KR101340355B1 - 탄소나노튜브/금속산화물 복합체 및 그의 제조방법, 및 상기 복합체를 포함하는 유기태양전지 - Google Patents
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Abstract
탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는 탄소나노튜브/금속산화물 복합체 및 그의 제조 방법, 그리고 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 포함하는 유기태양전지 및 그의 제조방법이 개시된다.
Description
본원은, 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브/금속산화물 복합체, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조방법, 그리고 상기 복합체를 포함하는 유기태양전지 및 상기 유기태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
유기태양전지는 가벼운 무게, 가격 효율성, 높은 플렉서블, 및 간단한 용액 공정을 통한 대량 생산이라는 장점들을 가지고 있기에 청정 재생 에너지 소스로서 상당한 관심을 받고 있다. 이러한 장점들에도 불구하고, 실리콘 기반의 무기 태양전지 대비 낮은 파워 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)과 짧은 수명 때문에, 상업화가 제한되고 있었다. 대부분의 고효율 유기태양전지는 p-타입의 전자 공여체 공액 고분자와 n-타입의 전자 수용체 풀러렌 유도체를 포함하는 고분자 벌크 이종접합(bulk heterojunction, BHJ) 구조를 가지고 있다. BHJ 구조는 p-타입과 n-타입 재료 간의 나노크기 영역에서 상호침투된 네트워크를 형성, 두 물질간 계면적을 최대화할 수 있어, 유기 태양전지의 PCE를 극대화시킬 수 있다. 그러나, 유기 재료의 낮은 전하 이동도와 최적화되지 않은 BHJ 구조는 전하 전달과 수집 상태 동안의 전하의 재결합 또는 소멸의 기회를 증가시킨다. 결과적으로, 유기 태양전지의 PCE를 감소시키는 결과를 초래한다.
이러한 문제들을 극복하는 한 방법은, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)같은 높은 전하 이동도를 가진 1차원 나노재료를 도입하는 것이다. 탄소나노튜브는 나노미터 수준의 큰 종횡비(aspect ratio)와 높은 전하 이동도를 가진다. 따라서, 탄소나노튜브는 유기태양전지에서 빠른 전하 경로를 제공할 수 있다. 유기태양전지에 있어서, PCE의 증가의 방법으로써 탄소나노튜브의 사용이 제안되었으며, 그것은 크게 다음 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 제안은, 전하 전달 경로를 형성하기 위해 탄소나노튜브를 광활성 고분자에 포함시키는 것이다. 다른 제안은 유기태양전지의 전하 전달 또는 회수층에 이용하는 것이다. 그러나, 유기태양전지에 탄소나노튜브를 이용하는 것은 때때로 탄소나노튜브가 없는 기존의 유기태양전지보다 낮은 PCE를 가진다. 이러한 문제는 탄소나노튜브의 낮은 전하 선택성 때문에 발생할 수 있다. 유기태양전지에 포함된, 밴드갭이 없는 금속성 탄소나노튜브의 일부가 전하 전달 동안에, 정공과 전하간의 원치 않는 전하 재결합을 탄소나노튜브 상에서 발생시킬 수 있다. 이러한 전하 재결합을 방지하기 위한 용도로, 탄소나노튜브 상에 반도체 성질을 가진 금속산화물을 코팅하는 것이 필요할 수 있다.
원자층증착(Atomic Layer Deposition = ALD) 에 의한 금속산화물, 특히 TiOx의 형성은 참고문헌 [S. M. George, Chem . Rev, 2010, 110, 111.]에서 언급되고 있다. ALD의 자기-제한 본성(self-limit nature)로 인해, ALD는 원자 크기 단위로 TiOx의 두께를 제어하며, 탄소나노튜브의 나노구조를 그대로 유지한 채 코팅할 수 있게 해주는 기술이다. 즉, 기존의 졸-겔 전구체 용액의 코팅에 의한 방법과는 달리, ALD는 탄소나노튜브 필름 또는 탄소나노튜브 네트워크의 나노포러스(nanoporous)한 구조를 유지한 채 균일한 두께로 탄소나노튜브 네트워크의 전 영역에 걸쳐 TiOx층을 형성시킬 수 있는 최적의 방법이다.
