KR101198689B1 - Organic solar cells - Google Patents

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KR101198689B1
KR101198689B1 KR1020100093395A KR20100093395A KR101198689B1 KR 101198689 B1 KR101198689 B1 KR 101198689B1 KR 1020100093395 A KR1020100093395 A KR 1020100093395A KR 20100093395 A KR20100093395 A KR 20100093395A KR 101198689 B1 KR101198689 B1 KR 101198689B1
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양민양
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

본 발명은 ZnO 나노파티클과 이온기를 포함하는 유기태양전지에 관한 것으로, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성된 음극을 포함하고 있다.The present invention relates to an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups, comprising: a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, and an upper portion of the hole transport layer And an electron transport layer formed on the photoactive layer, an electron injection layer formed on the electron transport layer, and a cathode formed on the electron injection layer.

Description

유기태양전지{ORGANIC SOLAR CELLS}Organic solar cell {ORGANIC SOLAR CELLS}

본 발명은 다층 형태의 유기태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell of a multilayer form.

최근 고분자뿐만 아니라 저분자의 유기태양전지의 경우에도 액상공정 (solution process)이 가능하기 때문에 인쇄방법을 적용하려는 시도가 많아지고 있다. 용액공정으로는 잉크젯 인쇄, 롤투롤 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅 등이 있다. Recently, since a liquid process is possible not only for a polymer but also for a low molecular organic solar cell, an attempt to apply a printing method has been increasing. Solution processes include inkjet printing, roll-to-roll coating, screen printing, spray coating and dip coating.

그러나, 양극 및 음극은 여전히 진공에서 스퍼터링이나 증착공정을 통해 제조되고 있다. 이 공정은 매우 비싼 공정장비가 필요할 뿐만 아니라 고진공 기술을 요구하므로, 생산성 및 제조단가를 고려할 때 진공증착공정의 회수를 줄여야 한다.However, anodes and cathodes are still manufactured by sputtering or deposition in vacuum. This process requires not only very expensive process equipment, but also requires high vacuum technology, so the number of vacuum deposition processes should be reduced in consideration of productivity and manufacturing cost.

전자주입층의 경우에는 LiF, CsF, NaF, Cs2CO3으로 만들어진 1nm 내외의 초박막을 증착하여 형성하거나 또는 Ca, Li, Ba, Cs, Mg 등으로 만들어진 20nm 내외의 층으로 전자주입층을 이용하게 되는데 이러한 층은 음극의 추가적인 증착시에도 외부 공기 중 산소와 수분 등에 매우 취약하여 소자의 수명을 단축하는 큰 문제점을 가지고 있으며 이들 재료는 공정 시 핸들링이 용이하지 않다. The electron injection layer is formed by depositing an ultra thin film of about 1 nm made of LiF, CsF, NaF, and Cs 2 CO 3 or using an electron injection layer as a layer of about 20 nm made of Ca, Li, Ba, Cs, Mg, or the like. This layer is very vulnerable to oxygen and moisture in the outside air even during the additional deposition of the cathode has a big problem of shortening the life of the device and these materials are not easy to handle during the process.

또한, 최근 가장 많이 사용되는 전자주입층/음극 구조인 LiF/Al와 같은 구조에서 초박막 전자주입층의 경우에는 0.5~2nm의 박막을 이용하기 때문에, 초박막 전자주입층이 적층될 하부층의 코팅막의 표면상태가 매우 중요하다. 따라서, 롤투롤 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅과 같은 용액공정으로는 충분한 코팅성능을 갖도록 하는 것이 용이하지 않으므로, 초박막 전자주입층을 용액공정에 적용하기 매우 어렵다. In addition, since the ultra-thin electron injection layer uses a thin film of 0.5 to 2 nm in a structure such as LiF / Al, which is the most commonly used electron injection layer / cathode structure, the surface of the coating layer of the lower layer on which the ultra-thin electron injection layer is to be laminated The condition is very important. Therefore, the solution process such as roll-to-roll printing, inkjet printing, screen printing, spray coating, dip coating is not easy to have sufficient coating performance, it is very difficult to apply the ultra-thin electron injection layer to the solution process.

한편, 기존의 대부분의 태양전지의 경우, 일함수가 낮은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 이용하여 음극을 고진공에서 증착하여 유기태양전지를 제조하고 있다. 일함수가 높은 금속을 음극으로 사용하는 경우에는, 유기태양전지의 성능이 매우 저하되는 문제점을 가지고 있다. 그리고, 일함수가 낮은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 음극으로 사용하는 경우에는, 대기중 산소와 수분에 취약하기 때문에 다루기 힘들고 공정 시에는 고진공을 유지해야만 했다.On the other hand, in the case of most existing solar cells, an organic solar cell is manufactured by depositing a cathode in a high vacuum using an alkali metal or alkaline earth metal having a low work function. In the case of using a metal having a high work function as the cathode, there is a problem in that the performance of the organic solar cell is very degraded. In addition, when an alkali metal or alkaline earth metal having a low work function is used as a cathode, it is difficult to handle because it is vulnerable to oxygen and moisture in the air, and high vacuum must be maintained during the process.

이로 인하여, 최근에는 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al)과 같이 일함수가 높은 금속을 이용하여 제조된 음극을 사용하는 경우에, 암모늄 이온을 혼합하거나 암모늄 이온기를 가지는 고분자를 광 활성층 위에 코팅하여 유기태양전지의 성능이 저하되는 것을 방지하고자 하는 시도가 행해지고 있다. For this reason, recently, in the case of using a cathode manufactured using a metal having a high work function such as silver (Ag), gold (Au), or aluminum (Al), it is possible to mix ammonium ions or to display a polymer having an ammonium ion group. Attempts have been made to prevent degradation of the performance of organic solar cells by coating on the active layer.

그러나, 이온기를 가지는 고분자 또는 전해이온 복합물은 극성 용매를 사용해야만 하기 때문에 유기 광 활성층 위에 코팅하는 경우 이온기를 가지는 극성 고분자의 엉김(agglomeration)현상 및 극성용매를 소수성 광 활성층 위에 코팅 시 얼룩이 생기는 코팅 불량 현상이 발생하여 양산으로의 적용이 어려워 많은 경우에 이온기를 가진 물질을 광 활성층에 도핑하거나 첨가하는 방식을 사용해야만 하는 문제점이 있으며 이온들이 광 활성층 내부에서 자유롭게 떠다녀 소자의 효율에 나쁜 영향을 주게 된다.However, since a polymer having an ionic group or an electrolytic ion composite must use a polar solvent, a coating defect in which agglomeration of the polar polymer having an ionic group and staining occurs when the polar solvent is coated on the hydrophobic photoactive layer when coating on the organic photoactive layer It is difficult to apply it to mass production due to the phenomenon, and in many cases, there is a problem in that a method of doping or adding a material having ionic groups to the photoactive layer must be used, and ions float freely inside the photoactive layer to adversely affect the efficiency of the device. do.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 용액공정으로 쉽게 형성할 수 있고 고온 열처리공정을 수행하지 않아 열에 약한 반도체 유기물에 나쁜 영향을 주지 않으며, 이온성 전자주입물질과 전자의 이동도가 큰 ZnO 나노결정을 전자주입/전자수송 복합층을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 Ag, Au, Al, ITO 과 같은 일함수가 큰 재료를 음극으로 사용하여도 고효율의 유기태양전지가 가능해 지며, 소자를 제조가 쉬운 인쇄공정과 같은 용액공정을 이용하여 저렴하게 제조하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention can easily form an organic solar cell containing ZnO nanoparticles and ionic groups in a solution process and does not perform a high temperature heat treatment process does not adversely affect the weak semiconductor organic material to heat, ZnO nanocrystals with large ionic electron injection materials and electron mobility can be used to improve light conversion efficiency of organic solar cells as well as work such as Ag, Au, Al and ITO. Even if a material having a large water content is used as a cathode, an organic solar cell with high efficiency is possible, and an object of the present invention is to inexpensively manufacture a device using a solution process such as a printing process that is easy to manufacture.

또한, 본 발명은 친수성의 표면을 갖는 ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층이 그 위에 성막 될 이온기를 가지는 이온성의 전자주입 재료 또는 금속이온이 용해된 극성 용액이 코팅 및 도핑되기에 표면이 매우 적합한 특성을 갖게 하여, 용액공정으로 유기태양전지를 제조하기에 코팅 성능 및 도핑 성능이 매우 우수하도록 하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention is characterized in that the electron transport layer containing ZnO nanoparticles having a hydrophilic surface is very suitable surface for coating and doping an ionic electron injection material having a ionic group to be deposited thereon or a polar solution in which metal ions are dissolved It is intended to have a very excellent coating performance and doping performance for manufacturing an organic solar cell by a solution process.

한편, ZnO 나노파티클 층이 내부 광 활성 층을 외부대기로부터 수분, 산소의 침투를 막아 보호하는 배리어(barrier) 역할을 동시에 수행하는 것을 목적으로 한다.On the other hand, the ZnO nanoparticle layer is intended to simultaneously serve as a barrier (barrier) to protect the internal photoactive layer from the penetration of moisture and oxygen from the outside atmosphere.

또한, 본 발명은, 초박막의 전자주입층을 이용할 경우에도, 롤투롤 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅과 같은 용액공정으로 제조되는 다소 거친 코팅막의 표면에 대하여 ZnO 나노파티클 층이 거친 표면을 평탄화하여 초박막 전자주입층이 용이하게 성막하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention, even when using an ultra-thin electron injection layer, ZnO nanoparticle layer is applied to the surface of a rather rough coating film produced by a solution process such as roll-to-roll printing, inkjet printing, screen printing, spray coating, dip coating An object of the present invention is to planarize a rough surface to easily form an ultra-thin electron injection layer.

청구항 1에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성된 음극을 포함한다. 상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료를 이용하여 형성된다.An organic solar cell according to claim 1 includes a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, a photoactive layer formed on the hole transport layer, and the light And an electron transport layer formed on the active layer and including ZnO nanoparticles, an electron injection layer formed on the electron transport layer, and a cathode formed on the electron injection layer. The electron injection layer is formed using an ionic material containing an alkali metal or alkaline earth metal ions and salts thereof, or an organic material containing an organic cation such as ammonium ion as an ion group.

청구항 1에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 1에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 1에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 상기 전자주입층(150)은, 비이온성 계면활성제인 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol)를 용매에 용해시킨 전해질 용액, 그리고 이 전해질 용액에 이온을 부가하는 이온기를 갖는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 을 포함하는 염, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기염이 첨가되어 형성될 수 있다. According to the organic solar cell of the invention according to claim 1, since a substrate formed of flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, a flexible solar cell that can be bent and adheres to various curved surfaces can be manufactured. In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 1, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, thereby providing excellent ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
In addition, according to the organic solar cell of the present invention according to claim 1, the electron injection layer 150 is an electrolyte solution in which polyethylene oxide (PEO), PEG (polyethylene glycol), which are nonionic surfactants are dissolved in a solvent, and the electrolyte solution A salt containing an alkali metal or an alkaline earth metal having an ionic group to add ions to the salt, or an organic salt containing an organic cation may be added.

청구항 2에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성된 음극을 포함한다. 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 액상으로 코팅 및 도핑되어 형성된다.An organic solar cell according to claim 2, comprising: a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, a photoactive layer formed on the hole transport layer, and the light And an electron transport layer formed on the active layer and including ZnO nanoparticles, an electron injection layer formed on the electron transport layer, and a cathode formed on the electron injection layer. The electron injection layer is formed by coating and doping in a liquid phase using a solution obtained by dissolving an ionic surfactant or electrolyte containing a cation and an anion of an alkali metal or an alkaline earth metal in a polar solvent or a nonpolar solvent.

청구항 2에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 2에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 이온성 계면활성제를 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성함으로써, 음극에서 전자주입층으로의 전자주입효과를 더 높일 수 있다.According to the organic solar cell of the invention according to claim 2, a flexible solar cell that can be bent and adheres to various curved surfaces can be manufactured because a flexible substrate is formed of a flexible plastic, that is, a flexible substrate is used. In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 2, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, thereby providing excellent ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 2, by forming the ionic surfactant using a solution dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent, the electron injection effect from the cathode to the electron injection layer can be further enhanced.

