KR101380838B1 - 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101380838B1 KR101380838B1 KR1020120069144A KR20120069144A KR101380838B1 KR 101380838 B1 KR101380838 B1 KR 101380838B1 KR 1020120069144 A KR1020120069144 A KR 1020120069144A KR 20120069144 A KR20120069144 A KR 20120069144A KR 101380838 B1 KR101380838 B1 KR 101380838B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- organic
- solar cell
- inorganic
- transport layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 title claims description 30
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 title claims description 29
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 title 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 58
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 56
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 37
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 20
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 19
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- -1 aluminum-tin oxide Chemical compound 0.000 claims description 9
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 claims description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 2,1,3-benzothiadiazole Chemical compound C1=CC=CC2=NSN=C21 PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NUCIQEWGTLOQTR-UHFFFAOYSA-N 4,4-bis(2-ethylhexyl)-4h-cyclopenta[1,2-b:5,4-b']dithiophene Chemical compound S1C=CC2=C1C(SC=C1)=C1C2(CC(CC)CCCC)CC(CC)CCCC NUCIQEWGTLOQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- QERYCTSHXKAMIS-UHFFFAOYSA-M thiophene-2-carboxylate Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CS1 QERYCTSHXKAMIS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 237
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- FZYQHMHIALEGMG-MVOHYUIRSA-N pcbb Chemical compound CCCCOC(=O)CCCC1([C@]23C4=C5C=CC6=C7C=CC8=C9C=CC%10=C%11C=CC%12=C(C=C4)[C@]31C1=C3C4=C2C5=C6C=2C7=C8C5=C9C%10=C(C3=C5C4=2)C%11=C%121)C1=CC=CC=C1 FZYQHMHIALEGMG-MVOHYUIRSA-N 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010277 boron hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000011712 cell development Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 210000003238 esophagus Anatomy 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
- H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 기판;상기 기판상에 형성된 투명전극층;상기 투명전극층상에 적층된 무기계 광활성층;상기 무기계 광활성층상에 적층된 산화인듐주석 전자수송층;상기 전자수송층상에 적층되되, 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산된 정공수송층;상기 정공수송층상에 적층된 유기계 광활성층; 및 상기 유기계 광활성층상에 적층된 후면전극층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 정공수송층의 적어도 일면에 귀금속나노입자가 분산됨으로써 광전변환효율이 더욱 향상되는 장점이 있다.
Description
본 발명은 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산되어 효율이 향상된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 대체에너지 개발에 대한 관심이 높아지면서 태양전지 개발에도 많은 연구가 이루어지고 있다. 태양전지는 빛에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 흡수하는 두 개 이상의 반도체물질 층으로 구성된다. 상기 태양전지는 p-n 접합을 이루는 반도체 다이오드에 빛을 조사하면 광자가 흡수되어 전자/정공쌍이 생성되고 두 개의 다른 물질의 접합부에서 전위차가 발생함으로써 전류가 흐르게 된다.
태양전지는 광활성층의 구성 물질에 따라 크게 무기물 태양전지 또는 유기물 태양전지로 구분할 수 있다. 종래 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지가 대부분이었으나, 최근 실리콘 소재의 공급 불안정화가 심화되어, 수급 불균형에 따른 고비용 문제가 발생하고 있어 이를 대체하기 위한 새로운 태양전지를 개발하게 되었다.
탠덤 태양전지(Tandem solar cell)는 서로 다른 광학 밴드갭(Optical Bandgap)을 갖는 물질을 2층 이상으로 형성한 구조를 갖는다. 탠덤 태양전지는 빛의 입사면에서 가까운 부분에 넓은 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 반도체층(Top Cell)이 구비되고, 빛의 입사면에서 먼 부분에 상대적으로 좁은 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 반도체층(Bottom Cell)이 삽입된 구조를 갖는다.
