KR100972735B1 - 산화-환원 반응을 이용한 유기-무기 하이브리드형 접합 소자 및 이를 이용하는 유기태양전지 - Google Patents

산화-환원 반응을 이용한 유기-무기 하이브리드형 접합 소자 및 이를 이용하는 유기태양전지 Download PDF

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Abstract

유기물과 무기물이 접합되고, 접합의 계면에 공핍층이 형성된 유기-무기 하이브리드형 접합 소자 및 이를 이용하는 유기태양전지가 개시된다. P-타입의 유기물층 상부에 염기성의 금속 산화물 용액을 도입한다. 염기성의 금속 산화물 용액은 N-타입의 특성을 가진다. 유기물층의 접합의 계면에서는 염기성의 금속 산화물 용액의 도입에 따른 산화-환원 반응이 일어나고, 동시에 금속 산화물 용액은 겔화된다. 계면에서의 산화-환원 반응에 의해 P-타입의 유기물층의 표면영역에서의 자유전하는 제거되고, 공핍영역으로 변환된다. 공핍영역의 도입에 의해 P-N 접합이 일어나고, 전기적으로 다이오드 특성을 가진다. 또한, 도입되는 유기물층, 공핍층 및 금속 산화물층에 의해 유기태양전지가 제조된다.
유기물층, 폴리아닐린, 유기태양전지, 공핍층

Description

산화-환원 반응을 이용한 유기-무기 하이브리드형 접합 소자 및 이를 이용하는 유기태양전지{Organic-Inorganic Hybrid Junction Device using Redox Reaction and Organic Photovoltaic Cell of using the same}
본 발명은 유기-무기 하이브리드형의 공핍층을 이용한 접합 소자 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
산업혁명 이후 인간의 삶의 질을 높이고 세계 경제를 획기적으로 성장시킨 원동력은 P-N 접합(P-N Junction)을 근간으로 하는 반도체 소자 기술이라 할 수 있다. 이러한 반도체 소자 기술은 디스플레이, 영상기기, 통신장비, 디지털 가전, 휴대전화, 디지털 카메라, 켐코더, MP3 플레이어 등 사회 전반에 걸쳐 응용되면서 오늘날 정보 및 지식 기반사회의 탄생에 결정적인 역할을 하였다. 한편, 초고속 정보화 사회로의 발전이 21세기에 들어 더욱 가속화됨에 따라, 다가올 정보통신 사회는 디지털 네트워크를 통해 언제 어디서든지 원하는 정보를 쉽게 찾아 볼 수 있는 유비쿼터스 시대가 될 것으로 전망된다. 이로부터 차세대 정보화기기는 표시품질의 고성능화 및 기기의 소형화와 더불어 기능성이 강조될 것이고, 휘어짐이 가능하여 휴대가 용이하고, 착용할 수 있는 새로운 개념의 전자소자가 주를 이루게 될 것이 다.
따라서, 다가올 유비쿼터스 시대에 부응하는 고기능, 신개념의 전자소자의 개발이 필요하며, 이를 위해서는 20세기 과학기술 발전의 원동력이었던 반도체 기술의 획기적인 발전이 우선적으로 요구된다. 그러나 이러한 시대적 요구와는 달리 무기물 P-N 접합을 이용하는 현재의 반도체 소자들은 부피가 크고, 무거우며, 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라 외부 충격에 취약하여 초박막화와 초미세 구조가 요구되는 차세대 전자소자로 사용되기에는 한계가 있다.
이러한 이유로 최근에는 활성층으로 유기물을 이용하는 전자소자가 집중적으로 개발되고 있는데, 기존의 무기물 반도체에 비하여 경제성, 경량성, 제작용이성이 뛰어나고, 특히 유기물 특유의 유연성으로 인해 외부충격에 안정하여 초박막화가 가능하기 때문에 차세대 초박막, 초미세 전자소자의 실현을 위한 가장 근접한 기술로 여겨지고 있다.
그러나, 이러한 유기물을 이용한 전자소자 역시 산소와 수분에 취약하여 소자수명이 짧고 무기물 전자소자에 비해 소자의 성능이 낮고, 또한 향후 요구되는 초박막형 소자와 나노 사이즈 크기의 나노전자소자 제조를 위해서는 새로운 기술 개발이 필요한 실정이다. 따라서, 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 반도체 기술이 요구되고 있으며, 이는 상기 제기된 유기물과 무기물의 단점을 극복하고 두 물질이 가지는 장점을 동시에 가지는 새로운 기술이 요청된다 할 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 유기-무기 하이브리드형의 접합 특성을 가진 접합 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적의 달성에 의해 제공되는 접합 소자를 이용한 유기태양전지를 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, P-타입으로 도핑된 유기물층; N-타입으로 도핑되고, 염기성을 띈 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층; 및 상기 유기물층과 금속 산화물층 사이에 개재되고, 상기 유기물층과 상기 금속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성된 공핍층을 포함하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자를 제공한다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되고, P-타입으로 도핑된 유기물층; N-타입으로 도핑되고, 염기성을 띈 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층; 상기 유기물층과 금속 산화물층 사이에 개재되고, 상기 유기물층과 상기 금속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되며, 빛의 흡수에 의해 자유전하를 생성하는 공핍층; 및 상기 금속 산화물층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 유기태양전지를 제공한 다.