본원은, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조방법, 그리고 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 포함하는 유기태양전지 및 상기 유기태양전지의 제조방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 기재 상에 도포하여 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 증착챔버 내에 도입하여 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 금속산화물을 코팅하는 단계를 포함하는, 상기 본원의 제 1측면에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조방법을 제공한다.
본원의 제 3 측면은, 기재 상에 형성된 투명 전극; 상기 투명 전극 상에 형성되며, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층; 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층에 형성된 상기 유기 광활성층; 및 상기 유기 광활성 층 상에 형성된 금속 전극을 포함하는, 유기태양전지를 제공한다.
본원의 제 4 측면은, 기재 상에 형성된 투명 전극 상에 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크 상에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 금속산화물층을 코팅하는 단계; 상기 금속산화물층이 코팅된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 유기 광활성층을 형성하는 단계; 및, 상기 유기 광활성층 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 유기태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본원은, 유기태양전지의 광활성층에서 발생하는, 입사된 광에 의해 여기된 정공-전자 쌍에 있어서, 정공의 이동을 막는 금속산화물과 전자의 이동을 돕는 탄소나노튜브를 포함하는 복합체를 유기태양전지에 도입함으로써, 보다 향상된 효율을 보이는 유기태양전지를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본원에 의하여 탄소나노튜브의 전하 선택성을 향상시키기 위한 새로운 원자층증착을 이용하여 탄소나노튜브/금속산화물 복합체 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있는 바, 탄소나노튜브에 매우 얇은 금속산화물의 층을 균일하게 코팅하는 것을 포함한다. 상기 금속산화물은 특정 영역의 밴드갭을 가지는 반도체 특성을 가지는 것일 수 있으며, 이러한 탄소나노튜브에 코팅된 금속산화물은 유기태양전지에 도입되었을 경우 정공 주입 장벽으로서 작용할 수 있다. 또한, 상기 본원에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체에 있어서 상기 금속산화물은 필름 또는 네트워크 형태의 탄소나노튜브에 매우 얇고 균일하게 코팅되어 상기 복합체는 나노포러스한 특성을 가지고 있다. 이에 따라, 상기 본원에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체는 금속산화물 코팅의 정공 장벽 성능과 탄소나노튜브에 의한 매우 빠른 전자 전도성 경로의 제공으로 인하여 효과적인 전하 분리를 달성할 수 있어 유기태양전지 작동에 있어서 전자-정공 재결합을 방지 또는 감소시켜 상기 유기태양전지의 PCE를향상시킬 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조 공정 순서도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 있어서, (a)는 다중벽 탄소나노튜브, (b)는 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 원자층증착에 의해 형성된 10 nm 두께의 TiOx, 및 (c) 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 졸겔 용액을 스핀코팅함으로써 형성된 10 nm 두께의 TiOx의 투과전자현미경 이미지이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, 원자층 증착 싸이클-TiOx 두께 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서, (a)는 TiOx로 코팅된 탄소나노튜브 네트워크의 접촉각 측정 이미지, (b)는 상기 네트워크를 z907 염료로 표면개질한 것의 접촉각 측정 이미지이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 있어서, TiOx의 XRD 스펙트럼이며, 붉은 선은 비정질 TiOx, 검은 선은 아나타제 TiOx이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 (a) 개략도, (b) UV-Vis 흡수 스펙트럼, (c) UPS 스펙트럼, 및 (d) 에너지 레벨 다이어그램이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지 단면의 투과전자현미경 이미지이며, (a)는 TiOx 코팅된 탄소나노튜브, (b)는 (a)를 확대한 것, 및 (c)는 같은 영역에 대한 원소별 EDS 스펙트럼이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 각 부분을 원자힘현미경으로 관찰한 이미지이며, 도 8a는 ITO (표면조도(surface roughness) 4.89 nm), 도 8b는 그 위에 탄소나노튜브 네트워크를 형성한 경우(표면조도 13.15 nm), 도 8c는 그 위에 원자층증착법을 통해 TiOx층을 형성한 경우 (13.17 nm), 도 8d는 탄소나노튜브 네트워크 위에 졸겔용액을 스핀코팅하여 TiOx막을 형성하는 경우 (표면조도: 7.09 nm)의 표면을 원자현미경(AFM, atomic force