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KR20250147527A - Heat transfer interlayer for improved photovoltaic performance and device operational stability of perovskite solar cells - Google Patents

Heat transfer interlayer for improved photovoltaic performance and device operational stability of perovskite solar cells

Info

Publication number
KR20250147527A
KR20250147527A KR1020240046119A KR20240046119A KR20250147527A KR 20250147527 A KR20250147527 A KR 20250147527A KR 1020240046119 A KR1020240046119 A KR 1020240046119A KR 20240046119 A KR20240046119 A KR 20240046119A KR 20250147527 A KR20250147527 A KR 20250147527A
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KR
South Korea
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perovskite solar
heat transfer
poly
paragraph
layer
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KR1020240046119A
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Korean (ko)
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송명훈
우한영
박상미
정상영
Original Assignee
울산과학기술원
고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 n 형 도펀트로 도핑된 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a heat transfer layer comprising a fullerene derivative doped with an n-type dopant and a perovskite solar cell comprising the same.

Description

고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층 {HEAT TRANSFER INTERLAYER FOR IMPROVED PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE AND DEVICE OPERATIONAL STABILITY OF PEROVSKITE SOLAR CELLS}Heat transfer interlayer for improved photovoltaic performance and device operational stability of perovskite solar cells

본 발명은 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층에 관한 것이다.The present invention relates to a heat transfer layer for a high-efficiency, high-stability perovskite solar cell.

태양 전지는 태양광 발전의 핵심 부품으로, 광원인 빛에너지를 전기로 전환하여 발전한다. 태양 전지의 효율은 발전량과 직결되기 때문에 이를 높이기 위한 소재 연구가 계속되었고, 태양 전지는 다결정질 (polycrystalline) 또는 단결정질(single crystalline) 실리콘을 이용하여 만들어진 1세대 태양 전지 및 박막 (thin film)의 2세대 태양 전지를 거쳐 페로브스카이트 태양 전지 (perovskite solar cell, PSC)를 포함하는 3세대 태양 전지까지 지속적으로 발전하고 있다.Solar cells are a core component of solar power generation, converting light energy into electricity. Because the efficiency of solar cells is directly related to the amount of power generated, research into materials to improve this efficiency has continued. Solar cells have evolved continuously, from first-generation solar cells made of polycrystalline or single-crystalline silicon, to second-generation thin-film solar cells, and now to third-generation solar cells, including perovskite solar cells (PSCs).

페로브스카이트 태양전지에서 안정성 및 성능을 향상시키고, 효율을 높이기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다. 카보닐과 피리딘 작용기를 가진 물질을 페로브스카이트 층 표면에 처리하여 페로브스카이트 층과 정공수송층 사이 결함을 제어하고 이를 통해 전하수송을 용이하게 하였으며 페로브스카이트 상 안정성을 향상시켜 고효율, 고안정성의 소자를 제작페로브스카이트 표면에 대한 결함만 제어하여, 페로브스카이트 내부가 열에 의해 받는 영향에 대해서는 고려하지 않은 한계점이 있다. (Adv. Sci., 2023 ,10, 2301603) 또한, 높은 열전도도를 가지는 2차원 물질 h-bn을 페로브스카이트 내부에 처리하여 페로브스카이트 층 내부의 열전달 속도를 증가시키고, 페로브스카이트가 열에 의해 손상되는 속도를 지연시켜 소자의 열적 안정성을 향상시켰으나, 소자의 열적 안정성 향상만 고려하고, h-BN을 사용함으로써 소자 효율 개선에 대한 분석이 이루어지지 않았다. (Nat. Comm. 13. 1. (2022) 4417), Various methods are being studied to improve the stability and performance of perovskite solar cells, and to enhance their efficiency. By treating the perovskite surface with materials containing carbonyl and pyridine functional groups, defects between the perovskite layer and the hole transport layer can be controlled, facilitating charge transport. Furthermore, by enhancing the stability of the perovskite phase, high-efficiency, high-stability devices can be fabricated. However, because only defects on the perovskite surface are controlled, the effects of heat on the perovskite interior are not considered, which is a limitation. (Adv. Sci., 2023 , 10, 2301603) In addition, the thermal stability of the device was improved by treating the two-dimensional material h-BN with high thermal conductivity inside the perovskite layer to increase the heat transfer rate inside the perovskite layer and delay the rate at which the perovskite is damaged by heat, but only the improvement in the thermal stability of the device was considered, and no analysis was conducted on the improvement in device efficiency by using h-BN. (Nat. Comm. 13. 1. (2022) 4417) ,

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background technology described above is something that the inventor possessed or acquired in the process of deriving the disclosure of the present application, and cannot necessarily be said to be a publicly known technology disclosed to the general public prior to the present application.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해, 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층을 제공하고자 한다. The present invention aims to solve the above-described problem by providing a heat transfer layer for a high-efficiency, high-stability perovskite solar cell.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 도핑을 통해 전기전도도와 열전도도가 향상된 물질을 포함하는 열전달층을 광활성층과 전자수송층 사이에 처리하여, 높은 열전도도로 인해 페로브스카이트 내부에 존재하는 열이 외부로 빠르게 확산되고, 광활성층층과 전자수송층 사이 적절한 에너지 준위를 형성하여 계면에서 발생하는 전자 정공 재결합을 줄여 소자의 안정성을 향상시키고, 전체적인 성능을 개선시킨 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 제공하고자 한다. Specifically, according to the present invention, a heat transfer layer including a material having improved electrical and thermal conductivity through doping is treated between a photoactive layer and an electron transport layer, so that heat existing inside the perovskite is rapidly diffused to the outside due to high thermal conductivity, an appropriate energy level is formed between the photoactive layer and the electron transport layer, and electron-hole recombination occurring at the interface is reduced to improve the stability of the device and improve the overall performance, thereby providing a high-efficiency, high-stability perovskite solar cell.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary skill in the relevant technical field from the description below.

본 발명의 풀러렌 유도체는, n 형 도펀트로 도핑된다.The fullerene derivative of the present invention is doped with an n-type dopant.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. According to one embodiment, the fullerene derivative may include at least one selected from the group consisting of PC 61 B-TEG, PC 61 B-BiTEG, and [6,6]-phenyl-C 61 -butyric acid n-butyl ester (PCBNB).

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 1개 이상의 측쇄를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fullerene derivative may comprise one or more side chains per unit.

일 실시예에 따르면, 상기 측쇄는, 올리고에틸렌글리콜(oligoethylene glycol), 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 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 것일 수 있다.In one embodiment, the side chain is selected from the group consisting of oligoethylene glycol, carboxylate (-CO 2 - ), carbonate (-OCO 2 - ), phosphate (-PO 4 2- ), phosphonate (-PO 3 2- ), phosphite (-OPO 2 2- ), sulfonate (-SO 3 - ), sulfate (-SO 4 - ), halogen anion, BF 4 - , ClO 4 - , BrO 4 - , AsF 6 - , PF 6 - , SbF 6 - , ammonium functional group (-N + R 3 , R is H, alkyl group, or aryl group), sodium (Na + ), potassium (K + ), lithium (Li + ), ammonium (NR 4 + , R is H, alkyl group, or aryl group), and phosphonium (PR 4 + , R may include at least one selected from the group consisting of H, an alkyl group, or an aryl group.

일 실시예에 따르면, 상기 n형 도펀트는, 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3- dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4-dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H- benzimidazole (Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 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 것일 수 있다.According to one embodiment, the n-type dopant is 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4-dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole (Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 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) and tetrakis(dimethylamino)ethylene (TDAE).

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 내지 80 몰%인 것일 수 있다. According to one embodiment, the molar % of the n-type dopant in the fullerene derivative may be from 13 mol % to 80 mol %.

