KR101139577B1 - 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다. 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하고 제1 반도체 나노입자 및 제1 전도성 고분자를 함유하는 제1 광활성층, 상기 제1 광활성층 상에 위치하는 그래핀층, 상기 그래핀층 상에 위치하고 제2 반도체 나노입자 및 제2 전도성 고분자를 함유하는 제2 광활성층 및 상기 제2 광활성층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 갖는다. 본 발명에 따르면, 광활성층마다 각기 다른 종류의 나노입자를 도입함으로써 광활성층의 광흡수 대역을 확장할 수 있으며, 태양전지의 발열을 최대한 줄이고 광흡수율을 극대화할 수 있다. 또한, 그래핀층의 도입으로 광활성층의 적층 과정에서 발생할 수 있는 하부 광활성층의 침식을 방지하고, 소자의 직렬 저항에 의한 전력 손실을 줄이는 한편, 태양광의 입사량 손실을 최소화할 수 있다.

Description

다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 {Tandem organic-inorganic hybrid solar cell containing various types of nanoparticles and method for fabricating the same}
본 발명은 적층형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경 문제와 고유가 문제에 직면하여 청정 대체에너지 개발에 대한 관심이 높아지면서 태양전지 개발에도 많은 연구가 이루어지고 있다. 태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 그 광활성층의 구성 물질에 따라 크게 무기물 태양전지와 유기물 태양전지로 구분할 수 있다. 무기물 태양전지 중 실리콘 태양전지는 다른 재료의 태양전지에 비해 상대적으로 높은 발전 효율을 바탕으로 널리 상용화되고 있으나, 정제된 실리콘이 고가이기 때문에 발전 단가가 비싸다는 문제가 있다. 또한, 유기물 태양전지 중 염료감응형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 소재의 가격이 저렴하고 공정 과정이 간단하다는 장점이 있으나, 염료가 흡수하는 빛의 파장대가 좁아 발전 효율이 실리콘 태양전지에 비해 낮은 문제가 있다. 이에 실리콘 태양전지의 발전 효율을 더욱 높여 발전 단가를 낮추기 위한 방안으로는 실리콘 나노입자 또는 금속 나노입자를 도입하여 태양광의 흡수율을 높이는 방법이 있으며, 염료감응형 태양전지의 발전 단가를 낮추기 위한 방안으로는 다층의 염료층을 형성하거나 하나의 나노입자에 여러 종류의 염료를 부착하여 여러 파장대의 빛을 흡수하는 방법이 있다. 그러나, 실리콘 나노입자 또는 금속 나노입자를 사용하는 방법은 나노입자에 의한 빛의 산란과 회절, 그리고 표면 플라즈몬(surface plasmon) 효과를 이용한 것으로 나노입자가 직접 빛을 받아 발전을 하는 것이 아니어서, 발전 효율의 개선에는 한계가 있다. 또한, 다층의 염료층을 형성하는 방법은 염료가 부착된 나노입자를 소결하는 과정에서 고온의 열처리에 의해 기존의 염료층이 손상되는 문제가 있다. 한편, 하나의 나노입자에 여러 종류의 염료를 부착하는 방법은 염료가 나노입자 표면에 국부적으로 부착되는 문제가 있어 염료의 유효 면적 감소로 인해 발전 효율의 개선 효과를 상쇄시키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 나노입자를 사용한 고효율의 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 고효율의 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하고 제1 반도체 나노입자 및 제1 전도성 고분자를 함유하는 제1 광활성층, 상기 제1 광활성층 상에 위치하는 그래핀층, 상기 그래핀층 상에 위치하고 제2 반도체 나노입자 및 제2 전도성 고분자를 함유하는 제2 광활성층 및 상기 제2 광활성층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 갖는다.
이 경우, 상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자 중 빛의 입사면에 가까운 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 먼 광활성층의 반도체 나노입자보다 넓은 밴드갭을 갖도록 선택될 수 있다. 상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자는 예를 들어, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자 중 적어도 어느 하나는 탄소나노튜브에 결합된 것일 수 있다.
상기 제1 전도성 고분자 및 상기 제2 전도성 고분자는 서로에 관계없이 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 ITO, IZO, ZnO, Al-도핑된 ZnO(AZO), Ga-도핑된 ZnO(GZO), Mg-도핑된 ZnO(MZO), Mo-도핑된 ZnO, Al-도핑된 MgO 및 Ga-도핑된 MgO 중 어느 하나의 막일 수 있다.
