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KR20240077174A - Composition for coating electron transport layer of perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured using the same - Google Patents

Composition for coating electron transport layer of perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured using the same Download PDF

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Publication number
KR20240077174A
KR20240077174A KR1020220159389A KR20220159389A KR20240077174A KR 20240077174 A KR20240077174 A KR 20240077174A KR 1020220159389 A KR1020220159389 A KR 1020220159389A KR 20220159389 A KR20220159389 A KR 20220159389A KR 20240077174 A KR20240077174 A KR 20240077174A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
transport layer
electron transport
perovskite solar
perovskite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020220159389A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김성탁
모찬빈
김효규
한동운
정영훈
김경훈
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020220159389A priority Critical patent/KR20240077174A/en
Publication of KR20240077174A publication Critical patent/KR20240077174A/en
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    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • YGENERAL 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
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Abstract

본 발명은 페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 코팅용 조성물 및 이를용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지를 제공한다. The present invention provides a composition for coating the electron transport layer of a perovskite solar cell and a perovskite solar cell manufactured using the same.

Description

페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 코팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지{Composition for coating electron transport layer of perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured using the same}Composition for coating electron transport layer of perovskite solar cell and perovskite solar cell manufactured using the same}

본 발명은 페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 코팅용 조성물 및 이를 이용하여플렉시제조된 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for coating the electron transport layer of a perovskite solar cell and a perovskite solar cell flexi-fabricated using the same.

태양전지는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 집합체로서, 차세대 에너지로 주목받으며 오랜 기간 연구되고 있으며, 실리콘, CIGS, 페로브스카이트 등의 여러가지 물질을 기반으로 높은 광전효율이 보고되고 있다. 현재 상업화되어 가장 많이 쓰이고 있는 태양전지는 실리콘 기반의 태양전지로, 태양전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있다. 실리콘 태양전지에는 결정질 실리콘 태양전지와 비결정질 실리콘 태양 전지가 포함된다. 결정질은 제조 단가가 높은 단점이 있으나 에너지 효율이 높아 널리 상용화 되고 있는 반면, 비결정질은 공정기술이 어렵고 장비의존도가 높을 뿐만 아니라 효율이 낮은 문제가 있어, 최근에는 연구 개발이 거의 진행되고 있지 않다.Solar cells are an assembly that converts solar energy into electricity, and have been attracting attention as next-generation energy and have been studied for a long time. High photoelectric efficiency has been reported based on various materials such as silicon, CIGS, and perovskite. The solar cells that are currently commercialized and most widely used are silicon-based solar cells, which account for more than 90% of the solar cell market. Silicon solar cells include crystalline silicon solar cells and amorphous silicon solar cells. Crystalline materials have the disadvantage of high manufacturing costs, but are widely commercialized due to their high energy efficiency. However, amorphous materials have problems with difficult processing technology, high equipment dependence, and low efficiency, so little research and development has been conducted recently.

한편 페로브스카이트 기반 태양전지는 무기물과 유기물이 결합하여 페로브스카이트 결정 구조를 가지는 소재를 활용한 것으로, 부도체·반도체·도체 성질과 함께 초전도 현상까지 보이는 매우 특별한 구조를 가지는 특성이 있다. 이러한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 제조비용이 저렴하고 용액공정으로 박막제작이 가능하여 최근 차세대 박막 태양전지로 각광받고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 기판(Glass), 투명전극(Transparent anode), 정공전달층(HTL), 광흡수층(Perovskite), 전자전달층(ETL), 및 금속전극(Metal cathode)이 순차적으로 적층된 구조이다. 페로브스카이트 기반 태양전지는 연구개발에 따라 빠른속도로 효율이 증가하고 있으며 높은 광전 효율이 보고되고 있다.Meanwhile, perovskite-based solar cells utilize materials that have a perovskite crystal structure by combining inorganic and organic materials, and have the characteristic of having a very special structure that exhibits insulator, semiconductor, and conductor properties as well as superconductivity. These organic-inorganic hybrid perovskite solar cells are inexpensive to manufacture and can be produced as thin films through a solution process, so they have recently been in the spotlight as next-generation thin film solar cells. Perovskite solar cells are sequentially stacked with a substrate (glass), a transparent electrode (transparent anode), a hole transport layer (HTL), a light absorption layer (Perovskite), an electron transport layer (ETL), and a metal cathode. It is a structured structure. The efficiency of perovskite-based solar cells is rapidly increasing through research and development, and high photoelectric efficiency has been reported.

다만, 상기와 같은 싱글-정션(single-juction) 태양전지의 경우 한정된 파장 영역의 태양 에너지만 흡수할 수 있고, 밴드갭 이하의 태양에너지에서는 열화 손실이 발생하여 S-Q 한계 효율 이상의 높은 효율을 얻을 수 없는 문제가 있다. 이와 같은 싱글-정션의 페로브스카이트 기반 태양 전지의 단점을 보완하기 위해, 다종 접합 탠덤 태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다.However, in the case of a single-junction solar cell as described above, it can only absorb solar energy in a limited wavelength range, and degradation losses occur in solar energy below the bandgap, making it impossible to obtain efficiency higher than the S-Q limit efficiency. There is a problem that does not exist. To compensate for the shortcomings of single-junction perovskite-based solar cells, research on multi-junction tandem solar cells is underway.

다종 접합 탠덤 태양전지는, 큰 밴드갭을 가지는 상부 셀(Cell)이 낮은 파장대의 태양에너지를 흡수하고, 낮은 밴드갭을 가지는 하부 셀이 높은 파장대의 태양에너지를 흡수하여, 손실을 줄이고 넓은 파장대의 태양에너지를 운용할 수 있어 싱글-정션으로 얻을 수 없는 30% 이상의 고효율을 얻을 수 있다. 특히 페로브스카이트 실리콘 탠덤 태양전지는 각각 작은 밴드갭과 큰 밴드갭을 가져 광운용에 유리하여 연구가 활발하다.In a multi-junction tandem solar cell, the upper cell with a large band gap absorbs solar energy in the low wavelength range, and the lower cell with a low band gap absorbs solar energy in the high wavelength range, reducing loss and producing solar energy in the wide wavelength range. Since solar energy can be used, high efficiency of more than 30%, which cannot be achieved with a single-junction, can be achieved. In particular, perovskite silicon tandem solar cells have small and large band gaps, respectively, which are advantageous for optical operation, so research is active.