본 발명의 상기 제2 목적은, 기판 상에 요철 형상으로 형성되고, P-타입으로 도핑된 유기물층; N-타입으로 도핑되고, 상기 요철 형상의 유기물층을 따라 형성되며, 빛의 흡수에 의해 자유전하를 생성하는 공핍층; 및 상기 공핍층의 상부에 형성된 금속 산화물층을 포함하고, 상기 공핍층은 유기물층과 금속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되며, 상기 금속 산화물층은 상기 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제공을 통해서도 달성된다.
상술한 본 발명에 따르면, P-타입의 유기물층과 N-타입의 금속 산화물 용액은 접합에 의해 2개의 이종의 재료 사이에 공핍층이 형성된다. 즉, 염기성을 띄는 금속 산화물 용액에 의해 산화-환원 반응이 일어나고, P-타입의 유기물층은 자유전하가 배제되는 공핍층으로 형성된다. 이와 동시에 금속 산화물 용액은 겔화가 진행되어 금속 산화물층으로 변화한다. 금속 산화물층의 도입으로 인해 태양전지에서의 봉지가 원활하게 이루어질 수 있다. 즉, 수분 또는 공기의 차단을 용이하게 수행할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 공핍층의 형성은 P-타입의 유기물층 표면 영역에서 일어나므로 상대적으로 매우 두께가 얇은 공핍층을 획득할 수 있다. 얇은 공핍층을 유기태양전지에서 광활성층으로 이용하여, 빛의 흡수에 의해 발생되는 자유전하의 이동거리를 최소화한다. 따라서, 유기태양전지의 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 별도의 광활성층의 형성을 위한 공정이 요구되지 않으며, 동일 공정에 서 공핍층인 광활성층과 전자받게층인 금속 산화물층을 형성할 수 있는 잇점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기-무기 하이브리드형 공핍층을 형성 하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 상기 도 1에 의해 유기-무기 하이브리드형 접합 소자가 형성된다.
도 1을 참조하면, 유기-무기 하이브리드형 접합 소자는 기판(100) 상에 형성된 유기물층(110), 상기 유기물층(110) 상부에 형성된 공핍층(140) 및 상기 공핍층(140) 상부에 형성된 금속 산화물층(130)을 포함한다.
먼저, 기판(100) 상에 유기물층(110)이 형성된다.
상기 기판(100)은 유기물층(110)을 수용할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능할 것이나, 글라스, 종이 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate), PES(Polyethersulphone), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate), PAR(Polyarylate) 등의 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
상기 기판(100) 상에 유기물층(110)은 폴리아닐린(polyaniline)계, 폴리피롤(polypyrol)계, 폴리아세틸렌(polyacethylene)계, 폴리에틸렌다이옥실티오펜 (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)계, 폴리페닐렌 비닐렌(poly(phenylenevinylene), PPV)계, 폴리플루오렌(poly(fluorene))계, 폴리파라 페닐렌(poly(para-phenylene), PPP)계, 폴리알킬티오펜(poly(alkylly- thiophene)계 또는 폴리피리딘(poly(pyridine),PPy)계를 도핑한 물질 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 고분자 물질을 도핑하여 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 형성되는 유기물층(110)은 P-타입으로 도핑된 상태이다. 또한, 상기 유기물층(110)은 기존에 알려진 유기물의 코팅법이 모두 적용될 수 있으므로, 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 상기 유기물층(110) 상에 염기성막을 형성한다. 상기 염기성막은 금속 산화물층(130)이며, N-타입의 특성을 가진다. 바람직하게는 상기 염기성막은 염기성을 띄는 금속 산화물 용액(120)의 코팅에 의해 형성된다.
상기 금속 산화물 용액(120)은 다음의 과정을 통해 준비된다. 먼저, 산소와 수분이 제거된 조건에서 금속 알콕사이드에 용매와 첨가제를 혼합하고, 금속 산화물 중간용액을 형성한다. 이어서, 금속 산화물 중간용액에 열을 가하여 응축하여 겔 상태의 금속 산화물을 형성한다. 계속해서, 겔 상태의 금속 산화물에 분산액을 첨가하여 금속 산화물 용액을 형성한다.
상기 금속 산화물 용액의 준비과정에서, 금속 알콕사이드의 금속은 Ti, Zn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh 또는 Ru가 사용되거나, 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다. 또한, 사용되는 용매는 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 등의 알콜류이며, 첨가제로는 에탄올아민, 메탄올아민, 프로판올아민 등의 알코올아민류, 과산화수소수 또는 수산화암모늄이 사용된다.
바람직하게는 상기 금속 알콕사이드는 타이타늄 알콕사이드이다. 따라서, 상기 금속 산화물 용액은 타이타늄 산화물 용액일 수 있다.
금속 산화물 중간용액인 타이타늄 산화물 중간용액의 조성은 용매를 기준으로 금속 알콕사이드가 5% 내지 60%의 부피비를 가지고, 첨가제는 용매를 기준으로 5% 내지 20%의 부피비를 가지도록 설정된다.
이어서, 형성된 타이타늄 산화물 중간용액을 농축한다. 상기 농축과정은 타이타늄 산화물 중간용액에 열을 가하여 용매를 제거하고, 첨가제가 타이타늄 알콕 사이드에 용이하게 결합하도록 한다. 상기 농축단계에서 가해주는 열의 온도는 60℃ 내지 180℃이다. 농축에 의해 타이타늄 산화물 중간용액은 겔 상태로 전환되어 타이타늄 알콕사이드 혼합물로 형성된다. 즉, 농축과정에서 금속 알콕사이드는 첨가제와 결합하여 금속 겔 상태의 금속 산화물을 형성한다.
