KR101160984B1 - Organic Solar Cell Module using Metal-Based Multilayer Transparent Electrode and Manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유기 태양전지 모듈은 기판; 및 상기 기판 상에 복수의 단위셀을 포함하며, 상기 복수의 단위셀 각각은: 금속 박막층을 포함하는 제1전극; 상기 제1전극 상에 빛을 전기로 변환하는 광전변환층; 및 상기 광전변환층 상에 제2전극을 포함하며, 상기 복수의 단위셀 중 제1단위셀의 제1전극과 상기 제1단위셀과 인접한 제2단위셀의 제2전극은 전기적으로 연결된다. 또한, 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제1전극은 제1투명 박막층 및 제2투명 박막층을 더 포함하며, 상기 금속 박막층은 상기 제1투명 박막층과 상기 제2투명 박막층 사이에 위치한다.The organic solar cell module of the present invention comprises a substrate; And a plurality of unit cells on the substrate, wherein each of the plurality of unit cells comprises: a first electrode including a metal thin film layer; A photoelectric conversion layer for converting light into electricity on the first electrode; And a second electrode on the photoelectric conversion layer, wherein the first electrode of the first unit cell and the second electrode of the second unit cell adjacent to the first unit cell are electrically connected among the plurality of unit cells. In addition, the first electrode of the organic solar cell module of the present invention further comprises a first transparent thin film layer and a second transparent thin film layer, wherein the metal thin film layer is located between the first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer.

Description

금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 {Organic Solar Cell Module using Metal-Based Multilayer Transparent Electrode and Manufacturing the same} Organic solar cell module using metal-based multilayer thin film transparent electrode and manufacturing method therefor {Organic Solar Cell Module using Metal-Based Multilayer Transparent Electrode and Manufacturing the same}

본 발명은 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode and a method of manufacturing the same.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy sources to replace them is increasing. Among them, solar energy is particularly attracting attention because it is rich in energy resources and has no problems with environmental pollution.

태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 모듈은 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가지며, 광기전력 모듈에 빛이 입사되면 빛과 광기전력 모듈의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.The photovoltaic module that converts sunlight into electrical energy has a junction structure of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor like a diode, and when light is incident on the photovoltaic module, the interaction between the light and the material constituting the semiconductor of the photovoltaic module The action produces negatively-charged electrons and positively-charged holes, which cause current to flow as they move.

최근 들어, 단가 공정이 가능하며, 경량의 박막으로 제조 가능하여 여러 분야에 적용이 가능한 유기 흡광 물질을 사용하는 유기 태양전지에 대한 관심이 증대되고 있다. In recent years, interest in organic solar cells using an organic light absorbing material that can be manufactured in a thin film with a low cost process and is applicable to various fields has been increasing.

일반적으로, 유기 태양전지 셀은 기판, 양(음) 전극, 정공(전자) 수송층, 유기 물질로 이루어져 광자를 정공과 전자로 변환하는 광전변환층, 전자(정공) 수송층, 및 음(양)전극 등을 포함하여 이루어진다. 그리고 이러한 유기 태양전지 셀들의 전극들이 서로 연결되어 전체 전압을 높여줌으로써 모듈 구조를 이루게 된다. In general, an organic solar cell includes a substrate, a positive electrode, a hole transport layer, an organic photoelectric conversion layer that converts photons into holes and electrons, an electron transport layer, and a negative electrode And the like. And the electrodes of these organic solar cells are connected to each other to increase the overall voltage to form a module structure.

한편, 유기 태양전지는 수십 나노미터의 두께에 해당하는 매우 얇은 광전변환층을 사용함으로 인하여 하부 전극과 상부 전극간의 단락이 발생할 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, the organic solar cell has a problem that a short circuit between the lower electrode and the upper electrode may occur due to using a very thin photoelectric conversion layer corresponding to a thickness of several tens of nanometers.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 유기 태양전지 모듈내의 단위 셀에서 하부, 상부 전극간의 단락 문제를 해결할 수 있는 유기 태양전지 모듈 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an organic solar cell module and a method of manufacturing the same, which can solve the short-circuit problem between lower and upper electrodes in a unit cell in an organic solar cell module. .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

