KR100926263B1 - 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체를 이용하여 제조된전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체를 이용하여 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자를 제작하는 기술에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 1) 투명 기판; 2) 투명 전극; 3) 전극 보호층; 4) 상기 전극 보호층 위에 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 전도성 고분자 나노 복합막; 및 5) 금속 전극을 포함하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광전 변환 소자는 플러렌 유도체의 전도성 모노머와 p형 고분자 박막 형성을 위한 전도성 모노머의 분자 결합에 의해 플러렌 유도체가 전도성 고분자 박막 내에 고정된 고분자 나노 복합막을 형성함으로써 형성된 최적의 p-n 전하 이동통로가 온도나 시간의 변화에 따른 모폴로지(morphology) 변형이 유발되지 않아 안정적인 광전 변환 효과를 나타낼 수 있다.
고분자 복합막, 전도성 고분자 나노 구조, 유기 광전 변환 소자, PCBM, P3OT
Description
본 발명은 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체를 이용하여 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자를 제작하는 기술에 관한 것으로, 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 p형 고분자 박막 형성을 위한 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 고분자 나노 복합막을 투명 전극 위에 형성시켜 안정적으로 광전 변환 효과를 나타내는 광전 변환 소자를 제작하는 기술에 관한 것이다.
1986년 탕에 의해서 처음으로 1%의 광전 변환 효율을 갖는 유기박막 태양전지를 제작하는 기술이 알려진 후(C.W. Tang, Appl . Phys . Lett . 48: 183, 1986) 광전 변환 효율의 증가를 위한 연구가 지속되었으나, 기술 개발이 답보 상태에 머물면서 실용화되지 못하다가 2000년 초부터 광전 변환 효율의 획기적인 증가를 통해 최근에는 실용화에 근접한 상태까지 발전하게 되었다.
기본적으로 p형 반도체인 유기물은 전자이동도가 낮기 때문에 유기박막 태양전지는 p형과 n형 반도체의 접합을 통해 이루어져야 한다. 1993년에 전하이동도가 우수한 플러렌(Fullerene)을 이용한 유기박막 태양전지가 처음 소개되었을 때, 이들 소자는 매우 낮은 광전 변환 효율로 인해 그다지 각광을 받지 못하였다(N.S. Sariciftci, 등, Appl . Phys . Lett. 62: 585, 1993; J.J.M. Halls, 등, Appl. Phys. Lett. 68: 3120, 1996). 그러나 지속적인 기술 개발을 통해 2001년에 전도성 고분자인 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT]과 플러렌을 혼합하여 약 2.5%의 광전 변환 효율을 갖는 소자가 보고되면서(S.E. Shaheen, 등, Appl . Phys . Lett. 78: 841, 2001) 상기 혼합물을 이용하여 유기박막 태양전지를 제작하는 많은 연구가 이루어졌고, 2003년에는 약 3.5%의 광전 변환 효율을 갖는 소자가 개발되었다(F. Padinger, 등, Adv . Funct . Mater. 13: 85, 2003). 그 후 2005년에 기존의 알려진 P3HT와 플러렌의 혼합비율을 바꾸고 열처리를 이용한 전하이동도의 증가를 통해 5%의 광전 변환 효율을 갖는 유기박막 태양전지가 개발되었다(W. Ma, 등, Adv . Funct . Mater. 15: 1617, 2005).
이와 같은 급격한 광전 변환 효율의 증가는 복합체의 조성비를 바꿔 이중연속성상(bicontinuous phase), 즉 상호침투 망상구조(interpenetrating network)의 보다 원활한 형성, 열처리를 통한 복합체의 모폴로지 변형과 P3HT의 결정화 향상을 통한 정공이동도의 향상, 광전 변환 활동층(active layer)과 금속 전극 사이의 향상된 접착도 등에 기인한 것으로 확인되었다. 그 후 지속적인 복합체의 특성 향상을 통해 현재 약 6%의 광전 변환 효율을 나타내는 유기박막 태양전지가 제작되었 다.
전술한 바와 같이, 현재 고분자를 이용한 유기박막 태양전지는 높은 정공이동도를 갖는 P3HT와 높은 전자이동도를 갖는 플러렌의 혼합물을 투명 전도성 기판인 ITO 기판 위에 도포하는 방법에 의해 제조되고 있다. 이 방법은 고분자의 높은 가공성을 이용하여 두 개의 유기반도체를 용매에 혼합한 후 간단한 스핀 코팅으로 소자를 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이때 높은 광전 변환 효율을 얻기 위한 필수 요소로 높은 전하이동도가 충족되어야 하는데, 이를 위해서는 전하의 이동통로로서 각 반도체들 사이에 연속상이 형성되는 것이 매우 중요하다. 즉, P3HT와 플러렌을 적절한 비율로 혼합해야 하고 스핀 코팅 시 형성된 두 반도체 사이의 형태를 열처리를 통해 최적의 조건을 나타내는 형태로 변환시켜야 함을 의미한다.
그러나 실제로는 P3HT와 플러렌을 적절한 비율로 혼합하여 스핀 코팅하고 열처리를 통해 형성된 전하 이동통로의 모폴로지가 시간이 지남에 따라 변형되고, 특히 태양전지의 운전 온도(operating temperature)로 알려진 약 80℃ 근처에서는 매우 급격한 모폴로지 변형이 유발되어 본래의 광전 변환 효율이 현저히 감소되는 문제점이 나타난다.