청구항 3에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성된 음극을 포함한다. 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성된다. An organic solar cell according to claim 3 includes a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, a photoactive layer formed on the hole transport layer, and the light And an electron transport layer formed on the active layer and including ZnO nanoparticles, an electron injection layer formed on the electron transport layer, and a cathode formed on the electron injection layer. It is formed using a solution in which a surfactant or a polymer electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent.

청구항 3에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 3에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.According to the organic solar cell of the invention according to claim 3, since a substrate made of flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, a flexible solar cell can be manufactured that can be bent and adhered to various curved surfaces. In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 3, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.

청구항 4에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성된 음극을 포함한다. 상기 전자수송층은 ZnO 나노파티클을 포함하고, 상기 전자주입층은 상기 ZnO 나노파티클과 혼합되어 형성되는 유기 양이온(organic cation) 또는 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료로 형성된다.An organic solar cell according to claim 4 includes a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, a photoactive layer formed on the hole transport layer, and the light And an electron transport layer formed on the active layer and including ZnO nanoparticles, an electron injection layer formed on the electron transport layer, and a cathode formed on the electron injection layer. The electron transport layer includes ZnO nanoparticles, and the electron injection layer is an ionic ion having an organic material including an organic cation or ammonium salts formed by mixing with the ZnO nanoparticles. It is formed of a material.

청구항 4에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 4에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 유기물에 영향을 주지 않고, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부대기의 수분 산소로부터 유기물을 보호하며, 유기태양전지를 가능한 모든 레이어에 용액공정을 적용할 수 있어 저렴하고 쉽게 제조할 수 있다.According to the organic solar cell of the invention according to claim 4, since a substrate formed of flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, a flexible solar cell capable of bending and adhering to various curved surfaces can be manufactured. Further, according to the organic solar cell of the invention according to claim 4, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ion group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 4, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved. In addition, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups, since the high temperature heat treatment process is not performed, excellent electron injection of ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer without affecting the thermally weak polymer organic material and The use of electron transport characteristics not only improves the light conversion efficiency of the organic solar cell, but also protects organic matter from moisture and oxygen in the atmosphere, and makes it possible to apply the solution process to all possible layers of the solar cell, making it cheap and easy to manufacture. can do.

청구항 5에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 음극과, 상기 음극 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 양극을 포함한다. 상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료를 이용하여 형성된다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 인버티드된 형태로 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 및 유연한 기판에 영향을 주지 않으며 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 청구항 5에 관한 발명인 유기태양전지에서는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 5에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 5에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 상기 전자주입층(150)은, 비이온성 계면활성제인 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol)를 용매에 용해시킨 전해질 용액, 그리고 이 전해질 용액에 이온을 부가하는 이온기를 갖는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 을 포함하는 염, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기염이 첨가되어 형성될 수 있다. The organic solar cell of the invention according to claim 5 is a substrate formed of a glass or flexible element, a cathode formed on the substrate, an electron injection layer formed on the cathode, and formed on the electron injection layer, and ZnO nano And an electron transport layer including particles, a photoactive layer formed on the electron transport layer, a hole transport layer formed on the photoactive layer, and an anode formed on the hole transport layer. The electron injection layer is formed using an ionic material containing an alkali metal or alkaline earth metal ions and salts thereof, or an organic material containing an organic cation such as ammonium ion as an ion group.
Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 5, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups in an inverted form, the high temperature heat treatment process is not performed, thereby affecting the polymer and the flexible substrate, which are susceptible to heat. Since the electron injection and electron transport characteristics of the ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer are used, not only the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved but also the organic solar cell can be manufactured at low cost. In addition, in the organic solar cell of the present invention of claim 5, since a substrate formed of flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, the flexible solar cell can be bent and can be bonded to various curved surfaces. In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 5, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 5, the electron injection layer 150 is an electrolyte solution in which a non-ionic surfactant PEO (polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol) dissolved in a solvent, and this electrolyte solution A salt containing an alkali metal or an alkaline earth metal having an ionic group to add ions to the salt, or an organic salt containing an organic cation may be added.

청구항 6에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 음극과, 상기 음극 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 양극을 포함한다. 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 액상으로 코팅 및 도핑되어 형성된다.The organic solar cell of the invention according to claim 6 is a substrate formed of glass or a flexible element, a cathode formed on the substrate, an electron injection layer formed on the cathode, and formed on the electron injection layer, and ZnO nano And an electron transport layer including particles, a photoactive layer formed on the electron transport layer, a hole transport layer formed on the photoactive layer, and an anode formed on the hole transport layer. The electron injection layer is formed by coating and doping in a liquid phase using a solution obtained by dissolving an ionic surfactant or electrolyte containing a cation and an anion of an alkali metal or an alkaline earth metal in a polar solvent or a nonpolar solvent.

따라서, 청구항 6에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 인버티드된 형태로 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 및 유연한 기판에 영향을 주지 않으며 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 청구항 6에 관한 발명인 유기태양전지에서는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 6에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 6에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 이온성 계면활성제를 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성함으로써, 음극에서 전자주입층으로의 전자주입효과를 더 높일 수 있다.Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 6, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups in an inverted form, the high temperature heat treatment process is not performed, thereby affecting polymers and flexible substrates that are susceptible to heat. Since the electron injection and electron transport characteristics of the ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer are used, not only the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved but also the organic solar cell can be manufactured at low cost. In addition, in the organic solar cell of the invention according to claim 6, since a substrate formed of a flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, the flexible solar cell can be bent and can be bonded to various curved surfaces. Furthermore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 6, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, thereby providing excellent ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
Further, according to the organic solar cell of the invention according to claim 6, by forming the ionic surfactant using a solution dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent, the electron injection effect from the cathode to the electron injection layer can be further enhanced.

청구항 7에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 음극과, 상기 음극 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 양극을 포함한다. 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성된다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 인버티드된 형태로 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 및 유연한 기판에 영향을 주지 않으며 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 청구항 7에 관한 발명인 유기태양전지에서는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 7에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.The organic solar cell of the invention according to claim 7 is a substrate formed of glass or a flexible element, a cathode formed on the substrate, an electron injection layer formed on the cathode, and formed on the electron injection layer, ZnO nano And an electron transport layer including particles, a photoactive layer formed on the electron transport layer, a hole transport layer formed on the photoactive layer, and an anode formed on the hole transport layer. It is formed using a solution in which a surfactant or a polymer electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent.
Therefore, according to the organic solar cell of the present invention according to claim 7, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups in an inverted form, the high temperature heat treatment process is not performed, thereby affecting polymers and flexible substrates that are susceptible to heat. Since the electron injection and electron transport characteristics of the ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer are used, not only the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved but also the organic solar cell can be manufactured at low cost. In addition, the organic solar cell of the present invention according to claim 7 uses a substrate made of a flexible plastic, that is, a flexible substrate, so that the flexible solar cell can be bent and adhered to various curved surfaces. Furthermore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 7, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.

청구항 8에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 음극과, 상기 음극 상에 형성된 전자주입층과, 상기 전자주입층 상에 형성되고, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층과, 상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 양극을 포함한다. 상기 전자수송층은 ZnO 나노파티클을 포함하고, 상기 전자주입층은 상기 ZnO 나노파티클과 혼합되어 형성되는 유기 양이온(organic cation) 또는 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료로 형성된다.The organic solar cell of the invention according to claim 8 is a substrate formed of glass or a flexible element, a cathode formed on the substrate, an electron injection layer formed on the cathode, and formed on the electron injection layer, ZnO nano And an electron transport layer including particles, a photoactive layer formed on the electron transport layer, a hole transport layer formed on the photoactive layer, and an anode formed on the hole transport layer. The electron transport layer includes ZnO nanoparticles, and the electron injection layer is an ionic ion having an organic material including an organic cation or ammonium salts formed by mixing with the ZnO nanoparticles. It is formed of a material.

따라서, 청구항 8에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 인버티드된 형태로 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 및 유연한 기판에 영향을 주지 않으며 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 청구항 8에 관한 발명인 유기태양전지에서는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판, 즉 유연한 기판을 이용하고 있기 때문에 구부러짐이 가능해 다양한 굴곡의 표면에 접착이 가능한 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 청구항 8에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 8에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유기 이온 물질을 유기 양이온 또는 암모늄 염을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료로 함으로써, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 유기물에 영향을 주지 않고, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자주입 및 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부대기의 수분 산소로부터 유기물을 보호하며, 유기태양전지를 가능한 모든 레이어에 용액공정을 적용할 수 있어 저렴하고 쉽게 제조할 수 있다.Therefore, according to the organic solar cell of the present invention according to claim 8, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups in an inverted form, the high temperature heat treatment process is not performed, thereby affecting polymers and flexible substrates that are susceptible to heat. Since the electron injection and electron transport characteristics of the ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer are used, not only the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved but also the organic solar cell can be manufactured at low cost. In addition, in the organic solar cell of the invention according to claim 8, since a substrate made of a flexible plastic, that is, a flexible substrate is used, the flexible solar cell can be bent and can be bonded to various curved surfaces. In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 8, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved.
In addition, according to the organic solar cell of the invention according to claim 8, the organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material containing an organic cation or an ammonium salt as an ionic group, which is excellent in ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer. Since the electron injection and electron transport characteristics are used, the light conversion efficiency of the organic solar cell may be improved. In addition, by easily forming an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups, since the high temperature heat treatment process is not performed, excellent electron injection of ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer without affecting the thermally weak polymer organic material and The use of electron transport characteristics not only improves the light conversion efficiency of the organic solar cell, but also protects organic matter from moisture and oxygen in the atmosphere, and makes it possible to apply the solution process to all possible layers of the solar cell, making it cheap and easy to manufacture. can do.

청구항 9에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 상기 정공수송층은, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophere poly(styrene sulfonate), PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl (1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 인쇄공정과 같은 용액공정이 적용가능하다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 양극으로부터 공급된 정공을 광 활성층으로 용이하게 전달/주입하여 소자의 성능을 개선하고, 이들이 용매에 녹아있는 형태인 액상으로 형성한다.
청구항 10에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 상기 광 활성층은, PPV(poly(p-phenylenevinylene)), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3', 7'-dimethylocyloxy)-1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV(poly(2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3HT(3-hexylthiophene), P3OT(poly-octylthiophene), 또는 PVK(poly(9-vinylcarbazole)) 중에서 선택된 어느 하나 및 상기 선택된 어느 하나의 유도체로 형성되거나, 풀러린(fullerene)을 함유한 PCBM(phenyl-c61-butyric acid methyl ester)이 혼합되어 형성된다.
따라서, 청구항 10에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 특정의 고분자 재료나 저분자 재료를 특정 용매에 용해하여 용액으로 제조한 후 용액공정 등을 이용하여 광 활성층을 형성하고 있다.
청구항 11에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 3 또는 7에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 전자주입층은, 계면 활성제 또는 고분자 전해질 용액에 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 염을 포함하거나, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기재료가 더 첨가된다.
따라서, 청구항 11에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 이러한 용액을 이용하여 액상으로 성막하여 전자 주입효과를 높일 수 있다.
청구항 12에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 3 또는 7에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 계면 활성제는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic)이고, 고분자 전해질은 계면 활성제의 고분자 중합체인 PEO (polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)이다.The organic solar cell of the invention according to claim 9 is the organic solar cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the hole transport layer is PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophere poly (styrene sulfonate), PVK) (poly (9-vinylcarbazole), TFB (poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co- (4,4 '(N- (4-sec-butylphenyl)) diphenylamine)), CuPc (Copper Phthalocyanine) or a-NPD (N, N'-diphenyl-N, N'-bis (1-naphthyl) -1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD (N, N'-Bis- ( Solution process such as printing process by dissolving in liquid phase using any one of 3-methylphenyl) -N, N'-Bis-phenyl (1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine) is applicable.
Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 9, the holes supplied from the anode are easily transferred / injected into the photoactive layer to improve the performance of the device, and they are formed in a liquid phase in a form in which they are dissolved in a solvent.
The organic solar cell of the invention according to claim 10 is the organic solar cell of the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the photoactive layer is PPV (poly (p-phenylenevinylene)) or MDMO-PPV (poly [2- methoxy-5- (3 ', 7'-dimethylocyloxy) -1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV (poly (2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV (poly [2 -methoxy-5- (2'-ethyhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]), P3HT (3-hexylthiophene), P3OT (poly-octylthiophene), or PVK (poly (9-vinylcarbazole)) and any of the above It is formed from one of the derivatives selected, or formed by mixing PCBM (phenyl-c61-butyric acid methyl ester) containing fullerene.
Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 10, a specific polymer material or a low molecular material is dissolved in a specific solvent to prepare a solution, and then a photoactive layer is formed using a solution process or the like.
The organic solar cell of the invention according to claim 11 is the organic solar cell of the invention according to claim 3 or 7, wherein the electron injection layer contains an alkali metal or alkaline earth metal ions and a salt in a surfactant or a polymer electrolyte solution, or an organic cation. An organic material including is further added.
Therefore, according to the organic solar cell which is invention of Claim 11, it can form into a liquid phase using this solution, and can improve an electron injection effect.
The organic solar cell of the invention according to claim 12 is the organic solar cell of the invention according to claim 3 or 7, wherein the surfactant is non-ionic having ethylene oxide, and the polymer electrolyte is a polymer of a surfactant. PEO (polyethylene oxide) and PEG (polyethylene glycol).

