KR102293164B1 - Indoor photovoltaics and fabricating method of thereof - Google Patents

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KR102293164B1
KR102293164B1 KR1020200101026A KR20200101026A KR102293164B1 KR 102293164 B1 KR102293164 B1 KR 102293164B1 KR 1020200101026 A KR1020200101026 A KR 1020200101026A KR 20200101026 A KR20200101026 A KR 20200101026A KR 102293164 B1 KR102293164 B1 KR 102293164B1
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mol
perovskite
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photovoltaic cell
indoor
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KR1020200101026A
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심재원
김동하
임주원
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고려대학교 산학협력단
이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides an indoor photovoltaic cell with improved stability against moisture. The indoor photovoltaic cell comprises: a substrate; an electron transport layer arranged on the substrate; a hole transport layer arranged on the electron transport layer; and a light absorption layer arranged between the electron transport layer and the hole transport layer. The light absorption layer can include perovskite expressed by <Chemical Formula 1> below. <Chemical Formula 1> RNH_3MA_(3-n)B_n R includes an alkyl group. M includes one among Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge. A and B include one among halogen elements. n includes a real number higher than or equal to 0 and lower than or equal to 3.

Description

실내용 광전지 및 그 제조 방법 {Indoor photovoltaics and fabricating method of thereof}Indoor photovoltaic cell and its manufacturing method {Indoor photovoltaics and fabricating method of thereof}

본 발명은 실내용 광전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 페로브스카이트 흡광층을 포함하는 실내용 광전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다. The present invention relates to an indoor photovoltaic cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an indoor photovoltaic cell including a perovskite light absorbing layer and a method for manufacturing the same.

미국 국립연구소인 NREL의 에너지 리뷰 자료에 따르면 현재 주로 사용되고 있는 에너지원은 석유, 석탄, 가스이다. 이는 전체 사용되고 있는 에너지원의 80 %에 달한다. 그러나, 현재 석유 및 석탄 에너지 고갈 상태가 점차 큰 문제가 되고 있으며, 증가하는 이산화탄소와 다른 온실가스들의 공기 중으로의 배출은 점차 심각한 문제를 발생시키고 있다. 그에 반하여, 무공해 그린 에너지인 재생 에너지의 이용은 아직까지 전체 에너지원의 약 2% 밖에 되지 않는다. 그래서 에너지원의 문제 해결을 위한 고민들은 더욱더 신재생 에너지 개발 연구에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 바람, 물, 태양 등 신재생 에너지 중에서도 가장 관심을 받고 있는 것은 태양에너지이다. 태양에너지를 이용한 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.According to the energy review data of NREL, a US national research institute, the main energy sources currently used are oil, coal, and gas. This amounts to 80% of the total energy used. However, the current depletion of petroleum and coal energy is becoming a bigger problem, and the increasing emission of carbon dioxide and other greenhouse gases into the air is gradually causing serious problems. In contrast, the use of renewable energy, which is a non-polluting green energy, still accounts for only about 2% of the total energy source. Therefore, the concerns for solving the problem of energy sources are an opportunity to spur further research on the development of new and renewable energy. Among the renewable energy sources such as wind, water and solar energy, solar energy is receiving the most attention. Solar cells using solar energy are expected to be an energy source that can solve future energy problems because they have low pollution, infinite resources, and semi-permanent lifespan.

태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력 변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24 %정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 종래 무기 태양전지의 한계를 극복하기 위한 다양한 태양전지들이 연구 및 개발되고 있다. A solar cell is a device capable of directly converting solar energy into electrical energy by applying the photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells according to the materials constituting the thin film. A typical solar cell is made of a p-n junction by doping crystalline silicon (Si), an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorbing light diffuse to the p-n junction and are accelerated by the electric field and move to the electrode. The power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit and the solar power that enters the solar cell. However, since the conventional inorganic solar cell already has limitations in economic efficiency and material supply and demand, various solar cells are being researched and developed to overcome the limitations of the conventional inorganic solar cell.

예를 들어, 대한민국 특허 공개번호 10-2020-0085113(출원번호: 10-2019-0001242, 출원인: 한국전력공사)에는, 기판 상에 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 투명전극, 페로브스카이트(perovskite)가 코팅되는 광활성층, 및 제1 산화물과 제2 산화물에 대한 동시 스퍼터링(co-sputtering) 공정을 통해 상기 투명전극과 상기 광활성층 사 이에 버퍼층으로 형성되는 버퍼 일체형 투명전극을 포함하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지가 개시되어 있다. For example, in Korean Patent Publication No. 10-2020-0085113 (application number: 10-2019-0001242, applicant: Korea Electric Power Corporation), a transparent electrode formed through a sputtering process on a substrate, perovskite A buffer-integrated transparent electrode comprising a buffer-integrated transparent electrode formed as a buffer layer between the transparent electrode and the photoactive layer through a co-sputtering process for a photoactive layer coated with , and a first oxide and a second oxide A perovskite solar cell having a

대한민국 특허 공개번호 10-2020-0085113Korean Patent Publication No. 10-2020-0085113

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 수분에 대한 안정성이 향상된 실내용 광전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide an indoor photovoltaic cell having improved stability against moisture and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 흡광층 내의 트랩 밀도가 감소된 실내용 광전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an indoor photovoltaic cell having a reduced trap density in a light absorption layer and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 흡광층 내의 결함(예를 들어, 핀홀)이 감소된 실내용 광전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a photovoltaic cell for indoor use in which defects (eg, pinholes) in a light absorption layer are reduced, and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 실내광 조건(1000 lux 이하)에서 34% 이상의 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 나타내는 실내용 광전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a photovoltaic cell for indoor use and a method for manufacturing the same, which exhibit high power conversion efficiency (PCE) of 34% or more under indoor light conditions (1000 lux or less).

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실내용 광전지를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a photovoltaic cell for indoor use.

일 실시 예에 따르면, 상기 실내용 광전지는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 전자 수송층, 상기 전자 수송층 상에 배치되는 정공 수송층, 및 상기 전자 수송층과 상기 정공 수송층 사이에 배치되는 흡광층을 포함하되, 상기 흡광층은 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the indoor photovoltaic cell includes a substrate, an electron transport layer disposed on the substrate, a hole transport layer disposed on the electron transport layer, and a light absorption layer disposed between the electron transport layer and the hole transport layer, The light absorption layer may include perovskite represented by the following <Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

RNH3MA3-nBn RNH 3 MA 3-n B n

R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고, M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고, A 및 B는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함하고, n은 0 이상 3 이하의 실수. R includes an alkyl group, M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, and A and B are halogen ( halogen) element, and n is a real number of 0 or more and 3 or less.

일 실시 예에 따르면, 상기 실내용 광전지는 1000 lux 이하의 광에 대해 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)이 34% 이상인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the indoor photovoltaic cell may include a power conversion efficiency (PCE) of 34% or more for light of 1000 lux or less.

일 실시 예에 따르면, A는 아이오딘(I)을 포함하고 B는 브롬(Br)을 포함하되, 상기 흡광층 내 B의 농도는 5 mol% 초과 20 mol% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, A includes iodine (I) and B includes bromine (Br), but the concentration of B in the light absorbing layer may include more than 5 mol% and less than 20 mol%.

일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층은 복수의 페로브스카이트 결정립을 포함하되, 상기 페로브스카이트 결정립은 의사 입방체(pseudo-cubic) 구조를 가질 수 있다. According to an embodiment, the light absorption layer includes a plurality of perovskite grains, and the perovskite grains may have a pseudo-cubic structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 페로브스카이트 결정립의 크기는, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 페로브스카이트 결정립의 크기보다 큰 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the size of the perovskite grains may include a size larger than the size of the perovskite grains of the light absorption layer including the perovskite represented by the following <Formula 2>.

<화학식 2><Formula 2>

RNH3MA3 RNH 3 MA 3

R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고, M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고, A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함.R includes an alkyl group, M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, and A is halogen containing any of the elements.

일 실시 예에 따르면, 상기 페로브스카이트 결정립의 크기는 0.6 μm 이상인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the size of the perovskite grains may include 0.6 μm or more.

일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층의 표면 거칠기(roughness)는, 상술된 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 표면 거칠기보다 낮은 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the surface roughness of the light absorbing layer may include a lower than the surface roughness of the light absorbing layer including the perovskite represented by the above-described <Formula 2>.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실내용 광전지의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method for manufacturing a photovoltaic cell for indoor use.