이에 본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 p형 고분자 박막 형성을 위한 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 고분자 나노 복합막을 형성하여 상기 플러렌 유도체를 전도성 고분자 박막 내에 고정시키면 소자에 형성된 p-n 전하 이동통로의 모폴로지가 외부 온도의 변화 또는 장시간의 사용에도 변형되지 않으면서 우수한 광전 변환 효율을 안정적으로 나타내는 광전 변환 소자를 제작할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 외부의 온도 변화 또는 장시간 사용에 의한 모폴로지 변형이 유발되지 않아 형성된 전하 이동통로가 안정적으로 확보되어 우수한 광전 변환 효과를 지속적으로 나타날 수 있는 광전 변환 소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 투명 기판; 2) 투명 전극; 3) 전극 보호층; 4) 상기 전극 보호층 위에 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 전도성 고분자 나노 복합막; 및 5) 금속 전극을 포함하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 상기 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자의 제조방법을 제공한다.
1) 투명 전극이 형성된 투명 기판 위에 전극 보호층을 형성하는 단계;
2) 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체, 제2 전도성 모노머, 전해질 및 전해용매를 혼합하여 공중합 반응용액을 제조하는 단계;
3) 상기 공중합 반응용액에 단계 1)의 투명 기판을 담그고 전위차 반응 시스템을 이용한 전기화학적 공중합 반응을 수행하여 전도성 고분자 나노 복합막을 형성하는 단계; 및
4) 상기 전도성 고분자 나노 복합막 위에 금속 전극을 증착하는 단계.
본 발명에 따른 광전 변환 소자는 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 전도성 모노머가 전기화학적 공중합 반응에 의한 분자 결합을 통하여 고분자 나노 복합체를 형성함으로써 온도나 시간의 변화에 따른 모폴로지 변형이 유발되지 않아 형성된 전하 이동통로가 안정적으로 확보되어 광전 변환 효과를 지속적으로 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광전 변환 소자의 제조방법은 기존의 블렌딩(blending) 기술을 이용하여 제작된 상호침투 망상형 고분자 복합막 구조와는 달리 최대의 광전 효율 얻을 수 있는 최적의 소자를 제작할 수 있고, 그 공정이 고온, 진공 등의 특별한 과정을 요구하지 않아 차세대 대면적 평판형 유기 소자의 제작 및 개발에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 투명 전극 위에 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 공중합 나노 복합막을 형성하여 제조된 광전 변환 소자를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 광전 변환 소자는 1) 투명 기판; 2) 투명 전극; 3) 전극 보호층; 4) 상기 전극 보호층 위에 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 전도성 고분자 나노 복합막; 및 5) 금속 전극을 포함한다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 상기 광전 변환 소자의 제조방법을 제공한다:
1) 투명 전극이 형성된 투명 기판 위에 전극 보호층을 형성하는 단계;
2) 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체, 제2 전도성 모노머, 전해질 및 전해용매를 혼합하여 공중합 반응용액을 제조하는 단계;
3) 상기 공중합 반응용액에 단계 1)의 투명 기판을 담그고 전위차 반응 시스템을 이용한 전기화학적 공중합 반응을 수행하여 전도성 고분자 나노 복합막을 형성하는 단계; 및
4) 상기 전도성 고분자 나노 복합막 위에 금속 전극을 증착하는 단계.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "전도성 모노머(conducting monomer)"는 그 자체로서 혹은 혼입(混入: doping)에 의하여 전기전도성을 띠는 고분자를 형성할 수 있는 모노머로서 공중합 반응에 의한 분자 결합을 통해 전기전도성 고분자를 형성할 수 있다. 이러한 전도성 모노머의 예로는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 아세틸렌(acetylene), 아닐린(aniline), 피롤(pyrrole), 티오펜(thiophene), 페닐렌비닐렌(phenylene vinylene), 페닐렌(phenylene), 3-알킬-티오펜(3-alkyl-thiophene), 옥틸티오펜(octylthiophene) 또는 이들의 유도체 등이 있다. 상기에서 플러렌에 치환되는 제1 전도성 모노머와 p형 고분자 박막 형성을 위한 제2 전도성 모노머는 서로 같거나 다를 수 있으며, 이들은 전기화학적 공중합 반응에 의한 분자 결합을 통해 전도성 고분자 박막을 형성한다.
전기화학적 공중합 반응 시, 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 혼합 비율은 3:1 내지 1:1이 바람직하다. 두 가지 모노머의 반응성이 상이하기 때문에 만약 상기 범위를 벗어나 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체의 양이 과도하면 양질의 고분자 복합막을 형성하기가 어렵다는 문제점이 발생할 수 있고, 제2 전도성 모노머의 양이 과도하면 형성된 복합막 내에 개질된 플러렌의 양이 부족하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 제1 전도성 모노머로서 티오펜으로 개질된 하기 화학식 1로 표시되는 플러렌 유도체를 사용하고, 제2 전도성 모노머로서 하기 화학식 2로 표시되는 옥틸티오펜을 사용한다.
본 발명에 사용가능한 투명 기판의 예로는 유리, 석영, 투명 플라스틱인 PET(polyethylene terephthalate) 또는 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 등이 있고, 투명 전극의 예로는 인듐 산화주석(indium tin oxide, ITO), 폴리에틸렌다이옥 시티오펜(polyethylene dioxythiophene, PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole) 등이 있다.
