KR20200085113A - Perovskite solar cell having buffer integrated transparent electrode and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 기능과 정공 추출 기능을 제공하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비함으로써 투명전극과 정공수송층을 한차례 공정으로 형성하여 추가적인 정공수송층을 제조하지 않을 뿐 아니라, 광활성층과 투명전극 사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 정공 이동을 향상시키기 위한, 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode and a method for manufacturing the same, and more specifically, by providing a buffer-integrated transparent electrode providing an anode function and a hole extraction function, the transparent electrode and the hole transport layer are provided. A perovskite solar cell with a buffer-integrated transparent electrode and its not only to form an additional hole transport layer in a single process, but also to improve hole movement by reducing the energy band gap difference between the photoactive layer and the transparent electrode It relates to a manufacturing method.
최근에는 친환경 에너지원을 활용하는 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중, 태양광을 이용하는 광전지 기술은 최근 10년간 미래에 지속 가능한 가장 실현 가능한 기술 중 하나로 집중받고 있다. In recent years, various studies using eco-friendly energy sources have been actively conducted. Among them, photovoltaic technology using sunlight has been concentrated as one of the most sustainable and sustainable technologies in the past 10 years.
특히, 페로브스카이트 태양전지(Perovskite solar cell)는 최근 몇 년간 실리콘 태양전지, 박막 태양전지와 비교하여 월등히 빠른 성장세를 보이고 있다. 여기서, 페로브스카이트는 결정구조가 티탄산칼슘(CaTiO3)과 동일한 구조를 가진 물질을 일컬는다. 일반적으로, 페로브스카이트 구조는 ABX3(A와 B는 양이온, X는 이들을 결합하고 있는 음이온)의 결정구조를 갖는다. In particular, perovskite solar cells (Perovskite solar cells) in recent years compared to silicon solar cells, thin-film solar cells have been showing significantly faster growth. Here, perovskite refers to a material having a structure in which the crystal structure is the same as calcium titanate (CaTiO 3 ). In general, the perovskite structure has a crystal structure of ABX3 (A and B are cations, X is an anion that binds them).
이러한 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트를 광활성층으로 사용하는데, 높은 효율, 낮은 가격 및 저온 용액 공정이 가능하다는 장점으로 차세대 태양전지로서 각광받고 있다.The perovskite solar cell uses perovskite as a photoactive layer, and has been spotlighted as a next-generation solar cell because of its high efficiency, low cost, and low temperature solution process.
초창기 페로브스카이트 물질은 대부분 산화물로 연구가 활발하였지만, 2차원 구조의 유무기 복합 페로브스카이트 물질의 전동성이 유기물 체인의 변화로 인해 조절될 수 있다는 연구 결과가 발표되면서 유무기 복합 페로브스카이트 물질에 대한 연구가 비약적으로 증가하였다. In the early days, most of the perovskite materials were actively researched as oxides, but as the results of the study that the mobility of the two-dimensional organic-inorganic composite perovskite materials can be controlled by changes in organic chains were announced, organic-inorganic composite perovskites Research on skye materials has increased dramatically.
페로브스카이트 물질은 3차원 구조의 물질로서, 밴드갭 에너지가 낮음에도 불구하고 태양전지의 흡광물질로서의 가능성을 지니고 있다.The perovskite material has a three-dimensional structure, and has the potential as a light absorbing material for solar cells despite the low band gap energy.
한편, 페로브스카이트 물질에 대한 대부분 연구는 페로브스카이트 태양전지의 광전변화 효율을 증가시키기 위해 광활성층의 구조적 변화 혹은 물질 변화에 집중하고 있다. Meanwhile, most researches on perovskite materials have focused on structural changes or material changes of the photoactive layer in order to increase the photoelectric change efficiency of perovskite solar cells.