그 중 폴리머 태양전지는 주로 고분자로 구성되어 있어 얇은 소자로 제작이 가능하여 탠덤 태양전지에 적합한 특성을 가질 뿐만 아니라 굽힘성과 가공성이 우수하여 다양한 분야에 응용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 상기 폴리머 태양전지는 단파장영역의 태양광을 흡수하지 못하여 탠덤 태양전지의 효율이 만족할만한 수준에 이르지 못하고 있는 실정이다.
이러한 폴리머 태양전지 대안으로서, 유기재료와 무기재료를 혼용한 이종접합 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 대한 연구가 수행되었다. 상기 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 유기물질 및 무기물질의 장점에 의해 각각의 단점을 상호 보완함으로써 태양전지의 광전변환효율 및 사용수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 탠덤 태양전지는 다른 흡수 대역을 가진 셀을 사용함으로써 태양광의 스펙트럼을 효율적으로 흡수하여 태양전지의 광전변환효율을 향상시키지만, 실제로 다른 흡수 대역을 가진 셀을 단순히 조합하는 것만으로는 광전변환효율을 향상시키는데 어려움이 있어 두 셀의 결합일치 정도, 계면 혼합층 유무, 셀간의 조합 등을 고려하여야 한다.
이에, 본 발명자들은 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위한 방법을 연구하던 중, 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자를 분산시킴으로써 표면 플라즈마 공명 효과의 파장대를 확장시킬 수 있어, 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 광전변환효율이 향상될 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
기판;
상기 기판상에 형성된 투명전극층;
상기 투명전극층상에 적층된 무기계 광활성층;
상기 무기계 광활성층상에 적층된 산화인듐주석 전자수송층;
상기 전자수송층상에 적층되되, 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산된 정공수송층;
상기 정공수송층상에 적층된 유기계 광활성층; 및
상기 유기계 광활성층상에 적층된 후면전극층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법으로서,
기판상에 투명전극층을 코팅하는 단계(단계 1);
상기 투명전극층 상부에 무기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 2);
상기 무기계 광활성층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 단계(단계 3);
상기 전자수송층 상부에 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층을 적층하는 단계(단계 4);
상기 정공수송층 일면 또는 양면에 귀금속나노입자를 분산시키는 단계(단계 5);
상기 정공수송층 상부에 유기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 6); 및
상기 유기계 광활성층 상부에 후면전극층을 적층하는 단계(단계 7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
나아가, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산됨으로써 표면 플라즈몬 공명 효과의 파장대가 확장되어 효율이 향상되는 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 2의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비교예 1의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 5는 비교예 2의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 6은 실시예 3에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 전계방사주사전자현미경(FE-SEM)으로 촬영한 이미지이다(촬영배율: 50000 배율).
도 7은 실시예 3에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 전계방사주사전자현미경(FE-SEM)으로 촬영한 이미지이다(촬영배율: 200,000 배율).
도 8은 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 전압에 대한 전류밀도를 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 2의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 4는 비교예 1의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 5는 비교예 2의 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 나타낸 모식도이다.
도 6은 실시예 3에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 전계방사주사전자현미경(FE-SEM)으로 촬영한 이미지이다(촬영배율: 50000 배율).
도 7은 실시예 3에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 전계방사주사전자현미경(FE-SEM)으로 촬영한 이미지이다(촬영배율: 200,000 배율).
