KR101430937B1 - Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same - Google Patents
Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101430937B1 KR101430937B1 KR1020120067369A KR20120067369A KR101430937B1 KR 101430937 B1 KR101430937 B1 KR 101430937B1 KR 1020120067369 A KR1020120067369 A KR 1020120067369A KR 20120067369 A KR20120067369 A KR 20120067369A KR 101430937 B1 KR101430937 B1 KR 101430937B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- semiconductor layer
- type organic
- light
- group
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 83
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000154 gallium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K gallium;phosphate Chemical compound [Ga+3].[O-]P([O-])([O-])=O LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N cadmium selenide Chemical compound [Cd]=[Se] AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RPPBZEBXAAZZJH-UHFFFAOYSA-N cadmium telluride Chemical compound [Te]=[Cd] RPPBZEBXAAZZJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- -1 PPDFV Polymers 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 3
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 claims description 2
- HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N niobium dioxide Chemical compound O=[Nb]=O HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- VESBOBHLCIVURF-UHFFFAOYSA-N COC(=O)CCCC1(c2ccccc2)C23c4c5c6c7c8c9c(c%10c%11c2c2c4c4c%12c5c5c6c6c8c8c%13c%14c%15c%16c%17c%18c%19c%20c%21c%22c%23c(c%14c%14c8c9c8c%10c9c%11c%10c2c(c%20c%10c%22c9c%23c%148)c4c%19c%12c%17c5c%16c6%13)C%152C(CCCC(=O)OC)(c4ccccc4)C%18%212)C137 Chemical compound COC(=O)CCCC1(c2ccccc2)C23c4c5c6c7c8c9c(c%10c%11c2c2c4c4c%12c5c5c6c6c8c8c%13c%14c%15c%16c%17c%18c%19c%20c%21c%22c%23c(c%14c%14c8c9c8c%10c9c%11c%10c2c(c%20c%10c%22c9c%23c%148)c4c%19c%12c%17c5c%16c6%13)C%152C(CCCC(=O)OC)(c4ccccc4)C%18%212)C137 VESBOBHLCIVURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- JSQFXMIMWAKJQJ-UHFFFAOYSA-N [9-(2-carboxyphenyl)-6-(ethylamino)xanthen-3-ylidene]-diethylazanium;chloride Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(NCC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O JSQFXMIMWAKJQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N chembl402140 Chemical compound Cl.C1=2C=C(C)C(NCC)=CC=2OC2=C\C(=N/CC)C(C)=CC2=C1C1=CC=CC=C1C(=O)OCC VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- SQFDQLBYJKFDDO-UHFFFAOYSA-K merbromin Chemical compound [Na+].[Na+].C=12C=C(Br)C(=O)C=C2OC=2C([Hg]O)=C([O-])C(Br)=CC=2C=1C1=CC=CC=C1C([O-])=O SQFDQLBYJKFDDO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229960002782 merbromin Drugs 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000001615 p wave Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
- H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/20—Organic diodes
- H10K10/29—Diodes comprising organic-inorganic heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
- H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체층 위에 금속이 적층되고, 상기 금속 위에 p/n형 유기/무기 반도체층이 적층된 구조를 갖는 나노다이오드 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 나노다이오드는 금속이 그 금속 위에 적층된 p/n형 유기/무기 반도체층(제1광흡수층)의 후면 전극역할을 하면서 동시에 상기 제1광흡수층에서 흡수되지 못한 빛을 다시 흡수하는 제2광흡수층으로 이용된다. 이때 핫 전자의 생성과 검출 원리를 이용하기 위해 후면 전극 밑에 증착되어 있는 반도체층이 후면 전극인 금속과 반도체층 사이에 생성된 쇼트키 장벽을 통해 금속에서 생성되는 핫 전자를 효율적으로 수집하게 되고, 뿐만 아니라 최종적으로 반도체층은 직접적인 광흡수를 수행함으로써 나노다이오드의 광흡수 전환 효율을 극대화시킬 수 있다.The present invention relates to a nanodiode having a structure in which a metal is stacked on a semiconductor layer and a p / n type organic / inorganic semiconductor layer is laminated on the metal, and a solar cell including the same. Is used as a second light absorbing layer that serves as a back electrode of the p / n type organic / inorganic semiconductor layer (first light absorbing layer) stacked on the metal and simultaneously absorbs light not absorbed in the first light absorbing layer. At this time, in order to utilize the principle of generation and detection of hot electrons, the semiconductor layer deposited under the rear electrode effectively collects hot electrons generated from the metal through the Schottky barrier formed between the metal layer and the semiconductor layer, In addition, ultimately, the semiconductor layer can maximize the light absorption conversion efficiency of the nanodiode by performing direct light absorption.
Description
본 발명은 핫 전자의 생성과 검출원리를 적용하여, 광에너지의 손실을 최소화하고 광에너지 전환효율을 증폭시킬 수 있는 탠덤(tandem)형 유기/무기 나노다이오드 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a tandem organic / inorganic nano-diode capable of minimizing the loss of light energy and amplifying the light energy conversion efficiency by applying the generation and detection principle of hot electrons, and a solar cell using the same.
