KR102068871B1 - 유무기 복합 태양전지 - Google Patents
유무기 복합 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102068871B1 KR102068871B1 KR1020160089317A KR20160089317A KR102068871B1 KR 102068871 B1 KR102068871 B1 KR 102068871B1 KR 1020160089317 A KR1020160089317 A KR 1020160089317A KR 20160089317 A KR20160089317 A KR 20160089317A KR 102068871 B1 KR102068871 B1 KR 102068871B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- light absorbing
- absorbing layer
- organic
- phase transition
- Prior art date
Links
- 229910021432 inorganic complex Inorganic materials 0.000 title 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 79
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 76
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 38
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 19
- -1 halogen ion Chemical group 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 256
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 6
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- UUIMDJFBHNDZOW-UHFFFAOYSA-N 2-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=CC=N1 UUIMDJFBHNDZOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 2-butylpyridine Chemical group CCCCC1=CC=CC=N1 ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-M 4-ethenylbenzenesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC=C(C=C)C=C1 MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 229920001893 acrylonitrile styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- FZHSXDYFFIMBIB-UHFFFAOYSA-L diiodolead;methanamine Chemical compound NC.I[Pb]I FZHSXDYFFIMBIB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N prop-2-enenitrile;styrene Chemical compound C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
- H01G9/2018—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte characterised by the ionic charge transport species, e.g. redox shuttles
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on thermo-optic effects
-
- H01L51/422—
-
- H01L51/4226—
-
- H01L51/4253—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
- H10K30/211—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions comprising multiple junctions, e.g. double 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
- H10K85/624—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing six or more rings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
- H10K85/633—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising polycyclic condensed aromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
-
- 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
- Y02E10/542—Dye sensitized solar 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 명세서는 (a) 제1 전극; (b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층; (c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층; (d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층; (e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층; (f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고, 상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 유-무기 복합 태양전지에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.
유-무기 복합 페로브스카이트 물질은 흡광계수가 높고, 용액 공정을 통해 쉽게 합성이 가능한 특성 때문에 최근에 유-무기 복합 태양전지 광흡수 물질로서 각광 받고 있다.
일반적으로, 유-무기 복합 태양전지에 사용되는 흡수층 구성은 AMX3 성분을 기본 구조로 단일 양이온, 금속 이온 및 할로겐 이온으로 구성되나, 이 경우 낮은 효율 및 수분 등의 취약성에 기인하는 안정성 문제가 있다.
특히, 대표적으로 사용되는 단일 양이온으로 형성된 페로브스카이트의 경우, 구동 온도 혹은 그 이하의 온도에서 상전이에 따른 격자 이격으로 인하여 안정성 저하 및 성상 변화의 문제점이 있다. 이는 구동 혹은 통상 보관상태에서도 쉽게 다른 상으로 전이가 되어 페로브스카이트가 아닌 다른 결정으로 전환되어, 본래의 태양전지 특성이 저하되거나 잃게 되는 문제점이 있다.
본 명세서는 안정성 및 에너지 변환 효율이 우수한 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 (a) 제1 전극;
(b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
(c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
(d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
(e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
(f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
(g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고,
상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 기저층의 결정구조가 상부층 결정의 바인더 역할을 함으로써 온도변화에 의한 격자 이격 현상을 억제하여 소자의 안정성이 상승하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 계면특성이 향상되어 전류 밀도 및 에너지 변환 효율이 상승하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 넓은 광스펙트럼을 흡수할 수 있어, 광 에너지 흡수가 증가하여, 에너지 변환 효율이 상승하는 효과가 있다.
도 1 및 2는 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 비교예에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 48시간 후를 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서의 비교예에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 48시간 후를 나타낸 것이다.
이하 본 명세서를 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접하여 있는 경우뿐만 아니라, 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지는 (a) 제1 전극;
(b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
(c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
(d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
(e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
(f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
(g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하며,
상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층과 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층은 서로 동일한층이 아니며, 예컨대, 상기 (b)가 전자수송층일 경우 상기 (f)는 정공수송층이고, 상기 (b)가 정공수송층일 경우 상기 (f)는 전자수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
AMX3
상기 화학식 1에 있어서,
A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X는 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서 상기 제2 광흡수층은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 2]
RM'X'3
[화학식 3]
R'yR''(1-y)M' X'zX''(3-z)
상기 화학식 2 또는 3에 있어서,
R' 및 R''은 서로 상이하고, R, R', R''은 각각 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M'은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
X'및 X''은 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이고,
0<y<1이며,
0<z<3이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함한다.
