organic compound with respect to the mass of the light absorbing layer. More specifically, the light absorbing layer contains 0.005 wt% to 0.5 wt% of the fluorine-based organic compound with respect to the mass of the light absorbing layer.
  • the content range of the fluorine-containing organic compound with respect to the mass of the light-absorbing layer is a content range produced by using the organic compound in the above-described range in the precursor for the light-absorbing layer. That is, when 0.005 wt% to 0.5 wt% of the fluorinated organic compound is contained in the light absorbing layer precursor relative to the perovskite precursor, the organic compound in the light absorbing layer formed using the precursor for the light absorbing layer is 0.005 wt% % To 5 wt%.
  • the content of the organic compound contained in the light absorbing layer can be measured by a method used in the art.
  • mass spectrometry such as LCMS (Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry) or GCMS (Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry); High-performance liquid chromatography (HPLC); And nuclear magnetic resonance (NMR).
  • the first common layer and the second common layer mean respectively an electron transporting layer or a hole transporting layer.
  • the first common layer and the second common layer are not the same layer.
  • the first common layer is an electron transport layer
  • the second common layer is a hole transport layer
  • the first common layer is a hole transport layer
  • the second common layer is an electron transporting layer.
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may further include a substrate below the first electrode.
  • the substrate may be a substrate having excellent transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness.
  • a glass substrate, a thin film glass substrate, or a plastic substrate can be used.
  • the plastic substrate may be formed of a flexible film such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone, and polyimide in the form of a single layer or a multilayer .
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • polyether ether ketone 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 is a transparent electrode
  • the organic-inorganic hybrid solar cell absorbs light via the first electrode
  • the first electrode when the first electrode is a transparent electrode, the first electrode may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), poly (PP), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyoxyethylene (POM), acrylonitrile styrene copolymer acrylonitrile butadiene styrene copolymer, triacetyl cellulose (TAC), polyarylate (PAR), and the like may be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PP poly
  • PI polyimide
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • POM polyoxyethylene
  • TAC triacetyl cellulose
  • PAR polyarylate
  • the first electrode may be formed of indium tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zink oxide (AZO), indium zinc oxide zinc oxide, ZnO-Ga 2 O 3 , ZnOAl 2 O 3, and ATO (antimony tin oxide). More specifically, the first electrode may be ITO.
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine doped tin oxide
  • AZO aluminum doped zink oxide
  • indium zinc oxide zinc oxide ZnO-Ga 2 O 3 , ZnOAl 2 O 3, and ATO (antimony tin oxide). More specifically, the first electrode may be ITO.
  • the first electrode may be a translucent electrode.
  • the first electrode may be made of a metal such as silver (Ag), gold (Au), magnesium (Mg), or an alloy thereof.
  • the second electrode may be a metal electrode.
  • the metal electrode may be formed of one selected from the group consisting of Ag, Al, Pt, W, Mo, Au, Ni, Pd ), Magnesium (Mg), chromium (Cr), calcium (Ca), and samarium (Sm).
  • the organic-inorganic hybrid solar cell may have a nip structure.
  • the second electrode may be a metal electrode, an oxide / metal composite electrode, or a carbon electrode.
  • the second metal may be at least one selected from the group consisting of Au, Ag, 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 means a structure in which a first electrode, an electron transport layer, a light absorption layer, a hole transport layer, and a second electrode are sequentially laminated.
  • 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 means a structure in which a first electrode, a hole transporting layer, a light absorbing layer, an electron transporting layer, and a second electrode are sequentially stacked.
  • the hole transporting layer and / or the electron transporting layer material may be a material for increasing the probability that the charge generated by efficiently transferring electrons and holes to the light absorbing layer moves to the electrode, but is not particularly limited.
  • the electron transporting layer may include a metal oxide.
  • the metal oxide 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, , A Sc oxide, a Sm oxide, a Ga oxide, a Ta oxide and a SrTi oxide, and a composite thereof can be used.
  • it may be TiO 2 , but it is not limited thereto.
  • the electron transport layer can improve the characteristics of electric charge by using doping, and the surface can be modified by using a fullerene derivative or the like.
  • the electron transport layer is applied to one side of the first electrode using sputtering, E-Beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing, As shown in FIG.
  • the hole transport layer may be an anode buffer layer.
  • the hole transport layer can be introduced through a method such as spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting, .
  • the hole transport layer may be formed of a material selected from the group consisting of tertiary butyl pyridine (tBP), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSI, (PEDOT: PSS), 2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine ), 9,9'-spirobifluorene, Spiro-OMeTAD) and the like are added to But are not limited thereto.