본 발명의 일 양상에 따른 유기 태양전지 모듈은 기판; 및 상기 기판 상에 복수의 단위셀을 포함하며, 상기 복수의 단위셀 각각은: 금속 박막층을 포함하는 제1전극; 상기 제1전극 상에 빛을 전기로 변환하는 광전변환층; 및 상기 광전변환층 상에 제2전극을 포함하며, 상기 복수의 단위셀 중 제1단위셀의 제1전극과 상기 제1단위셀과 인접한 제2단위셀의 제2전극은 전기적으로 연결된다. An organic solar cell module according to an aspect of the present invention comprises a substrate; And a plurality of unit cells on the substrate, wherein each of the plurality of unit cells comprises: a first electrode including a metal thin film layer; A photoelectric conversion layer for converting light into electricity on the first electrode; And a second electrode on the photoelectric conversion layer, wherein the first electrode of the first unit cell and the second electrode of the second unit cell adjacent to the first unit cell are electrically connected among the plurality of unit cells.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따른 유기 태양전지 모듈의 제1전극은 제1투명 박막층 및 제2투명 박막층을 더 포함하며, 상기 금속 박막층은 상기 제1투명 박막층과 상기 제2투명 박막층 사이에 위치한다.In addition, the first electrode of the organic solar cell module according to another aspect of the present invention further comprises a first transparent thin film layer and a second transparent thin film layer, wherein the metal thin film layer is located between the first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer. do.

본 발명의 일 양상에 따른 유기 태양전지 모듈의 제조방법은 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계, 상기 제1전극은 패터닝된 금속 박막층을 포함하며; 상기 제1전극 상에 패터닝된 광전변환층을 형성하는 단계; 및 상기 광전변환층 상에 패터닝된 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 제1전극, 상기 광전변환층, 및 제2전극을 각각 포함하는 복수의 단위셀이 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 단위셀 중 제1단위셀의 제1전극과 상기 제1단위셀과 인접한 제2단위셀의 제2전극이 전기적으로 연결된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an organic solar cell module, comprising: forming a first electrode on a substrate, the first electrode including a patterned metal thin film layer; Forming a patterned photoelectric conversion layer on the first electrode; And forming a patterned second electrode on the photoelectric conversion layer, wherein a plurality of unit cells each including the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode are formed on the substrate, The first electrode of the first unit cell and the second electrode of the second unit cell adjacent to the first unit cell are electrically connected among the plurality of unit cells.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따른 유기 태양전지 모듈의 제조방법에서 상기 제1전극을 형성하는 단계는: 상기 기판의 전면에 제1투명 박막층을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 금속 박막층을 상기 제1투명 박막층 상에 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 금속 박막층 및 상기 제1투명 박막층 상에 제2투명 박막층을 형성하는 단계를 포함한다. In addition, the forming of the first electrode in the method of manufacturing an organic solar cell module according to another aspect of the present invention includes: forming a first transparent thin film layer on the front surface of the substrate; Forming the patterned metal thin film layer on the first transparent thin film layer; And forming a second transparent thin film layer on the patterned metal thin film layer and the first transparent thin film layer.

본 발명에 따르면, 기존의 투명전극으로 널리 알려진 투명 전도성 산화물을 사용하여 모듈을 제작할 시에 발생하는 단위셀 내의 양극과 음극간의 단락 문제를 방지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 투명 전도성 산화물을 대신하여 매우 얇은 금속 박막층을 전극으로 사용하여 전극의 두께를 줄임으로서 이러한 단락 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 금속 박막층의 상, 하에 절연 또는 반도체 특성을 갖는 투명 또는 준투명 박막 물질을 위치시킴으로써 최종 빛 투과율을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent a short circuit problem between the positive electrode and the negative electrode in the unit cell generated when the module is manufactured by using a transparent conductive oxide, which is widely known as a conventional transparent electrode. According to the present invention, this short-circuit problem can be solved by reducing the thickness of the electrode by using a very thin metal thin film layer as the electrode instead of the transparent conductive oxide. In addition, according to the present invention, the final light transmittance may be increased by placing transparent or quasi-transparent thin film materials having insulating or semiconductor properties on and under the metal thin film layer.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈을 나타낸다.
도2는 종래의 유기 태양전지 모듈을 나타낸다.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈의 제조과정을 나타낸다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈의 전류-전압 특성을 나타낸다.1 shows an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2 shows a conventional organic solar cell module.
3A to 3E illustrate a manufacturing process of an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the current-voltage characteristics of the organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation and the same reference numerals are used for the same elements and the same elements are denoted by the same quote symbols as possible even if they are displayed on different drawings Should be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈을 나타낸다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈은 기판(100), 제1전극(200), 광전변환층(300) 및 제2전극(400)을 포함한다. 상기 유기 태양전지 모듈에 포함된 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)은 서로 직렬 연결된다. 1 shows an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention includes a substrate 100, a first electrode 200, a photoelectric conversion layer 300, and a second Electrode 400. Unit cells UC1, UC2, and UC3 included in the organic solar cell module are connected in series.

