KR101653184B1 - The method for manufacturing of light-absorbing layer of solar cell and light-absorbing layer of solar cell thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 광흡수층 제조방법 및 이에 따라 제조되는 태양전지 광흡수층에 관한 것으로, 상세하게는 안티모니, 주석, 황 및 셀레늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전구체 용액을 기판에 스핀코팅하여 코팅막을 제조하되, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비는 1:1 내지 1:6인 것을 특징으로 하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 코팅막을 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 태양전지 광흡수층 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양전지 광흡수층의 제조방법에 따르면, 종래의 용액 성장법(CBD)을 사용하는 경우 장시간 저온반응을 한 것과 달리, 스핀 코팅으로 제조하기 때문에 공정시간이 짧고 대면적 코팅이 가능하다. 나아가, 특정 함량의 전구체 용액을 사용함으로써 우수한 모폴로지를 갖는 광흡수층을 제조할 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell light absorbing layer and a solar cell light absorbing layer produced thereby, and more particularly, to a method of manufacturing a solar cell light absorbing layer by spin coating a solution of at least one precursor selected from the group consisting of antimony, tin, , Wherein the molar ratio of antimony and tin antimony and selenium precursor is from 1: 1 to 1: 6 (step 1); And a step of heat treating the coating film of the step 1 (step 2).
According to the manufacturing method of the solar cell light absorbing layer according to the present invention, when the conventional solution growth method (CBD) is used, unlike the case where a low-temperature reaction is performed for a long time, the process time is short and a large- . Furthermore, by using a precursor solution having a specific content, a light absorbing layer having excellent morphology can be produced.
Description
본 발명은 태양전지 광흡수층 제조방법 및 이에 따라 제조되는 태양전지 광흡수층에 관한 것으로, 상세하게는 안티모니, 주석, 황 및 셀레늄을 특정 비율로 한 전구체 용액을 스핀코팅한 후, 열처리하여 태양전지 광흡수층을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell light absorbing layer and a solar cell light absorbing layer produced thereby. More specifically, the present invention relates to a method of spin-coating a precursor solution having a specific ratio of antimony, tin, And a method for manufacturing the light absorbing layer.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
Research on renewable and clean alternative energy sources such as solar energy, wind power, and hydro power is actively being conducted to solve the global environmental problems caused by depletion of fossil energy and its use.
이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.
Among these, there is a great interest in solar cells that change electric energy directly from sunlight. Here, a solar cell refers to a cell that generates a current-voltage by utilizing a photovoltaic effect that absorbs light energy from sunlight to generate electrons and holes.
태양 전지는, 주로 실리콘의 단일 원소를 이용하는 실리콘 태양 전지와, 화합물 반도체를 이용하는 화합물 반도체 태양 전지, 그리고 서로 다른 밴드갭 에너지(bandgap energy)를 갖는 태양 전지를 2 이상 적층한 적층형(tandem) 태양 전지로 대별된다.
The solar cell is mainly composed of a silicon solar cell using a single element of silicon, a compound semiconductor solar cell using a compound semiconductor, and a tandem solar cell in which two or more solar cells having different bandgap energies are stacked .
이 중에서도 화합물 반도체 태양 전지는, 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광흡수층에 화합물 반도체를 사용하는 데, GaAs, InP, GaAlAs, GaInAs 등의 III-V족 화합물 반도체, CdS, CdTe, ZnS 등의 II-VI족 화합물 반도체, CuInSe2로 대표되는 I-III-VI족 화합물 반도체 등을 사용한다.
Among them, a compound semiconductor solar cell uses a compound semiconductor for a light absorption layer which absorbs sunlight to generate an electron-hole pair, and a III-V compound semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, or GaInAs, a compound semiconductor such as CdS, CdTe, II-VI group compound semiconductors such as ZnS, and I-III-VI group compound semiconductors represented by CuInSe 2 .