도 8은 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 전압에 대한 전류밀도를 측정한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명은
기판;
상기 기판상에 형성된 투명전극층;
상기 투명전극층상에 적층된 무기계 광활성층;
상기 무기계 광활성층상에 적층된 산화인듐주석 전자수송층;
상기 전자수송층상에 적층되되, 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산된 정공수송층;
상기 정공수송층상에 적층된 유기계 광활성층; 및
상기 유기계 광활성층상에 적층된 후면전극층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 상기 기판으로는 유리, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 기판은 빛이 일차적으로 입사되는 부분으로서 빛의 투과율이 우수함과 동시에 제조되는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 내에서의 내부 단락을 방지할 수 있도록 투명절연성 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 상기 투명전극층은 기판 상부에 적층된다. 상기 투명전극층으로는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO; Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), 산화인듐주석(ITO;indium-tin oxide), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄주석(ATO;Aluminium-tin oxide; SnO2:Al), 불소함유 산화주석(FTO: Fluorine-doped tin oxide), 은 나노와이어, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브, PEDOT:PSS 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)를 사용할 수 있다. 상기 투명전극층은 외부로부터 입사되는 빛을 광흡수층으로 통과시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 상기 무기계 광활성층은 투명전극층 상부에 적층된다. 상기 무기계 광활성층으로는 비정질 실리콘을 사용할 수 있다. 또한, 상기 무기계 광활성층은 p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 무기계 광활성층은 빛을 받으면 전자 및 정공을 생성한다. 예를 들면, p형/i형/n형 구조는 i층이 p층과 n층에 의해 공핍(depletion)되어 내부에 전기장을 발생하게 되면, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트되어 각각 p층과 n층에서 수집된다. 구체적으로, 상기 공핍은 n층에서 생성된 자유전자가 확산하여 p층의 접합 부근의 정공과 결합함으로써 i층에 장벽전위를 형성하여 n층의 자유전자와 p층의 정공이 확산되지 않는 것을 말한다. 또한, 무기계 광활성층을 사용함으로써, 종래 유기계 광활성층만을 사용했을 때보다 스퍼터링, 동일한 용매를 이용한 유기계 광활성층의 코팅, 플라즈마 또는 자외선과 같은 표면처리과정 중에 셀이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 산화인듐주석 전자수송층은 상기 무기계 광활성층 상부에 적층된다. 상기 산화인듐주석 전자수송층은 고투명성을 가져 넓은 밴드갭을 갖는 반도체층(Top Cell)에 도달하는 빛의 세기가 크므로 반도체층의 광전류흐름을 증가시킬 수 있는 특징이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 상기 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산된 정공수송층은 상기 산화인듐주석 전자수송층 상부에 적층된다.
일반적으로, 정공수송층을 구성하는 물질과 귀금속나노입자가 혼합된 경우에는 정공수송층을 구성하는 물질이 첨가되는 귀금속나노입자의 영향을 받는다. 따라서, 이로부터 형성되는 정공수송층의 농도, 두께 등이 처음에 의도한 것과는 달라질 가능성이 크다는 문제가 있다.
반면에, 본 발명에 따라 상기 정공수송층을 구성하는 물질의 일면 또는 양면에 상기 귀금속나노입자를 분산시키는 경우에는 상기 정공수송층을 구성하는 물질의 표면에너지에 의하여 귀금속나노입자간의 뭉침현상(aggregation)이 일어나 표면 플라즈몬 공명 효과를 향상시킬 수 있다. 상기 플라즈몬 공명 효과는 귀금속나노입자에 조사되는 빛과 상기 귀금속나노입자 간의 공명에 의해 특정 파장의 빛이 증폭되는 현상이다.
구체적으로, 귀금속나노입자간의 뭉침현상이 일어나면 귀금속나노입자가 뭉쳐있는 간격에 따라서 빛이 증폭되는 파장대가 달라진다. 귀금속나노입자가 뭉쳐있는 간격이 상대적으로 좁으면 단파장대에서 빛을 증폭시킬 수 있고, 귀금속나노입자가 뭉쳐있는 간격이 상대적으로 넓으면 장파장대에서 빛을 증폭시킬 수 있어 결과적으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 효율이 향상된다.
예를 들면, 정공수송층의 어느 일면에 금(Au) 나노입자가 분산된 경우에는 금 나노입자의 빛의 흡수 파장영역은 520 ㎚이지만 금 나노입자들이 뭉치게 되면 상대적으로 넓은 파장대에서 빛을 흡수할 수 있어 결과적으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 효율이 향상된다.