상기 제2 전극은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 합금 중 어느 하나의 금속전극일 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 전도성 고분자 및 이들의 복합체 중 어느 하나의 유기물 전극일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 전극이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 제1 전극 상에 제1 반도체 나노입자 및 제1 전도성 고분자를 함유하는 제1 광활성층을 형성하는 단계, 상기 제1 광활성층 상에 그래핀층을 형성하는 단계, 상기 그래핀층 상에 제2 반도체 나노입자 및 제2 전도성 고분자를 함유하는 제2 광활성층을 형성하는 단계 및 상기 제2 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 갖는다.
이 경우, 상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자 중 빛의 입사면에 가까운 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 먼 광활성층의 반도체 나노입자보다 넓은 밴드갭을 갖도록 선택될 수 있다. 상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자는 예를 들어, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 광활성층들 각각을 형성하는 단계는 반도체 나노입자가 분산된 전도성 고분자 용액을 도포하는 단계 및 상기 용액의 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전도성 고분자 및 상기 제2 전도성 고분자는 서로에 관계없이 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 그래핀층을 형성하는 단계는 희생 금속층이 형성된 기판 상에 화학기상증착법을 이용하여 그래핀 박막을 형성하는 단계, 상기 금속층 및 기판을 식각하여 그래핀 박막을 선택적으로 분리하는 단계 및 상기 분리된 그래핀 박막을 제2 광활성층 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 흡수하는 빛의 파장대가 다른 나노입자를 각각의 고분자 박막에 분산시키고 이를 적층함으로써 광활성층의 광흡수 대역을 확장할 수 있다. 특히, 빛의 입사면에 가까운 광활성층에 넓은 밴드갭을 갖는 반도체 나노입자를 배치하고, 빛의 입사면에서 먼 광활성층일수록 좁은 밴드갭을 갖는 나노입자를 배치함으로써 태양전지의 발열을 최대한 줄이고 광흡수율을 극대화할 수 있다. 한편, 광활성층의 적층 과정에서 발생할 수 있는 하부 광활성층의 침식은 광활성층 사이에 그래핀층을 삽입하여 방지할 수 있다. 또한, 그래핀층은 높은 전기 전도도를 가지므로 소자의 직렬 저항에 의한 전력 손실을 줄일 수 있으며, 높은 투명성을 가지므로 태양광의 입사량 손실을 최소화할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 나타낸 종단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 2개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 각 구성을 나타낸 종단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하고 제1 반도체 나노입자 및 제1 전도성 고분자를 함유하는 제1 광활성층, 상기 제1 광활성층 상에 위치하는 그래핀층, 상기 그래핀층 상에 위치하고 제2 반도체 나노입자 및 제2 전도성 고분자를 함유하는 제2 광활성층 및 상기 제2 광활성층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 나타낸 종단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지는 기판(100), 제1 전극(110), 제1 광활성층(120), 그래핀층(130), 제2 광활성층(140) 및 제2 전극(210)이 순차 적층된 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 기판(100)은 본 실시예에 따른 태양전지의 필수 구성요소는 아니며, 필요에 따라 제거될 수 있다.
상기 기판(100)은 태양전지를 지지하기 위해 사용되는 것으로 유리, 석영, Al2O3 및 SiC 등에서 선택된 광투과성 무기물 기판 또는 PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 등에서 선택된 광투과성 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 상기 기판(100) 상에 위치하며, 기판(100)을 통과한 빛이 광활성층들(120, 140)에 도달하도록 광투과성 물질인 것이 바람직하다. 상기 제1 전극(110)은 낮은 저항을 갖는 전도성 물질로서, 그 상부에 위치한 광활성층(120, 140)에서 생성된 정공을 받아 외부 회로로 전달하는 양극의 역할을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극(110)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ZnO(zinc oxide), Al-도핑된 ZnO(AZO), Ga-도핑된 ZnO(GZO), Mg-도핑된 ZnO(MZO), Mo-도핑된 ZnO, Al-도핑된 MgO 및 Ga-도핑된 MgO 중 어느 하나의 막일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(210)은 상기 제2 광활성층(140) 상에 위치하며, 낮은 저항을 갖는 전도성 물질로서, 그 하부에 위치한 광활성층(120, 140)에서 생성된 전자를 받아 외부 회로로 전달하는 음극의 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 전극(210)은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 전극일 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(210) 중 적어도 어느 하나는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 전도성 고분자 및 이들의 복합체 중 어느 하나의 유기물 전극일 수 있다. 특히, 제1 전극(110)을 유기물 전극으로 형성한 경우 가요성 플라스틱 기판 상에 태양전지를 형성하는 것이 가능하며, 제2 전극(210)을 광투과성 유기물 전극으로 형성한 경우 전지의 상부에서도 수광이 가능하다.