에너지와 환경 문제가 이슈화되면서 대체에너지원에 대한 요구가 끊임없이 제기되어왔고, 이러한 요구 속에 태양전지는 하나의 대체에너지로서 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. 현재 상용화되고 있는 태양전지는 일반적으로 실리콘 기반의 PN접합을 원리로 하고 있다. 이러한 태양전지에 빛을 비추면 전자와 정공이 발생하고, 이러한 전하는 PN접합 사이에 생성된 전위차에 의해 각각의 전극으로 분리되어 전류가 흐르게 된다. As energy and environmental problems have become issues, demand for alternative energy sources has been constantly being raised. In this demand, solar cells have been researched and developed as an alternative energy source. Solar cells, which are currently being commercialized, are generally based on silicon-based PN junctions. When the light is irradiated on the solar cell, electrons and holes are generated, and these charges are separated into the respective electrodes by the potential difference generated between the PN junctions, and current flows.
상용화되고 있는 태양전지의 효율은 약 11%이다. 이러한 효율은 고순도의 실리콘과 공정기술의 개발을 통해 향상될 수 있지만, 제조비용 역시 증가하게 된다. 또한 현재 실리콘의 수요가 급증하면서 에너지당 제조비용이 증가하고 있다. 따라서, 최근에 광에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 차세대 태양전지에 대한 다양한 연구와 개발이 이루어지고 있다.The efficiency of commercial solar cells is about 11%. This efficiency can be improved through the development of high-purity silicon and process technology, but also increases manufacturing costs. In addition, the demand for silicon is rapidly increasing, and manufacturing cost per energy is increasing. Accordingly, various researches and developments have been made on the next generation solar cells that can convert light energy into electric energy.
즉 무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생 에너지 기술 중에서도 가장 각광을 받는 분야이며, 특히 태양광 발전 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 기술개발이 핵심이 되고 있다.In other words, solar cell technology that produces electricity from sunlight, which is an infinite energy source, is one of the most popular among various renewable energy technologies. Especially, technology development that can drastically lower the cost of solar power generation is becoming a key.
현재 상용화된 태양전지로서 결정/비결정 실리콘 또는 다양한 합금을 기반으로 하는 태양전지는 생산단가 및 설비의 고비용, 합금에 사용되는 금속의 희귀성, 그리고 제조과정의 독성 화합물 배출 및 고에너지를 소모하는 등의 문제점이 있다.Crystalline / amorphous silicon or solar cells based on various alloys, which are currently commercialized as a commercialized solar cell, require a high production cost and high cost of equipment, a rarity of metals used in alloys, .
반면에 유기물을 기반으로 하는 태양전지는 상기에서 언급한 문제점을 최소화할 뿐만 아니라 저비용으로 대면적화가 가능하고, 유연하다는 장점 때문에 각국의 연구개발이 집중되고 있다.On the other hand, solar cells based on organic materials minimize the above-mentioned problems, and can be made into a large-sized and low-cost large-sized solar cell.
특히 그라첼 등에 의해 제안된 염료감응 태양전지는 염료 분자가 흡착된 다공성의 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체전극과 백금이나 탄소가 코팅된 상대 전극, 그리고 상기 반도체 전극과 상대 전극과의 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다(미국 특허공보 제4,927,721호 및 동 제5,350,644호). 이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 유기화합물을 사용할 뿐만 아니라 제조 공정이 공기 중에서도 가능하기 때문에 제조 원가가 저렴하다. 또한 빛의 투과가 우수한 다공성의 나노입자 이산화티탄을 전극으로 사용하기 때문에 투명한 태양전지를 제조할 수 있어서 건물의 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하며, 염료의 태양광 흡수영역을 자유로이 조절할 수 있으므로, 특히 실내의 백색광을 이용한 소자의 제작이 가능하다는 이점이 있다. 그러나 아직까지 광전변환 효율이 낮고 고가의 염료 가격 때문에 실제 적용에는 제한이 있는 상황이다.In particular, the dye-sensitized solar cell proposed by Gratel et al. Includes a semiconductor electrode made of porous nano-particle titanium dioxide (TiO 2 ) on which dye molecules are adsorbed, a counter electrode coated with platinum or carbon, (U.S. Patent Nos. 4,927,721 and 5,350,644). This dye-sensitized solar cell uses organic compounds as compared with conventional silicon solar cells, and its production cost is low because it can be produced in air. In addition, since the porous nanoparticle titanium dioxide which is excellent in light transmission is used as the electrode, the transparent solar cell can be manufactured, so that it can be applied to the outer window glass of the building or the glass greenhouse, and the solar absorption region of the dye can be freely controlled It is possible to manufacture a device using white light, especially indoor. However, due to the low photoelectric conversion efficiency and high price of dyes, practical application is limited.