도1에서 A1으로 표시된 영역에서 알 수 있는 바와 같이, 제2단위셀(UC2)의 제1전극과 제1단위셀(UC1)의 제2전극이 상기 A1 영역에서 서로 연결되어 상기 제1단위셀과 제2단위셀은 서로 직렬 연결된다. As can be seen in the region indicated by A1 in FIG. 1, the first electrode of the second unit cell UC2 and the second electrode of the first unit cell UC1 are connected to each other in the region A1 so that the first unit cell is connected. And the second unit cell are connected to each other in series.

본 발명의 실시예에 따른 제1전극(200)은 제1투명 박막층(210), 금속 박막층(220) 및 제2투명 박막층(230)을 포함한다. 이와 같이 금속 박막층(220)을 제1전극으로 사용함으로써 종래에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide)로 제1전극을 형성하는 것에 비해 박막화가 가능하다. The first electrode 200 according to the embodiment of the present invention includes a first transparent thin film layer 210, a metal thin film layer 220 and a second transparent thin film layer 230. As such, by using the metal thin film layer 220 as the first electrode, the thin film may be thinner than the conventional first electrode made of transparent conductive oxide (TCO) such as indium tin oxide (ITO).

도2는 종래의 유기 태양전지 모듈을 나타낸다. 종래의 유기 태양전지에서 제1전극(200)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물을 포함하며 대략 150nm의 두께를 갖는다. 광전변환층(300)은 수십 내지 수백 나노미터의 얇은 두께를 갖기 때문에 도2의 L2로 표시된 바와 같이 동일 단위 셀의 제2전극(400)과 제1전극(200) 사이에 거리가 너무 짧아져 단락이 발생할 수 있다. 즉, 상기 L2로 표시된 부분에서 상기 제1전극(200)과 상기 제2전극(400) 사이의 짧은 거리로 인해 전극 사이에 전기장의 세기가 상대적으로 강하여 두 전극 사이에 단락이 발생할 수 있다. 이러한 단락이 발생하는 경우 전체 모듈의 전압이 낮아지고 효율이 감소된다.2 shows a conventional organic solar cell module. In the conventional organic solar cell, the first electrode 200 includes a transparent conductive oxide such as ITO and has a thickness of about 150 nm. Since the photoelectric conversion layer 300 has a thin thickness of several tens to hundreds of nanometers, the distance between the second electrode 400 and the first electrode 200 of the same unit cell becomes too short, as indicated by L2 of FIG. 2. Short circuits may occur. That is, due to the short distance between the first electrode 200 and the second electrode 400 in the portion indicated by L2, the strength of the electric field is relatively strong between the electrodes may cause a short circuit between the two electrodes. If such a short circuit occurs, the voltage across the entire module is lowered and the efficiency is reduced.

본 발명에서는 상기 제1전극(200)의 두께를 줄임으로써 단위셀의 두 전극 사이에서 발생할 수 있는 단락의 가능성을 방지할 수 있다. In the present invention, by reducing the thickness of the first electrode 200, it is possible to prevent the possibility of a short circuit that may occur between the two electrodes of the unit cell.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제1전극(200)은 종래에 사용되는 투명 전도성 산화물에 비해 전도성이 좋은 금속 박막층(200)을 포함하기 때문에 박막이 가능하다. 이와 같이 제1전극(200)의 두께가 감소하여 광전변환층(300)의 최소 두께를 갖는 부분(L2)에서도 상기 광전변환층(300)이 적정한 두께로 유지되어 제1전극(200)과 제2전극(400) 사이의 단락이 방지될 수 있다. As shown in FIG. 1, since the first electrode 200 according to the embodiment of the present invention includes a metal thin film layer 200 having better conductivity than a transparent conductive oxide used in the related art, a thin film may be formed. As such, the thickness of the first electrode 200 decreases, so that the photoelectric conversion layer 300 is maintained at an appropriate thickness even in the portion L2 having the minimum thickness of the photoelectric conversion layer 300. Short circuits between the two electrodes 400 can be prevented.

이때, 금속 박막층(220)을 제1전극(200)으로 사용하는 경우 빛의 투과율이 낮은 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 상기 금속 박막층(220) 하부 및 상부에 투명 박막층(210,230)을 위치시킴으로써 제1전극(200)의 최종 빛 투과율이 보상될 수 있다. 이때, 상기 투명 박막층(210,230)은 광전변환층(300)으로 빛 투과율을 보상하기 위해 투명 또는 준투명 물질을 포함할 수 있다. In this case, when the metal thin film layer 220 is used as the first electrode 200, the light transmittance is low. However, in the present invention, the final light transmittance of the first electrode 200 may be compensated by placing the transparent thin film layers 210 and 230 on the lower and upper portions of the metal thin film layer 220. In this case, the transparent thin film layers 210 and 230 may include a transparent or quasi-transparent material to compensate for light transmittance with the photoelectric conversion layer 300.