[화학식 4]
EM''X'''3
상기 화학식 4에 있어서,
E는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M''은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X'''은 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상이다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 내지 80℃일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우 상전이 온도는 0℃ 내지 40℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우 상전이 온도는 20℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상기 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 화학식 2 또는 화학식 3의 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성하는 것은 RM'X'3, R'M'X'3 또는 R''M'X'3 구조의 페로브스카이트가 형성된 것을 의미한다.
예컨대, 제2 광흡수층이 R'M'X'3 구조의 페로브스카이트를 포함할 경우, 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상이다. 구체적으로 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 내지 80℃일 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높다. 구체적으로, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높다. 구체적으로, 상기 제2 광흡수층이 상기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 이상 높을 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 20℃ 내지 50℃ 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 화학식 3의 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 것을 포함하는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층이 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함할 경우, 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 단일 양이온을 포함한다. 본 명세서에 있어서 단일 양이온이란, 한 종류의 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 1에 있어서 A로 한 종류의 1가 양이온만 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 1의 A는 CnH2n + 1NH3 + 이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 단일 양이온을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 있어서 상기 화학식 2의 R는 HC(NH2)2 + 일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 페로브스카이트 구조의 화합물은 복합 양이온을 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서 복합 양이온이란, 두 종류 이상의 양이온을 사용한 것을 의미한다. 즉, 화학식 3에 있어서 R'및 R''으로 각각 서로 상이한 1가 양이온이 선택된 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 3의 R'은 CnH2n+1NH3 +, R''은 HC(NH2)2 +이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 M, M'및 M''은 Pb2 +일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층, 제2 광흡수층 및 제3 광흡수층은 모두 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함하고, 상기 제2 광흡수층은 복합 양이온 페로브스카이트 구조를 포함하며, 상기 제3 광흡수층은 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3이며, 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3(methylammonium lead iodide, MAPbI3)이고, 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3(formamidinium lead iodide, FAPbI3)이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며, 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수이며, 0<y<1일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, n은 1 내지 9의 정수이며, 0<y<1일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 광흡수층은 CH3NH3PbI3이고, 제2 광흡수층은 (CH3NH3)0.3 (HC(NH2)2)0. 7PbI3이며, 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3일 수 있다.
일반적으로, 단일층으로 구성된 광흡수층의 경우 온도의존성이 큰 상전이에 따른 격자 이격으로 인하여 안정성이 저하 및 성상 변화의 문제점이 있다. 본 명세서는 3층 구조의 광흡수층이면서도, 제1 광흡수층 및 제2 광흡수층의 상전이 온도가 서로 상이하고, 제2 광흡수층과 제3 광흡수층의 상전이 온도가 서로 상이함으로써 상전이에 의한 격자 이격이 발생하지 않는 효과가 있다. 따라서, 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 제1 광흡수층으로 CH3NH3PbI3, 제2 광흡수층으로 HC(NH2)2PbI3 또는 (CH3NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3, 및 제3 광흡수층으로 CH3NH3PbI3 를 사용하여 광흡수층을 삼중층으로 형성함으로써, 광흡수층으로 MAPbI3 단독층만 사용하는 경우에 비해 약 770nm 내지 810nm 영역의 흡광도가 증가되며, 이로 인해 광 에너지 흡수를 늘려 단락전류를 늘리고, 에너지 변환 효율이 상승하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, HC(NH2)2PbI3층을 단독층으로 사용한 경우에 비해 HC(NH2)2PbI3층과 전하수송층과의 에너지 준위 차이를 감소시켜, 개방전압 향상 및 전하 추출 능력이 향상되어 유-무기 복합 태양전지의 에너지변환효율 및 안정성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 열처리 공정에 기인하는 HC(NH2)2PbI3 표면 결함(vacancy)에 의한 전류-전압 이상특성을 제3 광흡수층이 표면 결함(vacancy)를 채워줌으로 인하여 이후 형성하는 인접 전하수송층과의 계면 결합 특성을 개선하는 효과가 있다.