염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 증가시키기 위해서는 우선적으로 태양광의 흡수량을 증가시켜 전자의 생성량을 늘려야한다. 태양광의 흡수량은 흡착된 염료의 양에 비례하므로 태양광의 흡수량을 증가시키기 위해서는 염료의 흡착량을 증가시켜야 하고, 단위면적당 염료의 흡착량을 늘이기 위해서는 산화물 반도체의 입자를 나노미터 수준의 크기로 제조하여 산화물 반도체의 표면적을 넓혀야 한다. 그러나 산화물 반도체 미립자를 포함하는 다공질 막에 흡착된 염료분자는 염료분자 사이의 뭉침 때문에 여기상태의 염료가 상호작용에 의하여 광전자의 생산능력을 감소시켜서 결과적으로 광흡수량은 증가하나 태양전지의 효율을 감소시키는 것으로 알려져 있다(Jonathan R. Mann, Michael K. Gannon, Thomas C. Fitzgibbons, Michael R. Detty, and David F. Watson, J. Phys. Chem. C, 2008, 112 (34), 13057. Zhong-Sheng Wang, Yan Cui, Yasufumi Dan-oh, Chiaki Kasada, Akira Shinpo, and Kohjiro Hara, J. Phys. Chem. C, 2007, 111 (19), 7224). 또한 태양광의 흡수량을 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로 크기의 반도체 산화물 광산란 입자를 섞어서 제조하는 방법 등이 제시되고 있으나 이러한 방법으로 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기에는 한계가 있다.In order to increase the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell, it is necessary to increase the absorption amount of sunlight and increase the amount of electrons generated. Since the absorption of sunlight is proportional to the amount of dye adsorbed, it is necessary to increase the adsorption amount of the dye in order to increase the amount of absorption of sunlight. In order to increase the adsorption amount of dye per unit area, oxide semiconductor particles are manufactured to have a nanometer- The surface area of the oxide semiconductor must be widened. However, the dye molecules adsorbed on the porous film containing the oxide semiconductor particulates have a problem in that due to the aggregation between the dye molecules, excited dyes decrease the production capacity of photoelectrons due to their interaction and consequently increase the light absorption amount, (Jonathan R. Mann, Michael K. Gannon, Thomas C. Fitzgibbons, Michael R. Detty, and David F. Watson, J. Phys.Chem.C, 2008, 112 (34), 13057. Zhong- Sheng Wang, Yan Cui, Yasufumi Dan-oh, Chiaki Kasada, Akira Shinpo, and Kohjiro Hara, J.Phys.Chem.C, 2007, 111 (19), 7224). In order to increase the absorption of solar light, a method of increasing the reflectance of the platinum electrode or mixing the semiconductor oxide light scattering particles of several micrometers has been proposed. However, there is a limit to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell by this method.
또한, p/n형 반도체의 접합을 이용한 종래의 유기/무기 태양전지의 경우에는 후면 전극을 사용한다. 후면 전극은 태양전지의 효율 향상에 매우 중요한 영향을 미친다.In the case of a conventional organic / inorganic solar cell using p / n type semiconductor junction, a back electrode is used. The back electrode has a very important effect on the efficiency improvement of the solar cell.
p/n형 반도체의 접합을 이용한 종래의 유기/무기 태양전지의 전면에는 반사 방지막이 설치되지만 후면에는 반대로 반사도를 높이는 것이 현재의 태양전지 기술에서 매우 중요한 부분이다. 후면 전극의 반사도가 높으면 광흡수층에서 흡수되지 않고 후면전극에 도달한 빛이 광흡수층으로 재반사되어 빛의 경로가 길어져 광흡수층에서 재흡수를 통해 태양전지의 효율을 높일 수 있기 때문이다. 하지만 높은 반사도를 얻기 위해 Ag나 Al을 사용한다 하더라도, 결국은 후면 전극에서 흡수되어 손실되는 광에너지는 존재할 수 밖에 없고, 또한 충분한 반사도를 얻기 위해서는 후면 전극은 마이크로 미터 단위의 두께가 요구되고 있는 실정이다.
Conventional organic / inorganic solar cells using a junction of p / n type semiconductors are provided with an antireflection film on the front side, but increasing the reflectivity on the back side is a very important part in current solar cell technology. If the reflectivity of the back electrode is high, the light absorbed by the light absorbing layer is reflected, and the light reaching the back electrode is reflected again to the light absorbing layer, thereby increasing the efficiency of the solar cell through reabsorption in the light absorbing layer. However, even if Ag or Al is used for obtaining high reflectivity, there is a possibility that there is a light energy that is absorbed and lost by the rear electrode, and in order to obtain sufficient reflectivity, the thickness of the back electrode is required in micrometers to be.