계속해서, 겔 상태의 타이타늄 산화물에 분산액을 첨가한다. 상기 분산액은 이소프로판올, 에탄올, 메탄올 등의 알코올류, 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, THF, 자일렌, DMF, DMSO 또는 톨루엔이 선택된다. 분산액과 겔 상태의 타이타늄 알콕사이드 혼합물의 혼합에 의해 본 발명에서 목적하는 금속 산화물 용액(120)의 일종인 타이타늄 산화물 용액이 형성된다. 상기 분산액은 투입된 금속 알콕사이드를 기준으로 1000% 내지 20000%의 부피비를 가지도록 함이 바람직하다.
상술한 과정을 통해 형성된 타이타늄 산화물 용액은 기판(100) 상에 형성된 유기물층(110) 상부에 도포된다.
금속 산화물 용액(120)의 도포는 스핀-코팅(spin-coating), 딥코팅(dip coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드 (doctor blade), 드롭 캐스팅(drop casting), 도장법 (stamp method) 또는 롤투롤(roll-to-roll) 프린팅 등을 사용하여 수행될 수 있다.
액상의 금속 산화물 용액(120)이 도포되면 금속 산화물 용액(120)은 공기 또는 수분에 노출되고, 공기 또는 수분과의 가수분해 반응을 개시하여 겔화된다. 또한, 상기 금속 산화물 용액(120)은 염기성을 띄게 된다. 겔화를 통해 유기물층(110) 상부에는 금속 산화물층(130)이 형성되며, 염기성을 띄는 금속 산화물 용 액(120)은 겔화와 동시에 유기물층(110)과의 산화-환원 반응이 일어난다. 즉, 유기물층(110)과 금속 산화물 용액(120)의 계면에는 산화-환원 반응이 일어나게 된다.
산화-환원 반응에 의해 계면에서는 디도핑 현상이 일어난다. 즉, P-타입으로 도핑된 유기물층(110)의 일부에서 반송자(charge carrier)인 정공이 제거된다. 즉, 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층(130)과 유기물층(110) 사이에는 유기물층(110)의 디도핑에 의해 형성된 공핍층(140)이 형성된다. 즉, P-타입과 N-타입이 접촉하는 계면에서는 전자와 전공의 결합이 발생하고, 이를 통해 유기물층(110)의 일부는 전도성을 띄지 않는 전기적 중성영역으로 변경된다. 즉, P-타입의 유기물층(110)과 N-타입의 금속 산화물층(130) 사이에는 전기적 중성영역인 공핍층(140)이 형성된다.
상기 공핍층(140)은 P-타입의 유기물층(110)이 디도핑되어 형성된 것으로, 금속 산화물 용액(120)의 PH에 따라 디도핑되는 유기물층(110)의 두께와 정도가 달라진다. 따라서, 상기 도 1에서는 유기물층(110) 상부에 공핍층(140)이 형성되고, 상기 공핍층(140) 상부에 타이타늄 산화물층이 형성된 구조가 된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 전극(105)이 형성된다.
상기 기판(100)은 글라스, 종이, PET, PES, PC, PI, PEN, PAR 등의 플라스틱 기판이나 이들의 혼합물이 될 수 있다. 또한, 제1 전극(105)은 ITO(Indium Tin Oxide)계, AZO(Al-doped Zinc Oxide)계, IZO(Indium Zinc Oxide)계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이어서, 상기 제1 전극(105) 상부에 유기물층(110)이 형성된다.
상기 유기물층(110)은 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리아세틸렌계, 폴리에틸렌다이옥실티오펜계, 폴리페닐렌 비닐렌계, 폴리플루오렌계, 폴리파라 페닐렌계, 폴리알킬티오펜계 또는 폴리피리딘계를 포함한다.
상기 유기물층(110) 상부에는 용액상태에서 염기성을 띄는 금속 산화물 용액(120)이 코팅된다. 상기 코팅방법은 스핀-코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이드, 드롭 태스팅, 도장법, 롤트롤 프린팅 등이 사용될 수 있다.
상술한 금속 산화물 용액(120)은 공기 또는 수분에 노출되고, 공기 또는 수분과의 가수분해 반응을 개시하여 겔화된다. 또한, 겔화를 통해 유기물층(110) 상부에는 금속 산화물층(130)이 형성되며, 염기성을 띄는 금속 산화물 용액에 의해 유기물층(110)과 금속 산화물 용액은 겔화와 동시에 산화-환원 반응이 일어난다. 즉, 유기물층(110)과 금속 산화물 용액의 계면에는 산화-환원 반응이 일어나게 된다.
산화-환원 반응에 의해 계면에서는 디도핑 현상이 일어난다. 즉, P-타입으로 도핑된 유기물층(110)의 일부에서 반송자(charge carrier)인 정공이 제거된다. 즉, 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층(130)과 유기물층(110) 사이에는 유기물층(110)의 디도핑에 의해 형성된 공핍층(140)이 형성된다. 이는 P-타입과 N-타입이 접촉하는 계면에서는 전자와 전공의 결합이 발생하고, 이를 통해 유기물층은 전도성을 띄지 않는 전기적 중성영역으로 변경되기 때문이다.