일 실시 예에 따르면, 상기 실내용 광전지의 제조 방법은 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 단계, 상기 전자 수송층 상에, 할로겐 원소와 금속의 화합물 및 알킬 암모늄을 포함하는 소스 용액을 제공하여 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층을 형성하는 단계, 및 상기 흡광층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 흡광층 내의 할로겐 원소 중 B의 농도를 제어하여, 1000 lux 이하의 광에 대한 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 제어하는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for manufacturing the indoor photovoltaic cell includes the steps of forming an electron transport layer on a substrate, and providing a source solution containing a halogen element and a metal compound and alkyl ammonium on the electron transport layer to provide the following < Forming a light absorbing layer comprising perovskite represented by Formula 1>, and forming a hole transport layer on the light absorbing layer, by controlling the concentration of B in the halogen element in the light absorbing layer, It may include controlling power conversion efficiency (PCE) for light of 1000 lux or less.

<화학식 1><Formula 1>

RNH3MA3-nBn RNH 3 MA 3-n B n

R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고, M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고, A 및 B는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함하고, n은 0 이상 3 이하의 실수. R includes an alkyl group, M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, and A and B are halogen ( halogen) element, and n is a real number of 0 or more and 3 or less.

일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립은, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 페로브스카이트 결정립과 비교하여, 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상 전이(Phase Transition)된 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the perovskite crystal grains included in the light absorbing layer are tetragonal compared to the perovskite grains of the light absorption layer including the perovskite represented by the following <Formula 2>. It may include a phase transition from (Tetragonal Phase) to a pseudo cubic phase.

<화학식 2><Formula 2>

RNH3MA3 RNH 3 MA 3

R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고, M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고, A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함할 수 있다. R includes an alkyl group, M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, and A is halogen It may contain any one of the elements.

일 실시 예에 따르면, A는 아이오딘(I)을 포함하고 B는 브롬(Br)을 포함하되, 상기 흡광층 내의 B의 농도는 5 mol% 초과 20 mol% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, A includes iodine (I) and B includes bromine (Br), but the concentration of B in the light absorption layer may include more than 5 mol% and less than 20 mol%.

본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 전자 수송층, 상기 전자 수송층 상에 배치되는 정공 수송층, 및 상기 전자 수송층과 상기 정공 수송층 사이에 배치되는 흡광층을 포함하되, 상기 흡광층은 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함할 수 있다. An indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate, an electron transport layer disposed on the substrate, a hole transport layer disposed on the electron transport layer, and a light absorption layer disposed between the electron transport layer and the hole transport layer. , the light absorbing layer may include perovskite represented by the following <Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

RNH3MA3-nBn RNH 3 MA 3-n B n

(R: 알킬기, M: 은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나, A 및 B: 할로겐 원소 중 어느 하나, n: 0 이상 3이하의 실수)(R: alkyl group, M: any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, A and B: any one of a halogen element, n: 0 or more 3 or less real number)

이에 따라, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층의 수분 투과성이 감소되어, 수분으로 인한 수명 감소의 문제점이 해결될 수 있다. Accordingly, in the photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the moisture permeability of the light absorption layer is reduced, and thus the problem of reduced lifespan due to moisture can be solved.

또한, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층 내의 상기 할로겐 원소 중 B의 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 증가하고 상기 흡광층의 표면 거칠기가 감소되어, 실내광 조건(예를 들어, 1000 lux 이하)에서 34% 이상의 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 가질 수 있다.In addition, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the concentration of B in the halogen element in the light absorption layer may be controlled to be more than 5 mol% and less than 20 mol%. Accordingly, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the size of the perovskite grains included in the light absorbing layer increases and the surface roughness of the light absorbing layer decreases, and indoor light conditions (eg, 1000 lux or less) ) may have a high power conversion efficiency (PCE) of 34% or more.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 제조 방법 중 예비 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 상전이를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립을 촬영한 사진 및 크기를 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 흡광 및 광학적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층 내의 결함을 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 X선 회절 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 격자 파라미터 및 수분에 대한 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 11 은 서로 다른 광원의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 12은 태양광 조건과 실내광 조건에서 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 안정성 특성을 비교하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 서로 다른 실내용 광전지 흡광층에 따른 전류-전압 특성을 분석한 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photovoltaic cell for indoor use according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a photovoltaic cell for indoor use according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the phase transition of the perovskite crystal grains included in the preliminary light absorption layer in the method of manufacturing a photovoltaic cell for indoor use according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a photograph and size of a perovskite crystal grain including a light absorbing layer of an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are graphs illustrating light absorption and optical characteristics of a light absorption layer included in an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the analysis of defects in the light absorption layer included in the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are graphs showing X-ray diffraction results of a light absorption layer included in an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing lattice parameters and stability to moisture of perovskite grains included in the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph comparing characteristics of different light sources.
12 is a graph comparing the stability characteristics of an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention under a sunlight condition and an indoor light condition.
13 is a graph analyzing current-voltage characteristics according to light absorbing layers of different indoor photovoltaic cells according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in the present specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification is present, and one or more other features, numbers, steps, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. Also, in the present specification, the term “connection” is used to include both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 제조 방법 중 예비 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 상전이를 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a view showing the phase transition of the perovskite crystal grains included in the preliminary light absorption layer in the manufacturing method of the internal photovoltaic cell.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(100)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 실내용 광전지는, 광원으로부터 조사된 광이 상기 기판(100)을 투과하여 후술되는 흡광층(400)에 흡수되므로, 상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 유리(Glass) 기판일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 플렉시블(flexible)한 기판, 화합물 기판 등일 수 있다. 상기 기판(100)의 종류는 제한되지 않는다. 1 to 3 , the substrate 100 is prepared. According to an embodiment, in the indoor photovoltaic cell, since light irradiated from a light source passes through the substrate 100 and is absorbed by a light absorption layer 400 to be described later, the substrate 100 may be transparent. For example, the substrate 100 may be a glass substrate. Alternatively, according to another embodiment, the substrate 100 may be a flexible substrate, a compound substrate, or the like. The type of the substrate 100 is not limited.

상기 기판(100) 상에 제1 전극(200) 및 전자 수송층(Electron transport layer, ETL, 300)이 순차적으로 형성될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(200) 또한, 광원으로부터 조사된 광을 투과하기 위하여 투명할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(200)은 FTO(Fluorine doped tin oxide)일 수 있다. A first electrode 200 and an electron transport layer (ETL, 300) may be sequentially formed on the substrate 100 (S100). According to an embodiment, the first electrode 200 may also be transparent in order to transmit the light irradiated from the light source. For example, the first electrode 200 may be fluorine doped tin oxide (FTO).

일 실시 예에 따르면, 상기 전자 수송층(300)은 티타늄(Ti)을 포함하는 소스 용액을 코팅하는 방법으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, HCl 60 μL, DI water 200 mL, 및 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium(IV) isopropoxide) 0.738 mL가 혼합된 용액을 상기 제1 전극(200) 상에 2000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀 코팅(spin coating)하고, 125℃의 온도에서 15분 동안 1차 열처리 및 500℃의 온도에서 30분 동안 2차 열처리할 수 있다. 이후, 혼합 용액이 코팅된 상기 기판(100)을 40 mM 농도의 염화 티타늄(Titanium(IV) chloride) 수용액에 침지시키고, 85℃의 온도에서 30분 동안 3차 열처리하고, 500℃의 온도에서 30분 동안 4차 열처리할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(200) 상에 TiO2를 포함하는 상기 전자 수송층(300)이 형성될 수 있다. According to an embodiment, the electron transport layer 300 may be formed by coating a source solution containing titanium (Ti). More specifically, a solution in which 60 μL of HCl, 200 mL of DI water, and 0.738 mL of titanium isopropoxide is mixed on the first electrode 200 at a speed of 2000 rpm for 30 seconds After spin coating, a primary heat treatment may be performed at a temperature of 125° C. for 15 minutes and a secondary heat treatment may be performed at a temperature of 500° C. for 30 minutes. Thereafter, the substrate 100 coated with the mixed solution is immersed in an aqueous solution of titanium (IV) chloride having a concentration of 40 mM, and subjected to a third heat treatment at a temperature of 85° C. for 30 minutes, and at a temperature of 500° C. for 30 minutes. A fourth heat treatment can be performed in minutes. Accordingly, the electron transport layer 300 including TiO 2 may be formed on the first electrode 200 .

상기 전자 수송층(300) 상에 할로겐 원소와 금속의 화합물, 및 알킬 암모늄을 포함하는 소스 용액을 제공하여 흡광층(400)을 형성할 수 있다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층(400)을 형성하는 단계는, 제1 할로겐 원소와 금속의 화합물, 제1 알킬 암모늄, 제2 할로겐 원소와 금속의 화합물, 및 제2 알킬 암모늄을 포함하는 상기 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 상기 전자 수송층(300) 상에 코팅하는 단계, 및 상기 전자 수송층(300) 상에 코팅된 상기 소스 용액을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알킬 암모늄은 메틸 암모늄(methyl ammonium)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 할로겐 원소는 요오드(I)이고, 상기 제2 할로겐 원소는 브롬(Br)일 수 있다. The light absorption layer 400 may be formed by providing a source solution containing a halogen element, a metal compound, and alkyl ammonium on the electron transport layer 300 ( S200 ). According to an embodiment, the forming of the light absorbing layer 400 includes the compound of a first halogen element and a metal, a first alkyl ammonium, a compound of a second halogen element and a metal, and a second alkyl ammonium. It may include preparing a source solution, coating the source solution on the electron transport layer 300 , and heat-treating the source solution coated on the electron transport layer 300 . For example, the metal may include any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge. For example, the alkyl ammonium may include methyl ammonium. For example, the first halogen element may be iodine (I), and the second halogen element may be bromine (Br).