본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 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; 및 상기 제1 전극, 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 또는 상기 전자 수송층 상에 형성되고, 제1항의 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층;을 을 포함한다. The perovskite solar cell of the present invention comprises: a first electrode; a hole transport layer formed on the first electrode; a photoactive layer including a perovskite compound formed on the hole transport layer; an electron transport layer formed on the photoactive layer; a second electrode formed on the electron transport layer; and a heat transfer layer formed on the first electrode, the hole transport layer, the photoactive layer, or the electron transport layer, and including the fullerene derivative of claim 1.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층의 두께는 10 nm 내지 15 nm 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the heat transfer layer may be 10 nm to 15 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 내지 1 : 0.008 인 것일 수 있다. According to one embodiment, the thickness ratio of the heat transfer layer to the overall thickness of the perovskite solar cell may be 1:0.003 to 1:0.008.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 내지 0.8 중량% 인 것일 수 있다. According to one embodiment, the weight % of the heat transfer layer in the perovskite solar cell may be 0.4 wt % to 0.8 wt %.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지는 85 ℃, 2400 시간의 구동에서 광전효율이 90 % 이상인 것 일 수 있다. In one embodiment, the perovskite solar cell may have a photovoltaic efficiency of 90% or more when operated at 85°C for 2400 hours.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층은, 상기 광활성층 상에 형성된 경우, 계면에서의 전자-정공 재결합을 억제시키는 것이고, 상기 광활성층 상층부와 하층부의 온도 차이를 증가시켜 열확산 속도를 증가시키는 것일 수 있다. According to one embodiment, the heat transfer layer, when formed on the photoactive layer, may suppress electron-hole recombination at the interface and increase the temperature difference between the upper and lower layers of the photoactive layer to increase the heat diffusion rate.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. According to one embodiment, the first electrode may include at least one selected from the group consisting of a flexible transparent electrode substrate, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), aluminum zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), niobium titanium oxide (NTO), zinc tin oxide (ZTO), and indium zinc tin oxide (IZTO), and the second electrode may include at least one selected from the group consisting of silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), and carbon (C).

일 실시예에 따르면, 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)](NDI2OD-T2), 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 것일 수 있다.According to one embodiment, the electron transport layer is a fullerene derivative selected from among ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N, SnO, SnO 2 , ITO, TiO 2 , Cs 2 CO 3 , 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM(C61)), PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C71), PCBM(C76), PCBM(C80), PCBM(C82), indene-C60 bisadduct (ICBA) and 6,6-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester (PCBCR), polybenzimidazole, perylene, poly[[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-napthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)](NDI2OD-T2), 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), It may include at least one selected from the group consisting of poly[[N,N'-bis(2-hexyldecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5'-thiophene] (PNDI2HD-T), NiO x , and a P-type oxide semiconductor.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. According to one embodiment, the hole transport layer comprises 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), cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, thieno[3,4-b]thiophene, benzodithiophene, carbazole, fluorene, PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) It may include at least one selected from the group consisting of poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD (Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene), PVP (polyvinylpyrrolidone), NiO x , and p-type oxide materials.

본 발명은 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층을 제공할 수 있다.The present invention can provide a heat transfer layer for a high-efficiency, high-stability perovskite solar cell.

본 발명에 따른 열전달층은 도핑을 통해 전기전도도와 열전도도가 향상된 물질을 포함하며, 상기 열전달층은 열전도도가 높아 광활성층 위에 형성되면 페로브스카이트 내부의 열 이동 속도를 높여 열화 현상을 지연시킬 수 있다. 또한, 상기 열전달층은 페로브스카이트의 전도대 준위와 열전달층의 전도대 준위 차이를 제거하여 계면에서 발생하는 전자 정공 재결합을 억제함으로써 광전 효율을 높일 수 있다. 상기 열전달층은, 얇은 계면층으로 간단한 용액 공정을 통해 도입이 가능하다는 장점이 있다. 상기 열전달층은 페로브스카이트 태양전지의 장기 안정성을 향상시킬 수 있고, 소자의 전체적인 성능을 개선할 수 있다. 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 빛과 열에 높은 안정성을 보일 수 있고, 충전율 및 광전효율이 향상된 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다. The heat transfer layer according to the present invention includes a material having improved electrical conductivity and thermal conductivity through doping, and the heat transfer layer has high thermal conductivity, so that when formed on a photoactive layer, it can increase the heat transfer rate within the perovskite and delay the deterioration phenomenon. In addition, the heat transfer layer can suppress electron-hole recombination occurring at the interface by eliminating the difference between the conduction band level of the perovskite and the conduction band level of the heat transfer layer, thereby increasing the photoelectric efficiency. The heat transfer layer has the advantage of being a thin interfacial layer that can be introduced through a simple solution process. The heat transfer layer can improve the long-term stability of the perovskite solar cell and enhance the overall performance of the device. The perovskite solar cell according to the present invention can exhibit high stability to light and heat, and can provide a perovskite solar cell with improved charge factor and photoelectric efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전달층에 의해 페로브스카이트 태양 전지 내에서 전자 정공 재결합이 억제되는 것을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전달층이 포함하고 있는 n 형 도펀트로 도핑된 풀러렌 유도체의 분자 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 필름의 열 확산 속도를 비교한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 열 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 (a) J-V 커브 그래프, (b) 에너지 준위 변화 그래프, (c) 밴드갭 변화 그래프, (d) 에너지 레벨 모식도 및 (e) 페로브스카이트 필름의 PL 그래프이다.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates that electron-hole recombination is suppressed in a perovskite solar cell by a heat transfer layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows the molecular structure of a fullerene derivative doped with an n-type dopant included in a heat transfer layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the results of comparing the heat diffusion rates of perovskite films according to examples and comparative examples of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the thermal stability of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.
FIG. 6 is a graph of (a) a JV curve, (b) an energy level change graph, (c) a band gap change graph, (d) an energy level schematic diagram, and (e) a PL graph of a perovskite film according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments are described in detail with reference to the attached drawings. However, the embodiments may be modified in various ways, and the scope of the patent application is not limited or restricted by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or alternatives to the embodiments are included within the scope of the patent application.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 the examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but should be understood to not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant technology, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined herein.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.In addition, when describing with reference to the attached drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. When describing an embodiment, if a detailed description of a related known technology is judged to unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted. In addition, when describing components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only to distinguish the components from other components, and the nature, order, or sequence of the components are not limited by the terms.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components with common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, the descriptions given in one embodiment may also apply to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

이하, 본 발명의 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 위한 열전달층에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the heat transfer layer for the high-efficiency, high-stability perovskite solar cell of the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

본 발명의 풀러렌 유도체는, n 형 도펀트로 도핑된다.The fullerene derivative of the present invention is doped with an n-type dopant.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전달층이 포함하고 있는 n 형 도펀트로 도핑된 풀러렌 유도체의 분자 구조를 나타낸 것이다.FIG. 3 shows the molecular structure of a fullerene derivative doped with an n-type dopant included in a heat transfer layer according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 풀러렌 유도체는, PC61B-TEG일 수 있고, 호스트로 작용하는 화합물인 것일 수 있다. 상기 n 형 도펀트는 (4-(1,3-디메틸-2,3-디히드로-1H벤조이미다졸-2-일)-페닐)-디메틸-아민(N-DMBI)일 수 있다.Referring to FIG. 3, the fullerene derivative may be PC 61 B-TEG, and may be a compound acting as a host. The n-type dopant may be (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1Hbenzoimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI).

일 실시예에 따르면, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 열전달층을 포함하는 것일 수 있고, 상기 열전달층은 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the perovskite solar cell of the present invention may include a heat transfer layer, and the heat transfer layer may include the fullerene derivative.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층은 상기 페로브스카이트 태양전지의 구조 변화에 따라 상기 제1 전극, 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 또는 전자 수송층 상에 형성될 수 있다. According to one embodiment, the heat transfer layer including the fullerene derivative may be formed on the first electrode, the hole transport layer, the photoactive layer, or the electron transport layer depending on the structural change of the perovskite solar cell.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층은 광활성층 상층부의 온도를 낮춰줌으로써 하층부와의 온도 차이를 증가시켜 열확산 속도를 증가시킬 수 있고, 열이 광활성층 내부에 머무르는 시간을 줄여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 열전달층은, 페로브스카이트와 유사한 전도대 에너지준위를 가지며, 광활성층과 전자 수송층 사이에 도입함으로써, 계면에서 전자 정공이 재결합 될 가능성을 억제할 수 있고, 이를 통해 상기 페로브스카이트 태양전지의 광전류 및 광전효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, the heat transfer layer including the fullerene derivative can increase the temperature difference with the lower layer by lowering the temperature of the upper part of the photoactive layer, thereby increasing the heat diffusion rate, and can improve the stability of the device by reducing the time that heat remains inside the photoactive layer. In addition, the heat transfer layer has a conduction band energy level similar to that of perovskite, and by introducing it between the photoactive layer and the electron transport layer, the possibility of electron holes recombinating at the interface can be suppressed, thereby improving the photocurrent and photoelectric efficiency of the perovskite solar cell.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층은 단일 화합물을 용액 공정을 통해 얇은 계면층으로 형성하여 페로브스카이트 태양전지로의 도입이 가능할 수 있다.According to one embodiment, the heat transfer layer comprising the fullerene derivative can be introduced into a perovskite solar cell by forming a single compound into a thin interfacial layer through a solution process.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. According to one embodiment, the fullerene derivative may include at least one selected from the group consisting of PC 61 B-TEG, PC 61 B-BiTEG, and [6,6]-phenyl-C 61 -butyric acid n-butyl ester (PCBNB).