상기 정공수송층의 일면 또는 양면에 분산되는 귀금속나노입자로는 금(Au)나노입자를 사용하는 것이 바람직하나, 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 효율을 향상시킨다는 관점에서 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 귀금속나노입자의 크기 및 형태에는 제한이 없으나, 예를 들면 10 - 50 ㎚ 크기의 다양한 형태를 갖는 귀금속나노입자를 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 유기계 광활성층은 상기 정공수송층 상부에 형성된다. 상기 유기계 광활성층으로는 장파장의 빛을 흡수하는 밴드갭이 작은 유기재료를 사용할 수 있으며, PBDTTT-C(poly[4,8-bis-alkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkyl thieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PTB7 (Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b'] dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PC61BM [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC71BM 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지에 있어서, 후면전극층은 상기 유기계 광활성층 상부에 형성된다. 상기 후면전극층으로는 알루미늄, 은, 금, 크롬, 팔라듐, 그래핀, 탄소나노튜브, 은 나노와이어 등을 단독으로 사용할 수 있다. 상기 후면전극층은 상기 나열한 각각의 층을 통과한 태양광을 다시 반사시켜 무기계 광활성층으로 재입사시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명은 상기 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법으로서,
기판상에 투명전극층을 코팅하는 단계(단계 1);
상기 투명전극층 상부에 무기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 2);
상기 무기계 광활성층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 단계(단계 3);
상기 전자수송층 상부에 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층을 적층하는 단계(단계 4);
상기 정공수송층 일면 또는 양면에 귀금속나노입자를 분산시키는 단계(단계 5);
상기 정공수송층 상부에 유기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 6); 및
상기 유기계 광활성층 상부에 후면전극층을 적층하는 단계(단계 7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 기판상에 투명전극층을 적층하는 단계이다.
상기 기판으로는 유리, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 기판상에 투명전극층을 적층하는 방법으로는 스퍼터링과 같은 통상적인 방법을 사용할 수 있다.
상기 기판상에 적층되는 투명전극층은 태양광이 기판쪽에서 조사되므로 투명도가 높은 물질일수록 유리하다. 상기 투명전극층으로는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO; Aluminium-zinc oxide;ZnO:Al), 산화인듐주석(ITO;indium-tin oxide), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄주석(ATO;Aluminium-tin oxide; SnO2:Al), 불소함유 산화주석(FTO: Fluorine-doped tin oxide), 은 나노와이어, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브, PEDOT:PSS 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 2는 투명전극층 상부에 무기계 광활성층을 적층하는 단계이다.
상기 투명전극층 상부에 무기계 광활성층을 적층하는 방법으로는 플라즈마화학기상증착법(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 사용할 수 있다.
상기 무기계 광활성층은 투명전극층 상부에 p형 비정질 실리콘층, i(intrinsic)형 비정질 실리콘층 및 n형 비정질 실리콘층 각각이 순서대로 적층된 구조일 수 있다. 구체적으로 상기 p형 비정질 실리콘은 3가 원소인 붕소, 칼륨과 같은 원소가 도핑된 비정질 실리콘을 의미하고, i형 비정질 실리콘은 어떠한 불순물도 첨가되지 않은 비정질 실리콘을 의미하고, n형 비정질 실리콘은 5가 원소인 인, 비소, 안티몬과 같은 원소가 도핑된 비정질 실리콘을 의미한다.
예를 들면, 상기 무기계 광활성층은 투명전극층 상부에 p형 비정질 실리콘층을 플라즈마화학기상증착법을 이용하여 적층시키고, 상기 p형 비정질 실리콘층 상부에 i형 비정질 실리콘층을 플라즈마화학기상증착법을 이용하여 적층시키고, 상기 i형 비정질 실리콘층 상부에 n형 비정질 실리콘층을 플라즈마화학기상증착법을 이용하여 적층시켜 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 단계 3은 무기계 광활성층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 단계이다.
상기 무기계 광활성층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 방법으로는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)과 같은 방법을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 4는 전자수송층 상부에 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층을 적층하는 단계이다.
상기 산화인듐주석 전자수송층 상부에 상기 정공수송층을 적층하는 방법으로는 스핀코팅과 같은 방법을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 5는 상기 정공수송층 일면 또는 양면에 귀금속나노입자를 분산시키는 단계이다.