상기 그래핀(graphene)층(130)은 제1 광활성층(120)과 제2 광활성층(140) 사이에 개재되며 제1 광활성층(120)에서 생성된 전자와 제2 광활성층(140)에서 생성된 정공을 받아 전하의 재결합 내지 전하의 수송을 담당하는 중간층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 특히, 높은 전기 전도도를 갖는 그래핀층(130)은 소자의 내부 저항을 줄일 수 있으므로 적층 구조에서 발생하는 직렬 저항에 의한 전력 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 제1 광활성층(120)은 제1 반도체 나노입자(122) 및 제1 전도성 고분자(124)를 함유하는 박막일 수 있고, 상기 제2 광활성층(140)은 제2 반도체 나노입자(142) 및 제2 전도성 고분자(144)를 함유하는 박막일 수 있다. 즉, 상기 광활성층들(120, 140)은 전도성 고분자(124, 144) 매트릭스 및 상기 전도성 고분자(124, 144) 매트릭스 내에 분산된 반도체 나노입자(122, 142)를 포함한다. 상기 반도체 나노입자(122, 142)는 광활성층마다 서로 다른 밴드갭(에너지 금지대역)을 갖도록 선택되며, 바람직하게는 빛의 입사면에 가까이 위치하는 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 멀리 위치하는 광활성층의 반도체 나노입자보다 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖도록 선택될 수 있다. 만일, 빛의 입사면에 가까운 광활성층의 나노입자가 좁은 밴드갭을 가져 긴 파장대의 빛의 흡수만으로도 전자-정공쌍을 형성할 수 있는 경우에는, 흡수된 짧은 파장대의 빛이 갖는 과잉의 광에너지가 열에너지로 전환될 수 있는 확률이 커지므로 열에 의해 태양전지의 수명이 단축될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 제1 광활성층(120)이 빛의 입사면에 가까운 경우 제1 광활성층(120)에 함유된 제1 반도체 나노입자(122)가 제2 광활성층(140)에 함유된 제2 반도체 나노입자(142)에 비해 넓은 밴드갭을 갖도록 구성할 수 있다. 이처럼, 광활성층들(120, 140)의 반도체 나노입자(122, 142)를 광활성층마다 다른 밴드갭을 갖도록 구성함으로써 광흡수 대역을 넓힐 수 있으며, 특히 빛의 입사면에 가까울수록 밴드갭이 넓어 흡광 파장이 짧은 나노입자를 배치함으로써 태양전지의 발열을 최대한 줄이고 광흡수율을 극대화할 수 있다. 상기 제1 반도체 나노입자(122) 및 상기 제2 반도체 나노입자(142)는 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 각각 선택될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 반도체 나노입자(122) 및 상기 제2 반도체 나노입자(142) 중 적어도 어느 하나는 탄소나노튜브(carbon nanotube)에 결합된 형태로 광활성층 내에 존재할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 단일 벽면(single-wall) 탄소 나노튜브, 다중 벽면(multi-wall) 탄소 나노튜브 또는 이들의 조합물일 수 있다. 반도체 나노입자와 탄소나노튜브를 결합함으로써, 반도체 나노입자에서 생성된 전자-정공쌍의 분리 및 전자와 정공의 전달 효율을 개선시킬 수 있다. 상기 제1 전도성 고분자(124) 및 상기 제2 전도성 고분자(144)는 전기 전도도를 갖는 유기물로서, 서로에 관계없이 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 각 광활성층(120, 140)의 두께는 전지의 내부 저항을 최소화하기 위해 100 nm 이하로 형성함이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 나타낸 종단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적층형 유기- 무기 하이브리드 태양전지는 상기 도 1에서 도시된 구조를 모두 포함하며, 제2 광활성층(140)과 제2 전극(210) 사이에 개재되고 제2 광활성층(140) 상에 차례로 위치하는 그래핀층(150) 및 제3 광활성층(160)을 더 포함할 수 있다. 상기 그래핀층(150)은 제2 광활성층(140)에서 생성된 전자와 제3 광활성층(160)에서 생성된 정공을 받아 전하의 재결합 내지 전하의 수송을 담당하는 중간층으로서의 역할을 수행할 수 있으며, 그래핀층(150) 도입에 따른 효과는 상기 도 1을 참조하며 설명한 바와 같다. 상기 제3 광활성층(160)은 제3 반도체 나노입자(162) 및 제3 전도성 고분자(164)를 함유하는 박막일 수 있다. 즉, 상기 제3 광활성층(160)은 전도성 고분자(164) 매트릭스 및 상기 전도성 고분자(164) 매트릭스 내에 분산된 반도체 나노입자(162)를 포함한다. 