이와 같이 금속 박막층(220)은 패터닝되어 각 단위셀 영역에만 형성된 데 반해 상기 제1투명 박막층(210) 및 상기 제2투명 박막층(230)은 기판의 전면에 대해 형성된다. 따라서 상기 투명 박막층(210, 230) 들이 제1전극의 표면의 단차를 증가시키지 않고 오히려 완화시키는데 기여할 수 있다. As described above, the metal thin film layer 220 is patterned to be formed only in each unit cell area, whereas the first transparent thin film layer 210 and the second transparent thin film layer 230 are formed on the entire surface of the substrate. Therefore, the transparent thin film layers 210 and 230 may contribute to mitigating rather than increasing the level difference of the surface of the first electrode.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명한다. Hereinafter, a manufacturing process of an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도3a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 제1투명 박막층(210)을 형성한다. 상기 기판(100)은 유리, PET(Polyethylene terephthalate), 및 PEN(Polyethylene naphthalate)과 같은 투명한 물질, 또는 스테인리스(stainless) 강판과 같은 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈이 기판(100) 측을 통해 입사된 빛을 이용하여 광전변환을 수행하는 경우 상기 기판(100)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈이 기판의 반대측을 통해 입사된 빛을 이용하여 광전변환을 수행하는 경우 상기 기판(100)은 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈이 시쓰루(see-through) 타입인 경우 상기 기판(100), 제1전극(200) 및 제2전극(400)은 모두 투명한 물질을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3A, a first transparent thin film layer 210 is formed on the substrate 100. The substrate 100 may include a transparent material such as glass, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), or an opaque material such as a stainless steel sheet. When the solar cell module according to the present invention performs photoelectric conversion using light incident through the substrate 100, the substrate 100 may include a transparent material. When the solar cell module according to the present invention performs photoelectric conversion by using light incident through the opposite side of the substrate, the substrate 100 may include an opaque material. In addition, when the solar cell module according to the present invention is a see-through type, the substrate 100, the first electrode 200, and the second electrode 400 may all include a transparent material.

상기 제1투명 박막층(210)은 기판(100)의 전면에 형성되며 굴절률이 높은 물질을 포함한다. 또한, 상기 제1투명 박막층(210)은 절연성 또는 반도체성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1투명 박막층(210)은 투명 또는 준투명한 물질을 포함하여 상기 기판(100)을 통해 입사된 빛을 광전변환층(300)으로 전달하여야 한다. The first transparent thin film layer 210 is formed on the entire surface of the substrate 100 and includes a material having a high refractive index. In addition, the first transparent thin film layer 210 may include an insulating or semiconducting material. In addition, the first transparent thin film layer 210 may include a transparent or quasi-transparent material to transmit light incident through the substrate 100 to the photoelectric conversion layer 300.

상기 제1투명 박막층(210)은 텅스텐 산화물(WO3), 황화아연(ZnS), 바나듐 산화물(V2O5), 몰리브덴 산화물(MoO3), 산화티탄(TiOx), 산화아연(ZnO), 텔루르 산화물(TeO2) 또는 셀렌화 아연(ZnSe)과 같은 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1투명 박막층(210)은 제1전극(200)의 높은 빛 투과율을 위해 굴절률이 높은 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 제1투명 박막층(210)의 굴절률은 2이상일 수 있다. The first transparent thin film layer 210 includes tungsten oxide (WO 3 ), zinc sulfide (ZnS), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), It may include a material such as tellurium oxide (TeO 2 ) or zinc selenide (ZnSe). The first transparent thin film layer 210 preferably includes a material having a high refractive index for high light transmittance of the first electrode 200. For example, the refractive index of the first transparent thin film layer 210 may be two or more.