따라서, 청구항 12에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic) 계면활성제 또는 이들의 고분자 중합체인 PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)과 같은 고분자 전해질을 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 전자주입층 내의 이온들의 이동을 원활하게 돕는 전해질을 포함할 수 있다. 특히, PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)등은 고분자 전해질로서 전자주입층 내의 이온들과 함게 첨가하여 이온들의 이동도를 증대시켜 전자수송층인 ZnO 나노파티클에 전자를 전달하는 효과를 극대화 한다. 그리고 ZnO 파티클은 전해질로부터 받은 전자를 광 활성층으로 수송하여 소자의 효율을 대폭적으로 증대시킨다.Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 12, a non-ionic surfactant having ethylene oxide or a polymer such as a polymer such as polyethylene oxide (PEO) and polyethylene glycol (PEG) An electrolyte may be included to facilitate the movement of ions in the electron injection layer by using a solution in which the electrolyte is dissolved in a solvent. In particular, PEO (polyethylene oxide) and PEG (polyethylene glycol) are polymer electrolytes that are added together with the ions in the electron injection layer to increase the mobility of the ions to maximize the effect of transferring electrons to the ZnO nanoparticles, the electron transport layer. . In addition, the ZnO particles transport electrons received from the electrolyte to the photoactive layer, thereby greatly increasing the efficiency of the device.

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청구항 13에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 4 또는 8에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 유기 양이온은페닐 암모늄(phenyl ammonium), 테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium), 테트라프로필 암모늄(tetrapropyl ammonium), 테트라에틸 암모늄(tetraethyl ammonium), 테트라부틸 암모늄(tetrabutyl ammonium), 테트라헥실 암모늄(tetrahexyl ammonium), 테트라옥틸 암모늄(tetraoctyl ammonium) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 암모늄 염은 테트라부틸 암모늄 테트라플로보레이트 (tetrabutylammonium tetrafluoroboate), 테트라키스 디에틸아미노 에틸렌 (Tetrakis(dimethylamino)ethylene), 이미다졸리움 (Imidazolium) 중 어느 하나를 포함한다.The organic solar cell of the invention according to claim 13 is the organic solar cell of the invention according to claim 4 or 8, wherein the organic cation is phenyl ammonium, tetramethyl ammonium, tetrapropyl ammonium, tetra Tetraethyl ammonium, tetrabutyl ammonium, tetrahexyl ammonium (tetrahexyl ammonium), or any one of tetraoctyl ammonium (tetraoctyl ammonium), the ammonium salt is tetrabutylammonium tetrafluoroboate ), Tetrakis diethylamino ethylene (Tetrakis (dimethylamino) ethylene), imidazolium (Imidazolium).

청구항 14에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 음극은 금속이 이온화된 형태, 또는 금속이 액체 속에서 콜로이드화된 형태인 금속잉크 및 금속나노 성분을 포함한 금속나노잉크를 이용하여 진공에서 증착공정을 통해 형성되고, 금속은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs) 중 어느 하나이다. The organic solar cell of the invention according to claim 14 is the organic solar cell of the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the cathode is a metal ink and a metal in a form in which the metal is ionized, or the metal is colloidized in a liquid. Metal nano ink containing nano component is formed through vacuum deposition process, and metal is silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li) And cesium (Cs).

따라서, 청구항 14에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs)과 같이 금속을 이온화하여 안정화 하거나 액체 속에서 콜로이드화시킴으로써 음극을 액상으로 형성하며 이와 동시에 전자주입층을 함께 형성하여 음극으로서의 기능을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 14, a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), cesium (Cs) The ion can be stabilized by ionization or colloidized in a liquid to form a negative electrode in a liquid phase, and at the same time, an electron injection layer can be formed together to improve the function as a negative electrode.

청구항 15에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 음극은, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 중 어느 하나를 포함하는 투명 금속산화물을 이용하여 증착공정 또는 액상공정을 통해 형성된다.The organic solar cell of the invention according to claim 15 is the organic solar cell of the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the cathode is ITO (Indium Tin Oxide), FTO (Fluorine-doped Tin Oxide), ATO (Antimony Tin) Oxide), AZO (Aluminum doped Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) using a transparent metal oxide containing any one is formed through a deposition process or a liquid phase process.

따라서, 청구항 15에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, ITO, FTO, ATO, AZO, IZO와 같은 투명 금속산화물을 이용하여 음극을 형성함으로써, 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 15, the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved by forming a cathode using transparent metal oxides such as ITO, FTO, ATO, AZO, and IZO.

청구항 16에 관한 발명인 유기태양전지는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 관한 발명인 유기태양전지에 있어서, 기판은 PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene) 또는 PI(polyimide) 중 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일, 또는 스테인레스 스틸 포일인 유연한 재료로 형성되어, 유연성을 가진다.The organic solar cell of the invention according to claim 16 is the organic solar cell of the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate is made of polyethylene terephthalate (PET), polyester (PES), polythiophene (PT), or polyimide (PI). Either it is formed of plastic, or it is formed of a flexible material that is aluminum foil, or stainless steel foil, and has flexibility.

청구항 16에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 유연성을 가지는 플렉시블(flexible) 태양전지를 제조할 수 있다. According to the organic solar cell which is invention of Claim 16, the flexible solar cell which has flexibility can be manufactured.

청구항 17에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 전자주입수송층과, 상기 전자주입수송층 상에 형성된 음극을 포함하며, 상기 전자주입수송층은, ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 베이킹하여 형성된다.An organic solar cell according to claim 17 includes a substrate formed of glass or flexible plastic, an anode formed on the substrate, a hole transport layer formed on the anode, a photoactive layer formed on the hole transport layer, and the light And an electron injection transport layer formed on the active layer, and a cathode formed on the electron injection transport layer. The electron injection transport layer includes a ZnO nanoparticle solution and a solution in which 0.2 wt% of Cs 2 CO 3 is dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio. The mixed solution is formed by spin coating and doping, followed by baking on a hot plate.

따라서, 청구항 17에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 용액공정으로 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 유기물에 영향을 주지 않고, 전자주입층내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자수송 특성을 이용하므로 태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 전자주입층과 전자수송층을 별도로 형성한 유기태양전지에 비하여 비교적 간단하게 전자주입 및 수송층을 형성할 수 있다.Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 17, since the organic solar cell including the ZnO nanoparticles and the ionic groups is easily formed by the solution process using the electron injection layer and the electron transport layer as one, the high temperature heat treatment process is not performed. Without affecting the weak organic material, and using the excellent electron transport properties of the ions and ZnO nanocrystals in the electron injection layer can improve the light conversion efficiency of the solar cell, as well as to manufacture the organic solar cell at low cost. In addition, compared to the organic solar cell in which the electron injection layer and the electron transport layer are separately formed, the electron injection and transport layer can be formed relatively simply.

청구항 18에 관한 발명인 유기태양전지는, 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 음극과, 상기 음극 상에 형성된 전자주입수송층과, 상기 전자주입수송층 상에 형성된 광 활성층과, 상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층과, 상기 정공수송층 상에 형성된 양극을 포함하며, 상기 전자주입수송층은, ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 베이킹하여 형성된다.An organic solar cell of the present invention according to claim 18, further comprising: a substrate formed of glass or flexible plastic, a cathode formed on the substrate, an electron injection transport layer formed on the cathode, a photoactive layer formed on the electron injection transport layer, A hole transport layer formed on the photoactive layer and an anode formed on the hole transport layer, wherein the electron injection transport layer comprises a ZnO nanoparticle solution and a solution containing 0.2w% of Cs 2 CO 3 dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio. The mixed solution is formed by spin coating and doping, followed by baking on a hot plate.

따라서, 청구항 18에 관한 발명인 유기태양전지에 의하면, 인버티드된 형태로 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 유기태양전지를 용액공정으로 쉽게 형성함으로써, 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 유연한 기판에 영향을 주지 않으며 전자주입수송층 내의 이온과 ZnO 나노결정의 우수한 전자수송 특성을 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유기태양전지를 저렴하게 제조할 수 있다. Therefore, according to the organic solar cell of the invention according to claim 18, an organic solar cell including ZnO nanoparticles and ionic groups is easily formed in a solution process by using an electron injection layer and an electron transport layer in an inverted form, thereby providing a high temperature heat treatment process. It does not affect the polymer flexible substrate that is weak to heat because it does not perform, and it utilizes the excellent electron transport characteristics of ions and ZnO nanocrystals in the electron injection transport layer, which not only improves the light conversion efficiency of the organic solar cell but also makes the organic solar cell cheaper. Can be manufactured.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, ZnO 나노파티클 및 이온기를 포함하는 이온성 전자주입층과 전자의 이동도가 큰 ZnO 나노결정을 전자수송층으로 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 Ag, Au, Al, ITO와 같은 일함수가 큰 재료를 음극으로 사용하여 고효율의 유기태양전지가 가능하다. 또한 고온 열처리공정을 수행하지 않기 때문에 열에 약한 고분자 유기물에 영향을 주지 않으므로 유기태양전지의 광 변환 효율의 저하가 없으며 유기태양전지를 용액공정으로 저렴하게 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the ionic electron injection layer including ZnO nanoparticles and ionic groups and ZnO nanocrystals having high electron mobility are used as the electron transport layer, the light conversion efficiency of the organic solar cell can be improved. In addition, a high efficiency organic solar cell is possible by using a material having a large work function such as Ag, Au, Al, ITO as a cathode. In addition, since the high temperature heat treatment process is not performed, it does not affect the polymer organic material that is weak to heat, and thus, there is no deterioration in the light conversion efficiency of the organic solar cell, and the organic solar cell can be manufactured at a low cost in a solution process.

또한, 이온성 전자주입층과 전자의 이동도가 큰 ZnO 나노결정을 전자수송층으로 이용하므로 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, Ag, Au, Al, ITO와 같은 일함수가 큰 재료를 음극으로 사용하여 고효율의 유기태양전지가 가능하다.In addition, since the ionic electron injection layer and the ZnO nanocrystals having high electron mobility are used as the electron transport layer, not only can the light conversion efficiency of the organic solar cell be improved, but also work functions such as Ag, Au, Al, and ITO are used. High-efficiency organic solar cells are possible by using large materials as cathodes.