상기 제3 반도체 나노입자(162)는 제1 반도체 나노입자(122) 및 제2 반도체 나노입자(142)와는 다른 밴드갭을 가지며, 만일 제1 광활성층(120)이 빛의 입사면에서 가장 가까운 경우에는 제1 반도체 나노입자(122)가 상대적으로 가장 넓은 밴드갭을 갖도록 하고, 제3 반도체 나노입자(162)가 상대적으로 가장 좁은 밴드갭을 갖도록 함이 바람직하다. 상기 제3 반도체 나노입자(162)는 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제3 전도성 고분자(164)는 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼, 본 실시예에 따른 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지는 2 이상의 광활성층들이 그래핀 박막을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있으며, 광흡수 반도체 나노입자를 각각의 광활성층마다 다르게 구성(바람직하게는, 빛의 입사면에 가까운 광활성층일수록 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖는 반도체 나노입자를 함유하고, 빛의 입사면에서 먼 광활성층일수록 상대적으로 좁은 밴드갭을 갖는 반도체 나노입자를 함유)함으로써 태양전지의 전체적인 광흡수율을 높일 수 있다. 다만, 광활성층의 수가 증가할수록 직렬 저항의 증가로 인해 전지 내부에서의 전력 손실이 증가할 수 있으므로 광활성층의 수는 5개 이하로 적층함이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법을 제공한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법을 나타낸 종단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 제1 전극(110)이 형성된 기판(100)을 준비한다. 무기물 기판을 사용할 경우 ITO 등과 같은 무기물 투명 전극을 스퍼터링법 등에 의해 제조할 수 있으며, 플라스틱 기판을 사용할 경우 그래핀 박막이나 탄소나노튜브 박막을 기판 상에 적층하여 투명전극으로 제조할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 전극(110) 상에 제1 반도체 나노입자(122) 및 제1 전도성 고분자(124)를 함유하는 제1 광활성층(120)을 형성한다. 상기 제1 광활성층(120)을 형성하는 단계는 제1 반도체 나노입자(122)가 분산된 제1 전도성 고분자(124) 용액을 도포하는 단계 및 상기 용액의 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 반도체 나노입자(122)가 분산된 제1 전도성 고분자(124) 용액을 도포하는 단계는 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 코팅(drop coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 스프레이 코팅(spray coating) 또는 스크린 프린팅(screen printing) 등의 용액 공정에 의해 수행할 수 있다. 상기 제1 전도성 고분자(124)는 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 제1 광활성층(120) 상에 그래핀층(130)을 형성한다. 상기 그래핀층(130)을 형성하는 방법은 일 예로, 희생 금속층이 형성된 기판 상에 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 그래핀 박막을 형성하는 단계, 상기 금속층 및 기판을 식각하여 그래핀 박막을 선택적으로 분리하는 단계 및 상기 분리된 그래핀 박막을 제1 광활성층(120) 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 광활성층(120) 상에 배치된 그래핀 박막은 반데르발스(van der Waals) 힘에 의해 별도의 접착 물질 없이도 제1 광활성층(120)에 견고하게 부착될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 그래핀층(130) 상에 제2 반도체 나노입자(142) 및 제2 전도성 고분자(144)를 함유하는 제2 광활성층(140)을 형성한다. 상기 제2 전도성 고분자(144)는 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 광활성층(140)은 상기 도 3b를 참조하며 설명한 제1 광활성층(120)을 형성하는 방법과 동일한 방법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 그래핀은 강한 내화학성을 가지므로 그래핀층(130) 상부에 제2 광활성층(140)을 형성하는 과정에서, 제2 전도성 고분자(144) 용액의 용매에 의해 그래핀층(130) 하부에 형성되어 있는 제1 광활성층(120)이 화학적으로 침식되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.