도3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1투명 박막층(210) 상에 패턴화된 금속 박막층(220)을 형성한다. 상기 패턴화된 금속 박막층(220)은 실시예에 따라 마스크를 사용함으로써 패턴화되어 형성될 수 있다. 상기 금속 박막층(220)은 광 흡수율이 적은 금속을 사용하는 것이 바람직하며, 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 박막층(220)은 그 표면이 평평하여야 보다 얇은 두께에서도 높은 전도성을 가질 수 있다. 상기 금속 박막층(220)은 50Å내지 200Å의 두께를 갖는다. 상기 금속 박막층(220)이 50Å 보다 작은 경우 상기 금속 박막층(220)은 전하 또는 정공 수송층으로 기능하기에 저항이 너무 커진다. 상기 금속 박막층(220)이 200Å 보다 두꺼운 경우 상기 제1전극(200)의 빛 투과율이 너무 낮아져 광전변환층(300)의 광전변환 효율이 감소될 수 있다. As shown in FIG. 3B, a patterned metal thin film layer 220 is formed on the first transparent thin film layer 210. The patterned metal thin film layer 220 may be patterned and formed by using a mask according to an embodiment. The metal thin film layer 220 preferably uses a metal having a low light absorptance, and may include at least one of silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au), and copper (Cu). The metal thin film layer 220 must have a flat surface to have high conductivity even at a thinner thickness. The metal thin film layer 220 has a thickness of 50 kPa to 200 kPa. When the metal thin film layer 220 is smaller than 50 kV, the metal thin film layer 220 has a resistance that is too large to function as a charge or hole transport layer. When the metal thin film layer 220 is thicker than 200 mW, the light transmittance of the first electrode 200 may be so low that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion layer 300 may be reduced.

도3c에 도시된 바와 같이, 상기 패턴화된 금속 박막층(220) 및 상기 제1투명 박막층(210)의 전면에 제2투명 박막층(230)을 형성한다. 상기 제2투명 박막층(230)은 텅스텐 산화물(WO3), 황화아연(ZnS), 바나듐 산화물(V2O5), 몰리브덴 산화물(MoO3), 산화티탄(TiOx), 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiOx) 또는 탄산세슘(Cs2CO3)과 같은 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2투명 박막층(230)은 굴절률이 높은 물질을 포함한다. 예컨대, 상기 제2투명 박막층(230)의 굴절률은 2 이상인 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3C, a second transparent thin film layer 230 is formed on the front surface of the patterned metal thin film layer 220 and the first transparent thin film layer 210. The second transparent thin film layer 230 is tungsten oxide (WO 3 ), zinc sulfide (ZnS), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), It may include materials such as nickel oxide (NiOx) or cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ). The second transparent thin film layer 230 includes a material having a high refractive index. For example, the refractive index of the second transparent thin film layer 230 is preferably 2 or more.

상기 제2투명 박막층(230)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 반도체 물질은 반도체의 에너지 밴드를 이용해 전자나 정공의 이동을 도울 수 있다. 상기 제2투명 박막층(230)이 반도체 물질을 포함하는 경우 상기 제2투명 박막층(230)은 수십nm 이내의 두께, 예컨대 100nm이하의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2투명 박막층(230)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 터널링(tunneling)을 통해 전자가 이동할 수 있도록 상기 제2투명 박막층(230)은 수nm 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2투명 박막층(230)은 투명 또는 준투명한 물질을 포함하여 상기 기판(100)을 통해 입사된 빛이 광전변환층(300)으로 전달하여야 한다. The second transparent thin film layer 230 may include a semiconductor material. In this case, the semiconductor material may help the movement of electrons or holes using the energy band of the semiconductor. When the second transparent thin film layer 230 includes a semiconductor material, the second transparent thin film layer 230 may have a thickness of several tens of nm or less, for example, 100 nm or less. In addition, the second transparent thin film layer 230 may include an insulating material. In this case, the second transparent thin film layer 230 preferably has a thickness within several nm so that electrons can move through tunneling. In addition, the second transparent thin film layer 230 includes a transparent or quasi-transparent material, and the light incident through the substrate 100 must be transmitted to the photoelectric conversion layer 300.

도3d에 도시된 바와 같이, 상기 제2투명 박막층(230) 상에 패턴화된 광전변환층(300)을 형성한다. 상기 패턴화된 광전변환층(300)은 마스크를 사용하여 형성되거나 프린팅 기반 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 광전변환층(300)은 사용되는 물질에 따라 진공 증착(Vaccum Deposition), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 롤투롤(Roll to Roll), 닥터 블레이딩(Doctor Blading) 및 스프레이(Spray)와 같은 방식으로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3D, a patterned photoelectric conversion layer 300 is formed on the second transparent thin film layer 230. The patterned photoelectric conversion layer 300 may be formed using a mask or may be formed using a printing based technique. For example, the photoelectric conversion layer 300 may include vacuum deposition, inkjet printing, roll to roll, doctor blading, and spray according to the material used. It can be formed in the same way.