또한, 본 발명에 적합한 전극 보호층으로 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole) 등을 사용할 수 있고, 금속 전극은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄, 마그네슘, 리튬, 칼슘, 구리, 은, 금, 백금 및 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 제조방법에서 공중합 반응용액의 제조를 위한 전해질로는 리튬퍼클로레이트, 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(tetrabutylammonium tetrafluoroborate), 도데실벤젠설폰산(dodecylbenzenesulfonic acid), 캠퍼설폰산(10-camphosulfonic acid), 파라톨루엔설폰산(p-toluenesulfonic aicd) 등을 사용할 수 있고, 전해용매로는 프로필렌카보네이트(propylenecarbonate), 아세토나이트릴(acetonitrile) 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 플러렌 유도체에 치환되어 있는 전도성 모노머와 p형 고분자 박막 형성을 위한 전도성 모노머간의 분자 결합에 의해 플러렌 유도체가 형성된 전도성 고분자 박막 내에 고정되어 있는 고분자 나노 복합막을 형성함으로써 소자 내에 형성된 최적의 p-n 전하 이동통로에 온도나 시간의 변화에 따른 모폴로지 변형이 유발되지 않아 안정적으로 광전 변환 효과를 나타낼 수 있는 광전 변환 소 자가 제공된다.
특정한 블렌딩 조성비에서만 상호침투 망상형 구조가 형성될 수 있는 기존의 고분자 블렌딩 기술의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 적절한 최고 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 값과 최저 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 값을 갖고 있는 옥틸티오펜과 티오펜 그룹을 함유하는 플러렌 유도체를 이용하여 전기화학적 공중합 반응에 의한 고분자 나노 복합막을 제조하는 방법을 고안하였다.
본 발명에 따른 제조방법의 특징은 두 개의 전도성 모노머를 전기화학적으로 공중합시킬 때 서로 다른 전위차를 인가하는 단계적 전위차 반응 시스템을 이용한다는 것이다. 구체적으로, 본 발명에서 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체는 양의 전위차에서 산화가 유도되고, 제2 전도성 모노머는 음의 전위차에서 산화가 유도되므로, 양의 전위차와 음의 전위차를 번갈아 인가하는 단계적 전위차를 통해 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 공중합이 유도된다.
이 방법에 따르면, 전기화학적 공중합 반응의 반응시간 및 각 전도성 모노머의 비율을 조절하여 p형 전도성 고분자의 생성을 조절할 수 있고, 그로 인해 적절한 p-n 반도체 물질의 조성비를 만들어 최대 광전 효율을 나타내는 유연성 유기 박막 광전 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상호침투 망상형 구조를 형성할 수 있는 적절한 조성 비율을 수차례의 시행착오를 거쳐 제조해야 하고, 정해진 성분비만 갖고 있는 상호 침투 망상형 구조를 제조하는 기존의 블렌딩 방법에 비하면 획기적인 방법이라 할 수 있다.
고분자는 외부의 낮은 인가전압에 의해서도 전하 이동도가 증가하여 향상된 내부 양자 효율을 나타내고, 가공성이 우수하며, 실온에서 코팅이나 프린팅 기술로 소자를 제작할 수 있고, 대면적 소자의 제작이 용이할 뿐만 아니라, 유연성이 있으며, 소자 제작비용이 저렴하고, 분자 설계를 통해 밴드갭 조절이 가능한 등의 여러 가지 장점을 갖고 있기 때문에 차세대 광전 변환 소자의 소재로서 각광을 받고 있다.
이처럼 유기물을 이용한 광전소자의 최적화를 위해서는 유기계에서 일어나는 광전 현상을 먼저 이해해야 한다. 유기 광전 소자에서 전하가 생성되는 기본 원리는, 유기물로 이루어진 광전 소자로 들어간 광자가 유기물을 여기시켜 여기자를 형성시키고, 형성된 여기자가 p-n 접합 계면에 생성되어 있는 전위차에 의해 여기자 결합에너지(exciton binding energy)를 극복하고 전하(전자와 정공)로 분리된 후, 이로부터 생성된 전하가 각각의 해당 전극으로 이동하여 전류를 생성하게 된다.
이와 같은 원리에 근거하여 광전 효율을 증가시키기 위해서는, 첫째로 광전 소자의 광흡수도가 좋아야 하는데, 이는 광을 많이 흡수하여 여기자를 많이 생산할수록 전하를 생성하기가 쉽기 때문이다. 둘째로 p-n 계면에서의 전하 분리능, 즉 전자-정공 분리능이 커야한다. p-n 계면 근처에서만 여기자가 전자와 정공으로 분리될 수 있기 때문에 계면 근처의 광활성(photoactive) 지역에서 여기자를 형성해야 하고, p형과 n형 반도체들간의 HOMO와 LUMO 차이가 커야 생성된 여기자가 여기 자 결합에너지를 극복하고 전자와 정공으로 분리될 수 있다. 또한 생성된 전자와 정공이 이동하지 않으면 다시 여기자로 재결합되므로 생성된 전하의 원활한 수송을 통하여 전자와 정공의 재결합을 방지해야 한다. 셋째로 전자와 정공의 균등한 운반을 통하여 한 종류의 전하가 소자 내에 축적되는 것을 방지해야 한다. 특히 대부분의 고분자들은 전하 이동도(charge mobility)가 무기물에 비하여 현저히 낮기 때문에 원활한 이동경로를 확보해야 하고, 전자나 정공의 이동도가 비슷해야 한 종류의 전하가 소자 내에 축적되지 않는다. 또한, 전하가 전극으로 잘 전달되면 정공이나 전자가 소자 내에 축적되지 않아 소자 내부에 큰 부하가 걸리지 않게 되어 소자의 수명을 연장시킬 수 있다. 보통 유기/무기 혹은 저분자/고분자 이종접합의 경우에는 서로 다른 운반 메커니즘을 보유하여 서로 다른 이동도를 나타내므로 p와 n 물질은 비슷한 전하 이동도를 갖고 있는 고분자인 것이 바람직하다. 또한 소자물질과 금속 전극물질 사이의 저항(ohmic) 접촉을 형성하여 전하가 전극으로 이동하는데 저항이 적은 것이 바람직하다.