한편, 태양전지 구동 시 광전환효율을 제외한 에너지의 대부분이 열로 방출되는데, 실외에서 태양전지는 85℃의 열이 발생할 수 있다. 그러나 페로브스카이트 태양전지는 대부분 유기, 유무기 소재로 제작되어, 낮은 열전도를 가지므로 열방출이 어려운 문제가 있다. 열방출 효율이 감소할 경우, 태양전지 구동 온도가 올라가면서 광전효율이 감소하는 등의 문제가 발생할 수 있으며, 페로브스카이트 태양전지 소재가 열에 취약한 문제가 있어, 이에 따른 안정성 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, when operating a solar cell, most of the energy excluding light conversion efficiency is emitted as heat, and outdoors, solar cells can generate heat of 85°C. However, perovskite solar cells are mostly made of organic and inorganic materials and have low thermal conductivity, making it difficult to dissipate heat. If heat dissipation efficiency decreases, problems such as a decrease in photoelectric efficiency may occur as the solar cell operating temperature increases, and perovskite solar cell materials are vulnerable to heat, which may lead to stability problems. .

이에, 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위한 방열 성능 개선이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need to improve heat dissipation performance for commercialization of perovskite solar cells.

KRKR 10-2018-0083823 10-2018-0083823 AA

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 전자전달층의 열전도도를 개선함에 따라, 열방출 효율 개선에 따른 페로브스카이트 태양전지 효율 증가 효과가 있으며, 방열에 용이하여 안정성이 우수한 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 전자전달층 코팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.One embodiment of the present invention to solve the problems of the prior art described above has the effect of increasing the efficiency of perovskite solar cells by improving the heat dissipation efficiency by improving the thermal conductivity of the electron transport layer, and is easy to dissipate heat. A composition for coating an electron transport layer capable of producing a perovskite solar cell with excellent stability and a perovskite solar cell manufactured using the same are provided.

또한 본 발명은 상기 페로브스카이트 태양전지를 이용하여 제조된 텐덤 태양전지를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a tandem solar cell manufactured using the perovskite solar cell.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 유기용매에 분산된 금속산화물 나노입자를 유효성분으로 포함하는 전자전달층 코팅용 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above-described object of the present invention provides a composition for coating an electron transport layer containing metal oxide nanoparticles dispersed in an organic solvent as an active ingredient.

본 발명에 있어서, 상기 유기용매는, 바람직하게는 알코올계 유기용매인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the organic solvent may preferably be an alcohol-based organic solvent, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 바람직하게는 입자 크기가 5-20nm 인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles preferably have a particle size of 5-20 nm, but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 바람직하게는 유기용매 전체 중량에 대하여 0.01~1.0 중량% 포함되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles may preferably be included in an amount of 0.01 to 1.0% by weight based on the total weight of the organic solvent, but are not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 전자전달층 코팅용 조성물을 전자전달층에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention is an electron transport layer coated with agglomerated metal oxide nanoparticles, comprising the step of coating the electron transport layer with the composition for coating the electron transport layer. Provides a manufacturing method.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 제조방법에 의해 제조된 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a perovskite solar cell including an electron transport layer coated with agglomerated metal oxide nanoparticles prepared by the above manufacturing method.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 페로브스카이트 태양전지를 포함하는 텐덤 태양전지를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a tandem solar cell including the perovskite solar cell.

본 발명의 일 효과로서, 전자전달층 낮은 열전도도를 개선하는 동시에, 열방출 효율 개선에 따른 페로브스카이트 태양전지 효율을 증가시킬 수 있는 전자전달층 코팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 페로브스카이트 태양전지를 이용하여 제조한 텐덤 태양전지를 제공한다.As an effect of the present invention, a composition for coating an electron transport layer that can improve the low thermal conductivity of the electron transport layer and increase the efficiency of a perovskite solar cell by improving heat emission efficiency, and a perovskite manufactured using the same Skyte solar cells are provided. Additionally, the present invention provides a tandem solar cell manufactured using the perovskite solar cell.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 종래 역구조 페로브스카이트 태양전지 단면도의 일 예를 나타낸 도이다.
도 2는 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성된 제1전극, PTAA를 포함하는 정공전달층, 페로브스카이트 물질이 포함된 광흡수층, PCBM을 포함하는 전자전달층, 금속을 포함하는 제2전극으로 구성되는 종래의 페로브스카이트 태양전지의 일 예를 나타낸 도이다.
도 3은 상기 종래의 페로브스카이트 태양전지의 열저항을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, Al2O3 나노입자 용액을 기판에 코팅한 뒤 표면을 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, Al2O3 나노입자 함량에 따른 표면 조도를 분석한 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, ZnO 나노입자 용액을 기판에 코팅한 뒤 표면을 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, ZnO 나노입자 함량에 따른 표면 조도를 분석한 도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, Al2O3 나노입자 함량을 달리하여 제조한 역구조 페로브스카이트 태양전지의 특성을 분석한 도이다. 도 8a는 전자전달층의 열전도도 변화를 나타낸 도이고, 도 8b는 태양전지의 효율을 분석한 도이고, 도 8c는 전자전달층 코팅에 따른 열전달의 예를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, ZnO 나노입자 함량을 달리하여 제조한 역구조 페로브스카이트 태양전지의 특성을 분석한 도이다. 도 9a는 전자전달층의 열전도도 변화를 나타낸 도이고, 도 9b는 태양전지의 효율을 분석한 도이고, 도 9c는 전자전달층 코팅에 따른 열전달의 예를 나타낸 도이다.
Figure 1 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a conventional inverse structure perovskite solar cell.
Figure 2 shows a first electrode made of transparent conductive oxide (TCO), a hole transport layer containing PTAA, a light absorption layer containing a perovskite material, an electron transport layer containing PCBM, and a second electrode containing metal. This diagram shows an example of a conventional perovskite solar cell.
Figure 3 is a diagram showing the results of confirming the thermal resistance of the conventional perovskite solar cell.
Figure 4 is a diagram showing the results of observing the surface after coating the Al 2 O 3 nanoparticle solution on a substrate in one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram analyzing surface roughness according to Al 2 O 3 nanoparticle content in one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the results of observing the surface after coating a ZnO nanoparticle solution on a substrate, according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram analyzing surface roughness according to ZnO nanoparticle content in one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram analyzing the characteristics of an inverted structure perovskite solar cell manufactured by varying the Al 2 O 3 nanoparticle content in one embodiment of the present invention. Figure 8a is a diagram showing the change in thermal conductivity of the electron transport layer, Figure 8b is a diagram analyzing the efficiency of the solar cell, and Figure 8c is a diagram showing an example of heat transfer according to the electron transport layer coating.
Figure 9 is a diagram analyzing the characteristics of an inverted structure perovskite solar cell manufactured by varying the ZnO nanoparticle content in one embodiment of the present invention. Figure 9a is a diagram showing the change in thermal conductivity of the electron transport layer, Figure 9b is a diagram analyzing the efficiency of the solar cell, and Figure 9c is a diagram showing an example of heat transfer according to the electron transport layer coating.

