JP6923224B2 - 有機太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本明細書は2016年3月28日に韓国特許庁に出願された韓国特許出願第10−2016−0037174号及び2017年3月27日に韓国特許庁に出願された韓国特許出願第10−2017−0038517号に基づいた優先権の利益を主張し、該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、有機太陽電池モジュール製造方法及び有機太陽電池モジュールに関し、より詳しくは、下部電極が交差に離隔してエッチングされ、下部電極と対応するように上部電極がコーティングされることにより、サブセルの光活性面積が減少し、一定面積に従来より多いサブセルを配列することができる有機太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
また、既存のスロットダイコーティング装置を用いて交差エッチングされた下部電極上にバッファ層及び光活性層をコーティングすることにより、設置費用及び製造費用が節減できる有機太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
我々は200年間石油、石炭、天然ガス等の化石燃料を介してエネルギーを得た。しかし、化石燃料の枯渇と化石燃料による二酸化炭素の排出のような問題が浮上するに伴い、化石燃料を代替できるほどの環境に優しく枯渇しないエネルギーに対する研究が世界的に行われている。化石燃料を代替できるエネルギーとしては、化石燃料を変換して利用するか、または太陽光、水、地熱、降水、生物有機体等を含む再生可能なエネルギーを変換して利用する新・再生可能エネルギー(new renewable energy)がある。
新・再生可能エネルギーのうちの一つである太陽光を用いて電気エネルギーを生産する太陽電池は、pn接合からなる半導体素子に禁止帯幅より大きいエネルギーを有した波長領域の太陽光が入射されれば、光エネルギーによって電子−正孔対が励起し、内部電界によって分離された電子と正孔が移動してn層とp層を各々陰極と陽極に帯電させることによって起電力が発生し、外部に接触した負荷に電流が流れる原理を有している。
太陽電池モジュール及びその製造方法に関する韓国登録特許第10−1258185号は、基板上に第1電極部と電荷輸送層、光活性層、第2電極部を順に積層して複数のセルを形成することによって太陽電池モジュールを製作し、モジュール製作時に各セルの電荷輸送層及び電極の配置構造を変化させて積層して総電圧または電流の方向及び大きさを制御することを特徴とする。
また、韓国公開特許第10−2011−0035799号は、一つの基板上に後面電極光吸収層、バッファ層、前面電極層を備えた複数のセルを形成し、形成されたセルを直列または並列に連結して出力電圧を形成することを特徴とする。
しかし、先行技術は個別モジュールを構成するストリップ(strip)個数と電極の配置構造の変化のみによってモジュールの総電圧または電流の方向及び大きさを制御する太陽電池モジュールに関する技術であり、有機太陽電池モジュールの適用製品に応じて最終モジュールサイズが定められ、コーティング技術の限界により一定面積に太陽電池サブセルの幅と個数が限定されているため、モジュールの電圧大きさを可変するのに問題点を有している。
また、先行技術は基板、後面電極、光吸収層、バッファ層及び前面電極層を積層して太陽電池モジュールユニットを製造し、製造された各々の太陽電池モジュールユニットを配列して直列または並列連結する技術であり、一定面積に一つ以上の太陽電池モジュールユニットを配列するために各々の太陽電池モジュールユニットを製造し、同一工程が繰り返し実行されて製造工程が非効率的な問題点を有している。
一方、既存の有機太陽電池モジュールが製造される時、スロットダイコーティング方法を利用してバッファ層と光活性層を積層したが、このため、下部及び上部電極もストライプパターンで積層されなければならず、有機太陽電池モジュールはストライプパターンのサブセルのみ含まれるようになる。よって、有機太陽電池モジュールはストライプパターンの幅と個数が制限される問題点を有している。
本発明の目的は、基板上にコーティングされた第1電極物質が交差エッチングされ、一つ以上のサブセル下部電極が形成され、第2電極物質がサブセル下部電極と一対一対応するようにコーティングされることにより、光活性面積が減少した一つ以上のサブセルを含む有機太陽電池モジュールを製造できる方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、下部電極と上部電極が横方向及び縦方向に離隔して形成されることにより、従来技術と比較した時、同じ面積に対してサブセルの個数が2倍以上形成され、サブセルが直列連結されて作動電圧も2倍以上増加した有機太陽電池モジュールを提供することにある。
なお、本発明のまた他の目的は、既存の電極、バッファ層及び光活性層をコーティングするストリップタイプパターニング(strip−type patterning)工程を利用して、従来より多くのサブセルを含み、製造費用が節減された有機太陽電池モジュールを提供することにある。
前記のような課題を解決するために、本発明に係る有機太陽電池モジュール製造方法は、(a)基板の上部に第1電極物質がコーティングされるステップ、(b)コーティングされた前記第1電極物質が交差エッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部が形成されるステップ、(c)前記サブセル下部電極部上に第1バッファ層及び光活性層がストライプパターンコーティング(Strip−pattern coating)されるステップ、及び(d)前記光活性層上に第2電極物質が前記一つ以上のサブセル下部電極部と一対一対応するようにコーティングされるステップを含む。
好ましくは、(b)ステップにおいて、前記交差エッチングは、一つ以上の横ラインが形成されるように第1電極物質がエッチングされ、そして前記一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインが互いにずれるように第1電極物質がエッチングされてもよい。