페로브스카이트 태양전지의 투명전극 및 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL)은 광전변화 효율에 큰 영향을 미친다. 투명전극 및 정공수송층을 투과한 빛은 광활성층에서 엑시톤(exciton)을 생성하게 되며, 생성된 엑시톤은 계면에서 정공 및 전자를 정공수송층 및 전자수송층으로 이동시키게 된다. 이때, 엑시톤은 투명전극 및 정공수송층을 투과한 빛의 양이 많을수록 보다 많이 생성된다. 좋은 전도성을 보이는 투명전극과 정공수송층은 광전변화 효율을 향상시킬 수 있다.The transparent electrode and hole transfer layer (HTL) of the perovskite solar cell have a great influence on the photoelectric change efficiency. The light transmitted through the transparent electrode and the hole transport layer generates excitons in the photoactive layer, and the generated excitons move holes and electrons from the interface to the hole transport layer and the electron transport layer. At this time, excitons are generated as the amount of light passing through the transparent electrode and the hole transport layer increases. The transparent electrode and the hole transport layer showing good conductivity can improve the photoelectric change efficiency.
따라서, 최근에는 페로브스카이트 태양전지에 광전변화 효율을 증가시키는 중요한 구성 요건 중 하나인 정공수송층에 대한 다양한 물질개발에 대해 지속적인 연구가 이루어지고 있다.Accordingly, in recent years, continuous research has been conducted on the development of various materials for the hole transport layer, which is one of the important configuration requirements for increasing the photoelectric conversion efficiency in perovskite solar cells.
대부분의 정공수송층은 저온 및 용액 공정을 기반으로 하여 다양한 금속 산화물(예, Cu2O, NiO, MoO3 등)과 고분자 물질(예, PCBM, Spiro-OMeTAD 등)을 이용하여 생성되고 있다.Most hole transport layers are produced using various metal oxides (eg, Cu 2 O, NiO, MoO 3, etc.) and polymer materials (eg, PCBM, Spiro-OMeTAD, etc.) based on low temperature and solution processes.
그런데, 이와 같은 용액공정을 통해 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층을 박막으로 제작할 경우에는, 박막의 표면 균일도가 낮고, 대면적에 적용하기 쉽지 않다.However, when the hole transport layer of the perovskite solar cell is manufactured as a thin film through such a solution process, the surface uniformity of the thin film is low and it is not easy to apply to a large area.
따라서, 페로브스카이트 태양전지는 정공수송층을 박막으로 제작하더라도 박막의 표면 균일도가 높고 대면적에 적용하기 용이한 방안이 마련될 필요가 있다.Therefore, even if the hole transport layer is made of a thin film, a perovskite solar cell needs to be provided with a method of high surface uniformity and easy application to a large area.
본 발명의 목적은 양극 기능과 정공 추출 기능을 제공하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비함으로써 투명전극과 정공수송층을 한차례 공정으로 형성하여 추가적인 정공수송층을 제조하지 않을 뿐 아니라, 광활성층과 투명전극 사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 정공 이동을 향상시키기 위한, 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.The object of the present invention is to provide an anode function and a hole-integrated transparent electrode that provides a hole extraction function, thereby forming a transparent electrode and a hole transport layer in a single process to not only produce an additional hole transport layer, but also energy between the photoactive layer and the transparent electrode. It is to provide a perovskite solar cell with a buffer-integrated transparent electrode and a method of manufacturing the same for improving hole movement by reducing a difference in a band gap.
본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지는, 페로브스카이트 태양전지에 있어서, 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 사이에 버퍼층으로 형성되는 버퍼 일체형 투명전극;을 포함할 수 있다.A perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention, In a perovskite solar cell, a transparent electrode formed through a sputtering process on a substrate; A photoactive layer coated with perovskite; And a buffer-integrated transparent electrode formed as a buffer layer between the transparent electrode and the photoactive layer through a simultaneous co-sputtering process for the first oxide and the second oxide.
상기 제1 산화물은, 인듐 주석 산화물(ITO)이고, 상기 제2 산화물은, 안티모니구리산화물(ACO)일 수 있다.The first oxide may be indium tin oxide (ITO), and the second oxide may be antimony copper oxide (ACO).