상기 제1 광활성층(120)의 제1 반도체 나노입자(122)와 상기 제2 광활성층(140)의 제2 반도체 나노입자(142)는 서로 다른 밴드갭을 갖도록 선택되며, 바람직하게는 빛의 입사면에 가까이 위치하는 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 멀리 위치하는 광활성층의 반도체 나노입자보다 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖도록 선택될 수 있다.
상기 제1 반도체 나노입자(122) 및 상기 제2 반도체 나노입자(142)는 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 각각 선택될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 상기 제2 광활성층(140) 상에 제2 전극(210)을 형성한다. 상기 제2 전극(210)이 금속 전극인 경우 열기상증착, 전자빔증착, 스퍼터링 또는 화학적 증착에 의해 형성하거나, 금속을 포함한 전극 형성용 페이스트를 도포한 후 열처리하여 형성할 수 있다. 또한, 유기물 전극의 경우 그래핀이나 탄소나노튜브 등과 같은 유기물을 적절한 방법에 의해 제2 광활성층(140) 상에 적층함으로써 투명전극으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법은 상기 제2 광활성층(140)을 형성한 후 제2 전극(210)을 형성하기 전에, 상기 제2 광활성층(140) 상에 그래핀층(150)을 형성하는 단계 및 상기 그래핀층(150) 상에 제3 반도체 나노입자(162) 및 제3 전도성 고분자(164)를 함유하는 제3 광활성층(160)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가 적층되는 그래핀층(150)은 상기 도 3c를 참조하며 설명한 방법과 동일한 방법에 의해 형성할 수 있다. 상기 제3 반도체 나노입자(162)는 상기 제1 반도체 나노입자(122) 및 상기 제2 반도체 나노입자(142)와는 다른 밴드갭을 가지며, 만일 제1 광활성층(120)이 빛의 입사면에서 가장 가까운 경우에는 제1 반도체 나노입자(122)가 상대적으로 가장 넓은 밴드갭을 갖도록 하고, 제3 반도체 나노입자(162)가 상대적으로 가장 좁은 밴드갭을 갖도록 함이 바람직하다. 상기 제3 광활성층(160)은 상기 도 3b를 참조하며 설명한 제1 광활성층(120)을 형성하는 방법과 동일한 방법에 의해 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
본 예에서의 태양전지는 투명기판(미도시) 상에 순차 적층된 투명전극(110), 제1 광활성층(120), 그래핀층(130), 제2 광활성층(140) 및 금속전극(210)으로 이루어진다. 상기 제1 광활성층(120)은 밴드갭이 넓어 흡광 파장이 짧은 제1 반도체 나노입자가 분산되어 있는 전도성 고분자 박막으로 이루어지며, 상기 제2 광활성층(140)은 상대적으로 밴드갭이 좁아 흡광 파장이 긴 제2 반도체 나노입자가 분산되어 있는 전도성 고분자 박막으로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 투명기판 및 투명전극(110)을 통해 입사된 태양광 중 상대적으로 단파장의 빛은 먼저 제1 광활성층(120)의 제1 반도체 나노입자에 의해 흡수되어 전자-정공쌍을 형성한다. 또한, 제1 반도체 나노입자에 의해 흡수되지 않은 장파장의 빛은 제2 광활성층(140)의 제2 반도체 나노입자에 의해 흡수되어 전자-정공쌍을 형성한다. 생성된 전자-정공쌍은 양 전극의 일함수 차이에 의해 분리 이동되며 전도성 고분자 박막을 거쳐 각 전극 방향으로 이동된다. 이 경우, 상대적으로 일함수가 작은 전극(예를 들어, 금속전극(210))으로 전자가 이동하며, 상대적으로 일함수가 큰 전극(예를 들어, 투명전극(110))으로 정공이 이동한다. 전자와 정공의 이동에 있어서, 그래핀층(130)은 제1 광활성층(120)에서 생성된 전자와 제2 광활성층(140)에서 생성된 정공을 받아 전하의 재결합 내지 전하의 수송을 담당하는 중간층으로서의 역할을 수행하게 된다.