보다 구체적으로, 감마부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL)과 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)가 5:5 vol%의 비율로 혼합된 용매에 요오드화 납(lead iodide, PbI2), 요오드화 메틸암모늄(methylammonium iodide, MAI), 브롬화 납(lead bromide, PbBr2), 및 브롬화 메틸암모늄(methylammonium bromide, MABr)이 혼합되어 상기 소스 용액이 준비될 수 있다. 상기 소스 용액을 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 시린지 필터(syringe filter)를 사용하여 여과한 후, 상기 전자 수송층(300) 상에 1000 rpm의 속도로 10초 동안 1차 스핀 코팅, 및 5000 rpm의 속도로 60초 동안 2차 스핀 코팅할 수 있다. 이후, 코팅된 용액을 100℃의 온도에서 1시간동안 열처리하여 상기 전자 수송층(300) 상에 상기 흡광층(400)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 흡광층(400)은 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함할 수 있다. More specifically, in a solvent in which gamma butyrolactone (γ-butyrolactone, GBL) and dimethyl sulfoxide (DMSO) are mixed in a ratio of 5:5 vol%, lead iodide (PbI 2 ), methyl iodide The source solution may be prepared by mixing methylammonium iodide (MAI), lead bromide (PbBr 2 ), and methylammonium bromide (MABr). After filtering the source solution using a polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter, a first spin coating on the electron transport layer 300 at a speed of 1000 rpm for 10 seconds, and 5000 A second spin coating can be performed for 60 seconds at a speed of rpm. Thereafter, the light absorbing layer 400 may be formed on the electron transport layer 300 by heat-treating the coated solution at a temperature of 100° C. for 1 hour. Accordingly, the light absorption layer 400 may include perovskite represented by the following <Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

RNH3MA3-nBn RNH 3 MA 3-n B n

(R: 알킬기, M: Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나, A 및 B: 할로겐 원소 중 어느 하나, n은 0 이상 3이하의 실수)(R: alkyl group, M: Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and any one of Ge, A and B: any one of halogen elements, n is 0 or more 3 the following mistakes)

일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액을 2차 스핀 코팅하는 동안, 상기 전자 수송층(300) 상에 클로로벤젠(chlorobenzene) 1000 μL가 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 흡광층(400)의 결정화도(crystallization) 및 표면 평탄도가 향상될 수 있다. According to an embodiment, during the secondary spin coating of the source solution, 1000 μL of chlorobenzene may be provided on the electron transport layer 300 . Accordingly, crystallization and surface flatness of the light absorption layer 400 may be improved.

상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립은, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 페로브스카이트 결정립과 비교하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상 전이(Phase Transition)된 것을 포함할 수 있다. The perovskite grains included in the light absorption layer 400 are compared with the perovskite grains of the light absorption layer containing the perovskite represented by the following <Formula 2>, as shown in FIG. Likewise, it may include a phase transition from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase.

<화학식 2><Formula 2>

RNH3MA3 RNH 3 MA 3

(R: 알킬기, M: Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나, A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나)(R: alkyl group, M: Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, any one of Sn, and Ge, A is any one of a halogen element)

보다 구체적으로, 상기 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3)를 포함하는 흡광층과 비교하여, 상기 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3-nBrn, n>0)를 포함하는 상기 실시 예에 따른 흡광층(400)은, I- 이온 자리에 Br- 이온이 치환되고 (CH3NH3)+ 이온이 재배향될 수 있다. 이에 따라, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립은, 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상전이(Phase Transition)된 것일 수 있다. More specifically, compared to the light absorbing layer containing the perovskite (eg, MAPbI 3 ) represented by the <Formula 2>, the perovskite represented by the <Formula 1> (for example, In the light absorption layer 400 according to the embodiment including MAPbI 3-n Br n , n>0), Br − ions are substituted for I − ions sites and (CH 3 NH 3 ) + ions may be rearranged. have. Accordingly, the perovskite crystal grains included in the light absorbing layer 400 may be a phase transition from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase.

이로 인해, 상기 흡광층(400)은 상술된 상전이로 인하여, 상기 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3)를 포함하는 흡광층과 비교하여, 격자 파라미터(Lattice parameter,

Figure 112020084740212-pat00001
)가 감소되고 페로브스카이트 결정립이 견고해짐으로, 수분 투과성이 감소될 수 있다. 이와 달리, 상기 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3) 흡광층을 포함하는 종래의 광전지는, 흡습성으로 인하여 수분에 취약하여 수명이 짧은 문제점이 있었다. 하지만, 상술된 바와 같이, 상기 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3-nBrn, n>0) 흡광층을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 광전지는, 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 도핑으로 인하여 수분 투과성이 감소되므로, 수분으로 인한 수명 감소의 문제점이 해결될 수 있다. For this reason, the light absorption layer 400 is due to the above-described phase transition, compared with the light absorption layer containing the perovskite (eg, MAPbI 3 ) represented by the <Formula 2>, lattice parameters (Lattice parameter) ,
Figure 112020084740212-pat00001
) is reduced and the perovskite grains are hardened, so the water permeability can be reduced. On the other hand, the conventional photovoltaic cell including the perovskite (eg, MAPbI 3 ) light absorbing layer represented by the <Formula 2> is vulnerable to moisture due to hygroscopicity and has a short lifespan. However, as described above, the photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention including the perovskite (eg, MAPbI 3-n Br n , n>0) light absorbing layer represented by the <Formula 1>, Since moisture permeability is reduced due to doping of the second halogen element (eg, Br), the problem of reduced lifespan due to moisture can be solved.

일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층(400) 내의 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 제어되어, 본 발명의 실시 예에 따른 광전지의 전기적 특성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡광층(400) 내의 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도는 5 mol% 초과 20 mol% 미만일 수 있다. 이 경우, 상기 실시 예에 따른 광전지는 1000 lux 이하의 광에 대해 34% 이상의 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 가질 수 있다. According to an embodiment, the concentration of the second halogen element (eg, Br) in the light absorption layer 400 is controlled, so that the electrical characteristics of the photovoltaic cell according to the embodiment of the present invention can be improved. For example, the concentration of the second halogen element (eg, Br) in the light absorption layer 400 may be greater than 5 mol% and less than 20 mol%. In this case, the photovoltaic cell according to the embodiment may have a high power conversion efficiency (PCE) of 34% or more for light of 1000 lux or less.

보다 구체적으로, 상기 흡광층(400) 내의 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 제어되는 경우, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어되는 경우, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 상대적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 10 mol%로 제어되는 경우, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립은 0.6 μm 이상의 최대 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어되는 경우, 상기 흡광층(400)의 표면 거칠기(roughness)가 상대적으로 감소할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 5 mol% 이하이거나 20 mol% 이상으로 제어되는 경우, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 상대적으로 감소하고, 상기 흡광층(400)의 표면 거칠기가 상대적으로 증가할 수 있다. More specifically, when the concentration of the second halogen element (eg, Br) in the light absorption layer 400 is controlled, the size of the perovskite grains included in the light absorption layer 400 can be controlled. have. For example, when the concentration of the second halogen element (eg, Br) is controlled to be more than 5 mol% and less than 20 mol%, the size of the perovskite grains included in the light absorption layer 400 is relatively can increase to For example, when the concentration of the second halogen element (eg, Br) is controlled to 10 mol%, the perovskite grains included in the light absorption layer 400 may have a maximum size of 0.6 μm or more. have. In addition, when the concentration of the second halogen element (eg, Br) is controlled to be more than 5 mol% and less than 20 mol%, the surface roughness of the light absorption layer 400 may be relatively decreased. On the other hand, when the concentration of the second halogen element (eg, Br) is 5 mol% or less or is controlled to 20 mol% or more, the size of the perovskite grains included in the light absorption layer 400 is relatively , and the surface roughness of the light absorption layer 400 may be relatively increased.