앞에서 언급된 바와 같이 고분자 블렌드를 사용하면 용액의 시료를 스핀 코팅함으로써 바로 박막의 이중연속상 상호침투 망상형 고분자 복합막을 형성시켜 대면적의 소자를 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있기 때문에 이에 대한 연구 및 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 이렇게 p-n 접합형의 이중연속상 상호침투 망상형 고분자 복합막을 형성하면 p-n 접합계면의 증가로 인하여 광흡수에 의해 생성된 여기자의 전자-정공으로의 분리능이 증가하게 된다. 또한, 이중연속상 상호침투 망상형 구조는 p와 n형 고분자들이 각각의 필요한 전극에 연결되어 있어 생성된 전자 나 정공의 전극으로의 이동이 용이하여 광전 효율을 증가시키고 다시 여기자로 재결합하는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 확보된 전하 이동경로를 통한 원활한 운반에 의해 전하가 소자 내에 축적되는 것을 방지할 수 있어 소자 내부에 부하가 걸리지 않게 하여 소자의 수명을 연장시키는 효과도 기대할 수 있다.
최근에 보고된 향상된 광전 변환 효율을 얻는 기술은 전도성 고분자(P3HT)와 플러렌 유도체(PCBM: [6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester)를 최적의 블렌딩 비율로 스핀 코팅한 후 열처리를 통하여 전하 이동통로가 잘 확보되어 있는 이중연속상 상호침투 망상형 고분자 복합막을 형성하는 방법이다. 하지만 이렇게 형성된 이중연속상 상호침투 망상형 구조는 이용된 물질들 사이의 상용도(miscibility) 차이로 인해 사용 시간이 경과함에 따라, 또는 외부에서 공급되는 열로 인해 소자 내부의 온도가 상승하게 되면(특히, 태양전지로 활용되는 경우 태양 빛을 흡수하여 소자 내의 온도가 약 80℃ 정도까지 상승하게 되면) 형성된 모폴로지가 변형되어 상호분리가 심하게 발생하게 되고 그로 인해 전하 이동통로가 손실되어 광전 변환 효율이 저하되는 것으로 알려져 있다.
유리전이 온도가 약 230℃인 2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4,페닐렌비닐렌[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] 층 위에 플러렌을 증착시킨 경우에, 소자의 온도가 p형 고분자인 MEH-PPV의 유리전이 온도보다 훨씬 낮더라도 플러렌이 고분자 속으로 스며드는 현상이 보고되었다(Heflin, R.M., 등, Appl . Phys . Lett. 81: 4607, 2002). 이는 고분자와 플러렌이 혼합되어 있다면 시간이 지남에 따라 플러렌과 고분자가 상호 상용도 차이에 의해 상분리가 일어나게 됨을 보여주는 결과이다. 즉, 현재 사용되는 고분자와 플러렌 복합체 구조는 최적의 전하 이동도를 갖는 조건으로 모폴로지가 조절되어 있는데, 이것이 시간이 지남에 따라 변형되어 광전 변환 효율의 감소를 유발하게 된다.
또한, P3HT/PCBM 블렌드 소자가 60℃에서 알루미늄을 전자 집속 전극으로 사용할 경우 광전 변환 효율이 100시간 이내에 초기 광전 효율의 10% 정도로 감소된다는 연구 결과가 보고되었다(R. De Bettignies, 등, Synth . Met. 156: 510, 2006). 이 결과는 플러렌 유도체인 PCBM이 고분자인 P3HT 내에서 상용도 차이에 의해 각각의 분자들만의 상분리 영역으로 서로 뭉치려하는 현상으로 인해 형성된 최적의 모폴로지가 변형되고, 그로 인해 광전 변환 효율의 감소가 일어남을 보여주는 것이다.
그러나 본 발명에 따른 방법은 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 p형 박막 형성을 위한 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응을 통해 전도성 고분자 박막을 형성함과 동시에 전자 이동도가 좋은 플러렌 유도체를 분자 결합을 통하여 전도성 고분자 박막 내에 고정시킴으로써 형성된 최적의 p-n 전하 이동통로의 모폴로지 변화가 일어나지 않게 하여 외부의 온도 변화 또는 장시간 사용 시에도 전하 이동통로가 안정적으로 확보되어 우수한 광전 변환 효율을 지속적으로 나타내는 유기 광전 변환 소자의 제작을 가능케 한다.
