KR101080895B1 - Organic Solar Cells and Method of Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되며, 유기반도체물질과 감광제가 광가교되어 형성된 광가교광활성층을 포함하는 유기태양전지 및 그의 제조방법을 제공한다. The present invention includes an organic substrate including a photocrosslinking active layer formed between a substrate and a first electrode and a second electrode formed on the substrate, the first electrode and the second electrode, the organic semiconductor material and the photosensitive agent is photocrosslinked Provided are a solar cell and a method of manufacturing the same.
태양전지, 감광 Solar cell, photosensitive
Description
본 발명은 유기태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.
석유자원 고갈의 위기감, 교토 의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 BRICs 개도국들의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신재생에너지 기술개발이 진행되고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신 분야에 까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광 에어콘 등도 주목받고 있다.There is a need for clean and unlimited energy that is different from the existing energy, such as a sense of crisis of exhaustion of oil resources, the entry into force of the Kyoto Protocol's climate change agreement, and the explosive demand for energy due to the economic growth of emerging BRICs. This is going on. Among the renewable energy, solar cells (Solar Cells or Photovoltaic Cells) are the core elements of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and are widely used for power supply from space to home. In the early days when solar cells were first made, they were mainly used for space use, but after two oil surges in the 1970s, they were attracting attention for their potential as ground power sources. It started to use for dragon. Recently, it has been used in aviation, meteorology, and communication fields, and solar vehicles and solar air conditioners are also attracting attention.
이러한 태양전지는 주로 실리콘이나 화합물 반도체를 이용하고 있으나, 이들은 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 실리콘 태양전지는 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않고 저분자유기물이나 폴리머를 이용하는 유기태양전지가 본격 연구되기 시작하였고, 진공방식뿐만 아니라 프린팅 방식에 의해 저가공정이 가능하며, 모양에 구애 받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.Such solar cells mainly use silicon or compound semiconductors, but because they are manufactured in the semiconductor device manufacturing process, the manufacturing cost is high, and silicon solar cells, which occupy the main part of the solar cells, have difficulty in supplying silicon raw materials. . Under these circumstances, organic solar cells using low molecular weight organic materials or polymers without using any silicon material have begun to be studied in earnest, and low cost processes are possible by printing method as well as vacuum method, and flexible solar cell manufacturing regardless of shape It is possible to receive much attention now.
본 발명은 성능이 우수한 다양한 종류의 정공수송 재료가 응용될 수 있으며, 다양한 종류의 광활성층용 소재를 적용할 수 있으므로 최종 구현된 유기태양전지의 효율 향상에 기여할 수 있는 유기태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention can be applied to various kinds of hole transport materials having excellent performance, and can be applied to various kinds of materials for the photoactive layer, an organic solar cell and a method for manufacturing the same that can contribute to the efficiency of the finally implemented organic solar cell The purpose is to provide.
일측면에서 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되며, 유기반도체물질과 감광제가 광가교되어 형성된 광가교광활성층을 포함하는 유기태양전지를 제공한다. In one aspect, the present invention provides a photocrosslinking active layer formed between a substrate and a first electrode and a second electrode formed on the substrate, between the first electrode and the second electrode, and formed by photocrosslinking of an organic semiconductor material and a photosensitive agent. It provides an organic solar cell comprising.
다른 측면에서, 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되며, 유기반도체물질과 감광제가 광가교되어 형성된 광가교광활성층을 포함하는 유기태양전지의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is formed between the substrate and the first electrode and the second electrode formed on the substrate, the first electrode and the second electrode, the optical cross-linking active layer formed by the optical cross-linking of the organic semiconductor material and the photosensitive agent It provides a method of manufacturing an organic solar cell comprising a.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상 세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 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. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but between components It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
유기태양전지를 구성하는 핵심물질은 공액(conjugated) 고분자이다. 공액고분자는 실리콘 태양전지와는 다르게 흡광계수가 높아서 얇은 박막(약 100 nm정도)으로도 태양빛을 충분히 흡수 할 수 있기 때문에 얇은 소자로도 제작이 가능하며, 고분자의 특성상 굽힘성 및 가공성 등이 좋아서 실리콘 태양전지가 주로 사용되고 있는 건축물 이외의 다양한 응용분야가 있다는 장점이 있다. The core material of the organic solar cell is a conjugated polymer. Unlike silicon solar cells, conjugated polymers have a high absorption coefficient and can absorb sunlight even with a thin film (about 100 nm). Therefore, they can be manufactured as thin devices. It has the advantage that there are various application fields other than buildings where silicon solar cells are mainly used.
유기태양전지는 정공 수용체(hole acceptor: D)와 전자 수용체(electron acceptor: A) 물질의 접합 구조로 이루어져 있고, 가시광선을 흡수하면 정공 수용체에서 전자-홀 쌍(electron-hole pair)이 생성되고 전자 수용체로 전자가 이동함으로써 전자-홀의 분리가 이루어지는 과정을 통해 광기전력 효과를 나타내게 된다. The organic solar cell is composed of a junction structure of a hole acceptor (D) and an electron acceptor (A). When the visible light is absorbed, an electron-hole pair is generated at the hole acceptor. As the electrons move to the electron acceptor, electron-hole separation is performed, resulting in a photovoltaic effect.
1986년 이스트먼 코닥의 탕(C. Tang)이 CuPc(copper pthalocyanine)와 perylene tetra carboxylic derivative를 이용한 이종접합 구조로 태양전지의 실용 화 가능성을 처음 제시하였고, 이 후, 1990년 초 히거(heeger) 그룹에서 공액 고분자와 풀러렌(fullerene) 유도체의 혼합막을 광 활성층으로 사용하여 전기를 발생시키는 태양전지가 보고되었고, 풀러렌을 개질한 풀러렌 유도체(PCBM)를 개발함으로써 효율을 3 %때까지 향상시켰다. 이 후 지속적으로 고효율의 유기태양전지를 얻기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있으며, 현재 광전변환 효율이 크게 증가해 가고 있다. In 1986, Eastman Kodak's C. Tang first proposed the feasibility of using solar cells as a heterojunction structure using copper pthalocyanine (CuPc) and perylene tetra carboxylic derivatives. The solar cell generating electricity using a mixed film of conjugated polymer and fullerene derivative as a photoactive layer was reported, and the efficiency was improved to 3% by developing a fullerene-modified fullerene derivative (PCBM). Since then, various researches are being conducted to obtain organic solar cells with high efficiency, and photoelectric conversion efficiency is increasing greatly.
도1은 유기태양전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an organic solar cell.
도 1을 참조하면, 유기태양전지(100)는 투명기판(110), 투명전극(양극, 120), 버퍼층(buffer layer, 130), 광활성층(140), 금속전극(음극, 150)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the organic
통상의 유기 태양전지(100)는 높은 일함수를 가진 투명 전극인 ITO(indium tin oxide)를 양극 물질로, 낮은 일함수를 가진 Al이나 Ca등을 음극 물질로 사용한다. 그리고 광활성층(140)은 100 nm 정도의 두께를 가진, 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질의 2층 구조 혹은 혼합박막[(D+A) blend] 구조를 이용하는데, 경우에 따라서는 정공 수용체(P형반도체)와 전자 수용체(N형반도체)층 사이에 후자의 혼합박막이 끼어 있는 구조[D/(D+A)/A]를 이용하기도 한다. The conventional organic
또한 양극(120)인 ITO전극과 광활성층(140) 사이에는 정공 수송층(hole transport layer)을, 음극(150)과 광활성층(140) 사이에는 전자 수송층(electron transport layer)을 버퍼층(130)의 형태로 끼워 넣기도 한다. In addition, a hole transport layer is formed between the
통상의 유기태양전지(100)의 작동 원리는 다음과 같다. 유기태양전지(100)에 광을 쬐어주면, 광은 투명기판(110)과 양극(120), 정공 수송층을 거쳐 정공 수용체에서 흡수되어 여기 상태의 전자-홀 쌍(exciton)이 형성된다. 이 전자-홀 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자 수용체 물질과의 계면(interface)을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 전자는 전자 친화도가 큰 전자 수용체 물질 쪽으로 이동하고 홀은 정공 수용체 쪽에 남아 각각의 전하상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극(110, 150)의 일함수 차이로 형성된 내부 자기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동 및 수집되며 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다The operating principle of the conventional organic
앞서 설명되었지만, 통상의 유기태양전지(100)는 도1과 같이 투명기판(110)/투명전극(120)/버퍼층(130)/광활성층(140)/금속전극(150)의 구조를 취하고 있으며, 투명전극(120)은 양극의 역할을 하며, 금속전극(150)은 음극의 역할을 한다. Although described above, the conventional organic
도2는 일실시예에 따른 인버트형 유기태양전지의 단면이다.2 is a cross-sectional view of an inverted organic solar cell according to an embodiment.
도2를 참조하면, 일실시예에 따른 인버트형 유기태양전지(200)는 투명기판(210), 투명기판(210) 상에 형성된 투명전극(220), 투명전극(220) 상에 형성된 투명전극개질층(225), 투명전극개질층(225) 상부에 형성된 광활성층(240), 광활성층(240) 상부에 형성된 버퍼층(230) 및 버퍼층(230) 상부에 형성된 금속전극(250)이 적층되어 있다. Referring to FIG. 2, an inverted organic
투명전극(220)/투명전극개질층(225)이 음극의 역할을 하며, 금속전극(250)은 양극의 역할을 하게 된다. 즉 p-type의 투명전극(220) 상부에 n-type 특성을 갖는 투명전극개질층(225)을 형성시켜 음극로서의 기능을 부여하며, 금속전극(250)은 양극으로서의 역할을 수행하게 된다. The
이상과 같이 비 실리콘을 사용한 통상의 유기태양전지 및 인버트형 유기태양전지가 프린팅 방식 등이 가능하여 저가로 제조할 수 있다는 장점이 있기 때문에 많은 기관에서 활발한 개발이 진행되고 있다. As described above, the conventional organic solar cell and the inverted organic solar cell using non-silicon have a merit of being able to be manufactured at low cost because of the printing method and the like.
이러한 유기태양전지를 모듈로 제작하기 위해서는 각층을 구성하는 소재의 패턴형성을 필요로 하고 있다. 특히 모노리식(monolithic type) 모듈을 제조하기 위해서는 소재의 패턴형성이 필수적이다. 소재의 패턴방식은 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식과 hole contact wrap through 방식도 알려져 있다. 또한 대표적인 정공수송층인 PEDOT:PSS의 패턴 형성은 스크린 프린팅(screen printing) 방식 및 미세접촉 프린팅(micro-contact printing) 방식이 알려져 있다.In order to manufacture such an organic solar cell as a module, it is necessary to form a pattern of the material constituting each layer. In particular, in order to manufacture a monolithic type module, pattern formation of materials is essential. The pattern method of the material is also known as laser scribing method and hole contact wrap through method. In addition, the pattern formation of PEDOT: PSS, which is a typical hole transport layer, is known as a screen printing method and a micro-contact printing method.