  • tBP tertiary butyl pyridine
  • LiTFSI lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • LiTFSI LiTFSI
  • PEDOT PSS
  • 2,2 ', 7,7'-tetrakis N, N-di-p-methoxyphenylamine
  • 9,9'-spirobifluorene Spiro-OMeTAD
  • a solution containing 2 wt% of titanium dioxide (TiO 2 ) in isopropyl alcohol was spin-coated at 2,000 rpm on an alkali-free glass substrate sputtered with indium tin oxide (ITO) and then heated at 150 ° C. for 30 minutes Respectively.
  • perovskite ((HC (NH 2) 2 ) x (CH 3 NH 3) y Cs 1-xy PbI z Br 3-z (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0.8 ⁇ x + (3M, FC-4430) relative to the precursor and perovskite precursor in 0.05% by weight of dimethylformamide was spin-coated at 5,000 rpm.
  • FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the cross-section of the organic-inorganic hybrid solar cell prepared in Example 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • a solution containing 2 wt% of TiO 2 in isopropyl alcohol on a non-alkali glass substrate sputtered with indium tin oxide (ITO) was spin coated at 2,000 rpm and then heated at 150 ⁇ for 30 minutes.
  • perovskite ((HC (NH 2) 2 ) x (CH 3 NH 3) y Cs 1 -x- y PbI z Br 3 -z (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0.8 ⁇ x + y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 3) precursor in dimethylformamide was spin-coated at 5,000 rpm and dried at 100 DEG C for 30 minutes to form a light absorbing layer.
  • Spiro-OMeTAD was dissolved in chlorobenzene, and spin coated with a solution of tBP and LiTFSI, followed by vacuum deposition of Ag.
  • FIG. 3 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the cross-section of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Comparative Example 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • a solution containing 2 wt% of TiO 2 in isopropyl alcohol on a non-alkali glass substrate sputtered with indium tin oxide (ITO) was spin coated at 2,000 rpm and then heated at 150 ⁇ for 30 minutes.
  • ITO indium tin oxide
  • perovskite (HC (NH 2) 2 ) x (CH 3 NH 3) y Cs 1 -x- y PbI z Br 3 -z (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0.8 ⁇ (3M, FC-4430) relative to the perovskite precursor in an amount of 0.55wt% relative to the precursor and x + y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 3) precursor in dimethylformamide
  • the substrate was dried at 100 DEG C for 30 minutes to form a light absorbing layer.
  • Spiro-OMeTAD was dissolved in chlorobenzene, and spin coated with a solution of tBP and LiTFSI, followed by vacuum deposition of Ag.
  • a solution containing 2 wt% of TiO 2 in isopropyl alcohol was spin-coated at 2,000 rpm on an alkali-free glass substrate sputtered with indium tin oxide (ITO), and then heated at 150 ° C for 30 minutes.
  • ITO indium tin oxide
  • perovskite (HC (NH 2) 2 ) x (CH 3 NH 3) y Cs 1 -xy PbI z Br 3-z (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0.8 ⁇ x +
  • a solution of 0.05 wt% sodium lauryl sulfate in dimethylformamide relative to the precursor and perovskite precursor in terms of y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 3) was spin-coated at 5,000 rpm and dried at 100 ° C. for 30 minutes After the Spiro-OMeTAD was dissolved in chlorobenzene, the solution containing tBP and LiTFSI was spin-coated, followed by vacuum deposition of Ag.
  • Table 1 shows the performance of the organic-inorganic hybrid solar cell according to the embodiment of the present invention.
  • V oc is the open-circuit voltage
  • J sc is the short-circuit current
  • FF is the fill factor
  • PCE is the energy conversion efficiency.
  • the open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively. The higher the two values, the higher the efficiency of the solar cell.
  • the fill factor is the maximum width of the rectangle that can be drawn inside the curve divided by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. The energy conversion efficiency can be obtained by dividing these three values by the intensity of the irradiated light, and a higher value is preferable.
  • FIG. 4 shows the current density measurement results of the organic-inorganic hybrid solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • Example 1 The stability of the organic-inorganic hybrid solar cell fabricated in Example 1 and Comparative Example 1 was measured using ABET Sun 3000 solar simulator as a light source and Keithley 2420 as a source meter. The voltage was applied and the current was measured from 1.2V to 0V by 0.1mV. The waiting time between measurements in 10 consecutive measurements was 1 minute in the dark room.
  • FIG. 5 shows the result of repeated measurement of the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Example 1.
  • 1st sweep represents the first measurement result, and from 2nd to 4th, the results are measured sequentially from the measurement results of 2 times to 4 times. From FIG. 5, it can be confirmed that the performance of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured according to the embodiment of the present invention is maintained even after four repeated measurements. That is, in the case of containing a fluorinated organic compound in forming the light absorbing layer, it can be confirmed that the produced organic-inorganic hybrid solar cell has excellent stability.