好ましくは、(b)ステップにおいて、前記第1電極物質は横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、そして前記第1電極物質は縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部を形成し、前記一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成されてもよい。
好ましくは、前記第1電極物質及び前記第2電極物質は、溶液コーティング、スパッタリング、真空熱蒸着(thermal evaporation)、原子層蒸着(atomic layer deposition)及び化学蒸着(chemical vapor deposition)のいずれか一つ以上を利用してコーティングされてもよい。
好ましくは、(b)ステップにおいて、前記交差エッチングは、フォトリソウェットエッチング(Photo−litho wet etching)、レーザエッチング(laser etching)及びスクライビング(Scribing)のいずれか一つ以上が利用されてもよい。
好ましくは、(c)ステップにおいて、第1バッファ層及び前記光活性層は、真空蒸着(Vacuum deposition)、スピンコーティング(Spin−coating)、バーコーティング(Bar−coating)、スロットダイコーティング(Slot−die coating)、ブレードコーティング(Blade−coating)、スプレーコーティング(Spray−coating)、スクリーン印刷(Screen−printing)、グラビアオフセット印刷(Gravure off−set printing)及びインクジェット印刷(Inkjet printing)のいずれか一つ以上が利用されてもよい。
好ましくは、前記(c)ステップ及び前記(d)ステップの間に、前記光活性層上に第2バッファ層がコーティングされるステップをさらに含んでもよい。
また、本発明に係る有機太陽電池モジュールは、基板、前記基板上に第1電極物質が交差エッチングされて形成される一つ以上のサブセル下部電極部、前記一つ以上のサブセル下部電極部上にストライプパターンコーティングされて形成される第1バッファ層及び光活性層、及び前記光活性層上に第2電極物質が前記一つ以上のサブセル下部電極部と一対一対応するようにコーティングされて形成される一つ以上のサブセル上部電極部が含まれてもよい。
好ましくは、前記一つ以上のサブセル下部電極部は、一つ以上の横ライン、及び前記一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインを含み、前記縦ラインは互いにずれるように形成されてもよい。
好ましくは、前記一つ以上のサブセル下部電極部は、前記第1電極物質が横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、そして前記第1電極物質が縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて形成されてもよい。
好ましくは、前記一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成されてもよい。
好ましくは、前記光活性層上にコーティングされて形成される第2バッファ層をさらに含んでもよい。
好ましくは、前記第1バッファ層及び光活性層はスロットダイコーティングによってストライプパターンコーティングされてもよい。
本発明によれば、第1電極物質を一つ以上の横ラインが形成されるようにエッチングし、一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置した縦ラインを互いにずれるようにエッチングすることにより、一つ以上のサブセル下部電極が形成され、サブセル下部電極と一対一対応するようにサブセル上部電極がコーティングされることにより、製造工程を単純化して従来より総電圧値が増加した有機太陽電池モジュールを効率的に製造できるという効果がある。
そして、サブセルの個数が制限されない有機太陽電池モジュールを製造できる方法を提供しようとするものである。
また、第1バッファ層及び光活性層のコーティング時、既存の製造装置を用いてスロットダイコーティングをすることにより、有機太陽電池モジュール製造装置の設備費用及び有機太陽電池モジュールの製造費用が減少できるという効果がある。
なお、有機太陽電池モジュールの一定面積に従来技術より多くのサブセルが含まれることができるため、サブセルの反応面積、Jsc(Short−circuit current)が減少し、作動電圧、FF(Fill factor)、効率、Voc(Open−circuit voltage)が増加した有機太陽電池モジュールを提供できるという効果がある。
本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造方法を説明するための平面図である。 (a)は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の斜視図であり、(b)は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の平面図である。 (a)は1個のサブセルからなる有機太陽電池モジュール10の平面図であり、(b)は2個のサブセルからなる有機太陽電池モジュール10の平面図であり、(c)は3個のサブセルからなる有機太陽電池モジュール10の平面図であり、(d)は4個のサブセルからなる有機太陽電池モジュール10の平面図である。 同じ面積における従来の有機太陽電池モジュールと本発明の他の実施例による有機太陽電池モジュールのサブセル個数の差を説明するための平面図であって、(a)は従来の有機太陽電池モジュールの平面図であり、(b)は本発明の実施例1による有機太陽電池モジュールの平面図であり、(c)は本発明の実施例2による有機太陽電池モジュールの平面図であり、(d)は本発明の実施例3による有機太陽電池モジュールの平面図である。