그러나 이러한 관련소재의 패턴형성 기술에 있어서 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식은 고가의 레이저 장비를 이용해야 할 뿐만 아니라 공정시간이 길다는 문제점이 있다. 또한 유연한 플라스틱기판을 사용하여 제작된 유기태양전지는 레이저에 의해 플라스틱기판도 열화될 수 있으므로 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식을 적용하기에 부적합하다. 또한 hole contact wrap through 방식은 기판에 구멍(hole)을 뚫고 양면에 박막을 형성시켜야 하는 등의 공정이 복잡하여 신뢰성이 낮고 제조단가가 높아 진다는 문제점이 있다. 정공수송층으로 널리 사용되는 PEDOT:PSS 형성에 이용되는 스크린 방식의 경우 막두께 제어가 어려운 단점이 있다. 즉 유기태양전지에 있어서 PEDOT:PSS는 약 수십 nm 전후의 두께를 가져야만 효율이 우수하며, 두께가 두꺼워지면 절연막에 가까운 거동을 하게 된다. 스크린 프린팅(Screen printing) 방식의 경우 수십 nm 두께의 박막을 형성하는 것이 거의 불가능한 상황이다. 미세접촉 프린팅(Micro-contact printing) 방식의 경우도 고가의 장비가 필요하며, PDMS 몰드의 제작, SAM 처리 공정 등과 같이 공정이 복잡하다는 단점이 있어서 양산공정에 적용이 어려운 상황이다. However, the laser scribing method in the pattern forming technology of the related material has a problem that not only has to use expensive laser equipment but also a long process time. In addition, the organic solar cell manufactured using the flexible plastic substrate is also unsuitable for applying a laser scribing method because the plastic substrate may be degraded by a laser. In addition, the hole contact wrap through method has a problem in that a process such as drilling holes in the substrate and forming thin films on both sides is complicated, resulting in low reliability and high manufacturing costs. In the case of the screen method used to form PEDOT: PSS, which is widely used as a hole transport layer, it is difficult to control the film thickness. That is, in organic solar cells, PEDOT: PSS has a thickness of about several tens of nm and is excellent in efficiency. In the case of screen printing, it is almost impossible to form a thin film having a thickness of several tens of nm. In the case of the micro-contact printing method, expensive equipment is required, and it is difficult to apply to the mass production process due to the complicated process such as the manufacture of the PDMS mold and the SAM treatment process.
본 발명은 사진식각(photolithography) 공정에 의해 광가교된 전하수송층(전하=정공+전자) 패턴과 광가교된 광활성층 패턴이 적층되어 있는 유기태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게 본 발명은 감광성 전하수송층재료를 이용하여 광가교된 전하수송층과 감광성 광활성층재료를 이용하여 광가교된 광활성층이 사진식각 공정에 의해 패턴된 유기태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. The present invention provides an organic solar cell and a manufacturing method thereof, in which a charge transport layer (charge = hole + electron) pattern and a photoactive layer pattern photocrosslinked by photolithography are stacked. More specifically, the present invention provides an organic solar cell in which a photoelectric cross-linked charge transport layer using a photosensitive charge transport layer material and a photo-crosslinked photoactive layer using a photosensitive photoactive layer material are patterned by a photolithography process and a method of manufacturing the same.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지의 개념도이다. 3 is a conceptual diagram of an organic solar cell having a photocrosslinked thin film pattern according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 광가교박막을 갖는 유기태양전지(300)는 투명기판(310), 투명기판(310)상에 형성된 투명전극(320), 투명전극(320) 상에 형성된 광가교정공수송층(330), 광가교정공수송층(330) 상에 형성된 광가교광활성층(340) 및 광가교광활성층(340) 상에 형성된 금속전극(350)을 포함한다.In the organic
투명기판(310)은 소다석회 실리카 유리, 비정질 유리 및 폴리이미드, PET, PEN, PES, PEEK 등의 유연성 있는 플라스틱과 같이 투명한 기판일 수 있다.The
이 투명기판(310)은 사용 직전에 세정공정을 거치며, 아세톤, 알콜, 물 혹은 이들의 혼합 용액에 담근 후 초음파 세정을 실시할 수 있다. 이러한 투명기판(310)에는 투명전극패턴이 형성되어 있다.The
투명전극(320)은 투명기판(310)상에 형성되어 있다. 투명전극(320)은 전기전도성을 가지면서 투명한 물질이면 모두 가능하지만, 광가교정공수송층과 오믹접합이 가능하고 투명성이 우수한 소재일 수 있다. 예를 들어, 투명전극(320)은 In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zinc oxide), Ga2O3-In2O3, ZnO, ZnO-In2O3, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), Zn2In2O5-In4Sn3O12, SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합산화물일 수 있다. The
이 투명전극(320)은 DC 스퍼터링 방식 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 졸겔 코팅(sol-gel coating), 전기도금 등에 의해 형성될 수 있다. 이러한 투명전극(320)의 두께는 100~1,000nm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이렇게 형성된 투명전극(320)의 패턴은 종래 반도체 및 디스플레이 산업에서 적용된 방식을 이용하여 형성할 수 있다. The
광가교정공수송층(330)은 투명전극(320) 상에 형성되어 있고, 광가교광활성층(340) 하에 형성되어 있다. 외부로부터 광가교광활성층(340)에 광이 유입되면, 전자와 정공이 분리(생성)된다. 광가교정공수송층(330)은 광가교광활성층(340)에 서 생성된 정공을 투명전극(320)으로 수송하는 역할을 한다. 그런데 일실시예 따른 유기태양전지(300)는 광가교정공수송층(330)을 반드시 필요하지 않는다. The photocrosslinked
광가교정공수송층(330)은 반응식 1과 같이 P형유기반도체 물질이 감광제에 의해 가교된 형태를 취하고 있다. The photocrosslinked
P형유기반도체 물질은 광투과율이 우수하고 정공수송특성이 우수한 물질이다. 예를 들어, P형유기반도체 물질은 PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate):polyglycol (glycerol)], PANI:PSS[polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA(polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT[poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자 등일 수 있다. P-type oil-based conductor material is a material having excellent light transmittance and excellent hole transport characteristics. For example, P-type conductor materials include PEDOT: PSS [poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate)] and G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate): polyglycol (glycerol)], PANI: PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], aryl It may be a low molecule and a polymer having an amine group (aryl amine group), a low molecule and a polymer having an aromatic amine group.
감광제로는 화학식 1 내지 6과 같이 한 개의 분자 내에 N3 작용기를 2개이상 가진 화합물이 이용될 수 있다.As the photosensitizer, a compound having two or more N 3 functional groups in one molecule may be used, as shown in Chemical Formulas 1 to 6.
예를 들어, 감광제는 4,4'-diazido-2,2'stilbenedisulfonic acid disodium salt, 1,3-diazido-2-(azidomethyl)-2-propylammonium salt와 같은 수용성 화합물과 2,6-bis(4-azidobenzylidene)-4-methyl cyclohexanone, 4-azidophenyl sulfone, bis(4-azidobiphenyl), bis(4-azidophenyl)methanone, 1-(4-azidophenoxy)-4-azidobenzene, bis(4-azidosulfonylbiphenyl), 2,3-diazido-2,3-dideoxy-d-mannose, 2,4-diazido-2,4,6-trideoxy-L-hexopyranoses, 1,5-diazido-3-nitrazapentane, 1,3-diazido-2-(azidomethyl)-2-methylpropane, Bis(-azido-2N:N)bis[azido(N,N-dimethyl-1,3-propylenediamine-2N,N)copper(II)], trans-Bis(azido-N)bis(pyridine-2-carboxamide-2N1,O2)nickel(II), Bis[-5-(pyrazin-2-yl)tetrazol-1-ido]bis[azido(2,2'-bipyridine)copper(II)]와 같은 유용성(유기용매 용해성) 화합물일 수 있다. For example, photosensitizers are water-soluble compounds such as 4,4'-diazido-2,2'stilbenedisulfonic acid disodium salt, 1,3-diazido-2- (azidomethyl) -2-propylammonium salt and 2,6-bis (4 -azidobenzylidene) -4-methyl cyclohexanone, 4-azidophenyl sulfone, bis (4-azidobiphenyl), bis (4-azidophenyl) methanone, 1- (4-azidophenoxy) -4-azidobenzene, bis (4-azidosulfonylbiphenyl), 2, 3-diazido-2,3-dideoxy-d-mannose, 2,4-diazido-2,4,6-trideoxy-L-hexopyranoses, 1,5-diazido-3-nitrazapentane, 1,3-diazido-2- (azidomethyl) -2-methylpropane, Bis (-azido-2N: N) bis [azido (N, N-dimethyl-1,3-propylenediamine-2N, N) copper (II)], trans-Bis (azido-N ) bis (pyridine-2-carboxamide-2N1, O2) nickel (II), Bis [-5- (pyrazin-2-yl) tetrazol-1-ido] bis [azido (2,2'-bipyridine) copper (II ), Such as oil-soluble (organic solvent solubility) compounds.
광가교정공수송층(330)의 형성은 P형유기반도체물질과 감광제를 적정 용매, 예를 들어 물, 알콜류, 유기용매 등에 용해시킨 정공수송층용 감광액을 제조하고 정공수송층용 감광액을 사진식각 공정, 즉 투명전극 상에 코팅, 건조, 노광, 현상의 단계를 수행하여 소정형상의 패턴을 형성시킬 수 있다. The photocrosslinked
코팅과정은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, flexography법, 그라비아 프린팅법 등이 적용될 수 있다. 또한 P형유기반도체 물질이 저분자 유기물인 경우는 용매에 용해시키지 않고 진공 하에서 열증착에 의해 형성시킬 수도 있다. 이때 감광제는 P형유기반도체 물질과 혼합하여 열증착시키는 방법과 P형유기반도체 물질과 공증착하는 방법이 가능하다. The coating process may include spin coating, spray coating, screen printing, bar coating, doctor blade coating, flexography, gravure printing, and the like. In addition, when the P-type organic material is a low molecular organic material, it may be formed by thermal evaporation under vacuum without dissolving in a solvent. At this time, the photosensitizer is a method of thermally evaporating by mixing with the P-type oil-based conductor material and a method of co-depositing with the P-type oil-based conductor material.
코팅된 박막은 용매를 제거하기 위한 건조(진공증착 박막의 경우는 필요 없음) 단계를 거치게 된다. The coated thin film is subjected to a drying step (no need for vacuum deposition thin film) to remove the solvent.
이어서 소정형상의 포토마스크를 건조된 박막 상부에 배치하고 광에 노출시키면, 광에 노출된 부분이 반응식 1과 같은 반응(가교반응; cross-linking)을 일으켜 현상액(혹은 용매)에 대한 용해성이 지극히 저하된다. Subsequently, when a predetermined shape photomask is placed on the dried thin film and exposed to light, the portion exposed to light causes a reaction (cross-linking) as in Scheme 1, so that the solubility in the developer (or solvent) is extremely high. Degrades.