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체는, 풀러렌(fullerene, C60); 및 C70, C76, C78, C80, C82, C84로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 풀러렌 유도체는, 풀러렌(fullerene, C60), (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM), (6,6)- 페닐-C61-부티릭에시드 콜레스테릴에스테르 ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester; PCBCR), (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM) 및 (6,6)- 티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the fullerene derivative may be at least one selected from the group consisting of fullerene (C60); and C70, C76, C78, C80, C82, and C84. Specifically, the fullerene derivative may include at least one selected from the group consisting of fullerene (C60), (6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), (6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester (PCBCR), (6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (C70-PCBM), and (6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester (ThCBM).

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체는 [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid 2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]ethyl ester (PCnB-TEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid 1-methyl 3-[2-(2,5,8,11-tetraoxadodec-1-yl)-4,7,10,13-tetra-oxatetradec1-yl]ester (PCnB-BiTEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid-(3,4,5-tris(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)phenyl)methyl ester (PCnB-OEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid-3,5-bis[3-[(3-methyl-3-oxetanyl)methoxy]propoxy]phenyl ester (C-PCnBOD) 및 fullerene end-capped polyethylene glycol (PCn-PEG)으로 이루어진 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있고, 상기 n은 61, 71 또는 85인 것일 수 있다. According to one embodiment, the fullerene derivative is [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid 2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]ethyl ester (PC n B-TEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid 1-methyl 3-[2-(2,5,8,11-tetraoxadodec-1-yl)-4,7,10,13-tetra-oxatetradec1-yl]ester (PC n B-BiTEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid-(3,4,5-tris(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)phenyl)methyl ester (PC n B-OEG), [6,6]-phenyl-Cn-butyric acid-3,5-bis[3-[(3-methyl-3-oxetanyl)methoxy]propoxy]phenyl ester (C-PC n BOD) and fullerene end-capped polyethylene glycol (PC n -PEG), wherein n may be 61, 71 or 85.

일 실시예에 따르면, 풀러렌 유도체는 탄소-탄소 결합의 5각형과 6각형 고리가 붙어 이루어진 구형의 탄소 나노물질인 풀러렌에 용매에 대한 용해도를 높이기 위해 부가체(adduct)를 첨가하여 기능화된(functionalized) 풀러렌을 말한다. 풀러렌 유도체는 전자 이동도가 높고 전자 소자 내 전자 전달층으로 적절한 LUMO 레벨을 가지므로 유기 트랜지스터(OFET, organic field-effect transistor), 유기 태양전지 (OPV, organic photovoltaic), 페로브스카이트 태양 전지 등의 전자소자에서 활발히 사용된다. 특히 최근 차세대 태양전지로 각광받으며 활발히 연구되고 있는 페로브스카이트 태양전지에서는 페로브스카이트 광활성층에 손상을 주지 않는 유기 용매에 녹여 스핀-코팅(spin-coating)이 가능하다는 점 때문에 전자전달물질로 가장 많이 사용되고 있다.In one embodiment, a fullerene derivative is a functionalized fullerene, which is a spherical carbon nanomaterial formed by pentagonal and hexagonal rings of carbon-carbon bonds, by adding an adduct to increase the solubility in a solvent. Fullerene derivatives have high electron mobility and an appropriate LUMO level as an electron transport layer in electronic devices, and are therefore actively used in electronic devices such as organic transistors (OFETs, organic field-effect transistors), organic photovoltaics (OPVs, organic photovoltaics), and perovskite solar cells. In particular, in perovskite solar cells, which have recently been in the spotlight as next-generation solar cells and are actively researched, fullerene derivatives are most widely used as electron transport materials because they can be dissolved in an organic solvent that does not damage the perovskite photoactive layer and spin-coated.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 1 개 이상의 측쇄를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fullerene derivative may comprise one or more side chains per unit.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 2 개 이상; 3 개 이상; 또는 5 개 이상의 측쇄를 포함하는 것일 수 있다. 상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 1개 이상의 측쇄를 포함하여, 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 상기 페로브스카이트 태양전지는 효율 및 성능이 향상될 수 있다. 상기 풀러렌 유도체는, 상기 측쇄의 특성에 따라 다양한 특성을 나타낼 수 있으며 열전달층에 포함되어 열확산 속도를 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the fullerene derivative may include two or more, three or more, or five or more side chains per unit. The fullerene derivative may include one or more side chains per unit, so that the perovskite solar cell including the fullerene derivative may have improved efficiency and performance. The fullerene derivative may exhibit various characteristics depending on the characteristics of the side chains, and may be included in a heat transfer layer to increase the heat diffusion rate.

일 실시예에 따르면, 상기 측쇄는, 올리고에틸렌글리콜(oligoethylene glycol), 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 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 것일 수 있다.In one embodiment, the side chain is selected from the group consisting of oligoethylene glycol, carboxylate (-CO 2 - ), carbonate (-OCO 2 - ), phosphate (-PO 4 2- ), phosphonate (-PO 3 2- ), phosphite (-OPO 2 2- ), sulfonate (-SO 3 - ), sulfate (-SO 4 - ), halogen anion, BF 4 - , ClO 4 - , BrO 4 - , AsF 6 - , PF 6 - , SbF 6 - , ammonium functional group (-N + R 3 , R is H, alkyl group, or aryl group), sodium (Na + ), potassium (K + ), lithium (Li + ), ammonium (NR 4 + , R is H, alkyl group, or aryl group), and phosphonium (PR 4 + , R may include at least one selected from the group consisting of H, an alkyl group, or an aryl group.

일 실시예에 따르면, 상기 할로겐 음이온(halogen anion)은, 바람직하게는, F-, Cl-, Br- 또는 I- 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the halogen anion may preferably be F - , Cl - , Br - or I - .

일 실시예에 따르면, 상기 n형 도펀트는, 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3- dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4-dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H- benzimidazole(Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 4-(1,3-dimethyl-2,3dihydro-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 것일 수 있다.According to one embodiment, the n-type dopant is 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4-dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole (Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 4-(1,3-dimethyl-2,3dihydro-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) and tetrakis(dimethylamino)ethylene (TDAE).

일 실시예에 따르면, 상기 n형 도펀트로 상기 풀러렌 유도체를 n 도핑 시키면, 상기 페로브스카이트 태양전지의 열전도도 및 전기전도도 특성을 평가할 수 있으며 소자 안정성 및 개선 여부를 확인 할 수 있고, 상기 n형 도펀트로 도핑된 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층은 상기 페로브스카이트 태양전지의 성능 및 안정성을 향상시키는 것일 수 있다. According to one embodiment, when the fullerene derivative is n-doped with the n-type dopant, the thermal conductivity and electrical conductivity characteristics of the perovskite solar cell can be evaluated and the stability and improvement of the device can be confirmed, and the heat transfer layer including the fullerene derivative doped with the n-type dopant can improve the performance and stability of the perovskite solar cell.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 내지 80 몰%인 것일 수 있다. According to one embodiment, the molar % of the n-type dopant in the fullerene derivative may be from 13 mol % to 80 mol %.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 내지 80 몰%; 13 몰% 내지 75 몰%; 13 몰% 내지 70 몰%; 13 몰% 내지 65 몰%; 13 몰% 내지 60 몰%; 13 몰% 내지 55 몰%; 13 몰% 내지 50 몰%; 13 몰% 내지 45 몰%; 13 몰% 내지 40 몰%; 13 몰% 내지 30 몰%; 13 몰% 내지 20 몰%; 13 몰% 내지 18 몰%; 15 몰% 내지 80 몰%; 20 몰% 내지 80 몰%; 30 몰% 내지 80 몰%; 40 몰% 내지 80 몰%; 50 몰% 내지 80 몰%; 60 몰% 내지 80 몰%; 70 몰% 내지 80 몰%;인 것일 수 있다.In one embodiment, the mole % of the n-type dopant in the fullerene derivative is 13 mol% to 80 mol%; 13 mol% to 75 mol%; 13 mol% to 70 mol%; 13 mol% to 65 mol%; 13 mol% to 60 mol%; 13 mol% to 55 mol%; 13 mol% to 50 mol%; 13 mol% to 45 mol%; 13 mol% to 40 mol%; 13 mol% to 30 mol%; 13 mol% to 20 mol%; 13 mol% to 18 mol%; 15 mol% to 80 mol%; 20 mol% to 80 mol%; 30 mol% to 80 mol%; 40 mol% to 80 mol%; 50 mol% to 80 mol%; 60 mol% to 80 mol%; It may be 70 mol% to 80 mol%.