태양 전지의 광흡수층은, 장기적인 전기·광학적 안정성이 우수하고, 광전 변환 효율이 높으며, 조성의 변화나 도핑에 의해 밴드갭 에너지나 도전형을 조절하기가 용이할 것 등이 요구된다. 또한, 실용화를 위해서는 제조 비용이나 수율 등의 요건도 만족해야 한다. 전술한 각종의 화합물 반도체는 이러한 요건들을 모두 함께 만족시키지는 못하며, 각각의 장단점에 따라, 용도에 따라 적절히 이용되고 있는 실정이다.
The light absorbing layer of the solar cell is required to have excellent long-term electrical and optical stability, high photoelectric conversion efficiency, and easy control of band gap energy and conductivity type by composition change or doping. In addition, for commercialization, requirements such as manufacturing cost and yield must be satisfied. The above-described various compound semiconductors do not satisfy all of these requirements together, and depending on their advantages and disadvantages, they are suitably used according to the application.
한편, 태양전지의 광흡수층의 제조에 관한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1168227호에서는 나노구조 무기－유기 이종 접합 태양전지의 제조방법에서는, a) 제1전극 상부로 금속산화물 입자를 함유하는 슬러리를 도포하고 열처리하여 다공성 전자 전달층(electron transporting layer)을 형성하는 단계; b) 기공에 의한 표면을 포함한 상기 다공성 전자전달층의 표면에 무기 반도체를 형성하는 단계;On the other hand, Korean Patent No. 10-1168227 discloses a method for producing a nanostructured inorganic-organic heterojunction solar cell as follows: a) a step of forming a metal oxide particle And applying a heat treatment to form a porous electron transporting layer; b) forming an inorganic semiconductor on the surface of the porous electron transport layer including a surface by pores;
c) 상기 무기 반도체가 형성된 다공성 전자 전달층에 하기 화학식 1인 유기 광전 물질(organic photovoltaic material)을 함유하는 용액을 함침하여 다공성 전자 전달층의 기공을 채우고 다공성 전자 전달층의 일 면을 덮는 정공 전달층(hole transporting layer)을 형성하는 단계; 및 e) 상기 정공 전달층 상부로 제2전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지의 제조방법을 개시하고 있고, b) 단계는 화학적 용액성장법(CBD; chemical bath deposition method); 및 연속적인 화학적 반응법(SILAR;Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction method);에서 하나 이상 선택된 방법으로 수행될 수 있다고 개시하고 있다. c) implanting a solution containing an organic photovoltaic material represented by Chemical Formula 1 into the porous electron transport layer on which the inorganic semiconductor is formed to fill the pores of the porous electron transport layer, Forming a hole transporting layer; And e) forming a second electrode on top of the hole transport layer, wherein step b) comprises chemical bath deposition (CBD); And the successive ionic layer adsorption and reaction method (SILAR). ≪ Desc /
그러나, 상기 선행문헌과 같이 용액 성장법으로 광흡수층을 형성하는 경우에는 장시간 저온반응을 해야하므로, 공정이 복잡하고 대면적 코팅도 어려운 단점이 있다.
However, when the light absorbing layer is formed by a solution growth method like the above-mentioned prior art, a low-temperature reaction is required for a long time, so that the process is complicated and the large-area coating is also difficult.
이에, 본 발명자들은 단순한 공정으로 대면적의 광흡수층을 형성할 수 있는 방법을 연구하던 중, 안티모니, 주석, 황 및 셀레늄을 특정 비율로 한 전구체 용액을 스핀코팅한 후, 열처리하여 광흡수층을 제조하면 우수한 모폴로지를 나타내는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the present inventors have studied a method of forming a light absorbing layer having a large area by a simple process, spin coating a precursor solution having a specific ratio of antimony, tin, sulfur and selenium and then heat- It was confirmed that it exhibits excellent morphology and the present invention has been completed.
본 발명의 목적은, SUMMARY OF THE INVENTION [0006]
스핀코팅을 이용하면서도 형성되는 광흡수층의 모폴로지를 제어할 수 있는
태양전지 광흡수층 제조방법을 제공하는 데 있다. A method of controlling the morphology of the light absorbing layer formed while using spin coating
And a method for manufacturing a solar cell light absorbing layer.
본 발명의 다른 목적은, Another object of the present invention is to provide
모폴로지가 우수한
태양전지 광흡수층을 제공하는 데 있다. Superior morphology
And to provide a solar cell light absorbing layer.