또한, 본 발명에 의하면, ZnO 나노파티클을 포함하는 전자수송층은 그 위에 성막될 이온기를 가지는 이온성 고분자 재료 또는 금속이온의 극성용매가 코팅 및 도핑되기에 매우 적합한 특성을 갖게 되므로, 용액공정으로 유기태양전지를 제조하기에 매우 적합하다.In addition, according to the present invention, since the electron transport layer including the ZnO nanoparticles has a property suitable for coating and doping a polar solvent of an ionic polymer material or a metal ion having an ionic group to be deposited thereon, it is organic in a solution process. It is very suitable for manufacturing solar cells.

또한, 본 발명에 의하면, 초박막의 전자주입층을 이용할 경우에도, 롤투롤 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅과 같은 용액공정으로 제조되는 다소 거친 코팅막의 표면에 대하여 ZnO 나노파티클 층이 평탄화하여 초박막 전자주입층을 용이하게 성막할 수 있고 ZnO 나노파티클 층이 외부대기로부터 수분이나 산소의 침투를 막는 역할을 동시에 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, even when using an ultra-thin electron injection layer, ZnO nanoparticle layer on the surface of a rather rough coating film produced by a solution process such as roll-to-roll printing, inkjet printing, screen printing, spray coating, dip coating This planarization can easily form an ultra-thin electron injection layer, and the ZnO nanoparticle layer can play a role of preventing penetration of moisture or oxygen from the outside atmosphere.

도 1은 본 발명의 제1 유기태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 유기태양전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 유기태양전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 유기태양전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a first organic solar cell of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a second organic solar cell of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a third organic solar cell of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a fourth organic solar cell of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 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, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described 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 and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.

본 발명에서는 유기태양전지를 4가지로 분류하여 설명하고자 한다. 즉, 기판 상에 양극, 정공수송층, 광 활성층, 전자수송층, 전자주입층, 음극의 순서로 형성된 유기태양전지를 제1 유기태양전지로 하고, 제1 유기태양전지에서 기판 상에 형성된 층들을 뒤집은 인버티드 형태의 유기태양전지를 제2 유기태양전지로 한다. 그리고, 제1 유기태양전지에서 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 전자주입수송층으로 한 형태의 유기태양전지를 제3 유기태양전지로 하고, 제2 유기태양전지에서 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 전자주입수송층으로 한 형태의 유기태양전지를 제4 유기태양전지로 한다.In the present invention, the organic solar cell is classified into four types. That is, an organic solar cell formed in the order of an anode, a hole transport layer, a photoactive layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and a cathode on the substrate is used as the first organic solar cell, and the layers formed on the substrate are reversed in the first organic solar cell. An inverted organic solar cell is referred to as a second organic solar cell. In the first organic solar cell, the organic solar cell having the electron injection layer and the electron transport layer as the electron injection transport layer is the third organic solar cell, and the electron injection layer and the electron transport layer are the one in the second organic solar cell. Thus, the organic solar cell of one form as the electron injection transport layer is referred to as a fourth organic solar cell.

도 1은 본 발명의 제1 유기태양전지의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유기태양전지는 기판(100), 양극(anode, 110), 정공수송층(120), 광 활성층(130), 전자수송층(140), 전자주입층(150), 음극(cathode, 160)으로 구성되는데, 하부로부터 기판(100), 양극(110), 정공수송층(120), 광 활성층(130), 전자수송층 (140), 전자주입층(150), 음극(160)의 순서로 형성된다. 이하에서 이들 각각에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.1 is a cross-sectional view of a first organic solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the first organic solar cell includes the substrate 100, the anode 110, the hole transport layer 120, the photoactive layer 130, the electron transport layer 140, and the electron injection layer 150. , Cathode (cathode) 160, from the bottom of the substrate 100, the anode 110, the hole transport layer 120, the photoactive layer 130, the electron transport layer 140, the electron injection layer 150, the cathode ( 160). Hereinafter, each of them will be described in detail.

기판(100)은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된다. 기판(100)이 유연성이 있는 플라스틱일 경우, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide)중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성되어 유연성을 가진다. 여기서, 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판(100)은 기판(100) 상에 소정의 층들을 롤투롤 인쇄(roll to roll printing)를 이용하여 형성하는 경우에 이용된다.The substrate 100 is formed of glass or plastic that is flexible. When the substrate 100 is a flexible plastic, the substrate 100 is formed of any one of polyethylene terephthalate (PET), polyester (PES), polythiophene (PT), and polyimide (PI), aluminum foil, or stainless steel. It is formed from a flexible material that is a stainless steel foil and has flexibility. Here, the substrate 100 formed of flexible plastic is used when forming predetermined layers on the substrate 100 using roll to roll printing.

양극(110)은 기판(100) 상에 형성되고, 전도성 고분자 물질, SWCNT(single-walled carbon nanotubes) 또는 MWCNT(multi-walled carbon nanotubes)로 구성되어, 정공을 발생시킨다. 한편, 양극(110)의 경우 ITO(indium tin oxide)라는 금속 산화물을 대부분 이용한다. 그러나, 인듐은 지구상에 매장량이 적어 고가인 희귀금속이며, 진공에서 스퍼터링(sputtering)하여 적층된다. 따라서, 양극(110)을 용액 및 인쇄 공정을 통하여 형성하기 위해서는, 전극재료가 액체상(solution)이거나 인쇄 가능한 페이스트(paste) 형태가 바람직하다. ITO는 졸-겔(sol-gel) 합성법 또는 스프레이 분해(spray pyrolysis)를 통하여 액체로 만들 수 있다. 그러나, 위 방식은 400℃ 이상의 고온이 요구되므로, 유연한 기판(100)을 사용하는 유연한 유기태양전지의 제조시에는, 적용할 수 없는 단점을 가지고 있다. 유리 기판(100)을 이용할 경우에는 고온공정이 가능하므로, ITO 졸-겔(sol-gel) 용액을 이용하는 것도 가능하다. The anode 110 is formed on the substrate 100 and is made of a conductive polymer material, single-walled carbon nanotubes (SWCNT) or multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) to generate holes. Meanwhile, in the case of the anode 110, a metal oxide called indium tin oxide (ITO) is mostly used. Indium, however, is a rare metal which is expensive due to its low reserves on the earth and is deposited by sputtering in a vacuum. Therefore, in order to form the anode 110 through a solution and a printing process, the electrode material is preferably in the form of a liquid or printable paste. ITO can be made liquid through sol-gel synthesis or spray pyrolysis. However, since the above method requires a high temperature of 400 ° C. or higher, there is a disadvantage that cannot be applied when manufacturing a flexible organic solar cell using the flexible substrate 100. In the case of using the glass substrate 100, since a high temperature process is possible, it is also possible to use an ITO sol-gel solution.

일 예로, 양극(110)이 상온에서의 인쇄방식이 적용되어 형성된다. 전도성 고분자 물질을 이용하여 양극(110)을 형성하는 경우에는, 고분자 물질이 양극(110)으로 사용될 수 있을 만큼의 전기전도도를 가지고 있지 않기 때문에, 전기전도도를 향상시킬 수 있는 방법이 필요하다. 따라서, 고분자 물질의 전기전도도를 향상시키기 위하여, 고분자 물질에 소정의 용액을 첨가하여 전기전도도를 크게 향상시킬 수 있다. 전도성 고분자 물질은, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophere poly(styrene sulfonate)에 DMSO(dimethyl sulfoxide), PC(polycarbonates), DMF (dimethyl formamide), HMPA(hexamethyl phosphorotriamide), THF (tetrahydrofuran), EG(ethylene glycol), NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 중 어느 하나를 첨가한 물질을 포함한다. For example, the anode 110 is formed by applying a printing method at room temperature. In the case of forming the anode 110 using the conductive polymer material, since the polymer material does not have enough electrical conductivity to be used as the anode 110, a method for improving the electrical conductivity is required. Therefore, in order to improve the electrical conductivity of the polymer material, it is possible to add a predetermined solution to the polymer material to greatly improve the electric conductivity. Conductive polymer materials include PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophere poly (styrene sulfonate), DMSO (dimethyl sulfoxide), PC (polycarbonates), DMF (dimethyl formamide), HMPA (hexamethyl phosphorotriamide), THF (tetrahydrofuran), EG (ethylene glycol), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) is added to the material added.

이때, PEDOT:PSS 사용시, PEDOT:PSS의 전기전도도를 극대화시켜 사용하기 위하여 아래와 같은 공정을 거치게 된다. 우선, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophere poly(styrene sulfonate) 95%에 DMSO(dimethyl sulfoxide) 5%, PC (polycarbonates), DMF(dimethyl formamide), HMPA(hexamethyl phosphorotriamide), THF(tetrahydrofuran). EG(ethylene glycol) 중 어느 하나를 첨가하여 전기전도도를 향상시킨 PEDOT:PSS 용액을 제조한다. 그 이후에, PEDOT:PSS 용액을 코팅하여 양극(110)을 형성한다.At this time, when using PEDOT: PSS, the following process is used to maximize and use the electrical conductivity of PEDOT: PSS. First, PEDOT: PSS (95% poly (3,4-ethylenedioxythiophere poly (styrene sulfonate), 5% DMSO (dimethyl sulfoxide), PC (polycarbonates), DMF (dimethyl formamide), HMPA (hexamethyl phosphorotriamide), THF (tetrahydrofuran) EG (ethylene glycol) is added to prepare a PEDOT: PSS solution having improved electrical conductivity, and then, the PEDOT: PSS solution is coated to form the anode 110.

다른 예로, 상온에서 인쇄방식을 적용하여 양극(110)을 형성하기 위하여, SWCNT(single-walled carbon nanotubes) 또는 MWCNT(multi-walled carbon nanotubes)를 이용할 수 있다. 이때, 이 방법은, SWCNT 또는 MWCNT를 용매에 분산시켜, 분산된 용액으로 양극(110)을 형성하는 방법이다. 또한, SWCNT를 용매에 고르게 분산시키기 위해서는 분산제로서 계면활성제를 첨가하는 방식이 사용될 수 있다.As another example, in order to form the anode 110 by applying a printing method at room temperature, single-walled carbon nanotubes (SWCNT) or multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) may be used. At this time, this method is a method of dispersing the SWCNT or MWCNT in a solvent to form the positive electrode 110 in a dispersed solution. In addition, a method of adding a surfactant as a dispersant may be used to evenly disperse the SWCNT in a solvent.

정공수송층(120)은 양극(110) 상에 형성된다. 정공수송층(120)은 양극(110)에서 발생된 정공을 주입하여 광 활성층(130)으로 수송하는 층으로서, 광 활성층(130)과 양극(110) 사이에 형성된다. 정공수송층(120)은, PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine) 또는 a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 인쇄공정과 같은 용액공정이 적용가능하다. The hole transport layer 120 is formed on the anode 110. The hole transport layer 120 is a layer that injects holes generated from the anode 110 and transports them to the photoactive layer 130, and is formed between the photoactive layer 130 and the anode 110. The hole transport layer 120 includes PEDOT: PSS, PVK (poly (9-vinylcarbazole), and TFB (poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co- (4,4 '(N- (4- sec-butylphenyl)) diphenylamine)), CuPc (Copper Phthalocyanine) or a-NPD (N, N'-diphenyl-N, N'-bis (1-naphthyl) -1,1'biphenyl-4,4'-diamine ) Or TPD (N, N'-Bis- (3-methylphenyl) -N, N'-Bis-phenyl (1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine) Therefore, a solution process such as a printing process is applicable.

광 활성층(130)은 정공수송층(120) 상에 형성된다. 광 활성층(130)은 빛 에너지로부터의 전자와 정공이 각각의 전극으로 분리되어 수송 및 주입된다. 그 재료는 고분자 재료의 경우 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3', 7'-dimethylocyloxy)-1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV(poly(2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3HT(3-hexylthiophene), P3OT(poly-octylthiophene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나 및 그 유도체로 형성되거나, 효율을 증대시키기 위해 풀러린(fullerene)을 함유한 PCBM(phenyl-c61-butyric acid methyl ester)이 혼합되어 형성된다.The photoactive layer 130 is formed on the hole transport layer 120. In the photoactive layer 130, electrons and holes from light energy are separated and transported to each electrode. For polymer materials, PPV (poly (p-phenylenevinylene)), MDMO-PPV (poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethylocyloxy) -1, 4-phenylene vinylene]), CN- PPV (poly (2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]), P3HT (3-hexylthiophene ), P3OT (poly-octylthiophene), PVK (poly (9-vinylcarbazole)), or derivatives thereof, or PCBM (phenyl-c61-butyric acid methyl ester) containing fullerene to increase efficiency ) Is formed by mixing.