일 실시예에 따르면, 상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 미만이면, 도핑에 의한 열전도도 향상이 미미하여 페로브스카이트 내 열전달이 원활히 이루어지지 않을 수 있고, 80 몰% 초과면, 풀로렌 유도체 내 전자가 과도하게 많아짐에 따라 전자들 간 충돌이 빈번하게 일어나 전하 추출에 방해가 될 수 있으며 과도한 페르미레벨 상승으로 전자 추출을 방해할 수 있어, 결과적으로 소자 광전효율 저하를 가져다 줄 수 있다.According to one embodiment, if the mol % of the n-type dopant in the fullerene derivative is less than 13 mol %, the improvement in thermal conductivity due to doping may be minimal, so that heat transfer within the perovskite may not occur smoothly, and if it exceeds 80 mol %, as the number of electrons in the fullerene derivative becomes excessive, collisions between electrons may occur frequently, which may interfere with charge extraction, and an excessive increase in the Fermi level may interfere with electron extraction, which may result in a decrease in the photoelectric efficiency of the device.

본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 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; 및 상기 제1 전극, 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 또는 상기 전자 수송층 상에 형성되고, 제1항의 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층;을 을 포함한다. The perovskite solar cell of the present invention comprises: a first electrode; a hole transport layer formed on the first electrode; a photoactive layer including a perovskite compound formed on the hole transport layer; an electron transport layer formed on the photoactive layer; a second electrode formed on the electron transport layer; and a heat transfer layer formed on the first electrode, the hole transport layer, the photoactive layer, or the electron transport layer, and including the fullerene derivative of claim 1.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 단면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 도 1 의 왼쪽 도면은, 기존의 페로브스카이트 태양전지의 단면도를 나타낸 것으로, 제 1전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성되는 전자 수송층; 및 상기 전자 수송층 상에 형성되는 제2 전극을 포함한다. 기존의 페로브스카이트 태양전지는 극한 환경 (높은 온도)에서 광활성층 상층부와 하층부의 온도 차이가 나지 않아 열 확산속도가 느릴 수 있어 광활성층이 급격히 손상되며 페로브스카이트 태양전지의 성능이 저하될 수 있다. Referring to FIG. 1, the left drawing of FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional perovskite solar cell, which includes a first electrode; a hole transport layer formed on the first electrode; a photoactive layer including a perovskite compound formed on the hole transport layer; an electron transport layer formed on the photoactive layer; and a second electrode formed on the electron transport layer. In a conventional perovskite solar cell, in an extreme environment (high temperature), the temperature difference between the upper and lower layers of the photoactive layer is small, so the heat diffusion rate may be slow, and the photoactive layer may be rapidly damaged, and the performance of the perovskite solar cell may deteriorate.

도 1의 오른쪽 도면은, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 단면도를 나타낸 것으로, 제 1전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성되는 열전달층; 및 상기 열전달층 상에 형성되는 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성되는 제2 전극;을 포함한다. 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층을 광활성층과 전자 수송층 사이에 도입하여 열확산 속도를 향상시킬 수 있다. 상기 열전달층은 광활성층 상층부의 온도를 낮춰줌으로써 하층부와의 온도 차이를 증가시켜 열확산 속도를 증가시킬 수 있고, 열이 광활성층 내부에 머무르는 시간을 줄여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 상기 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층을 포함하여, 빛과 열에 높은 안정성을 보일 수 있고, 광전효율이 향상되어 소자의 전체적인 성능을 개선할 수 있다. The right drawing of Fig. 1 is a cross-sectional view of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, comprising: a first electrode; a hole transport layer formed on the first electrode; a photoactive layer including a perovskite compound formed on the hole transport layer; a heat transfer layer formed on the photoactive layer; and an electron transport layer formed on the heat transfer layer; and a second electrode formed on the electron transport layer. The heat transfer layer including the fullerene derivative can be introduced between the photoactive layer and the electron transport layer to improve the heat diffusion rate. The heat transfer layer can increase the temperature difference between the upper portion of the photoactive layer and the lower portion by lowering the temperature, thereby increasing the heat diffusion rate, and can improve the stability of the device by reducing the time that heat remains inside the photoactive layer. The perovskite solar cell of the present invention, including the heat transfer layer including the fullerene derivative, can exhibit high stability against light and heat, and can improve the photoelectric efficiency, thereby improving the overall performance of the device.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트는 무기금속할라이드 페로브스카이 트, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 페로브스 카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4, APbX3, An-1PbnI3n+1(n은 2 내지 6 사이의 정수) 등의 화학 식으로 표시되는 구조일 수 있다. 어떤 예에서 상기 화학식에서 A는 알칼리금속, 유기 양이온(예를 들어, 유기암모늄) 및/또는 무기 양이온이며, B는 금속물질이고, X는 할로겐 음이온, 칼코게나이드 음이온 및 SCN-(thiocyanate)에서 선택될 수 있다. 예를 들어, A는 Na, K, Rb, Cs 또는 Fr의 알칼리금속; (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, (CF3NH3), (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2(n은 1이상인 정수, x는 1 이상인 정수)이고, B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po 등이고, X는 P, Cl, Br, I 등일 수 있다. 어떤 예에서 상기 페로브스카이트는 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI2Cl, CH3NH3PbI2Br 등일 수 있다. 어떤 예에서 상기 페로브스카이트 화합물 중 2종 이상을 포함할 경우에, 제 1 페로브스카이트 화합물 대 제2 페로브스카이트 화합물의 비율은 5:5 내지 9:1일 수 있다. 어떤 예에서 또한, NaX', ZnX', KX' 및 CsX' (X는 Cl, Br 및 I에서 선택 된다.) 등의 화학식으로 표시되는 화합물을 더 포함하고, 전체 페로브스카이트 화합물 중 10 % 이하; 또는 5 % 이하로 포함될 수 있다.In one embodiment, the perovskite may be an inorganic metal halide perovskite, an organic-inorganic hybrid perovskite, or the like. For example, the perovskite may have a structure represented by chemical formulas such as ABX 3 , A 2 BX 4 , ABX 4 , APbX 3 , A n-1 Pb n I 3n+1 (wherein n is an integer from 2 to 6). In some examples, in the chemical formula, A is an alkali metal, an organic cation (e.g., organoammonium), and/or an inorganic cation, B is a metal substance, and X may be selected from a halogen anion, a chalcogenide anion, and SCN-(thiocyanate). For example, A may be an alkali metal such as Na, K, Rb, Cs, or Fr; (CH 3 NH 3 ) n , ((C x H 2x+1 ) n NH 3 ) 2 (CH 3 NH 3 ) n , (RNH 3 ) 2 , (C n H 2n+1 NH 3 ) 2 , (CF 3 NH 3 ), (CF 3 NH 3 ) n , ((C x F2 x+1 ) n NH 3 ) 2 (CF 3 NH 3 ) n , ((C x F 2x+1 ) n NH3) 2 or (C n F 2n+1 NH 3 ) 2 (n is an integer greater than or equal to 1, x is an integer greater than or equal to 1), B is a divalent transition metal, rare earth metal, alkaline earth metal, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po, etc., and X can be P, Cl, Br, I, etc. In some examples, the perovskite may be CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 2 Cl, CH 3 NH 3 PbI 2 Br, etc. In some examples, when two or more kinds of the perovskite compounds are included, the ratio of the first perovskite compound to the second perovskite compound may be 5:5 to 9:1. In some examples, further, compounds represented by chemical formulas such as NaX', ZnX', KX', and CsX' (wherein X is selected from Cl, Br, and I) may be included, and may be included in an amount of 10% or less; or 5% or less, of the total perovskite compound.

일 실시예에 따르면, 상기 광활성층은 전자와 정공을 두 전극으로 분리하고 전자 및 정공을 각각 전자 수송층 및 정공 수송층으로 분리하는 역할을 수행할 수 있다.According to one embodiment, the photoactive layer may serve to separate electrons and holes into two electrodes and separate electrons and holes into an electron transport layer and a hole transport layer, respectively.