상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 증가하고, 상기 흡광층(400)의 표면 거칠기(roughness)가 상대적으로 감소하는 경우, 상기 흡광층(400)의 결함(예를 들어, 핀홀) 및 트랩 밀도가 감소될 수 있다. 이에 따라, 캐리어 확산 길이가 증가하고 여기자의 재결합이 감소되어 전하 전달 효율이 향상되므로, 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는 높은 전력 변환 효율(PCE)을 가질 수 있다. When the size of the perovskite grains included in the light absorption layer 400 increases and the surface roughness of the light absorption layer 400 relatively decreases, defects of the light absorption layer 400 (eg, For example, pinholes) and trap density can be reduced. Accordingly, since the carrier diffusion length is increased and the recombination of excitons is reduced to improve the charge transfer efficiency, the indoor photovoltaic cell according to the embodiment of the present invention may have high power conversion efficiency (PCE).

또한, 상술된 바와 같이, 상기 흡광층(400)이 상기 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트(예를 들어, MAPbI3-nBrn, n>0)를 포함하는 경우, 상대적으로 높은 강도의 실외광(예를 들어, 태양광)에 대해서는 상기 흡광층(400)의 광분해가 가속화되는 반면, 상대적으로 낮은 강도의 실내광(예를 들어, 1000 lux 이하)에 대해서는 메타 안정 트랩 상태의 활성화를 줄이고 광 유발 열화를 방지하여 광 생성 전하 운반체의 포획을 방지할 수 있으므로, 상대적으로 안정한 구동 능력을 나타낼 수 있다. In addition, as described above, when the light absorption layer 400 includes the perovskite represented by the <Formula 1> (eg, MAPbI 3-n Br n , n>0), relatively high The photolysis of the light absorption layer 400 is accelerated for intense outdoor light (eg, sunlight), whereas for indoor light (eg, 1000 lux or less) of relatively low intensity, the meta-stable trap state is Since it is possible to reduce activation and prevent photoinduced degradation, thereby preventing capture of photogenerated charge carriers, a relatively stable driving ability can be exhibited.

결과적으로, 상기 흡광층(400) 내 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어된 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 실내광 조건(예를 들어, 1000 lux 이하)에서 34% 이상의 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 가질 수 있다.As a result, the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention in which the concentration of the second halogen element (eg, Br) in the light absorption layer 400 is controlled to be more than 5 mol% and less than 20 mol%, It may have a high power conversion efficiency (PCE) of 34% or more under conditions (eg, 1000 lux or less).

일 실시 예에 따르면, 상기 흡광층(400)이 상기 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 경우, A 및 B의 종류 및 비율이 제어될 수 있다. 이 경우, 다양한 emission의 페로브스카이트 LED가 제조될 수 있다. According to an embodiment, when the light absorption layer 400 includes the perovskite represented by the <Formula 1>, the types and ratios of A and B may be controlled. In this case, various emission perovskite LEDs can be manufactured.

상기 흡광층(400) 상에 정공 수송층(Hole transport layer, HTL, 500)이 형성될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, tert-뷰틸 피리딘(tert-butylpyridine) 20 μL 및 리튬 비스(트리플루오로메테인술포닐)이미드(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 70 μL가 클로로벤젠(chlorobenzene) 1 mL에 혼합된 용액을 상기 흡광층(400) 상에 4000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀-코팅(spin-coating)하여, 상기 흡광층(400) 상에 상기 정공 수송층(500)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 정공 수송층(500)은 spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene)를 포함할 수 있다. A hole transport layer (HTL, 500) may be formed on the light absorption layer 400 (S300). According to an embodiment, 20 μL of tert-butylpyridine and 70 μL of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide are mixed in 1 mL of chlorobenzene The solution may be spin-coated on the light absorption layer 400 at a speed of 4000 rpm for 30 seconds to form the hole transport layer 500 on the light absorption layer 400 . Accordingly, the hole transport layer 500 may include spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene). have.

상기 정공 수송층(500) 상에 제2 전극(600)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(600)은 100 nm 두께의 금(Au) 필름을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지가 제조될 수 있다. A second electrode 600 may be formed on the hole transport layer 500 . According to an embodiment, the second electrode 600 may include a gold (Au) film having a thickness of 100 nm. Accordingly, the photovoltaic cell for indoor use according to the above embodiment can be manufactured.

본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 기판(100), 상기 기판(100) 상에 배치되는 상기 전자 수송층(300), 상기 전자 수송층(300) 상에 배치되는 상기 정공 수송층(500), 및 상기 전자 수송층(300)과 상기 정공 수송층(500) 사이에 배치되는 상기 흡광층(400)을 포함하되, 상기 흡광층(400)은 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함할 수 있다. The photovoltaic cell for indoor use according to an embodiment of the present invention includes the substrate 100 , the electron transport layer 300 disposed on the substrate 100 , and the hole transport layer 500 disposed on the electron transport layer 300 . and the light absorption layer 400 disposed between the electron transport layer 300 and the hole transport layer 500, wherein the light absorption layer 400 is a perovskite represented by the following <Formula 1>. may include

<화학식 1><Formula 1>

RNH3MA3-nBn RNH 3 MA 3-n B n

(R: 알킬기, M: 은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나, A 및 B: 할로겐 원소 중 어느 하나, n: 0 이상 3이하의 실수)(R: alkyl group, M: any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge, A and B: any one of a halogen element, n: 0 or more 3 or less real number)

이에 따라, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층(400)의 수분 투과성이 감소되어, 수분으로 인한 수명 감소의 문제점이 해결될 수 있다. Accordingly, in the photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the moisture permeability of the light absorbing layer 400 is reduced, so that the problem of a decrease in lifespan due to moisture can be solved.

또한, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층(400) 내의 상기 제2 할로겐 원소(예를 들어, Br)의 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 상기 흡광층(400)이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기가 증가하고 상기 흡광층(400)의 표면 거칠기가 감소되어, 실내광 조건(예를 들어, 1000 lux 이하)에서 34% 이상의 높은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 가질 수 있다.In addition, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the concentration of the second halogen element (eg, Br) in the light absorption layer 400 may be controlled to be more than 5 mol% and less than 20 mol%. Accordingly, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the size of the perovskite grains included in the light absorption layer 400 increases and the surface roughness of the light absorption layer 400 decreases, For example, it may have a high power conversion efficiency (PCE) of 34% or more at 1000 lux or less).

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가가 설명된다. As described above, an indoor photovoltaic cell and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation of the indoor photovoltaic cell and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.

실시 예에 따른 실내용 광전지 제조Manufacturing of photovoltaic cells for indoor use according to the embodiment

유리(Glass) 기판 상에 FTO(Fluorine doped tin oxide)전극을 형성한 후, HCl 60 μL, Di water 200 mL, 및 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium(IV) isopropoxide) 0.738 mL가 혼합된 용액을 상기 FTO 전극 상에 2000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀 코팅(spin coating)하고, 125℃의 온도에서 15분 동안 1차 열처리 및 500℃의 온도에서 30분 동안 2차 열처리하였다. 이후, 혼합 용액이 코팅된 FTO/유리 기판을 40 mM 농도의 염화 티타늄(Titanium(IV) chloride) 수용액에 침지시키고, 85℃의 온도에서 30분 동안 3차 열처리하고, 500℃의 온도에서 30분 동안 4차 열처리하여, FTO 전극 상에 TiO2 전자 수송층을 형성하였다. After forming a fluorine doped tin oxide (FTO) electrode on a glass substrate, a solution of 60 μL of HCl, 200 mL of Di water, and 0.738 mL of titanium (IV) isopropoxide was mixed with the above Spin coating was performed on the FTO electrode at a speed of 2000 rpm for 30 seconds, and a primary heat treatment was performed at a temperature of 125° C. for 15 minutes and a second heat treatment was performed at a temperature of 500° C. for 30 minutes. Thereafter, the FTO/glass substrate coated with the mixed solution is immersed in an aqueous solution of titanium (IV) chloride having a concentration of 40 mM, and third heat treatment is performed at a temperature of 85° C. for 30 minutes, and at a temperature of 500° C. for 30 minutes. During the fourth heat treatment, a TiO 2 electron transport layer was formed on the FTO electrode.

감마부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL)과 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)가 5:5 vol%의 비율로 혼합된 용매에 요오드화 납(lead iodide, PbI2), 요오드화 메틸암모늄(methylammonium iodide, MAI), 브롬화 납(lead bromide, PbBr2), 및 브롬화 메틸암모늄(methylammonium bromide, MABr)이 혼합된 소스 용액을 준비하고, 상기 소스 용액을 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 시린지 필터(syringe filter)를 사용하여 여과한 후, TiO2 전자 수송층 상에 1000 rpm의 속도로 10초 동안 1차 스핀 코팅, 및 5000 rpm의 속도로 60초 동안 2차 스핀 코팅하였다. 이후, 코팅된 용액을 100℃의 온도에서 1시간동안 열처리하여 TiO2 전자 수송층 상에 MAPbI3-nBrn 흡광층을 형성하였다. 상기 소스 용액을 2차 스핀 코팅하는 동안, TiO2 전자 수송층 상에 클로로벤젠(chlorobenzene) 1000 μL가 제공되었다. In a solvent in which gamma butyrolactone (γ-butyrolactone, GBL) and dimethyl sulfoxide (DMSO) are mixed at a ratio of 5:5 vol%, lead iodide (PbI 2 ), methylammonium iodide , MAI), lead bromide (PbBr 2 ), and methylammonium bromide (MABr) to prepare a mixed source solution, the source solution is polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene, PTFE) syringe filter ( After filtration using a syringe filter), the TiO 2 A first spin coating for 10 seconds at a speed of 1000 rpm on the electron transport layer, and a second spin coating for 60 seconds at a speed of 5000 rpm. Thereafter, the coated solution was heat-treated at a temperature of 100° C. for 1 hour to form a MAPbI 3-n Br n light absorption layer on the TiO 2 electron transport layer. During the secondary spin coating of the source solution, 1000 μL of chlorobenzene was provided on the TiO 2 electron transport layer.