본 명세서에 잇어서, 전하수송층은 전자수송층 또는 정공수송층을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상전이 온도는 어떤 결정상에서 다른 결정상으로 내부 구성 원자 혹은 이온의 배치가 바뀌는 온도를 의미한다. 예컨대, CH3NH3PbI3의 상전이 온도는 CH3NH3PbI3가 입방(cubic)구조에서 정방정계(tetragonal)구조로 변하는 온도를 의미할 수 있다. 이 경우 CH3NH3PbI3의 상전이 온도는 약 54℃이다. 또 다른 예로, HC(NH2)2PbI3가 삼방정계(Trigonal)구조에서 육방정계(Hexagonal)구조로 변하는 온도를 상전이 온도로 정의할 수 있다. 이 경우, HC(NH2)2PbI3의 상전이 온도는 약 20℃이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm이다. 이 경우, 제1 광흡수층이 공통층과의 에너지 준위 조정 및 제2 광흡수층의 기저층으로 작용하는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 공통층은 전자수송층 또는 정공수송층을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 제1 광흡수층의 두께는 제1 광흡수층이 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층에 접하는 표면과, 제1 광흡수층이 제2 광흡수층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 광흡수층의 두께는 1nm 내지 600nm이다. 이 경우, 제2 광흡수층이 주 광흡수층으로의 작용 및 제1 광흡수층의 표면결함을 감소시켜주는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 제2 광흡수층의 두께는 제2 광흡수층이 제1 광흡수층에 접하는 표면과, 제2 광흡수층이 제3 광흡수층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제3 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm이다. 이 경우, 제3 광흡수층이 제2 광흡수층의 표면결함을 감소시켜줌으로써 전자수송층과의 계면특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서 제3 광흡수층의 두께는 제3 광흡수층이 제2 광흡수층에 접하는 표면과, 제3 광흡수층이 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층에 접하는 표면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 광흡수층은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 방법을 통하여 형성될 수 있다.
본 명세서에 있어서 광흡수층은, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층 및 제3 광흡수층 중 적어도 하나 또는 모두를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 제1 전극의 하부에 구비될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판, 제1 전극, 전자수송층, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층, 제3 광흡수층, 정공수송층 및 제2 전극이 순차적으로 구비될 수 있다. 도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시하였다. 구체적으로 도 1은 기판(101) 상에 제1 전극(102)이 구비되고, 제1 전극(102) 상에 전자수송층(103)이 구비되고, 전자수송층(103) 상에 제1 광흡수층(104)이 구비되고, 제1 광흡수층(104) 상에 제2 광흡수층(105)이 구비되고, 제2 광흡수층(105) 상에 제3 광흡수층(106)이 구비되고, 제3 광흡수층(106) 상에 정공수송층(107)이 구비되고, 정공수송층(107) 상에 제2 전극(108)이 구비된 유-무기 복합 태양전지 구조를 예시한 것이다. 본 명세서에 따른 유-무기 복합 태양전지는 도 1의 적층 구조에 한정되지 않으며, 추가의 부재가 더 포함될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 기판, 제1 전극, 정공수송층, 제1 광흡수층, 제2 광흡수층, 제3 광흡수층, 전자수송층 및 제2 전극이 순차적으로 구비될 수 있다. 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 구조를 예시하였다. 구체적으로 도 2는 기판(101) 상에 제1 전극(102)이 구비되고, 제1 전극(102) 상에 정공수송층(107)이 구비되고, 정공수송층(107) 상에 제1 광흡수층(104)이 구비되고, 제1 광흡수층(104) 상에 제2 광흡수층(105)이 구비되고, 제2 광흡수층(105) 상에 제3 광흡수층(106)이 구비되고, 제3 광흡수층(106) 상에 전자수송층(103)이 구비되고, 전자수송층(103) 상에 제2 전극(108)이 구비된 유-무기 복합 태양전지 구조를 예시한 것이다. 본 명세서에 따른 유-무기 복합 태양전지는 도 2의 적층 구조에 한정되지 않으며, 추가의 부재가 더 포함될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 기판을 사용할 수 있다. 구체적으로, 유리 기판, 박막유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌테라프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyehtylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone) 및 폴리이미드(polyimide) 등의 필름이 단층 또는 복층의 형태로 포함될 수 있다. 다만, 상기 기판은 이에 한정되지 않으며, 유-무기 복합 태양전지에 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 전극이고, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극을 경유하여 빛을 흡수하는 것일 수 있다.