일 실시예에 따르면, 상기 광활성층 중 페로브스카이트 결정립의 크기는 1 nm 내지 900 nm; 1 nm 내지 800 nm; 5 nm 내지 600 nm; 5 nm 내지 300 nm; 10 nm 내지 300 nm; 10 nm 내지 100 nm; 또는 10 nm 내지 50 nm 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the size of the perovskite crystal grains in the photoactive layer may be 1 nm to 900 nm; 1 nm to 800 nm; 5 nm to 600 nm; 5 nm to 300 nm; 10 nm to 300 nm; 10 nm to 100 nm; or 10 nm to 50 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 광활성층의 두께는, 500 nm 내지 800 nm; 550 nm 내지 700 nm; 바람직하게는, 광활성층의 성능 향상을 위해서 550 nm 내지 650 nm일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the photoactive layer may be 500 nm to 800 nm; 550 nm to 700 nm; and preferably, 550 nm to 650 nm for improved performance of the photoactive layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 형성할 시, 본 발명에서 언급한 제1 전극을 준비하고, 예를 들어, 기판 상에 전도성 물질층이 코팅된 기판 또는 기판 상에 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정, 코팅, 프린팅 등을 이용하여 전도성 물질층을 형성할 수 있다.According to one embodiment, when forming the first electrode, the first electrode mentioned in the present invention is prepared, and a conductive material layer may be formed on a substrate coated with a conductive material layer or on a substrate using sputtering, CVD, deposition, solution process, coating, printing, etc.

일 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층을 형성할 시, 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정 코팅, 프린팅 등을 이용하여 정공 수송층을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to one embodiment, when forming the hole transport layer, the hole transport layer may be formed using sputtering, CVD, deposition, solution process coating, printing, etc., but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 광활성층을 형성할 시, 코팅 또는 증착 공정을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 블레이드 코팅 및 증착 중 적어도 하나 이상의 방법으로 페로브스카이트층을 형성할 수 있 다. 예를 들어, 증착은 화학기상증착 (CVD), 원자층 증착법 (ALD), 플라즈마 강화  원자층 증착 (PEALD), 분자 빔 에피택시 증착 및 물리기상증착 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to one embodiment, when forming the photoactive layer, a coating or deposition process may be used, and for example, the perovskite layer may be formed by at least one method selected from spin coating, spray coating, slot die coating, blade coating, and deposition. For example, the deposition may use at least one or more of chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD), molecular beam epitaxy deposition, and physical vapor deposition, but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 전자 수송층을 형성할 시, 코팅 공정을 이용할 수 있으며, 코팅 공정은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 블레이드 코팅 중 적어도 하나 이상의 방법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to one embodiment, when forming the electron transport layer, a coating process may be used, and the coating process may use at least one method selected from spin coating, spray coating, slot die coating, and blade coating, but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층을 형성할 시, 다이렉트 도핑 (Direct doping), 오버코팅 (Overcoating), 오버코팅+웨이팅 (Overcoating+ waiting), 스퍼터링, CVD, 증착, 용액 공정 코팅, 프린팅 등을 이용하여 열전달층을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to one embodiment, when forming the heat transfer layer, the heat transfer layer may be formed using direct doping, overcoating, overcoating + waiting, sputtering, CVD, deposition, solution process coating, printing, etc., but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극을 형성할 시, 고온 공정에 의해서 전극을 형성하는 것으로, 예를 들어, 10 W 내지 200 W, 25 ℃ 내지 100 ℃ 온도 및 0 sccm 내지 100 sccm 산소유량 중 적어도 어느 하나의 공정 조건에서 스퍼터링 공정으로 전극을 형성할 수 있다.According to one embodiment, when forming the second electrode, the electrode may be formed by a high-temperature process, for example, the electrode may be formed by a sputtering process under at least one of process conditions of 10 W to 200 W, a temperature of 25° C. to 100° C., and an oxygen flow rate of 0 sccm to 100 sccm.

일 실시예에 따르면, 상기 언급한 스퍼터링은, 이온-빔 스퍼터링(Ion-beam sputtering), 반응성 스퍼터링(Reactive sputtering), 이온 보조 증착(Ion-assisted deposition), HiTUS(High-target-utilization sputtering), HiPIMS(High-power impulse magnetron sputtering), 가스-흐름 스퍼터링(Gas flow sputtering), 플라즈마 스퍼터링(plasma sputtering) 등을 이용하고, 상기 증착은, CVD, 열증착(thermal evaporation), 플라즈마 증착(plasma sputtering), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 원자층 증착(ALD) 등을 이용하는 것일 수 있다. 상기 코팅은, 용액공정을 이용하고, 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 잉크 젯 인쇄, 롤투롤 인쇄, 스크린 인쇄 등의 액상 용매를 사용하여 성막하는 공정을 의미하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the above-mentioned sputtering may use ion-beam sputtering, reactive sputtering, ion-assisted deposition, high-target-utilization sputtering (HiTUS), high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS), gas flow sputtering, plasma sputtering, etc., and the deposition may use CVD, thermal evaporation, plasma sputtering, e-beam evaporation, atomic layer deposition (ALD), etc. The coating may use a solution process and may mean a process of forming a film using a liquid solvent such as spin coating, spray coating, dip coating, ink jet printing, roll-to-roll printing, screen printing, etc.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층의 두께는 10 nm 내지 15 nm 인 것일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the heat transfer layer may be 10 nm to 15 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층의 두께는 10 nm 내지 15 nm; 11 nm 내지 15 nm; 12 nm 내지 15 nm; 13 nm 내지 15 nm; 14 nm 내지 15 nm; 10 nm 내지 14 nm; 10 nm 내지 13 nm; 10 nm 내지 12 nm; 10 nm 내지 11 nm; 11 nm 내지 14 nm; 12 nm 내지 13 nm; 인 것일 수 있다. In one embodiment, the thickness of the heat transfer layer may be 10 nm to 15 nm; 11 nm to 15 nm; 12 nm to 15 nm; 13 nm to 15 nm; 14 nm to 15 nm; 10 nm to 14 nm; 10 nm to 13 nm; 10 nm to 12 nm; 10 nm to 11 nm; 11 nm to 14 nm; 12 nm to 13 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층의 두께는 10 nm 미만이면, 페로브스카이트 상부를 완전히 도포하지 못해 균일성이 떨어질 수 있고, 15 nm 초과면, 열전달층 물질 내에서 전자의 mobility 보다 과도하게 두꺼워진 두께로 인해 전하 추출이 어려워질 수 있다.According to one embodiment, if the thickness of the heat transfer layer is less than 10 nm, uniformity may be poor due to failure to completely cover the upper part of the perovskite, and if it is more than 15 nm, charge extraction may become difficult due to the thickness being excessively thicker than the mobility of electrons within the heat transfer layer material.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 내지 1 : 0.008 인 것일 수 있다. According to one embodiment, the thickness ratio of the heat transfer layer to the overall thickness of the perovskite solar cell may be 1:0.003 to 1:0.008.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 내지 1 : 0.008; 1 : 0.004 내지 1 : 0.008; 1 : 0.005 내지 1 : 0.008; 1 : 0.006 내지 1 : 0.008; 1 : 0.007 내지 1 : 0.008; 1 : 0.003 내지 1 : 0.007; 1 : 0.003 내지 1 : 0.006; 1 : 0.003 내지 1 : 0.005; 1 : 0.003 내지 1 : 0.004; 1 : 0.004 내지 1 : 0.005; 1 : 0.005 내지 1 : 0.006; 1 : 0.004 내지 1 : 0.007;인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness ratio of the heat transfer layer to the entire thickness of the perovskite solar cell is 1:0.003 to 1:0.008; 1:0.004 to 1:0.008; 1:0.005 to 1:0.008; 1:0.006 to 1:0.008; 1:0.007 to 1:0.008; 1:0.003 to 1:0.007; 1:0.003 to 1:0.006; 1:0.003 to 1:0.005; 1:0.003 to 1:0.004; 1:0.004 to 1:0.005; It may be 1:0.005 to 1:0.006; 1:0.004 to 1:0.007;