한편, 3층 이상의 광활성층을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 경우에도 상술한 메커니즘과 동일한 메커니즘에 의해 광발전을 할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지의 제조>
가. ITO 전극 상에 제1 광활성층 형성
유리 기판 상 증착된 ITO 전극 위에 ZnO 나노입자가 분산되어 있는 PVK(폴리비닐카바졸) 용액을 1000 ~ 2000 rpm의 속도로 10 ~ 20초 동안 스핀 코팅하여 도포하였다. 다음, 오븐 또는 핫플레이트 (hot-plate)에서 30분 동안 열을 가해 용매를 증발시켜 제1 광활성층을 형성하였다.
나. 제1 광활성층 상에 그래핀층 형성
SiO2 기판을 아세톤과 에탄올로 초음파 처리한 후, 탈이온수를 이용하여 세척하였다. 세척한 기판을 N2 가스로 건조시키고 SiO2 기판 위에 Ni 박막을 200 nm 이상의 두께로 열증착하였다. 다음, Ni이 증착된 SiO2 기판을 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD)을 위해 챔버 안에 넣고 진공 상태를 만든 후, 수소와 아르곤이 1:4 로 혼합된 가스를 채워 상압 상태로 만들었다. 상압을 유지한 상태로 800℃까지 온도를 높인 후, CH4 가스(50 sccm) 및 수소-아르곤 혼합 가스(200 sccm)를 30초 동안 흘려주고 -10℃/sec로 상온까지 냉각하였다. 이 과정을 통해 Ni 위에 그래핀이 성장하였다.
상기 그래핀이 성장된 SiO2 기판을 HF 용액에 넣어 SiO2를 식각한 다음, 다시 TFG 용액에 넣어 Ni을 식각하여 최종적으로 그래핀 박막만을 추출하였다. 다음, 제1 광활성층 위에 상기 그래핀 박막을 올려 그래핀층을 형성하였다.
다. 그래핀층 상에 제2 광활성층 형성
그래핀층 상에 Cu2O 나노입자가 분산되어 있는 PVK 용액을 1000 ~ 2000 rpm의 속도로 10 ~ 20초 동안 스핀 코팅하여 도포하였다. 다음, 오븐 또는 핫플레이트 에서 30분 동안 열을 가해 용매를 증발시켜 제2 광활성층을 형성하였다.
라. 제2 광활성층 상에 Al 전극 형성
제2 광활성층 상에 열증착기(thermal evaporator)를 이용하여 Al을 200~300 nm의 두께로 증착시켜 Al 전극을 형성하였다.
최종적으로 ITO 전극과 Al 전극에 외부 회로를 연결하여 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (14)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하고, 제1 반도체 나노입자가 분산된 제1 전도성 고분자 매트릭스를 함유하는 제1 광활성층;
    상기 제1 광활성층 상에 위치하는 그래핀층;
    상기 그래핀층 상에 위치하고, 제2 반도체 나노입자가 분산된 제2 전도성 고분자 매트릭스를 함유하는 제2 광활성층; 및
    상기 제2 광활성층 상에 위치하는 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 가지되, 빛의 입사면에 가까운 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 먼 광활성층의 반도체 나노입자보다 넓은 밴드갭을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자는 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 선택되는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자 중 적어도 어느 하나는 탄소나노튜브에 결합된 것인 적층형 유기-하이브리드 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도성 고분자 및 상기 제2 전도성 고분자는 서로에 관계없이 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 ITO, IZO, ZnO, Al-도핑된 ZnO(AZO), Ga-도핑된 ZnO(GZO), Mg-도핑된 ZnO(MZO), Mo-도핑된 ZnO, Al-도핑된 MgO 및 Ga-도핑된 MgO 중 어느 하나의 막인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 합금 중 어느 하나의 금속전극인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 전도성 고분자 및 이들의 복합체 중 어느 하나의 유기물 전극인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지.