이후, tert-뷰틸 피리딘(tert-butylpyridine) 20 μL 및 리튬 비스(트리플루오로메테인술포닐)이미드(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 70 μL가 클로로벤젠(chlorobenzene) 1 mL에 혼합된 용액을 MAPbI3-nBrn 흡광층 상에 4000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀-코팅(spin-coating)하여, spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene) 정공 수송층을 형성하고, spiro-OMeTAD 정공 수송층 상에 100 nm 두께의 금(Au) 전극을 형성하여, 아래의 <표 1>과 같은 구조의 실내용 광전지를 제조하였다. Then, 20 μL of tert-butylpyridine and 70 μL of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide were mixed in 1 mL of chlorobenzene with MAPbI. 3-n n Br 30 seconds at a speed of 4000 rpm onto the light absorbing layer spin-coating (spin-coating) to, spiro-OMeTAD (2,2 ', 7,7'-Tetrakis [N, N-di (4 -methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene) hole transport layer was formed, and a 100 nm thick gold (Au) electrode was formed on the spiro-OMeTAD hole transport layer. A content photovoltaic cell was prepared.

기판Board GlassGlass 제1 전극first electrode FTOFTO 전자 수송층electron transport layer TiO2 TiO 2 흡광층light absorption layer MAPbI3-nBrn MAPbI 3-n Br n 정공 수송층hole transport layer spiro-OMeTADspiro-OMeTAD 제2 전극second electrode AuAu

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립을 촬영한 사진 및 크기를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a photograph and size of a perovskite crystal grain including a light absorbing layer of an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립을 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하여 나타내었다. 도 4의 (f)를 참조하면, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 크기를 그래프로 나타내었다. Referring to (a) to (e) of Figure 4, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, Controlled to 20 mol%, and 30 mol%, the perovskite grains including the light absorbing layer of the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration were shown by SEM (Scanning Electron Microscope) imaging. 4(f), the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is controlled to 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, and at each concentration The size of the perovskite crystal grains included in the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell prepared according to the graph was shown.

보다 구체적으로, 브롬(Br)의 농도가 다른 흡광층을 제조하기 위한 소스 용액은 아래의 <표 2>에 표시된 함량으로 제조되었다. More specifically, the source solution for preparing the light absorbing layer having different concentrations of bromine (Br) was prepared in the amount indicated in <Table 2> below.

Br 농도Br concentration MAI(g)MAI(g) PbI2(g)PbI 2 (g) MABr(g)MABr (g) PbBr2(g)PbBr 2 (g) Solvent(mL)Solvent (mL) 00 317.9317.9 922.0922.0 00 00 0.5 mL γ-butyrolacton(GBL) + 0.5 mL dimethyl sulfoxide(DMSO)0.5 mL γ-butyrolacton (GBL) + 0.5 mL dimethyl sulfoxide (DMSO) 55 302.0302.0 876.0876.0 11.211.2 36.736.7 1010 286.1286.1 829.8829.8 22.422.4 73.473.4 2020 254.3254.3 737.6737.6 44.844.8 146.8146.8 3030 222.6222.6 645.4645.4 67.267.2 220.2220.2

도 4의 (a) 내지 (f)에서 확인할 수 있듯이, 브롬(Br)의 도핑 농도가 0 mol% ~ 10 mol%로 증가하는 경우, 페로브스카이트 결정립의 크기가 점점 증가하고 표면 거칠기가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 브롬(Br)의 도핑 농도가 10 mol%를 초과하는 경우, 페로브스카이트 결정립의 크기가 점점 감소하고 표면의 거칠기가 증가하며 페로브스카이트 결정립의 형태적 변형이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) to (f) of Figure 4, when the doping concentration of bromine (Br) is increased from 0 mol% to 10 mol%, the size of the perovskite grains gradually increase and the surface roughness decreases. could confirm that On the other hand, when the doping concentration of bromine (Br) exceeds 10 mol%, it can be seen that the size of the perovskite grains gradually decreases, the roughness of the surface increases, and the morphological deformation of the perovskite grains occurs. there was.

즉, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층은, 브롬(Br)의 도핑 농도가 10 mol%일 때 페로브스카이트 결정립의 크기가 0.6 μm 이상으로 최대 크기를 나타내었고, 표면 거칠기 또한 가장 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. That is, in the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell according to the above embodiment, when the doping concentration of bromine (Br) was 10 mol%, the size of the perovskite grains was 0.6 μm or more, and the surface roughness was also the highest. It could be seen that the lower

결과적으로, 브롬(Br)의 도핑 농도가 5 mol% 초과 20 mol% 미만인 경우, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립은 최대 크기를 갖고, 표면 거칠기 값이 가장 낮은 것을 알 수 있다.As a result, when the doping concentration of bromine (Br) is more than 5 mol% and less than 20 mol%, the perovskite grains included in the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell according to the embodiment have the maximum size, and the surface roughness value is It can be seen that the lowest

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 흡광 및 광학적 특성을 나타내는 그래프이다. 5 and 6 are graphs illustrating light absorption and optical characteristics of a light absorption layer included in an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 Optical absorption spectra를 나타내었다. 도 5의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라, 흡수 엣지(absorption edge)가 청색 이동(blue-shift)되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) of Figure 5, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, And controlled to 30 mol%, it showed the optical absorption spectra of the light absorbing layer included in the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration. As can be seen in (a) of FIG. 5 , as the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer increased, it was confirmed that the absorption edge was blue-shifted.

도 5의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 Optical absorption edge(eV) 및 Absorption wavelength(nm)를 나타내었다. 도 5의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라, 흡수 엣지(absorption edge)가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (b) of Figure 5, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, And controlled to 30 mol%, showed the optical absorption edge (eV) and absorption wavelength (nm) of the light absorption layer containing the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration. As can be seen in FIG. 5B , as the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer increased, it was confirmed that the absorption edge increased.

도 6의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 Photoluminescence spectra를 나타내었다. Referring to Figure 6 (a), but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, and the photoluminescence spectra of the light absorption layer included in the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration were shown.

도 6의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라, PL emission 스펙트럼(spectrum)은 점진적인 청색 이동(blue shift)을 나타내었고, 흡수 개시 위치가 768 nm에서 721 nm로 명백하게 변화하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) of Figure 6, as the concentration of bromine (Br) doped in the light absorbing layer increased, the PL emission spectrum showed a gradual blue shift, and the absorption start position was 768 It was confirmed that there was a clear change from nm to 721 nm.

도 6의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 WF(work fuction)값을 나타내었다. 보다 구체적으로, WF 값은 Kelvin probe 시스템을 통해 측정되었고, 전도성 전극으로서 잘 알려진 ITO/유리 기판을 기준으로 사용하였다. 또한, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지 또한 ITO/유리 기판을 기준으로 제조되었다. Referring to (b) of FIG. 6, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, and the WF (work function) value of the light absorbing layer included in the indoor photovoltaic cell manufactured according to each concentration was shown. More specifically, the WF values were measured through a Kelvin probe system, and a well-known ITO/glass substrate as a conductive electrode was used as a reference. In addition, the photovoltaic cell for indoor use according to the above embodiment was also manufactured based on an ITO/glass substrate.