상기 제1 전극이 투명 전극인 경우, 상기 제1 전극은 인듐주석산화물(indium-tin oxide, ITO), 인듐아연산화물(IZO) 또는 불소함유 산화주석(flourine-doped tin oxide, FTO)등과 같은 전도성 산화물일 수 있다. 나아가, 상기 제1 전극은 반투명전극일 수도 있다 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, 은(Ag), 금(Au), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금 같은 반투명 금속으로 제조될 수 있다. 반투명 금속이 제1 전극으로 사용되는 경우, 상기 유-무기 복합 태양전지는 미세공동구조를 가질 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전극이 투명 전도성 산화물층인 경우 상기 전극은 유리 및 석영판 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthelate, PEN), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene, POM), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 및 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다.
구체적으로, 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO), 플루오린이 도핑된 틴 옥사이드(fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zinc oxide, AZO), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO(antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 칼슘(Ca) 및 사마륨(Sm)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조일 수 있다. 본 명세서 따른 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지가 n-i-p 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), MoO3/Au, MoO3/Ag MoO3/Al, V2O5/Au, V2O5/Ag, V2O5/Al, WO3/Au, WO3/Ag 또는 WO3/Al을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, n-i-p 구조는 제1 전극, 전자수송층, 광흡수층, 정공수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지가 p-i-n 구조일 수 있다. 본 명세서의 따른 유-무기 복합 태양전지가 p-i-n 구조인 경우, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다.
본 명세서에 있어서, p-i-n 구조는 제1 전극, 정공수송층, 광흡수층, 전자수송층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유-무기 복합 태양전지는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 추가의 층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가의 층은 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광흡수층으로 효율적으로 전달시킴으로써 생선되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 구체적으로, Ti 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, In 산화물, SrTi 산화물 및 이들의 복합물 중에서 1 또는 2 이상 선택된 것이 사용 가능하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 도핑을 이용하여 전하의 특성을 개선할 수 있으며, 플러렌 유도체 등을 이용하여 표면을 개질할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다.
상기 제3 광흡수층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 등의 방법을 통해 도입될 수 있다.
상기 정공수송층은 터셔리부틸피리딘(tertiary butyl pyridine, tBP), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiTFSI), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS] 등을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예
1.
산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40Ω/sq)을 아세톤 및 이소프로필알콜(isopropyl alchol, IPA)로 순차적으로 초음파세정기를 이용하여 1시간씩 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 150℃에서 30분간 열처리하는 과정을 3회 반복하여 TiO2(이하 전자수송층)가 코팅된 ITO 기판을 제조하였다.
1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅하였다. 그 후 10mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 10분간 열처리함으로써 제1 광흡수층을 형성하였다.
그 후 (HC(NH2)2)I 40mg을 소분한 후 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액 200μl를 상기 제1 광흡수층 상부에 스핀 코팅하고, 100℃에서 30분간 열처리 하여 제2 광흡수층을 형성하였다.
제2 광흡수층 상에 1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드에 용해시켜 형성한 황색 용액을 스핀 코팅하였다. 그 후 10mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 30분간 열처리함으로써 제3 광흡수층을 형성하였다.
상기 제3 광흡수층 상에 80mg의 spiro-OMeTAD(2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene), 28.5μl의 터트-부틸피리딘(tert-butylpyridine, tBP) 및 17.5μl의 LiTFSI를 혼합한 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액을 1ml의 클로로벤젠(chlorobenzene)에 혼합한 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 LiTFSI는 520mg/mL의 농도로 아세토나이트릴에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.
상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr의 압력에서 150nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.
실시예
2.
제2 광흡수층을 형성하기 위하여, (HC(NH2)2)I 및 CH3NH3I를 0.7:0.3의 몰비로 혼합한 후 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액 200μl를 제1 광흡수층 상부에 스핀 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1의 제조방법과 동일한 방법으로 유-무기 복합 태양전지를 제조하였다.
비교예
1.
산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)이 코팅된 유기 기판(40Ω/sq)을 아세톤 및 이소프로필알콜(isopropyl alchol, IPA)로 순차적으로 초음파세정기를 이용하여 1시간씩 세척하였다. 상기 ITO 기판 상에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 150℃에서 30분간 열처리하는 과정을 3회 반복하여 TiO2(이하 전자수송층)가 코팅된 ITO 기판을 제조하였다.