상기 광전변환층(300)은 광흡수율이 높은 물질로 이루어진 광흡수형 유기 반도체층 및 상기 유기 반도체층 상에 위치하는 전자받게형 유기 반도체층을 포함하는 이중층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 광전변환층(300)은 광흡수형 유기 반도체 물질 및 전자받게형 유기 반도체 물질이 일정한 비율로 섞인 벌크(bulk) 타입을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광전변환층(300)은 P형 도핑이 수행된 정공 수집층, 광흡수형 및 전자받게형 유기 반도체층, 그리고 N형 도핑이 수행된 전자 수집층이 순차로 적층된 P-I-N 타입 광전변환층을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 상기 광전변환층(300)은 N-I-P 타입 광전변환층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 광흡수용 반도체는 광 흡수 계수가 큰 펜타센(Pentacene), CuPC(Copper Phthalocyanine), SubPC(Subphthalocyanine) 등의 물질을 포함할 수 있다. 전자받게형 물질로는 풀러린(fullerene)과 같은 물질을 사용할 수 있다. The photoelectric conversion layer 300 may be formed in a double layer structure including a light absorption type organic semiconductor layer made of a material having a high light absorption rate and an electron accepting type organic semiconductor layer positioned on the organic semiconductor layer. In addition, the photoelectric conversion layer 300 may include a bulk type in which a light absorption type organic semiconductor material and an electron acceptor type organic semiconductor material are mixed at a predetermined ratio. Further, the photoelectric conversion layer 300 is a PIN type photoelectric conversion in which a P-type doping hole collection layer, a light absorption type and an electron receiving type organic semiconductor layer, and an N-type doping electron collection layer are sequentially stacked. It may comprise a layer. According to an embodiment, the photoelectric conversion layer 300 may include an N-I-P type photoelectric conversion layer. In this case, the light absorption semiconductor may include a material such as pentacene (Pentacene), CuPC (Copper Phthalocyanine), SubPC (Subphthalocyanine) having a large light absorption coefficient. As the electron accepting material, a material such as fullerene may be used.

도3e에 도시된 바와 같이, 패턴화된 제2전극(400)을 상기 광전변환층(300) 상에 형성한다. 상기 패턴화된 제2전극(400)은 마스크를 사용하여 형성되거나 프린팅 기반 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 패턴화된 제2전극(400)은 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하는 진공 증착(Vaccum Deposition), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 롤투롤(Roll to Roll), 닥터 블레이딩(Doctor Blading) 및 스프레이(Spray)와 같은 방식으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3E, a patterned second electrode 400 is formed on the photoelectric conversion layer 300. The patterned second electrode 400 may be formed using a mask or may be formed using a printing based technique. For example, the patterned second electrode 400 may include vacuum deposition using a shadow mask, inkjet printing, roll to roll, doctor blading, and the like. And spray (Spray).

상기 제2전극(400)을 패턴화하여 형성하는 경우 단위 셀(UC1, UC2) 간의 직렬 연결을 위한 추가적인 공정이 요구되지 않는다. 상기 제2전극(400)은 후면 반사를 위해 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au)과 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 상기 제2전극(400)은 ITO(Indium tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), 또는 그래핀(Graphene)과 같은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2전극(400)은 실시예에 따라 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. When the second electrode 400 is patterned and formed, an additional process for series connection between the unit cells UC1 and UC2 is not required. The second electrode 400 may include materials such as aluminum (Al), silver (Ag), and gold (Au) to reflect the back surface. In some embodiments, the second electrode 400 may include a transparent material such as indium tin oxide (ITO), carbon nanotube (CNT), or graphene. In addition, the second electrode 400 may be formed of a single layer or a plurality of layers according to the embodiment.

본 발명의 실시예에 따른 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈은 상기 제1전극(200)과 광전변환층(300) 사이와 상기 광전변환층(300)과 상기 제2전극(400) 사이 중 적어도 하나의 위치에 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 이러한 버퍼층은 결과적인 태양전지 모듈의 외관의 형태를 좋게 하기 위해, 전극의 극성을 바꾸기 위해, 전자와 정공의 이동성의 균형을 맞추기 위해 또는 금속으로 인한 유기물의 오염을 방지하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. In an organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode according to an embodiment of the present invention, between the first electrode 200 and the photoelectric conversion layer 300, the photoelectric conversion layer 300 and the second electrode 400. ) May further include a buffer layer at at least one position. This buffer layer can be used to improve the appearance of the resulting solar cell module, to change the polarity of the electrode, to balance the mobility of electrons and holes, or to prevent contamination of organic matter by metals. .