도 6의 (b)에서 확인할 수 있듯이, ITO/유리 기판의 WF 값은 4.86±0.01 eV로 나타났고, 브롬(Br)의 농도가 0 mol%인 흡광층의 WF 값은 4.90±0.01 eV로 나타났고, 브롬(Br)의 농도가 5 mol%인 흡광층의 WF 값은 4.98±0.05 eV로 나타났고, 브롬(Br)의 농도가 10 mol%인 흡광층의 WF 값은 4.99±0.03 eV로 나타났고, 브롬(Br)의 농도가 20 mol%인 흡광층의 WF 값은 4.97±0.02 eV로 나타났고, 브롬(Br)의 농도가 30 mol%인 흡광층의 WF 값은 4.98±0.02 eV로 나타났다. 즉, 브롬(Br)의 농도에 따른 WF 값의 차이가 실질적으로 발생되지 않는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 상대적으로 적은 양의 브롬(Br) 농도(30 mol% 이하)는 흡광층의 WF 값에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 6(b), the WF value of the ITO/glass substrate was 4.86±0.01 eV, and the WF value of the light absorbing layer in which the concentration of bromine (Br) was 0 mol% was 4.90±0.01 eV. The WF value of the light absorbing layer with a bromine (Br) concentration of 5 mol% was 4.98±0.05 eV, and the WF value of the light absorbing layer with a bromine (Br) concentration of 10 mol% was 4.99±0.03 eV. The WF value of the light absorbing layer having a bromine (Br) concentration of 20 mol% was 4.97±0.02 eV, and the WF value of the light absorbing layer having a bromine (Br) concentration of 30 mol% was 4.98±0.02 eV. . That is, it was found that the difference in the WF value according to the concentration of bromine (Br) does not substantially occur. As a result, it was found that a relatively small amount of bromine (Br) concentration (30 mol% or less) did not affect the WF value of the light absorption layer.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층 내의 결함을 분석하여 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing the analysis of defects in the light absorption layer included in the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지가 포함하는 흡광층에 대해 time-resolved photoluminescence(TRPL) 연구를 수행하였다. TRPL 결과는 아래의 <수학식 1>을 통해 계산되었다. Referring to (a) of Figure 7, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, a time-resolved photoluminescence (TRPL) study was performed on the light absorbing layer included in the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration. The TRPL result was calculated through Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112020084740212-pat00002
Figure 112020084740212-pat00002

(τ1: lifetime of carrier diffusion (fast decay), τ2: radiative recombination of free charge carriers (slow decay), An(n= 1 or 2): amplitude of each signal)(τ 1 : lifetime of carrier diffusion (fast decay), τ 2 : radiative recombination of free charge carriers (slow decay), A n (n= 1 or 2): amplitude of each signal)

도 7의 (a)에서 측정된 결과가 아래의 <표 3>으로 정리된다.The results measured in (a) of FIG. 7 are summarized in <Table 3> below.

Br 농도 (mol%)Br concentration (mol%) τ1-(ns)τ 1 - (ns) A1 A 1 τ2(ns)τ 2 (ns) A2 A 2 00 2.702.70 52575257 13.0413.04 337337 55 3.443.44 49304930 26.1826.18 601601 1010 3.323.32 42424242 23.6323.63 564564 2020 2.172.17 54755475 25.3325.33 495495 3030 2.262.26 30673067 22.7122.71 143143

도 7의 (a) 및 <표 3>에서 확인할 수 있듯이, 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 0~10 mol%로 증가함에 따라 τ1이 약간 연장되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 캐리어 확산 길이가 증가하고 트랩 상태가 낮은 것을 알 수 있었다. 하지만, 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 20 mol%, 및 30 mol%로 증가하는 경우 캐리어 확산 길이가 감소함에 따라, τ1이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) of FIG. 7 and <Table 3>, it was confirmed that τ 1 was slightly extended as the concentration of doped bromine (Br) increased from 0 to 10 mol%. Accordingly, it was found that the carrier diffusion length increased and the trap state was low. However, when the concentration of doped bromine (Br) was increased to 20 mol% and 30 mol%, as the carrier diffusion length decreased, τ 1 was confirmed to decrease.

또한, 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 0~10 mol%로 증가함에 따라 τ2역시 연장되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 재조합 속도가 감소하고 결정 품질이 개선되는 것을 알 수 있었다. 그러나, 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 30 mol%로 증가하는 경우, τ2는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. In addition, as the concentration of doped bromine (Br) increased from 0 to 10 mol%, it was confirmed that τ 2 was also extended. Accordingly, it was found that the recombination rate was reduced and the crystal quality was improved. However, when the concentration of doped bromine (Br) was increased to 30 mol%, τ 2 was confirmed to be maintained substantially constant.

도 7의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지에 대해 space-charge limited current(SCLC)를 특성화하고, J-V 특성을 나타내었다. 트랩이 채워진 한계 전압 방정식에 따라 트랩 상태 밀도(Ntraps)를 아래의 <수학식 2>를 통해 계산하였다. Referring to (b) of Figure 7, but preparing an indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, And controlled to 30 mol%, to characterize the space-charge limited current (SCLC) for the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration, and exhibited JV characteristics. According to the threshold voltage equation filled with traps, the trap state density (N traps ) was calculated through Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112020084740212-pat00003
Figure 112020084740212-pat00003

(ε: relative dielectric constants of perovskite, ε0: vacuum permittivity, VTFL: trap-filled limit voltage where the voltage of the trap-filled limit intersects with the ohmic regime, e: elementary charge, L: 페로브스카이트 필름 두께)(ε: relative dielectric constants of perovskite, ε 0 : vacuum permittivity, V TFL : trap-filled limit voltage where the voltage of the trap-filled limit intersects with the ohmic regime, e: elementary charge, L: perovskite film thickness)

브롬(Br)의 농도가 0 mol%, 5 mol%, 및 10 mol%로 도핑된 흡광층의 결함 밀도는 각각, 7.09 x 1015, 6.70 x 1015, 및 4.96 x 1015 cm-3으로 계산되었다. 반면, 브롬(Br)의 농도가 20 mol% 및 30 mol%로 도핑된 흡광층의 결합 밀도는 각각, 5.59 x 1015 및 8.60 x 1015 cm-2으로 추론되었다. 즉, 브롬(Br)의 농도가 0~10 mol%로 증가되는 경우 트랩 밀도가 감소하지만, 10 mol%를 기점으로 다시 증가하는 것을 확인할 수 있었다. The defect densities of the light absorbing layer doped with bromine (Br) concentrations of 0 mol%, 5 mol%, and 10 mol% were calculated as 7.09 x 10 15 , 6.70 x 10 15 , and 4.96 x 10 15 cm -3 , respectively. became On the other hand, the bonding densities of the light absorbing layer doped with bromine (Br) concentrations of 20 mol% and 30 mol% were deduced to be 5.59 x 10 15 and 8.60 x 10 15 cm -2, respectively. That is, it was confirmed that the trap density decreased when the concentration of bromine (Br) was increased to 0 to 10 mol%, but increased again from 10 mol%.

결과적으로, 도 7의 (a) 및 (b)를 통해, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 5 mol% 초과 20 mol%로 제어하는 경우, 흡광층 내의 결함을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. As a result, through (a) and (b) of FIG. 7, when the concentration of bromine (Br) doped in the light absorbing layer is controlled to be more than 5 mol% and 20 mol%, defects in the light absorbing layer can be reduced. Able to know.

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지가 포함하는 흡광층의 X선 회절 결과를 나타내는 그래프이다. 8 and 9 are graphs showing X-ray diffraction results of the light absorption layer included in the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지의 흡광층에 대해 X-ray diffraction(XRD) 분석을 수행하였다. 도 9의 (a) 및 (b)는 도 8을 확대하여 나타내는 그래프이다. Referring to FIG. 8 , a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment is prepared, but the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol% was controlled, and X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration. 9 (a) and (b) are graphs showing an enlarged view of FIG. 8 .

도 8 및 도 9에서 확인할 수 있듯이, 브롬(Br)이 도핑되지 않은 흡광층은, (110)t, (220)t, 및 (310)t에 상응하는 14.10°, 28.23°, 및 31.94°의 회절 피크에서 정사각형(t) 구조를 갖는 페로브스카이트 상으로 구성되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 브롬(Br)이 도핑된 흡광층은, 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라 피크 위치가 14.10°에서 14.36°로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 흡광층에 브롬(Br)이 도핑되는 경우, 페로브스카이트 결정립이 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상전이(Phase Transition)되는 것을 알 수 있다. As can be seen in FIGS. 8 and 9 , the light absorbing layer not doped with bromine (Br) has a temperature of 14.10°, 28.23°, and 31.94° corresponding to (110) t , (220) t , and (310) t . It was confirmed that the diffraction peak was composed of a perovskite phase having a square (t) structure. On the other hand, in the light absorbing layer doped with bromine (Br), it was confirmed that the peak position shifted from 14.10° to 14.36° as the concentration of bromine (Br) increased. Accordingly, when the light absorption layer is doped with bromine (Br), it can be seen that the perovskite grains undergo a phase transition from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase.