1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅하였다. 그 후 40mg의 CH3NH3I(MAI)를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅하고, 100℃에서 10분간 열처리함으로써 광흡수층을 형성하였다.
상기 광흡수층 상에 80mg의 spiro-OMeTAD(2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene), 28.5μl의 터트-부틸피리딘(tert-butylpyridine, tBP) 및 17.5μl의 LiTFSI를 혼합한 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액을 1ml의 클로로벤젠(chlorobenzene)에 혼합한 용액을 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 LiTFSI는 520mg/mL의 농도로 아세토나이트릴에 녹인 후 용액상태로 첨가하였다.
상기 정공수송층 상에 은(Ag)을 10-8 torr의 압력에서 150nm의 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써 유-무기 복합 태양전지를 완성하였다.
비교예
2.
광흡수층을 형성하기 위하여, 1mM의 요오드화납(PbI2)(순도 99%, Sigma Aldrich사)을 1ml의 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF)에 용해시켜 형성한 황색 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀 코팅한 후, 72mg의 (HC(NH2)2)I를 1ml의 이소프로필알콜에 녹여 형성한 용액을 스핀 코팅한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 유-무기 복합 태양전지를 제조하였다.
표 1에는 본 명세서의 실시상태에 따른 유-무기 복합 태양전지의 성능을 나타내었으며, 도 4는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내었다.
PCE (%) |
Jsc (mA/cm2) |
Voc (V) |
FF (%) |
|
실시예 1 | 15.9 | 20.8 | 1.13 | 67.6 |
실시예 2 | 19.0 | 23.7 | 1.12 | 71.5 |
비교예 1 | 14.4 | 18.5 | 1.09 | 71.3 |
비교예 2 | 2.8 | 19.6 | 0.748 | 18.9 |
표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.
도 5에는 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유-무기 복합 태양전지를 질소분위기하에서 48시간 보관한 후를 나타내었다. 실시예 1 및 2에 따른 유-무기 복합 태양전지는 시간이 지나도 변화가 없는 반면에, 비교예 1 및 2에 따른 유-무기 복합 태양전지는 48시간이 지난 후 성상변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
101: 기판
102: 제1 전극
103: 전자수송층
104: 제1 광흡수층
105: 제2 광흡수층
106: 제3 광흡수층
107: 정공수송층
108: 제2 전극
102: 제1 전극
103: 전자수송층
104: 제1 광흡수층
105: 제2 광흡수층
106: 제3 광흡수층
107: 정공수송층
108: 제2 전극
Claims (18)
- (a) 제1 전극;
(b) 상기 제1 전극 상에 구비된 전자수송층 또는 정공수송층;
(c) 상기 (b)의 전자수송층 또는 정공수송층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제1 광흡수층;
(d) 상기 제1 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제2 광흡수층;
(e) 상기 제2 광흡수층 상에 구비된 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 제3 광흡수층;
(f) 상기 제3 광흡수층 상에 구비된 정공수송층 또는 전자수송층; 및
(g) 상기 (f)의 정공수송층 또는 전자수송층 상에 구비된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 광흡수층과 상기 제2 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이하고,
상기 제2 광흡수층과 상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 서로 상이한 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
[화학식 1]
AMX3
상기 화학식 1에 있어서,
A는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X는 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 광흡수층은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
[화학식 2]
RM'X'3
[화학식 3]
R'yR''(1-y)M' X'zX''(3-z)
상기 화학식 2 또는 3에 있어서,
R' 및 R''은 서로 상이하고, R, R', R''은 각각 CnH2n+1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M'은 Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+ 에서 선택되는 2가의 금속 이온이고,
X'및 X''은 할로겐 이온이며,
n은 1 내지 9의 정수이고,
0<y<1이며,
0<z<3이다. - 청구항 1에 있어서,
상기 제3 광흡수층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 유-무기 복합 태양전지:
[화학식 4]
EM''X'''3
상기 화학식 4에 있어서,
E는 CnH2n + 1NH3 +, NH4 +, HC(NH2)2 +, Cs+, NF4 +, NCl4 +, PF4 +, PCl4 +, CH3PH3 +, CH3AsH3 +, CH3SbH3 +, PH4 +, AsH4 + 및 SbH4 +에서 선택되는 1가의 양이온이며,
M''은 Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Cr2 +, Pd2 +, Cd2 +, Ge2 +, Sn2 +, Pb2 + 및 Yb2 + 에서 선택되는 2가의 금속 이온이며,
X'''은 할로겐 이온이고,
n은 1 내지 9의 정수이다. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 R, R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성할 경우, 상전이 온도는 -40℃ 내지 40℃인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 40℃ 이상인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 광흡수층은 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 광흡수층은 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