도4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈의 전류-전압 특성을 나타낸다. 여기서, 제1투명 박막층(210)으로는 황화아연(ZnS), 금속 박막층(220)으로는 은(Ag), 그리고 제2투명 박막층(230)으로는 텅스텐 산화물(WO3)이 사용된다. 광전변환층(300)으로는 펜타센과 풀러린(C60)의 이중층 구조가 사용된다. 또한, 상기 광전변환층(300) 상에 BCP(bathocuproine)를 포함하는 버퍼층을 더 포함하고 제2전극(400)으로는 Al이 사용된다. 또한, 상기 유기 태양전지 모듈 내의 각 층들은 진공 증착 방법을 통해 적층된다. Figure 4 shows the current-voltage characteristics of the organic solar cell module using a metal-based multilayer thin film transparent electrode prepared according to an embodiment of the present invention. Here, zinc sulfide (ZnS) is used as the first transparent thin film layer 210, silver (Ag) is used as the metal thin film layer 220, and tungsten oxide (WO 3 ) is used as the second transparent thin film layer 230. As the photoelectric conversion layer 300, a double layer structure of pentacene and fullerene (C60) is used. In addition, a buffer layer including BCP (bathocuproine) is further included on the photoelectric conversion layer 300, and Al is used as the second electrode 400. In addition, each layer in the organic solar cell module is laminated by a vacuum deposition method.

도4의 전류-전압 특성은 4개의 단위 셀들이 서로 직렬 연결되어 각각의 단위셀의 전압이 더해지는 모듈의 특성을 나타낸다. 이로부터 본 발명의 실시예에 따라 제조된 금속 기반 다층 박막형 투명 전극을 사용하는 유기 태양전지 모듈에서는 제1전극(200)과 제2전극(400) 사이에 단락 문제가 발생하지 않음을 알 수 있다. The current-voltage characteristic of FIG. 4 represents a characteristic of a module in which four unit cells are connected in series to each other and the voltage of each unit cell is added. From this, in the organic solar cell module using the metal-based multilayer thin film transparent electrode manufactured according to the embodiment of the present invention, it can be seen that a short circuit problem does not occur between the first electrode 200 and the second electrode 400. .

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. will be. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

100: 기판
200: 제1전극
210: 제1투명 박막층
220: 금속 박막층
230: 제2투명 박막층
300: 광전변환층
400: 제2전극100: substrate
200: first electrode
210: first transparent thin film layer
220: metal thin film layer
230: second transparent thin film layer
300: photoelectric conversion layer
400: second electrode

Claims (17)