상기 제1 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, DC 파워 100W가 인가되고, 상기 제2 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, RF 파워 210W가 인가되는 것일 수 있다.The power applied to the target of the first oxide, DC power 100W is applied, the power applied to the target of the second oxide, RF power 210W may be applied.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는, 증착시간을 조절하여 결정되는 것일 수 있다.The deposition thickness of the first oxide and the second oxide may be determined by controlling the deposition time.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는, 1:9 중량% 또는 2:8 중량%의 비율로 결정되는 것일 수 있다.The deposition thickness of the first oxide and the second oxide may be determined in a ratio of 1:9% by weight or 2:8% by weight.
실시예에 따르면, 상기 광활성층에 형성되는 전자수송층;을 더 포함하되, 상기 전자수송층은, 상기 광활성층 상에 PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester)이 코팅되는 것일 수 있다.According to an embodiment, further comprising; an electron transport layer formed on the photoactive layer, the electron transport layer may be one that is coated with a PCBM (Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester) on the photoactive layer.
실시예에 따르면, 상기 전자수송층에 형성되어 전자를 전달하면서 정공의 유출을 방지하는 BCP; 및 상기 BCP 상에 형성되는 금속전극;을 더 포함하되. 상기 금속전극은, 음극으로서, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 마그네슘(Mg) 중 어느 하나의 재질일 수 있다.According to an embodiment, the BCP is formed on the electron transport layer to prevent the outflow of holes while transferring electrons; And a metal electrode formed on the BCP. The metal electrode, as the cathode, may be any one of silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), and magnesium (Mg).
상기 기판은, 유리 기판, 플라스틱 기판, 플렉서블 기판 중 어느 하나일 수 있다.The substrate may be any one of a glass substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법으로서, 기판 상에 스퍼터링 공정을 통해 투명전극을 형성하는 단계; 페로브스카이트(perovskite)가 코팅되는 광활성층을 형성하는 단계; 및 제1 산화물과 제2 산화물에 대한 동시 스퍼터링 공정을 통해 상기 투명전극과 상기 광활성층 사이에 버퍼층으로 버퍼 일체형 투명전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, a method of manufacturing a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, forming a transparent electrode through a sputtering process on a substrate; Forming a photoactive layer coated with perovskite; And forming a buffer-integrated transparent electrode as a buffer layer between the transparent electrode and the photoactive layer through a simultaneous sputtering process for the first oxide and the second oxide.
본 발명은 양극 기능과 정공 추출 기능을 제공하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비함으로써 투명전극과 정공수송층을 한차례 공정으로 형성하여 추가적인 정공수송층을 제조하지 않을 뿐 아니라, 광활성층과 투명전극 사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 정공 이동을 향상시킬 수 있다.The present invention not only does not manufacture an additional hole transport layer by forming the transparent electrode and the hole transport layer in one step by providing a buffer-integrated transparent electrode that provides an anode function and a hole extraction function, as well as an energy band gap between the photoactive layer and the transparent electrode. By reducing the difference, hole movement can be improved.
또한, 본 발명은 정공수송층에 해당하는 버퍼 일체형 투명전극을 스퍼터링 공정으로 제작함에 따라 표면의 균일도를 향상시키고, 대면적 태양전지를 제조할 수 있다.In addition, the present invention can improve the uniformity of the surface and manufacture a large-area solar cell by manufacturing a buffer-integrated transparent electrode corresponding to the hole transport layer by a sputtering process.
또한, 본 발명은 버퍼 일체형 투명전극으로 페로브스카이트 태양전지, 유기발광 다이오드(OLED), 투명전자 소자용 전극으로 활용할 수 있다.In addition, the present invention can be used as an electrode for a perovskite solar cell, an organic light emitting diode (OLED), a transparent electronic device as a buffer-integrated transparent electrode.