전자수송층(140)은 전자주입층(150)에 주입된 전자를 광 활성층(130)으로 이동시키는 층으로 광 활성층(130) 상에 형성되고, 정공수송층(120)으로부터 광 활성층 (130)을 통해 수송된 정공을 차단한다. 이때, 전자수송층(140)은, 용액화가 가능한 ZnO 나노파티클이나 TiOx 나노파티클을 포함한다. 전자수송층(140)은 전자주입층(150) 에 주입된 전자를 광 활성층(130)으로 이송시키며 소자의 높은 효율을 위해 추가되는 층이다.The electron transport layer 140 is a layer that moves electrons injected into the electron injection layer 150 to the photoactive layer 130, and is formed on the photoactive layer 130, and is formed from the hole transport layer 120 through the photoactive layer 130. Block the transported holes. In this case, the electron transport layer 140 includes ZnO nanoparticles or TiOx nanoparticles that can be liquefied. The electron transport layer 140 transfers electrons injected into the electron injection layer 150 to the photoactive layer 130 and is added to the device for high efficiency.

특히, ZnO 및 TiOx 나노파티클 층은 정공수송 및 정공차단 역할을 동시에 수행하며, 외부의 수분과 산소로부터 내부의 광 활성층을 보호하는 기능을 동시에 가지고 있다. 그러나, 용액공정으로 이를 적층하기 위해서는 흔히 알려진 방법으로 졸-겔(sol-gel) 방식이 있으나 소수성의 광 활성층과의 코팅문제, 그리고, 200℃ 이상의 고온이 요구되어 직접 이용할 수 없다. In particular, the ZnO and TiOx nanoparticle layers simultaneously play a role of hole transport and hole blocking, and simultaneously have a function of protecting the inner photoactive layer from external moisture and oxygen. However, there is a sol-gel (sol-gel) method as a known method for laminating it in a solution process, but the coating problem with a hydrophobic photoactive layer, and a high temperature of 200 ℃ or more is not directly available.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하는 ZnO 나노결정의 파티클을 광 활성층의 손상을 주지 않는 용매에 분산시켜 코팅 및 도핑이 가능한 분산액을 이용한다. 이 방법은 코팅 및 도핑 후에 고온의 열이 필요하지 않게 되어 유기태양전지에 특별한 영향을 미치지 않는다. 한편, ZnO 나노파티클은 전자주입층으로부터의 전자를 쉽게 전달하는 것이 가능하다.In the present invention, particles of ZnO nanocrystals that solve this problem are dispersed in a solvent that does not damage the photoactive layer, thereby using a dispersion that can be coated and doped. This method eliminates the need for high temperature heat after coating and doping and thus does not have a particular effect on organic solar cells. On the other hand, ZnO nanoparticles can easily transfer electrons from the electron injection layer.

전자주입층(150)은 ZnO 나노파티클층의 전자수송층(140) 상에 유기 이온 물질이 코팅 및 도핑되어 형성된다. 유기 이온 물질은, ZnO 나노파티클과 혼합되어 형성되는 유기 양이온(organic cation) 또는 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료이다. 유기 양이온은 페닐 암모늄(phenyl ammonium), 테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium), 테트라프로필 암모늄(tetrapropyl ammonium), 테트라에틸 암모늄(tetraethyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 (tetrabutyl ammonium), 테트라헥실 암모늄 (tetrahexyl ammonium), 테트라옥틸 암모늄 (tetraoctyl ammonium) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 암모늄 염은 테트라부틸 암모늄 테트라플로보레이트 (tetrabutylammonium tetrafluoroboate), 테트라키스 디에틸아미노 에틸렌 (Tetrakis(dimethylamino)ethylene), 이미다졸리움 (Imidazolium) 중 어느 하나를 포함한다.The electron injection layer 150 is formed by coating and doping an organic ionic material on the electron transport layer 140 of the ZnO nanoparticle layer. The organic ionic material is an ionic polymer material having an organic material including an organic cation or ammonium salts formed by mixing with ZnO nanoparticles as an ion group. Organic cations include phenyl ammonium, tetramethyl ammonium, tetrapropyl ammonium, tetraethyl ammonium, tetrabutyl ammonium, tetrahexyl ammonium, Tetraoctyl ammonium, wherein the ammonium salt is in tetrabutylammonium tetrafluoroboate, tetrakis (dimethylamino) ethylene, imidazolium It includes either.

전자 주입층(150)은 음극(160)으로부터 유기태양전지 내부로 보다 효과적으로 전자가 유입될 수 있도록 음극(160) 및 전자수송층(140) 사이에 형성될 수 있다. The electron injection layer 150 may be formed between the cathode 160 and the electron transport layer 140 to more efficiently inject electrons from the cathode 160 into the organic solar cell.

전자주입층(150)은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제, 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 이를 액상으로 코팅 및 도핑하여 형성될 수 있다.The electron injection layer 150 may be formed by coating and doping a liquid with an ionic surfactant containing an alkali metal or alkaline earth metal cation and anion, or a solution in which an electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent. have.

또한, 전자주입층(150)은, 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여서도 형성될 수 있다. 이 경우, 계면활성제 또는 고분자 전해질 용액에 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 염을 포함하거나 또는 유기 양이온을 포함하는 유기재료가 더 첨가될 수 있다. 계면활성제는, 에틸렌옥사이드(ehtylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic)이고, 고분자 전해질은 계면활성제의 고분자 중합체인 PEO(polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)이다. 에틸렌옥사이드는, 분자 내 개수가 증가할수록 극성을 보다 많이 띠게 되는 계면활성제의 특성을 좌우한다. 즉, 에틸렌옥사이드는, 비공유전자쌍을 많이 포함하고 있기 때문에, 음극(160)에서 전자주입층(150)으로의 전자주입효과를 더 높일 수 있다. 여기서, 이온성 계면활성제는, 비이온 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)를 가지고 있는 계면활성제에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)의 양이온(Li+, Na+, Cs+, K+, Ca++, Mg++)과 음이온(sulfate(SO3-) 또는 phosphate(PO2-))을 포함하는 물질이다. 이를 극성 또는 비극성 용매에 용해시켜 용액화한다. 또한, 비이온 계면활성제는, 분자량에 따라 분류되는 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol) 중 어느 하나를 가진 물질으로서 전해질 역할을 하게 되는데 전해질은 이온의 움직임을 활발히 한다. 비이온 계면활성제는 극성 또는 비극성 용매(solvent)에 용해시켜 용액화한 것이며, 이 용액에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리토금속(alkaline earth metal)을 Li, Na, Cs, K, Ca, Mg 포함하는 염(salts)을 첨가하여 전자주입효과를 높일 수 있다. In addition, the electron injection layer 150 may be formed using a solution in which a surfactant or a polymer electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent. In this case, an organic material containing alkali metal or alkaline earth metal ions and salts or organic cations may be further added to the surfactant or polymer electrolyte solution. The surfactant is non-ionic having ethylene oxide, and the polymer electrolyte is PEO (polyethylene oxide) or PEG (polyethylene glycol) which is a polymer of the surfactant. Ethylene oxide determines the properties of surfactants that become more polar as the number in the molecule increases. That is, since ethylene oxide contains many unshared electron pairs, the electron injection effect from the cathode 160 to the electron injection layer 150 can be further enhanced. Here, the ionic surfactant is a cation (Li +, Na +, Cs +, K +, Ca ++, Mg ++) of an alkali metal or an alkaline earth metal to a surfactant having a nonionic ethylene oxide. ) And an anion (sulfate (SO3-) or phosphate (PO2-)). It is dissolved and dissolved in a polar or nonpolar solvent. In addition, the nonionic surfactant is a material having any one of polyethylene oxide (PEO) and polyethylene glycol (PEG), which are classified according to molecular weight, and acts as an electrolyte. Nonionic surfactants are solutions prepared by dissolving in polar or nonpolar solvents, which contain Li, Na, Cs, K, Ca, and Mg with alkali or alkaline earth metals. Salts can be added to enhance the electron injection effect.

또한, 전자주입층(150)은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 전자주입층(150)은, 비이온성 계면활성제인 PEO(polyethylene oxide), PEG (polyethylene glycol)를 용매에 용해시킨 전해질 용액, 그리고 이 전해질 용액에 이온을 부가하는 이온기를 갖는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 을 포함하는 염, 또는 유기 양이온을 포함하는 유기염이 첨가되어 형성될 수 있다. In addition, the electron injection layer 150 may be formed using an ionic polymer material containing an alkali metal or alkaline earth metal ions and salts thereof, or an organic material containing an organic cation such as ammonium ion as an ion group. . Specifically, the electron injection layer 150 is an alkali metal having an electrolyte solution obtained by dissolving a polyethylene oxide (PEO), a polyethylene glycol (PEG), which is a nonionic surfactant in a solvent, and an ionic group to add ions to the electrolyte solution. Salts containing alkaline earth metals, or organic salts containing organic cations can be added to form.

또한, 전자주입층(150)은 금속이온을 이용하여 형성될 수 있고, 금속이온이 전자수송층의 ZnO 나노파티클과 ZnO:Cs, ZnO:Li, ZnO:Mg, ZnO:Al, ZnO:Ca, ZnO:Na, ZnO:Ba 등의 화합물을 형성한다.금속이온을 이용하는 방법은, 용액화가 가능한 알칼리 및 알칼리토금속의 염(salt)인 LiF, CsF, NaF, Cs2CO3, Ca(acac)2 등을 극성 용매에 용해하여 이 용액을 이용하여 성막한다. 증착용 금속물질을 전자주입층으로 이용하는 방법은, 염의 형태인 LiF, CsF, NaF, Cs2CO3, Ca(acac)2와 알칼리 혹은 알칼리 토금속으로서, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 바륨(Ba), 세슘(Cs) 등의 재료를 증착한다. 이렇게, 제1 유기태양전지의 전자주입층(150)을 금속이온을 이용하여 형성한 예는 다음의 실시예 1과 같다.In addition, the electron injection layer 150 may be formed using a metal ion, the metal ion is ZnO nanoparticles and ZnO: Cs, ZnO: Li, ZnO: Mg, ZnO: Al, ZnO: Ca, ZnO of the electron transport layer Compounds such as Na and ZnO: Ba are formed. The method of using metal ions includes LiF, CsF, NaF, Cs 2 CO 3 and Ca (acac) 2 , which are salts of alkali and alkaline earth metals that can be liquefied. Is dissolved in a polar solvent to form a film using this solution. The method of using a metal material for deposition as an electron injection layer is LiF, CsF, NaF, Cs 2 CO 3 , Ca (acac) 2 and alkali or alkaline earth metals, which are salt forms, including calcium (Ca), sodium (Na), and magnesium. Materials such as (Mg), lithium (Li), barium (Ba) and cesium (Cs) are deposited. As such, an example in which the electron injection layer 150 of the first organic solar cell is formed using metal ions is the same as in Example 1 below.