본 발명의 또 다른 목적은, A further object of the present invention is to provide
태양전지 특성이 우수한
태양전지를 제공하는 데 있다. Excellent solar cell characteristics
To provide solar cells.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
안티모니, 주석, 황 및 셀레늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전구체 용액을 기판에 스핀코팅하여 코팅막을 제조하되, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비는 1:1 내지 1:6인 것을 특징으로 하는 단계(단계 1);Wherein the molar ratio of antimony to tin and sulfur to selenium precursor is from 1: 1 to 1: 6, preferably from 1: 1 to 1: 1, to form a coating film by spin coating a solution of at least one precursor selected from the group consisting of antimony, Characterized by a step (step 1);
상기 단계 1의 코팅막을 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 태양전지 광흡수층 제조방법을 제공한다.
And a step of heat treating the coating film of the step 1 (step 2).
또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,
상기 제조방법에 따라 제조된 태양전지 광흡수층을 제공한다.
A solar cell light absorbing layer produced according to the above-described production method is provided.
나아가, 본 발명은, Further,
제1전극 상에 형성된 전자전달체층;An electron transport layer formed on the first electrode;
상기 전자전달체층 상에 형성된 상기 광흡수층;The light absorbing layer formed on the electron transporting layer;
상기 광흡수층 상에 형성된 정공전도체층; 및A hole conductor layer formed on the light absorption layer; And
상기 정공전도체층 상에 형성된 제2전극;을 포함하는 태양전지를 제공한다.
And a second electrode formed on the hole conductor layer.
본 발명에 따른 태양전지 광흡수층의 제조방법에 따르면, 종래의 용액 성장법(CBD)을 사용하는 경우 장시간 저온반응을 한 것과 달리, 스핀 코팅으로 제조하기 때문에 공정시간이 짧고 대면적 코팅이 가능하다. 나아가, 특정 함량의 전구체 용액을 사용함으로써 우수한 모폴로지를 갖는 광흡수층을 제조할 수 있다.
According to the manufacturing method of the solar cell light absorbing layer according to the present invention, when the conventional solution growth method (CBD) is used, unlike the case where a low-temperature reaction is performed for a long time, the process time is short and a large- . Furthermore, by using a precursor solution having a specific content, a light absorbing layer having excellent morphology can be produced.
도 1은 본 발명의 태양전지 광흡수층 제조방법의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 실시예 1 내지 4에서 제조된 태양전지 광흡수층의 표면 및 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고;
도 3은 실시예 2 내지 4에서 제조된 태양전지 광흡수층을 X-선 회절 분석기로 관찰한 그래프이고;
도 4는 실시예 5에서 제조된 태양전지의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고;
도 5는 실시예 5 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 효율을 나타낸 그래프 및 표이다. 1 is a schematic view showing an example of a method for manufacturing a solar cell light absorbing layer of the present invention;
2 is a photograph of the surface and cross section of the solar cell light absorbing layer prepared in Examples 1 to 4, observed by scanning electron microscope (SEM);
FIG. 3 is a graph showing the photovoltaic absorption layers prepared in Examples 2 to 4 by X-ray diffractometer;
4 is a photograph of a cross section of the solar cell manufactured in Example 5 by scanning electron microscope (SEM);
5 is a graph and a table showing efficiency of the solar cell manufactured in Example 5 and Comparative Example 2. FIG.
본 발명은,According to the present invention,
안티모니, 주석, 황 및 셀레늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전구체 용액을 기판에 스핀코팅하여 코팅막을 제조하되, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비는 1:1 내지 1:6인 것을 특징으로 하는 단계(단계 1);Wherein the molar ratio of antimony to tin and sulfur to selenium precursor is from 1: 1 to 1: 6, preferably from 1: 1 to 1: 1, to form a coating film by spin coating a solution of at least one precursor selected from the group consisting of antimony, Characterized by a step (step 1);
상기 단계 1의 코팅막을 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 태양전지 광흡수층 제조방법을 제공한다.
And a step of heat treating the coating film of the step 1 (step 2).