  • FIG. 6 shows the result of repeated measurement of the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 6 shows the result of repeated measurement of the current density according to the voltage of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 6 shows the performance of the organic-inorganic hybrid solar cell manufactured in the comparative example is degraded even when the measurement is performed only twice (second sweep in FIG. 6). That is, when the fluorine-containing organic compound is not contained in the formation of the light absorption layer, it can be confirmed that the stability of the produced organic-inorganic hybrid solar cell is lowered.

Abstract

본 명세서는 페로브스카이트 전구체; 및 상기 페로브스카이트 전구체 대비 0.005wt% 내지 0.5wt%의 불소계 유기화합물을 포함하는 것인 광흡수층용 전구체 및 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법에 관한 것이다.

Description

광흡수층용 전구체, 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법 및 유-무기 복합 태양전지
본 출원은 2017년 12월 26일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0179568호 및 2018년 12월 7일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2018-0156846호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 광흡수층용 전구체, 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법 및 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.
그러나, 기존의 페로브스카이트 물질을 적용한 유-무기 복합 태양전지의 경우, 높은 효율에도 불구하고, 대면적(5cm2 이상) 소자 제조시 광흡수층의 결함 및 저항 증가 등의 문제로 인하여, 소자 크기 대비 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 또한, 내수분성이 취약하여 장기안정성을 확보하기 위하여 별도의 봉지기술을 진행하여야 하는 문제점이 있었다.
본 명세서는 공정이 간편하면서도, 광흡수층에 적용시 코팅 균일도를 향상시킬 수 있는 광흡수층용 전구체 및 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
또한, 본 명세서는 안정성 및 에너지 변환 효율이 우수한 유무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 페로브스카이트 전구체; 및
상기 페로브스카이트 전구체 대비 0.005wt% 내지 0.5wt%의 불소계 유기화합물을 포함하는 것인 광흡수층용 전구체를 제공한다.
본 명세서의 또 다른 일 실시상태는 제1 전극을 준비하는 단계;
상기 제1 전극 상에 제1 공통층을 형성하는 단계;
상기 제1 공통층 상에 상기 광흡수층 전구체를 코팅하여 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 제2 공통층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 공통층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 또 다른 일 실시상태는 상기 제조방법으로 제조된 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 또 다른 일 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 구비된 제1 공통층;
상기 제1 공통층 상에 구비된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 구비된 제2 공통층; 및
상기 제2 공통층 상에 구비된 제2 전극을 포함하는 유-무기 복합 태양전지에 있어서,
상기 광흡수층은 페로브스카이트 구조의 화합물; 및 불소계 유기화합물을 포함하고,
상기 불소계 유기화합물은 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 5wt% 포함되는 것인 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 광흡수층용 전구체는 불소계 유기화합물을 포함함으로써, 광흡수층을 대면적으로 형성하더라도 코팅의 균일도가 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지 제조방법은 광흡수층의 계면특성이 향상되어 전류 밀도 및 에너지 변환 효율이 향상된 유-무기 복합 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지 제조방법은 넓은 광스펙트럼을 흡수하여 광 에너지 손실이 줄고, 장기안정성 및 에너지 변환 효율이 향상된 유-무기 복합 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지 단면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 도이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지 단면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류밀도 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 반복 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 반복 측정한 결과를 나타낸 도이다.
10: 제1 전극
20: 제1 공통층
30: 광흡수층
40: 제2 공통층
50: 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 명세서의 일 실시상태에 따른 광흡수층용 전구체는 페로브스카이트 전구체; 및
상기 페로브스카이트 전구체 대비 0.005wt% 내지 0.5wt%의 불소계 유기화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 불소계 유기화합물을 0.005wt% 내지 0.5wt% 포함함으로써, 광흡수층 형성시 전기적 특성 저하 없이 소자 구동 안정성이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광흡수층용 전구체는 페로브스카이트 전구체; 및 상기 페로브스카이트 전구체 대비 0.01wt% 내지 0.2wt%의 불소계 유기화합물을 포함한다.
본 명세서에 있어서, "유기 화합물"은 탄화수소를 기본골격으로 포함하는 화합물로, 탄소-탄소와 탄소-수소의 공유결합으로 구성된 골격 구조를 가진 화합물을 의미한다. 이때, 상기 골격 구조는 다른 원소로 치환될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 "불소계 유기화합물"은 유기화합물의 주쇄 내에 불소를 포함하고 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 유기화합물은 당업계에서 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로, 주쇄가 플루오로(fluoro)기 및 퍼플루오로알킬(perfluoro alkyl)기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 유기화합물은 불소계 계면활성제를 포함한다.