以下、本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール及びその製造方法の好ましい実施例を添付された図面を参照して説明する、この過程で、図面に示された線の厚さや構成要素の大きさなどは説明の明瞭性と便宜のために誇張して図示されることがある。また、後述する用語は本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例に応じて異なる。よって、このような用語に対する定義は本明細書の全般にわたった内容に基づいて記述されなければならない。
図1は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造工程を説明するための斜視図であり、図2は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造工程を説明するための平面図である。
本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造方法は、(a)基板の上部に第1電極物質がコーティングされるステップ、(b)コーティングされた前記第1電極物質が交差エッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部が形成されるステップ、(c)前記サブセル下部電極部上に第1バッファ層及び光活性層がストライプパターンコーティング(Strip−pattern coating)されるステップ、及び(d)前記光活性層上に第2電極物質が前記一つ以上のサブセル下部電極部と一対一対応するようにコーティングされるステップを含むことができる。以下、各図面を参照して各々のステップについて具体的に説明する。
(a)ステップは、基板100上に後述するサブセル下部電極部300を形成するために事前に第1電極物質200をコーティングするステップである。
ここで、基板100はガラス基板及びフレキシブル基板を含むことができ、その中でもフレキシブル基板はPET、PEN、PI及び薄いガラス(thin glass)のいずれか一つを含むことができる。しかし、基板の種類は当分野で用いられる通常の基板であって、その種類は制限されないことに留意する。
第1電極物質200は、ITO、銀ナノワイヤ、PEDOT:PSS(Poly ethylene di oxy thiophene)、金属網、炭素ナノチューブ、導電性高分子及びFTO(F−doped tin oxide)のいずれか一つ以上を含むことができる。また、第1電極物質200は、溶液コーティング、スパッタリング、真空熱蒸着、原子層蒸着及び化学蒸着のいずれか一つを利用して基板100の上部にコーティングされる。
(b)ステップは、コーティングされた第1電極物質200が交差エッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部300が形成されるステップである。
ここで、交差エッチングとは、一つ以上の横ラインが形成されるように第1電極物質200がエッチングされ、一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインが互いにずれるように第1電極物質200がエッチングあるいはパターニングされる工程であると説明できることに留意する。
また他の形態として、交差エッチングとは、第1電極物質200が横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、第1電極物質200が縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部300を形成し、一つ以上のサブセル下部電極部300は互いに離隔して形成される工程であると説明できることに留意する。
このような、横方向及び縦方向エッチングによって第1電極物質200が離隔されることにより、サブセル下部電極部300はサブセル下部第1電極〜第6電極310、320、330、340、350、360からなることができる。
例えば、第1電極物質200に一つの横ラインが形成されるように第1電極物質200がエッチングされれば、第1電極物質200は2分割され、横ライン上側に形成された縦ラインと下側に形成された縦ラインが同一線上に位置するのを防止するために、第1電極物質200の一側端部から離隔した距離が互いに異なるように形成されることができる。すなわち、サブセル下部第4電極340はサブセル下部第1電極310の右側または左側にずれて形成されることができる。
さらに、図2(b)を参照すれば、横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインの位置関係を確認することができる。
よって、2個のサブセル下部電極部300が形成されることができ、同じ方式で2個の横ラインが形成されれば、3個のサブセル下部電極部300が、3個の横ラインが形成されれば、4個のサブセル下部電極部300が形成されることができる。すなわち、交差エッチングによりサブセル下部電極部300が形成される時、厚さ及び個数に制限されずに形成できるという効果が発生する。
また、交差エッチングによりサブセル下部電極部300の個数が調節されれば、それによって有機太陽電池モジュール10のサブセル個数が調節されることができる。後述する図3を参照して詳しく説明する。
なお、(b)ステップは、フォトリソウェットエッチング(Photo−litho wet etching)、レーザエッチング(laser etching)及びスクライビング(Scribing)のいずれか一つ以上を利用して第1電極物質200をエッチングすることにより、サブセル下部電極部300が形成されることができる。
例えば、サブセル下部電極部300のエッチングパターンは、横ラインを基準に、上部の縦ラインは左側に、下部の縦ラインは右側に移動してエッチングされることができる。
より詳細には、後述する第1バッファ層400及び光活性層500のストライプパターンを基準に見た時、横ラインの上部に位置するサブセル下部第2電極320はストライプパターンに比べて左側にシフト(Shift)してサブセル下部第2電極320の左縁が露出し、横ラインの下部に位置するサブセル下部第5電極350はストライプパターンに比べて右側にシフトしてサブセル下部第5電極350の右縁が露出するようにエッチングして形成されることができる。