또한, 본 발명은 용액 공정이 아닌 진공 증착 공정을 통해 투명전극과 정공수송층을 분리하지 않는 안정적이면서 단순하게 제조할 수 있다.In addition, the present invention can be manufactured stably and simply without separating the transparent electrode and the hole transport layer through a vacuum deposition process rather than a solution process.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지를 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 버퍼 일체형 투명전극의 증착두께 증가에 따른 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 4는 버퍼 일체형 투명전극의 증착두께에 따른 광학특성을 나타낸 도면,
도 5는 예상 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention,
2 and 3 are diagrams showing the electrical properties of the buffer-integrated transparent electrode as the deposition thickness increases,
4 is a view showing the optical characteristics of the buffer thickness of the transparent electrode integrated with the deposition,
5 is a diagram showing an expected energy band diagram,
6 is a view showing a method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following description and attached drawings, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the subject matter of the present invention are omitted. In addition, it should be noted that the same components throughout the drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be interpreted as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately defines terms as terms for describing his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments shown in the embodiments and the drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, and can replace them at the time of this application. It should be understood that there may be equivalents and variations.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size. The present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.When a certain part of the specification "includes" a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components unless otherwise specified. In addition, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only a case of "directly connecting", but also a case of "electrically connecting" with another element in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. The terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features or numbers or steps. It should be understood that it does not preclude the existence or addition possibility of the operation, components, parts or combinations thereof.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지(이하 '태양전지'라 함, 100)는, 양극 기능과 정공 추출 기능을 제공하는 버퍼 일체형 투명전극(30)을 구비함으로써 투명전극과 정공수송층을 한차례 공정으로 형성하여 추가적인 정공수송층을 제조하지 않을 뿐 아니라, 광활성층(40)과 투명전극(20) 사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 정공 이동을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 1, a perovskite solar cell (hereinafter referred to as “solar cell” 100) provided with a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention provides an anode function and a hole extraction function. By providing the buffer-integrated
이러한 태양전지(100)는 도 1에 도시된 아래부터 기판(10), 투명전극(20), 버퍼 일체형 투명전극(30), 광활성층(40), 전자수송층(50), BCP(60), 금속전극(70)을 적층하여 구성한다.The
먼저, 기판(10)은 유리 기판, 플라스틱 기판, 플렉서블 기판 등이 이용될 수 있다. 여기서, 플라스틱 기판은 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenenaphthelate), PP(polypropylene), PI(polyamide), TAC(tri acetyl cellulose), PES(polyethersulfone) 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 기판이고, 플렉서블 기판은 알루미늄 포일(aluminum foil), 스테인리스강 포일(stainless steel foil) 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 기판이다.First, the
다음, 투명전극(20)은 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해 기판(10) 상에 얇게 형성한다. 여기서, 투명전극(20)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowier), 탄소나노튜브(Carbon NanoTube, CNT), 그래핀(graphene), 전도성 고분자(conducting polymer) 중 어느 하나일 수 있으나, 여기서는 인듐 주석 산화물(이하 'ITO'라 함)을 적용하여 설명하기로 한다.Next, the
특히, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 투명전극(20)을 형성한 다음, 연속적으로 투명전극(20) 상에 형성된다.In particular, the buffer-integrated
이때, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 ITO와 안티모니 구리 산화물(Antimony doped Copper Oxide, ACO)(이하 'ACO'라 함)에 대한 동시 스퍼터링(co-sputtering) 공정을 통해 투명전극(20) 상에 동시 증착된다. At this time, the buffer-integrated
여기서, 동시 스퍼터링 공정은 ITO와 ACO 2개의 타겟(target)에 파워를 인가하여 기판(10)에 진공 증착하는 방식이다. 예를 들어, ITO의 타겟에 인가되는 파워는 DC 파워 100W가 인가되고, ACO에 인가되는 파워는 RF 파워 210W가 인가된다. Here, the simultaneous sputtering process is a method in which vacuum is deposited on the
그리고, ITO 및 ACO 각각에 인가되는 파워는 일정하게 유지되는데, ITO 및 ACO 각각의 최적 증착두께는 증착시간을 조절하여 결정된다. 이때, ACO와 ITO의 증착두께는 1:9 중량% 또는 2:8 중량%의 비율로 결정되는 것이 바람직하다.And, the power applied to each of ITO and ACO is kept constant, and the optimum deposition thickness of each of ITO and ACO is determined by controlling the deposition time. At this time, the deposition thickness of ACO and ITO is preferably determined at a ratio of 1:9% by weight or 2:8% by weight.