이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 일반적인 페로브스카이트 태양전지의 4가지 구조 즉, 메조스코픽 정구조(n-i-p mesoscopic), 평판형 정구조(n-i-p planar), 평판형 역구조(p-i-n planar), 메조스코픽 역구조(p-i-n mesoscopic) 중 하나일 수 있다. 본 발명의 페로브스카이트 태양전지의 구조는 하나의 실시예일 뿐이므로 하나의 구조에 한정되는 것은 아니며, 이와 다른 구조 또는 이와 다른 적층 순서나 다른 구성으로 이루어진 변형된 페로브스카이트 태양전지에 대해서도 본 발명의 실시예에 따른 전자전달층의 구성이 동일하게 적용될 수 있다.In one embodiment, the perovskite solar cell of the present invention has four structures of general perovskite solar cells, namely, mesoscopic regular structure (n-i-p mesoscopic), planar planar structure, and planar inverse structure. It can be either a p-i-n planar structure or a mesoscopic inverse structure (p-i-n mesoscopic). Since the structure of the perovskite solar cell of the present invention is only an example, it is not limited to one structure, and may also be applied to a modified perovskite solar cell having a different structure, a different stacking order, or a different configuration. The configuration of the electron transport layer according to the embodiment of the present invention can be applied in the same way.

도 1은 종래 역구조 페로브스카이트 태양전지 단면도의 일 예를 나타낸 도이다. 페로브스카이트 태양전지는 투명 전도성 기판으로 형성된 제1전극(10), 금속으로 형성되고 제1전극(10)에 대향하는 제2전극(20), 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이에 페로브스카이트 물질이 배치되어 형성된 광흡수층(30), 광흡수층(30)과 제1전극(10) 사이에 배치되는 정공전달층(40), 광흡수층(30)과 제2전극(20) 사이에 배치되는 전자전달층(50)으로 구성된다.Figure 1 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a conventional inverse structure perovskite solar cell. A perovskite solar cell includes a first electrode 10 formed of a transparent conductive substrate, a second electrode 20 formed of metal and facing the first electrode 10, the first electrode 10 and the second electrode ( 20) a light absorption layer 30 formed by disposing a perovskite material between them, a hole transport layer 40 disposed between the light absorption layer 30 and the first electrode 10, the light absorption layer 30 and the second electrode. It consists of an electron transport layer 50 disposed between electrodes 20.

정구조 페로브스카이트 태양전지는, 태양광의 조사 면을 기준으로 전자전달층이 투명 전극 상에 위치하고, 상기 전자전달층 상에 페로브스카이트층이 위치하며, 상기 페로브스카이트층 상에 정공전달층이 위치한 형태로, 400℃이상의 고온 소성을 필요로 하는 금속 산화물을 전자수송층에 사용되고 있어 롤투롤 공정을 이용한 대량생산이나 플렉서블 소자 제작에 한계가 있다. 반면, 역구조 페로브스카이트 태양전지는 저온 용액 공정이 가능하고, 플렉서블 소자 제작이 가능한 이점이 있다.In a fixed structure perovskite solar cell, an electron transport layer is located on a transparent electrode with respect to the surface irradiated by sunlight, a perovskite layer is located on the electron transport layer, and hole transport is performed on the perovskite layer. It is a layered form, and metal oxide, which requires high temperature firing of over 400℃, is used in the electron transport layer, which limits mass production or flexible device manufacturing using the roll-to-roll process. On the other hand, reverse structure perovskite solar cells have the advantage of being able to perform low-temperature solution processes and fabricate flexible devices.

일 실시예에 있어서, 상기 제1전극은(10) 기판 상에 구성되며, 상기 기판은 지지체로서, 리지드(rigid) 기판 또는 유연하게 휘어지는 플렉시블(flexible) 기판일 수 있다. 플렉시블 기판의 경우는 유연한 태양전지를 구현하고, 롤투롤 공정 등을 통해 단시간에 태양전지를 대량생산할 수 있는 장점이 있다. 이때, 플렉시블 기판은 폴리머 기판으로서, 예를 들어, 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 및 폴리에틸렌나 프탈레이트(PEN) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 다만, 폴리머 기판의 재료가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 기판이 반드시 플렉서블 기판에 한정되는 것도 아니므로, 글라스(glass), 실리콘(Si) 등으로 제조될 수도 있다.In one embodiment, the first electrode 10 is formed on a substrate, and the substrate serves as a support and may be a rigid substrate or a flexible substrate that bends flexibly. Flexible substrates have the advantage of being able to implement flexible solar cells and mass-produce solar cells in a short time through roll-to-roll processes. At this time, the flexible substrate is a polymer substrate, for example, one or more of polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyethylene naphthalate (PEN). It can be done. However, the material of the polymer substrate is not necessarily limited to this, and the substrate is not necessarily limited to a flexible substrate, so it may be manufactured from glass, silicon (Si), etc.