보다 구체적으로, (hkl) 평면에서의 회절 피크 이동은 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상전이(Phase Transition) 되었음을 의미한다. 즉, 브롬(Br)이 도핑되지 않은 흡광층에서 나타나는 28.10° 피크 및 28.24° 피크는 정방정계 I4/mcm 위상에서 (004)t 및 (220)t을 의미한다. 반면, 브롬(Br)이 도핑된 흡광층은, 도핑된 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라 (004)t 피크가 점차적으로 감소하며, 브롬(Br)이 20 mol% 농도로 도핑된 흡광층에서 (200) pc 하나의 피크로 통합된다. 이에 따라, 브롬(Br)이 도핑되는 경우, 정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상전이(Phase Transition)가 되었음을 알 수 있다. More specifically, the diffraction peak shift in the (hkl) plane means a phase transition from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase. That is, the 28.10° peak and 28.24° peak appearing in the light absorption layer not doped with bromine (Br) mean (004) t and (220) t in the tetragonal I4/mcm phase. On the other hand, in the light absorbing layer doped with bromine (Br), the (004) t peak gradually decreases as the concentration of doped bromine (Br) increases, and the light absorbing layer doped with bromine (Br) at a concentration of 20 mol% At 200 pcs are integrated into one peak. Accordingly, when bromine (Br) is doped, it can be seen that a phase transition occurs from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 격자 파라미터 및 수분에 대한 안정성을 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing lattice parameters and stability to moisture of perovskite grains included in the light absorption layer of the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.

도 10의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지의 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립의 격자 파라미터(Lattice parameter,

Figure 112020084740212-pat00004
)를 측정하여 나타내었다. Referring to (a) of Figure 10, but preparing a photovoltaic cell for indoor use according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, And controlled to 30 mol%, the lattice parameter of the perovskite grains containing the light absorbing layer of the indoor photovoltaic cell prepared according to each concentration (Lattice parameter,
Figure 112020084740212-pat00004
) was measured and shown.

도 10의 (a)에서 측정된 값, 및 2θ (degree) 값은 아래의 <표 4>를 통해 정리된다. The values measured in (a) of FIG. 10 and 2θ (degree) values are summarized in <Table 4> below.

Br 농도 (mol%)Br concentration (mol%) 2θ (degree)2θ (degree) Lattice parameter (

Figure 112020084740212-pat00005
)Lattice parameter (
Figure 112020084740212-pat00005
) 00 14.1014.10 6.276.27 55 14.1914.19 6.236.23 1010 14.2314.23 6.216.21 2020 14.2814.28 6.196.19 3030 14.3614.36 6.166.16

도 10의 (a) 및 <표 4>에서 확인할 수 있듯이, 도핑되는 브롬(Br)의 농도가 증가함에 따라, 2θ (degree) 값은 점점 증가하고 격자 파라미터 (

Figure 112020084740212-pat00006
) 값은 점점 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 크기가 큰 I 이온 자리에 Br 이온이 치환되었음을 알 수 있다. As can be seen from (a) of FIG. 10 and <Table 4>, as the concentration of doped bromine (Br) increases, the 2θ (degree) value gradually increases and the lattice parameter (
Figure 112020084740212-pat00006
) values are gradually decreasing. Accordingly, it can be seen that the Br ion is substituted in the position of the relatively large I ion.

도 10의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지에 대해 수분에 대한 안정성을 측정하여 나타내었다. 수분에 대한 안정성 측정은, 상대 습도 64±10%, 온도 25±5℃ 조건에서, 50 시간 동안 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE) 변화를 측정하였다. Referring to (b) of Figure 10, but preparing an indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, and the stability to moisture was measured for indoor photovoltaic cells prepared according to each concentration. For stability measurement with respect to moisture, a change in power conversion efficiency (PCE) was measured for 50 hours at a relative humidity of 64±10% and a temperature of 25±5°C.

도 10의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 브롬(Br)의 도핑 농도가 0 mol%, 및 5 mol%인 실내용 광전지의 경우, 50시간 동안 PCE의 변화가 급격하게 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 브롬(Br)의 도핑 농도가 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%인 실내용 광전지의 경우, 50시간 동안 PCE의 변화가 상대적으로 느리게 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 브롬(Br)이 도핑됨에 따라, 수분 침투성이 감소하여 수분에 대한 안정성이 향상되는 것을 알 수 있다. As can be seen in (b) of FIG. 10 , in the case of indoor photovoltaic cells having doping concentrations of bromine (Br) of 0 mol% and 5 mol%, it was confirmed that the PCE was rapidly changed for 50 hours. On the other hand, in the case of indoor photovoltaic cells having doping concentrations of bromine (Br) of 10 mol%, 20 mol%, and 30 mol%, it was confirmed that the change in PCE occurred relatively slowly for 50 hours. That is, as bromine (Br) is doped, it can be seen that the water permeability is reduced and the stability to water is improved.

도 11 은 서로 다른 광원의 특성을 비교하는 그래프이다. 11 is a graph comparing characteristics of different light sources.

도 11을 참조하면, 태양광(AM1.5G), LED, 및 Halogen은 각각, 서로 파장 범위(wavelength, nm)에서 서로 다른 Irradiance Power(W/m2nm)를 나타내는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11 , it can be seen that sunlight (AM1.5G), LED, and halogen respectively exhibit different Irradiance Power (W/m 2 nm) in a wavelength range (nm).

도 12은 태양광 조건과 실내광 조건에서 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지의 안정성 특성을 비교하는 그래프이다.12 is a graph comparing the stability characteristics of an indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention under a sunlight condition and an indoor light condition.

도 12를 참조하면, 태양광 조건(AM 1.5, 1 sun) 및 실내광 조건(LED, 1000 lx)에서 각각 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 전류 밀도 변화를 측정하여 나타내었다. 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 흡광층은, 10 mol% 농도의 브롬(Br)으로 도핑되었다. Referring to FIG. 12 , changes in current density of the indoor photovoltaic cell according to the embodiment were measured and shown in sunlight conditions (AM 1.5, 1 sun) and indoor light conditions (LED, 1000 lx), respectively. The light absorption layer of the photovoltaic cell for indoor use according to the above embodiment was doped with bromine (Br) at a concentration of 10 mol%.

도 12에서 확인할 수 있듯이, 조명이 켜진 초기에는 두 장치 모두 전류 밀도가 빠르게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 실내광 조건에서 측정된 장치는 전류 밀도가 점차적으로 단조롭게 감소하여 감소폭이 상대적으로 크지 않았지만, 태양광 조건에서 측정된 장치는 전류 밀도가 급격하게 감소하고 감소폭 또한 큰 변동성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 태양광 조건에서는 흡광층의 빠른 광분해가 발생되는 반면, 실내광 조건에서는 상대적으로 안정된 구동 능력을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 12 , it was confirmed that the current density rapidly decreased in both devices when the lighting was initially turned on. However, it was confirmed that the device measured under the indoor light condition had a relatively monotonous decrease in current density, so the decrease was not relatively large. . That is, it was confirmed that the indoor photovoltaic cell according to the embodiment of the present invention exhibits a relatively stable driving ability under the indoor light condition, while rapid photolysis of the light absorbing layer occurs under sunlight conditions.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 서로 다른 실내용 광전지 흡광층에 따른 전류-전압 특성을 분석한 그래프이다.13 is a graph analyzing current-voltage characteristics according to light absorption layers of different indoor photovoltaic cells according to an embodiment of the present invention.

도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지를 준비하되, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 및 30 mol%로 제어하고, 각각의 농도에 따라 제조된 실내용 광전지에 대해 태양광 조건(AM1.5G, 광도 IL: 100 mW/cm2) 및 실내광 조건(LED 조도: 1000 lux, 광도 IL: 0.28 mW/cm2)에서 전기적 특성을 측정하여 나타내었다. 13 (a) and (b), but to prepare an indoor photovoltaic cell according to the embodiment, the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer is 0 mol%, 5 mol%, 10 mol%, Solar conditions (AM1.5G, luminous intensity I L : 100 mW/cm 2 ) and indoor light conditions (LED illuminance: 1000 lux, luminous intensity I L : 0.28 mW/cm 2 ) The electrical characteristics were measured and shown.

태양광 조건에서 측정된 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 구체적인 전기적 특성 결과가 아래의 <표 5>를 통해 정리되고, 실내광 조건에서 측정된 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지의 구체적인 전기적 특성 결과가 아래의 <표 6>을 통해 정리된다. The results of the specific electrical properties of the indoor photovoltaic cell according to the embodiment measured under the sunlight condition are summarized in Table 5 below, and the specific electrical property result of the indoor photovoltaic cell according to the embodiment measured under the indoor light condition is summarized in <Table 6> below.