이때, 도 1에 본 발명에 따른 태양전지 광흡수층 제조방법에 대한 모식도를 나타내었고, 이하, 본 발명에 따른 태양전지 광흡수층 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Herein, FIG. 1 is a schematic view of a method of manufacturing a solar cell light absorbing layer according to the present invention, and a method of manufacturing a solar cell light absorbing layer according to the present invention will be described in detail below.
본 발명에 따른 태양전지 광흡수층 제조방법에 있어서 단계 1은 안티모니, 주석, 황 및 셀레늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전구체 용액을 기판에 스핀코팅하여 코팅막을 제조하되, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비는 1:1 내지 1:6인 것을 특징으로 하는 단계이다. In the method for manufacturing a photovoltaic layer according to the present invention,
단계 1은, 특정 비율의 전구체와 용매를 혼합하여 전구체 용액을 제조한 후, 이를 기판상에 스핀코팅 방법으로 코팅하여 코팅막을 제조하는 단계이다.
종래에 Sb2S3, Sb2Se3, SnS와 같은 광흡수층을 제조하는 경우, 용액성장법(Chemical bath deposition)을 사용하였다. 그러나, 용액 성장법은 저온에서 장시간 반응을 수행해야 하며, 대면적의 코팅이 어려운 문제점이 있었다. Conventionally, when a light absorbing layer such as Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , or SnS is prepared, a chemical bath deposition method is used. However, the solution growth method has a problem in that a long time reaction must be performed at a low temperature, and coating of a large area is difficult.
그러나, 본 발명에서는 스핀코팅의 방법을 사용하여 공정이 단순하고, 대면적으로 코팅이 가능할 뿐만 아니라, 특정 조성의 전구체를 사용함으로써 우수한 모폴로지를 갖는 광흡수층을 제공할 수 있다.
However, the present invention can provide a light absorbing layer having excellent morphology by using a spin coating method and by using a precursor of a specific composition as well as a simple process and coating with a large area.
한편, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비는 1:1 내지 1:6이다. 만약, 안티모니 및 주석 대 황 및 셀레늄 전구체의 몰비가 1:1 미만인 경우에는 적절한 화합물 반도체 물성이 나타나지 않아 태양전지 특성이 나타나지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 1:6을 초과하는 경우에는 저조한 모폴로지를 나타내어 태양 전지의 특성이 저하하는 문제점이 발생할 수 있다.
On the other hand, the molar ratio of antimony and tin antimony and selenium precursor is 1: 1 to 1: 6. If the molar ratio of antimony and tin sulphide and selenium precursor is less than 1: 1, there may be a problem that the characteristics of a compound semiconductor are not exhibited and solar cell characteristics may not be exhibited. If the mole ratio is more than 1: 6, And the characteristics of the solar cell may be deteriorated.
상기 단계 1의 스핀코팅 수행 전, 기판을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도로 3 내지 10분간 전열처리하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이와 같은 전열처리 공정을 하지 않는 경우 스핀 코팅 시 균일한 광흡수층 전구체 박막이 형성되지 않는 문제점이 있다.
Before the spin coating of
상기 단계 1의 안티모니 전구체는 SbCl2, SbCl3 및 Sb(II) 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 주석 전구체는 SnCl2이고, 황 전구체는 티오우레아, 티오아세트아마이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종이며, 셀레늄 전구체는 셀레노우레아일 수 있으나, 상기 전구체들이 이에 제한되는 것은 아니며, 스핀코팅하여 광흡수층으로 제조될 수 있는 전구체를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
Wherein the antimony precursor of
상기 단계 1의 전구체 용액의 용매는 2-메톡시에탄올, 아세톤, DMF, 2-프로판올, 에탄올 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 용매가 이에 제한되는 것은 아니다.
The solvent of the precursor solution of
이때, 상기 단계 1의 전구체 용액은 0.1 내지 1 몰 농도를 가질 수 있다. At this time, the precursor solution of
만약, 상기 전구체 용액의 몰 농도가 0.1 미만인 경우에는 충분한 박막의 두께 확보가 어려운 문제점이 있고, 몰 농도가 1 초과인 경우에는 균일한 스핀코팅이 어려운 문제점이 있다.