반응식 1과 같은 반응에 의해 노광된 부분은 현상과정에서 현상액에 의해 용해되지 않는 반면, 비노광 부분은 현상액에 용해됨으로서 제거된다. 이로써 소정형상의 패턴을 얻을 수 있다. 이와같이 형성된 광가교정공수송층의 두께는 5~300 nm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The portion exposed by the reaction as in Scheme 1 is not dissolved by the developer in the developing process, while the non-exposed part is removed by dissolving in the developer. Thereby, the pattern of a predetermined shape can be obtained. The thickness of the photocrosslinked hole transport layer formed as described above may be 5 to 300 nm, but is not limited thereto.
도 3에 도시하지 않았으나 광가교정공수송층(330)의 패턴은 투명전극(320) 우측(또는 좌측) 끝단까지 형성시킬 수도 있고, 투명전극(320) 우측(또는 좌측) 끝단을 넘어 투명기판(310)에 접촉된 형태로 형성시킬 수도 있다. 이는 노광공정에 사용되는 포토마스크의 선폭을 달리하여 광에 노출되는 면적을 제어함으로써 가능하다. Although not shown in FIG. 3, the pattern of the photocrosslinked
광가교광활성층(340)은 광가교정공수송층(330) 상에 형성되어 있다. 이 광가교광활성층(340)은 다양한 형태로 구현이 가능한데, (1) 정공수용체(D) 물질과 전자수용체(A) 물질의 혼합박막[(D+A) blend]층의 1층구조를 취할 수도 있으며, (2) 정공수용체(D) 물질과 전자수용체(A) 물질이 각각 적층된 형태(D/A)의 2층구조를 취할 수도 있다.The photocrosslinking
정공수용체(D) 물질로는 CuPc(copper phthalocyanine)과 같은 프탈로 시아닌계 안료, 인디고, 티오인디고계 안료, 멜로시아닌 화합물, 시아닌 화합물 등의 저분자 화합물과 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-ρ-phenylenevinylene) 등과 같은 페닐렌비닐렌계 고분자 유도체, 폴리티오펜(polythiophene), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b1]dithiophene)-alt-4,7- (2,1,3-benzothiadiadiazole)](PCPDTBT), poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 등과 같은 thiophene계 고분자 유도체 등을 포함하는 전도성 고분자를 이용할 수 있다. As the hole acceptor (D) material, low molecular weight compounds such as phthalocyanine pigments such as copper phthalocyanine (CuPc), indigo, thioindigo pigments, melocyanine compounds, and cyanine compounds, and polyparaphenylenevinylene (poly- ρ) phenylenevinylene-based polymer derivatives such as -phenylenevinylene), polythiophene, poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b; 3, 4-b1] dithiophene) -alt-4,7- (2,1,3-benzothiadiadiazole)] (PCPDTBT), poly (3-hexylthiophene) (P3HT), and other conductive polymers including thiophene-based polymer derivatives such as Can be.
전자수용체(A)는 풀러렌(fullerene; C60), PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ether), PC70BM([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ether)와 같은 풀러렌 유도체, 페리렌(perylene)과 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole)와 같은 페리렌 유도체 등이 사용될 수 있다. The electron acceptor (A) is fullerene (C 60 ), PCBM ([6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ether), PC 70 BM ([6,6] -phenyl-C 71 -butyric acid Fullerene derivatives such as methyl ether, perylene derivatives such as perylene and PTCBI (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole) may be used.
예를 들어 1층 구조의 광가교광활성층(340)을 형성하기 위해서는 전자수용 체(A)와 정공수용체(D)를 적정비율로 유기용매에 용해시키고, 여기에 앞에서 설명한 감광제(N3 group을 2개이상 포함하는 물질)를 용해시켜 광활성층용 감광액을 제조한다. 제조된 광활성층용 감광액을 이용하여 사진식각 공정, 예를 들어 광가교정공수송층(330) 상에 코팅, 건조, 노광, 현상의 단계를 거침으로서 소정형상의 패턴을 형성시킬 수 있다. For example, in order to form the photocrosslinking
코팅과정은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, flexography법, 그라비아 프린팅법 등이 적용될 수 있다. 또한 광활성층을 구성하는 물질이 저분자 유기물인 경우 용매에 용해시키지 않고 진공 하에서 열증착에 의해 형성될 수도 있다. 이때 감광제는 광활성층용 물질과 혼합하여 열증착시키는 방법과 광활성층용 물질과 공증착하는 방법이 가능하다. The coating process may include spin coating, spray coating, screen printing, bar coating, doctor blade coating, flexography, gravure printing, and the like. In addition, when the material constituting the photoactive layer is a low molecular organic material, it may be formed by thermal evaporation under vacuum without dissolving in a solvent. In this case, the photosensitive agent may be mixed with the material for the photoactive layer and thermally deposited, or the method may be co-deposited with the material for the photoactive layer.
코팅된 박막은 용매를 제거하기 위한 건조(진공증착 박막의 경우는 필요 없음) 단계를 거치게 된다. 이어서 소정형상의 마스크를 상기 건조된 박막 상부에 배치하고 광에 노출시키면, 광에 노출된 부분이 가교반응을 일으켜 현상액(혹은 용매)에 대한 용해성이 지극히 저하된다. 즉 가교반응에 의해 노광된 부분은 현상과정에서 현상액에 의해 용해되지 않는 반면, 비노광 부분은 현상액에 용해됨으로서 제거된다. 이로써 소정형상의 패턴을 얻을 수 있다. The coated thin film is subjected to a drying step (no need for vacuum deposition thin film) to remove the solvent. Subsequently, when a mask of a predetermined shape is placed on the dried thin film and exposed to light, the portion exposed to light causes a crosslinking reaction, so that the solubility in a developer (or solvent) is extremely low. That is, the part exposed by the crosslinking reaction is not dissolved by the developer during the development process, while the non-exposed part is removed by dissolving in the developer. Thereby, the pattern of a predetermined shape can be obtained.
도 3에 도시한 바와 같이 광가교광활성층(340)의 패턴은 투명전극(320) 우측 끝단을 넘어 투명기판(310)에 접촉된 형태로 형성시킬 수 있거나, 투명전극(320) 우측 끝단까지만 형성시킬 수도 있다. 이러한 패턴크기의 제어는 노광공정에 사용 되는 포토마스크의 선폭을 달리하여 광에 노출되는 면적을 제어함으로써 가능하다.As shown in FIG. 3, the pattern of the photocrosslinking
광가교광활성층(340)이 1층 구조[(A+D) blend]일 경우는 사진식각 공정을 1회만 수행하면 되며, 만약 2층구조(A/D) 경우는 2회의 사진식각 공정을 진행시켜야 한다. If the photocrosslinking
또한 광가교광활성층(340)은 무기계 나노입자를 포함할 수도 있다. 즉 n-type의 칼코지나이드계화합물 나노입자인 CdS, ZnS, Zn(O,S), ZnSe, (Zn,In)Se, In(OH,S), In2S3 등과 n-type 금속산화물 나노입자인 ZnO, TiO2, SnO2, SrTiO3, Nb2O5, WO3 등은 전자수용체로서 역할을 수행하며, 광가교광활성층(340) 내부에 존재하는 유기계 전자수용체를 일부 혹은 전부를 대체할 수도 있다. In addition, the photocrosslinking
또한, p-type의 칼코지나이드계화합물 나노입자인 CuSe, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS), CdTe 등은 정공수용체로서 역할을 수행할 수 있으며, 광가교광활성층(340) 내부에 존재하는 유기계 정공수용체를 일부 혹은 전부를 대체할 수도 있다. In addition, p-type chalcogenide compound nanoparticles CuSe, CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe ), CuGaTe 2 (CGTe), Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS), CdTe, etc., will act as hole acceptors. The organic hole acceptor present in the photocrosslinking
여기서 유기계 전자수용체와 유기계 정공수용체를 모두 위에서 설명한 무기계 나노입자로 대체할 경우에는 사진식각 공정을 진행 시킬 수 없으므로 최소한의 유기계 전자수용체 혹은 유기계 정공수용체가 일부 포함될 수 있다. 이 나노입자의 도입은 위에서 설명한 감광액제조시 첨가한 후 사진식각 공정을 진행시키면 된다. 이와 같이 형성된 광가교광활성층(340)의 두께는 10~1,000 nm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. In this case, when the organic electron acceptor and the organic hole acceptor are both replaced with the inorganic nanoparticles described above, the photolithography process may not be performed, and thus, a minimum organic electron acceptor or organic hole acceptor may be included. The introduction of the nanoparticles may be performed during the photolithography process after the addition of the photoresist solution. The thickness of the photocrosslinked
금속전극(350)는 광가교황활성층(340) 상에 형성되어 전자를 수집하는 역할(즉, 광가교광활성층으로부터 전자를 받아들이는 역할)을 수행한다. 금속전극(350)은 높은 전기전도도 특성을 가져야 하며, 광가교광활성층과 오믹 접합이 가능하고, 안정성이 우수한 물질일 수 있다. The
이러한 금속전극(350)의 재료는 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 전극재료를 이용할 수 있다. 예를 들어 금속전극(350)의 재료는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타타늄(Ti), 인듐(In), 알칼리 금속, 나트륨-칼륨(Na:K) 합금, 마그네슘-은(Ma:Ag) 합금, 리튬-알루미늄(Li:Al) 이층전극, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF:Al) 이층전극 등을 사용할 수 있다. The material of the
금속전극(350)의 두께는 약 0.1~5 μm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The thickness of the
이러한 금속전극(350)는 DC 스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다. 진공방식에 의한 금속전극(350)의 패턴은 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용할 수 있으며, 습식방식의 경우 스크린 마스크(screen mask)를 이용할 수 있다. The
도 3에 도시하지 않았으나 유기태양전지(300)는 동작 중에 수분과 산소에 의해 열화가 될 수 있으므로, 대기로부터 형성된 각 층을 차단시킬 필요가 있다.Although not shown in FIG. 3, since the organic
실링공정으로, 우선 유리재질의 보호캡 중앙에 수분을 흡수할 수 있는 흡습 제를 부착하고, 테두리 부위에는 실링재를 디스펜싱시킬 수 있다. 다음으로 제작된 소자(기판(310)/투명전극(320)/광가교정공수용층(330)/광가교광활성층(340)/금속전극(350))를 디스펜싱된 실링재 상부에 배치시킨 다음, UV 혹은 열을 가하여 실링재를 경화시킨다. 만약 UV를 이용하여 실링재를 경화시킬 경우에는 광활성층 부분에는 UV 광이 유입되지 않도록 조치해야 하며, 이는 UV에 의해 광가교광활성층(340) 등이 열화가 될 수 있기 때문이다. In the sealing process, first, a moisture absorbent capable of absorbing moisture may be attached to the center of the protective cap of the glass material, and the sealing material may be dispensed to the edge portion. Next, the fabricated device (
이외에도 실링공정은 진공 하에서 다층 박막을 형성시켜 패시베이션층(passivation layer)를 형성시키는 방법을 이용할 수도 있다. 이들의 실링공정은 이미 유기전계발광소자 산업분야에서 잘 확립되어 있다. 또한 종래 실리콘 및 박막태양전지 산업에서 적용된 접착제와 EVA 필름, 백시트(Back sheet) 등을 이용하여 실링공정을 진행시킬 수 있다.In addition, the sealing process may use a method of forming a passivation layer by forming a multilayer thin film under vacuum. These sealing processes are already well established in the organic light emitting device industry. In addition, the sealing process may be performed by using an adhesive, an EVA film, a back sheet, and the like, which are conventionally applied in the silicon and thin film solar cell industries.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기태양전지의 제조방법은 (1) 투명기판 상에 진공방식 혹은 습식방식으로 투명전극을 형성시키는 단계, (2) 투명전극 상에 광가교정공수송층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (3) 광가교정공수송층 상에 광가교광활성층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (4) 광가교광활성층 상부에 금속전극를 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing an organic solar cell includes (1) forming a transparent electrode on a transparent substrate by a vacuum method or a wet method, and (2) forming a photocrosslinked hole transport layer (pattern) on the transparent electrode. Forming by a photolithography process, (3) forming a photocrosslinked photoactive layer (pattern) on the photocrosslinked hole transport layer by photolithography process, and (4) forming a metal electrode on the photocrosslinked photoactive layer by vacuum or wet method. Forming.