(c)ステップは、サブセル下部電極部300上に第1バッファ層400及び光活性層500がストライプパターンコーティングされるステップである。
ここで、ストライプパターンコーティングは、既存のスロットダイコーティング方法を利用することにより、本発明に係る有機太陽電池モジュール10を製造するために製造装置を交替する必要がなく、既存の製造装置を使用することによって有機太陽電池モジュール10の製造費用が減少できる。
なお、第1バッファ層400及び光活性層500は、スロットダイコーティングの他に真空蒸着(Vaccum deposition)、スピンコーティング(Spin−coating)、バーコーティング(Bar−coating)、ブレードコーティング(Blade−coating)、スプレーコーティング(Spray−coating)、スクリーン印刷(Screen−printing)、グラビアオフセット印刷(Gravure off−set printing)及びインクジェット印刷(Inkjet printing)のいずれか一つ以上を利用してコーティングできるが、当分野で用いられるコーティング方法を含む限り、特に制限されない。
さらに、第1バッファ層400はVOx、MoOx、NiO、WO3、PEI、PEIE、PAA、ZnO、ZnO、TiO2またはTiOxのいずれか一つ以上を含むことができ、光活性層500はP3HT、PTB7、PCE−10、低分子有機化合物、PC61BM、PC71BM及びICBAのいずれか一つ以上を含むことができるが、当分野で用いられる組成物を含む限り、特に制限されない。
(c)ステップにおいて、第1バッファ層400及び光活性層500は、横ラインにより離隔形成されたサブセル下部電極部300を貫通するように一体に形成されることができる。また、第1バッファ層400はサブセル下部電極部300に形成された縦ラインの間にコーティングされることができる。この時、第1バッファ層400は縦ラインが完全に覆われないようにサブセル下部第2電極320の右側エッジまたはサブセル下部第5電極350の左側エッジから離隔するようにコーティングされることができる。
より詳細には、横ライン上部のサブセル下部電極部300の場合、左側を基準に一番目の縦ラインから右側に移動した状態で第1バッファ層400がコーティングされることができる。さらに、第1バッファ層400が縦ラインの間にコーティングされる広さ範囲は、サブセル下部第2電極320の右側エッジを覆うことができ、2番目の縦ラインが完全に覆われない範囲で、これを満たすのであれば、縦ラインの間にコーティングされる第1バッファ層400の広さは制限されない。さらに、後述するサブセル上部第2電極620とサブセル下部第2電極320が直接に接触しないように形成されることができる。
同じ原理で、横ライン下部のサブセル下部電極部300の場合、左側を基準に2番目の縦ラインから左側に移動した状態で第1バッファ層400がコーティングされることができる。さらに、第1バッファ層400が縦ラインの間にコーティングされる広さ範囲は、サブセル下部第5電極350の左側エッジを覆うことができ、一番目の縦ラインが完全に覆われない範囲で、これを満たすのであれば、縦ラインの間にコーティングされる第1バッファ層400の広さは制限されない。後述するサブセル上部第3電極630とサブセル下部第5電極350が直接に接触しないように形成されることができる。
よって、電子移動通路の役割をするサブセル下部第2電極320及び第5電極350と正孔移動通路の役割をするサブセル上部第2電極620及び第3電極630が直接に接触しないことにより、光活性層500において分離された電子と正孔が再結合して短絡(Short circuit)が形成されるのを防止することができる。
さらに、別途のパターニングなしに、ストリップパターンで第1バッファ層400及び光活性層500をコーティングして(ストライプ個数)×(横ライン個数+1)のサブセル個数を製造することができる。
(d)ステップは、光活性層500上に第2電極物質が一つ以上のサブセル下部電極部300と一対一対応するようにコーティングされるステップである。
また、第2電極物質が一つ以上のサブセル下部電極部300と一対一対応するようにコーティングされてサブセル上部電極部600が形成され、サブセル上部電極部600はサブセル上部第1電極〜サブセル上部第4電極610、620、630、640からなることができる。
ここで、一対一対応するようにコーティングされるということは、第1電極物質200がn分割(nは自然数)されてサブセル下部電極部300が2個以上形成される場合、第2電極物質を第1電極物質200に形成された横ラインと同じ位置に横ラインが形成されるようにコーティングすることを意味する。
より詳細には、第2電極物質がコーティングされる時、横ラインと縦ラインが形成され、第2電極物質の横ラインは第1電極物質200に形成される横ラインと対応する位置に形成されることができ、第2電極物質は光活性層500の右側及び左側にずれて形成されることができる。
また、光活性層500の右側及び左側にずれて形成された二つの第2電極物質は離隔して形成されることができ、第2電極物質の縦ラインは第1電極物質200に形成された二つの縦ラインの間に形成されることができる。すなわち、第2電極物質に形成される縦ラインは第1電極物質200に形成される縦ラインの個数と互いに異なるように形成されることができる。
より詳細には、サブセル上部第2電極620は光活性層500を基準に右側に移動した状態でコーティングされて光活性層500とサブセル下部第3電極330上部にコーティングされることにより、光活性層500において分離された正孔を後述する上部ストライプ電極部700に伝導するブリッジの役割をすることができる。
同じ原理で、サブセル上部第3電極630は光活性層500を基準に左側に移動した状態でコーティングされて光活性層500とサブセル下部第4電極340上部にコーティングされることにより、光活性層500において分離された正孔をサブセル下部第4電極340に伝導するブリッジの役割をすることができる。