본 발명은 핫 전자의 생성과 검출원리를 적용하여, 광에너지의 손실을 최소화하고 광에너지 전환효율을 증폭시킬 수 있는, 새로운 개념의 탠덤(tandem)형 유기/무기 나노다이오드 및 이를 이용한 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to a new concept tandem organic / inorganic nano-diode capable of minimizing the loss of light energy and amplifying the light energy conversion efficiency by applying the generation and detection principle of hot electrons, and a solar cell using the same The purpose is to provide.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체층 위에 후면 전극의 역할을 하는 금속이 적층되고, 상기 금속 위에 p/n형 유기/무기 반도체층이 적층된 구조를 갖는 나노다이오드를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a nano-diode having a structure in which a metal serving as a back electrode is laminated on a semiconductor layer and a p / n type organic / inorganic semiconductor layer is laminated on the metal.
상기 금속은 후면 전극의 역할과 동시에 광흡수층으로 사용되며 광흡수에 의한 표면 플라즈몬의 생성을 통해 핫 전자의 생성을 증폭시키는 것을 특징으로 한다. The metal serves as a back electrode and is used as a light absorbing layer and amplifies the generation of hot electrons through the generation of surface plasmon due to light absorption.
상기 금속은 표면이 나노구조물화된 박막금속, 금속나노섬, 금속나노선 및 유기염료-나노금속복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The metal may be any one selected from the group consisting of a thin-film metal whose surface is a nanostructured metal, a metal nano-island, a metal nanowire, and an organic dye-nano metal complex.
바람직하게는 상기 금속은 금(Au), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the metal is one selected from the group consisting of gold (Au), aluminum (Al), silver (Ag), and copper (Cu).
상기 p/n형 유기/무기 반도체층 구성은 다음과 같다. MDMO-PPV, PPDFV, P3HT, PCPDTBT, F8T2, PDTSBT 및 PFDTBT 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 p형 유기 반도체층과 PCBM-60, mKMC60s, dKMC60s, PCBM-70, bis-PCBM 및 modified PCBMs 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 n형 유기 반도체층으로 구성되는 p/n형 유기 반도체층이거나, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘카바이트(SiC), 카드뮴텔루르(CdTe), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 갈륨포스페이트(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs) 및 갈륨나이트나이드(GaN)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 p/n형 무기 반도체층인 것을 특징으로 한다. The p / n type organic / inorganic semiconductor layer structure is as follows. A p-type organic semiconductor layer selected from the group consisting of MDMO-PPV, PPDFV, P3HT, PCPDTBT, F8T2, PDTSBT and PFDTBT and a group consisting of PCBM-60, mKMC60s, dKMC60s, PCBM- (Si), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), cadmium telluride (CdTe), and cadmium selenide (CdSe), each of which is a p- (GaN), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (GaAs), and gallium nitride (GaN).
상기 반도체층에서의 반도체는 산화물 반도체, 4족 반도체 및 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 티타늄디옥사이드(TiO2), 세리움옥사이드(CeO2), 나이오븀옥사이드(NbO2) 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘카바이트(SiC), 카드뮴텔루르(CdTe), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 갈륨포스페이트(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs) 및 갈륨나이트나이드(GaN)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The semiconductor in the semiconductor layer is characterized in that the at least one selected from the group consisting of an oxide semiconductor, group IV semiconductor and compound semiconductor, titanium dioxide (TiO 2), three Solarium oxide (CeO 2), niobium oxide (NbO 2 ) GaAs (GaAs) and gallium arsenide (GaAs), such as zinc oxide (ZnO), silicon (Si), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), cadmium telluride (CdTe), cadmium selenide (CdSe), gallium phosphate And nitride (GaN).
또한, 본 발명은 상기 나노다이오드를 포함하는 태양전지를 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a solar cell including the nanodiode.
상기 태양전지는 반도체층 위에 금속이 적층되고, 상기 금속 위에 p/n형 유기/무기 반도체층이 적층된 구조를 갖는 나노다이오드를 포함하며, 상기 p/n형 유기/무기 반도체층은 빛을 흡수하는 제1광흡수층이고, 상기 금속은 p/n형 유기/무기 반도체층의 후면 전극이면서 동시에 p/n형 유기/무기 반도체층에서 흡수되지 못한 빛을 흡수하는 제2광흡수층이며, 상기 반도체층은 금속과의 접촉을 통해 형성된 쇼트키 장벽을 통해 금속에서 광흡수로 인해 형성된 핫 전자를 효율적으로 수집하는 역할을 한다.
The solar cell includes a nanodiode having a structure in which a metal is stacked on a semiconductor layer and a p / n type organic / inorganic semiconductor layer is laminated on the metal, wherein the p / n type organic / inorganic semiconductor layer absorbs light N type organic / inorganic semiconductor layer, and the metal is a second light-absorbing layer which absorbs light which is a rear electrode of the p / n type organic / inorganic semiconductor layer and is not absorbed by the p / n type organic / inorganic semiconductor layer, Serves to efficiently collect hot electrons formed due to light absorption in the metal through a Schottky barrier formed through contact with the metal.