상기 제1 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 광흡수층은 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 제2 광흡수층의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 광흡수층은 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하고,
상기 제3 광흡수층의 상전이 온도는 상기 R' 및 R''이 각각 단일 양이온 페로브스카이트 구조를 형성한 경우의 상전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm 인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 광흡수층의 두께는 1nm 내지 600nm 인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제3 광흡수층의 두께는 1nm 내지 100nm 인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3 이고,
상기 제2 광흡수층은 HC(NH2)2PbI3이며,
상기 제3 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고,
n은 1 내지 9의 정수인 유-무기 복합 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 광흡수층은 CnH2n + 1NH3PbI3이고,
상기 제2 광흡수층은 (CnH2n + 1NH3)y (HC(NH2)2)(1-y)PbI3이며,
상기 제3 광흡수층은 CH3NH3PbI3 이고,
n은 1 내지 9의 정수이며,
0<y<1인 유-무기 복합 태양전지.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160089317A KR102068871B1 (ko) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | 유무기 복합 태양전지 |
PCT/KR2017/007353 WO2018012825A1 (ko) | 2016-07-14 | 2017-07-10 | 유무기 복합 태양전지 |
EP17818024.6A EP3306691B1 (en) | 2016-07-14 | 2017-07-10 | Organic-inorganic composite solar cell |
US15/745,557 US10636580B2 (en) | 2016-07-14 | 2017-07-10 | Organic-inorganic hybrid solar cell |
CN201780002434.7A CN107851720B (zh) | 2016-07-14 | 2017-07-10 | 有机-无机混合太阳能电池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160089317A KR102068871B1 (ko) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | 유무기 복합 태양전지 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180007867A KR20180007867A (ko) | 2018-01-24 |
KR102068871B1 true KR102068871B1 (ko) | 2020-01-21 |
Family
ID=60952605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160089317A KR102068871B1 (ko) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | 유무기 복합 태양전지 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10636580B2 (ko) |
EP (1) | EP3306691B1 (ko) |
KR (1) | KR102068871B1 (ko) |
CN (1) | CN107851720B (ko) |
WO (1) | WO2018012825A1 (ko) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190110268A (ko) | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 주식회사 엘지화학 | 유-무기 복합 태양전지 |
JP7035205B2 (ja) * | 2019-03-19 | 2022-03-14 | 株式会社東芝 | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
KR102222618B1 (ko) * | 2019-05-03 | 2021-03-05 | 울산과학기술원 | 스퍼터링 손상 완화층을 포함하는 광전 소자 및 이의 제조방법 |
KR102681964B1 (ko) * | 2019-06-17 | 2024-07-04 | 주식회사 엘지화학 | 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지의 제조방법 |
EP3991220A4 (en) * | 2019-06-28 | 2023-07-19 | The Regents of the University of California | STRESS MANIPULATION AND EPITACTIC STABILIZATION OF HALOGEN PEROVSKITES |
KR102227526B1 (ko) * | 2019-09-19 | 2021-03-12 | 한국과학기술연구원 | 복층 구조의 페로브스카이트 및 그 제조방법 |
CN113178521A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-27 | 南京大学 | 一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计 |
CN113651971B (zh) * | 2021-09-13 | 2022-05-17 | 吉林大学 | 一种多钼氧簇材料及其制备方法和应用、太阳能电池和有机发光二极管 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3717640A1 (de) | 1987-05-26 | 1988-12-15 | Wolff Walsrode Ag | Bohrspuelungssystem |
CN105210204A (zh) | 2012-12-20 | 2015-12-30 | 耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展有限公司 | 钙钛矿肖特基型太阳能电池 |
KR101461641B1 (ko) * | 2013-01-10 | 2014-12-05 | 한국화학연구원 | 내구성과 고성능의 무유기 하이브리드 태양전지 |
AU2014264719B2 (en) | 2013-05-06 | 2017-11-23 | Greatcell Solar S.A. | Organic-inorganic perovskite based solar cell |
JP6089007B2 (ja) * | 2013-07-31 | 2017-03-01 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および太陽電池 |
