JP6162891B2 - 有機太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書は有機太陽電池およびその製造方法に関する。
前記補助電極は入射光が到達する第1または第2電極に近い面の面積がそれに対向する面の面積より小さい有機太陽電池を提供する。
また、本明細書の有機太陽電池は光の再吸収を可能にして高い光吸収効率を有する。
なお、本明細書の有機太陽電池は電極の抵抗を下げて大面積の素子製作時に高い充填率の実現が可能である。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
前記補助電極は入射光が到達する第1または第2電極に近い面の面積がそれに対向する面の面積より小さい有機太陽電池を提供する。
前記「下面」は入射光が到達する第1または第2電極に最も近い前記補助電極の一面を意味し、前記「上面」は前記補助電極の「下面」に対向する補助電極の一面を意味することができる。または、前記「下面」は前記第1電極に最も近く位置する前記補助電極の一面を意味することができる。
本明細書の一実現例によれば、前記補助電極の各層は入射光が到達する第1または第2電極に近い面の面積がそれに対向する面の面積より小さいものであってもよい。
図2および図3は、本明細書の一実現例による有機太陽電池における補助電極の形態を例示したものである。
本明細書の一実現例によれば、前記第1および第2電極はいずれも透明電極であってもよい。
本明細書の一実現例によれば、前記第2電極は1nm以上20nm以下の金属電極であってもよく、透明金属電極であってもよい。
本明細書による前記基板は、透明性、表面平滑性、取り扱い容易性および防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板または内部に光抽出層が形成された基板であってもよいが、これらに限定されず、有機太陽電池に通常用いられる基板であれば特に制限されない。
例えば、パターニングされたITO基板を洗浄剤、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次洗浄した後、水分除去のために加熱板において100〜150℃で1〜30分間、好ましくは120℃で10分間乾燥し、基板が完全に洗浄されれば、基板表面を親水性に改質する。
本明細書の一実現例によれば、前記基板は高分子物質を含むフレキシブル基板であってもよい。具体的には、前記基板はプラスチック材質の基板であってもよい。
本明細書の一実現例によれば、前記光活性層はn型有機物層およびp型有機物層を含む2層薄膜(bilayer)構造であってもよい。
前記2層薄膜構造の光活性層は、p−n接合型光活性単位としてp型半導体薄膜とn型半導体薄膜の2層ならなってもよい。また、バルクヘテロ接合構造の光活性層は、光活性単位としてn型半導体とp型半導体がブレンドされることができる。
本明細書の一実現例によれば、前記光活性層は、少なくとも2種の電子供与物質および少なくとも1種の電子受容物質を含むことができる。
本明細書の一実現例によれば、前記光活性層は、少なくとも1種の電子供与物質および少なくとも2種の電子受容物質を含むことができる。
nは1〜1,000の整数であり、
Rmは水素、置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアルケニル基;N、O、S原子のうち1個以上を含む置換もしくは非置換の芳香族または脂肪族の複素環基、または置換もしくは非置換のアリール基である。
前記正孔輸送層および/または電子輸送層物質は、光活性層において分離された電子と正孔を電極に効率的に伝達させる役割を果たし、その物質は特に制限されない。
ガラス上にITO 150nm、Cu 200nm、Al 30nmが順次蒸着されたglass/ITO/Cu/Al基板上にノボラック系のポジティブフォトレジスト(PR)を用いたフォトリソグラフィ方法で線幅が約7μmの六角形メッシュパターンを形成した。次に、リン酸/硝酸/酢酸系のエッチング液を用いて摂氏45℃で9秒間エッチングした後、光学顕微鏡で形状を観察し、走査電子顕微鏡(SEM)で断面を観察した。その後、有機アミン系のストリッパーを用いてノボラックフォトレジストを除去して、ITO/逆テーパー金属補助電極が備えられた透明電極を製造した。
前記製造例1と同様の方法により製造された下面と上面の線幅の比が1:2である金属補助電極が備えられた透明電極上にPEDOT:PSS溶液をコーティングした後、140℃で15分間熱処理した。前記PEDOT:PSS上に1:0.7の比率で混合したP3HT:PCBM溶液をコーティングして約220nmの光活性層を形成した後、前記光活性層上に1×10−7torrでAl電極を蒸着し、150℃で10分間後熱処理して有機太陽電池を製作した。
前記製造例1と同様の方法により製造された下面と上面の線幅の比が1:3である金属補助電極が備えられた透明電極上にPEDOT:PSS溶液をコーティングした後、140℃で15分間熱処理した。前記PEDOT:PSS上に1:0.7の比率で混合したP3HT:PCBM溶液をコーティングして約220nmの光活性層を形成した後、前記光活性層上に1×10−7torrでAl電極を蒸着し、150℃で10分間後熱処理して有機太陽電池を製作した。