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 미만이면, 열전달층 물질에서 전자가 가질 수 있는 mobility에 비해 과도하게 두꺼워진 두께로 전하 추출에 어려움이 있을 수 있다. 1 : 0.008 초과면 하나의 열전달층이 하나의 에너지레벨로서 작용하지 못하여 페로브스카이트와의 전도대 레벨 매칭으로 인한 전자 정공 재결합 억제 효과를 갖기가 어려울 수 있다. In one embodiment, if the thickness ratio of the heat transfer layer to the entire thickness of the perovskite solar cell is less than 1:0.003, the thickness may be excessively thick compared to the mobility that electrons may have in the heat transfer layer material, making it difficult to extract charges. If it exceeds 1:0.008, one heat transfer layer may not function as one energy level, making it difficult to achieve the effect of suppressing electron-hole recombination due to conduction band level matching with the perovskite.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 내지 0.8 중량%인 것일 수 있다. According to one embodiment, the weight % of the heat transfer layer in the perovskite solar cell may be 0.4 wt % to 0.8 wt %.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 내지 0.8 중량%; 0.4 중량% 내지 0.75 중량%; 0.4 중량% 내지 0.7 중량%; 0.4 중량% 내지 0.65 중량%; 0.4 중량% 내지 0.6 중량%; 0.4 중량% 내지 0.55 중량%; 0.4 중량% 내지 0.5 중량%; 0.45 중량% 내지 0.8 중량%; 0.5 중량% 내지 0.8 중량%; 0.6 중량% 내지 0.8 중량%; 0.7 중량% 내지 0.8 중량%; 0.5 중량% 내지 0.65 중량%; 0.55 중량% 내지 0.75 중량%;인 것일 수 있다. According to one embodiment, the weight % of the heat transfer layer in the perovskite solar cell may be 0.4 wt % to 0.8 wt %; 0.4 wt % to 0.75 wt %; 0.4 wt % to 0.7 wt %; 0.4 wt % to 0.65 wt %; 0.4 wt % to 0.6 wt %; 0.4 wt % to 0.55 wt %; 0.4 wt % to 0.5 wt %; 0.45 wt % to 0.8 wt %; 0.5 wt % to 0.8 wt %; 0.6 wt % to 0.8 wt %; 0.7 wt % to 0.8 wt %; 0.5 wt % to 0.65 wt %; 0.55 wt % to 0.75 wt %.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 미만이면, 열전달층이 페로브스카이트 상부를 완전히 도포하지 못해 균일성이 떨어질 수 있고, 0.8 중량% 초과면, 열전도층의 두께가 과도하게 두꺼워져 전하 추출에 어려움을 줄 수 있다.According to one embodiment, if the weight % of the heat transfer layer in the perovskite solar cell is less than 0.4 wt %, the heat transfer layer may not completely cover the upper part of the perovskite, resulting in poor uniformity, and if it exceeds 0.8 wt %, the thickness of the heat transfer layer may become excessively thick, making it difficult to extract charges.

일 실시예에 따르면, 상기 페로브스카이트 태양전지는 85 ℃, 2400 시간의 구동에서 광전효율이 90 % 이상인 것일 수 있다. In one embodiment, the perovskite solar cell may have a photovoltaic efficiency of 90% or more when operated at 85°C for 2400 hours.

도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 열 안정성을 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the thermal stability of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 n 형 도펀트로 도핑된 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지와 비교예로 사용된 열전달층을 사용하지 않은 기준 태양전지 및 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 열 안정성을 나타낸 그래프로, 비교예의 태양전지의 경우, 열에 낮은 안정성을 보이며 급격한 전지 성능의 열화를 나타낸 것일 수 있다. 비교예의 페로브스카이트 태양 전지의 경우, 85 ℃의 환경에서 500시간만에 광전효율이 90 % 이하로 저하되었으나, 실시예의 페로브스카이트 태양 전지의 경우 2400 시간 이상 안전한 구동을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예는 비교예에 비해 향상된 광전효율을 나타내는 것일 수 있다. Referring to FIG. 5, a graph showing the thermal stability of a perovskite solar cell including a heat transfer layer including a fullerene derivative doped with an n-type dopant according to an embodiment of the present invention, a reference solar cell not using a heat transfer layer used as a comparative example, and a perovskite solar cell including a heat transfer layer including a fullerene derivative is shown. In the case of the solar cell of the comparative example, it may have shown low thermal stability and rapid deterioration of cell performance. In the case of the perovskite solar cell of the comparative example, the photoelectric efficiency decreased to less than 90% in only 500 hours in an environment of 85°C, but in the case of the perovskite solar cell of the embodiment, it can be confirmed that it can be safely operated for more than 2400 hours. Therefore, the embodiment may show improved photoelectric efficiency compared to the comparative example.

도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 (a) J-V 커브 그래프, (b) 에너지 준위 변화 그래프, (c) 밴드갭 변화 그래프, (d) 에너지 레벨 모식도 및 (e) 페로브스카이트 필름의 PL 그래프이다.FIG. 6 is a graph of (a) a J-V curve, (b) an energy level change graph, (c) a band gap change graph, (d) an energy level schematic diagram, and (e) a PL graph of a perovskite film according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 충전율을 나타낸 그래프로, 실시예는 비교예에 비해 향상된 충전율을 나타내는 것일 수 있다. Referring to (a) of FIG. 6, a graph showing the charging rate of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention is provided, and the examples may show an improved charging rate compared to the comparative examples.

도 6의 (b) 및 (c) 를 참조하면, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 에너지 준위 변화 그래프 및 밴드갭 변화 그래프로, 상기 페로브스카이트 태양 전지의 열전달층이 포함하는 풀러렌 유도체의 n 형 도펀트를 포함하는 도핑층 유무에 따른 값의 변화를 확인할 수 있다. Referring to (b) and (c) of FIG. 6, the graphs of energy level changes and band gap changes of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention can confirm the change in values depending on the presence or absence of a doping layer including an n-type dopant of a fullerene derivative included in the heat transfer layer of the perovskite solar cell.

도 6의 (d) 및 (e) 를 참조하면, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 에너지 레벨 모식도 및 페로브스카이트 필름의 PL 그래프를 나타낸 것으로, 호스트로 사용된 물질인 PC61B-TEG 전도대 준위가 페로브스카이트의 전도대 준위와 유사하여, 광활성층과 전자 수송층 사이에 도입하였을 때, 계면에서의 전자 정공 재결합을 억제하여 역구조 태양전지의 광전효율이 향상되는 것일 수 있다. Referring to (d) and (e) of FIG. 6, a schematic diagram of the energy level of a perovskite solar cell according to an example and a comparative example of the present invention and a PL graph of a perovskite film are shown. Since the conduction band level of PC 61 B-TEG, a material used as a host, is similar to the conduction band level of perovskite, when introduced between a photoactive layer and an electron transport layer, electron-hole recombination at the interface may be suppressed, thereby improving the photoelectric efficiency of an inverted structure solar cell.

하기 표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 특성을 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 성능이 개선된 것을 확인할 수 있다.Table 1 below shows the characteristics of perovskite solar cells according to examples and comparative examples of the present invention, and it can be confirmed that the performance of the perovskite solar cell according to the present invention is improved.

Voc[V]V oc [V] Jsc[mA/cm2]Jsc[mA/cm 2 ] FF[%]FF[%] PCE[%]PCE[%] Ref.Ref. 1.071.07 23.4523.45 81.3981.39 20.4220.42 PC61B-TEGPC 61 B-TEG 1.101.10 24.6424.64 80.0280.02 21.6921.69 n-doped PC61B-TEGn-doped PC 61 B-TEG 1.151.15 24.6024.60 79.6679.66 22.5422.54

일 실시예에 따르면, 상기 열전달층은, 상기 광활성층 상에 형성된 경우, 계면에서의 전자-정공 재결합을 억제시키는 것이고, 상기 광활성층 상층부와 하층부의 온도 차이를 증가시켜 열확산 속도를 증가시키는 것일 수 있다. According to one embodiment, the heat transfer layer, when formed on the photoactive layer, may suppress electron-hole recombination at the interface and increase the temperature difference between the upper and lower layers of the photoactive layer to increase the heat diffusion rate.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전달층에 의해 페로브스카이트 태양 전지 내에서 전자 정공 재결합이 억제되는 것을 나타낸 것이다. FIG. 2 illustrates that electron-hole recombination is suppressed in a perovskite solar cell by a heat transfer layer according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도 2 의 왼쪽 도면은 기존 페로브스카이트 태양전지의 전자 정공 재결합을 나타내는 것으로, 광활성층과 전자 수송층의 전도대 에너지 준위 차이로 인하여 전자와 정공이 쉽게 재결합되어 광전류가 줄어들고, 이는 소자 성능의 저하를 가져올 수 있다. Referring to Fig. 2, the left drawing of Fig. 2 shows electron-hole recombination of a conventional perovskite solar cell. Due to the difference in conduction band energy levels between the photoactive layer and the electron transport layer, electrons and holes easily recombine, reducing the photocurrent, which may result in a deterioration in device performance.