양극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Anode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass and deionized water, acetone and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers and ultrasonically cleaned for 5 minutes with an ultrasonic cleaner. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

정공수송층 : ITO 유리에 PEDOT:PSS 용액을 떨어뜨리고, 40초 동안 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 프레이트에서 200℃로 5분 동안 열처리함.Hole transport layer: Drop PEDOT: PSS solution on ITO glass, spin coat at 2000 rpm for 40 seconds, and heat-treat at 200 ° C. on hot plate for 5 minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹(baking)함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

전자수송층 : ZnO 나노파티클을 농도 60mg/mm으로 1-뷰탄올(butanol)에 넣고, 그 분산액을 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron transport layer: ZnO nanoparticles were put in 1-butanol at a concentration of 60 mg / mm, the dispersion was spin-coated at 2000 rpm, and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

전자주입층 : 암모늄 이온을 포함하는 PFN(Poly[9,9-bis[6-(N,N,N-trimethylammonium)-hexyl]fluorene-alt-co-phenylene]) 고분자 0.2w% DMF (dimethylformamide)에 용해시킨 용액을 30초 동안 4000rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹(baking)함.Electron injection layer: PFN (Poly [9,9-bis [6- (N, N, N-trimethylammonium) -hexyl] fluorene-alt-co-phenylene] polymer containing ammonium ion 0.2w% DMF (dimethylformamide) The solution dissolved in was spin coated and doped at 4000 rpm for 30 seconds, and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

음극 : 전자주입층에 150nm의 은(Ag) 증착Cathode: 150 nm silver (Ag) deposited on electron injection layer

또한, 전자주입층(150)은 계면활성제와 암모늄계열의 유기염을 이용하는 방법(상술한 실시예 1) 외에도 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기고분자재료 및 유기저분자재료 혹은 아미노기(amino goup)를 포함하고 있는 유기고분자 혹은 저분자 재료를 첨가하면 전자주입효과를 높일 수 있는데 이는 후술하는 실시예 2의 경우이다.In addition, the electron injection layer 150, in addition to the method of using a surfactant and an organic salt of the ammonium series (Example 1 described above), the organic polymer material and organic low molecular material containing ammonium salts (ammonium salts) or amino group (amino goup) The addition of an organic polymer or a low molecular material containing may increase the electron injection effect, which is the case of Example 2 described later.

전자주입층(150)은 이온기를 포함하는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, n형 고분자, 또는 n형 저분자 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 제1 유기태양전지의 전자주입층(150)을 이온기를 포함하는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성한 예는 다음의 실시예 2와 같다.The electron injection layer 150 may be formed using an ionic polymer material including an ionic group, and may be formed using an n-type polymer or an n-type low molecular material. An example in which the electron injection layer 150 of the first organic solar cell is formed using an ionic polymer material including an ionic group is the same as in Example 2 below.

양극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Anode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass and deionized water, acetone and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers and ultrasonically cleaned for 5 minutes with an ultrasonic cleaner. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

정공수송층 : ITO 유리에 PEDOT:PSS 용액을 떨어뜨리고, 40초 동안 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫프레이트에서 200℃로 5분 동안 열처리함.Hole transport layer: Drop PEDOT: PSS solution on ITO glass, spin coat at 2000 rpm for 40 seconds, and heat-treat at 200 ° C. on hot plate for 5 minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

전자수송층 : ZnO 나노파티클을 농도 60mg/mm으로 1-뷰탄올(butanol)에 넣고, 그 분산액을 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron transport layer: ZnO nanoparticles were put in 1-butanol at a concentration of 60 mg / mm, the dispersion was spin-coated at 2000 rpm, and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

전자주입층 : 암모늄 이온을 포함하는 이온성 전해액(절해질, 용매, 전해이온)을 이용함. PEO(polyethylene oxide) 20mg의 전해질, 및 TBABF4(trtra-n-butylammonium tetrafluoroborate) 8mg의 전해이온을, 용매인 MeCN(acetonitile) 4g에 용해한 후, 30초 동안 4000rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron injection layer: using an ionic electrolyte solution (severed water, solvent, electrolytic ions) containing ammonium ions. 20 mg of PEO (polyethylene oxide) electrolyte and 8 mg of TBABF4 (trtra-n-butylammonium tetrafluoroborate) were dissolved in 4 g of solvent MeCN (acetonitile), followed by spin coating and doping at 4000 rpm for 30 seconds, followed by 80 ° C. Bake for 30 minutes.

음극 : 전자주입층에 150nm의 은(Ag) 증착Cathode: 150 nm silver (Ag) deposited on electron injection layer

음극(160)은 전자주입층(150) 상에 형성된다. 음극(160)은, 소자에 전자를 제공하는 전극으로서, 금속이 이온화된 형태, 또는 금속이 액체 속에서 콜로이드(colloid)화된 형태인 금속잉크 및 금속나노성분을 포함한 금속나노잉크를 이용하여 진공에서 증착공정을 통해 형성된다. 바람직하게는, 대기 중에서 안정한 금속잉크를 용액공정인 인쇄를 통해 형성하지만 알칼리 또는 알칼리 토금속의 음극이 필요시 진공에서 증착공정을 통해 형성된다. 금속은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs) 중 어느 하나이다.The cathode 160 is formed on the electron injection layer 150. Cathode 160 is an electrode for providing electrons to the device, in a vacuum by using a metal nano-ink containing a metal ink and a metal nano-component in the form of metal ionized or colloidal (metal) in liquid It is formed through a deposition process. Preferably, a stable metal ink in the atmosphere is formed through printing, which is a solution process, but a cathode of alkali or alkaline earth metal is formed through a vapor deposition process if necessary. The metal is any one of silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), cesium (Cs).

기존 음극(160)으로 사용되는 금속물질은 산화가 잘되는 금속물질인, 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs) 등이 사용되었는데, 이때 이 금속물질은 CVD(chemical vaporized deposition) 방법에 의하여 고진공 상태에서 증착되어야만 했다.As the metal material used as the conventional anode 160, aluminum (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), cesium (Cs), etc., which are well-oxidized metal materials, were used. The material had to be deposited in high vacuum by chemical vaporized deposition (CVD).

본 발명에서는, 기존의 음극(160)으로 사용되는 금속물질을 용액 또는 페이스트 공정으로 음극(160)을 형성한다. 이때, 대기 중에서 불안정한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 등을 포함한 음극(160)을 이온 및 용액화 또는 페이스트로 안정화 한 후 형성한 후에도, 쉽게 산화되어 음극(160)의 성능이 떨어지게 되므로, 그 위에 다수의 기능층을 형성하여 수분 또는 산소 등으로부터 보호해 줄 수 있다. 특히, 대기 중에서 상대적으로 안정한 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au) 등을 포함한 음극(160)은 이온화된 상태 또는 금속 나노파티클 성분의 잉크형태로 용액공정으로 형성될 수 있다. 상세히 설명하면, 본 발명에서는, 기존에 음극(160)의 재료로 사용된 금속이 이온화된 상태이거나, 액체 속에서 콜로이드 형태를 형성하는 상태인 금속잉크 및 금속 나노파티클 성분의 잉크형태로 사용하여 용액공정을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 금속산화물을 이용하여 용액공정이 아닌 증착공정을 통하여도 음극(160)을 형성할 수 있다.In the present invention, the negative electrode 160 is formed by a solution or paste process on a metal material used as the conventional negative electrode 160. At this time, even after the cathode 160 including unstable calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), etc. in the air is stabilized with ions and solution or paste, it is easily oxidized to perform the performance of the cathode 160. Since the fall, it is possible to form a plurality of functional layers thereon to protect from moisture or oxygen. In particular, the cathode 160 including silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), and the like, which are relatively stable in the atmosphere, may be formed by a solution process in the form of an ink in an ionized state or a metal nanoparticle component. In detail, in the present invention, the metal used as the material of the negative electrode 160 is ionized, or in the form of ink in the form of a metal ink and metal nanoparticle component in a state of forming a colloidal form in a liquid solution The process can be enabled. In addition, in the present invention, the cathode 160 may be formed through a deposition process instead of a solution process using a metal oxide.

이온화된 금속은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 진공에서 증착공정을 통해 형성하거나, 금속산화물이 증착공정 또는 액상공정을 통해 형성된다. 또한, 알칼리 금속이나, 알칼리 토금속이 사용될 수도 있다. 이때, 음극(160)은 이온화된 금속을 하나씩 사용하여도 되고, 이들을 이용한 합금형태로 제작될 수 있다.The ionized metal is deposited in vacuum using at least one of silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li) and cesium (Cs). Formed through, or metal oxide is formed through a deposition process or a liquid phase process. In addition, an alkali metal or an alkaline earth metal may be used. At this time, the cathode 160 may be used one by one ionized metal, it can be manufactured in the form of an alloy using them.

음극 형성을 위해 사용되는 금속은 용액 속에 용해되어 이온화된 상태이다. 이때, 용액 속에 포함되는 용매는 외부에서 공급된 열에 의하여 증발하게 되고, 기판(100) 상에는 용질인 이온화된 금속물질만이 코팅된다. 이때, 은, 금, 알루미늄 등과 같은 대기 중에서 안정한 물질이 음극(160)으로 사용되는 경우, 음극(160)으로서의 효율을 향상시키기 위하여 음극(160) 상에 전자주입층(150) 등의 기능층을 형성하는 것이 바람직하다.The metal used to form the cathode is dissolved in solution and ionized. In this case, the solvent contained in the solution is evaporated by heat supplied from the outside, and only the ionized metal material that is a solute is coated on the substrate 100. In this case, when a stable material in the atmosphere such as silver, gold, aluminum, or the like is used as the cathode 160, a functional layer such as an electron injection layer 150 is formed on the cathode 160 to improve efficiency as the cathode 160. It is preferable to form.

금속잉크물질은, 은(Ag) 잉크, 알루미늄(Al) 잉크, 금(Au) 잉크, 칼슘(Ca) 잉크, 마그네슘(Mg) 잉크, 리튬(Li) 잉크, 세슘(Cs) 잉크 중 적어도 어느 하나이다. 금속잉크물질에 포함된 금속물질은 용액 내부에서 이온화된 상태이고, 이를 기판(100) 상에 얇게 코팅시키면, 거의 투명한 상태의 음극(160)이 형성된다. 이때, 금속잉크 물질로 음극(160)의 투명도를 확보해야 할 경우는 두께를 20nm 이내로 형성하는 것이 바람직하다.The metal ink material is at least one of silver (Ag) ink, aluminum (Al) ink, gold (Au) ink, calcium (Ca) ink, magnesium (Mg) ink, lithium (Li) ink, and cesium (Cs) ink. . The metal material included in the metal ink material is in an ionized state in the solution, and when it is thinly coated on the substrate 100, the cathode 160 is almost transparent. At this time, when it is necessary to ensure the transparency of the cathode 160 with a metal ink material, it is preferable to form the thickness within 20nm.

투명한 태양전지의 경우 투명한 음극(160)은, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 중 어느 하나를 포함하는 투명 금속산화물을 이용하여 증착공정 또는 액상공정을 통해 형성된다. 여기서, ITO는 일반적으로 양극(110)을 형성하는 물질로 사용되지만, 본 발명에 따른 유기태양전지에서는 ITO를 음극(160) 형성의 재료로 사용하여, ZnO 나노파티클층과 전해질 및 이온성의 전자주입층을 이용하여 투명 유기태양전지의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.In the case of a transparent solar cell, the transparent cathode 160 is formed of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), aluminum doped zinc oxide (AZO), or indium zinc oxide (IZO). Using a transparent metal oxide containing any one is formed through a deposition process or a liquid phase process. Here, ITO is generally used as a material for forming the anode 110, but in the organic solar cell according to the present invention using ITO as a material for forming the cathode 160, ZnO nanoparticle layer, electrolyte and ionic electron injection Using the layer can improve the light conversion efficiency of the transparent organic solar cell.