본 명세서에 있어서, "계면 활성제"는 분자 내에 친수성과 소수성 부분을 동시에 지니고 있는 물질을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 계면활성제는 당업계에서 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로, 주쇄가 친수성기, 친유성기, 플루오로(fluoro)기 및 퍼플루오로알킬(perfluoro alkyl)기의 조합으로 이루어진 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 계면활성제는 하기 화학식 A로 표시될 수 있다.
[화학식 A]
Figure PCTKR2018015607-appb-I000001
상기 화학식 A에 있어서, x 및 y는 각각 1 내지 10의 정수이다.
구체적으로, 상기 불소계 유기화합물로 Dupont 社 FS-31, Zonyl 社 FS-300, DIC 社 RS-72-K 또는 3M 社 FC-4430가 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 전구체는 유기할로겐화물 및 금속할로겐화물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 유기화합물은 불소계 계면활성제이다.
본 명세서에 있어서, "전구체"는 어떤 물질대사나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질을 의미한다. 예컨대, 페로브스카이트 전구체란 페로브스카이트 물질이 되기 전 단계의 물질을 의미하며, 광흡수층용 전구체란 광흡수층을 형성하기 위한 전구체 물질을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기할로겐화물은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1]
R1X1
[화학식 2]
R2aR3(1-a) X2e X3(1-e)
[화학식 3]
R4bR5cR6dX4e'X5(1-e')
상기 화학식 1 내지 3에 있어서,
R2 및 R3는 서로 상이하고,
R4, R5 및 R6는 서로 상이하며,
R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
X1 내지 X5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이고,
a는 0<a<1의 실수이며,
b는 0<b<1의 실수이고,
c는 0<c<1의 실수이며,
d는 0<d<1의 실수이고,
b+c+d는 1이고,
e는 0<e<1의 실수이며,
e'은 0<e'<1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, PH4 + 및 AsH4 + 에서 선택되는 1가의 양이온이다. 보다 구체적으로, 상기 R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, HC(NH2)2 + 및 Cs+에서 선택되는 1가의 양이온이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기할로겐화물은 CH3NH3I, HC(NH2)2I, CH3NH3Br, HC(NH2)2Br, (CH3NH3)a(HC(NH2)2)(1-a)IeBr(1-e) , 또는 (HC(NH2)2)b(CH3NH3)cCsdIeBr(1-e)이고, a는 0<a<1의 실수, b는 0<b<1의 실수, c는 0<c<1의 실수, d는 0<d<1의 실수, b+c+d는 1, e는 0<e<1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2 및 X3는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4 및 X5는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X5는 각각 독립적으로 I 또는 Br이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속할로겐화물은 하기 화학식 4로 표시된다.
[화학식 4]
M1X62
상기 화학식 4에 있어서,
M1은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X6는 할로겐 이온이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 M1은 Pb2 +이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X6는 I 또는 Br이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속할로겐화물은 PbI2 또는 PbBr2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층용 전구체는 용액 상태일 수 있다. 예컨대, 용매에 상기 불소계 유기화합물, 유기할로겐화물 및 금속할로겐화물이 용해된 상태일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol, IPA), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 감마부티로락톤(Υ-butyrolactone, GBL), n-메틸피롤리돈(n-methylpyrrolidone, NMP), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (propylene glycol methyl ether, PGME), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA) 및 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMac) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극을 준비하는 단계;
상기 제1 전극 상에 제1 공통층을 형성하는 단계;
상기 제1 공통층 상에 상기 광흡수층용 전구체를 코팅하여 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 제2 공통층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 공통층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층용 전구체를 코팅하는 단계는 상기 제1 공통층 상에 광흡수층용 전구체를 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 광흡수층용 전구체를 건조(drying), 베이킹(baking) 또는 어닐링(annealing)하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층용 전구체를 코팅하는 단계는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 브러쉬 페인팅 또는 열증착 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로, 스핀 코팅을 진행할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층용 전구체를 건조(drying), 베이킹(baking) 또는 어닐링(annealing)하는 단계는 80℃ 내지 150℃의 온도에서 10분 내지 60분간 진행될 수 있다.