본 발명의 탠덤(tandem)형 유기/무기 나노다이오드는 금속이 핫 전자의 생성을 증폭시키는 역할, 상기 금속 위에 적층된 p/n형 유기/무기 반도체층(제1광흡수층)의 후면 전극 역할, 상기 제1광흡수층에서 흡수되지 못한 빛을 다시 흡수하는 제2광흡수층으로서의 역할, 및 광흡수로 핫 전자를 생성시키는 역할을 동시에 수행하는 새로운 개념의 나노다이오드로, 이러한 나노다이오드로 구성된 태양전지는 에너지의 손실을 최소화하고 광에너지 전환 효율을 극대화시킬 수 있다.
The tandem organic / inorganic nano-diode of the present invention serves to amplify the generation of hot electrons by the metal, serves as a back electrode of the p / n type organic / inorganic semiconductor layer (first light absorption layer) A solar cell composed of such a nanodiode is a new concept of a nano-diode that simultaneously performs a role as a second light-absorbing layer for absorbing light that has not been absorbed by the first light-absorbing layer, and a role for generating hot electrons by absorbing light. Thereby minimizing energy loss and maximizing the conversion efficiency of light energy.
도 1은 본 발명의 탠덤형 유기/무기 나노다이오드를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 탠덤형 유기/무기 나노다이오드를 포함하는 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램에 관한 것으로 금속과 각각의 반도체층 사이에서의 효율적인 에너지 전환 과정을 나타낸 것이다.1 shows a tandem organic / inorganic nano-diode of the present invention.
FIG. 2 is an energy band diagram of a solar cell including a tandem organic / inorganic nano-diode according to the present invention, and shows an efficient energy conversion process between a metal and each semiconductor layer.
본 발명은 반도체층 위에 금속이 적층되고, 상기 금속 위에 p/n형 유기/무기 반도체층이 적층된 구조를 갖는 나노다이오드 및 상기 나노다이오드를 포함하는 태양전지를 제공하고자 한다.
The present invention provides a nanodiode having a structure in which a metal is stacked on a semiconductor layer and a p / n type organic / inorganic semiconductor layer is stacked on the metal, and a solar cell including the nanodiode.
본 발명에 따르는 나노다이오드 구조에서는 금속이 전면의 p/n형 유기/무기 반도체층(제1광흡수층)의 후면 전극 역할을 하면서 동시에 상기 제1광흡수층에서 흡수되지 못한 빛을 다시 흡수하는 제2광흡수층으로 이용된다. 이때, 후면 전극 아래에는 반도체층이 위치하게 되는데, 이러한 반도체층과 후면 전극인 금속 사이에서 만들어지는 쇼트키 장벽은 생성된 핫 전자를 효율적으로 수집되도록 한다. 뿐만 아니라 최종적으로는 그 반도체층 자체가 직접적으로 광흡수를 함으로써 본 발명에 따르는 나노다이오드 구조의 광흡수 전환 효율을 극대화시킬 수 있다.
In the nano-diode structure according to the present invention, the metal serves as a back electrode of the p / n type organic / inorganic semiconductor layer (first light absorbing layer) on the front surface, and at the same time, And is used as a light absorbing layer. At this time, a semiconductor layer is located under the rear electrode. The Schottky barrier formed between the semiconductor layer and the metal, which is the rear electrode, efficiently collects generated hot electrons. In addition, ultimately, the semiconductor layer itself directly absorbs light, thereby maximizing the light absorption conversion efficiency of the nano-diode structure according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 나노다이오드의 구조를 나타낸 도면으로, 상기 본 발명의 나노다이오드(100)는 반도체층(101) 위에 금속(102)이 적층되고, 상기 금속(102) 위에 p/n형 유기/무기 반도체층(103)이 적층된 구조를 갖는다.The nano-
상기 p/n형 유기/무기 반도체층(103)으로는 p/n형 유기 반도체층 또는 p/n형무기 반도체층이 사용될 수 있는데, p/n형 유기 반도체층으로는 현재 태양전지로 사용되는 재료, 예를 들면 MDMO-PPV, PPDFV, P3HT, PCPDTBT, F8T2, PDTSBT 및 PFDTBT로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 p형 유기 반도체층과 PCBM-60, mKMC60s, dKMC60s, PCBM-70, bis-PCBM 및 modified PCBMs로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 n형 유기 반도체층이 사용될 수 있다. 또한 p/n형 무기 반도체층으로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘카바이트(SiC), 카드뮴텔루르(CdTe) 카드뮴셀레나이드(CdSe), 갈륨포스페이트(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs) 및 갈륨나이트나이드(GaN)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