즉, 상기 공핍층(140)은 P-타입의 유기물층(110)이 디도핑되어 형성된 것으로, 금속 산화물 용액의 PH에 따라 디도핑되는 유기물층(110)의 두께와 정도가 달라진다.
상기 금속 산화물층(130) 상부에는 제2 전극(150)이 형성된다.
상기 제2 전극(150)은 Al, Ba, Ca, In, Cu, Ag, Au, Yb, Sm 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상술한 공핍층(140)에 빛의 흡수가 일어나면, 공핍층(140)에서 발생된 전하는 금속 산화물층(130)을 통해 용이하게 제2 전극(150)으로 이동된다.
즉, 공핍층(140)의 두께는 산화-환원에 의해 매우 두께가 얇으므로 공핍층(140) 내에서 발생된 전자와 정공이 용이하게 이동할 수 있는 짧은 거리를 제공한다. 현재, 유기태양전지에서 효율을 감소시키는 요인중의 하나는 빛이 흡수되고, 전하가 발생되는 광활성층 내에서의 전자와 정공의 이동도가 낮은데 비해 전자와 정공이 전극으로 가야 되는 이동거리가 멀다는 것이다. 즉, 통상적인 도핑과정에 의해 형성되는 광활성층의 경우, 그 두께를 조절하기가 실질적으로 불가능하며, 수십 나노미터 수준의 두께를 얻기 힘들다. 본 발명에서는 계면에서의 산화환원 반응을 이용하여 형성된 공핍층을 광활성층으로 이용한다. 따라서, 핀 홀(Pin-hole)이 없는 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 공핍층을 광활성층으로 이용하며, 빛의 흡수에 의해 형성된 전자와 정공의 이동거리를 최소화할 수 있다. 따라서, 태양전지의 효율을 극대화할 수 있다.
제조예 1 : 폴리아닐린과 타이타늄 산화물 용액을 이용한 공핍층의 제조 및 특성 분석
본 제조예에서는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 유기물층으로 폴리아닐린을 도입한다. 또한, 폴리아닐린은 캄포술폰산(CSA)으로 P-도핑된다. 또한, 유기물층 상부에 구비되는 금속 산화물 용액은 타이타늄 산화물 용액이 사용되며, 각각 PH가 11인 염기성의 타이타늄 산화물 A와 PH가 3인 산성의 타이타늄 산화물 B를 각각 코팅하여, 산화-환원 반응을 확인하고, 이를 통해 형성된 공핍층을 비교한다.
먼저, 타이타늄 산화물 용액은 타이타늄 알콕사이드인 타이타늄 이소프로폭사이드(Titanium(Ⅳ) isopropoxide)에 용매인 2-methoxyethanol과 첨가제인 에탄올아민(ethnolamime)을 혼합하고, 산소 및 외부 공기가 차단된 상태에서 교반하여 타이타늄 산화물 중간용액을 형성한다. 형성된 타이타늄 산화물 중간용액에 대한 응축과정을 실시하여 겔 상태의 타이타늄 산화물을 형성한다. 최종적으로는 분산용액을 투입하여 타이타늄 산화물 용액을 형성한다. 상기 타이타늄 산화물 용액의 PH는 혼입되는 첨가제 또는 용매의 선택과 조절에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
이어서, 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린을 메타크레졸에 녹인 후, 유리기판 상에 떨어뜨리고, 3000rpm으로 3분간 회전시키고, 90℃의 핫플레이트에서 2시간 동안 열처리하여 유기물층을 형성한다. 또한, 상술한 방법으로 제조한 타이타늄 산화물 A(PH 11)와 타이타늄 산화물 B(PH 3)을 유리 기판 위에 떨어뜨리고, 300rpm으로 1분간 회전시킨후, 90℃의 핫플레이트에서 2시간 동안 열처리하여 박막층을 형성한다. 그 후, UV-Vis 스펙트로미터를 사용하여 형성된 박막들의 스펙트럼을 측정 한다.
또한, 기 형성된 폴리아닐린을 포함하는 유기물층 상부에 염기성의 타이타늄 산화물 용액 A와 산성의 타이타늄 산화물 B를 코팅하고, 산화-환원 반응을 통한 공핍층을 형성한다. 상술한 과정에 의해 형성된 막질에 대한 광학적 특성을 UV-Vis 스펙트로미터를 이용하여 측정한다.
도 3은 본 제조예에 의해 형성된 4종류의 박막들에 대한 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 상기 도 3에서 PANI:CSA는 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린을 지칭하며, PANI:EB는 폴리아닐린-에멀다인 베이스를 지칭한다.
도 3을 참조하면, 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린으로 구성된 유기물층은 전형적인 전도성 고분자의 특성을 보여준다. 즉, 600nm 내지 2000nm의 영역에서 금속의 특성을 나타내는 드루드 픽(Drude peak)이 관찰된다. 반면, 타이타늄 산화물 A 및 B는 투과율 측정영역인 300nm 내지 2000nm에서 흡수가 거의 없으며, 가시광 영역에서 높은 투과율을 나타낸다.