If the molar concentration of the precursor solution is less than 0.1, it is difficult to secure a sufficient thickness of the thin film. If the molar concentration is more than 1, uniform spin coating is difficult.
상기 단계 1의 스핀코팅은 2000 rpm 내지 3000 rpm의 회전수로 30 초 내지 60 초 동안 수행하는 것일 수 있다. The spin coating of
만약, 상기 단계 1의 스핀코팅이 2000 rpm 미만의 회전수로 30 초 미만의 시간 동안 수행되는 경우에는 전구체 용액이 기판 상에 균일하게 코팅되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 3000 rpm 초과의 회전수로 60초 초과의 시간 동안 수행되는 경우에는 박막이 너무 얇아져 두께 확보가 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
If the spin coating of
본 발명에 따른 태양전지 광흡수층 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 코팅막을 열처리하는 단계이다. In the method for manufacturing a solar cell light absorbing layer according to the present invention,
단계 2에서는 스핀 코팅 후의 비정질이었던 Sb2S3 코팅막을 결정화하여 화합물 반도체 제조가 가능하다.
In
상기 단계 2의 수행 전, 상기 단계 1에서 제조된 코팅막을 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도로 3 분 내지 10 분간 가열할 수 있다. 상기 가열을 통하여 스핀코팅 후 남아있는 용매를 충분히 제거할 수 있고, 이로써 전구체 박막의 품질이 개선될 수 있다.
Before the
상기 단계 2의 열처리는 황 또는 셀레늄 분위기에서 270 ℃ 내지 350 ℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다. The heat treatment in
만약 상기 열처리가 270 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는 충분한 결정화 반응 유도가 어려워 결정 형성이 제대로 되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 350 ℃ 초과의 온도에서 수행하는 경우에는 열분해 반응이 일어나게 되어 제대로 된 광흡수층 형성이 불가능한 문제점이 발생할 수 있다.
If the heat treatment is carried out at a temperature lower than 270 ° C., it may be difficult to induce a sufficient crystallization reaction to induce a sufficient crystallization reaction. If the heat treatment is carried out at a temperature higher than 350 ° C., A problem that an absorption layer can not be formed may occur.
본 발명은,According to the present invention,
상기 제조방법에 따라 제조된 태양전지 광흡수층을 제공한다.
A solar cell light absorbing layer produced according to the above-described production method is provided.
본 발명에 따라 제조된 태양전지 광흡수층은, 특정 비율의 전구체를 사용하고, 스핀코팅 후 열처리함으로써 모폴로지 특성이 우수한 광흡수층을 제조할 수 있다.
The solar cell light absorbing layer produced according to the present invention can be used to produce a light absorbing layer having excellent morphology characteristics by using a precursor of a specific proportion and performing heat treatment after spin coating.
본 발명은,According to the present invention,
제1전극 상에 형성된 전자전달체층;An electron transport layer formed on the first electrode;
상기 전자전달체층 상에 형성된 상기 광흡수층;The light absorbing layer formed on the electron transporting layer;
상기 광흡수층 상에 형성된 정공전도체층; 및A hole conductor layer formed on the light absorption layer; And
상기 정공전도체층 상에 형성된 제2전극;을 포함하는 태양전지를 제공한다.
And a second electrode formed on the hole conductor layer.
상기 광흡수층은 모폴로지 특성이 우수하므로 이를 태양전지에 응용하였을 경우 우수한 충진율 및 광전변환 효율을 나타내는 태양전지를 제공할 수 있다. Since the light absorbing layer has excellent morphology characteristics, it can provide a solar cell exhibiting excellent filling rate and photoelectric conversion efficiency when applied to a solar cell.
이때, 상기 전자전달체층은 TiO2, ZnO, SnO 및 ITO로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속산화물을 사용하여 제조된 것일 수 있고 전자전달체층은 다공성 박막일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, the electron transport layer may be one made of one or more metal oxides selected from the group consisting of TiO 2 , ZnO, SnO and ITO, and the electron transport layer may be a porous thin film, but is not limited thereto.
상기 정공전달체층은 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하여 제조된 것일 수 있다.