각 단계들을 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유기태양전지의 각 층들을 위에서 이미 설명하였으므로 구체적인 설명을 생략한다.Each step of the organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. 3, and thus a detailed description thereof will be omitted.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지의 개념도이다. 4 is a conceptual diagram of an organic solar cell having a photocrosslinked thin film pattern according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지(400)는 두개의 전극 사이에 3층구조를 형성하고 있다. 유기태양전지(400)는 투명기판(410), 투명기판(410) 상에 형성된 투명전극(420), 투명전극(420) 상에 형성된 광가교정공수송층(430), 광가교정공수송층(430) 상에 형성된 광가교광활성층(440), 광가교광활성층(440) 상에 형성된 전자수송층(445) 및 전자수송층(445) 상에 형성된 금속전극(450)을 포함한다. Referring to FIG. 4, the organic
이때 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지(400)의 투명기판(410), 투명전극(420), 광가교정공수송층(430), 광가교광활성층(440), 금속전극(450)은 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지(300)의 투명기판(310), 투명전극(320), 광가교정공수송층(330), 광가교광활성층(340), 금속전극(350)와 동일하거나 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 도 3를 참조하여 설명한 것으로 대체한다.In this case, the
전자수송층(445)은 광가교광활성층(440) 상에 형성되어 있으며, 광가교된 전자수송층일 수도 있고, 광가교되지 않은 순수한 전자수송일 수도 있다. The
전자수송층(445)은 금속전구체 졸(혹은 용액)을 이용하여 잉크젯방식, 오프셋 인쇄방식, 그라비아 인쇄방식 등으로 패턴을 형성시킬 수 있다. 또한 n-type의 금속산화물 나노입자를 제조하고 이를 분산매질에 첨가제와 함께 분산시켜 잉크, 슬러리, 페이스트 등의 형태로 제조하여 상기 제기된 인쇄방식으로 패턴을 형성시 킬 수 있다. 이러한 금속산화물 졸(혹은 용액)과 금속산화물 나노입자로는 ZnO계 나노입자, Doped-ZnO(ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N 등)계 나노입자, SnO2 나노입자, ITO 나노입자, TiO2 나노입자, TiOx(1<x<2) 졸, Cs2CO3 용액 titanium(diisoproxide)bis(2,4-pentadionate) 용액일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The
또한, 전자수송층(445)는 유기물로 구성될 수도 있다. 앞에서 광가교된 박막을 갖는 유기태양전지(330)를 설명하는 과정에서 언급된 전자수용체(A)를 감광제(분자내에 N3 group을 2개이상 가진 화합물)와 함께 유기용매에 용해시켜 전자수송층용 감광액을 제조한다. 이 감광액에는 rodamine B, pyronin B, crystal violet, malachite green 등과 같은 p-type 도판트를 미량 포함할 수도 있다. 이 경우 전자수송특성이 향상된다. In addition, the
제조된 전자수송층용 감광액을 이용하여 사진식각 공정, 예를 들어 광가교광활성층 상에 코팅, 건조, 노광, 현상의 단계를 거침으로서 소정형상의 패턴을 형성시킬 수 있다. The prepared photoresist for the electron transport layer may be used to form a predetermined pattern by performing a photolithography process, for example, coating, drying, exposure, and development on a photocrosslinking active layer.
코팅과정은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, flexography법, 그라비아 프린팅법 등이 적용될 수 있다. 또한 전자수송층을 구성하는 물질이 저분자 유기물인 경우 용매에 용해시키지 않고 진공 하에서 열증착에 의해 형성될 수도 있다. 이때 감광제는 전자수송층용 물질과 혼합하여 열증착시키는 방법과 전자수송층용 물질과 공증착하는 방법이 가능하다.The coating process may include spin coating, spray coating, screen printing, bar coating, doctor blade coating, flexography, gravure printing, and the like. In addition, when the material constituting the electron transport layer is a low molecular organic material, it may be formed by thermal evaporation under vacuum without dissolving in a solvent. In this case, the photosensitive agent may be mixed with the material for the electron transport layer and thermally deposited, or the method may be co-deposited with the material for the electron transport layer.
코팅된 박막은 용매를 제거하기 위한 건조(진공증착 박막의 경우는 필요 없음) 단계를 거치게 된다. 이어서 소정형상의 마스크를 상기 건조된 박막 상부에 배치하고 광에 노출시키면, 광에 노출된 부분이 반응식 1과 같은 반응을 일으켜 현상액(혹은 용매)에 대한 용해성이 지극히 저하된다. 즉 반응식 1과 같은 반응에 의해 노광된 부분은 현상과정에서 현상액에 의해 용해되지 않는 반면, 비노광 부분은 현상액에 용해됨으로서 제거된다. 이로써 소정형상의 전자수송층 패턴을 얻을 수 있으며, 이 경우는 광가교된 전자수송층에 해당된다.The coated thin film is subjected to a drying step (no need for vacuum deposition thin film) to remove the solvent. Subsequently, when a mask having a predetermined shape is disposed on the dried thin film and exposed to light, the portion exposed to light causes a reaction as in Scheme 1, so that the solubility in a developer (or solvent) is extremely reduced. That is, the portion exposed by the reaction as in Scheme 1 is not dissolved by the developer in the developing process, while the non-exposed part is removed by dissolving in the developer. Thereby, the electron transport layer pattern of a predetermined shape can be obtained, and this case corresponds to the light crosslinked electron transport layer.
특히, 저분자 유기물의 경우는 감광체를 포함하지 않은 형태로 전자수송층을 형성시킬 수도 있다. 즉, 저분자 유기물을 진공하에서 열증착시킬 때 새도우마스크를 배치시키면 특정 원하는 부분만 증착이 가능하여 전자수송층 패턴을 형성시킬 수 있다. In particular, in the case of a low molecular organic material, the electron transport layer may be formed in a form not containing a photoreceptor. That is, when the low molecular organic material is thermally evaporated under vacuum, by arranging the shadow mask, only a specific desired portion may be deposited to form an electron transport layer pattern.
도 4에 도시하지 않았으나 광가교전자수송층(445)의 패턴은 투명전극(420) 우측 끝단까지만 형성시킬 수도 있고, 투명전극(420) 우측 끝단을 넘어 광가교광활성층(440) 끝단까지 형성시킬 수도 있고, 광가교광활성층(440) 끝단을 넘어 투명기판(410)에 접촉된 형태로 형성시킬 수도 있다. 이는 노광공정에 사용되는 포토마스크의 선폭을 달리하여 광에 노출되는 면적을 제어함으로써 가능하다.Although not shown in FIG. 4, the pattern of the photocrosslinking
또한, 전자수송층(445)은 유무기 하이브리드 형태로 구성될 수도 있다. 즉 위에서 설명한 유기 전자수용체(A)와 감광제 및 금속산화물 졸(혹은 용액)이나 금속산화물 나노입자가 혼합된 형태의 용액(혹은 슬러리 혹은 잉크 혹은 페이스트)을 제조하여 사진식각 공정으로 패턴을 형성할 수 있다. In addition, the
이러한 전자수송층(445)의 두께는 5~500 nm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The thickness of the
본 발명의 또다른 실시예에 광가교박막을 갖는 3층구조 유기태양전지의 제조방법은 (1) 투명기판 상에 진공방식 혹은 습식방식으로 투명전극을 형성시키는 단계, (2) 투명전극 상에 광가교정공수송층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (3) 광가교정공수송층 상에 광가교광활성층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (4) 광가교광활성층 상에 진공방식 혹은 습식방식으로 전자수송층(패턴)을 형성시키는 단계, (5) 전자수송층 상에 금속전극을 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. . According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a three-layered organic solar cell having a photocrosslinked thin film includes (1) forming a transparent electrode on a transparent substrate by vacuum or wet method, and (2) on a transparent electrode. Forming a photocrosslinked hole transport layer (pattern) by a photolithography process, (3) forming a photocrosslinked photoactive layer (pattern) on a photocrosslinked hole transport layer by photolithography process, and (4) on a photocrosslinked photoactive layer Forming an electron transport layer (pattern) by a vacuum method or a wet method, and (5) forming a metal electrode on the electron transport layer by a vacuum method or a wet method. .