상기 귀금속나노입자는 이소프로필 등과 같은 분산용매를 이용하여 상기 정공수송층 일면 또는 양면에 분산시킬 수 있다. 상기 귀금속나노입자로는 금(Au)나노입자를 사용하는 것이 바람직하나, 유무기 복합 탠덤 태양전지의 효율을 향상시킨다는 관점에서 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 귀금속나노입자의 크기 및 형태에는 제한이 없으나, 예를 들면 10 - 50 ㎚ 크기의 다양한 형태를 갖는 귀금속나노입자를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 6은 정공수송층 상부에 유기계 광활성층을 적층하는 단계이다.
상기 정공수송층 상부에 유기계 광활성층을 적층하는 방법으로는 스핀코팅과 같은 방법을 사용할 수 있다.
상기 정공수송층 상부에 적층되는 유기계 광활성층으로는 PBDTTT-C(poly[4,8-bis-alkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkyl thieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PTB7 (Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b'] dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PC61BM [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC71BM 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 7은 유기계 광활성층 상부에 후면전극층을 적층하는 단계이다.
상기 유기계 광활성층 상부에 후면전극층을 적층하는 방법으로는 열증착법, 진공증착법과 같은 방법을 사용할 수 있다.
상기 유기계 광활성층 상부에 적층되는 후면전극층으로는 알루미늄, 은, 금, 크롬, 팔라듐, 그래핀, 탄소나노튜브, 은 나노와이어 등을 단독으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
나아가, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제공한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산됨으로써 표면 플라즈몬 공명 효과의 파장대가 확장되어 효율이 향상되는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조 1
단계 1. 기판을 준비하는 단계
알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)이 500 ㎚ - 1 ㎛ 두께로 적층된 유리기판을 이소프로필알코올(IPA)로 10분, 아세톤으로 10분간 세척하고 산소 분위기에서 자외선을 조사하여 표면처리(UVO) 하였다.
단계 2. 무기계 광활성층을 적층하는 단계
다음으로, 플라즈마화학기상증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVP)을 이용하여 상기 알루미늄이 도핑된 산화아연층(AZO) 상부에 p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘층을 각각 5 ㎚/70 ㎚/5 ㎚ 두께로 적층하였다.
상기 i형 비정질 실리콘층은 실란(SiH4) 및 수소(H2)의 혼합물로부터 얻었고, 상기 i형 비정질 실리콘을 구성하는 혼합물에 수소화붕소(BH4) 및 인화수소(PH3)를 각각 첨가하여 p형 비정질 실리콘 및 n형 비정질 실리콘을 얻었다.
단계 3. 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 단계
다음으로, 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 상기 n형 비정질 실리콘층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 50 ㎚ 두께로 적층하였다.
단계 4. 정공수송층을 적층하는 단계
다음으로, 스핀코팅법을 이용하여 산화인듐주석 전자수송층 상부에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 정공수송층을 70 ㎚로 적층하였다. 상기 단계 완료 후, 150 ℃에서 1 분 동안 건조시켰다.
단계 5. 귀금속나노입자를 분산시키는 단계
다음으로, 스핀코팅법을 이용하여 상기 정공수송층 상부에 10 - 50 ㎚ 크기의 금(Au) 나노입자 및 이소프로필알코올을 혼합한 용액을 분산시킨 후, 150 ℃에서 10분 동안 건조시켰다.
단계 6. 유기계 광활성층을 적층하는 단계
다음으로, 스핀코팅법을 이용하여 상기 금 나노입자가 분산된 정공수송층 상부에 PBDTTT-C:PCBM(중량비, 1:2)과 디클로로벤젠수용액(농도, 2 중량%)과 혼합한 용액을 80 - 100 ㎚ 두께로 적층하였다. 상기 단계 완료 후, 상온에서 10분 동안 건조시켰다.
단계 7. 후면전극층을 적층하는 단계
다음으로, 열증착법을 이용하여 상기 PBDTTT-C:PCBM 상부에 알루미늄층을 100 ㎚ 두께로 적층하여 산화인듐주석 전자수송층/귀금속나노입자가 분산된 정공수송층으로 이루어진 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제조하였다(도 1).