  9. 제1 전극이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 제1 반도체 나노입자가 분산된 제1 전도성 고분자 매트릭스를 함유하는 제1 광활성층을 형성하는 단계;
    상기 제1 광활성층 상에 그래핀층을 형성하는 단계;
    상기 그래핀층 상에 제2 반도체 나노입자가 분산된 제2 전도성 고분자 매트릭스를 함유하는 제2 광활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 반도체 나노입자와 상기 제2 반도체 나노입자는 서로 다른 밴드갭을 가지되, 빛의 입사면에 가까운 광활성층의 반도체 나노입자가 빛의 입사면에서 먼 광활성층의 반도체 나노입자보다 넓은 밴드갭을 갖는 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 반도체 나노입자 및 상기 제2 반도체 나노입자는 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe, ZnO, Cu2O, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BP, Si 및 Ge 나노입자로 이루어진 군에서 선택되는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 광활성층들 각각을 형성하는 단계는
    반도체 나노입자가 분산된 전도성 고분자 용액을 도포하는 단계; 및
    상기 용액의 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전도성 고분자 및 상기 제2 전도성 고분자는 서로에 관계없이 폴리아세틸렌계, 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리스티렌계, 폴리페닐렌비닐렌계 및 폴리비닐카바졸계 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 그래핀층을 형성하는 단계는
    희생 금속층이 형성된 기판 상에 화학기상증착법을 이용하여 그래핀 박막을 형성하는 단계;
    상기 금속층 및 기판을 식각하여 그래핀 박막을 선택적으로 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 그래핀 박막을 제2 광활성층 상에 배치하는 단계를 포함하는 것인 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9324805B2 (en) 2013-11-12 2016-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible graphene switching device

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140190550A1 (en) * 2011-08-11 2014-07-10 National University Of Singapore Tandem solar cell with graphene interlayer and method of making
JP5850055B2 (ja) * 2011-08-24 2016-02-03 株式会社村田製作所 太陽電池と該太陽電池の製造方法
KR101339441B1 (ko) * 2011-10-31 2013-12-06 성균관대학교산학협력단 전해증착을 통한 그래핀과 전도성고분자의 다층구조 복합체 및 이의 제조 방법
KR101282041B1 (ko) * 2011-10-31 2013-07-04 한국화학연구원 고효율 무／유기 이종접합 무기반도체 감응형 광전소자 및 그 제조방법
KR101349505B1 (ko) * 2011-12-19 2014-01-10 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR101975852B1 (ko) * 2012-04-14 2019-05-07 세종대학교산학협력단 적층체, 그를 포함하는 전자소자 및 그 제조방법
KR101480779B1 (ko) * 2012-05-25 2015-01-12 한국생산기술연구원 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
WO2013176493A1 (ko) * 2012-05-25 2013-11-28 한국생산기술연구원 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
KR101316096B1 (ko) * 2012-05-31 2013-10-11 한국기계연구원 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법
KR101989155B1 (ko) * 2012-08-01 2019-06-17 삼성전자주식회사 초음파 변환기, 이를 포함하는 초음파 발생 장치 및 시스템
KR101437070B1 (ko) * 2013-02-15 2014-09-02 서울시립대학교 산학협력단 광기전력 소자
KR101659119B1 (ko) * 2013-05-14 2016-09-22 동의대학교 산학협력단 태양전지의 광활성층 및 이의 제조 방법
KR101489217B1 (ko) * 2013-10-01 2015-02-04 서울시립대학교 산학협력단 유무기 복합 발광소자와 그 제조방법 및 유무기 복합 태양전지
CN104465867A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 广西智通节能环保科技有限公司 一种新型太阳能电池的制作方法
CN104465869A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 广西智通节能环保科技有限公司 一种硅太阳能电池的制作方法
GB201513366D0 (en) * 2015-07-29 2015-09-09 Univ Ulster Photovoltaic device
KR101976673B1 (ko) * 2017-12-19 2019-05-10 한국에너지기술연구원 실리콘 태양전지
RU196426U1 (ru) * 2019-12-27 2020-02-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Прозрачный гетеропереход на основе оксидов

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080006324A1 (en) 2005-07-14 2008-01-10 Konarka Technologies, Inc. Tandem Photovoltaic Cells
US20080116536A1 (en) 2006-11-20 2008-05-22 Forrest Stephen R Organic hybrid planar-nanocrystalline bulk heterojunctions
US20090211633A1 (en) 2008-02-21 2009-08-27 Konarka Technologies Inc. Tandem Photovoltaic Cells

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080006324A1 (en) 2005-07-14 2008-01-10 Konarka Technologies, Inc. Tandem Photovoltaic Cells
US20080116536A1 (en) 2006-11-20 2008-05-22 Forrest Stephen R Organic hybrid planar-nanocrystalline bulk heterojunctions
US20090211633A1 (en) 2008-02-21 2009-08-27 Konarka Technologies Inc. Tandem Photovoltaic Cells

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문: SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9324805B2 (en) 2013-11-12 2016-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible graphene switching device

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