각 단계들을 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유기태양전지의 각 층들의 제조단계들과 동일하며 전자수송층을 형성하는 단계는 위에서 설명하였으므로 구체적인 설명을 생략한다.Each step is the same as the manufacturing steps of the layers of the organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention with reference to FIG. 3, and the steps of forming the electron transport layer are described above, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교 박막을 갖는 인버트형 유기태양전지의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of an inverted organic solar cell having an optical crosslinked thin film according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교 박막을 갖는 인버트형 유기태양전지(500)는 투명기판(510), 투명기판(510) 상에 형성된 투명전극(520), 투명전극(520) 상에 형성된 투명전극개질층(525), 투명전극개질층(525) 상에 형성된 광가교광활성층(540), 광가교광활성층(540) 상에 형성된 광가교정공수송층(530) 및 광가교정공수송층(530) 상에 형성된 금속전극(550)을 포함한다. Referring to FIG. 5, an inverted organic
이때 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양 전지(500)의 투명기판(510), 투명전극(520), 광가교정공수송층(530), 광가교광활성층(540)은 도 3 또는 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지(300, 400)의 투명기판(310, 410), 투명전극(320, 420), 광가교정공수송층(330, 430), 광가교광활성층(340, 440)과 동일하거나 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 것으로 대체한다. In this case, the
투명전극개질층(525)은 투명전극(520)의 특성을 개질하는 역할을 한다. 구체적으로 투명전극(520)이 p-type의 반도체 특성을 나타내는 경우, n-type의 반도체특성을 갖는 투명전극개질층을 형성시킴으로서 투명전극(520)의 특성을 변경시키는 역할을 한다. 만약 p-type의 투명전극(520)에 곧바로 광활성층(540)이 형성된다면, 오믹접합이 이루어지지 않아서 태양전지(500)의 기능이 현저히 떨어질 수 있다. 따라서 광활성층(540) 하부와 p-type 반도체 특성인 투명전극(520) 사이에 n-type 반도체 특성을 갖는 투명전극개질층(525)을 형성시킴으로서 오믹접촉이 가능하여 원활한 전자흐름을 유도하게 된다. The transparent
이 투명전극개질층(525)은 금속전구체 졸(혹은 용액)을 이용하여 잉크젯방식, offset 인쇄방식, 그라비아 인쇄방식 등으로 패턴을 형성시킬 수 있다. 또한 금속산화물 나노입자 및 n-type 특성의 칼코지나이드화합물 나노입자를 제조하고 이를 분산매질에 첨가제와 함께 분산시켜 잉크, 슬러리, 페이스트 등의 형태로 제조하여 상기 제시된 인쇄방식으로 패턴을 형성시킬 수 있다. 이러한 금속산화물 졸(혹은 용액)은 TiOx(1<x<2) 졸, Cs2CO3 용액 titanium(diisoproxide)bis(2,4-pentadionate) 용액 등을 예로 들 수 있으며, 금속산화물 나노입자로는 ZnO계 나노입자, Doped-ZnO(ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N 등)계 나노입자, SnO2 나노입자, ITO 나노입자, TiO2 나노입자 등을 예로 들 수 있다. 또한 상기 n-type 특성의 칼코지나이드화합물 나노입자로는 CdS, ZnS, MnS, Zn(O,S), ZnSe, (Zn,In)Se, In(OH,S), In2S3 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The transparent electrode reformed
또한 유기계 투명전극개질층도 적용될 수 있으며, tetrakis(dimethylamino)ethylene, poly(ethylene oxide)와 같은 저분자와 고분자 및 hexadecanthiol, 1H,1H,2H,2H-perfluoro decanethiol 등과 같은 self assembly monolayer일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. In addition, the organic transparent electrode reformed layer may also be applied, and may be a low molecular weight polymer such as tetrakis (dimethylamino) ethylene or poly (ethylene oxide) and a self assembly monolayer such as hexadecanthiol, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro decanethiol, but is not limited thereto. It doesn't work.
금속산화물 및 n-type 특성의 칼코지나이드화합물은 앞서 제시된 인쇄방식 이외에도 진공장비에 쉐도우 마스크(shadow mask)를 장착하여 패턴을 형성할 수도 있다. 특히 칼코지나이드화합물의 경우는 화학욕증착(chemical bath deposition) 방식이나 ILGAR(ion layer gas reaction) 방식이 적용될 수도 있다. 이 경우에는 포토레지스트(photoresist) 등을 이용하여 투명전극개질층(525)이 형성될 부분을 제외하고는 보호막을 형성시킨 후 상기과 같은 화학용증착방식으로 박막패턴을 형성시키며, 이어서 보호막을 제거함으로써 투명전극개질층 패턴형성이 가능하다. 이러한 보호막은 화학용증착과정에서 불필요한 부분에 박막형성이 진행되지 않도록 하기 위한 것이다. Metal oxides and n-type chalcogenide compounds may be formed by attaching a shadow mask to a vacuum device in addition to the printing method described above. In particular, in the case of chalcogenide compounds, chemical bath deposition or ILGAR may be applied. In this case, except for the portion where the transparent
이러한 투명전극개질층(525)의 두께는 5~500 nm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The thickness of the transparent electrode reformed
이 투명전극개질층(525)은 n-type의 반도체특성을 갖는 물질이 적용되므로 앞서 도 3을 참조하여 설명한 전자수송층용 소재와 동일한 특성을 가진다. 따라서 본 실시예에서 언급된 투명전극개질층용 소재는 전자수송층용 소재로 응용될 수 있으며, 그 반대로 본 실시예에서 언급된 전자수송층용 소재는 투명전극개질층용 소재로 응용될 수 있다.The transparent electrode reformed
도 5에 도시하지 않았으나 투명전극개질층(525)의 패턴은 투명전극(520) 우측 끝단까지만 형성시킬 수도 있고, 투명전극(520) 우측 끝단을 넘어 투명기판(510)에 접촉된 형태로 형성시킬 수도 있다. 이는 인쇄공정에 적용되는 마스크의 선폭을 달리하거나, 진공공정에 적용되는 쉐도우 마스크(shadow mask)의 선폭을 달리하거나 화학욕증착공정에 적용되는 보호막 패턴의 크기를 제어함으로써 가능하다.Although not shown in FIG. 5, the pattern of the transparent electrode reformed
금속전극(550)은 광가교정공수송층(530) 상에 형성되어 정공을 수집하는 역할(즉, 금속전극 A로부터 광가교정공수송층의 HOMO 준위에 전자를 전달하는 역할)을 수행한다. 금속전극(550)은 높은 전기전도도와 광가교정공수송층과 오믹 접합이 가능하고, 안정성이 우수한 물질일 수 있다. 예를 들어 이러한 금속전극(550)의 재료는 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni) 등과 같은 금속일 수 있다. 금속전극(550)의 두께는 0.1~5 μm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이 금속전극(550)은 DC 스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다. The
본 발명의 또다른 실시예에 따른 광가교박막을 갖는 인버트형 유기태양전지의 제조방법은 (1) 투명기판 상에 진공방식 혹은 습식방식으로 투명전극을 형성시키는 단계, (2) 투명전극 상에 투명전극개질층을 진공공정 혹은 습식공정으로 형성시키는 단계, (3) 투명전극개질층 상에 광가교광활성층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (4) 광가교활성층(패턴) 상에 광가교정공수송층(패턴)을 사진식각 공정으로 형성시키는 단계, (5) 광가교수송층(패턴) 상에 금속전극을 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. Inverted organic solar cell manufacturing method having an optical cross-linked thin film according to another embodiment of the present invention comprises the steps of (1) forming a transparent electrode on the transparent substrate by vacuum or wet method, (2) on the transparent electrode Forming a transparent electrode reformed layer by a vacuum process or a wet process, (3) forming a photocrosslinked active layer (pattern) on the transparent electrode modified layer by a photolithography process, (4) forming a photocrosslinked active layer (pattern) Forming a photo-cross-linked hole transport layer (pattern) by a photolithography process, (5) forming a metal electrode on the photo-crosslinked transport layer (pattern) by a vacuum method or a wet method.
각 단계들은 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유기태양전지의 각 층들의 제조단계들과 동일하며 투명전극개질층과 금속전극을 형성하는 단계들은 위에서 설명하였으므로 구체적인 설명을 생략한다.Each step is the same as the manufacturing steps of the layers of the organic solar cell according to the embodiments of the present invention with reference to FIGS. 3 and 4 and the steps of forming the transparent electrode reformed layer and the metal electrode have been described above. Omit.
본 실시예에에서 각 층의 제조방법은 진공방식이 적용되어도 되며, 습식방식이 적용될 수 있다. 진공방식이라 함은 진공챔버(vacuum chamber) 내에서 해당되는 단위 박막 혹은 박막패턴의 형성을 의미하며 각 층의 종류에 따라 열증착, 스퍼트증착, CVD(chemical vapor deposition), 전자빔 증착 등이 적용될 수 있다. 또한 습식방식이라 함은 해당되는 소재를 액상의 매질에 용해시키거나 분산시킨 후 잉크젯프린팅, 스크린프린팅, 그라비아(gravure)프린팅, 플렉소그라피(flexography), 닥터블레이드(doctor blade)코팅 방식, 전기도금 방식, 전기영동방식, 화학욕증착 등으로 박막을 형성하는 것을 의미한다.In the present embodiment, the method of manufacturing each layer may be a vacuum method, or a wet method may be applied. The vacuum method refers to the formation of a unit thin film or a thin film pattern in a vacuum chamber, and thermal deposition, sputter deposition, chemical vapor deposition (CVD), and electron beam deposition may be applied according to the type of each layer. have. In addition, the wet method refers to ink jet printing, screen printing, gravure printing, flexography, doctor blade coating, electroplating after dissolving or dispersing a corresponding material in a liquid medium. It means the formation of a thin film by the method, electrophoresis method, chemical bath deposition.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Embodiments have been described above with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
전술한 구조 및 제조공정으로 구현된 본 발명의 실시예들에 따른 광가교박막을 갖는 유기태양전지는 추가적으로 투명전극 상부(혹은 하부)에 그리드전극이 형성될 수도 있다. 그리드전극은 주로 금속 접촉층으로 이루어지고 전자빔 시스템 또는 다른 방법을 통하여 형성시킬 수 있으며, 주로 Ni, Al, Ag 등이 이용될 수 있다. In the organic solar cell having the photocrosslinked thin film according to the embodiments of the present invention implemented by the above-described structure and manufacturing process, a grid electrode may be additionally formed on (or under) the transparent electrode. The grid electrode mainly consists of a metal contact layer and can be formed through an electron beam system or other method, and mainly Ni, Al, Ag, or the like can be used.
또한, 투명기판 내부 혹은 외부에 반사방지층이 추가적으로 형성될 수도 있다. 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 효율을 더욱 더 증가시키는 기능을 하는 반사방지층은 MgF2, 실리콘나이트라이드(SiNx) 등이 사용되는데 전자빔 증발법, 화학적증착법(CVD) 등에 의하여 두께가 600~1000 Å 정도로 형성하여 사용될 수 있다.In addition, an antireflection layer may be additionally formed inside or outside the transparent substrate. MgF 2 , silicon nitride (SiNx), etc. are used as the anti-reflective layer to reduce the reflection loss of sunlight incident on the solar cell and further increase efficiency. The thickness is 600 by electron beam evaporation, chemical vapor deposition (CVD), etc. It can be used to form about ~ 1000 kPa.
이상과 같이 본 발명의 실시예들에 따른 광가교박막 패턴을 갖는 유기태양전지 및 이의 제조방법을 설명하였다. As described above, the organic solar cell having the photocrosslinked thin film pattern and the manufacturing method thereof according to the embodiments of the present invention have been described.
이러한 광가교박막 패턴을 사진식각 공정으로 형성시킴으로서, 종래 레이저 스크라이빙 방식 등으로 제조된 모노리식(monolithic type)의 유기태양전지에 비해 공정이 간단하고, 고해상도의 패턴을 형성할 수 있으며, 플라스틱 기판을 이용한 유기태양전지에도 적용할 수 있다는 장점이 있다. By forming such a photocrosslinked thin film pattern by a photolithography process, a process is simpler than a monolithic organic solar cell manufactured by a conventional laser scribing method, and a high resolution pattern can be formed, and a plastic There is an advantage that can be applied to organic solar cells using a substrate.