<
실시예
2> 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조 2
상기 실시예 1 중 상기 단계 4를 수행하기 전에 금(Au)나노입자를 분산시키는 단계를 수행하고, 단계 5는 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제조하였다.
<
실시예
3> 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조 3
상기 실시예 1 중 상기 단계 4를 수행하기 전에 금(Au)나노입자를 분산시키는 단계를 더 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제조하였다.
<
비교예
1> 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조 4
상기 실시예 1 중 상기 단계 5를 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제조하였다(도 4).
<
비교예
2> 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조 5
상기 실시예 1 중 단계 4 및 단계 5를 수행하지 않고 스핀코팅법을 이용하여 산화인듐주석층 상부에 PEDOT:PSS, 금 나노입자 및 이소프로필알코올을 1:1:1 비율로 혼합한 용액을 70 - 100 ㎚ 두께로 적층한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유·무기 복합 탠덤 태양전지를 제조하였다(도 5).
<실험예 1> 전계방사주사전자현미경(FE - SEM , Field emission scanning electron microscope )분석
본 발명에 따른 정공수송층의 일면 또는 양면에 분산된 귀금속나노입자의 형태를 분석하기 위하여, 실시예 3에서 제조된 유·무기 복합 탠덤태양전지에 대하여 FE-SEM(UHR FE-SEM, S-5500, Hitachi, Japan)을 이용하여 촬영하였고, 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 3의 PEDOT:PSS층의 양면에 금 나노입자를 분산시킨 경우에는 PEDOT:PSS층의 표면에너지에 의해 금 나노입자의 뭉침현상(aggregation)이 일어났음을 알 수 있다.
<실험예 2> 전기적특성 분석
본 발명에 따른 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자의 분산효과를 알아보기 위해, 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 전압에 대한 전류밀도를 측정하고, 그 결과를 도 8 및 표 1에 나타내었다.
하기 표 1 중 단락회로전류밀도(Jsc), 개방회로전압(Voc) 및 곡선인자(Fill Factor, FF)는 태양전지의 전력변환효율을 특징 짓는 변수이다.
상기 단락회로전류밀도는 회로가 단락된 상태로, 외부저항이 없는 상태에서 빛을 받았을 때 나타나는 역방향(음의 값)의 전류밀도이다. 단락회로전류밀도는 입사광의 세기와 파장분포가 결정된 상태에서, 광흡수에 의해 여기된 전자와 정공이 재결합(recombination)하여 손실되지 않고 얼마나 효과적으로 전지 내부에서 외부회로 쪽으로 보내어지는가에 의존한다. 상기 광흡수에 의해 여기된 전자와 정공의 재결합에 의한 손실은 재료의 내부 또는 계면에서 일어날 수 있다.
상기 개방회로전압은 무한대의 임피던스가 걸린 상태에서 빛을 받았을 때 태양전지의 양단에 형성되는 전위차이다.
상기 곡선인자는 최대전력점에서의 전류밀도와 전압의 곱(Jmp×Vmp)을 단락회로전류밀도와 개방회로전압의 곱(Jsc×Voc)으로 나눈 값이다. 상기 곡선인자는 빛이 조사된 상태에서 J - V 곡선의 모양이 사각형에 얼마나 가까운가를 나타내는 지표이다.
태양전지의 전력변환효율(PCE)는 태양전지에 의해 생산된 최대 전력과 입사광 에너지 Pin 사이의 비율이다.
| 단락회로전류밀도 (㎃/㎠) |
개방회로전압 (Voc) |
곡선인자 | 전력변환효율 (%) |
|
| 실시예 3 | 7.39 | 1.51 | 0.59 | 6.63 |
| 비교예 1 | 6.14 | 1.52 | 0.59 | 5.61 |
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 J-V 그래프는 S 형 곡선을 나타내지 않아 전하의 추출 및 주입에 대한 에너지 장벽이 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 3의 산화인듐주석 전자수송층/PEDOT:PSS의 양면에 금 나노입자가 분산된 정공수송층으로 이루어진 중간층 이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 비교예 1의 산화인듐주석 전자수송층/PEDOT:PSS 정공수송층으로 이루어진 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지보다 1.18 배 높은 전력변환효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예 3의 유·무기 복합 탠덤 태양전지는 정공수송층의 양면에 금 나노입자가 분산되었으나, 비교예 1의 유·무기 복합 탠덤 태양전지와 비슷한 광기전성능을 나타내어 각각의 층들이 전기적으로 잘 연결되어 있다는 것을 알 수 있다.