도 2 의 오른쪽 도면은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 를 나타낸 것으로, 상기 열전달층은, 페로브스카이트와 유사한 전도대 에너지준위를 가지며, 광활성층과 전자 수송층 사이에 도입함으로써, 계면에서 전자 정공이 재결합 될 가능성을 억제할 수 있고, 이를 통해 상기 페로브스카이트 태양전지의 광전류 및 광전효율을 향상시킬 수 있어 소자의 성능이 우수해질 수 있다. The right drawing of FIG. 2 illustrates a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention, wherein the heat transfer layer has a conduction band energy level similar to that of perovskite, and by introducing it between the photoactive layer and the electron transport layer, the possibility of electron holes recombining at the interface can be suppressed, thereby improving the photocurrent and photoelectric efficiency of the perovskite solar cell, and thus the performance of the device can be improved.

도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 페로브스카이트 필름의 열 확산 속도를 비교한 결과이다.Figure 4 shows the results of comparing the heat diffusion rates of perovskite films according to examples and comparative examples of the present invention.

도 4를 참조하면, 기존의 페로브스카이트 필름과 본 발명의 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 페로브스타이트 필름의 열확산 속도를 비교한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스타이트 필름의 열확산 속도가 빠른 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, the thermal diffusion speed of a conventional perovskite film and a perovskite film including a heat transfer layer according to an embodiment of the present invention are compared, and it can be confirmed that the thermal diffusion speed of the perovskite film according to an embodiment of the present invention is fast.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. According to one embodiment, the first electrode may include at least one selected from the group consisting of a flexible transparent electrode substrate, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), aluminum zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), niobium titanium oxide (NTO), zinc tin oxide (ZTO), and indium zinc tin oxide (IZTO), and the second electrode may include at least one selected from the group consisting of silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), and carbon (C).

일 실시예에 따르면, 상기 유연 투명 전극 기판은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the flexible transparent electrode substrate comprises at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), ethylene vinyl acetate (EVA), amorphous polyethylene terephthalate (APET), polypropylene terephthalate (PPT), polyethylene terephthalate glycerol (PETG), polycyclohexylenedimethylene terephthalate (PCTG), modified triacetyl cellulose (TAC), cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), dicyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD), polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloxane (PDMS), silicone resin, fluororesin, and modified epoxy resin. It may include.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은, 캐소드 또는 애노드 전극일 수 있고 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 흑연 등의 탄소동소체, 및 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극은, 10 nm 내지 200 nm; 또는 50 nm 내지 150 nm 두께를 가질 수 있다.In one embodiment, the first electrode may be a cathode or an anode electrode and may further include a carbon allotrope such as a carbon nanotube (CNT), graphene, or graphite, and a conductive polymer material such as polyacetylene, polyaniline, polythiophene, or polypyrrole. In addition, the first electrode may have a thickness of 10 nm to 200 nm; or 50 nm to 150 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은, 캐소드 또는 애노드 전극일 수 있고, 예를 들어, 투명 전도성, 반투명 전도성 물질 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Cu, Rh, Au, V, Nb, Ag, Pd, Zn, Ni, Si, Sn 및 Ru; 이들의 합금; 및 이들의 산화물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화물은, ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO 등의 투명성 전도성 산화물(TCO) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 흑연 등의 탄소동소체, 및 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극은, 10 nm 내지 200 nm; 또는 50 nm 내지 150 nm 두께를 가질 수 있다.According to one embodiment, the second electrode may be a cathode or an anode electrode, and may include, for example, a transparent conductive material, a semitransparent conductive material, etc., and may include at least one selected from the group consisting of Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Cu, Rh, Au, V, Nb, Ag, Pd, Zn, Ni, Si, Sn, and Ru; alloys thereof; and oxides thereof; and the oxide may include at least one transparent conductive oxide (TCO) such as ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, and GZO. In addition, the second electrode may further include a carbon allotrope such as carbon nanotubes (CNT), graphene, and graphite, and a conductive polymer material such as polyacetylene, polyaniline, polythiophene, and polypyrrole. Additionally, the second electrode may have a thickness of 10 nm to 200 nm; or 50 nm to 150 nm.

일 실시예에 따르면, 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)](NDI2OD-T2), 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 것일 수 있다.According to one embodiment, the electron transport layer is a fullerene derivative selected from among ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N, SnO, SnO 2 , ITO, TiO 2 , Cs 2 CO 3 , 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM(C61)), PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C71), PCBM(C76), PCBM(C80), PCBM(C82), indene-C60 bisadduct (ICBA) and 6,6-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester (PCBCR), polybenzimidazole, perylene, poly[[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-napthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)](NDI2OD-T2), 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), It may include at least one selected from the group consisting of poly[[N,N'-bis(2-hexyldecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5'- thiophene] (PNDI2HD-T), NiO x , and a P-type oxide semiconductor.

일 실시예에 따르면, 상기 전자 수송층은, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris(8-hydroxyquinoline), Alq3), 리튬플로라이드(LiF), 리튬착체(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 비공액 고분자, 비공액고분자 전해질, 공액고분자 전해질, 또는 n-형 금속 산화물, 저차원 탄소계 물질 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n-형 금속 산화물은 일례로, TiOx, ZnO 또는 Cs2CO3 일 수 있다. 또한, 상기 전자 수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다. 저차원 탄소계 물질은, 저차원 탄소계 유기물, 무기물 또는 이 둘을 포함하고, 예를 들어, C60, C70, C71, C76, C78, C80, C82, C84, C92 PC60BM, PC61BM, PC71BM, ICBA, BCP, PC70BM, IC70BA, PC84BM, 인덴 C60, 인덴 C70, 엔도히드럴 풀러렌 등의 플러렌계 화합물; 페릴렌, PTCDA, PTCBI, BCP(bathocuproine), Bphen(4, 7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TpPyPB 및 DPPS으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to one embodiment, the electron transport layer can be formed using a material such as aluminum tris(8-hydroxyquinoline) (Alq3), lithium fluoride (LiF), lithium complex (8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), a non-conjugated polymer, a non-conjugated polymer electrolyte, a conjugated polymer electrolyte, an n-type metal oxide, a low-dimensional carbon-based material, etc. The n-type metal oxide can be, for example, TiOx, ZnO, or Cs2CO3 . In addition, a self-assembled thin film of a metal layer can be used as the electron transport layer. The low-dimensional carbon-based material may include at least one selected from the group consisting of fullerene compounds such as low-dimensional carbon-based organic matter, inorganic matter, or both, for example, C60, C70, C71, C76, C78, C80, C82, C84, C92 PC60BM, PC61BM, PC71BM, ICBA, BCP, PC70BM, IC70BA, PC84BM, indene C60, indene C70, endohydral fullerene; perylene, PTCDA, PTCBI, BCP (bathocuproine), Bphen (4, 7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TpPyPB, and DPPS, but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 전자 수송층은, 1 nm 내지 100 nm 두께; 1 nm 내지 90 nm; 1 nm 내지 50 nm; 1 nm 내지 20 nm; 또는 1 nm 내지 10 nm일 수 있다. 상기 범위 내에 포함될 경우에, 광흡수층의 손상 방지를 위한 보호층 기능뿐만 아니라, 전자수송층으로의 기능을 수행할 수 있다.In one embodiment, the electron transport layer may have a thickness of 1 nm to 100 nm; 1 nm to 90 nm; 1 nm to 50 nm; 1 nm to 20 nm; or 1 nm to 10 nm. When within the above range, the electron transport layer may function as a protective layer to prevent damage to the light absorption layer, as well as an electron transport layer.

일 실시예에 따르면, 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 것일 수 있다. 또한, 상기 언급한 화합물을 단위체로 포함하는 중합체 및/또는 공중합체를 포함할 수 있다.In one embodiment, the hole transport layer comprises 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), cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, thieno[3,4-b]thiophene, benzodithiophene, carbazole, fluorene, PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) It may include at least one selected from the group consisting of poly(styrenesulfonate), PS-PAA (polystyrene-polyacrylic acid block copolymer), poly-TPD (Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine)), PPV (polypheylene vinylene), PVP (polyvinylpyrrolidone), NiO x , and p-type oxide materials. In addition, it may include a polymer and/or copolymer containing the above-mentioned compound as a unit.