본 발명에서 사용하는 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의한 고분자 나노 복합막 형성법을 이용하면 기존 의 고분자 블렌딩 기술로는 가능하지 않았던 원하는 조성비율의 이중연속 상호침투 망상형 구조를 갖는 고분자 나노 복합막을 쉽게 얻을 수가 있다.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된, 투명 기판, 투명 전극, 전극 보호층, 그 위에 형성된 p형과 n형의 전도성 고분자 나노 복합막 및 상기 고분자 나노 복합막 상에 증착된 금속 전극층을 포함하는 광전 변환 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 광전 변환 소자는 플러렌 유도체에 치환되어 있는 전도성 모노머와 p형 고분자 박막 형성을 위한 전도성 모노머간의 분자 결합에 의해 플러렌 유도체가 전도성 고분자 내에 고정된 고분자 나노 복합막을 형성함으로써 형성된 최적의 p-n 전하 이동통로가 온도나 시간의 변화에 따른 모폴로지 변형이 유발되지 않아 안정적으로 광전 변환 효과를 나타낼 수 있다.
또한 모든 시스템이 실온에서 용액을 이용한 프로세싱이 가능하고 특별히 복잡한 공정이 포함되지 않기 때문에, 최근에 관심을 끌고 있는 염료 감응형 유무기 하이브리드 나노입자 시스템에서 필요로 하는 고온 공정을 요구하지 않는다. 이와 같은 구조로 높은 양자효율을 갖는 유연성 초박막 광전소재를 개발할 수 있으며 태양전지나 광센서로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 p-n 접합형의 나노 구조 고분자 광전 변환 소자의 단면도를 나타낸 것으로, 101은 ITO와 같은 투명전극, 102는 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT)과 같은 전극 보호층, 103은 광전 변환 활동층, 104는 알루미늄과 같은 금속 양극을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따라 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전 도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 고분자 복합막을 형성하는 장치를 도시한 것이다. 이 장치는 PEDOT가 코팅되어 있는 투명 ITO 유리를 작동 전극으로 사용하고, 백금을 상대 전극으로 사용하며, 미세한 외부 인가전압을 조절하기 위하여 Ag/AgCl 기준 전극을 사용한다.
도 3은 본 발명에 따라 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 고분자 나노 복합막의 자외선-가시광 광흡수도를 나타낸 것으로, 도핑(doping) 상태에서는 1000 ㎚부터 2500 ㎚ 사이의 파장에서 커다란 흡수 피크가 나타나는 반면, 디도핑(dedoping) 상태에서는 이 영역에서의 흡수 피크가 거의 나타나지 않는다. 이로부터 본 발명에 따라 단계적 전위차 방법을 이용하여 제작된 광전 변환 활성층은 1000 ㎚부터 2500 ㎚ 사이의 파장에서 도핑된 전도성 고분자의 광흡수 특성 피크가 나타나지 않는 것으로 확인되어 거의 도핑되지 않은 중성 상태의 고분자 나노 복합막임을 알 수 있다.
본 발명은 두 개의 다른 전도성 모노머에 서로 다른 전위차를 인가하여 공중합시키는 과정을 이용하므로 우선적으로 원래 목적에 맞는 고분자 복합체가 형성되는가를 조사한다. 도 4의 적외선 광흡수도에 나타난 것처럼 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체만을 이용하여 고분자를 중합한 경우와 3-옥틸티오펜만을 이용하여 고분자를 중합한 경우, 이 두 가지를 공중합한 경우의 자외선 흡광도 차이를 분석한 결과, 단계적 전위차 반응 시스템을 이용한 전기화학적 공중합 반응에서 전위차와 반응시간의 조절을 통해 형성된 고분자 박막 내 플러렌 유도체와 티오펜의 조성비를 공중합 반응 시 사용된 반응용액 내 이들의 혼합비와 동일하게 형성할 수 있고, 원하는 조성을 갖는 플러렌이 분자 결합을 통하여 전도성 고분자 내에 고정되어 있는 고분자 나노 복합체를 형성할 수 있음을 확인한다.
도 5a 내지 5d는 3-옥틸티오펜만을 이용하여 고분자를 중합한 경우(5a)와 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체만을 이용하여 고분자를 중합한 경우(5b), 그리고 이 두 가지를 공중합하는데 플러렌 유도체와 티오펜 모노머를 1:1로 혼합하는 경우(5c)와 3:1로 혼합하는 경우(5d)의 소자를 제작한 후 각각의 고분자 나노 복합막을 주사전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 방법에 따라 제작된 고분자 복합막 유기 광전 소자의 전류-전압 특성 그래프를 나타낸 것이고, 도 7a 내지 7d는 본 발명의 방법에 따라 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 고분자 나노 복합막과 스핀 코팅으로 제작된 복합막의 열처리 전/후를 주사전자 현미경으로 관찰한 이미지이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 광전 변환 소자는 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의한 분자 결합을 통하여 고분자 나노 복합체를 형성함으로써 온도나 시간의 변화에 따른 모폴로지 변형이 유발되지 않아 형성된 전하 이동통로가 안정적으로 확보되어 광전 변환 효과를 지속적으로 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광전 변환 소자의 제조방법은 기존의 블렌딩(blending) 기술을 이용하여 제작된 상호침투 망상형 고분자 복합막 구조와는 달리 최대의 광전 효율 얻을 수 있는 최적의 소자를 제작할 수 있고, 그 공정이 고온, 진공 등의 특별한 과정을 요구하지 않아 차세대 대면적 평판형 유기 소자의 제작 및 개발에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<
실시예
1>
모노머의
반응성 및
디도핑
방법 조사
클로로폼, 아이소프로필알코올과 아세톤으로 세척한 1×1 인치 크기의 ITO 유리를 15분간 O2 플라즈마 처리한 후 PEDOT(폴리3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(다우 케미칼사)을 전극 보호층으로 스핀 코팅하여 110℃ 진공오븐에서 건조시켰다.