이로부터, 본 발명의 유·무기 복합 태양전지는 정공수송층의 일면 또는 양면에 귀금속나노입자가 분산됨으로써 전력변환효율이 더욱 향상됨을 알 수 있다.
Claims (13)
- 기판;
상기 기판상에 형성된 투명전극층;
상기 투명전극층상에 적층된 무기계 광활성층;
상기 무기계 광활성층상에 적층된 산화인듐주석 전자수송층;
상기 전자수송층상에 적층되되, 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면의 표면에 귀금속나노입자 분산층을 포함하는 정공수송층;
상기 정공수송층상에 적층된 유기계 광활성층; 및
상기 유기계 광활성층상에 적층된 후면전극층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 투명전극층은 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO; Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al;), 산화인듐주석(ITO;indium-tin oxide), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄주석(ATO;Aluminium-tin oxide; SnO2:Al), 불소함유 산화주석(FTO; Fluorine-doped tin oxide), 은 나노와이어, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브 및 PEDOT:PSS로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 무기계 광활성층은 p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순서대로 적층되는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 귀금속나노입자 분산층은 금(Au) 나노입자 분산층인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 유기계 광활성층은 PBDTTT-C(poly[4,8-bis-alkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkyl thieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PTB7 (Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b'] dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PC61BM [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 및 PC71BM로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 후면전극층은 알루미늄, 은, 금, 크롬, 팔라듐, 그래핀, 탄소나노튜브 및 은 나노와이어를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 기판상에 투명전극층을 코팅하는 단계(단계 1);
상기 투명전극층 상부에 무기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 2);
상기 무기계 광활성층 상부에 산화인듐주석 전자수송층을 적층하는 단계(단계 3);
상기 전자수송층 상부에 디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 또는 폴리아닐린(polyaniline) 으로 구성되고, 일면 또는 양면의 표면에 귀금속나노입자 분산층을 포함하는 정공수송층을 적층하는 단계(단계 4);
상기 정공수송층 상부에 유기계 광활성층을 적층하는 단계(단계 5); 및
상기 유기계 광활성층 상부에 후면전극층을 적층하는 단계(단계 6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 귀금속나노입자 분산층을 정공수송층에 포함시키기 위하여 이소프로필알코올이 첨가되는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 귀금속나노입자 분산층의 귀금속나노입자는 크기가 10 - 50 ㎚인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 제조방법.
