고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층
HEAT TRANSFER INTERLAYER FOR IMPROVED PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE AND DEVICE OPERATIONAL STABILITY OF PEROVSKITE SOLAR CELLS
특허 요약
본 발명은 n 형 도펀트로 도핑된 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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n 형 도펀트로 도핑된, 풀러렌 유도체로서,상기 풀러렌 유도체는,PC61B-TEG, PC61B-BiTEG 및 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid n-butyl ester (PCBNB)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고, 상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 1개 이상의 측쇄를 포함하는 것이고,상기 측쇄는, 올리고에틸렌글리콜(oligoethylene glycol), 카복실레이트(-CO2-), 카보네이트 (-OCO2-), 포스페이트 (-PO42-), 포스포네이트 (-PO32-), 포스파이트 (-OPO22-), 술포네이트 (-SO3-), 술페이트(-SO4-), 할로겐 음이온 (halogen anion), BF4-, ClO4-, BrO4-, AsF6-, PF6-, SbF6-, 암모늄성 작용기 (-N+R3, R은 H, 알킬기 또는 아릴기), 소듐(Na+), 포타슘(K+), 리튬(Li+), 암모늄(NR4+, R은 H, 알킬기, 또는 아릴기) 및 포스포늄(PR4+, R은 H, 알킬기, 또는 아릴기)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고,상기 n형 도펀트는, 4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-N,N-diphenylaniline (N-DPBI); 1,3-dimethyl-2-(3,4,5-trimethoxyphenyl)-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole (TP-DMBI); 2,2'-Bis(4-dimethylaminophenyl)-bibenzo[d]imidazole (N-DMBI)2; 2,2'-dicyclohexyl-1,1',3,3'-tetramethyl-2,2',3,3'-tetrahydro-2,2'-bibenzo[d]imidazole (Cyc-DMBI)2; triaminomethane (TAM) 및 tetrakis(dimethylamino)ethylene (TDAE) 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고,상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 내지 80 몰%인 것인,풀러렌 유도체.

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제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성되는 전자 수송층; 상기 전자수송층 상에 형성되는 제2 전극; 및상기 제1 전극, 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 또는 상기 전자 수송층 상에 형성되고, 제1항의 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층;을 포함하고, 상기 열전달층의 두께는 10 nm 내지 15 nm 인 것이고, 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 내지 1 : 0.008인 것이고,상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 내지 0.8 중량%인 것인,페로브스카이트 태양전지.

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제7항에 있어서,상기 페로브스카이트 태양전지는,85 ℃, 2400 시간의 구동에서 광전효율이 90 % 이상인 것인,페로브스카이트 태양전지.

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제7항에 있어서,상기 열전달층은, 상기 광활성층 상에 형성된 경우,계면에서의 전자-정공 재결합을 억제시키는 것이고,상기 광활성층 상층부와 하층부의 온도 차이를 증가시켜 열확산 속도를 증가시키는 것인,페로브스카이트 태양전지.

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제7항에 있어서,상기 제1 전극은, 유연 투명 전극 기판, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 알루미늄 징크 옥사이드(AZO), 보론 도핑된 징크 옥사이드(BZO), 니오븀 티타늄 옥사이드(NTO), 징크 틴 옥사이드(ZTO) 및 인듐 징크 틴 옥사이드(IZTO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전극은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 및 탄소(C)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지.

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제7항에 있어서, 상기 전자 수송층은, ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N, SnO, SnO2, ITO, TiO2, Cs2CO3, 6,6-페닐-C61-부틸릭엑시드메틸에스터(PCBM(C61)), PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C71), PCBM(C76), PCBM(C80), PCBM(C82), indene-C60 bisadduct(ICBA) 및 6,6-페닐-C61-부틸릭엑시드콜레스테릴에스터(PCBCR) 중에서 선택되는 플러렌 유도체, 폴리벤지미다졸(polybenzimidazole), 페릴렌(perylene), poly[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-napthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6- diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene), naphthalene diimide(NDI)- selenophene copolymer(PNDIS-HD), poly[(E)-2,7-bis(2-decyltetradecyl)-4- methyl-9-(5-(2-(5-methylthiophen-2-yl)vinyl)thiophen-2-yl)benzo[lmn][3,8] phenanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tetraone] (PNDI-TVT), poly[[N,N'-bis(2-hexyldecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- thiophene] (PNDI2HD-T), NiOx 및 P형 산화물 반도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지.

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제7항에 있어서, 상기 정공 수송층은, Spiro-OMeTAL, PTAA (poly(triarylamine), poly[bis(4- phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene doped with poly(styrenesulfonic acid), 사이클로펜타-[2,1-b;3,4-b']-디티오펜 (cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), 벤조티아디아졸 (benzothiadiazole), 디케토피롤로피롤 (diketopyrrolopyrrole), 티에노[3,4-b] 티오펜(thieno[3,4-b]thiophene), 벤조디티오펜 (benzodithiophene), 카르바졸 (carbazole), 플루오렌(fluorene), PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD(Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene), PVP (polyvinylpyrrolidone), NiOx 및 p형 산화물 소재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 페로브스카이트 태양전지.