먼저 플러렌 유도체에 치환되어 있는 티오펜 그룹이 전기화학적으로 활성적인 전도성 모노머 그룹인지를 조사하기 위하여, 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체([6,6]-phenyl C61-butyric acid 3-ethylthiophene ester, 아메리칸 다이 소스사)만을 전해질 용액과 혼합하여 다음과 같이 전기화학적으로 고분자를 형성시켰다. 구체적으로, 0.005 M의 리튬퍼클로레이트(Lithium perchlorate, LiClO4)를 전해질로 사용하여 0.0005 M의 상기 플러렌 유도체를 프로필렌카보네이트 및 톨루엔과 혼합하여 반응용액을 제조하였다. 상기 반응용액에 앞서 제조된 PEDOT가 코팅된 ITO 유리를 침지시키고 +2.0 V의 외부 인가전압을 가하여 전기화학적으로 고분자 박막을 중합한 후 자외선-가시광 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과, 티오펜의 흡수 특성인 300 ㎚ 근처에서 광흡수 피크가 검출됨을 통하여 플러렌 유도체에 치환된 티오펜이 전기화학적으로 활성적인 전도성 모노머임을 확인하였다.
유기 태양전지 막으로 사용하기 위해서는 도핑(doping)되지 않은 상태인 중성의 상태를 만들어 주어야 변환 효율이 향상되므로 상기에서 전기화학적으로 형성된 고분자 막을 디도핑(dedoping) 해주어야 한다. 전기화학적 디도핑 방법은, 0.005 M의 리튬퍼클로레이트를 프로필렌카보네이트에 녹여 준비한 전해질 용액에 상기에서 중합된 고분자 막을 침지한 후 -0.5 V에서 시작하여 -0.5 V → -0.7 V → -1.0 V → -1.3 V → -1.5 V → -1.8 V → -2.0 V의 순서로 외부 인가전압을 가하여 디도핑시켰다. 디도핑된 상태는 자외선-가시광 스펙트럼에서 장파장대의 흡수가 사라져 끝부분의 그래프가 내려가는 양상으로 확인할 수 있다. 한편, 화학적 디도핑 방법은 부탄올과 1 wt% 수화나트륨 수용액을 혼합(20:1, 부피비)하여 준비한 디도핑 용액에 상기 고분자 막을 약 10초간 담갔다가 꺼내어 메탄올로 세척하고 다시 프로필렌카보네이트로 세척하였다. 이 고분자 막을 질소를 이용하여 건조시킨 후 자외선-가시광 스펙트럼을 찍어 장파장대의 흡수가 사라지는 것을 확인하여 형성된 고분자막이 디도핑 되었음을 확인하였다. 도 3에 나타난 바와 같이, 도핑 상태에서는 1000 ㎚부터 2500 ㎚ 사이의 파장에서 커다란 흡수 피크가 나타나는 반면, 디도핑 상태에서는 이 영역에서의 흡수 피크가 거의 나타나지 않았다.
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실시예
2>
광흡수도
측정 및 주사전자 현미경 이미지 측정용 소자의 제작
고분자 복합막 소자를 제작하기 위하여 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 ITO 투명 기판 위에 PEDOT를 스핀 코팅하여 투명 전극을 형성시켰다. 0.00025 M의 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체와 0.125 M의 옥틸티오펜을 0.005 M 리튬퍼클로레이트를 전해질로 사용하여 프로필렌카보네이트 및 톨루엔과 혼합하여 공중합 반응용액을 제조하였다. 상기 공중합 반응용액에 투명 전극이 형성된 투명 기판을 담그고 전기화학적 공중합 반응을 수행하여 고분자 나노 복합체를 형성시켰다. 이때, PEDOT가 코팅되어 있는 ITO 유리가 작동 전극(working electrode)으로, 백금(Pt)이 상대 전극(counter electrode)으로 사용되었다. 전극 사이에 적절한 전위차를 가함으로써 전해용액에 노출되어 있는 PEDOT가 코팅된 ITO 유리로부터 고분자 나노 복합체를 성장시켰다. 전극 사이의 미세한 전위차는 Ag/AgCl 전극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하여 조절하였다. PowerLab/4SP(ADInsutment사)에 의해 조절되는 전위차계를 이용하여 전기화학적 공중합 반응의 시간에 따른 전류의 변화를 기록하였다.
보통의 전기화학적 공중합 반응에서는 작동 전극과 상대 전극 사이에 양이나 음의 전압과 같이 한 종류의 전위차만을 가하여 중합반응을 일으킨다. 그러나 본 발명에 사용되는 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체는 양의 전위차에서 산화가 일어나고 옥틸티오펜은 음의 전위차에서 산화가 일어나기 때문에 단일 전위차만을 인가하는 기존의 방법으로는 공중합을 일으킬 수가 없다. 이에 본 발명에서는 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체와 옥틸티오펜의 전기화학적 공중합 반응이 일어날 수 있도록 단계적 전위차를 반응 시스템에 적용하였다. 즉, -1.6312 V로 2초간 전위차를 인가한 후 바로 +4.5 V의 전위차를 8초간 인가하는 단계적 전위차를 총 30분에 걸쳐 반응 시스템에 인가함으로써 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체와 옥틸티오 펜의 공중합을 유도하였다.