이와 같이, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 ITO와 ACO의 동시 증착 공정에 의해 형성되는 박막으로서, IOT의 기능에 의해 우수한 전기적 특성을 나타내는 양극 기능뿐만 아니라, ACO 기능에 의해 정공 이동을 원활하게 하는 정공 추출 기능을 나타낸다. As described above, the buffer-integrated
여기서, ACO는 안티모니 이온(Sb3+)과 구리산화 이온(Cu2+)을 서로 치환 고용시켜 형성함에 따라 정공수송층으로 기능하게 된다. 그에 따라, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 투명전극(20)과 광활성층(40) 사이의 에너지 밴드 레벨을 조절해주어 정공의 이동을 용이하게 한다. Here, ACO functions as a hole transport layer as it is formed by dissolving antimony ions (Sb 3+ ) and copper oxide ions (Cu 2+ ) with each other. Accordingly, the buffer-integrated
또한, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 76% 정도의 높은 투과율(transmittance)을 나타내며, 11.5 Ohm/square의 낮은 면저항을 나타낸다(후술할 도 3 참조).In addition, the buffer-integrated
이상에서 살펴본 바와 같이, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 용액 공정이 아닌 동시 스퍼터링 공정을 통해 형성함에 따라, 대면적으로 박막의 높은 균일도를 가진 버퍼층으로 형성할 수 있다.As described above, as the buffer-integrated
한편, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 RF/DC 마그네트론 스퍼터 시스템(RF/DC magnetron sputter system)을 사용하여 형성한다. 즉, RF/DC 마그네트론 스퍼터 시스템은 ITO의 타겟에 인가되는 DC 파워 100W를 유지하고, ACO의 타겟에 인가되는 RF 파워 210W를 유지하여 동시에 진공 증착하는 방법으로 버퍼 일체형 투명전극(30)을 형성한다.On the other hand, the buffer-integrated
아울러, ACO 단일 박막과 버퍼 일체형 투명전극(30)의 증착두께 증가에 따른 전기적 특성[저항(resistivity) 및 캐리어농도(carrier concentration)]은 도 2 및 도 3과 같다. 도 2 및 도 3은 버퍼 일체형 투명전극의 증착두께 증가에 따른 전기적 특성을 나타낸 도면이다.In addition, the electrical properties (resisttivity and carrier concentration) according to the deposition thickness increase of the ACO single thin film and the buffer-integrated
도 2의 (a)는 ACO 단일 박막의 증착두께 증가에 따른 저항 변화를 나타내고, 도 2의 (b)는 버퍼 일체형 투명전극(30)의 증착두께 증가에 따른 저항 변화를 나타낸다. 그리고, 도 3의 (a)는 ACO 단일 박막의 증착두께 증가에 따른 캐리어농도 변화를 나타내고, 도 3의 (b)는 버퍼 일체형 투명전극(30)의 증착두께 증가에 따른 캐리어농도 변화를 나타낸다.FIG. 2(a) shows the resistance change according to the deposition thickness increase of the ACO single thin film, and FIG. 2(b) shows the resistance change according to the deposition thickness increase of the buffer-integrated
도 2 및 도 3을 참조하면, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 단일 ACO에 비해 우수한 전기적 특성을 나타내고, 증착두께가 증가할수록 전기적 특성이 좋아진다.2 and 3, the buffer-integrated
또한, ACO 단일 박막과 버퍼 일체형 투명전극(30)의 증착두께에 따른 광학특성(파장별 투과율)은 도 4와 같다. 도 4는 버퍼 일체형 투명전극의 증착두께에 따른 광학특성을 나타낸 도면이다.In addition, optical properties (transmittance by wavelength) according to the deposition thickness of the ACO single thin film and the buffer-integrated
도 4의 (a)는 ACO 단일 박막의 증착두께에 따른 파장별 투과율 변화를 나타내고, 도 4의 (b)는 버퍼 일체형 투명전극(30)의 증착두께에 따른 파장별 투과율 변화를 나타낸다.4(a) shows a change in transmittance for each wavelength according to the deposition thickness of a single ACO thin film, and FIG. 4(b) shows a change in transmittance for each wavelength according to the deposition thickness of the buffer-integrated
도 4를 참조하면, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 ACO 단일 박막에 비해 동일한 증착두께에 대해 투과율이 우수한 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 4, the buffer-integrated
또한, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 태양전지(100)에 적용할 경우에 예상 에너지 밴드 다이어그램은 도 5와 같다. 도 5는 예상 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.In addition, when the buffer-integrated