さらに、サブセル上部第1電極610はサブセル下部第1電極310とサブセル下部第2電極320が連結されるように二つの下部電極310、320の上部にコーティングされ、これは、光活性層500において分離された電子をサブセル下部第2電極320からサブセル下部第1電極310に伝導するブリッジの役割をすることができる。
同じ原理で、サブセル上部第4電極640はサブセル下部第5電極350とサブセル下部第6電極360が連結されるように二つの下部電極350、360の上部にコーティングされ、光活性層500において分離された電子をサブセル下部第5電極350からサブセル下部第6電極360に伝導させることができる。
図2(d)を参照すれば、第2電極物質に形成される横ラインと縦ラインの位置関係を確認することができる。
一方、第2電極物質は透明電極、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、銅(Cu)、カルシウム(Ca)及びマグネシウム(Mg)のいずれか一つ以上を含むことができる。しかし、当分野で用いられる組成物を含む限り、特に制限されない。
そして、第2電極物質のコーティング方法は、(a)ステップでコーティングされる第1電極物質200のコーティング方法と同様であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
また、第2電極物質に横ラインと縦ラインを形成する方法としては、前述したコーティングの他にマスキング(Masking)、フォトリソウェットエッチング(Photo−litho wet etching)、レーザエッチング(laser etching)及びスクライビング(Scribing)のいずれか一つ以上を利用することができるが、第2電極物質を離隔形成できる技術でれば、当分野で用いられるエッチング技術を含む限り、特に制限されない。
一方、有機太陽電池モジュール10の製造方法は、有機太陽電池モジュール10の右縁に第2電極物質がストライプコーティングされるステップをさらに含むことができる。第2電極物質がストライプコーティングされることにより、上部ストライプ電極部700が形成され、横ラインを基準に上部と下部に形成された複数のサブセル上部電極部600を直列連結して有機太陽電池モジュール10に電子が通じるようにできることに留意する。
その反面、第1電極物質が交差エッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部300を形成するステップにおいて、横ラインが右端部まで形成されずサブセル下部第3電極330とサブセル下部第6電極360が連結される場合、上部ストライプ電極部700を形成するステップは省略できることに留意する。
(c)ステップと(d)ステップとの間に光活性層500上に第2バッファ層がコーティングされるステップをさらに含むことができ、第2バッファ層は第1バッファ層400とコーティング方法及び物質が同等であり、一方では公知技術による蒸着によるコーティングも可能であるため、これに関する具体的な説明は省略する。
一方、サブセル下部電極部300が陰極物質であり、サブセル上部電極部600が陽極物質からなる有機太陽電池モジュール10を示す図である。この場合、有機太陽電池モジュール10は逆(inverted)構造であり、第1バッファ層400は電子移送層、第2バッファ層は正孔移送層の役割をすることができる。
さらに、サブセル下部電極部300が陽極物質であり、サブセル上部電極部600が陰極物質である場合、有機太陽電池モジュール10はノーマル(normal)構造である。この場合、第1バッファ層400は正孔移送層、第2バッファ層は電子移送層の役割をすることができる。
図3(a)は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の斜視図であり、図3(b)は本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の平面図である。本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール10の製造方法により生成された有機太陽電池モジュール10は、基板10、基板10上に第1電極物質200が交差エッチングされて形成される一つ以上のサブセル下部電極部300、一つ以上のサブセル下部電極部300上にストライプパターンコーティングされて形成される第1バッファ層400及び光活性層500、及び光活性層500上に第2電極物質が一つ以上のサブセル下部電極部300と一対一対応するようにコーティングされて形成される一つ以上のサブセル上部電極部600を含むことができる。
一つ以上のサブセル下部電極部300は一つ以上の横ライン及び一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインを含むことができ、縦ラインは互いにずれるように形成されることができる。
より詳しくは、第1電極物質200が横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、そして第1電極物質200が縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて形成されることができ、一つ以上のサブセル下部電極部300は互いに離隔して形成されることができる。
また、有機太陽電池モジュール10は、光活性層500上にコーティングされて形成される第2バッファ層をさらに含むことができる。
さらに、第1バッファ層400及び光活性層500はスロットダイコーティングによってストライプパターンコーティングされることができる。さらに、光活性層500はドナー層(Donor layer)とアクセプタ層(Acceptor layer)を含む構造、複合薄膜構造、及びドナー層とアクセプタ層との間に複合薄膜が構成される複合構造のいずれか一つの構造に形成されることができる。
このような有機太陽電池モジュール10は、上述した構成の長所及び効果を同様に有するため、これに関する具体的な説明は省略する。