- 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
- 기판상에 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)인 투명전극층;p형 비정질 실리콘층/i형 비정질 실리콘층/n형 비정질 실리콘이 순차적으로 적층된 무기계 광활성층;산화인듐주석 전자수송층;금 나노입자 분산층;디메틸설폭사이드로 처리된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)인 정공수송층;금 나노입자 분산층;PBDTTT-C:PCBM인 유기계 광활성층; 알루미늄인 후면전극층이 순서대로 적층된 구조를 갖는 유·무기 복합 탠덤 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120069144A KR101380838B1 (ko) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120069144A KR101380838B1 (ko) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140007082A KR20140007082A (ko) | 2014-01-17 |
| KR101380838B1 true KR101380838B1 (ko) | 2014-04-14 |
Family
ID=50141661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120069144A KR101380838B1 (ko) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101380838B1 (ko) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101496609B1 (ko) * | 2014-02-03 | 2015-02-26 | 재단법인 멀티스케일 에너지시스템 연구단 | 나노범프 구조를 갖는 유기태양전지 및 그의 제조방법 |
| JP6403359B2 (ja) * | 2014-11-05 | 2018-10-10 | 学校法人沖縄科学技術大学院大学学園 | ペロブスカイトベースのデバイス用ドーピング操作正孔輸送層 |
| KR101692985B1 (ko) * | 2015-04-03 | 2017-01-05 | 한국과학기술연구원 | 무기 나노물질 기반 소수성 전하 수송체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유무기 복합 페로브스카이트 태양전지 |
| CN105023969B (zh) * | 2015-06-11 | 2018-02-02 | 上海电力学院 | 一种基于金属纳米结构的光吸收增强型石墨烯晶体管 |
| CN105552244B (zh) * | 2016-02-17 | 2018-09-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种发光器件及其制备方法、显示装置 |
| NO20161150A1 (en) | 2016-07-11 | 2018-01-12 | Inst Energiteknik | Organic-inorganic hybrid material and method for silicon surface passivation |
| KR102564282B1 (ko) * | 2018-05-10 | 2023-08-11 | 상라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 | 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| CN113707810B (zh) * | 2021-09-24 | 2024-05-17 | 嘉兴学院 | 以AuNCs掺杂PEDOT：PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101104226B1 (ko) | 2010-11-05 | 2012-01-11 | 재단법인대구경북과학기술원 | 적층형 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120013731A (ko) * | 2010-08-06 | 2012-02-15 | 한국과학기술연구원 | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 |
-
2012
- 2012-06-27 KR KR1020120069144A patent/KR101380838B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120013731A (ko) * | 2010-08-06 | 2012-02-15 | 한국과학기술연구원 | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 |
| KR101104226B1 (ko) | 2010-11-05 | 2012-01-11 | 재단법인대구경북과학기술원 | 적층형 태양전지 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140007082A (ko) | 2014-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ajayan et al. | A review of photovoltaic performance of organic/inorganic solar cells for future renewable and sustainable energy technologies | |
| KR101380838B1 (ko) | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101117127B1 (ko) | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 | |
| Chen et al. | High-performance semi-transparent polymer solar cells possessing tandem structures | |
| KR101386076B1 (ko) | 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101389381B1 (ko) | 수명이 향상된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| EP3010053B1 (en) | Organic photovoltaic cell and method for manufacturing same | |
| CN112018100A (zh) | 一种硅/钙钛矿叠层太阳能电池 | |
| Qu et al. | Highly efficient organic solar cells enabled by a porous ZnO/PEIE electron transport layer with enhanced light trapping | |
| Xiao et al. | Enhancing the efficiency and stability of Organic/Silicon solar cells using graphene electrode and Double-layer Anti-reflection coating | |
| KR101448041B1 (ko) | 배리어층이 형성된 유기 박막 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101415168B1 (ko) | 금속배선을 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 금속배선을 포함하는 섬유형 태양전지 | |
| KR101333714B1 (ko) | 섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 섬유형 태양전지 | |
| KR101316096B1 (ko) | 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| JP2009260209A (ja) | 積層型光電変換装置及び光電変換モジュール | |
| KR101304573B1 (ko) | 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 광전변환효율을 향상시키는 방법 | |
| JP5435035B2 (ja) | 有機光電変換素子、および太陽電池 | |
| KR101237369B1 (ko) | 효율 향상 구조를 갖는 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR100957783B1 (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101364957B1 (ko) | 환원된 산화 그래핀이 삽입된 유기 태양 전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유기 태양 전지 | |
| KR101473327B1 (ko) | 하이브리드 박막 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Goo | Transparent conducting electrodes for efficient organic photovoltaic devices under indoor light conditions: a brief review | |
| Xu et al. | UV Stability of Organic Solar Cells | |
| Lee et al. | Transparent Photovoltaics with Array ZnO/NiO Structure for Energy Harvesting and Human Interface Applications | |
| Zheng et al. | Hybrid UV photodetector with high photo-to-dark current ratio based on ordered TiO 2 nanorod arrays and polystyrene sulfate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161118 Year of fee payment: 19 |