As the p / n type organic /
p/n형 유기/무기 반도체층(103)에서 생성된 여기 전자들은 금속(102)을 통해 수집되는데, 이때 금속(102)은 p/n형 유기/무기 반도체층 아래에 옴 접촉(Ohmic contact)을 통하여 전기적으로 연결되어 있기 때문에 후면 전극으로 이용될 수 있다. 또한, p/n형 유기/무기 반도체층(103)에서 흡수되지 못한 빛은 금속(102)을 통해 다시 한 번 흡수될 수 있다. The excited electrons generated in the p / n type organic /
즉, 상기 금속(102)은 후면 전극의 역할과 동시에 p/n형 유기/무기 반도체층(103)에서 흡수하지 못한 빛을 흡수하는 제2광흡수층 역할을 하며, 그러한 광흡수로 인한 에너지의 전달에 의해 핫 전자가 생성되는데, 핫 전자란 금속(102) 표면에서 1~3 eV의 에너지를 갖는 여기된 전자를 말한다. 상기 금속(102)의 형태와 크기를 조절함에 따라서 전기적인 연결을 이룰 수 있고 동시에 표면 플라즈몬을 생성할 수 있다. 표면 플라즈몬의 생성은 상기 금속(102)에서 광흡수 효율을 향상시키고 핫전자의 생성을 증폭 시킨다. That is, the
상기 금속(102)의 두께는 특별히 한정된 것은 아니나, 수 나노미터(nanometer)에서 수십 나노미터로 핫 전자의 평균 자유 행로(mean free path)에 상응하는 정도를 택할 수 있는데, 본 발명은 일례로 금속의 두께를 핫 전자의 검출을 용이하게 하기 위해 10 nm로 증착할 수 있다. Although the thickness of the
본 발명의 금속(102)은 연속 섬(continuous island)이 되면 빛이 입사했을 때 플라즈몬 효과를 얻을 수 있는데, 플라스몬 효과는 섬(island) 모양의 비활성 금속표면에 빛이 입사되었을 때 나타나는 현상으로 가시광선 영역의 빛을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있는 특징이 있다. 또한 p-파 광(p-wave light)은 s-파 광(s-wave light) 보다 최대 3배 정도 더 많이 흡수되는 현상을 보인다. When the
상기 금속(102)은 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 금(Au), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.The
상기 금속(102)은 표면 플라즈몬 효과를 강하게 생성하는 금속으로, 일례로 금속 중 백금(Pt)의 경우 표면 플라즈몬 생성이 약하여 핫 전자를 증폭시키는 효과가 약하나, 본 발명의 금속인 금(Au), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 구리(Cu)는 증폭효과가 강하다. 또한, 표면 플라즈몬 공명은 금속의 종류나 크기, 모양에 따라 광흡수 파장을 조절할 수 있는 장점이 있다. 금속의 크기, 모양 등을 조절하여 얻어진 형태로서 본 발명에 바람직한 것으로는 나노구조물의 형태로써, 표면이 나노구조물화된 박막 금속, 금속 나노선, 금속 나노섬 및 유기염료-나노금속복합체 등을 포함한다.The
유기염료-나노금속복합체의 경우, 금속 위에 염료층의 형성은 광에 더욱 민감하게 만들고 이에 따라 보다 효과적으로 광을 흡수할 수 있도록 할 수 있다. 염료가 금속(102)에 증착되었을 때 염료에 의해서 보다 많은 빛을 흡수하여 금속구조물의 핫 전자의 생성을 더욱 용이하게 만들게 되고, 높은 효율을 얻을 수 있다. 상기 염료는 그 종류에 있어서 특별히 한정된 것은 아니며, 일례로 메르브로민(Merbromin)이나 로다민(Rhodamine) G 또는 6G 가 사용될 수 있다.In the case of organic dye-nano-metal composites, the formation of a dye layer on the metal can make it more sensitive to light and thus more efficiently absorb light. When the dye is deposited on the metal (102), more light is absorbed by the dye, making it easier to generate hot electrons in the metal structure, and high efficiency can be obtained. The dye is not particularly limited in its kind, and for example, Merbromin or Rhodamine G or 6G may be used.
상기 기술한 바와 같이, 금속(102)이 옴 접촉(Ohmic contact)을 통해 p/n형 유기/무기 반도체층(103)과 전기적으로 연결되는 특성으로 인해 후면 전극의 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 광흡수층의 역할도 하면서 동시에 핫 전자의 생성 및 이용을 가능하게 하는 점은 본 발명에서의 가장 큰 특징 중 하나라 할 수 있다.
As described above, since the
금속(102)에서 생성된 핫 전자를 효율적으로 수집하고 최종적으로 빠져나가는 빛의 손실을 줄이기 위해 금속 나노구조물 아래에 반도체층(101)이 위치하게 되는데, 상기 반도체층(101)은 금속(102)에서 생성된 핫 전자를 수집하는 역할을 한다. 즉, 상기 금속(102)과 반도체층(101)의 접합부에는 일함수 차이로 인해 에너지 장벽이 형성되는데 이 에너지 장벽을 쇼트키 장벽이라고 하며, 상기 쇼트키 장벽을 넘는 핫 전자가 반도체층(101)을 통해 수집된다. The
이 반도체층(101)으로는 목적에 따라 다양한 밴드갭을 가진 반도체가 사용될 수 있는데, 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 산화물 반도체, 4족 반도체 및 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 반도체층(101)을 이루는 반도체로 TiO2, CeO2, ZnO 등의 산화물 반도체, Si, Ge, SiC 등의 4족 반도체, 또는 CdSe, GaP, GaN 등의 화합물 반도체물질이 사용될 수 있다.