図4(a)は従来技術を利用して形成される有機太陽電池モジュール10を示す平面図であり、図4(b)、図4(c)及び図4(d)は第1電極物質200を交差エッチングした場合に形成される有機太陽電池モジュール10を示す平面図である。
その中、図4(b)は2個のサブセルが含まれる有機太陽電池モジュール10を説明する平面図であって、交差エッチングによって2個のサブセル下部電極部300が形成され、サブセル上部電極部600はサブセル下部電極部300と横ラインの位置及び個数が同様に離隔コーティングされることにより、サブセル上部電極部600も2個形成される。
さらに、図4(c)は、交差エッチングにより2個の横ラインが形成され、3個のサブセル下部電極部300及びサブセル上部電極部600が形成されることにより、3個のサブセルを含む有機太陽電池モジュール10を説明するための平面図である。また、図4(d)は、3個の横ラインが形成され、4個のサブセル下部電極部300及びサブセル上部電極部600が形成されることにより、4個のサブセルを含む有機太陽電池モジュール10を説明するための平面図である。
よって、交差エッチングにより2個以上のサブセル下部電極部300を形成し、サブセル上部電極部600をサブセル下部電極部300に対応するようにコーティングすることにより、図4(b)、図4(c)及び図4(d)のサブセル個数は図4(a)のストライプパターン個数の倍数に調節されることができるため、電流(Current)値と電圧(Voltage)値を調節することができる。
すなわち、図4(a)のトータル電圧はVtotal=V1、図4(b)はVtotal=V1+V2、図4(c)はVtotal=V1+V2+V3、図4(d)はVtotal=V1+V2+V3+V4に調節されることができる。
また、各サブセルの光活性面積(Active area)は従来に比べて減少することにより、作動電圧、FF(Fill factor)、Voc(Open−circuit voltage)、光電変換効率(Power conversion efficiency)が増加し、Jsc(Short−circuit current)は減少して、有機太陽電池モジュール10の性能が増加しうる。また、一つ以上のサブセルを含む有機太陽電池モジュールの+電極と−電極の位置も調節可能で光電流の方向を変化させることができる。
一方、図4(b)、図4(c)及び図4(d)は逆(inverted)構造の有機太陽電池モジュール10の+及び−極の位置が表示されている。よって、有機太陽電池モジュール10がノーマル(normal)構造である場合、有機太陽電池モジュール10の+及び−極の位置は逆(inverted)構造の+及び−極の位置とは逆に形成されることに留意する。
図5は同じ面積における従来の有機太陽電池モジュールと本発明の他の実施例による有機太陽電池モジュール10のサブセル個数の差を説明するための平面図であって、図5(a)は従来の有機太陽電池モジュールの平面図であり、図5(b)は本発明の他の実施例による有機太陽電池モジュール10の平面図である。
<実験例>
従来技術を利用して製造された有機太陽電池モジュールと本発明の一実施例による交差エッチング及び一つ以上の横ラインが形成された有機太陽電池モジュールの性能を測定及び比較した。
このために、9cm×9cm大きさに従来技術を利用して交差エッチング及び横ラインなしで製造された有機太陽電池モジュール製品の1個と本発明の一実施例による有機太陽電池モジュール製品の3個に対して実験を行った。
比較例は6個のサブセルからなる9cm×9cm大きさの有機太陽電池モジュールであって、PET基板上にITOがコーティングされ、ITOは縦方向にのみエッチングされる。エッチングされたITO上にスロットダイコーティングを利用して電子輸送層/光活性層/正孔輸送層の順にコーディングされ、正孔輸送層上に陽極メタルがストライプパターンコーティングされ、有機太陽電池モジュールを製造した。
そして、実施例1、実施例2及び実施例3は、本発明に係る有機太陽電池モジュール製造方法により、PET基板上にITOがコーティングされ、一つの横ラインが形成されるようにコーティングされたITOがエッチングされ、横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインが互いにずれるようにエッチングしてITOをパターニングする。パターニングされたITO上にスロットダイコーティングを利用して電子輸送層/光活性層/正孔輸送層の順にコーティングされ、正孔輸送層上にパターニングされたITOと一対一対応するように陽極メタルがコーティングされ、有機太陽電池モジュールを製造した。
実施例1、実施例2及び実施例3は9cm×9cm大きさの有機太陽電池モジュールであり、12個、18個及び24個のサブセルからなる。
この時、性能測定Voc、Jsc、電流密度(Vmp)、電圧値(Jmp)、Avg Voc/cell及びJsc/cellを含む。Voc、Jsc、FFを用いて有機太陽電池モジュールの効率(η)が計算される。
性能を測定するための道具、試薬、装備及び方法のような条件は同様であった。
Figure 0006923224
<具体的な検討>
前記表を参照すれば、比較例による有機太陽電池モジュールと実施例1〜3による有機太陽電池モジュールの性能を測定した結果、FF(Fill factor)及びAvg Voc/cellは増加幅が微小であったが、Vocの場合、2倍、3倍及び4倍の差が生じることを確認することができる。すなわち、同じ面積でサブセルの個数に比例してVoc値が増加することを確認することができる。
また、Jsc値はサブセルの個数と互いに比例するように減少したことを確認することができる。
効率(η)は
Figure 0006923224
の数式により求められる値であり、比較例と実施例1〜3のVoc及びJscの測定時に入射光の強さ(Pin)を同一に実施した。実施例1〜3のJsc値が比較例のJsc値より減少したが、Voc及びFF値が増加し、その結果、効率が増加したことを確認することができる。
よって、本発明に係る有機太陽電池モジュールは、Voc及びFF値が増加することにより、効率及び性能が増加する効果が発生することが分かる。