또한 통상의 유기태양전지는 용액으로 제조되어 박막화를 진행하게 되는데, 용액내에 존재하는 용매가 이미 형성된 하층의 박막을 용해시켜 적층구조를 형성하기가 매우 어려웠다. 따라서 통상의 유기태양전지는 친수성박막 상부(혹은 하부)에 친유성박막이 적층된 형태만이 가능하였고, 이러한 이유로 유기태양전지에 적용할 수 있는 소재가 지극히 제한적이었다. 즉 통상의 유기태양전지용 정공수송층은 수용성인 PEDOT:PSS 만이 적용될 수 있었고, 정공수송특성이 보다 우수한 p-type의 전도성고분자[아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)을 가지는 고분자 등]의 적용이 불가능 하였다. In addition, the conventional organic solar cell is made of a solution to proceed to thin film, it was very difficult to form a laminated structure by dissolving the thin film of the lower layer in which the solvent present in the solution is already formed. Therefore, the conventional organic solar cell can only be a form in which the lipophilic thin film is stacked on the upper (or lower) of the hydrophilic thin film, and for this reason, the materials applicable to the organic solar cell are extremely limited. In other words, the hole transport layer for a conventional organic solar cell can be applied to water-soluble PEDOT: PSS only, and has a higher p-type conductivity polymer [aryl-amine group (aryl amine group), aromatic amine polymer having a group) is not applicable.
그러나 본 발명의 실시예들에 따른 광가교 박막을 갖는 유기태양전지의 구현으로 인해 그 성능이 우수한 다양한 종류의 정공수송 재료가 응용될 수 있으며, 동일한 이유로 다양한 종류의 광활성층용 소재를 적용할 수 있으므로 최종 구현된 유기태양전지의 효율 향상에도 기여할 수 있다는 장점이 있다. However, due to the implementation of the organic solar cell having the optical cross-linked thin film according to the embodiments of the present invention can be applied to various kinds of hole transport material having excellent performance, and for the same reason can be applied to various kinds of materials for the photoactive layer There is an advantage that can contribute to the improvement of the efficiency of the finally implemented organic solar cell.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 광가교박막을 갖는 유기태양전지의 구현방법을 실시예를 통하여 구체화하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of an embodiment of an organic solar cell having a photocrosslinked thin film according to the embodiments of the present invention will be embodied by way of examples, but the present invention is limited to the following examples, which are only presented to aid the understanding of the present invention. It is not.
실시예 1Example 1
1. 투명기판/투명전극1. Transparent substrate / transparent electrode
유리기판 상부에 ITO(15 Ω/sq의 시트 저항, 두께 1,500 Å)가 형성된 기판 (이하 ITO 기판이라 함)을 제조하였다. 이 ITO 기판을 아세톤, 세미코크린(풀우치과학사제), 이소프로필 알코올에 담근 후 각 15 분간 초음파세정을 행한 후, 건조시켰다. 다음에, 대기압 플라즈마 표면처리 장치에서 3분 동안 이 ITO 기판의 표면처리를 행하였으며, PR(positive photoresist)를 이용하여 사진식각 공정(PR코팅, 건조, 노광, 형상, 에칭, PR striping)으로 ITO 패턴을 형성하였다. A substrate (hereinafter referred to as an ITO substrate) having an ITO (sheet resistance of 15 Ω / sq, thickness of 1,500 kW) was formed on the glass substrate. The ITO substrate was immersed in acetone, semicoclean (manufactured by Plough Science, Inc.), and isopropyl alcohol, and then ultrasonically cleaned for 15 minutes and then dried. Next, the ITO substrate was subjected to surface treatment for 3 minutes in an atmospheric plasma surface treatment apparatus. A pattern was formed.
2. 광가교정공수송층의 형성2. Formation of optical cross-linked hole transport layer
상기 투명전극(ITO 패턴) 상부에 형성되는 광가교정공수송층의 형성과정은 다음과 같다. 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트(스탈크사제, PEDOT:PSS라 약칭한다.) 10g에 수용성 감광제인 4,4´diazido-2,2'stilbenedisulfonic acid disodium salt를 0.27g을 가하여 감광액을 제조하였으며, 불순 미립자를 제거하기 위하여 0.45 μm의 필터를 사용하여 여과하였다. 제조된 감광액을 상기 ITO 패턴 상부에 screen printing 코팅방식으로 코팅한 후, 140 ℃에서 15 분간 건조시켰다. 스트라이프 형태(stripe type)의 포토마스크를 상기 건조막(PEDOT:PSS+감광제) 상부에 배치시키고 UV 광에 60초 노출시켰다. 마스크를 제거하고 기판을 물(혹은 알콜)에 침적(혹은 스프레이)시켜 비노광 부위의 PEDOT:PSS+감광제 막을 제거하여 광가교정공수송층 패턴을 형성하였다.The formation process of the photocrosslinked hole transport layer formed on the transparent electrode (ITO pattern) is as follows. A photosensitive solution was prepared by adding 0.27 g of 4,4'diazido-2,2'stilbenedisulfonic acid disodium salt, a water-soluble photosensitive agent, to 10 g of polyethylenedioxythiophene: polystyrenesulfonate (manufactured by Stalk, PEDOT: PSS). Filtration was carried out using a 0.45 μm filter to remove impurities. The prepared photoresist was coated on the ITO pattern by the screen printing coating method, and then dried at 140 ° C. for 15 minutes. A stripe type photomask was placed on top of the dry film (PEDOT: PSS + photosensitive agent) and exposed to UV light for 60 seconds. The mask was removed and the substrate was dipped (or sprayed) in water (or alcohol) to remove the PEDOT: PSS + photosensitizer film in the non-exposed areas to form a photocrosslinked hole transport layer pattern.
3. 광가교광활성층의 형성3. Formation of Photocrosslinked Photoactive Layer
정공수용체 재료로서, 위치 규칙적인 폴리트리헥실티오펜(Rieke Metals 제, P3HT라 약칭한다) 15 g과 전자수용체 재료로서, 풀러렌 유도체인 [6,6]-페닐C61-부티릭 애시드 메틸 에스테르(Nano-C제, PCBM라 약칭한다) 12 g을 1 L의 클로로벤젠에 용해하여 광할성층용 용액을 미리 제조하였다. 여기에 감광제인 2,6-bis(4-azidobenzylidene)-4-methyl cyclohexanone 0.7g을 용해시켜 광가교광활성층용 감광액을 제조하였다. 제조된 감광액을 상기 광가교정공수송층 상부에 doctor blade 코팅방식으로 코팅한 후, 60 ℃에서 40 분간 건조시켰다. 스트라이프 형태(stripe type)의 포토마스크를 상기 건조막(P3HT:PCBM+감광제) 상부에 배치시키고 UV 광에 82초 노출시켰다. 마스크를 제거하고 기판을 클로로벤젠에 침적(혹은 스프레이)시켜 비노광 부위의 P3HT:PCBM+감광제 막을 제거하여 광가교광활성층 패턴을 형성하였다.15 g of regioregular polytrihexylthiophene (Rieke Metals, abbreviated P3HT) as hole acceptor material and [6,6] -phenylC61-butyric acid methyl ester (Nano) as fullerene derivative as electron acceptor material 12 g of -C product, abbreviated as PCBM) was dissolved in 1 L of chlorobenzene to prepare a solution for the photoactive layer. 0.7 g of 2,6-bis (4-azidobenzylidene) -4-methylcyclohexanone as a photosensitizer was dissolved therein to prepare a photosensitive liquid for photocrosslinking active layer. The prepared photoresist was coated on the photocrosslinked hole transport layer by a doctor blade coating method, and then dried at 60 ° C. for 40 minutes. A stripe type photomask was placed on top of the dry film (P3HT: PCBM + photosensitizer) and exposed to UV light for 82 seconds. The mask was removed and the substrate was immersed (or sprayed) in chlorobenzene to remove the P3HT: PCBM + photosensitizer film in the non-exposed areas to form a photocrosslinked active layer pattern.
4. 금속전극C의 형성 및 실링공정4. Formation and sealing process of metal electrode C
광가교광활성층 패턴이 형성된 기판을 진공챔버 상부에 장착하고, 기판 하단에는 새도우마스크(shadow mask)를 배치시킨 후 고진공(10-6 torr) 하에서 LiF와 Al를 열증착시켰다. 증착이 완료된 기판은 Glove Box에서 실링(sealing) 공정을 거쳐 Glass/ITO패턴/광가교PEDOT:PSS패턴/광가교 P3HT:PCBM 패턴/LiF:Al의 층구조를 갖는 monolithic type의 유기태양전지 모듈을 완성하였다. The substrate on which the photocrosslinked photoactive layer pattern was formed was mounted on the vacuum chamber, and a shadow mask was disposed on the bottom of the substrate, and LiF and Al were thermally deposited under high vacuum (10 −6 torr). After the deposition is completed, the substrate is subjected to a sealing process in a glove box to obtain a monolithic type organic solar cell module having a layer structure of glass / ITO pattern / photocrosslinked PEDOT: PSS pattern / photocrosslinked P3HT: PCBM pattern / LiF: Al. Completed.
5. 광전변환효율 측정5. Photoelectric conversion efficiency measurement
제작된 유기태양전지의 광전변환 효율을 측정하였다. 모듈을 구성하는 다수의 셀 중에서 1개의셀만 대표적으로 선택하여 전류-전압특성을 평가하였다. 유기태양전지 소자의 전압-전류밀도는 Keithley 236 Source Measurement와 Solar Simulator (300W simulator models 81150 and 81250, Spectra physics Co.)를 사용하여 표준 조건 (AM 1. 5, 100 mW/cm2, 25 ℃)에서 측정되었으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 개방회로 전압(Voc)은 0.60V, 단락회로 전류(Jsc)는 14.9 mA/cm2, fill factor는 62%로 나타났으며, 이로서 5.4 %의 광전변환 효율을 나타내었다. 도 6은 실시예 1에 의한 광가교된 박막패턴을 갖는 유기태양전지의 전류-전압 특성을 나타낸다. The photoelectric conversion efficiency of the fabricated organic solar cell was measured. Only one cell was selected representatively from the plurality of cells constituting the module to evaluate the current-voltage characteristics. The voltage-current density of the organic solar cell device was measured using Keithley 236 Source Measurement and Solar Simulator (300W simulator models 81150 and 81250, Spectra physics Co.) under standard conditions (AM 1.5, 100 mW / cm 2 , 25 ° C). Was measured, and the results are shown in FIG. 6. The open circuit voltage (V oc ) was 0.60V, the short circuit current (J sc ) was 14.9 mA / cm 2 , and the fill factor was 62%, resulting in 5.4% photoelectric conversion efficiency. FIG. 6 shows current-voltage characteristics of an organic solar cell having a photocrosslinked thin film pattern according to Example 1. FIG.
실시예 2Example 2
1. 투명기판/투명전극1. Transparent substrate / transparent electrode
실시예 1에서 제시된 유리재질의 투명기판을 PEN[poly(ethylene naphthalate)]으로 변경하였으며, 투명전극을 AZO(Al이 도핑된 SnO2)를 이용하였다. 투명전극이 AZO로 변경됨에 따라 AZO 패턴형성(photolithography 공정)을 위한 에칭용액을 0.01%의 묽은 질산을 사용하였고, 기타 조건은 동일하게 하였다.The glass substrate of Example 1 was changed to PEN [poly (ethylene naphthalate)], and AZO (Al-doped SnO 2 ) was used as the transparent electrode. As the transparent electrode was changed to AZO, 0.01% dilute nitric acid was used as the etching solution for AZO pattern formation (photolithography process), and the other conditions were the same.