Br 농도
(mol %)Br concentration
(mol %) VOC
(mV)V OC
(mV) JSC
(mA/cm2)J SC
(mA/cm 2 ) FF
(%)FF
(%) PCE
(%)PCE
(%) Rs·A
(Ω·cm2)R s A
(Ω·cm 2 ) 00 898±15898±15 24.5±0.724.5±0.7 64.8±8.164.8±8.1 14.3±1.314.3±1.3 12.8±0.512.8±0.5 55 923±17923±17 23.8±0.623.8±0.6 68.7±9.868.7±9.8 15.1±1.415.1±1.4 12.3±0.512.3±0.5 1010 959±13959±13 23.7±0.323.7±0.3 74.6±11.774.6±11.7 17.0±0.917.0±0.9 5.6±0.35.6±0.3 2020 861±14861±14 18.7±1.118.7±1.1 58.9±7.458.9±7.4 9.5±0.89.5±0.8 22.1±0.622.1±0.6 3030 715±23715±23 13.8±0.213.8±0.2 46.3±4.146.3±4.1 4.6±0.54.6±0.5 24.7±0.724.7±0.7

Br 농도
(mol %)Br concentration
(mol %) VOC
(mV)V OC
(mV) JSC
(mA/cm2)J SC
(mA/cm 2 ) FF
(%)FF
(%) PCE
(%)PCE
(%) Rs·A
(Ω·cm2)R s A
(Ω·cm 2 ) 00 764±8764±8 176.1±1.4176.1±1.4 60.9±7.960.9±7.9 29.2±1.629.2±1.6 926±30926±30 55 803±11803±11 171.5±1.6171.5±1.6 66.1±8.166.1±8.1 32.5±1.332.5±1.3 832±53832±53 1010 821±9821±9 170.8±2.2170.8±2.2 68.8±9.368.8±9.3 34.5±1.234.5±1.2 637±28637±28 2020 679±3679±3 118.0±3.7118.0±3.7 52.5±2.852.5±2.8 15.0±0.815.0±0.8 2107±1542107±154 3030 561±10561±10 43.8±2.243.8±2.2 44.2±3.444.2±3.4 3.9±0.33.9±0.3 2992±1832992±183

<표 5> 및 <표 6>에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 흡광층에 도핑된 브롬(Br)의 농도가 0~10 mol%로 증가함에 따라, PCE 값이 점점 증가하다가, 10 mol%를 기점으로 20 mol%, 및 30 mol %에서는 PCE가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 실내광 조건에서의 PCE 값이 태양광 조건에서의 PCE 값 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실내광 조건에서 흡광층에 도핑된 브롬(Br)의 농도가 10 mol%인 경우, 34 %이상의 높은 PCE 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in <Table 5> and <Table 6>, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, as the concentration of bromine (Br) doped in the light absorbing layer increases from 0 to 10 mol%, the PCE value gradually increases While increasing, it was confirmed that PCE decreased at 20 mol%, and 30 mol% from 10 mol%. In addition, in the indoor photovoltaic cell according to the embodiment, it was confirmed that the PCE value under the indoor light condition was higher than the PCE value under the sunlight condition. In particular, when the concentration of bromine (Br) doped in the light absorption layer was 10 mol% under room light conditions, it was confirmed that a high PCE value of 34% or more was exhibited.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 실내용 광전지는, 1000 lux 이하의 실내광에 조건에서, 흡광층에 도핑되는 브롬(Br)의 농도를 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어함으로써, 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. As a result, in the indoor photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention, by controlling the concentration of bromine (Br) doped in the light absorbing layer to be more than 5 mol% and less than 20 mol% under the conditions of room light of 1000 lux or less, electrical It can be seen that the properties can be improved.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 기판
200: 제1 전극
300: 전자 수송층
400: 흡광층
500: 정공 수송층
600: 제2 전극100: substrate
200: first electrode
300: electron transport layer
400: light absorption layer
500: hole transport layer
600: second electrode

Claims (10)

기판, 상기 기판 상에 배치되는 전자 수송층, 상기 전자 수송층 상에 배치되는 정공 수송층, 및 상기 전자 수송층과 상기 정공 수송층 사이에 배치되는 흡광층을 포함하되,
상기 흡광층은 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하고, 상기 흡광층 내 B의 농도는 5 mol% 초과 20 mol% 미만인 것을 포함하는 실내용 광전지.
<화학식 1>
RNH3MA3-nBn
R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고,
A는 아이오딘(I)을 포함하고 B는 브롬(Br)을 포함하며,
n은 0 이상 3이하의 실수를 포함.
A substrate, an electron transport layer disposed on the substrate, a hole transport layer disposed on the electron transport layer, and a light absorption layer disposed between the electron transport layer and the hole transport layer,
The light absorbing layer includes perovskite represented by the following <Formula 1>, and the concentration of B in the light absorbing layer is more than 5 mol% and less than 20 mol%.
<Formula 1>
RNH 3 MA 3-n B n
R includes an alkyl group,
M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge,
A contains iodine (I) and B contains bromine (Br),
n includes real numbers between 0 and 3
 제1 항에 있어서,
1000 lux 이하의 광에 대해 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)이 34% 이상인 것을 포함하는 실내용 광전지.
According to claim 1,
A photovoltaic cell for indoor use, comprising a power conversion efficiency (PCE) of at least 34% for light of 1000 lux or less.
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 흡광층은 복수의 페로브스카이트 결정립을 포함하되,
상기 페로브스카이트 결정립은 의사 입방체(pseudo-cubic) 구조를 갖는 실내용 광전지.
According to claim 1,
The light absorption layer includes a plurality of perovskite grains,
The perovskite crystal grains are indoor photovoltaic cells having a pseudo-cubic (pseudo-cubic) structure.
 제4 항에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정립의 크기는, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 페로브스카이트 결정립의 크기보다 큰 것을 포함하는 실내용 광전지.
<화학식 2>
RNH3MA3
R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고,
A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함.
5. The method of claim 4,
The size of the perovskite grains, indoor photovoltaic cell comprising a larger than the size of the perovskite grains of the light absorbing layer containing the perovskite represented by the following <Formula 2>.
<Formula 2>
RNH 3 MA 3
R includes an alkyl group,
M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge,
A contains any one of a halogen element.
 제4 항에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정립의 크기는 0.6 μm 이상인 것을 포함하는 실내용 광전지.
5. The method of claim 4,
The indoor photovoltaic cell comprising the size of the perovskite grains of 0.6 μm or more.
 제1 항에 있어서,
상기 흡광층의 표면 거칠기(roughness)는, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 표면 거칠기보다 낮은 것을 포함하는 실내용 광전지.
<화학식 2>
RNH3MA3
R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고,
A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함.
According to claim 1,
The surface roughness of the light absorbing layer is lower than the surface roughness of the light absorbing layer containing perovskite represented by the following <Formula 2>.
<Formula 2>
RNH 3 MA 3
R includes an alkyl group,
M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge,
A contains any one of a halogen element.
 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 단계;
상기 전자 수송층 상에, 할로겐 원소와 금속의 화합물 및 알킬 암모늄을 포함하는 소스 용액을 제공하여 아래의 <화학식 1>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층을 형성하는 단계;
상기 흡광층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 흡광층 내의 B의 농도를 5 mol% 초과 20 mol% 미만으로 제어하여, 1000 lux 이하의 광에 대한 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 제어하는 것을 포함하는 실내용 광전지의 제조 방법.
<화학식 1>
RNH3MA3-nBn
R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고,
A는 아이오딘(I)을 포함하고, B는 브롬(Br)을 포함하며,
n은 0 이상 3이하의 실수를 포함.
forming an electron transport layer on the substrate;
forming a light absorbing layer including perovskite represented by the following <Formula 1> by providing a source solution containing a halogen element and a metal compound and alkyl ammonium on the electron transport layer;
Comprising the step of forming a hole transport layer on the light absorption layer,
Controlling the concentration of B in the light absorption layer to more than 5 mol% and less than 20 mol% to control power conversion efficiency (PCE) for light of 1000 lux or less.
<Formula 1>
RNH 3 MA 3-n B n
R includes an alkyl group,
M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge,
A contains iodine (I), B contains bromine (Br),
n includes real numbers between 0 and 3
 제8 항에 있어서,
상기 흡광층이 포함하는 페로브스카이트 결정립은, 아래의 <화학식 2>로 표기되는 페로브스카이트를 포함하는 흡광층의 페로브스카이트 결정립과 비교하여,
정방정계상(Tetragonal Phase)에서 의사 입방체상(Pseudo cubic Phase)으로 상 전이(Phase Transition)된 것을 포함하는 실내용 광전지의 제조 방법.
<화학식 2>
RNH3MA3
R은 알킬기(alkyl group)를 포함하고,
M은 Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, 및 Ge 중 어느 하나를 포함하고,
A는 할로겐(halogen) 원소 중 어느 하나를 포함.
9. The method of claim 8,
The perovskite grains included in the light absorption layer are compared with the perovskite grains of the light absorption layer containing the perovskite represented by the following <Formula 2>,
A method for manufacturing an indoor photovoltaic cell comprising a phase transition from a tetragonal phase to a pseudo cubic phase.
<Formula 2>
RNH 3 MA 3
R includes an alkyl group,
M includes any one of Pb, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Yb, Sn, and Ge,
A contains any one of a halogen element.
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