上記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当業界で通常の知識を有した者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できるということを理解することができるであろう。以下、本願発明の実施形態の例を項目として示す。
[項目1]
(a)基板の上部に第1電極物質がコーティングされるステップ、
(b)コーティングされた第1電極物質が交差エッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部が形成されるステップ、
(c)サブセル下部電極部上に第1バッファ層及び光活性層がストライプパターンコーティング(Strip−pattern coating)されるステップ、及び
(d)光活性層上に第2電極物質が一つ以上のサブセル下部電極部と一対一対応するようにコーティングされるステップを含む、
有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目2]
(b)ステップにおいて、
交差エッチングは、一つ以上の横ラインが形成されるように第1電極物質がエッチングされ、
そして一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインが互いにずれるように第1電極物質がエッチングされる、
項目1に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目3]
(b)ステップにおいて、
第1電極物質は横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、
そして第1電極物質は縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部を形成し、
一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成される、
項目1に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目4]
第1電極物質及び第2電極物質は、
溶液コーティング、スパッタリング、真空熱蒸着(thermal evaporation)、原子層蒸着(atomic layer deposition)及び化学蒸着(chemical vapor deposition)のいずれか一つ以上を利用してコーティングされる、
項目1から3のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目5]
(b)ステップにおいて、
交差エッチングは、フォトリソウェットエッチング(Photo−litho wet etching)、レーザエッチング(laser etching)及びスクライビング(Scribing)のいずれか一つ以上を利用して行われる、
項目1から4のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目6]
(c)ステップにおいて、
第1バッファ層及び光活性層は、
真空蒸着(Vacuum deposition)、スピンコーティング(Spin−coating)、バーコーティング(Bar−coating)、スロットダイコーティング(Slot−die coating)、ブレードコーティング(Blade−coating)、スプレーコーティング(Spray−coating)、スクリーン印刷(Screen−printing)、グラビアオフセット印刷(Gravure off−set printing)及びインクジェット印刷(Inkjet printing)のいずれか一つ以上を利用してコーティングされる、
項目1から5のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目7]
(c)ステップ及び(d)ステップの間に、
光活性層上に第2バッファ層がコーティングされるステップをさらに含む、
項目1から6のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目8]
有機太陽電池モジュール製造方法は、
有機太陽電池モジュールの右縁に第2電極物質がストライプコーティングされるステップをさらに含む、
項目1から7のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
[項目9]
項目1〜8のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法によって製造される、
有機太陽電池モジュール。
[項目10]
基板、
基板上に第1電極物質が交差エッチングされて形成される一つ以上のサブセル下部電極部、
一つ以上のサブセル下部電極部上にストライプパターンコーティングされて形成される第1バッファ層及び光活性層、及び
光活性層上に第2電極物質が一つ以上のサブセル下部電極部と一対一対応するようにコーティングされて形成される一つ以上のサブセル上部電極部を含む、
有機太陽電池モジュール。
[項目11]
一つ以上のサブセル下部電極部は、
一つ以上の横ライン、及び
一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインを含み、縦ラインは互いにずれるように形成される、
項目10に記載の有機太陽電池モジュール。
[項目12]
一つ以上のサブセル下部電極部は、
第1電極物質が横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、そして第1電極物質が縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて形成される、
項目10に記載の有機太陽電池モジュール。
[項目13]
一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成される、
項目12に記載の有機太陽電池モジュール。
[項目14]
有機太陽電池モジュールは、
光活性層上にコーティングされて形成される第2バッファ層をさらに含む、