도 5를 참조하면, 버퍼 일체형 투명전극(30)은 광활성층(40)과 투명전극(20) 사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여주기 때문에 정공 이동을 활성화시켜 준다.Referring to FIG. 5, since the buffer-integrated
다시 도 1을 참조하면, 광활성층(40)은 버퍼 일체형 투명전극(30) 상에 페로브스카이트(CH3NH3PbI3)가 코팅된다. 이러한 광활성층(40)은 투과된 빛에 의해 엑시톤(exiton)을 생성하고, 생성된 엑시톤을 계면에서 정공 및 전자를 정공수송층 및 전자수송층으로 이동시킨다.Referring back to FIG. 1, the
이때, 페로브스카이트는 요오드화메틸암모늄(CH3NH3I)과 요오드화납(PbI2)이 N,N-다이메틸폼아마이드(N,N-dimethylformamide, DMF)에 분산된 용액을 버퍼 일체형 투명전극(30) 상에 코팅되어 형성된다. 여기서, 광활성층(40)에 사용하는 유/무기물질과 그 유도체는 비제한적으로 사용될 수 있다.In this case, perovskite is a buffer-integrated transparent electrode in which a solution of methyl ammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and lead iodide (PbI 2 ) dispersed in N,N-dimethylformamide (DMF) It is formed by coating on (30). Here, the organic/inorganic material used in the
다음, 전자수송층(50)은 광활성층(40)으로부터 전자 추출을 위해, 광활성층(40) 상에 PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester)이 코팅된다.Next, the
다음, BCP(60)는 bathocuproine로서, 전자를 전달하면서 정공의 유출을 막는 기능을 수행한다.Next, BCP (60) is a bathocuproine, and performs a function of preventing the outflow of holes while delivering electrons.
다음, 금속전극(70)은 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 마그네슘(Mg) 등으로서, 음극을 성막하여 완성하게 된다. 한편, 양극은 진공 증착 공정에 의하여 고진공 상태에서 증착되어 형성되거나, 용액 또는 페이스트 공정을 통해 형성될 수 있다.Next, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
투명전극(20)은 스퍼터 공정을 통해 기판(10) 상에 형성된다(S1). 이때, 버퍼 일체형 투명기판(10)은 ITO와 ACO의 동시 스퍼터링 공정을 통해 투명전극(20) 상에 형성된다(S2). 여기서, 버퍼 일체형 투명기판(10)은 양극 또는 정공수송층으로 기능하게 된다.The
이후, 광활성층(40)은 버퍼 일체형 투명기판(10) 상에 형성되고(S3), 전자수송층(50)은 광활성층(40) 상에 형성된다(S4).Thereafter, the
그리고, BCP(60)는 전자수송층(50) 상에 형성되고(S5), 금속전극(70)은 BCP(60) 상에 형성된다(S6).Then, the
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.Although the above description has been described with a focus on the novel features of the present invention applied to various embodiments, a person skilled in the art without departing from the scope of the present invention, the apparatus and method described above It will be understood that various deletions, substitutions, and modifications are possible in the form and details of the. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than in the above description. All modifications within the equivalent scope of the claims are covered by the scope of the present invention.
10 ; 기판
20 ; 투명기판
30 ; 버퍼 일체형 투명기판
40 ; 광활성층
50 ; 전자수송층
60 ; BCP
70 ; 금속전극10;
30; Buffer-integrated
50;
70; Metal electrode
Claims (13)
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 사이에 버퍼층으로 형성되는 버퍼 일체형 투명전극;
을 포함하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
In the perovskite solar cell,
A transparent electrode formed on the substrate through a sputtering process;
A photoactive layer coated with perovskite; And
A buffer-integrated transparent electrode formed as a buffer layer between the transparent electrode and the photoactive layer through a simultaneous co-sputtering process for the first oxide and the second oxide;
Perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode comprising a.