일 실시예에 있어서, 상기 제1전극(10)은 역구조 페로브스카이트 태양전지에서 광이 수광되는 측의 전극인 전면전극일 수 있으며 태양전지 분야에서 통상적으로 사용되는 전면전극 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(10)은 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함할 수 있는데, 예를 들면, 불소 함유 산화 주석(FTO), 인듐 함유 산화주석(ITO), 알루미늄 함유 산화아연(AZO), 인듐 함유 산화아연(IZO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1전극(10)이 투명 전도성 산화물을 포함하는 경우 광 투과율을 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the first electrode 10 may be a front electrode that is the electrode on the side where light is received in an inverted structure perovskite solar cell, and may include a front electrode material commonly used in the solar cell field. there is. The first electrode 10 may include a transparent conductive oxide (TCO), for example, fluorine-containing tin oxide (FTO), indium-containing tin oxide (ITO), or aluminum-containing zinc oxide (AZO). ), indium-containing zinc oxide (IZO), and combinations thereof, but is not limited thereto. When the first electrode 10 includes transparent conductive oxide, light transmittance can be improved.

일 실시예에 있어서, 상기 제2전극(20)은 후면전극일 수 있으며 태양전지 분야에서 통상적으로 사용되는 후면전극 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2전극(20)은 금속을 포함할 수 있는데, 예를 들어, Pt, Pd, Au, Cu, Cr, Co, Ti, Al, Ag, Fe, Cd, In, 및 Mg로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the second electrode 20 may be a back electrode and may include a back electrode material commonly used in the solar cell field. The second electrode 20 may include a metal, for example, selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Cu, Cr, Co, Ti, Al, Ag, Fe, Cd, In, and Mg. It may include any one selected from at least one or more metals, but is not limited thereto.

일 실시예에 있어서, 상기 광흡수층(30)은 페로브스카이트 물질이 배치되어 형성된 층(layer)이다. 페로브스카이트 물질은 적외선, 가시광선, 자외선 파장 영역 내에서 광흡수가 가능한 물질인데, 바람직하게는 ABX3 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, A는 CnH2n+1의 알킬기, 및 페로브스카이트 태양전지 구조형성이 가능한 Cs, Ru 등의 무기물로부터 선택된 하나 이상의 물질이고, B는 Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, 및 Ce으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질이며, X는 할로겐 물질일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 페로브스카이트 구조는 부도체·반도체·도체 성질과 함께 초전도 현상까지 보이는 매우 특별한 구조이다. 광흡수층(30)에 태양광이 흡수되면 전자를 여기(excitation)시키고, 여기된 전자는 전자전달층(50)으로 이동하고, 정공은 정공전달층(40)으로 이동하는데, 이때 페로브스카이트 구조는 생성된 전자와 정공을 에너지 손실 없이 멀리까지 이동할 수 있도록 하므로, 더 많은 광을 흡수하게 한다.In one embodiment, the light absorption layer 30 is a layer formed by arranging a perovskite material. Perovskite material is a material capable of absorbing light in the infrared, visible, and ultraviolet wavelength ranges, and preferably has an ABX 3 structure. Here, A is an alkyl group of C n H 2n+1 and one or more materials selected from inorganics such as Cs and Ru capable of forming a perovskite solar cell structure, and B is Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, and It is one or more materials selected from the group consisting of Ce, and X may be a halogen material, but is not limited thereto. The perovskite structure is a very special structure that exhibits insulator, semiconductor, and conductor properties as well as superconductivity. When sunlight is absorbed in the light absorption layer 30, electrons are excited, the excited electrons move to the electron transport layer 50, and holes move to the hole transport layer 40. At this time, the perovskite The structure allows the generated electrons and holes to travel a long distance without energy loss, thereby absorbing more light.

일 실시예에 있어서, 정공전달층(40)은 당 업계에서 통상적으로 사용하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, Ni 산화물, Cu 산화물, CuI, CuSCN 등의 금속산화물과 Spiro-MeOTAD[2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6-trimethylphenyl)amine]등의 단분자 및 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the hole transport layer 40 may include materials commonly used in the art. For example, metal oxides such as Ni oxide, Cu oxide, CuI, and CuSCN and Spiro-MeOTAD [2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9, 9'-spirobifluoren], PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], P3HT[poly(3-hexylthiophene)], PTAA[Poly[bis(4-phenyl)(2,5,6-trimethylphenyl)amine ] may include one or more selected from the group consisting of single molecule and polymer materials such as.

일 실시예에 있어서, 전자전달층(50)은 광흡수층(30)에서 광전 변환된 전자를 태양전지 내의 다른 구성요소(예를 들면 도전성 구조물)로 전달해 주는 역할을 수행한다. 전자전달층(50)은 전자 전도성 유기물 층, 전자 전도성 무기물 층 또는 실리콘(Si)을 포함한 층으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the electron transport layer 50 serves to transfer electrons photoelectrically converted in the light absorption layer 30 to other components (eg, conductive structures) within the solar cell. The electron transport layer 50 may be formed of an electronically conductive organic material layer, an electronically conductive inorganic material layer, or a layer containing silicon (Si).