The hole transport layer may be one produced by using at least one selected from the group consisting of a thiophene series, a paraphenylene vinylene series, a carbazole series and a triphenylamine series.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
<실시예 1> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:1Example 1 Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 1
단계 1: 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.1M을 용매 2-메톡시에탄올에 혼합하여 전구체 용액을 제조하였다. FTO 유리기판을 100 ℃의 온도에서 10 분간 전열처리한 후, 기판 상에 제조된 전구체 용액을 2500 rpm에서 30 초 동안 스핀코팅하여 코팅막을 제조하였다.
Step 1: A precursor solution was prepared by mixing 0.1 M SbCl 2 as the antimony precursor and 0.1 M thionylurea as the sulfur precursor into the solvent 2-methoxyethanol. The FTO glass substrate was preheated for 10 minutes at a temperature of 100 ° C, and then the precursor solution prepared on the substrate was spin-coated at 2500 rpm for 30 seconds to prepare a coating film.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 코팅막을 150 ℃에서 3분간 가열한 후, H2S 분위기, 330 ℃에서 15 분간 열처리하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
Step 2: The coating film prepared in the
<실시예 2> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:2Example 2 Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 2
상기 실시예 1의 단계 1에서 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.2M을 사용하여 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
Except that a precursor solution was prepared using 0.1 M of SbCl 2 as an antimony precursor and 0.2 M of a sulfur precursor as a sulfur precursor in the
<실시예 3> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:3Example 3 Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 3
상기 실시예 1의 단계 1에서 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.3M을 사용하여 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
Except that a precursor solution was prepared using 0.1 M of SbCl 2 as an antimony precursor and 0.3 M of a sulfur precursor as a sulfur precursor in the
<실시예 4> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:4Example 4 Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 4
상기 실시예 1의 단계 1에서 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.4M을 사용하여 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the precursor solution was prepared using 0.1 M of SbCl 2 as an antimony precursor and 0.4 M of a sulfur precursor as a sulfur precursor in the
<실시예 5> 태양전지의 제조≪ Example 5 > Production of solar cell
FTO 유리 기판 상에 TiO2 층을 스핀코팅 방법으로 생성하고, 그 위에 상기 실시예 1에서와 같이 Sb2S3 광흡수층을 형성한 후, 그 위에 PH3T와 Au를 스핀 코팅 방법으로 생성하여 태양전지를 제조하였다.
A TiO 2 layer was formed on the FTO glass substrate by a spin coating method, an Sb 2 S 3 light absorption layer was formed thereon as in Example 1, and then PH3T and Au were formed thereon by a spin coating method, .
<비교예 1> 용액성장법을 이용한 광흡수층 제조≪ Comparative Example 1 > Production of a light absorbing layer using a solution growing method
단계 1: 안티모니 전구체로 SbCl3 , 황 전구체로 Na2S2O3, 용매로 H2O를 사용하여 전구체 용액을 제조하였다. 상기 전구체 용액을 용액 성장법을 이용하여 0 ℃의 온도에서 2시간 동안 유지하여 막을 제조하였다.Step 1: The precursor solution was prepared using SbCl 3, H 2 O with Na 2 S 2 O 3, the solvent in the sulfur precursor to the precursor of antimony. The precursor solution was maintained at a temperature of 0 ° C for 2 hours using a solution growth method to prepare a film.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 막을 H2S 분위기에서 330 ℃, 15분 동안 열처리하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
Step 2: The film prepared in
<비교예 2> 태양전지의 제조≪ Comparative Example 2 > Production of solar cell
상기 실시예 5에서 광흡수층을 비교예 1과 같이 생성한 것을 제외하고는 실시예 5와 같이 수행하여 태양전지를 제조하였다.
A solar cell was fabricated in the same manner as in Example 5 except that the light absorbing layer was formed as in Comparative Example 1 in Example 5.