이와 같이 제작된 공중합 고분자 복합체 소자의 적외선 흡광 실험에서 플러렌 그룹과 티오펜 그룹의 적외선 흡수도 차이를 이용하여 이들간에 공중합이 이루어졌음을 확인하였다. 이와 같이 서로 다른 전위차를 인가하는 단계적 전위차 반응 시스템을 이용한 본 발명의 전기화학적 공중합 방법에 따르면, 한 종류의 모노머가 적용된 외부 전위차에서 고분자로 중합된 후 다른 종류의 모노머를 중합하기 위하여 반대의 전위차를 적용하면, 다른 종류의 고분자 막이 형성됨과 동시에 앞서 중합된 고분자 막에서는 상기 실시예 1에서 전술한 바와 같은 전기화학적 디도핑 반응이 자동적으로 수행된다. 따라서, 이러한 공중합 과정이 번갈아 수행되어 최종적으로 형성된 고분자 복합막은 거의 도핑되지 않은 중성 상태의 고분자 나노 복합막으로 형성되어 추가적인 디도핑 과정을 거치지 않아도 되는 부수적인 장점이 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체만을 이용하여 고분자를 중합한 경우와 3-옥틸티오펜만을 이용하여 고분자를 중합한 경우, 그리고 이 두 가지를 함께 공중합한 경우의 자외선 흡광도 차이를 분석한 결과, 원하는 조성을 갖는 플러렌이 분자 결합을 통하여 전도성 고분자 내에 고정되어 있는 고분자 나노 복합체가 형성되었음을 확인하였다.
또한, 도 4의 결과로부터 단계적 전위차 반응 시스템을 이용한 플러렌 유도체와 옥틸티오펜의 전기화학적 공중합 반응에서 전위차와 반응시간을 조절함으로써 고분자 복합막 내에 최종적으로 형성된 플러렌 유도체와 티오펜의 조성비를 공중합 반응 시 사용한 반응용액 내 이들의 조성비와 동일하게 형성할 수 있음을 알 수 있다.
이렇게 형성된 소자는 사용된 전해용매, 즉 프로필렌카보네이트로 여러 번 세척하여 불필요한 전해질을 용해시킨 후 다시 유기용매로 여러 번 세척하고 진공오븐에서 건조시켰다. 또한 이와 같이 형성된 고분자 나노 복합체를 주사전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여 이미지를 관찰하여 도 5a 내지 5d에 나타내었다. 도 5a 및 5b는 각각 3-옥틸티오펜 및 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체만을 이용하여 고분자를 중합한 경우의 주사전자 현미경 이미지이고, 도 5c 및 5d는 각각 플러렌 유도체와 티오펜 모노머를 1:1 및 3:1의 비율로 혼합하여 공중합한 경우의 주사전자 현미경 사진이다.
<
실시예
3>
광전
변환 소자의 제작 및 측정
실시예 1 및 2에서 형성된 전도성 고분자-플러렌 나노 구조 유기물을 공중합한 후 전자 수집용 전극으로 1500 ㎚ 두께의 알루미늄(Aluminium) 또는 리튬-알루미늄 합금(Lithium-Aluminium alloy)을 진공 증착하여 광전 변환 소자를 제조하였다. 광전 변환 소자의 전류-전압(Current-voltage, I-V) 특성을 케이틀리(Keithley) 2400 전류원 측정기(source-measure unit)를 이용하여 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 이때 광원으로는 300 W Xe 램프를 사용하였고, 오리엘사(Oriel)의 AM 1.5 기단 필터(Air Mass Filter)를 이용하여 태양광의 조사 파장을 모방하는 빛 환경에서 필요에 따라 중성 농도 필터(neutral density filter)를 사 용하여 빛의 세기를 조절하였다. 오리엘사의 ARC 150 단색 분광기(monochromator)를 이용하여 선택적 파장을 측정하였으며, 조광강도는 광대역 광 파워 측정기(calibrated broadband optical power meter, Spectra Physics model 404)를 이용하여 측정하였다. 이와 같이 제조된 고분자 광전 변환 소자는 Voc(open circuit potential)가 0.659 V로 기존에 플러렌을 이용한 유기 광전 변환 소자들보다 현저히 우수하였고, Jsc(short circuit current)는 52 μA/㎠, 변환 효율은 0.0068%이었다.
상기에서 설명한 바와 같이, 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응을 통해 전도성 고분자의 복합막을 형성시켜 전자이동도가 좋은 플러렌 유도체를 분자 결합을 통하여 전도성 고분자 박막 내에 고정시킴으로써, 형성된 최적의 p-n 전하 이동통로의 모폴로지가 외부의 온도 변화 또는 장시간의 사용에도 변형되지 않는 유기 광전 변환 소자의 제작이 가능함을 보여주기 위하여, 본 발명에 따라 전기화학적 공중합 반응으로 제작된 전도성 고분자 복합막 소자와 이와 동일한 조성성분으로 스핀 코팅에 의해 제작된 소자(즉, 플러렌 유도체가 전도성 고분자 내에 고정되지 않음)를 80℃에서 1시간 동안 열처리한 후 주사전자 현미경을 이용하여 관찰하였다.