2. 광가교정공수송층의 형성2. Formation of optical cross-linked hole transport layer
실시예 1에서 제시된 PEDOT:PSS 대신에 하기 화학식 7을 사용하였으며, 감광제로는 2,6-bis(4-azidobenzylidene)-4-methyl cyclohexanone를 이용하였고, 또한 사진식각 공정중 현상액을 물이 아닌 THF와 EtOH 혼합용매를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1의 <광가교정공수송층의 형성>과 동일하게 하였다. 투명전극상에 형성된 광가교정공수송층 패턴은 도 7과 같았다. 도 7은 사진식각 공정으로 형성된 광가교정공수송층의 패턴을 나타낸다(50배).In place of PEDOT: PSS shown in Example 1, the following Chemical Formula 7 was used, and as a photosensitizer, 2,6-bis (4-azidobenzylidene) -4-methyl cyclohexanone was used, and the developing solution was not water but THF. Except for using a mixed solvent and EtOH was the same as in <Formation of optical cross-linked transport layer> of Example 1. The photocrosslinked hole transport layer pattern formed on the transparent electrode was as shown in FIG. 7. 7 shows the pattern of the photocrosslinked hole transport layer formed by the photolithography process (50 times).
3. 광가교광활성층의 형성3. Formation of Photocrosslinked Photoactive Layer
실시예 1에서 제시된 정공수용체인 P3HT 대신에 PCPDTBT를 이용하였으며, 전자수용체 재료로는 PCBM 대신에 PC70BM을 사용하였고, 또한 감광제를 bis(4-azidobiphenyl)로 대체한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 광가교광활성층을 형성하였다.PCPDTBT was used instead of P3HT, the hole receptor shown in Example 1, and PC 70 BM was used instead of PCBM as the electron acceptor material, and all the same except that the photosensitive agent was replaced with bis (4-azidobiphenyl). To form a photocrosslinking active layer.
4. 전자수송층의 형성4. Formation of electron transport layer
전자수송층용 소재로는 TiOx(1〈x〈2) 졸을 이용하였으며, 잉크젯 인쇄방식으로 상기 광가교광활성층 상부에 전자수송층을 형성하였다. 이러한 TiOx 졸은 기존에 알려진 방식으로 제조하였다. Titanium(IV) isoproxide 10 ml를 2-methoxyethanol 50 ml와 ethanolamine 5 ml와 혼합하였다. 이 혼합용액을 80 ℃로 승온시킨 후 2시간 동안 교반하였다. 이어서 120 ℃로 승온 후 1시간 교반하여 TiOx 졸을 제조하였다. TiOx (1 <x <2) sol was used as the material for the electron transport layer, and an electron transport layer was formed on the photocrosslinked photoactive layer by inkjet printing. Such TiOx sol was prepared in a known manner. 10 ml of titanium (IV) isoproxide was mixed with 50 ml of 2-methoxyethanol and 5 ml of ethanolamine. The mixed solution was heated to 80 ° C. and stirred for 2 hours. Subsequently, after heating up to 120 degreeC, it stirred for 1 hour and manufactured TiOx sol.
5. 금속전극C의 형성 및 실링공정5. Formation and sealing process of metal electrode C
전자수송층(TiOx) 상부에 금속전극 C의 형성을 필요로 하며, 실시예 1에서 제시된 LiF:Al 대신에 Mg:Ag 합금을 이용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 PEN/AZO패턴/광가교 화학식1 패턴/광가교 PCPDTBT:PC70BM 패턴/TiOx 패턴/Mg:Ag의 층구조를 갖는 monolithic type의 유기태양전지 모듈을 완성하였다. It is necessary to form the metal electrode C on the electron transport layer (TiOx), and PEN / AZO pattern / optical cross-linking formula 1 in the same manner except for using Mg: Ag alloy instead of LiF: Al presented in Example 1 A monolithic type organic solar cell module having a layer structure of pattern / photocrosslink PCPDTBT: PC 70 BM pattern / TiOx pattern / Mg: Ag was completed.
6. 광전변환효율 측정6. Photoelectric conversion efficiency measurement
상기와 같이 제작된 광가교박막을 갖는 3층구조의 유기태양전지의 광전변환 효율을 측정하였다. 실시예 1에서 제시된 조건과 동일하게 하여 전류-전압 특성을 측정한 결과 개방회로 전압(Voc)은 0.64 V, 단락회로 전류(Jsc)는 13.3 mA/cm2, fill factor는 55%로 나타났으며, 이로서 4.7 %의 광전변환 효율을 나타내었다. The photoelectric conversion efficiency of the three-layered organic solar cell having the photocrosslinked thin film fabricated as described above was measured. As a result of measuring the current-voltage characteristics under the same conditions as in Example 1, the open circuit voltage (V oc ) is 0.64 V, the short circuit current (J sc ) is 13.3 mA / cm 2 , and the fill factor is 55%. This resulted in 4.7% photoelectric conversion efficiency.
실시예 3Example 3
1. 투명기판/투명전극1. Transparent substrate / transparent electrode
실시예 1에서 제시된 조건과 동일하게 하였다.It was made the same as the conditions shown in Example 1.
2. 투명전극개질층 형성 2. Formation of Transparent Electrode Modification Layer
ITO 패턴 상부에 chemical bath deposition 방식으로 ZnS 투명전극개질층을 형성하였다. 먼저 소정형상의 보호막 패턴(photoresist 패턴)을 ITO 상부에 형성시켜 ZnS가 성막될 부위만 노출시켰다. 투명전극개질층인 ZnS 박막의 형성에 사용되는 시약은 Zinc sulfate, Thiourea, Ammonia 이었다. 우선 증류수에 0.05~9.5 mol/l의 ZnSO4와, 0.2~1.5 mol/l의 NH2CSNH2를 넣고 70℃ ~ 90℃로 가열한다. 이를 제1용액이라 하면 제1용액의 1/3정도에 해당하는 25%의 NH3를 첨가하였다. 제2용액 첨가시 하얀색 침전이 형성되나 이는 교반에 의해 다시 용해 되었다. 또한 상기 ITO 기판을 반응용액에 넣기 전에 암모니아와 물로 이루어진 용액으로 처리 후 10분정도 dipping하여 ZnS를 성막하였다. ZnS 성막 후에는 상기 보호막 패턴을 스티립(strip) 시켜 수순한 ZnS 패턴을 얻었다. A ZnS transparent electrode reformed layer was formed on the ITO pattern by chemical bath deposition. First, a protective film pattern (photoresist pattern) of a predetermined shape was formed on the upper portion of the ITO to expose only the portion where the ZnS was to be formed. Zinc sulfate, Thiourea, and Ammonia were used to form the ZnS thin film, which is a transparent electrode modification layer. First, 0.05-9.5 mol / l ZnSO 4 and 0.2-1.5 mol / l NH 2 CSNH 2 are added to distilled water and heated to 70-90 ° C. If this is the first solution, 25% of NH 3 corresponding to about one third of the first solution was added. A white precipitate formed upon addition of the second solution, which was dissolved again by stirring. In addition, before the ITO substrate was added to the reaction solution, ZnS was formed by dipping for 10 minutes after treatment with a solution of ammonia and water. After ZnS film formation, the protective film pattern was stripped to obtain a pure ZnS pattern.
3. 광가교광활성층의 형성3. Formation of Photocrosslinked Photoactive Layer
투명전극개질층 상부에 광가교광활성층을 형성하였다. 먼저, 정공수용체 재료인 copper phthalocyanine(CuPc)을 감광제인 bis(4-azidophenyl)methanone와 진 공챔버에서 공증착(가열방식)시켜 상기 투명전극개질층 상부에 박막을 형성시켰다. 이때 소정의 shadow mask를 이용함으로서 패턴을 형성할 수 있었다. 이어서 전자수용체인 fullerene(C60)과 감광제인 1,3-diazido-2-(azidomethyl)-2-methylpropane의 혼합물을 진공챔버에서 열증착시켜 상기 정공수용체/감광제 박막패턴 상부에 형성시켰으며, 역시 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 패턴을 형성하였다. 증착이 완료된 기판을 UV에 노출시켜 두 개층 모두 광가교 반응을 진행시켜 2층구조(D/A)의 광가교활성층을 형성시켰다. A photocrosslinking active layer was formed on the transparent electrode reformed layer. First, copper phthalocyanine (CuPc), a hole acceptor material, was co-deposited (heated) in a vacuum chamber with a photoresist bis (4-azidophenyl) methanone to form a thin film on the transparent electrode reformed layer. At this time, the pattern was formed by using a predetermined shadow mask. Subsequently, a mixture of the electron acceptor fullerene (C60) and the photosensitive agent 1,3-diazido-2- (azidomethyl) -2-methylpropane was thermally deposited in a vacuum chamber to form an upper portion of the hole acceptor / photoreceptor thin film pattern. A pattern was formed using a shadow mask. After the deposition was completed, the substrate was exposed to UV, and both layers were subjected to a photocrosslinking reaction to form a photocrosslinking active layer having a two-layer structure (D / A).
4. 광가교정공수송층의 형성4. Formation of optical cross-linked hole transport layer
실시예 1에서 제시된 PEDOT:PSS 대신에 하기 화학식 8와 하기 화학식 9의 혼합물을 사용하였으며, 감광제로는 2,6-bis(4-azidobenzylidene)-4-methyl cyclohexanone를 이용하였고, 또한 사진식각 공정중 현상액을 물이 아닌 THF와 EtOH 혼합용매를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1의 광가교정공수송층의 형성과 동일하게 하였다.In place of PEDOT: PSS shown in Example 1, a mixture of Formula 8 and Formula 9 was used, and as a photosensitizer, 2,6-bis (4-azidobenzylidene) -4-methyl cyclohexanone was used. The developer was the same as the formation of the photocrosslinked hole transport layer of Example 1, except that THF and EtOH mixed solvents were used instead of water.
5. 금속전극A의 형성 및 실링공정5. Formation and Sealing Process of Metal Electrode A
광가교정공수송층 패턴 상부에 형성되는 금속전극은 Ag 잉크를 이용하였다. Ag 잉크를 광가교정공수송층 상부에 screen printing 방식으로 코팅한 후 건조하여 금속전극A층을 형성시켰으며, 이를 질소분위기의 글러브박스로 이동시키고 실링공정을 거쳐 Glass/ITO/ZnS/광가교CuPc/광가교C60/광가교 화학식8+화학식9 패턴/Ag와 같은 구조의 광가교 박막패턴을 갖는 인버트형 유기태양전지 모듈(monolithic type)을 제조하였다. Ag ink was used as the metal electrode formed on the photocrosslinked hole transport layer pattern. Ag ink was coated on the top of the photocrosslinking and transport layer by screen printing and then dried to form a metal electrode A layer, which was transferred to a glove box in a nitrogen atmosphere and subjected to a sealing process through Glass / ITO / ZnS / CuPc / Inverted organic solar cell module (monolithic type) having a photo-crosslinked thin film pattern having the same structure as the photo-crosslinked C60 / photo-crosslinked formula (8 + formula 9) / Ag.