한편, 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린 필름으로 구성된 유기물층 상부에 형성된 타이타늄 산화물 A의 경우, 500nm 내지 2000nm 사이의 영역에서 큰 변화가 있는데, 대략 500nm 내지 1000nm의 영역에서 새로운 픽이 관찰되며, 1000nm 이하의 영역에서는 드루드 픽이 상당히 감소함을 알 수 있다. 이러한 스펙트럼은 현재 알려진 폴리아닐린-에멀다인 베이스(Polyaniline : Emeraldine Base)의 스펙트럼과 비교해 볼 때, 매우 유사한 형태를 가짐을 알 수 있다. 이는 타이타늄 산화물 A에서 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린의 일부가 디도핑되어 폴리아닐린-에멀다인 베이스로 변환되었음을 나타낸다.
또한, 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린 필름으로 구성된 유기물층 상부에 타이타늄 산화물 B를 도핑한 경우, 전체적인 픽의 형상은 기판상에 캄포술산이 도핑된 폴리아닐린 필름의 흡수 스펙트럼과 유사하게 나타난다.
상술한 그래프를 통해, 염기성을 띄는 타이타늄 산화물 A의 코팅에 의해 감포술폰산 폴리아닐린이 전기적으로 중성인 폴리아닐린-에멀다인 베이스로 변경됨을 알 수 있다. 즉, 산성을 띄는 타이타늄 산화물 B의 코팅에 의해서는 산화-환원 반응이 일어나지 않으며, 염기성을 띄는 타이타늄 산화물 A의 코팅에 의해 산화-환원 반응이 일어나고, 산화-환원 반응에 의해 P-타입의 전도성을 가진 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린은 디도핑되어 전기적으로 중성인 폴리아닐린-에멀다인 베이스로 변경됨을 알 수 있다.
제조예 2 : PEDOT :PSS( Poly (3,4- ethylenedioxythiophene ) poly(styrenesulfonate))와 타이타늄 산화물 용액을 이용한 공핍층의 제조
본 제조예에서는 상기 제조예 1의 폴리아닐린을 대신하여 PSS로 도핑되어 있는 PEDOT와 상기 제조예 1의 타이타늄 산화물 A의 필름 및 이들을 반응시킨 PEDOT:PSS/타이타늄 산화물 A의 다층 박막의 광학적 특성을 비교 분석한다.
전도성 고분자인 PEDOT:PSS 용액을 유리기판 위에 떨어뜨리고, 3000 rpm으로 1분간 회전시킨 다음 120℃의 핫플레이트에서 1시간 동안 열처리하여 필름을 형성시켰다.
필름이 완성되면 UV-Vis 스펙트로미터를 이용하여 투과율을 측정하였고, 그 후 코팅되어 있는 PEDOT:PSS 필름 위에 타이타늄 산화물 A를 코팅하여 필름을 형성시켰다. 한편 비교 분석을 위하여 상기의 필름과 동일한 구조를 가지면서 단지 제조 순서를 바꾸어 유리기판 위에 타이타늄 산화물 A를 먼저 코팅한 후 PEDOT:PSS를 코팅하여 필름을 형성시킨 필름의 투과 스펙트럼을 병행하여 측정하였다.
도 4는 본 제조예에 따라 형성된 필름들의 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4을 참조하면, 유리기판 상에 형성된 PEDOT:PSS는 상기 제조예 1의 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린과 유사하게 500nm 내지 2000nm의 영영에서 금속이 특성을 보여주는 드루드 픽을 나타낸다. 반면, 유리기판 상에 형성된 타이타늄 산화물 A는 제조예 1과 마찬가지로 500nm 내지 2000nm에서 흡수가 거의 없는 반도체 특성을 보여준다.
한편, 타이타늄 산화물 A 상부에 코팅된 PEDOT:PSS 필름의 경우, 상기 PEDOT:PSS와 타이타늄 산화물 A의 투과 스펙트럼이 단순히 합쳐진 형태의 스펙트럼을 나타낸다. 반면, PEDOT:PSS 필름 상부에 타이타늄 산화물 A가 코팅된 박막의 경우, 상기 실시예 1에서 폴리아닐린 상부에 타이타늄 산화물 A가 코팅된 경우와 유사하게 500nm 내지 2000nm 사이의 영역에서 큰 변화가 일어난다. 특히, 800nm 내지 1200nm의 영역에서 새로운 픽에 관찰되며, 1000nm 이하의 영역에서는 드루드 픽이 상당히 감소함을 알 수 있다. 이는 타이타늄 산화물 A에 의해 P-타입으로 도핑된 PEDOT:PSS의 일부분이 디도핑되어 공핍층으로 형성됨을 의미한다.
즉, 염기성을 가진 타이타늄 산화물 A와의 계면에서 P-타입의 전도성을 가지는 PEDOT:PSS는 환원되어 전기적으로 중성인 공핍층으로 변화함을 알 수 있다.
제조예 3 : 폴리아닐린과 타이타늄 산화물 다층 필름의 전기적 특성분석
본 제조예에서는 폴리아닐린과 타이타늄 산화물 A 및 B 의 전기적 특성분석을 실시한다.
먼저, 유리기판을 세척한 다음 알루미늄 패턴을 형성한다. 상기 형성된 알루미늄 패턴 상에 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린으로 구성된 유기물층과 타이타늄 산화물 A를 각각 코팅한다. 또한, 추가적으로 알루미늄 패턴 상에 타이타늄 산화물 A를 먼저 코팅하여 겔화시키고, 이어서 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린으로 구성된 유기물층을 순차적으로 형성한다. 이어서, 상기 2종의 막질 상부에 알루미늄을 진공증착하여 전극을 형성한다.