구체적으로, 상기 광흡수층용 전구체를 코팅하는 단계는 상기 제1 공통층 상에 상기 광흡수층용 전구체 용액을 스핀 코팅 한 후, 100℃의 온도에서 30분간 어닐링하는 과정일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유-무기 복합 태양전지 제조방법으로 제조된 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 구비된 제1 공통층;
상기 제1 공통층 상에 구비된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 구비된 제2 공통층; 및
상기 제2 공통층 상에 구비된 제2 전극을 포함하는 유-무기 복합 태양전지에 있어서,
상기 광흡수층은 페로브스카이트 구조의 화합물; 및 불소계 유기화합물을 포함하고,
상기 불소계 유기화합물은 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 5wt% 포함되는 것인 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
상기 유-무기 복합 태양전지에 있어서, 불소계 유기화합물은 제조방법에서 전술한 바와 동일하다.
도 1에는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 나타내었다. 구체적으로, 도 1에는 제1 전극(10), 제1 공통층(20), 광흡수층(30), 제2 공통층(40) 및 제2 전극(50)이 순차적으로 적층된 유-무기 복합 태양전지를 나타내었다.
본 명세서에 따른 유-무기 복합 태양전지는 도 1의 적층구조에 한정되지 않으며, 추가의 부재가 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 5]
R1M1X13
[화학식 6]
R2aR3(1-a)M2X2zX3(3-z)
[화학식 7]
R4bR5cR6dM3X4z'X5(3-z')
상기 화학식 5 내지 7 있어서,
R2 및 R3는 서로 상이하고,
R4, R5 및 R6는 서로 상이하며,
R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M1 내지 M3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2+, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Bi2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
X1 내지 X5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이고,
a는 0<a<1의 실수이며,
b는 0<b<1의 실수이고,
c는 0<c<1의 실수이며,
d는 0<d<1의 실수이고,
b+c+d는 1이고,
z는 0<z<3의 실수이며,
z'은 0<z'<3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 단일 양이온을 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서 단일 양이온이란, 한 종류의 1가 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 5에 있어서 R1으로 한 종류의 1가 양이온만 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 5의 R1은 CnH2n + 1NH3 + 이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 복합 양이온을 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서 복합 양이온이란, 두 종류 이상의 1가 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 6에서 R2 및 R3가 각각 서로 상이한 1가 양이온이 선택되고, 화학식 7에서 R4 내지 R6가 각각 서로 상이한 1가의 양이온이 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 6의 R2는 CnH2n+1NH3 +, R3는 HC(NH2)2 +일 수 있다. 또한, 상기 화학식 7의 R4는 CnH2n + 1NH3 +, R5는 HC(NH2)2 +, R6는 Cs+일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 화학식 5로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 화학식 6으로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 화학식 7로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, HC(NH2)2 + 또는 Cs+이다. 이때, R2와 R3는 서로 상이하고, R4 내지 R6는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 CH3NH3 +, HC(NH2)2 + 또는 Cs+이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R4는 각각 CH3NH3 +이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 및 R5는 각각 HC(NH2)2 +이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 Cs+이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 M1 내지 M3는 각각 Pb2 +이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2 및 X3는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4 및 X5는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X5는 각각 F 또는 Br이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R3의 합이 1이 되기 위하여, a는 0<a<1의 실수이다. 또한, 상기 X2 및 X3의 합이 3이 되기 위하여, z는 0<z<3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4, R5 및 R6의 합이 1이 되기 위하여, b는 0<b<1의 실수이고, c는 0<c<1의 실수이며, d는 0<d<1의 실수이고, b+c+d는 1이다. 또한, 상기 X4 및 X5의 합이 3이 되기 위하여, z'는 0<z'<3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 CH3NH3PbI3, HC(NH2)2PbI3 , CH3NH3PbBr3, HC(NH2)2PbBr3, (CH3NH3)a(HC(NH2)2)(1-a)PbIzBr(3-z) 또는 (HC(NH2)2)b(CH3NH3)cCsdPbIz'Br(3-z')이고, a는 0<a<1의 실수, b는 0<b<1의 실수, c는 0<c<1의 실수, d는 0<d<1의 실수, b+c+d는 1, z는 0<z<3의 실수, z'은 0<z'<3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층은 불소계 유기화합물을 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 5wt% 포함한다. 구체적으로, 상기 광흡수층은 불소계 유기화합물을 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 3wt% 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 광흡수층은 불소계 유기화합물을 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 1wt% 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 광흡수층은 불소계 유기화합물을 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 0.5wt% 포함한다.
상기 광흡수층 질량 대비 불소계 유기화합물의 함량범위는 광흡수층용 전구체에서 유기화합물을 전술한 범위로 사용함으로써 생성되는 함량범위이다. 즉, 광흡수층용 전구체에 페로브스카이트 전구체 대비 0.005wt% 내지 0.5wt%의 불소계 유기화합물이 포함될 경우, 상기 광흡수층용 전구체를 이용하여 형성된 광흡수층에서의 유기화합물은 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 5wt% 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광흡수층 내 포함되는 유기화합물의 함량은 당업계에서 사용되는 방법으로 측정 가능하다. 예컨대, LCMS (Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry) 또는 GCMS (Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry) 등의 질량분석 방법; HPLC(High-performance liquid chromatography); 및 NMR(nuclear magnetic resonance) 등을 이용하여 측정 가능하다.