도 7a 및 7b에 나타난 바와 같이, 전기화학적 공중합 반응으로 형성된 본 발명의 전도성 고분자 복합막 소자는 열처리 전과 후의 이미지에서 도메인의 크기에 아무런 변화가 나타나지 않았다. 반면, 도 7c 및 7d에 나타낸 기존의 스핀 코팅 방법으로 형성된 복합막 소자는 열처리 전에 비해 열처리 후에 크기가 자라난 도메 인과 크기가 줄어든 도메인이 검출되어 도메인이 자라나는 현상의 대표적인 징후를 나타냄으로써 형성된 나노구조의 모폴로지가 열처리에 의해 변형되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 플러렌 유도체가 전도성 고분자 내에서 상용도 차이에 의해 각 분자들만의 상분리 영역으로 서로 뭉치려하는 현상으로 인해 형성된 최적의 모폴로지가 변형되고, 이로 인해 광전 변환 효율의 감소가 일어난다는 직접적인 증거가 되는 것이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 p-n 접합형의 나노 구조 고분자 광전 변환 소자의 단면도를 나타낸 것으로, 101은 ITO와 같은 투명전극, 102는 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT)과 같은 전극 보호층, 103은 광전 변환 활동층, 104는 알루미늄과 같은 금속 양극을 나타내고,
도 2는 본 발명에 따라 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 고분자 복합막을 형성하는 장치를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따라 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 고분자 복합막의 자외선-가시광 광흡수도를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명에 따라 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합 반응에 의해 형성된 고분자 복합막의 적외선 광흡수도를 나타낸 것이고,
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따라 전기화학적 공중합 반응에 의해 티오펜으로 개질된 플러렌 유도체만을 이용하여 고분자를 중합한 경우와 3-옥틸티오펜만을 이용하여 고분자를 중합한 경우, 그리고 이 두 가지의 혼합비율을 달리하여 공중합한 경우의 소자를 제작하여 고분자 복합막의 주사전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지이고,
도 6은 본 발명의 방법에 따라 제작된 고분자 복합막 유기 광전 소자의 전류 -전압 특성 그래프를 나타낸 것이고,
도 7a 내지 7d는 본 발명의 방법에 따라 제작된 고분자 나노 복합막과 스핀 코팅으로 제작된 복합막의 열처리 전/후를 주사전자 현미경으로 관찰한 이미지이다.
Claims (15)
1) 투명 전극이 형성된 투명 기판 위에 전극 보호층을 형성하는 단계;
2) 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체, 제2 전도성 모노머, 전해질 및 전해용매를 혼합하여 공중합 반응용액을 제조하는 단계;
3) 상기 공중합 반응용액에 단계 1)의 투명 기판을 담그고 양의 전위차와 음의 전위차를 번갈아 인가하는 단계적 전위차 반응 시스템을 이용한 전기화학적 공중합 반응을 수행하여 전도성 고분자 나노 복합막을 형성하는 단계; 및
4) 상기 전도성 고분자 나노 복합막 위에 금속 전극을 증착하는 단계를 포함하는, 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체를 이용하여 우수한 광전 변환 효과를 나타내는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 전도성 모노머와 제2 전도성 모노머가 서로 같거나 다를 수 있고, 이들 각각이 아세틸렌(acetylene), 아닐린(aniline), 피롤(pyrrole), 티오펜(thiophene), 페닐렌비닐렌(phenylene vinylene), 페닐렌(phenylene), 3-알킬-티오펜(3-alkyl-thiophene), 옥틸티오펜(octylthiophene) 및 이들의 유도체로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
전해질이 리튬퍼클로레이트, 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(tetrabutylammonium tetrafluoroborate), 도데실벤젠설폰산(dodecylbenzenesulfonic acid), 캠퍼설폰산(10-camphosulfonic acid) 및 파라톨루엔설폰산(p-toluenesulfonic aicd)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
전해용매가 프로필렌카보네이트(propylenecarbonate) 또는 아세토나이트릴(acetonitrile)인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
투명 기판이 유리, 석영, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 및 폴리에테르설폰(polyethersulfone)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
투명 전극이 인듐 산화주석(indium tin oxide, ITO), 폴리에틸렌다이옥시티오펜(polyethylene dioxythiophene, PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리피롤(polypyrrole)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
전극 보호층이 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리피롤(polypyrrole)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
금속 전극이 알루미늄, 마그네슘, 리튬, 칼슘, 구리, 은, 금, 백금 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
1) 투명 기판; 2) 투명 전극; 3) 전극 보호층; 4) 전도성 고분자 나노 복합막; 및 4) 금속 전극을 포함하고,
상기 전도성 고분자 나노 복합막이 제1 전도성 모노머로 개질된 플러렌 유도체와 제2 전도성 모노머의 전기화학적 공중합에 의해 형성되면서 이들 사이의 분자 결합에 의해 플러렌 유도체가 전도성 고분자 내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 우수한 광전 변환 효과를 나타내는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
제10항에 있어서,
제1 전도성 모노머와 제2 전도성 모노머가 서로 같거나 다를 수 있고, 이들 각각이 아세틸렌, 아닐린, 피롤, 티오펜, 페닐렌비닐렌, 페닐렌, 3-알킬-티오펜, 옥틸티오펜 및 이들의 유도체로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
제10항에 있어서,
투명 기판이 유리, 석영, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에테르설폰으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
제10항에 있어서,
투명 전극이 인듐 산화주석(ITO), 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 폴리아닐린 및 폴리피롤로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
제10항에 있어서,
전극 보호층이 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 폴리아닐린 및 폴리피롤로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
제10항에 있어서,
금속 전극이 알루미늄, 마그네슘, 리튬, 칼슘, 구리, 은, 금, 백금 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 복합막 광전 변환 소자.
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2007
- 2007-10-08 KR KR1020070101015A patent/KR100926263B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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Also Published As
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