최종적인 결과물은 유리기판/알루미늄 전극/타이타늄 산화물 A/유기물층/알루미늄 전극, 유리기판/알루미늄 전극/유기물층/타이타늄 산화물 A/알루미늄 전극으로 형성된다.
도 5는 본 제조예에서 유리기판/알루미늄 전극/타이타늄 산화물 A/유기물층/알루미늄 전극으로 형성된 구조물의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 전압-전류 그래프는 대체로 선형적인 특성을 나타낸다. 이는 타이타늄 산화물 A와 유기물층 사이에 물성적인 변화가 없이, 이들의 조합이 단순한 저항이 직렬로 연결된 구조로 해석됨을 의미한다. 이는 타이타늄 산화물 A의 형성시, 용액상의 타이타늄 산화물 용액을 코팅하고, 이를 겔화하여 용매를 증발시키고, 이후에 형성되는 막질에서의 화학적 반응을 최소화한 결과이다. 결국, 기형성되어 겔화된 타이타늄 산화물 A와 P-타입의 특성을 가지는 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린 사이에는 산화-환원반응이 억제됨을 나타낸다.
도 6은 본 제조예에서 유리기판/알루미늄 전극/유기물층/타이타늄 산화물 A/알루미늄 전극으로 형성된 구조물의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 인가되는 전압이 5V를 상회하는 경우, 막질을 통과하는 전류는 갑자기 증가하는 현상이 관찰된다. 이는 전형적인 다이오드 특성을 나타낸다. 즉, P-타입과 N-타입으로 도핑된 2개의 막질 사이에 전기적으로 중성인 공핍층이 존재하고, 공핍층의 존재에 따른 빌트-인 전압(built-in potential)이 본 제조예의 구조물에서 나타남을 의미한다.
이는 P-타입의 유기물층 상부에 N-타입의 타이타늄 산화물 용액 A가 도핑될 때, 용액 상의 형태로 도핑되므로, 유기물층의 계면에서 산화-환원 반응이 일어나는 동시에 타이타늄 산화물 용액 A가 겔화되는 현상에 기인한다. 즉, 염기성의 타이타늄 산화물 용액 A가 겔화됨과 동시에 유기물층의 계면에서 산화-환원반응이 일어나며, 이를 통해 P-타입으로 도핑된 유기물층은 중성으로 디도핑됨을 의미한다.
제조예 4 : 폴리아닐린과 타이타늄 산화물을 이용한 태양전지의 제작
본 제조예에서는 상기 도 2에 도시된 바와 같이 폴리아닐린과 타이타늄 산화물을 접합하여 유기태양전지를 제작한다.
먼저, ITO가 코팅된 유기기판을 깨끗이 닦아낸 후 아세톤용액에 넣고 초음파세척기를 이용하여 1시간 동안 세척하였다. 그 후, 이 과정을 중성세제, 증류수, 아세톤, 알코올의 순서로 각 각 1시간 동안 더 실시하였다. 세척된 ITO 기판을 진공 건조 오븐에 넣고 100℃에서 1시간 이상 말려 기판에 남아있는 알코올을 제거하였다.
기판의 알코올 성분이 완전히 제거되면 ITO 표면이 친수성을 지니도록 1시간 동안 자외선을 쬐어 주었다. 이렇게 기판의 준비가 끝나면 기판 위에 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린 용액을 떨어뜨린 후 1000 ~ 1500 RPM으로 1분간 회전시켜 유기물층을 형성시키고, 80℃에서 10분간 핫플레이트 위에 놓아 두어 용매를 제거하였다.
이후 폴리아닐린이 코팅된 기판 위에 다시 본 실시예에서 도시된 묽은 타이타늄 산화물을 4000 RPM으로 회전시켜 코팅함으로써 폴리아닐린 계면을 디도핑시키고, 80℃에서 10분간 열처리 한 후, 음극인 알루미늄을 진공 증착하여 소자를 완성하였다. 이때 소자의 효율을 극대화시키기 위하여 제작과정을 상기와 다르게 할 수도 있다. 예로써, 공핍층의 두께를 조절하기 위해서 용액의 농도 조절이나 회전속도의 변화를 통해 도핑된 폴리아닐린과 타이타늄 산화물의 두께를 바꿀 수 있으며, 물질에 대한 열처리 온도 또는 시간을 변화시킬 수 있다.
소자가 완성되면 산소가 배제된 글로브 박스 안에 넣고, 태양광과 비슷한 스펙트럼을 가지는 AM 1.5G 조건하에서 100 mW/cm2의 빛을 소자에 쬐어주면서 전류-전압 특성을 측정한다.
도 7은 본 제조예에 의해 제조된 유기태양전지의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 빛이 인가되지 않은 환경에서는 전류 및 전압이 발생되지 않으며, 바이어스의 인가에 의해 전류가 증가하는 현상이 나타난다. 반면, 빛이 인가되는 환경에서는 단락전류가 생성되어 태양전지로 구동하고 있음을 알 수 있다.
제2 실시예
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기태양전지를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(미도시) 상에 P-타입의 유기물층(200)을 형성한다. 바람직하게는 상기 P-타입의 유기물층(200)은 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린으로 이루어진다. 상기 유기물층(200)은 요철 형상으로 형성된다.