본 명세서에 있어서, 제1 공통층 및 제2 공통층은 각각 전자수송층 또는 정공수송층을 의미한다. 이때, 제1 공통층과 제2 공통층은 서로 동일한 층이 아니며, 예컨대, 상기 제1 공통층이 전자수송층일 경우 상기 제2 공통층은 정공수송층이고, 상기 제1 공통층이 정공수송층일 경우 상기 제2 공통층은 전자수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유-무기 복합태양전지는 제1 전극 하부에 기판을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 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 유연한 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 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극을 경유하여 빛을 흡수하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극이 투명전극인 경우, 상기 제1 전극은 유리 및 석영판 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthelate, PEN), 폴리프로필렌(polyperopylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbornate, PC), 폴리스티렌(polystylene, PS), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethlene, 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 전도성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극은 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO), 불소함유 산화주석 (fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zink oxide, AZO), IZO (indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnOAl2O3 및 ATO (antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 제1 전극은 ITO일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 반투명 전극일 수도 있다. 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금 같은 금속으로 제조될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 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 명세서의 일 실시상태에 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 전극, 산화물/금속 복합체 전극 또는 탄소 전극일 수 있다. 구체적으로, 제2 금속은 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 명세서의 일 실시상태에 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 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광흡수층으로 효율적으로 전달시킴으로써 생성되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 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, Ta 산화물 및 SrTi 산화물 및 이들의 복합물 중에서 1 또는 2 이상 선택된 것이 사용 가능하다. 구체적으로 TiO2일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층은 도핑을 이용하여 전하의 특성을 개선할 수 있으며, 플러렌 유도체 등을 이용하여 표면을 개질 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 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 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 정공수송층은 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.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 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), 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디-p-메톡시페닐아민)-9,9'-스피로비플루오렌(2,2′,7,7′'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′'-spirobifluorene, Spiro-OMeTAD) 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(ITO)이 스퍼터링된 무알칼리 유리기판 상에 2wt%의 이산화티타늄(TiO2)이 이소프로필알콜(isopropyl alcohol)에 포함된 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 후 150℃에서 30분간 가열하였다. 그 후 페로브스카이트((HC(NH2)2)x(CH3NH3)yCs1-x-yPbIzBr3-z(0<x<1, 0<y<1, 0.8<x+y<1, 0<z<3)) 전구체와 페로브스카이트 전구체 대비 0.05wt%의 불소계 유기화합물(3M 社, FC-4430)를 디메틸포름아미드(dimethylformamide)에 녹인 용액을 5,000rpm으로 스핀 코팅 후 100℃에서 30분간 건조하여 광흡수층을 형성하였다. 이후 Spiro-OMeTAD를 클로로벤젠(chlorobenzene)에 녹인 후 터셔리부틸피리딘(tBP) 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI)를 첨가한 용액을 스핀 코팅한 후 Ag를 진공 증착하였다.
도 2에는 실시예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지 단면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 도 2로부터, 본 명세서의 실시상태에 따라 제조된 유-무기 복합 태양전지는 광흡수층에 기공이 없으며, 광흡수층의 표면이 고르고 결정 크기가 증가한 것을 확인할 수 있다.
비교예 1.
산화주석인듐(ITO)이 스퍼터링된 무알칼리 유리기판 상에 2wt%의 TiO2가 이소프로필알콜에 포함된 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 후 150℃에서 30분간 가열하였다. 그 후 페로브스카이트((HC(NH2)2)x(CH3NH3)yCs1 -x- yPbIzBr3 -z(0<x<1, 0<y<1, 0.8<x+y<1, 0<z<3)) 전구체를 디메틸포름아미드에 녹인 용액을 5,000rpm으로 스핀 코팅 후 100℃에서 30분간 건조하여 광흡수층을 형성하였다. 이후 Spiro-OMeTAD를 클로로벤젠에 녹인 후 tBP 및 LiTFSI를 첨가한 용액을 스핀 코팅한 후 Ag를 진공 증착하였다.
도 3에는 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지 단면의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 도 3으로부터, 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 경우, 실시예 1에 비하여 광흡수층의 단면에 기공이 많고, 광흡수층의 표면이 거칠며, 결정 크기가 작은 것을 확인할 수 있다.
비교예 2.