As the
도 2는 탠덤형 유기/무기 핫 전자 태양전지의 에너지 밴드 다이아그램을 나타낸 것으로 에너지 흡수 채널을 보여주고 있다. 1번의 여기 전자 생성 채널을 보면, p/n형 유기/무기 반도체층에서 p형과 n형 접합부에서 광흡수에 의해 여기된 전자-홀 쌍이 분리되어 전자는 n형의 유기/무기 반도체로 이동을 한다. 금속 전극과의 접합부에서는 여기된 전자의 효율적인 수집을 위해 옴 접촉(Ohmic contact)이 이루어지며 이를 통해 여기된 전자는 효율적으로 금속 전극으로 수집된다. 2 shows an energy band diagram of a tandem organic / inorganic hot electron solar cell, which shows an energy absorption channel. In the excitation electron generation channel No. 1, the electron-hole pairs excited by the light absorption in the p-type and n-type junctions in the p / n-type organic / inorganic semiconductor layer are separated and electrons are transferred to the n- do. At the junction with the metal electrode, an ohmic contact is made to efficiently collect the excited electrons, and the excited electrons are efficiently collected into the metal electrode.
p/n형 유기/무기 반도체층에서 흡수되지 않은 빛은 다시 금속에 흡수된다. 이 광흡수 채널이 도 2의 2번 핫 전자 여기 과정으로, 이 과정에서의 광흡수 향상을 위해 금속은 나노구조물의 형태 또는 유기염료-나노구조복합체 형태로 만들어진다. 이러한 형태는 표면 플라즈몬에 의해 광흡수 효율을 증폭시킬 수 있다. 금속에서 생성된 핫 전자는 반도체층과 접촉을 통해 형성된 쇼트키 장벽을 통해 반도체 층으로 수집된다. 최종적으로 빠져나가는 빛은 마지막 반도체층에 의해 흡수될 수 있다. 도 2의 3번 여기 전자 생성 채널이 그러한 광흡수 과정을 설명해 주고 있다.Light not absorbed by the p / n type organic / inorganic semiconductor layer is again absorbed by the metal. This light absorption channel is the second hot electron excitation process of FIG. 2. In order to improve light absorption in this process, the metal is formed in the form of a nanostructure or an organic dye-nanostructure complex. This form can amplify the light absorption efficiency by the surface plasmons. Hot electrons generated from the metal are collected into the semiconductor layer through a Schottky barrier formed through contact with the semiconductor layer. The finally exiting light can be absorbed by the last semiconductor layer. The excitation electron generation channel No. 3 in FIG. 2 explains such a light absorption process.
1~3번 광흡수 과정에서의 여기 전자 생성 채널에 의해 입사되는 빛은 효율적으로 단계별 흡수되기 때문에 에너지 손실을 최소화할 수 있고, 광흡수를 극대화시킬 수 있게 된다.
The light incident by the excitation electron generation channel in the first to third light absorption processes is efficiently absorbed in stages so that the energy loss can be minimized and the light absorption can be maximized.
100: 탠덤(tandem)형 유기/무기 나노다이오드
101: 반도체층
102: 금속
103: p/n형 유기/무기 반도체층
104: 유리기판100: tandem type organic / inorganic nano-diode
101: semiconductor layer
102: metal
103: p / n type organic / inorganic semiconductor layer
104: glass substrate
Claims (8)
And a p-type organic / inorganic semiconductor layer stacked on the metal. The metal is used as a light absorption layer to generate hot electrons through the generation of surface plasmons. And amplifying the nano-diode.
상기 금속은 p/n형 유기/무기 반도체층 아래에 옴 접촉(Ohmic contact)을 통하여 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 금속에서 생성된 핫 전자는 하부의 반도체층과 접촉을 통해 형성된 쇼트키 장벽을 통해 반도체 층으로 수집되는 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
The metal is electrically connected through ohmic contact under the p / n type organic / inorganic semiconductor layer, and hot electrons generated from the metal pass through a Schottky barrier formed through contact with the underlying semiconductor layer Lt; RTI ID = 0.0 > semiconductor < / RTI > layer.
상기 금속은 표면이 나노구조물화된 박막금속, 금속나노섬, 금속나노선 및 유기염료-나노금속복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the metal is any one selected from the group consisting of a thin metal film whose surface is a nanostructured metal, a metal nano-island, a metal nanowire, and an organic dye-nano metal complex.
상기 금속은 금(Au), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the metal is any one selected from the group consisting of gold (Au), aluminum (Al), silver (Ag), and copper (Cu).