요철 형상의 유기물층(200)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
예컨대, 나노 임프린트 방법을 이용하여 요철 형상의 유기물층(200)을 패터닝할 수 있다. 즉, 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린을 메타크레졸 등의 용매에 녹인 다음, 스핀코팅을 통해 용액을 도핑한다. 이어서, 도핑된 용액에 요철 형상으로 패터닝된 나노 임프린트 기법를 도입하고, 핫플레이트에서의 열처리를 통해 용매를 증발시킨다. 이어서, 나노 임프린트에 사용된 스탬프를 제거하고, 요철 형상의 유기물층을 얻을 수 있다.
예컨대, ITO 패턴이 형성된 기판 상에 메타크레졸에 녹아있는 캄포술폰산으로 도핑된 폴리아닐린 용액을 떨어뜨리고, 유기 용매를 완전히 제거하지 않은 상태 에서 액상의 유기물 필름을 형성한다.
이후에, 수십 나노 미터 간격으로 패턴화된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 스탬프를 이용하여 폴리아닐린 필름 상에 가압하여 원하는 요철 형상의 패턴을 형성하고, 이를 소정의 온도를 가하여 용매를 증발시키고 상온으로 냉각시킨다.
냉각된 기판에서 PDMS 스탬프를 제거하면 요철 구조로 패터닝된 유기물층인 폴리아닐린 패턴을 얻을 수 있다.
이외에도, 요철 형상의 마스크 패턴을 이용한 유기물의 증착을 통해서도 요철 형상의 유기물층을 형성할 수도 있다. 상기 요철 형상의 유기물층(200)은 P-타입의 전도성을 가진다.
이어서, 상기 유기물층(200) 상부에 N-타입의 금속 산화물 용액을 코팅한다. 상기 금속 산화물 용액은 타이타늄 산화물 용액임이 바람직하다. 상기 타이타늄 산화물 용액은 염기성을 띈다. 상기 타이타늄 산화물 용액은 상기 제1 실시예에서 개시된 타이타늄 산화물과 동일한다.
따라서, 염기성을 띄는 타이타늄 산화물 용액에 의해 유기물층(200)과의 계면에서는 산화-환원 반응이 일어나고, 요철 형상의 유기물층 상부 표면을 따라 공핍층(210)이 형성된다. 공핍층(210)의 형성은 유기물층과 타이타늄 산화물 용액의 계면에서의 산화-환원 반응에 따른 유기물층의 디도핑 현상에 기인한다. 즉, 디도핑에 의해 P-타입으로 도핑된 유기물층(200)은 전기적으로 중성인 공핍층(210)으로 전환된다.
또한, 도입된 금속 산화물 용액은 겔화되어 금속 산화물층(220)으로 형성된 다. 예컨대, 금속 산화물 용액이 타이타늄 산화물 용액인 경우, 금속 산화물층(220)은 타이타늄 산화물로 이루어진다.
만일, 유기물층(200)이 감포술폰산이 도핑된 폴리아닐린으로 구성된 경우, 타이타늄 산화물 용액과의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층(200)의 일부는 중성인 폴리아닐린-에멀다인 베이스로 변환된다. 즉, 전기적으로 중성인 공핍영역이 요철 형상을 따라 형성된다.
이를 통하여 넓은 표면적을 가진 태양전지를 제조할 수 있으며, 공핍층을 광활성층으로 사용하여, 빛의 흡수에 의해 발생되는 전하의 이동 거리를 최소화할 수 있다.
유기물의 주요 장점 중 하나는 쉽게 산화-환원 반응을 통한 도핑-디도핑이 가능하여 금속에서부터 부도체에 걸치는 넓은 영역의 물질을 제조할 수 있다는 것이다. 그리고 이러한 산화-환원반응은 전자의 교환이 일어날 수 있는 초미세 범위 내에서도 쉽게 일어날 수 있으며, 도핑 정도와 산-염기의 강도에 따라 반응의 세기가 정해지기 때문에 산화-환원 반응의 세기를 변화시켜 도핑 되는 영역을 임의로 조절할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 원리를 이용하여 유기물을 P-타입으로 도핑 시켜 필름을 형성하고 그 위에 염기성을 띄는 N-타입의 물질을 코팅한다면, 두 물질의 경계면에서는 산화-환원 반응이 일어나게 되고, 이에 따라 반응이 일어난 경계면은 디도핑 되어 자유전하가 없는 도핑전의 상태로 환원되는데, 이는 무기물 반도체의 공핍층과 같은 역할을 하기 때문에 새로운 형태의 반도체소자의 제작을 가능하게 한다. 또한 상기 제조된 공핍층은 PH 농도와 도핑 정도의 변화를 통해 두께 조절이 가능하고, 자기조립에 의해서 형성되기 때문에 이를 전자소자에 도입할 경우, 제작공정이 매우 간단하면서도 초미세 사이즈를 가지는 새로운 형태의 나노 반도체 전자소자를 제작할 수 있다. 나아가 상기 과정에서 P-도핑에 비해 N-도핑이 어려운 유기물의 특성을 고려하여 N 도핑 물질로 무기물을 사용하여 산화-환원 반응을 시킨다면 유사 P-N 접합을 통해 유기물의 장점과 무기물의 장점이 결합 된 신규 유기-무기 하이브리드형의 공핍층을 제조할 수 있다. 더욱이 졸-겔 방법을 통해 제조된 무기물은 습식공정이 가능하여 유기물의 장점인 제작 용이성과 유연성을 계속 유지할 수 있으며 강한 분자결합으로 인해 안정하기 때문에 유기물 소자의 단점인 짧은 소자수명의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기-무기 하이브리드형 공핍층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기태양전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 제조예 1에 의해 형성된 4종류의 박막들에 대한 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4는 제조예 2에 따라 형성된 필름들의 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5는 제조예 3에서 유리기판/알루미늄 전극/타이타늄 산화물 A/유기물층/알루미늄 전극으로 형성된 구조물의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 제조예 3에서 유리기판/알루미늄 전극/유기물층/타이타늄 산화물 A/알루미늄 전극으로 형성된 구조물의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 제조예 4에 의해 제조된 유기태양전지의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기태양전지를 도시한 단면도이다.