<비교예 3> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:0.5≪ Comparative Example 3 > Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 0.5
상기 실시예 1의 단계 1에서 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.05 M을 사용하여 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
Except that a precursor solution was prepared using 0.1 M of SbCl 2 as an antimony precursor and 0.05 M of a sulfur precursor as a sulfur precursor in the
<비교예 4> Sb:S 전구체 혼합 몰비 1:7≪ Comparative Example 4 > Sb: S precursor mixture molar ratio 1: 7
상기 실시예 1의 단계 1에서 안티모니 전구체로 SbCl2 0.1M, 황 전구체로 싸이오유레아 0.7 M을 사용하여 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the precursor solution was prepared using 0.1 M of SbCl 2 as an antimony precursor and 0.7 M of a sulfur precursor as a sulfur precursor in the
<비교예 5> ≪ Comparative Example 5 &
상기 실시예 1의 단계 2에서 250 ℃의 온도에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
A solar cell light absorbing layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at a temperature of 250 ° C in the
<비교예 6>≪ Comparative Example 6 >
상기 실시예 1의 단계 2에서 370 ℃의 온도에서 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 태양전지 광흡수층을 제조하였다.
A solar cell light absorbing layer was prepared in the same manner as in Example 1 except for the heat treatment at 370 ° C in the
<실험예 1> 태양전지 광흡수층의 조성 관찰<Experimental Example 1> Observation of composition of photovoltaic absorption layer of solar cell
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 태양전지 광흡수층의 조성을 관찰하기 위해 X-선 회절 분석기 및 에너지 분산 분석기로 관찰한 후 그 결과를 도 3 및 표 1에 도시하였다.
The compositions of the solar cell light absorbing layers prepared in Examples 1 to 4 were observed with an X-ray diffraction analyzer and an energy dispersive analyzer, and the results are shown in FIG. 3 and Table 1. FIG.
또한, 도 3을 살펴보면, 황 전구체의 몰비가 증가할수록 피크의 크기가 증가하는 것을 알 수 있고, 표 1을 살펴보면, 실시예 1의 경우, Sb:S가 0.41:0.59, 실시예 2는 0.51:0.49, 실시예 3은 0.56:0.44, 실시예 4는 0.50:0.50으로 나타남을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, as the molar ratio of the sulfur precursor increases, the size of the peak increases. As shown in Table 1, Sb: S is 0.41: 0.59 in Example 1, 0.49, 0.56: 0.44 for Example 3, and 0.50: 0.50 for Example 4, respectively.
이를 통해, 실시예 1에서 Sb2S3 광흡수층이 생성되었음을 확인할 수 있다.
Thus, in Example 1, Sb 2 S 3 It can be confirmed that the light absorbing layer is formed.
<실험예 2> 태양전지 광흡수층의 모폴로지 관찰Experimental Example 2 Morphology Observation of Photovoltaic Absorption Layer
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 태양전지 광흡수층의 모폴로지를 관찰하기 위해, 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 후 그 결과를 도 2에 도시하였다.
In order to observe the morphology of the photovoltaic absorber layer prepared in Examples 1 to 4, the results were observed with a scanning electron microscope (SEM) and the results are shown in Fig.
도 2에 도시한 바와 같이, 전체적으로 우수한 모폴로지를 나타내나, 안티모니와 황을 1:1로 혼합한 실시예 1의 경우, 막의 구조가 조밀하고 모폴로지 특성이 가장 우수함을 알 수 있다. 황의 비율이 증가할수록, 모폴로지 특성이 저하됨을 알 수 있다.
As shown in Fig. 2, it shows that the film exhibits excellent morphology as a whole, but in the case of Example 1 in which antimony and sulfur are mixed in a ratio of 1: 1, the film structure is dense and the morphology characteristic is the most excellent. As the ratio of sulfur increases, the morphological characteristics are degraded.
<실험예 3> 태양전지의 효율 측정<Experimental Example 3> Measurement of efficiency of solar cell
상기 실시예 5 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 효율을 알아보기 위해, 주사전자현미경(SEM)으로 실시예 5의 태양전지의 단면을 관찰한 뒤 그 결과를 도 4에 도시하였고, 솔라 시뮬레이터를 이용한 I-V 측정 방법으로 전지 효율을 측정한 후 그 결과를 도 5에 도시하였다.
In order to examine the efficiency of the solar cell manufactured in Example 5 and Comparative Example 2, the cross section of the solar cell of Example 5 was observed with a scanning electron microscope (SEM) And the results are shown in FIG. 5.