전자 전도성 유기물은 통상의 태양전지에서 n형 반도체로 사용되는 유기물일 수 있다. 일 예로, 전자 전도성 유기물은 풀러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95), PCBM([6,6]-phenyl-C61butyric acid methyl ester)) 및 C71-PCBM, C84-PCBM, PC70BM([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester)을 포함하는 풀러렌-유도체 (Fulleren-derivative), PBI(polybenzimidazole), PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ(tetra uorotetracyanoquinodimethane) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electronically conductive organic material may be an organic material used as an n-type semiconductor in a typical solar cell. For example, electronically conductive organic materials include fullerenes (C 60 , C 70 , C 74 , C 76 , C 78 , C 82 , C 95 ), PCBM ([6,6]-phenyl-C 61 butyric acid methyl ester)) and Fullerene-derivatives including C 71 -PCBM, C 84 -PCBM, PC 70 BM ([6,6]-phenyl C 70 -butyric acid methyl ester), PBI (polybenzimidazole), PTCBI (3, It may include, but is not limited to, 4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F 4 -TCNQ (tetra uorotetracyanoquinodimethane), or mixtures thereof.

전자전도성 무기물은 통상의 양자점 기반 태양전지 또는 염료 감응형 태양전지에서, 전자 전달을 위해 통상적으로 사용되는 금속산화물일 수 있다. 일 예로, 금속산화물은 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Ba 산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산 화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물에서 하나 또 는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(composite)를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electronically conductive inorganic material may be a metal oxide commonly used for electron transfer in conventional quantum dot-based solar cells or dye-sensitized solar cells. For example, metal oxides include Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Ba oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, V oxide, and Al acid. One or more materials selected from oxides, Y oxides, Sc oxides, Sm oxides, Ga oxides, In oxides and SrTi oxides may be mentioned, and mixtures or composites thereof may be mentioned, but are limited thereto. That is not the case.

한편 실리콘(Si)을 포함하는 층으로 이루어진 전자전달층은, 보다 구체적으로, 비정질 실리콘(n-a-Si), 비정질 실리콘 산화물(n-a-SiO), 비정질 실리콘 질화물(n-a-SiN), 비정질 실리콘 탄화물(n-a-SiC), 비정질 실리콘 산질 화물(n-a-SiON), 비정질 실리콘 탄질화물(n-a-SiCN), 비정질 실리콘 게르마늄(n-a-SiGe), 마이크로결정 실리콘 (n-uc-Si), 마이크로결정 실리콘 산화물(n-uc-SiO), 마이크로결정 실리콘 탄화물(n-uc-SiC), 마이크로결정 실리콘 질화물(n-uc-SiN), 마이크로결정 실리콘 게르마늄(n-uc-SiGe) 중 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.Meanwhile, the electron transport layer consisting of a layer containing silicon (Si) is, more specifically, amorphous silicon (n-a-Si), amorphous silicon oxide (n-a-SiO), amorphous silicon nitride (n-a-SiN), and amorphous silicon carbide ( n-a-SiC), amorphous silicon oxynitride (n-a-SiON), amorphous silicon carbonitride (n-a-SiCN), amorphous silicon germanium (n-a-SiGe), microcrystalline silicon (n-uc-Si), microcrystalline silicon oxide ( n-uc-SiO), microcrystalline silicon carbide (n-uc-SiC), microcrystalline silicon nitride (n-uc-SiN), and microcrystalline silicon germanium (n-uc-SiGe). You can.

일 실시예에 있어서, 페로브스카이트 태양전지는 텐덤 태양전지에 사용할 수 있다. 텐덤 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 실리콘 태양전지가 접합층을 매개로 하여 직접적으로 터널 접합된 2-단자 구조를 가진다. 텐덤 태양전지로 입사된 광 중 단파장 영역의 광은 상부에 배치된 페로브스카이트 태양전지에 흡수되어 전하를 생성하며, 페로브스카이트 태양전지를 투과하는 장파장 영역의 광은 하부에 배치된 실리콘 태양전지에 흡수되어 전하를 생성한다. 상술한 구조를 갖는 텐덤 태양전지는 상부에 배치된 페로브스카이트 태양전지에서 단파장 영역의 광을 흡수하여 발전하고, 하부에 배치된 실리콘 태양전지에서 장파장 영역의 광을 흡수하여 발전함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 태양전지가 흡수하는 파장대를 넓힐 수 있다는 이점이 있다.In one embodiment, perovskite solar cells can be used in tandem solar cells. A tandem solar cell is a two-terminal solar cell in which a perovskite solar cell including an absorption layer with a relatively large band gap and a silicon solar cell including an absorption layer with a relatively small band gap are directly tunnel-junctioned through a junction layer. It has a structure. Among the light incident on the tandem solar cell, light in the short-wavelength range is absorbed by the perovskite solar cell placed at the top to generate charges, and light in the long-wavelength range that passes through the perovskite solar cell is absorbed by the silicon placed at the bottom. It is absorbed by the solar cell and generates electric charge. The tandem solar cell having the above-described structure generates power by absorbing light in the short-wavelength region from the perovskite solar cell disposed at the top, and generates electricity by absorbing light in the long-wavelength region from the silicon solar cell disposed at the bottom, thereby achieving a threshold wavelength ( The advantage is that the threshold wavelength can be moved to a longer wavelength, and as a result, the wavelength band absorbed by the entire solar cell can be expanded.

도 2는 종래의 페로브스카이트 태양전지의 일 예를 나타낸 도이다. 도 2의 페로브스카이트 태양전지는 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성된 제1전극, PTAA를 포함하는 정공전달층, 페로브스카이트 물질이 포함된 광흡수층, PCBM을 포함하는 전자전달층, 금속을 포함하는 제2전극으로 구성된다. 상기와 같이 구성된 페로브스카이트 태양전지의 열저항을 확인한 결과를 도 3에 나타내었다. Figure 2 is a diagram showing an example of a conventional perovskite solar cell. The perovskite solar cell of Figure 2 includes a first electrode made of transparent conductive oxide (TCO), a hole transport layer containing PTAA, a light absorption layer containing a perovskite material, an electron transport layer containing PCBM, and a metal. It consists of a second electrode including. The results of confirming the thermal resistance of the perovskite solar cell constructed as above are shown in Figure 3.