도 2는 본 발명의 제2 유기태양전지의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 유기태양전지는 기판(100), 음극(210), 전자주입층(220), 전자수송층(230), 광 활성층(240), 정공수송층(250), 양극(260)으로 구성되는데, 하부로부터 음극(210), 전자주입층(220), 전자수송층(230), 광 활성층(240), 정공수송층(250), 양극(260)의 순서로 형성된다. 즉, 제1 유기태양전지에서 기판(10) 상에 형성된 층들을 뒤집은 인버티드 형태로 구성된다. 도 2에서 설명되고 있는 각 구성요소는 도 1에서 설명된 각 구성요소와 동일하므로, 도 2에서 생략된 설명은 도 1의 설명을 참조하기로 한다.2 is a cross-sectional view of a second organic solar cell of the present invention. As shown in FIG. 2, the second organic solar cell includes the substrate 100, the cathode 210, the electron injection layer 220, the electron transport layer 230, the photoactive layer 240, the hole transport layer 250, and the anode. 260, which is formed in the order of the cathode 210, the electron injection layer 220, the electron transport layer 230, the photoactive layer 240, the hole transport layer 250, and the anode 260 from the bottom. That is, the first organic solar cell is formed of an inverted form inverting the layers formed on the substrate 10. Since each component described in FIG. 2 is the same as each component described in FIG. 1, the description omitted from FIG. 2 will be referred to the description of FIG. 1.

한편, 본 발명에서는 도 2과 같은 제2 유기태양전지를 다음과 같이 실시예 3 및 4를 통하여 구현하였다. 실시예 3에서는 전자주입층을 이온성 고분자를 이용하여 제작한 것이고, 실시예 4는 전자주입층을 이온성 전해액을 이용하여 제작한 것이다. 실시예 3 및 4는 각각 실시예 1 및 2에 대한 인버티드 형태이다. Meanwhile, in the present invention, the second organic solar cell shown in FIG. 2 is implemented through Examples 3 and 4 as follows. In Example 3, the electron injection layer was manufactured using an ionic polymer, and in Example 4, the electron injection layer was produced using an ionic electrolyte. Examples 3 and 4 are inverted forms for Examples 1 and 2, respectively.

제2 유기태양전지의 전자주입층(220)을 금속이온을 이용하여 형성한 예는 다음의 실시예 4와 같다.An example in which the electron injection layer 220 of the second organic solar cell is formed using metal ions is the same as in Example 4 below.

음극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Cathode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass, and deionized water, acetone, and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers, and ultrasonic cleaning is performed with an ultrasonic cleaner for 5 minutes. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

전자주입층 : 암모늄 이온을 포함하는 PFN(Poly[9,9-bis[6-(N,N,N-trimethylammonium)-hexyl]fluorene-alt-co-phenylene]) 고분자 0.2w% DMF (dimethylformamide)에 용해시킨 용액을 30초 동안 4000rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron injection layer: PFN (Poly [9,9-bis [6- (N, N, N-trimethylammonium) -hexyl] fluorene-alt-co-phenylene] polymer containing ammonium ion 0.2w% DMF (dimethylformamide) The solution dissolved in was spin coated and doped at 4000 rpm for 30 seconds and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

전자수송층 : ZnO 나노파티클을 농도 60mg/mm으로 1-뷰탄올(butanol)에 넣고, 그 분산액을 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron transport layer: ZnO nanoparticles were put in 1-butanol at a concentration of 60 mg / mm, the dispersion was spin-coated at 2000 rpm, and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹(baking)함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

정공수송층 : 광 활성층에 MOO3 20nm 증착Hole transport layer: MOO3 20nm deposition on photoactive layer

양극 : 전자수송층에 150nm의 은(Ag) 증착Anode: 150 nm silver (Ag) deposited on the electron transport layer

그리고, 제2 유기태양전지의 전자주입층(220)을 이온기를 포함하는 이온성 고분자 재료를 이용하여 형성한 예는 다음의 실시예 4와 같다.In addition, an example in which the electron injection layer 220 of the second organic solar cell is formed using an ionic polymer material including an ionic group is the same as in Example 4 below.

음극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Cathode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass, and deionized water, acetone, and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers, and ultrasonic cleaning is performed with an ultrasonic cleaner for 5 minutes. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

전자주입층 : 암모늄 이온을 포함하는 이온성 전해액(절해질, 용매, 전해이온)을 이용함. PEO(polyethylene oxide) 20mg의 전해질, 및 TBABF4(trtra-n-butylammonium tetrafluoroborate) 8mg의 전해이온을, 용매인 MeCN(acetonitile) 4g에 용해한 후, 30초 동안 4000rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron injection layer: using an ionic electrolyte solution (severed water, solvent, electrolytic ions) containing ammonium ions. 20 mg of PEO (polyethylene oxide) electrolyte and 8 mg of TBABF4 (trtra-n-butylammonium tetrafluoroborate) were dissolved in 4 g of solvent MeCN (acetonitile), followed by spin coating and doping at 4000 rpm for 30 seconds, followed by 80 ° C. Bake for 30 minutes.

전자수송층 : ZnO 나노파티클을 농도 60mg/mm으로 1-뷰탄올(butanol)에 넣고, 그 분산액을 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron transport layer: ZnO nanoparticles were put in 1-butanol at a concentration of 60 mg / mm, the dispersion was spin-coated at 2000 rpm, and then baked at 80 ° C. for 30 minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

정공수송층 : 광 활성층에 MOO3 20nm 증착Hole transport layer: MOO3 20nm deposition on photoactive layer

양극 : 전자수송층에 150nm의 은(Ag) 증착Anode: 150 nm silver (Ag) deposited on the electron transport layer

도 3은 본 발명의 제3 유기태양전지의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 유기태양전지는 기판(300), 양극(310), 정공수송층(320), 광 활성층(330), 전자주입수송층(340), 음극(350)으로 구성되는데, 하부로부터 기판(300), 양극(310), 정공수송층(320), 광 활성층(330), 전자주입수송층(340), 음극(350)의 순서로 형성된다. 즉, 제1 유기태양전지에서 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 전자주입수송층(340)으로 한 형태로 구성된다.3 is a cross-sectional view of a third organic solar cell of the present invention. As shown in FIG. 3, the third organic solar cell includes a substrate 300, an anode 310, a hole transport layer 320, a photoactive layer 330, an electron injection transport layer 340, and a cathode 350. The substrate 300 is formed in the order of the substrate 300, the anode 310, the hole transport layer 320, the photoactive layer 330, the electron injection transport layer 340, and the cathode 350. That is, in the first organic solar cell, the electron injection layer and the electron transport layer are formed in one form as the electron injection transport layer 340.

한편, 본 발명에서는 도 3과 같은 제3 유기태양전지를 다음과 같이 실시예 5를 통하여 구현하였다. 제3 유기태양전지의 예는 다음의 실시예 5와 같다. Meanwhile, in the present invention, the third organic solar cell shown in FIG. 3 is implemented through Example 5 as follows. An example of the third organic solar cell is as in Example 5 below.

양극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Anode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass and deionized water, acetone and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers and ultrasonically cleaned for 5 minutes with an ultrasonic cleaner. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

정공수송층 : ITO 유리에 PEDOT:PSS 용액을 떨어뜨리고, 40초 동안 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫프레이트에서 200℃로 5분 동안 열처리함.Hole transport layer: Drop PEDOT: PSS solution on ITO glass, spin coat at 2000 rpm for 40 seconds, and heat-treat at 200 ° C. on hot plate for 5 minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

전자주입수송층 : ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 40초 동안 2500rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron injection transport layer: ZnO nanoparticles solution and a solution containing 0.2w% Cs2CO3 dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio were spin-coated and doped at 2500 rpm for 40 seconds, and then heated to 80 ° C. on a hot plate at 30 ° C. Bake for minutes.

음극 : 전자주입층에 150nm의 은(Ag) 증착Cathode: 150 nm silver (Ag) deposited on electron injection layer

도 4는 본 발명의 제4 유기태양전지의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제4 유기태양전지는 기판(400), 음극(410), 전자주입수송층(420), 광 활성층(430), 정공수송층(440), 양극(450)으로 구성되는데, 하부로부터 기판(400), 음극(410), 전자주입수송층(420), 광 활성층(430), 정공수송층(440), 양극(450)의 순서로 형성된다. 즉, 제2 실시예에서 전자주입층과 전자수송층을 하나로 하여 전자주입수송층(420)으로 한 형태로 구성된다.4 is a cross-sectional view of a fourth organic solar cell of the present invention. As shown in FIG. 4, the fourth organic solar cell includes a substrate 400, a cathode 410, an electron injection transport layer 420, a photoactive layer 430, a hole transport layer 440, and an anode 450. The substrate 400, the cathode 410, the electron injection transport layer 420, the photoactive layer 430, the hole transport layer 440, and the anode 450 are formed in order from the bottom. That is, in the second embodiment, the electron injection layer and the electron transport layer are formed in one form as the electron injection transport layer 420.

한편, 본 발명에서는 도 4과 같은 제4 유기태양전지를 다음과 같이 실시예 6을 통하여 구현하였다. 제4 유기태양전지의 예는 다음의 실시예 6과 같다.Meanwhile, in the present invention, the fourth organic solar cell shown in FIG. 4 is implemented through Example 6 as follows. An example of the fourth organic solar cell is as in Example 6 below.

음극 : ITO(Indium Tin Oxide) 유리로 제조하며, 3개의 비이커에 각각 탈 이온수, 아세톤, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 넣어 초음파 세척기로 5분 동안 초음파 세척을 실시한 후 오존처리기에서 자외선 오존램프로 1시간 동안 세정 및 표면처리함.Cathode: It is made of ITO (Indium Tin Oxide) glass, and deionized water, acetone, and isopropyl alcohol (isoA) are put in three beakers, and ultrasonic cleaning is performed with an ultrasonic cleaner for 5 minutes. Cleaned and surface treated with lamp for 1 hour.

전자주입수송층 : ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 40초 동안 2500rpm으로 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 80℃로 30분 동안 베이킹함.Electron injection transport layer: ZnO nanoparticles solution and a solution containing 0.2w% Cs2CO3 dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio were spin-coated and doped at 2500 rpm for 40 seconds, and then heated to 80 ° C. on a hot plate at 30 ° C. Bake for minutes.

광 활성층 : P3HT:PCBM를 1:1 비율로 각각 2w% 농도로 디클로로벤젠 용액에 넣고, 60초 동안 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫 플레이트에서 70℃로 1시간 동안 베이킹함.Photoactive layer: P3HT: PCBM in a ratio of 1: 2w% each in dichlorobenzene solution, spin-coated at 1000rpm for 60 seconds, then baked at 70 ℃ for 1 hour on a hot plate.

정공수송층 : ITO 유리에 PEDOT:PSS 용액을 떨어뜨리고, 40초 동안 2000rpm으로 스핀코팅한 후, 핫프레이트에서 200℃로 5분 동안 열처리함.Hole transport layer: Drop PEDOT: PSS solution on ITO glass, spin coat at 2000 rpm for 40 seconds, and heat-treat at 200 ° C. on hot plate for 5 minutes.

양극 : 전자주입층에 150nm의 금(Au) 증착Anode: 150 nm gold (Au) deposited on the electron injection layer

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 실시예 1 내지 6을 통하여 진공증착방법을 회피하며 공기 중에서도 상대적으로 안정하도록 내부 유기고분자를 수분과 산소로부터 보호하는 역할을 동시에 수행할 수 있는 전자수송층으로서 ZnO 나노파티클 층과 이와 함게 전자주입층으로서의 이온성 고분자층을 모두 용액공정을 이용하여 쉽게 성막하는 방법을 제공하였다.As described above, in the present invention, ZnO nanoparticles as an electron transporting layer capable of simultaneously protecting the internal organic polymers from moisture and oxygen to avoid vacuum deposition and relatively stable in the air through Examples 1 to 6 A layer and an ionic polymer layer serving as an electron injection layer were both provided by a solution process for easy film formation.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, .