산화주석인듐(ITO)이 스퍼터링된 무알칼리 유리기판 상에 2wt%의 TiO2가 이소프로필알콜에 포함된 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 후 150℃에서 30분간 가열하였다. 그 후 페로브스카이트((HC(NH2)2)x(CH3NH3)yCs1 -x- yPbIzBr3 -z(0<x<1, 0<y<1, 0.8<x+y<1, 0<z<3)) 전구체와 페로브스카이트 전구체 대비 0.55wt%의 불소계 유기화합물(3M 社, FC-4430)를 디메틸포름아미드(dimethylformamide)에 녹인 용액을 5,000rpm으로 스핀 코팅 후 100℃에서 30분간 건조하여 광흡수층을 형성하였다. 이후 Spiro-OMeTAD를 클로로벤젠에 녹인 후 tBP 및 LiTFSI를 첨가한 용액을 스핀 코팅한 후 Ag를 진공 증착하였다.
비교예 3.
산화주석인듐(ITO)이 스퍼터링된 무알칼리 유리기판 상에 2wt%의 TiO2가 이소프로필알콜(isopropyl alcohol)에 포함된 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 후 150℃에서 30분간 가열하였다. 그 후 페로브스카이트((HC(NH2)2)x(CH3NH3)yCs1 -x-yPbIzBr3-z(0<x<1, 0<y<1, 0.8<x+y<1, 0<z<3) 전구체와 페로브스카이트 전구체 대비 0.05wt%의 라우릴 황산 나트륨을 디메틸포름아미드(dimethylformamide)에 녹인 용액을 5,000rpm으로 스핀 코팅 후 100℃에서 30분간 건조하여 광흡수층을 형성하였다. 이후 Spiro-OMeTAD를 클로로벤젠에 녹인 후 tBP 및 LiTFSI를 첨가한 용액을 스핀 코팅한 후 Ag를 진공 증착하였다.
표 1에는 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 성능을 나타내었다.
불소계 유기화합물(wt%) PCE(%) Jsc(mA/cm2) Voc(V) FF(%)
실시예 1 0.05 16.8 23.4 1.09 66.4
비교예 1 0 15.5 22.8 0.986 68.8
비교예 2 0.55 6.2 22.5 0.964 28.8
비교예 3 0 0.6 17.3 0.127 27.7
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 최대 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.
상기 표 1로부터, 불소계 유기화합물을 포함하지 않거나(비교예 1), 불소계 유기화합물을 0.5wt% 보다 초과로 포함하는 경우(비교예 2) 소자의 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 불소계 유기화합물이 아닌 다른 계면활성제를 사용하는 경우(비교예 3) 정상적인 소자의 제작이 불가능함을 확인하였다.
도 4에는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류밀도 측정 결과를 나타내었다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지를 ABET Sun 3000 solar simulator를 광원으로, Keithley 2420 소스미터로 이용하여 소자 안정성을 측정하였다. 1회 측정시 1.2V에서 0V까지 0.1초당 12mV씩 낮춰가며 전압을 인가 한 후 전류를 측정하였으며, 10회 연속 측정시 측정간 대기 시간은 암실 상태에서 1분이었다.
도 5에는 실시예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 반복 측정한 결과를 나타내었다. 도 5에서 1st sweep은 첫 측정 결과를 나타내며, 2nd 부터 4th 까지는 2회 측정 결과부터 4회 측정 결과까지 순차적으로 측정한 결과이다. 도 5로부터, 본 명세서의 실시상태에 따라 제조된 유-무기 복합 태양전지는 4회 반복 측정하더라도, 소자의 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 광흡수층을 형성하는데 있어 불소계 유기화합물을 포함하는 경우, 제조된 유-무기 복합 태양전지의 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 6에는 비교예 1에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 반복 측정한 결과를 나타내었다. 도 6으로부터, 비교예에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 경우, 2회만 측정(도 6의 2nd sweep)하더라도 소자의 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 광흡수층을 형성하는데 있어 불소계 유기화합물을 포함하지 않는 경우, 제조된 유-무기 복합 태양전지의 안정성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 페로브스카이트 전구체; 및
    상기 페로브스카이트 전구체 대비 0.005wt% 내지 0.5wt%의 불소계 유기화합물을 포함하는 것인 광흡수층용 전구체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 페로브스카이트 전구체는 유기할로겐화물 및 금속할로겐화물을 포함하는 것인 광흡수층용 전구체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기할로겐화물은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 것인 광흡수층용 전구체:
    [화학식 1]
    R1X1
    [화학식 2]
    R2aR3(1-a) X2e X3(1-e)
    [화학식 3]
    R4bR5cR6dX4e'X5(1-e')
    상기 화학식 1 내지 3에 있어서,
    R2 및 R3는 서로 상이하고,
    R4, R5 및 R6는 서로 상이하며,
    R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
    X1 내지 X5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
    n은 1 내지 9의 정수이고,
    a는 0<a<1의 실수이며,
    b는 0<b<1의 실수이고,
    c는 0<c<1의 실수이며,
    d는 0<d<1의 실수이고,
    b+c+d는 1이고,
    e는 0<e<1의 실수이며,
    e'은 0<e'<1의 실수이다.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속할로겐화물은 하기 화학식 4로 표시되는 것인 광흡수층용 전구체:
    [화학식 4]
    M1X62
    상기 화학식 4에 있어서,
    M1은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
    X6는 할로겐 이온이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 불소계 유기화합물은 불소계 계면활성제를 포함하는 것인 광흡수층용 전구체.