도 3에서 보듯이, PCBM을 포함하는 전자전달층의 열저항이 가장 높은 것으로 나타났다. PATT 열전도도가 0.1 W/mK이며, PCBM의 열전도도가 0.07 W/mK인 바, 낮은 열전도도로 인해 열방출이 어려운 문제가 있다.As shown in Figure 3, the thermal resistance of the electron transport layer containing PCBM was found to be the highest. The thermal conductivity of PATT is 0.1 W/mK, and the thermal conductivity of PCBM is 0.07 W/mK, so there is a problem in that heat dissipation is difficult due to low thermal conductivity.

열방출 효율이 감소할 경우, 태양전지 구동 온도가 증가하면서 광전효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 페로브스카이트 태양전지 소재 자체가 열에 약하므로, 안정성 문제가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 방열 성능이 개선된 페로브스카이트 태양전지 및 이를 포함하는 탠덤 태양전지를 제공하고자 한다.If the heat dissipation efficiency decreases, the photoelectric efficiency may decrease as the solar cell operating temperature increases, and since the perovskite solar cell material itself is weak to heat, stability problems may occur. Accordingly, the present invention seeks to provide a perovskite solar cell with improved heat dissipation performance and a tandem solar cell including the same.

구체적으로, 본 발명은 유기용매에 분산된 금속산화물 나노입자를 유효성분으로 포함하는 전자전달층 코팅용 조성물을 제공한다.Specifically, the present invention provides a composition for coating an electron transport layer containing metal oxide nanoparticles dispersed in an organic solvent as an active ingredient.

종래에는 전자전달층의 낮은 열전도 문제를 해결하기 위해, 금속산화물 나노입자를 이용하여 코팅층을 형성하였으나, 나노입자 함량 증가에 따라 오히려 전자전달층의 열전도도가 낮아지고, 태양전지 효율이 감소하는 문제가 있었다.Conventionally, in order to solve the problem of low thermal conductivity of the electron transport layer, a coating layer was formed using metal oxide nanoparticles, but as the nanoparticle content increases, the thermal conductivity of the electron transport layer decreases and solar cell efficiency decreases. There was.

이에, 본 발명은 유기용매에 분산된 금속산화물 나노입자를 전자전달층 사에 응집 코팅함에 따라, 나노입자 함량이 증가할수록 전자전달층의 열전도도가 높아지고, 태양전지 효율이 증가하는 전자전달층 코팅용 조성물을 제공한다.Accordingly, the present invention is an electron transport layer coating that coagulates metal oxide nanoparticles dispersed in an organic solvent onto the electron transport layer, so that as the nanoparticle content increases, the thermal conductivity of the electron transport layer increases and solar cell efficiency increases. Provides a composition for

본 발명에 있어서, 상기 유기용매는 바람직하게는 알코올계 유기용매인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 이소프로판올(isopropanol) 또는 프로필렌글라이콜(propylene glycol) 중 선택되는 하나 이상일 수 있다.In the present invention, the organic solvent may preferably be an alcohol-based organic solvent, and more preferably may be at least one selected from isopropanol or propylene glycol.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 응집 코팅이 가능한 유기용매와 금속산화물 나노입자라면 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 ZnO인 것일 수 있다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles are not limited thereto as long as they are organic solvents and metal oxide nanoparticles capable of cohesive coating, and are preferably ZnO.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 바람직하게는 입자 크기가 5-20nm 인 것이 좋은데, 입자 크기가 이보다 작으면 응집 코팅이 효과적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 입자 크기가 이보다 클 경우에는 전자전달층의 열전도도를 오히려 감소시켜, 태양전지의 효율이 감소할 수 있다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles preferably have a particle size of 5-20 nm. If the particle size is smaller than this, cohesive coating may not be effective, and if the particle size is larger than this, electron transfer may not be possible. By actually reducing the thermal conductivity of the layer, the efficiency of the solar cell may decrease.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 바람직하게는 유기용매 전체 중량에 대하여 0.01~1.0 중량% 포함되는 것이 좋은데, 상기 범위보다 적게 포함될 경우 금속산화물 나노입자의 응집이 미미할 수 있으며, 상기 범위보다 많이 포함될 경우 금속산화물 나노입자의 응집이 과도하여 전자전달층의 열전도도를 오히려 감소시키고, 태양전지의 효율이 감소할 수 있다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles are preferably contained at 0.01 to 1.0% by weight based on the total weight of the organic solvent. If contained less than the above range, aggregation of the metal oxide nanoparticles may be minimal, and within the above range If more is included, the agglomeration of metal oxide nanoparticles may be excessive, which may actually reduce the thermal conductivity of the electron transport layer and reduce the efficiency of the solar cell.

또한, 본 발명은 상기 전자전달층 코팅용 조성물을 전자전달층에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing an electron transport layer coated with metal oxide nanoparticles, comprising the step of coating the electron transport layer with the composition for coating the electron transport layer.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a perovskite solar cell including an electron transport layer coated with metal oxide nanoparticles produced by the above manufacturing method.

또한, 본 발명은 상기 페로브스카이트 태양전지를 포함하는 텐덤 태양전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a tandem solar cell including the perovskite solar cell.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 또는 실험예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예 또는 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.Hereinafter, embodiments or experimental examples of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The examples or experimental examples of the present invention are intended to explain the configuration and effects of the present invention in more detail, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 전자전달층 코팅용 조성물의 제조 <Example 1> Preparation of composition for coating electron transport layer

입자 크기 5-20nm의 ZnO 나노입자 분말 0.05~0.5wt%을 이소프로판올(isopropanol)과 프로필렌글라이콜(propylene glycol)이 50:50 부피비로 혼합된 혼합 용액에 분산시켰다. 사용(코팅) 전에 나노입자 분말의 응집을 방지하기 위해 마그네틱바를 이용하여 교반하였다.0.05-0.5 wt% of ZnO nanoparticle powder with a particle size of 5-20 nm was dispersed in a mixed solution containing isopropanol and propylene glycol in a 50:50 volume ratio. Before use (coating), the nanoparticle powder was stirred using a magnetic bar to prevent agglomeration.