상기 제1 산화물은, 인듐 주석 산화물(ITO)이고,
상기 제2 산화물은, 안티모니구리산화물(ACO)인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
According to claim 1,
The first oxide is indium tin oxide (ITO),
The second oxide is a perovskite solar cell provided with a buffer-integrated transparent electrode that is an antimony copper oxide (ACO).
상기 제1 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, DC 파워 100W가 인가되고,
상기 제2 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, RF 파워 210W가 인가되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
According to claim 1,
DC power 100W is applied to the power applied to the target of the first oxide,
The power applied to the target of the second oxide is a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode to which RF power 210W is applied.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는,
증착시간을 조절하여 결정되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
According to claim 1,
The deposition thickness of the first oxide and the second oxide,
A perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode that is determined by controlling deposition time.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는,
1:9 중량% 또는 2:8 중량%의 비율로 결정되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
The method of claim 4,
The deposition thickness of the first oxide and the second oxide,
Perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode, which is determined at a ratio of 1:9% by weight or 2:8% by weight.
상기 광활성층에 형성되는 전자수송층;을 더 포함하되,
상기 전자수송층은, 상기 광활성층 상에 PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester)이 코팅되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
According to claim 1,
Further comprising; an electron transport layer formed on the photoactive layer,
The electron transport layer, a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode is a PCBM (Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester) is coated on the photoactive layer.
상기 전자수송층에 형성되어 전자를 전달하면서 정공의 유출을 방지하는 BCP; 및
상기 BCP 상에 형성되는 금속전극;을 더 포함하되.
상기 금속전극은, 음극으로서, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 마그네슘(Mg) 중 어느 하나의 재질인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
The method of claim 6,
BCP is formed on the electron transport layer to prevent the outflow of holes while transferring electrons; And
The metal electrode formed on the BCP; further comprising.
The metal electrode is a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode made of any one of silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), and magnesium (Mg) as a cathode.
상기 기판은,
유리 기판, 플라스틱 기판, 플렉서블 기판 중 어느 하나인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지.
According to claim 1,
The substrate,
Perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode, which is any one of a glass substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate.
기판 상에 스퍼터링 공정을 통해 투명전극을 형성하는 단계;
페로브스카이트(perovskite)가 코팅되는 광활성층을 형성하는 단계; 및
제1 산화물과 제2 산화물에 대한 동시 스퍼터링 공정을 통해 상기 투명전극과 상기 광활성층 사이에 버퍼층으로 버퍼 일체형 투명전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
As a method of manufacturing a perovskite solar cell,
Forming a transparent electrode on the substrate through a sputtering process;
Forming a photoactive layer coated with perovskite; And
Forming a buffer-integrated transparent electrode as a buffer layer between the transparent electrode and the photoactive layer through a simultaneous sputtering process for the first oxide and the second oxide;
Method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode comprising a.
상기 제1 산화물은, 인듐 주석 산화물(ITO)이고,
상기 제2 산화물은, 안티모니구리산화물(ACO)인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
The method of claim 9,
The first oxide is indium tin oxide (ITO),
The second oxide is a method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode that is an antimony copper oxide (ACO).
상기 제1 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, DC 파워 100W가 인가되고,
상기 제2 산화물의 타겟에 인가되는 파워는, RF 파워 210W가 인가되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
The method of claim 9,
DC power 100W is applied to the power applied to the target of the first oxide,
The power applied to the target of the second oxide is a method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode in which RF power 210W is applied.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는,
증착시간을 조절하여 결정되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
The method of claim 9,
The deposition thickness of the first oxide and the second oxide,
Method for manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode that is determined by controlling deposition time.
상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 증착두께는,
1:9 중량% 또는 2:8 중량%의 비율로 결정되는 것인 버퍼 일체형 투명전극을 구비한 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.The method of claim 12,
The deposition thickness of the first oxide and the second oxide,
Method of manufacturing a perovskite solar cell having a buffer-integrated transparent electrode, which is determined at a ratio of 1:9% by weight or 2:8% by weight.
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|---|---|---|---|---|
| KR102293164B1 (en) | 2020-08-12 | 2021-08-25 | 고려대학교 산학협력단 | Indoor photovoltaics and fabricating method of thereof |
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