기판; 및
상기 기판 상에 복수의 단위셀을 포함하며,
상기 복수의 단위셀 각각은:
금속 박막층을 포함하는 제1전극;
상기 제1전극 상에 빛을 전기로 변환하는 광전변환층; 및
상기 광전변환층 상에 제2전극을 포함하며,
상기 복수의 단위셀 중 제1단위셀의 제1전극과 상기 제1단위셀과 인접한 제2단위셀의 제2전극은 전기적으로 연결되며,
상기 제1전극은 제1투명 박막층 및 제2투명 박막층을 더 포함하며, 상기 금속 박막층은 상기 제1투명 박막층과 상기 제2투명 박막층 사이에 위치하는,
유기 태양전지 모듈. Board; And
It includes a plurality of unit cells on the substrate,
Each of the plurality of unit cells is:
A first electrode including a metal thin film layer;
A photoelectric conversion layer for converting light into electricity on the first electrode; And
A second electrode on the photoelectric conversion layer,
The first electrode of the first unit cell of the plurality of unit cells and the second electrode of the second unit cell adjacent to the first unit cell are electrically connected.
The first electrode further includes a first transparent thin film layer and a second transparent thin film layer, wherein the metal thin film layer is located between the first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer,
Organic solar cell module. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1투명 박막층과 상기 제2투명 박막층은 상기 복수의 단위셀이 형성된 상기 기판의 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method of claim 1,
The first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer is an organic solar cell module, characterized in that formed on the front of the substrate on which the plurality of unit cells are formed. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 금속 박막층의 두께는 50Å이상 및 200Å이하인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈.The method according to claim 1 or 3,
The thickness of the metal thin film layer is an organic solar cell module, characterized in that more than 50Å and less than 200Å. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 금속 박막층은 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The metal thin film layer is an organic solar cell module comprising at least one of silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au) and copper (Cu). 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1투명 박막층 및 상기 제2투명 박막층은 절연성 또는 반도체성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer is an organic solar cell module, characterized in that it comprises an insulating or semiconducting material. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1투명 박막층은 텅스텐 산화물(WO3), 황화아연(ZnS), 바나듐 산화물(V2O5), 몰리브덴 산화물(MoO3), 산화티탄(TiOx), 산화아연(ZnO), 텔루르 산화물(TeO2) 또는 셀렌화 아연(ZnSe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈The method according to claim 1 or 3,
The first transparent thin film layer includes tungsten oxide (WO 3 ), zinc sulfide (ZnS), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), tellurium oxide ( TeO 2 ) or an organic solar cell module comprising zinc selenide (ZnSe) 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2투명 박막층은 텅스텐 산화물(WO3), 황화아연(ZnS), 바나듐 산화물(V2O5), 몰리브덴 산화물(MoO3), 산화티탄(TiOx), 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiOx) 또는 탄산세슘(Cs2CO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The second transparent thin film layer includes tungsten oxide (WO 3 ), zinc sulfide (ZnS), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), nickel oxide ( NiOx) or cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) comprising an organic solar cell module. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1투명 박막층 및 상기 제2투명 박막층 중 적어도 하나의 굴절률은 2이상인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The refractive index of at least one of the first transparent thin film layer and the second transparent thin film layer is an organic solar cell module. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 광전변환층은 광흡수형 유기 반도체층 및 전자받게형 유기 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The photovoltaic layer is an organic solar cell module comprising a light absorption type organic semiconductor layer and an electron acceptor type organic semiconductor layer. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 광전변환층은 광흡수형 유기 반도체 물질과 전자받게형 유기 반도체 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈.The method according to claim 1 or 3,
The photovoltaic layer is an organic solar cell module, characterized in that the light-absorbing organic semiconductor material and the electron accepting organic semiconductor material mixed. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 광전변환층은 P형 도핑된 정공수집층, 광흡수형 및 전자 받게형 유기 반도체층, 그리고 N형 도핑된 전자수집층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈. The method according to claim 1 or 3,
The photovoltaic layer is an organic solar cell module comprising a P-type doped hole collecting layer, a light absorption type and an electron receiving organic semiconductor layer, and an N-type doped electron collecting layer. 기판상에, 패터닝된 금속 박막층을 포함하는 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상에 패터닝된 광전변환층을 형성하는 단계; 및
상기 광전변환층 상에 패터닝된 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여,
상기 제1전극, 상기 광전변환층, 및 상기 제2전극을 각각 포함하는 복수의 단위셀이 상기 기판 상에 형성되고,
상기 복수의 단위셀 중 제1단위셀의 제1전극과 상기 제1단위셀과 인접한 제2단위셀의 제2전극이 전기적으로 연결되며,
상기 제1전극을 형성하는 단계는:
상기 기판의 전면에 제1투명 박막층을 형성하는 단계;
상기 패터닝된 금속 박막층을 상기 제1투명 박막층 상에 형성하는 단계; 및
상기 패터닝된 금속 박막층 및 상기 제1투명 박막층 상에 제2투명 박막층을 형성하는 단계를 포함하는,
유기 태양전지 모듈의 제조방법. Forming a first electrode on the substrate, the first electrode comprising a patterned metal thin film layer;
Forming a patterned photoelectric conversion layer on the first electrode; And
Forming a patterned second electrode on the photoelectric conversion layer;
A plurality of unit cells each including the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode are formed on the substrate,
A first electrode of a first unit cell and a second electrode of a second unit cell adjacent to the first unit cell are electrically connected among the plurality of unit cells,
The forming of the first electrode may include:
Forming a first transparent thin film layer on the entire surface of the substrate;
Forming the patterned metal thin film layer on the first transparent thin film layer; And
Forming a second transparent thin film layer on the patterned metal thin film layer and the first transparent thin film layer,
Method for manufacturing an organic solar cell module. 삭제delete 제13항에 있어서,
상기 제1투명 박막층, 상기 금속 박막층 및 상기 제2투명 박막층 중 적어도 하나는 진공 증착법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법. The method of claim 13,
At least one of the first transparent thin film layer, the metal thin film layer and the second transparent thin film layer is formed by a vacuum deposition method. 제13항에 있어서,
상기 패터닝된 금속 박막층, 상기 패터닝된 광전변환층 및 상기 패터닝된 제2전극 중 적어도 하나는 쉐도우 마스크를 사용하는 진공 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법. The method of claim 13,
At least one of the patterned metal thin film layer, the patterned photoelectric conversion layer, and the patterned second electrode is formed by a vacuum deposition method using a shadow mask. 제13항에 있어서,
상기 패터닝된 금속 박막층, 상기 패터닝된 광전변환층 및 상기 패터닝된 제2전극은 잉크젯 프린팅법, 롤투롤법, 닥터 블레이딩법 또는 스프레이법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법.The method of claim 13,
And the patterned metal thin film layer, the patterned photoelectric conversion layer, and the patterned second electrode are formed by an inkjet printing method, a roll-to-roll method, a doctor blading method, or a spray method.
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