6. 광전변환효율 측정6. Photoelectric conversion efficiency measurement
상기와 같이 제작된 광가교박막을 갖는 인버트형 유기태양전지의 광전변환효율을 측정하였다. 실시예 1에서 제시된 조건과 동일하게 하여 전류-전압 특성을 측정한 결과 개방회로 전압(Voc)은 0.64 V, 단락회로 전류(Jsc)는 13.45 mA/cm2, fill factor는 53%로 나타났으며, 이로서 4.5 %의 광전변환 효율을 나타내었다. The photoelectric conversion efficiency of the inverted organic solar cell having the photocrosslinked thin film fabricated as described above was measured. As a result of measuring the current-voltage characteristic under the same conditions as in Example 1, the open circuit voltage (V oc ) is 0.64 V, the short circuit current (J sc ) is 13.45 mA / cm 2 , and the fill factor is 53%. This resulted in a photoelectric conversion efficiency of 4.5%.
실시예 4Example 4
실시예 1에 제시된 내용 중에서 광가교정공수송층 형성에 사용된 PEDOT:PSS 대신에 PANI:PSS를 사용하였고, 또한 광가교활성층 패턴 형성시 사용된 전자수용층용 재료를 PCBM 대신에 ZnO 나노입자를 이용한 것을 제외하고는 모든 조건을 동일하게 하여 광가교된 박막패턴을 갖는 통상의 유기태양전지를 제조하였다. 제작된 광가교박막패턴을 갖는 통상의 유기태양전지의 Voc 값은 0.63 V, Jsc 값은 12.5 mA/cm2, Fill factor는 55 %로 측정되었으며, 광전변환율은 4.3 % 이었다.Among the contents presented in Example 1, PANI: PSS was used instead of PEDOT: PSS used in forming the photocrosslinked hole transport layer, and ZnO nanoparticles were used instead of PCBM as the material for the electron accepting layer used in forming the photocrosslinked active layer pattern. Except for all the same conditions except for a conventional organic solar cell having a cross-linked thin film pattern was prepared. In the conventional organic solar cell having the photocrosslinked thin film pattern, the Voc value was 0.63 V, the Jsc value was 12.5 mA / cm 2 , the fill factor was 55%, and the photoelectric conversion rate was 4.3%.
실시예 5Example 5
실시예 2에 제시된 내용 중에서 전자수송층 형성을 다음과 같이 변경한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 광가교된 박막패턴을 갖는 3층구조 유기태양전지를 제조하였다. 전자수송층 형성 공정을 요약하면 다음과 같다. 먼저 PTCBI 7 g을 0.4 L의 클로로벤젠에 용해한 후, 여기에 감광제인 bis(4-azidosulfonylbiphenyl) 0.17 g을 용해시켜 전자수송층용 감광액을 제조하였다. 제조된 감광액을 상기 광가교광활성층 상부에 doctor blade 코팅방식으로 코팅한 후, 60 ℃에서 40 분간 건조시켰다. 스트라이프 형태(stripe type)의 포토마스크를 상기 건조막(PTCBI+감광제) 상부에 배치시키고 UV 광에 2분간 노출시켰다. 마스크를 제거하고 기판을 클로로벤젠에 침적(혹은 스프레이)시켜 비노광 부위의 PTCBI+감광제 막을 제거하여 광가교전자수송층 패턴을 형성하였다. 작된 광가교 박막패턴을 갖는 3층구조 유기태양전지의 Voc 값은 0.62 V, Jsc 값은 14.3 mA/cm2, Fill factor는 55 %로 측정되었으며, 광전변환효율은 4.9 % 이었다.Except for changing the electron transport layer formation of the contents shown in Example 2 as in the same, a three-layer structured organic solar cell having a light-crosslinked thin film pattern was prepared. The electron transport layer forming process is summarized as follows. First, 7 g of PTCBI was dissolved in 0.4 L of chlorobenzene, and 0.17 g of bis (4-azidosulfonylbiphenyl), a photosensitive agent, was dissolved therein to prepare a photosensitive liquid for an electron transport layer. The prepared photoresist was coated on the photocrosslinking active layer by a doctor blade coating method and then dried at 60 ° C. for 40 minutes. A stripe type photomask was placed on top of the dry film (PTCBI + photoresist) and exposed to UV light for 2 minutes. The mask was removed and the substrate was immersed (or sprayed) in chlorobenzene to remove the PTCBI + photoresist film in the non-exposed areas to form a photocrosslinked electron transport layer pattern. The VOC value of 0.63 V, Jsc value of 14.3 mA / cm 2 , Fill factor of 55%, and photoelectric conversion efficiency of the three-layered organic solar cell having the photocrosslinked thin film pattern were 4.9%.
실시예 6Example 6
실시예 3에 제시된 내용중에서 투명전극개질층의 형성을 다음과 같이 변경한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 광가교된 박막패턴을 갖는 인버트형 유기태양전지를 제조하였다. 투명전극개질층인 Inx(OH,S)y의 형성 공정을 요약하면 다음과 같다. 투명전극개질층인 Inx(OH,S)y의 성막에 사용되는 시약은 Indium(Ⅲ) chloride와 Thioacetamide 이었다. 우선 증류수에 0.005 M InCl3와 0.15 M CH3CSNH2를 넣고 70℃로 가열한다. 상기 제조된 용액에 ITO 기판을 침적시키고 일정시간 교반하면 ITO 상부에 Inx(OH,S)y 박막이 형성된다. 이때의 pH value는 1.8이며 성막 시간은 20분 정도이었다. 제작된 광가교박막패턴을 갖는 인버트형 유기태양전지의 Voc 값은 0.58 V, Jsc 값은 15.30 mA/cm2, Fill factor는 52 %로 측정되었으며, 광전변환율은 4.6 % 이었다.An inverted organic solar cell having a photocrosslinked thin film pattern was manufactured in the same manner except that the formation of the transparent electrode modification layer was changed as follows. A process of forming In x (OH, S) y , which is a transparent electrode modification layer, is as follows. Indium (III) chloride and Thioacetamide were used to form In x (OH, S) y as a transparent electrode reformer. First, 0.005 M InCl 3 and 0.15 M CH 3 CSNH 2 were added to distilled water and heated to 70 ° C. The ITO substrate was deposited on the prepared solution and stirred for a predetermined time to form an In x (OH, S) y thin film on the ITO. At this time, the pH value was 1.8 and the deposition time was about 20 minutes. The inverted organic solar cell having the photocrosslinked thin film pattern had a Voc value of 0.58 V, a Jsc value of 15.30 mA / cm 2 , a fill factor of 52%, and a photoelectric conversion rate of 4.6%.
실시예 7Example 7
실시예 3에 제시된 내용중에서 투명전극개질층의 형성을 다음과 같이 변경한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 광가교된 박막패턴을 갖는 인버트형 유기태양전지를 제조하였다. An inverted organic solar cell having a photocrosslinked thin film pattern was manufactured in the same manner except that the formation of the transparent electrode modification layer was changed as follows.
투명전극개질층인 TiOx(1〈x〈2)는 실시예 2의 전자수송층 형성시 언급된 것과 동일한 소재와 공정조건을 적용하였다. 즉 TiOx졸을 이용하여 잉크젯 인쇄방식으로 상기 투명전극 상부에 투명전극개질층을 형성하였다. 이러한 TiOx 졸은 기존에 알려진 방식으로 제조하였다. Titanium(IV) isoproxide 10 ml를 2-methoxyethanol 50 ml와 ethanolamine 5 ml와 혼합하였다. 이 혼합용액을 80 ℃로 승온시킨 후 2시간 동안 교반하였다. 이어서 120 ℃로 승온 후 1시간 교반하여 TiOx 졸을 제조하였다. 이와같이 인버트형 유기태양전지에서 사용되는 투명전극개질층용 소재는 3층구조의 유기태양전지에서 사용되는 전자수송층용 소재와 상호 교차사용할 수 있음을 알 수 있었다. 제작된 광가교박막패턴을 갖는 인버트형 유기태양전지의 Voc 값은 0.61 V, Jsc 값은 14.40 mA/cm2, Fill factor는 55 %로 측정되었으며, 광전변환율은 4.8% 이었다.TiOx (1 <x <2), a transparent electrode modifying layer, was subjected to the same materials and process conditions as those mentioned in forming the electron transport layer of Example 2. That is, a transparent electrode reformed layer was formed on the transparent electrode by inkjet printing using a TiO x sol. Such TiOx sol was prepared in a known manner. 10 ml of titanium (IV) isoproxide was mixed with 50 ml of 2-methoxyethanol and 5 ml of ethanolamine. The mixed solution was heated to 80 ° C. and stirred for 2 hours. Subsequently, after heating up to 120 degreeC, it stirred for 1 hour and manufactured TiOx sol. As described above, the transparent electrode reforming layer material used in the inverted organic solar cell can be cross-used with the electron transport layer material used in the organic solar cell of the three-layer structure. The inverted organic solar cell having the photocrosslinked thin film pattern had a Voc value of 0.61 V, a Jsc value of 14.40 mA / cm 2 , a fill factor of 55%, and a photoelectric conversion rate of 4.8%.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Accordingly, the embodiments disclosed herein are intended to be illustrative rather than limiting, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all the technologies within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도1은 유기태양전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an organic solar cell.
도2는 인버트형 유기태양전지의 단면이다.2 is a cross-sectional view of an inverted organic solar cell.
도3은 다른 실시예에 따른 인버트형 유기태양전지의 제조방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a manufacturing method of an inverted organic solar cell according to another embodiment.
도 4는 비교예 1에 의한 인버트형 유기태양전지의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing current density-voltage characteristics of an inverted organic solar cell according to Comparative Example 1. FIG.
도5는 실시예 1에 의한 인버트형 유기태양전지의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the current density-voltage characteristics of the inverted organic solar cell according to Example 1. FIG.
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Families Citing this family (3)
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006278582A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Dainippon Printing Co Ltd | Organic thin-film solar cell |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006278582A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Dainippon Printing Co Ltd | Organic thin-film solar cell |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BUMJOON J. KIM et al. Photocrosslinkable Polythiophenes for Efficient, Thermally Stable, Organic Photovoltaics, Advanced functional materials, Volume 19, Issue 14, pages 2273 2281, July 24, 2009* |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017171364A3 (en) * | 2016-03-28 | 2018-03-29 | 주식회사 엘지화학 | Organic solar cell module and method for manufacturing same |
US10847724B2 (en) | 2016-03-28 | 2020-11-24 | Lg Chem, Ltd. | Organic solar cell module and method for manufacturing same |
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