<실험예 1> 전자전달층 코팅용 조성물의 코팅 표면 조도 확인<Experimental Example 1> Confirmation of coating surface roughness of electron transport layer coating composition

비교 실험을 위해, 전자전달층 코팅에 통상적으로 사용하는 Al2O3 나노입자 용액을 기판(전자전달층) 상에 스핀코팅 방법으로 균일하게 도포하고 핫플레이트에서 100℃에서 10분간 열처리하였다. For a comparative experiment, the Al 2 O 3 nanoparticle solution commonly used in electron transport layer coating was uniformly applied on the substrate (electron transport layer) by spin coating and heat treated on a hot plate at 100°C for 10 minutes.

도 4는 Al2O3 나노입자 용액을 기판에 코팅한 뒤 표면을 관찰한 결과를 나타낸 도이다. Al2O3 나노입자 용액을 코팅한 경우, 나노입자 함량 증가에 따라 계면에 부도체 층이 형성되어 태양전지 효율 감소의 원인이 됨을 확인하였다. 도 5는 Al2O3 나노입자 용액을 균일하게 도포한 경우, 코팅된 표면의 조도를 측정한 결과를 나타낸 도이다. 나노입자 함량 증가에 따라 표면 조도에 큰 변화가 없었다.Figure 4 is a diagram showing the results of observing the surface after coating the Al 2 O 3 nanoparticle solution on a substrate. It was confirmed that when Al 2 O 3 nanoparticle solution was coated, an insulator layer was formed at the interface as the nanoparticle content increased, causing a decrease in solar cell efficiency. Figure 5 is a diagram showing the results of measuring the roughness of the coated surface when the Al 2 O 3 nanoparticle solution was uniformly applied. There was no significant change in surface roughness as the nanoparticle content increased.

상기 실시예 1에서 제조한 ZnO 나노입자 용액을 기판(전자전달층) 상에 스핀코팅 방법으로 균일하게 도포하고 120℃에서 10분간 열처리하였다.The ZnO nanoparticle solution prepared in Example 1 was uniformly applied to the substrate (electron transport layer) by spin coating and heat treated at 120°C for 10 minutes.

도 6은 상기 실시예 1에서 제조한 ZnO 나노입자 용액을 기판에 코팅한 뒤 표면을 관찰한 결과를 나타낸 도이다. 상기 실시예 1에서 제조한 ZnO 나노입자 용액을 도포한 경우에는 나노입자의 응집이 형성되어, 나노입자 함량이 증가하는 경우에도 계면에 부도체 층이 형성되지 않았다. 도 7은 상기 실시예 1에서 제조한 ZnO 나노입자 용액을 도포한 경우, 코팅된 표면의 조도를 측정한 결과를 나타낸 도이다. 나노입자 함량 증가에 따라 표면 조도가 증가하는 것으로 나타났다.Figure 6 is a diagram showing the results of surface observation after coating the ZnO nanoparticle solution prepared in Example 1 on a substrate. When the ZnO nanoparticle solution prepared in Example 1 was applied, agglomeration of nanoparticles was formed, and an insulator layer was not formed at the interface even when the nanoparticle content increased. Figure 7 is a diagram showing the results of measuring the roughness of the coated surface when the ZnO nanoparticle solution prepared in Example 1 was applied. It was found that surface roughness increased as the nanoparticle content increased.

<실시예 2> 전자전달층 코팅용 조성물을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 제조 <Example 2> Manufacture of perovskite solar cell using composition for coating electron transport layer

아세톤, 에탄올 및 IPA로 세척한 ITO 유리기판을 준비하였다. 태양전지 제조 전, 남아있는 오염원 제거를 위해 UV 오존클리너를 30분 처리하였다. 유리기판 상에 1.5mg/ml PTAA in Chlorobenzene(CB) 용액을 6,000rpm에서 30초간 스핀 코팅 후, 100℃에서 10분간 열처리 하여 정공전달층을 형성하였다. 페로브스카이트는 1.8M (MAPbBr3)0.08(FAPBI3)0.92 조성의 전구체를 DMF/DMSO에 용해한 용액을 이용하여 1,000rpm에서 10초, 5,000rpm에서 30초간, 2단계에 걸쳐 스핀코팅하였다. 2번째 스핀코팅에서 안티솔벤트인 Diethylether를 샘플에 드립(drip)하여 페로브스카이트를 형성하였다. 형성된 막은 120℃에서 20분간 열처리하여 건조하였다. 이후 상기 실시예 1에서 제조한 ZnO 나노입자 용액을 5,000rpm에서 20초간 스핀코팅하고 120℃에서 10분간 열처리 하였다. ZnO 나노입자가 코팅된 기판을 20mg/ml PCBM in CB 용액으로 스핀코팅하였다. 전극과의 전기적 연결을 향상시키기 위해 0.5mg/ml 의 Bathocuproine 수용액을 스핀코팅 한 후 마지막으로 Au 전극을 100nm 열증착하여 역구조 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.An ITO glass substrate washed with acetone, ethanol, and IPA was prepared. Before manufacturing solar cells, UV ozone cleaner was applied for 30 minutes to remove remaining contaminants. A 1.5 mg/ml PTAA in Chlorobenzene (CB) solution was spin coated on a glass substrate at 6,000 rpm for 30 seconds and then heat treated at 100°C for 10 minutes to form a hole transport layer. The perovskite was spin-coated in two steps, at 1,000 rpm for 10 seconds and at 5,000 rpm for 30 seconds, using a precursor composition of 1.8M (MAPbBr 3 ) 0.08 (FAPBI 3 ) 0.92 dissolved in DMF/DMSO. In the second spin coating, diethylether, an anti-solvent, was dripped onto the sample to form perovskite. The formed film was dried by heat treatment at 120°C for 20 minutes. Thereafter, the ZnO nanoparticle solution prepared in Example 1 was spin-coated at 5,000 rpm for 20 seconds and heat treated at 120°C for 10 minutes. The ZnO nanoparticle-coated substrate was spin-coated with 20 mg/ml PCBM in CB solution. To improve the electrical connection with the electrode, an inverse structure perovskite solar cell was manufactured by spin-coating a 0.5 mg/ml bathocuproine aqueous solution and finally thermally depositing a 100 nm Au electrode.