US20170125171A1 (en) | 2014-04-23 | 2017-05-04 | Lg Chem, Ltd. | Organic-inorganic hybrid solar cell |
US9356661B2 (en) | 2014-04-23 | 2016-05-31 | Apple Inc. | Electronic device with near-field antenna operating through display |
EP3136450B1 (en) | 2014-04-28 | 2021-06-09 | Research & Business Foundation Sungkyunkwan University | Perovskite solar cell and manufacturing method therefor |
EP2942826B1 (en) * | 2014-05-09 | 2023-03-01 | Novaled GmbH | Doped perovskites and their use as active and/or charge transport layers in optoelectronic devices |
EP3595026A1 (en) * | 2014-05-28 | 2020-01-15 | Alliance for Sustainable Energy, LLC | Methods for producing and using perovskite materials and devices therefrom |
KR101677798B1 (ko) | 2014-06-13 | 2016-11-18 | 주식회사 엘지화학 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
CN104124291B (zh) * | 2014-07-24 | 2016-08-31 | 华中科技大学 | 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法 |
TWI527259B (zh) | 2014-08-13 | 2016-03-21 | 國立清華大學 | 鈣鈦礦太陽能電池的製造方法 |
CN104518091A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-15 | 华东师范大学 | 有机-无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
KR101578875B1 (ko) * | 2015-02-06 | 2015-12-18 | 포항공과대학교 산학협력단 | 자기조직된 유전체를 포함하는 태양전지 및 그의 제조방법 |
GB201510351D0 (en) * | 2015-06-12 | 2015-07-29 | Oxford Photovoltaics Ltd | Method of depositioning a perovskite material |
CN105576127B (zh) * | 2015-12-19 | 2018-08-24 | 淮北师范大学 | 一种多异质结界面钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
-
2016
- 2016-07-14 KR KR1020160089317A patent/KR102068871B1/ko active IP Right Grant
-
2017
- 2017-07-10 CN CN201780002434.7A patent/CN107851720B/zh active Active
- 2017-07-10 EP EP17818024.6A patent/EP3306691B1/en active Active
- 2017-07-10 US US15/745,557 patent/US10636580B2/en active Active
- 2017-07-10 WO PCT/KR2017/007353 patent/WO2018012825A1/ko active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10636580B2 (en) | 2020-04-28 |
US20180211791A1 (en) | 2018-07-26 |
CN107851720B (zh) | 2020-08-21 |
CN107851720A (zh) | 2018-03-27 |
EP3306691A4 (en) | 2018-10-10 |
EP3306691B1 (en) | 2019-02-27 |
KR20180007867A (ko) | 2018-01-24 |
WO2018012825A1 (ko) | 2018-01-18 |
EP3306691A1 (en) | 2018-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102068871B1 (ko) | 유무기 복합 태양전지 | |
KR101717430B1 (ko) | 페로브스카이트 기반 태양전지 | |
EP3392915A1 (en) | Monolithic-type module of perovskite solar cell, and manufacturing method therefor | |
KR102295772B1 (ko) | 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지 제조방법 | |
US20240206197A1 (en) | Perovskite solar cell and tandem solar cell comprising same | |
KR101694803B1 (ko) | 금속 나노선을 광전극으로 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 | |
CN109478597B (zh) | 用于制造有机-无机杂化太阳能电池用层合体的方法和用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法 | |
US20230019802A1 (en) | Solar cell | |
KR20210012709A (ko) | 유-무기 복합 태양전지 및 그 제조방법 | |
US11004617B2 (en) | Method for manufacturing organic-inorganic hybrid solar cell | |
KR102586403B1 (ko) | 유-무기 복합 태양전지의 정공수송층 형성용 조성물, 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지의 제조방법 | |
KR102416108B1 (ko) | 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지 제조방법 | |
KR102024978B1 (ko) | 유무기 복합 태양전지 | |
Fakharuddin et al. | Hybrid organic/inorganic and perovskite solar cells | |
KR102647065B1 (ko) | 유-무기 복합 태양전지 | |
KR102553726B1 (ko) | 금속산화물 정공전달층을 구비한 태양전지 | |
KR20200143897A (ko) | 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지의 제조방법 | |
KR20140061578A (ko) | 광 감응 태양전지용 전해액 및 이를 포함하는 광 감응 태양전지 |
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 | ||
GRNT | Written decision to grant |