補助電極を形成せず、前記実施例1と同様の方法により有機太陽電池を製作した。
補助電極の下面と上面の線幅の比が1:1である金属電極が備えられたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により有機太陽電池を製作した。
前記実施例1,2および比較例1,2による有機太陽電池の物性を測定して下記の表1に整理した。
前記実施例1ど同様の方法により有機太陽電池を製造し、光活性層の面積を広めながら、補助電極の下面と上面の線幅の比が1:2である補助電極による抵抗減少および光吸収増加の特性を観察した。
実施例3による有機太陽電池の物性は下記の表2の通りである。
比較例1と同様の方法により有機太陽電池を製造し、光活性層の面積を広めながら、補助電極がない素子の抵抗減少および光吸収増加の特性を観察した。
比較例3による有機太陽電池の物性は下記の表3の通りである。
比較例4による有機太陽電池の物性は下記の表4の通りである。
201・・・第1電極
301・・・補助電極
401・・・正孔輸送層
501・・・光活性層
601・・・第2電極
701・・・第1金属層
702・・・第2金属層
801・・・エッチング保護層
Claims (20)
- 第1電極、
前記第1電極に対向して備えられた第2電極、
前記第1電極と前記第2電極との間に備えられた光活性層を含む1層以上の有機物層、および
前記第1電極上に接して備えられた補助電極を含み、
前記補助電極は入射光が到達する第1または第2電極に近い面の面積がそれに対向する面の面積より小さく、
前記有機物層は前記第1電極及び前記補助電極を覆う、有機太陽電池。 - 前記第1電極に入射光が到達し、
前記補助電極は前記第1電極に接する面の面積が対向する面の面積より小さい、請求項1に記載の有機太陽電池。 - 前記第2電極に入射光が到達し、
前記補助電極は前記第1電極に接する面の面積が対向する面の面積より大きい、請求項1に記載の有機太陽電池。 - 前記入射光が到達する第1または第2電極は透明電極である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極の垂直断面は台形状である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極は、上面と下面の線幅の比が1:1.3〜1:3、または1.3:1〜3:1である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極は金属電極である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極はメッシュ構造で備えられる、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極は2層以上からなる、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極の各層は、入射光が到達する第1または第2電極に近い面の面積がそれに対向する面の面積より小さい、請求項9に記載の有機太陽電池。
- 前記2層以上の補助電極は、入射光が到達する第1または第2電極に最も近い面の面積がそれに対向する最も遠く離れた面の面積より小さい、請求項9に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極の各層は互いに異なる物質からなる、請求項9に記載の有機太陽電池。
- 前記補助電極の各層の垂直断面は、各々独立して正方形、長方形または台形である、請求項9に記載の有機太陽電池。
- 前記光活性層は、n型有機物層およびp型有機物層を含む2層薄膜(bilayer)構造である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記光活性層は、電子供与物質および電子受容物質を含むバルクヘテロ接合構造である、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 前記有機物層は、発光層と正孔注入層、正孔輸送層、正孔遮断層、電荷発生層、電子遮断層、電子輸送層、および電子注入層からなる群から選択された1種または2種以上をさらに含む、請求項1に記載の有機太陽電池。
- 請求項1〜16のいずれか1項に記載の有機太陽電池の製造方法であって、
基板を準備するステップ、
前記基板上に第1電極を形成するステップ、
前記第1電極上に補助電極を形成するステップ、
前記補助電極上に光活性層を含む1層以上の有機物層を形成するステップ、および
前記有機物層上に第2電極を形成するステップを含み、
前記補助電極の上面および下面の面積が互いに異なる、有機太陽電池の製造方法。 - 前記補助電極を形成するステップは、転写法またはエッチング液を用いたエッチング法を利用する、請求項17に記載の有機太陽電池の製造方法。
- 前記エッチング法は、前記第1電極上に金属層を形成し、前記金属層上にエッチング保護層を形成した後、エッチング液で前記金属層をエッチングすることを含む、請求項18に記載の有機太陽電池の製造方法。
- 前記金属層は2以上の金属層であり、前記2以上の金属層は各々エッチング液に対するエッチング速度が互いに異なる、請求項19に記載の有機太陽電池の製造方法。
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