일 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층은, 전자 및/또는 정공 전달 물질을 포함하며, 공액고분자 전해질, 금속 산화물, 또는 소수성 전하수송층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송층은, 1 nm 내지 100 nm 두께; 1 nm 내지 90 nm; 1 nm 내지 50 nm; 1 nm 내지 20 nm; 또는 1 nm 내지 10 nm일 수 있다.In one embodiment, the hole transport layer comprises an electron and/or hole transport material, and may comprise a conjugated polymer electrolyte, a metal oxide, or a hydrophobic charge transport layer. In addition, the hole transport layer may have a thickness of 1 nm to 100 nm; 1 nm to 90 nm; 1 nm to 50 nm; 1 nm to 20 nm; or 1 nm to 10 nm.

일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물은 니켈 산화물(NiOx), 구리 산화물(CuOx), 구리 티오시아네이트(CopperThiocyanate), 구리 갈륨 산화물(CuGaO2), 구리 크롬 산화물(CuCrO2) 일 수 있으며, 산화니켈(NiO), 산화구리(Ⅱ)(CuO), 산화코발트(Ⅱ)(CoO), 오산화바나듐(V2O5), 산화 바나듐(Ⅴ)(VO2), 산화코발트(Ⅳ)코발트(Ⅱ)(Co3O4) 및 이들의 조합 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In one embodiment, the metal oxide may be nickel oxide (NiO x ), copper oxide (CuO x ), copper thiocyanate (CopperThiocyanate), copper gallium oxide (CuGaO 2 ), copper chromium oxide (CuCrO 2 ), and may include at least one or more of nickel oxide (NiO), copper(II) oxide (CuO), cobalt(II) oxide (CoO), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), vanadium(V) oxide (VO 2 ), cobalt(IV)cobalt(II) oxide (Co 3 O 4 ), and combinations thereof, but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층은, 상기 제1 전극 상에 형성되는 것으로서, 빛이 조사되어 페로브스카이트 광활성층 내에서 생성 및 분리된 정공이 주입될 수 있다.According to one embodiment, the hole transport layer is formed on the first electrode, and holes generated and separated within the perovskite photoactive layer can be injected when light is irradiated.

이상과 같이 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가 진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들 어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스 템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조 합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described above, those skilled in the art will appreciate that various technical modifications and variations can be made based on the above. For example, appropriate results can still be achieved even if the described techniques are performed in a different order than described, and/or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. are combined or combined in a different manner than described, or are replaced or substituted by other components or equivalents.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후 술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (15)

n 형 도펀트로 도핑된,
풀러렌 유도체.
Doped with n-type dopant,
Fullerene derivatives.
제1항에 있어서,
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 것인,
풀러렌 유도체.
In the first paragraph,
The above fullerene derivative is,
Comprising at least one selected from the group consisting of PC 61 B-TEG, PC 61 B-BiTEG and [6,6]-phenyl-C 61 -butyric acid n-butyl ester (PCBNB),
Fullerene derivatives.
제1항에 있어서,
상기 풀러렌 유도체는, 단위체당 1개 이상의 측쇄를 포함하는 것인,
풀러렌 유도체.
In the first paragraph,
The above fullerene derivative comprises at least one side chain per unit.
Fullerene derivatives.
제3항에 있어서,
상기 측쇄는,
올리고에틸렌글리콜(oligoethylene glycol), 카복실레이트(-CO2 -), 카보네이트 (-OCO2 -), 포스페이트 (-PO4 2-), 포스포네이트 (-PO3 2-), 포스파이트 (-OPO2 2-), 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 것인,
풀러렌 유도체.
In the third paragraph,
The above side chain is,
Oligoethylene glycol, carboxylate (-CO 2 - ), carbonate (-OCO 2 - ), phosphate (-PO 4 2- ), phosphonate (-PO 3 2-), phosphite (-OPO 2 2- ), sulfonate (-SO 3 - ), sulfate (-SO 4 - ), halogen anion, BF 4 - , ClO 4 -, BrO 4 -, AsF 6 -, PF 6 -, SbF 6 - , ammonium functional group ( -N + R 3 , R is H, alkyl group, or aryl group), sodium (Na + ), potassium (K + ), lithium (Li + ), ammonium (NR 4 + , R is H, alkyl group, or aryl group), and phosphonium (PR 4 + , R is H, Containing at least one selected from the group consisting of an alkyl group, or an aryl group,
Fullerene derivatives.
제1항에 있어서,
상기 n형 도펀트는,
1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4- dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole (Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 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 것인,
풀러렌 유도체.
In the first paragraph,
The above n-type dopant is,
1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole; 2-(2,4-dichlorophenyl)-1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazole (Cl-DMBI); (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenyl)-dimethyl-amine (N-DMBI); 2-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (OH-DMBI); 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) and tetrakis(dimethylamino)ethylene (TDAE),
Fullerene derivatives.
제1항에 있어서,
상기 풀러렌 유도체 중 상기 n 형 도펀트의 몰%는 13 몰% 내지 80 몰%인 것인,
풀러렌 유도체.
In the first paragraph,
The molar % of the n-type dopant among the above fullerene derivatives is 13 mol% to 80 mol%.
Fullerene derivatives.
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; 및
상기 제1 전극, 상기 정공 수송층, 상기 광활성층 또는 상기 전자 수송층 상에 형성되고, 제1항의 풀러렌 유도체를 포함하는 열전달층;을 포함하는,
페로브스카이트 태양전지.
First electrode;
A hole transport layer formed on the first electrode;
A photoactive layer comprising a perovskite compound formed on the hole transport layer;
An electron transport layer formed on the photoactive layer;
A second electrode formed on the electron transport layer; and
A heat transfer layer formed on the first electrode, the hole transport layer, the photoactive layer or the electron transport layer, and including the fullerene derivative of claim 1;
Perovskite solar cells.
제7항에 있어서,
상기 열전달층의 두께는 10 nm 내지 15 nm 인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
In paragraph 7,
The thickness of the above heat transfer layer is 10 nm to 15 nm,
Perovskite solar cells.
제7항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양전지 전체 두께 대비 상기 열전달층의 두께비는 1 : 0.003 내지 1 : 0.008인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
In paragraph 7,
The thickness ratio of the heat transfer layer to the overall thickness of the perovskite solar cell is 1:0.003 to 1:0.008.
Perovskite solar cells.
제7항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양전지 중 상기 열전달층의 중량%는 0.4 중량% 내지 0.8 중량%인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
In paragraph 7,
The weight % of the heat transfer layer in the perovskite solar cell is 0.4 wt % to 0.8 wt %,
Perovskite solar cells.
제7항에 있어서,
상기 페로브스카이트 태양전지는,
85 ℃, 2400 시간의 구동에서 광전효율이 90 % 이상인 것인,
페로브스카이트 태양전지.
In paragraph 7,
The above perovskite solar cell,
The photoelectric efficiency is more than 90% at 85 ℃, 2400 hours of operation.
Perovskite solar cells.
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.
In paragraph 7,
When the above heat transfer layer is formed on the photoactive layer,
It suppresses electron-hole recombination at the interface,
The temperature difference between the upper and lower layers of the photoactive layer is increased to increase the heat diffusion rate.
Perovskite solar cells.
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.
In paragraph 7,
The above first electrode,
A flexible transparent electrode substrate comprising at least one selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), aluminum zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), niobium titanium oxide (NTO), zinc tin oxide (ZTO), and indium zinc tin oxide (IZTO).
The second electrode is,
Containing at least one selected from the group consisting of silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), and carbon (C).
Perovskite solar cells.
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)](NDI2OD-T2), 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.
In paragraph 7,
The electron transport layer is selected from among ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N, SnO, SnO 2 , ITO, TiO 2 , Cs 2 CO 3 , 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM(C61)), PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C71), PCBM(C76), PCBM(C80), PCBM(C82), indene-C60 bisadduct (ICBA) and 6,6-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester (PCBCR), polybenzimidazole, perylene, poly[[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-napthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6- diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)](NDI2OD-T2), 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), comprising at least one selected from the group consisting of NiO x and P-type oxide semiconductors.
Perovskite solar cells.
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.

In paragraph 7,
The above hole transport layer is,
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), cyclopenta-[2,1-b;3,4-b']-dithiophene), benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, thieno[3,4-b]thiophene, benzodithiophene, carbazole, 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), NiO x , and a p-type oxide material, comprising at least one selected from the group consisting of
Perovskite solar cells.

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