  6. 제1 전극을 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 제1 공통층을 형성하는 단계;
    상기 제1 공통층 상에 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 광흡수층용 전구체를 코팅하여 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 상에 제2 공통층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 공통층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 복합 태양전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 따라 제조된 유-무기 복합 태양전지.
  8. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 구비된 제1 공통층;
    상기 제1 공통층 상에 구비된 광흡수층;
    상기 광흡수층 상에 구비된 제2 공통층; 및
    상기 제2 공통층 상에 구비된 제2 전극을 포함하는 유-무기 복합 태양전지에 있어서,
    상기 광흡수층은 페로브스카이트 구조의 화합물; 및 불소계 유기화합물을 포함하고,
    상기 불소계 유기화합물은 광흡수층 질량 대비 0.005wt% 내지 5wt% 포함되는 것인 유-무기 복합 태양전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 페로브스카이트 구조의 화합물은 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 것인 유-무기 복합 태양전지:
    [화학식 5]
    R1M1X13
    [화학식 6]
    R2aR3(1-a)M2X2zX3(3-z)
    [화학식 7]
    R4bR5cR6dM3X4z'X5(3-z')
    상기 화학식 5 내지 7에 있어서,
    R2 및 R3는 서로 상이하고,
    R4, R5 및 R6는 서로 상이하며,
    R1 내지 R6는 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
    M1 내지 M3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2+, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Bi2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
    X1 내지 X5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐 이온이며,
    n은 1 내지 9의 정수이고,
    a는 0<a<1의 실수이며,
    b는 0<b<1의 실수이고,
    c는 0<c<1의 실수이며,
    d는 0<d<1의 실수이고,
    b+c+d는 1이고,
    z는 0<z<3의 실수이며,
    z'은 0<z'<3의 실수이다.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 불소계 유기화합물은 불소계 계면활성제를 포함하는 것인 유-무기 복합 태양전지.
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PCT/KR2018/015607 WO2019132318A1 (ko) 2017-12-26 2018-12-10 광흡수층용 전구체, 이를 이용한 유-무기 복합 태양전지 제조방법 및 유-무기 복합 태양전지

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010015084A (ko) * 1999-07-08 2001-02-26 포만 제프리 엘 염료-함유 유기-무기 혼성 물질을 방출층으로서 갖는전자발광소자
JP2003309308A (ja) * 2002-03-08 2003-10-31 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 有機・無機ハイブリッド膜の低温溶融加工
KR20140007045A (ko) * 2012-07-05 2014-01-16 한국화학연구원 나노구조 유-무기 하이브리드 태양전지
KR101746335B1 (ko) * 2016-03-29 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 금속 할라이드 페로브스카이트 나노결정입자 박막 제조방법 및 이를 이용한 광전자 소자
KR101746297B1 (ko) * 2014-11-06 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 유기 리간드가 치환된 페로브스카이트 나노결정입자 발광체 제조방법, 이에 의해 제조된 나노결정입자 발광체 및 이를 이용한 발광소자

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010015084A (ko) * 1999-07-08 2001-02-26 포만 제프리 엘 염료-함유 유기-무기 혼성 물질을 방출층으로서 갖는전자발광소자
JP2003309308A (ja) * 2002-03-08 2003-10-31 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 有機・無機ハイブリッド膜の低温溶融加工
KR20140007045A (ko) * 2012-07-05 2014-01-16 한국화학연구원 나노구조 유-무기 하이브리드 태양전지
KR101746297B1 (ko) * 2014-11-06 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 유기 리간드가 치환된 페로브스카이트 나노결정입자 발광체 제조방법, 이에 의해 제조된 나노결정입자 발광체 및 이를 이용한 발광소자
KR101746335B1 (ko) * 2016-03-29 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 금속 할라이드 페로브스카이트 나노결정입자 박막 제조방법 및 이를 이용한 광전자 소자

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