도 4에 나타낸 바와 같이, 우수한 모폴로지의 Sb2S3 광흡수층이 제조됨으로써 전체적으로 균일한 밀도의 태양전지가 제조됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, it can be seen that the Sb 2 S 3 light absorbing layer of excellent morphology is produced, and thus a solar cell of uniform density is produced as a whole.
나아가, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 5의 경우 개방전압, 충진율 및 광전변환효율이 비교예 2에 비해 14 %, 11 %, 21 % 향상되었고, 직렬저항과 병렬저항은 비교예 2에 비해 11.7 %, 13.8 % 감소되었음을 알 수 있다.
Further, as shown in FIG. 5, in the case of Example 5, the open voltage, the filling ratio, and the photoelectric conversion efficiency were improved by 14%, 11%, and 21%, respectively, as compared with Comparative Example 2. The series resistance and the parallel resistance were improved 11.7%, and 13.8%, respectively.
이를 통해, 본 발명에 따라 스핀코팅법에 의해 광흡수층을 제조하여도, 종래의 용액성장법보다 간편한 공정이면서도 우수한 태양전지효율을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
Thus, it can be seen that even when the light absorption layer is formed by the spin coating method according to the present invention, the solar cell efficiency can be improved, while being a simpler process than the conventional solution growing method.
Claims (10)
상기 단계 1의 코팅막을 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하여, 광흡수층의 모폴로지를 향상시키는 태양전지 광흡수층 제조방법.
(Step 1), wherein the molar ratio of the antimony hydrogen precursor to the antimony precursor is 1: 1 to 1: 2;
(Step 2) of heat-treating the coating film of step 1, thereby improving the morphology of the light absorbing layer.
상기 단계 1의 스핀코팅 수행 전, 기판을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도로 3 내지 10분간 전열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of preheating the substrate at a temperature of 70 ° C to 150 ° C for 3 to 10 minutes before the spin coating of the step 1 is performed.
상기 단계 1의 안티모니 전구체는 SbCl2, SbCl3 및 Sb(II) 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 황 전구체는 티오우레아, 티오아세트아마이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the antimony precursor in step 1 is at least one selected from the group consisting of SbCl 2 , SbCl 3 and Sb (II) acetate, and the sulfur precursor is one selected from the group consisting of thiourea, thioacetamide and mixtures thereof Wherein the photovoltaic layer is formed on the surface of the solar cell.
상기 단계 1의 전구체 용액의 용매는 2-메톡시에탄올, 아세톤, DMF, 2-프로판올, 에탄올 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent of the precursor solution of step 1 is at least one selected from the group consisting of 2-methoxyethanol, acetone, DMF, 2-propanol, ethanol and acrylonitrile.
상기 단계 1의 전구체 용액은 0.1 내지 1 몰 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the precursor solution of step 1 has a concentration of 0.1 to 1 mol.
상기 단계 1의 스핀코팅은 2000 rpm 내지 3000 rpm의 회전수로 30 초 내지 60 초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the spin coating of step 1 is performed at a rotation speed of 2000 rpm to 3000 rpm for 30 seconds to 60 seconds.
상기 단계 2의 수행 전,
상기 단계 1에서 제조된 코팅막을 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도로 3 분 내지 10 분간 가열하는 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Before performing the step 2,
Wherein the coating film prepared in step 1 is heated at a temperature of 100 ° C to 250 ° C for 3 minutes to 10 minutes.
상기 단계 2의 열처리는 황 또는 H2S 분위기에서 270 ℃ 내지 350 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 광흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment in step 2 is performed in a sulfur or H 2 S atmosphere at a temperature of 270 ° C to 350 ° C.
A solar cell light absorbing layer produced by the manufacturing method of claim 1.
상기 전자전달체층 상에 형성된 제9항의 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 정공전도체층; 및
상기 정공전도체층 상에 형성된 제2전극;을 포함하는 태양전지.
An electron transport layer formed on the first electrode;
The light absorbing layer of claim 9 formed on the electron transporting layer;
A hole conductor layer formed on the light absorption layer; And
And a second electrode formed on the hole conductor layer.
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