Claims (20)

  1. P-타입으로 도핑된 유기물층;
    N-타입으로 도핑되고, 염기성을 띈 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층; 및
    상기 유기물층과 금속 산화물층 사이에 개재되고, 상기 유기물층과 상기 금속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성된 공핍층을 포함하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기물층은, 폴리아닐린(polyaniline)계, 폴리피롤(polypyrol)계, 폴리아세틸렌(polyacethylene)계, 폴리에틸렌다이옥실티오펜 (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)계, 폴리페닐렌 비닐렌(poly(phenylenevinylene), PPV)계, 폴리플루오렌(poly(fluorene))계, 폴리파라 페닐렌(poly(para-phenylene), PPP)계, 폴리알킬티오펜(poly(alkylly- thiophene)계 또는 폴리피리딘(poly(pyridine),PPy)계 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기물층은 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공핍층은 상기 산화-환원 반응에 따른 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되는 폴리아닐린-에멀다인 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 용액은,
    농축 과정에서 증발되는 용매;
    상기 농축 과정 이전의 용매를 기준으로 5% 내지 60%의 부피비로 혼합된 금속 알콕사이드;
    상기 용매를 기준으로 5% 내지 20%의 부피비로 혼합된 첨가제; 및
    상기 농축 과정에 의해 형성된 겔 상태의 금속 산화물을 희석시키기 위한 분산액을 포함하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속 알콕사이드는 Ti, Zn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh 또는 Ru를 포함하거나, 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기 용매는 알코올류이고, 상기 첨가제는 알코올아민류, 과산화수소수 또는 수산화암모늄인 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기 금속 알콕사이드는 타이타늄 이소프로폭사이드이고, 상기 첨가제는 에탄올아민인 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  9. 제5항에 있어서, 상기 겔 상태의 금속 산화물은 상기 금속 알콕사이드에 상기 첨가제가 결합된 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  10. 제5항에 있어서, 상기 분산액은 알코올류, 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, THF, 자일렌, DMF, DMSO 또는 톨루엔인 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  11. 제5항에 있어서, 상기 금속 산화물 용액은 산소 및 수분이 제거된 상태에서 형성된 것을 특징으로 하는 유기-무기 하이브리드형 접합 소자.
  12. 기판 상에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성되고, P-타입으로 도핑된 유기물층;
    N-타입으로 도핑되고, 염기성을 띈 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 금속 산화물층;
    상기 유기물층과 금속 산화물층 사이에 개재되고, 상기 유기물층과 상기 금 속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되며, 빛의 흡수에 의해 자유전하를 생성하는 공핍층; 및
    상기 금속 산화물층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 유기태양전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 전극은, ITO(Indium Tin Oxide)계, AZO(Al-doped Zinc Oxide)계, IZO(Indium Zinc Oxide)계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 전극은, Al, Ba, Ca, In, Cu, Ag, Au, Yb, Sm 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  15. 제12항에 있어서, 상기 유기물층은, 폴리아닐린(polyaniline)계, 폴리피롤(polypyrol)계, 폴리아세틸렌(polyacethylene)계, 폴리에틸렌다이옥실티오펜(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)계, 폴리페닐렌 비닐렌(poly(phenylenevinylene), PPV)계, 폴리플루오렌(poly(fluorene))계, 폴리파라 페닐렌(poly(para-phenylene), PPP)계, 폴리알킬티오펜(poly(alkylly- thiophene)계 또는 폴리피리딘(poly(pyridine),PPy)계 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유기물층은 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공핍층은 상기 산화-환원 반응에 따른 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되는 폴리아닐린-에멀다인 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  18. 제12항에 있어서, 상기 금속 산화물 용액은, 타이타늄 산화물 용액인 것을 특징으로 하는 유기태양전지
  19. 기판 상에 형성되고, P-타입으로 도핑된 유기물층;
    N-타입으로 도핑되고, 요철 형상의 유기물층을 따라 형성되며, 빛의 흡수에 의해 자유전하를 생성하는 공핍층; 및
    상기 공핍층의 상부에 형성된 금속 산화물층을 포함하고,
    상기 유기물층, 상기 공핍층 및 상기 금속 산화물층의 접합계면은 요철 형상으로 형성되고, 상기 공핍층은 유기물층과 금속 산화물 용액의 산화-환원 반응에 의해 상기 유기물층과 상기 금속 산화물층의 계면에서 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되며, 상기 금속 산화물층은 상기 금속 산화물 용액의 겔화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 유기물층은 캄포술폰산이 도핑된 폴리아닐린을 포함하고, 상기 공핍층은 상기 산화-환원 반응에 따른 상기 유기물층의 디도핑에 의해 형성되는 폴리아닐린-에멀다인 베이스를 포함하며, 상기 금속 산화물 용액은 타이타늄 산화물 용액인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
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