100, 200, 300, 400 : 기판 110, 260, 310, 450 : 양극
120, 250, 320, 440 : 정공수송층 130, 240, 330, 430 : 광 활성층
140, 230 : 전자수송층 150, 220 : 전자주입층
160, 210, 350, 410 : 음극 340, 420 : 전자주입수송층100, 200, 300, 400: substrate 110, 260, 310, 450: anode
120, 250, 320, 440: hole transport layer 130, 240, 330, 430: photoactive layer
140, 230: electron transport layer 150, 220: electron injection layer
160, 210, 350, 410: cathode 340, 420: electron injection transport layer

Claims (18)

유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 양극;
상기 양극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층; 및
상기 전자주입층 상에 형성된 음극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료를 이용하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
An anode formed on the substrate;
A hole transport layer formed on the anode;
A photoactive layer formed on the hole transport layer;
An electron transport layer formed on the photoactive layer;
An electron injection layer formed on the electron transport layer; And
It includes; the cathode formed on the electron injection layer,
The electron injection layer is formed using an ionic material containing an alkali metal or alkaline earth metal ions and salts thereof, or an organic material containing an organic cation such as ammonium ion as an ion group,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 양극;
상기 양극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층; 및
상기 전자주입층 상에 형성된 음극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 액상으로 코팅 및 도핑하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
An anode formed on the substrate;
A hole transport layer formed on the anode;
A photoactive layer formed on the hole transport layer;
An electron transport layer formed on the photoactive layer;
An electron injection layer formed on the electron transport layer; And
It includes; the cathode formed on the electron injection layer,
The electron injection layer is formed by coating and doping in a liquid phase using a solution in which an ionic surfactant or electrolyte containing a cation and an anion of an alkali metal or an alkaline earth metal is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 양극;
상기 양극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층; 및
상기 전자주입층 상에 형성된 음극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
An anode formed on the substrate;
A hole transport layer formed on the anode;
A photoactive layer formed on the hole transport layer;
An electron transport layer formed on the photoactive layer;
An electron injection layer formed on the electron transport layer; And
It includes; the cathode formed on the electron injection layer,
The electron injection layer is formed using a solution in which a surfactant or a polymer electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 양극;
상기 양극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 전자주입층; 및
상기 전자주입층 상에 형성된 음극;을 포함하며,
상기 전자수송층은 ZnO 나노파티클을 포함하고,
상기 전자주입층은, 상기 ZnO 나노파티클과 혼합되어 형성되는 유기 양이온(organic cation) 또는 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료로 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
An anode formed on the substrate;
A hole transport layer formed on the anode;
A photoactive layer formed on the hole transport layer;
An electron transport layer formed on the photoactive layer;
An electron injection layer formed on the electron transport layer; And
It includes; the cathode formed on the electron injection layer,
The electron transport layer includes ZnO nanoparticles,
The electron injection layer is formed of an ionic material having an ionic group as an organic material including organic cation or ammonium salts formed by mixing with the ZnO nanoparticles,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 전자주입층;
상기 전자주입층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 형성된 양극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 이들의 염을 포함하거나 또는 암모늄이온과 같은 유기 양이온을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료를 이용하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or a flexible element;
A cathode formed on the substrate;
An electron injection layer formed on the cathode;
An electron transport layer formed on the electron injection layer;
A photoactive layer formed on the electron transport layer;
A hole transport layer formed on the photoactive layer; And
And an anode formed on the hole transport layer.
The electron injection layer is formed using an ionic material containing an alkali metal or alkaline earth metal ions and salts thereof, or an organic material containing an organic cation such as ammonium ion as an ion group,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 전자주입층;
상기 전자주입층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 형성된 양극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속의 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 계면활성제 또는 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 액상으로 코팅 및 도핑하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or a flexible element;
A cathode formed on the substrate;
An electron injection layer formed on the cathode;
An electron transport layer formed on the electron injection layer;
A photoactive layer formed on the electron transport layer;
A hole transport layer formed on the photoactive layer; And
And an anode formed on the hole transport layer.
The electron injection layer is formed by coating and doping in a liquid phase using a solution in which an ionic surfactant or electrolyte containing a cation and an anion of an alkali metal or an alkaline earth metal is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 전자주입층;
상기 전자주입층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 형성된 양극;을 포함하며,
상기 전자주입층은, 계면활성제 또는 고분자 전해질을 극성 용매나 비극성 용매에 용해시킨 용액을 이용하여 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or a flexible element;
A cathode formed on the substrate;
An electron injection layer formed on the cathode;
An electron transport layer formed on the electron injection layer;
A photoactive layer formed on the electron transport layer;
A hole transport layer formed on the photoactive layer; And
And an anode formed on the hole transport layer.
The electron injection layer is formed using a solution in which a surfactant or a polymer electrolyte is dissolved in a polar solvent or a nonpolar solvent,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 소자로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 전자주입층;
상기 전자주입층 상에 형성된 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 형성된 양극;을 포함하며,
상기 전자수송층은 ZnO 나노파티클을 포함하고,
상기 전자주입층은, 상기 ZnO 나노파티클과 혼합되어 형성되는 유기 양이온(organic cation) 또는 암모늄 염(ammonium salts)을 포함하는 유기재료를 이온기로 가지고 있는 이온성 재료로 형성되는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or a flexible element;
A cathode formed on the substrate;
An electron injection layer formed on the cathode;
An electron transport layer formed on the electron injection layer;
A photoactive layer formed on the electron transport layer;
A hole transport layer formed on the photoactive layer; And
And an anode formed on the hole transport layer.
The electron transport layer includes ZnO nanoparticles,
The electron injection layer is formed of an ionic material having an ionic group as an organic material including organic cation or ammonium salts formed by mixing with the ZnO nanoparticles,
Organic solar cell. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정공수송층은, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophere poly(styrene sulfonate), PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)), a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 중에서 어느 하나를 이용하여 액상으로 용해하여 인쇄공정과 같은 용액공정이 적용가능한,
유기태양전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The hole transport layer is PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophere poly (styrene sulfonate)), PVK (poly (9-vinylcarbazole), TFB (poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co- (4,4 '(N- (4-sec-butylphenyl)) diphenylamine)), a-NPD (N, N'-diphenyl-N, N'-bis (1-naphthyl) -1,1'biphenyl-4 , 4'-diamine) or TPD (N, N'-Bis- (3-methylphenyl) -N, N'-Bis-phenyl (1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine) By dissolving to liquid phase using solution process such as printing process,
Organic solar cell. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 활성층은, PPV(poly(p-phenylenevinylene)), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3', 7'-dimethylocyloxy)-1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV(poly(2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3HT(3-hexylthiophene), P3OT(poly-octylthiophene), 또는 PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중에서 선택된 어느 하나 및 상기 선택된 어느 하나의 유도체로 형성되거나, 풀러린(fullerene)을 함유한 PCBM(phenyl-c61-butyric acid methyl ester)이 혼합되어 형성되는,
유기태양전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The photoactive layer is PPV (poly (p-phenylenevinylene)), MDMO-PPV (poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethylocyloxy) -1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV ( poly (2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]), P3HT (3-hexylthiophene), PCBM (phenyl-c61-butyric acid methyl ester) formed of P3OT (poly-octylthiophene) or PVK (poly (9-vinylcarbazole)) and any one of the above-mentioned derivatives or containing fullerene Is formed by mixing,
Organic solar cell. 제3항 또는 제7항에 있어서,
상기 전자주입층은, 계면활성제 또는 고분자 전해질 용액에 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 이온 및 염을 포함하거나 또는 유기 양이온을 포함하는 유기재료가 더 첨가되는,
유기태양전지.The method according to claim 3 or 7,
The electron injection layer is an organic material containing alkali metal or alkaline earth metal ions and salts or organic cations is further added to the surfactant or polymer electrolyte solution,
Organic solar cell. 제3항 또는 제7항에 있어서,
상기 계면 활성제는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 가지는 비이온성(non-ionic)이고, 상기 고분자 전해질은 상기 계면 활성제의 고분자 중합체인 PEO (polyethylene oxide), PEG(polyethylene glycol)인,
유기태양전지.The method according to claim 3 or 7,
The surfactant is non-ionic (non-ionic) having ethylene oxide (ethylene oxide), the polymer electrolyte is a polymer polymer of the surfactant is a polyethylene oxide (PEO), PEG (polyethylene glycol),
Organic solar cell. 제4항 또는 제8항에 있어서,
상기 유기 양이온은 페닐 암모늄(phenyl ammonium), 테트라메틸 암모늄(tetramethyl ammonium), 테트라프로필 암모늄 (tetrapropyl ammonium), 테트라에틸 암모늄(tetraethyl ammonium), 테트라부틸 암모늄 (tetrabutyl ammonium), 테트라헥실 암모늄 (tetrahexyl ammonium), 테트라옥틸 암모늄 (tetraoctyl ammonium) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 암모늄 염은 테트라부틸 암모늄 테트라플로보레이트 (tetrabutylammonium tetrafluoroboate), 테트라키스 디에틸아미노 에틸렌(Tetrakis(dimethylamino)ethylene), 이미다졸리움 (Imidazolium) 중 어느 하나를 포함하는
유기태양전지.The method according to claim 4 or 8,
The organic cation is phenyl ammonium, tetramethyl ammonium, tetrapropyl ammonium, tetraethyl ammonium, tetrabutyl ammonium, tetrahexyl ammonium , Tetraoctyl ammonium, wherein the ammonium salt is tetrabutylammonium tetrafluoroboate, tetrakis diethylamino ethylene (Tetrakis (dimethylamino) ethylene), imidazolium (Imidazolium) Containing any of
Organic solar cell. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음극은, 금속이 이온화된 형태, 또는 금속이 액체 속에서 콜로이드화된 형태인 금속잉크 및 금속나노 성분을 포함한 금속나노잉크를 이용하여 진공에서 증착공정을 통해 형성되고,
상기 금속은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs) 중 어느 하나인,
유기태양전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The cathode is formed through a deposition process in a vacuum using a metal nano ink containing a metal ink and a metal nano component of the metal ionized form, or the metal colloidal form in the liquid,
The metal is any one of silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), cesium (Cs),
Organic solar cell. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음극은, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 중 어느 하나를 포함하는 투명 금속산화물을 이용하여 증착공정 또는 액상공정을 통해 형성되는,
유기태양전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The cathode is a transparent metal oxide including any one of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), aluminum doped zinc oxide (AZO), and indium zinc oxide (IZO). Formed through a deposition process or a liquid phase process using,
Organic solar cell. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PES(polyester), PT (polythiophene) 또는 PI(polyimide) 중 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일, 또는 스테인레스 스틸 포일인 유연한 재료로 형성되어, 유연성을 가지는,
유기태양전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The substrate is formed of a flexible material of any one of polyethylene terephthalate (PET), polyester (PES), polythiophene (PT) or polyimide (PI), or aluminum foil or stainless steel foil, and has flexibility. ,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 양극;
상기 양극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 전자주입수송층; 및
상기 전자주입수송층 상에 형성된 음극;을 포함하며,
상기 전자주입수송층은, ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 베이킹하여 형성하는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
An anode formed on the substrate;
A hole transport layer formed on the anode;
A photoactive layer formed on the hole transport layer;
An electron injection transport layer formed on the photoactive layer; And
It includes; the cathode formed on the electron injection transport layer,
The electron injection transport layer is formed by spin-coating and doping a solution of a ZnO nanoparticle solution and a solution containing 0.2w% of Cs 2 CO 3 dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio, followed by baking on a hot plate,
Organic solar cell. 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 전자주입수송층;
상기 전자주입수송층 상에 형성된 광 활성층;
상기 광 활성층 상에 형성된 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 형성된 양극;을 포함하며,
상기 전자주입수송층은, ZnO 나노파티클 용액과 2-ethoxyethanol에 Cs2CO3가 0.2w% 용해된 용액을 1:1 부피비로 혼합한 용액을 스핀코팅 및 도핑한 후, 핫플레이트에서 베이킹하여 형성하는,
유기태양전지.A substrate formed of glass or flexible plastic;
A cathode formed on the substrate;
An electron injection transport layer formed on the cathode;
A photoactive layer formed on the electron injection transport layer;
A hole transport layer formed on the photoactive layer; And
And an anode formed on the hole transport layer.
The electron injection transport layer is formed by spin-coating and doping a solution of a ZnO nanoparticle solution and a solution containing 0.2w% of Cs 2 CO 3 dissolved in 2-ethoxyethanol in a 1: 1 volume ratio, followed by baking on a hot plate,
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