상기 p/n형 유기/무기 반도체층은 MDMO-PPV, PPDFV, P3HT, PCPDTBT, F8T2, PDTSBT 및 PFDTBT로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 p형 유기 반도체층과 PCBM-60, mKMC60s, dKMC60s, PCBM-70, bis-PCBM 및 modified PCBMs로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 n형 유기 반도체층으로 구성되는 p/n형 유기 반도체층이거나, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘카바이트(SiC), 카드뮴텔루르(CdTe) 카드뮴셀레나이드(CdSe), 갈륨포스페이트(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs) 및 갈륨나이트나이드(GaN)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 p/n형 무기 반도체층인 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
The p / n type organic / inorganic semiconductor layer may include any one selected from the group consisting of MDMO-PPV, PPDFV, P3HT, PCPDTBT, F8T2, PDTSBT and PFDTBT, and PCBM-60, mKMC60s, dKMC60s, PCBM- N-type organic semiconductor layer composed of any one of n-type organic semiconductor layers selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), cadmium N type inorganic semiconductor layer selected from the group consisting of tellurium (CdTe) cadmium selenide (CdSe), gallium phosphate (GaP), gallium arsenide (GaAs) and gallium nitride (GaN) Nanodiode.
상기 반도체층의 반도체는 산화물 반도체, 4족 반도체 및 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor of the semiconductor layer is any one selected from the group consisting of an oxide semiconductor, a quaternary semiconductor, and a compound semiconductor.
상기 반도체층은 티타늄디옥사이드(TiO2), 세리움옥사이드(CeO2), 나이오븀옥사이드(NbO2), 카드뮴텔루르(CdTe), 갈륨아세나이드(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘카바이트(SiC), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 갈륨포스페이트(GaP) 및 갈륨나이트나이드(GaN)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노다이오드.
The method according to claim 1,
The semiconductor layer may include at least one selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), niobium oxide (NbO 2 ), cadmium tellurium (CdTe), gallium arsenide (GaAs) (GaN), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), cadmium selenide (CdSe), gallium phosphate (GaP) and gallium nitride (GaN).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120067369A KR101430937B1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120067369A KR101430937B1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140003682A KR20140003682A (en) | 2014-01-10 |
| KR101430937B1 true KR101430937B1 (en) | 2014-08-19 |
Family
ID=50139997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120067369A KR101430937B1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101430937B1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101598779B1 (en) | 2014-10-21 | 2016-03-02 | 기초과학연구원 | Graphene Hot electron Nano-diode |
| KR101629690B1 (en) | 2014-10-30 | 2016-06-13 | 기초과학연구원 | Hot Electron Energy Device using MetalInsulatorMetal structure |
| KR102467133B1 (en) | 2017-12-07 | 2022-11-16 | 기초과학연구원 | Three dimensional hot electron energy device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009246025A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Solar cell and manufacturing method thereof |
-
2012
- 2012-06-22 KR KR1020120067369A patent/KR101430937B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009246025A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Solar cell and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140003682A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Photon management to reduce energy loss in perovskite solar cells | |
| EP2396818B1 (en) | Optical device with non-radiative energy transfer | |
| US9263600B2 (en) | Silicon nanoparticle photovoltaic devices | |
| Sethi et al. | Use of nanotechnology in solar PV cell | |
| US20200328366A1 (en) | High absorption, photo induced resonance energy transfer electromagnetic energy collector | |
| US20150053261A1 (en) | Solar cell | |
| TW201001726A (en) | Techniques for enhancing efficiency of photovoltaic devices using high-aspect-ratio nanostructures | |
| Dimova-Malinovska | The state-of-the-art and future development of the photovoltaic technologies–the route from crystalline to nanostructured and new emerging materials | |
| KR101430937B1 (en) | Tandem organic/inorganic nanodiode and solar cell using the same | |
| Zhang et al. | Development of inorganic solar cells by nano-technology | |
| KR101340573B1 (en) | Stacked metal-semiconductor nanodiode and solar cell using the same | |
| US20110168257A1 (en) | Solar Cell Structure | |
| KR20120010920A (en) | Thin film solar cell and method of fabricating the same | |
| KR20120010919A (en) | Thin film solar cell | |
| KR20090019609A (en) | High efficient solar cell including nano particle layer and fabrication method thereof | |
| KR101237282B1 (en) | Hot electron based metal semiconductor nanodiode solar cells | |
| WO2015076300A1 (en) | Photoelectric conversion layer and photoelectric conversion device | |
| KR101474280B1 (en) | Stacked semiconductor-metal-semiconductor nanodiode and solar cell using the same | |
| Goodnick et al. | Solar cells | |
| KR102507617B1 (en) | Substrate for UV photodetector comprising plasmonic hybrid nanoparticles, titanium dioxide and graphene quantum dots and hybrid UV photodetector using the same | |
| Deshpande et al. | Review of hybrid solar cells based on CdSe and TiO2 materials | |
| KR101303863B1 (en) | Solar cell using nano-structure and manufacturing method thereof | |
| Shiyani et al. | Plasmonic Solar Cells | |
| Tanaka et al. | Plasmon effect in Si solar cells coated with a thin Polymer film containing silver or gold nanoparticles | |
| KR101629690B1 (en) | Hot Electron Energy Device using MetalInsulatorMetal structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170725 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180725 Year of fee payment: 5 |