<실험예 2> 페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 열전도도 분석<Experimental Example 2> Analysis of thermal conductivity of electron transport layer of perovskite solar cell

비교 실험을 위해, 상기 실험예 1에서 사용한 Al2O3 나노입자 용액을 이용하여 상기 실시예 2와 동일하게 역구조 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다. 도 8은 Al2O3 나노입자 함량을 달리하여 제조한 역구조 페로브스카이트 태양전지의 특성을 분석한 도이다. 도 8a에서 보듯이, Al2O3 나노입자의 함량이 증가하여도 전자전달층의 열전도도는 변화가 미미하였으며, 도 8b에서 보듯이, Al2O3 나노입자의 함량이 증가할수록 태양전지의 효율이 감소함을 확인하였다. 즉, 나노입자 함량 증가에 따라 계면에 부도체 층이 형성되어 태양전지의 효율이 감소하였다.For a comparative experiment, an inverse structure perovskite solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2 using the Al 2 O 3 nanoparticle solution used in Experimental Example 1. Figure 8 is a diagram analyzing the characteristics of an inverted structure perovskite solar cell manufactured with different Al 2 O 3 nanoparticle contents. As shown in Figure 8a, even as the content of Al 2 O 3 nanoparticles increased, there was little change in the thermal conductivity of the electron transport layer, and as shown in Figure 8b, as the content of Al 2 O 3 nanoparticles increased, the solar cell It was confirmed that efficiency decreased. In other words, as the nanoparticle content increased, an insulator layer was formed at the interface, reducing the efficiency of the solar cell.

반면, 상기 실시예 2에서 제조한 본 발명의 역구조 페로브스카이트 태양전지의 경우의 태양전지 특성을 도 9에 나타내었다. 도 9a에서 보듯이, ZnO 나노입자의 함량이 증가할수록 전자전달층의 열전도도가 증가하는 것으로 나타났다. 도 9b는 본 발명의 ZnO 나노입자 함량 변화에 따른 태양전지의 효율 변화를 나타낸 도이다. ZnO 나노입자 함량이 증가함에 따라 태양전지의 효율이 증가하는 경향을 보였다. 도 9c에서 보듯이, 본 발명의 ZnO 나노입자는 전자전달층 상에서 응집되어 코팅층을 형성하므로, 전자전달층 표면으로 나노입자가 드러나며, 이에 따라 열전달이 원활하게 이루어졌다. 또한, ZnO 나노입자가 응집된 부분 이외에는 ZnO 나노입자의 코팅이 이루어지지 않아 전기적 특성 또한 월등히 우수하게 나타났다. On the other hand, the solar cell characteristics of the inverted structure perovskite solar cell of the present invention prepared in Example 2 are shown in Figure 9. As shown in Figure 9a, as the content of ZnO nanoparticles increased, the thermal conductivity of the electron transport layer increased. Figure 9b is a diagram showing the change in efficiency of the solar cell according to the change in ZnO nanoparticle content of the present invention. As the ZnO nanoparticle content increased, the efficiency of solar cells tended to increase. As shown in Figure 9c, the ZnO nanoparticles of the present invention aggregated on the electron transport layer to form a coating layer, so the nanoparticles were exposed on the surface of the electron transport layer, thereby facilitating heat transfer. In addition, since coating of ZnO nanoparticles was not performed except for the areas where ZnO nanoparticles were aggregated, the electrical properties were also significantly superior.

즉, 본 발명의 전자전달층 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지는 전자전달층의 열전도도를 개선함에 따라 열방출 효율을 증가시켜 태양전지의 효율을 개선할 수 있으며, 방열 효과를 부가하여 안정성이 우수한 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다.In other words, the perovskite solar cell manufactured using the composition for coating the electron transport layer of the present invention can improve the efficiency of the solar cell by increasing the heat dissipation efficiency by improving the thermal conductivity of the electron transport layer, and heat dissipation. By adding this effect, perovskite solar cells with excellent stability can be provided.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been described in detail in preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for illustrative purposes only and are not intended for limitation. Additionally, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

Claims (7)

유기용매에 분산된 금속산화물 나노입자를 유효성분으로 포함하는 전자전달층 코팅용 조성물. A composition for coating an electron transport layer containing metal oxide nanoparticles dispersed in an organic solvent as an active ingredient. 제1항에 있어서,
상기 유기용매는,
알코올계 유기용매인 것인, 조성물.
According to paragraph 1,
The organic solvent is,
A composition that is an alcohol-based organic solvent.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물 나노입자는,
입자 크기가 5-20nm 인 것인, 조성물.
According to paragraph 1,
The metal oxide nanoparticles are,
A composition having a particle size of 5-20 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물 나노입자는,
유기용매 전체 중량에 대하여 0.01~1.0 중량% 포함되는 것인, 조성물.
According to paragraph 1,
The metal oxide nanoparticles are,
A composition containing 0.01 to 1.0% by weight based on the total weight of the organic solvent.
제1항의 전자전달층 코팅용 조성물을 전자전달층에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층의 제조방법.A method of manufacturing an electron transport layer coated with metal oxide nanoparticles, comprising the step of coating the electron transport layer with the composition for coating the electron transport layer of claim 1. 제5항의 제조방법에 의해 제조된 금속산화물 나노입자가 응집 코팅된 전자전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.A perovskite solar cell comprising an electron transport layer coated with metal oxide nanoparticles manufactured by the manufacturing method of claim 5. 제6항의 페로브스카이트 태양전지를 포함하는 텐덤 태양전지.A tandem solar cell including the perovskite solar cell of claim 6.
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