項目10から13のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール。
[項目15]
第1バッファ層及び光活性層はスロットダイコーティングによってストライプパターンコーティングされる、
項目10から14のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール。

Claims (11)

  1. (a)基板の上部に第1電極物質がコーティングされるステップ、
    (b)二つ以上の横ライン及び複数の縦ラインが形成され、前記二つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する前記縦ラインが互いにずれるように、コーティングされた前記第1電極物質がエッチングされて一つ以上のサブセル下部電極部が形成されるステップ、
    (c)前記サブセル下部電極部上に第1バッファ層及び光活性層が、前記横ラインにより離隔されたサブセル下部電極部をまたぎ、前記縦ラインを完全に覆わないように、ストライプパターン(Strip−pattern)に形成されるステップ、及び
    (d)前記光活性層上に第2電極物質が前記一つ以上のサブセル下部電極部対応するように形成されるステップを含み、
    前記(d)ステップで、前記横ラインを基準に上部と下部に前記第2電極物質から形成された複数のサブセル上部電極部を、直列連結するように、前記第2電極物質がストライプパターンに形成されるステップをさらに含む、
    有機太陽電池モジュール製造方法。
  2. 前記(b)ステップにおいて、
    前記第1電極物質は横方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされ、
    そして前記第1電極物質は縦方向にn分割(nは自然数)されるようにエッチングされて前記一つ以上のサブセル下部電極部を形成し、
    前記一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成される、
    請求項1に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
  3. 前記第1電極物質及び前記第2電極物質は、
    溶液コーティング、スパッタリング、真空熱蒸着(thermal evaporation)、原子層蒸着(atomic layer deposition)及び化学蒸着(chemical vapor deposition)のいずれか一つ以上を利用してコーティングされる、
    請求項1又は2に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
  4. 前記(b)ステップにおいて、
    前記エッチングは、フォトリソウェットエッチング(Photo−litho wet etching)、レーザエッチング(laser etching)及びスクライビング(Scribing)のいずれか一つ以上を利用して行われる、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
  5. 前記(c)ステップにおいて、
    前記第1バッファ層及び前記光活性層は、
    真空蒸着(Vacuum deposition)、スピンコーティング(Spin−coating)、バーコーティング(Bar−coating)、スロットダイコーティング(Slot−die coating)、ブレードコーティング(Blade−coating)、スプレーコーティング(Spray−coating)、スクリーン印刷(Screen−printing)、グラビアオフセット印刷(Gravure off−set printing)及びインクジェット印刷(Inkjet printing)のいずれか一つ以上を利用してコーティングされる、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
  6. 前記(c)ステップ及び前記(d)ステップの間に、
    前記光活性層上に第2バッファ層がコーティングされるステップをさらに含む、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール製造方法。
  7. 基板、
    一つ以上の横ライン及び複数の縦ラインが形成され、前記一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する前記縦ラインが互いにずれるように、前記基板上に第1電極物質が形成される一つ以上のサブセル下部電極部、
    前記一つ以上のサブセル下部電極部上にストライプパターンに形成される第1バッファ層及び光活性層、及び
    前記光活性層上に第2電極物質が前記サブセル下部電極部の前記横ラインに対応する横ラインを有し、前記一つ以上のサブセル下部電極部対応するように形成される一つ以上のサブセル上部電極部と、前記横ラインを基準に上部と下部とを直列連結したストライプパターンのサブセル上部電極部とを含む、
    有機太陽電池モジュール。
  8. 前記一つ以上のサブセル下部電極部は、
    一つ以上の横ライン、及び
    前記一つ以上の横ラインの上側及び下側に位置する縦ラインを含み、前記縦ラインは互いにずれるように形成される、
    請求項に記載の有機太陽電池モジュール。
  9. 前記一つ以上のサブセル下部電極部は、
    前記第1電極物質が横方向にn分割(nは自然数)されるように形成され、そして前記第1電極物質が縦方向にn分割(nは自然数)されるように形成されて形成される、
    請求項に記載の有機太陽電池モジュール。
  10. 前記一つ以上のサブセル下部電極部は互いに離隔して形成される、
    請求項に記載の有機太陽電池モジュール。
  11. 前記有機太陽電池モジュールは、
    前記光活性層上にコーティングされて形成される第2バッファ層をさらに含む、
    請求項から1のいずれか1項に記載の有機太陽電池モジュール。
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