microscopy)을 사용하여 측정한 결과이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a) 광조사시 I-V 곡선, (b)는 광차단시 I-V 곡선이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함하지 않은 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화, (b)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함한 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 있어서, (a)는 다중벽 탄소나노튜브, (b)는 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 원자층증착에 의해 형성된 10 nm 두께의 TiOx, 및 (c) 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 졸겔 용액을 스핀코팅함으로써 형성된 10 nm 두께의 TiOx의 투과전자현미경 이미지이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, 원자층 증착 싸이클-TiOx 두께 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서, (a)는 TiOx로 코팅된 탄소나노튜브 네트워크의 접촉각 측정 이미지, (b)는 상기 네트워크를 z907 염료로 표면개질한 것의 접촉각 측정 이미지이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 있어서, TiOx의 XRD 스펙트럼이며, 붉은 선은 비정질 TiOx, 검은 선은 아나타제 TiOx이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 (a) 개략도, (b) UV-Vis 흡수 스펙트럼, (c) UPS 스펙트럼, 및 (d) 에너지 레벨 다이어그램이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지 단면의 투과전자현미경 이미지이며, (a)는 TiOx 코팅된 탄소나노튜브, (b)는 (a)를 확대한 것, 및 (c)는 같은 영역에 대한 원소별 EDS 스펙트럼이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 각 부분을 원자힘현미경으로 관찰한 이미지이며, 도 8a는 ITO (표면조도(surface roughness) 4.89 nm), 도 8b는 그 위에 탄소나노튜브 네트워크를 형성한 경우(표면조도 13.15 nm), 도 8c는 그 위에 원자층증착법을 통해 TiOx층을 형성한 경우 (13.17 nm), 도 8d는 탄소나노튜브 네트워크 위에 졸겔용액을 스핀코팅하여 TiOx막을 형성하는 경우 (표면조도: 7.09 nm)의 표면을 원자현미경(AFM, atomic force microscopy)을 사용하여 측정한 결과이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a) 광조사시 I-V 곡선, (b)는 광차단시 I-V 곡선이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함하지 않은 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화, (b)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함한 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브는, 예를 들어, 단일벽(single wall) 탄소나노튜브, 이중벽(double wall) 탄소나노튜브, 다중벽(multi wall) 탄소나노튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물은 특정 밴드갭을 가지는 n-형 또는 p-형 반도체 특성을 가지는 것일 수 있으며, 예를 들어, Ti, Zn, Sn, In, Al, Fe, Co, Ni, Cr, V, Ir, Ru, Mo, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체가 나노포러스(nanoporous)한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물 층의 두께는 약 0.05 nm 내지 약 100 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물은 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 균일하게 상기 두께 범위로 코팅될 수 있어 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체가 나노포러스한 특성을 유지할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조 방법을 제공한다:
기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 기재 상에 도포하여 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 증착 챔버 내에 도입하여 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 금속산화물을 코팅하는 단계.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조방법은, 상기 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 다른 기재 상으로 전사하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브는, 예를 들어, 단일벽(single wall) 탄소나노튜브, 이중벽(double wall) 탄소나노튜브, 다중벽(multi wall) 탄소나노튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브에 도입된 기능기는 친수성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 친수성을 가지는 기능기는 카르복실기, 하이드록실기, 아미노기, 시아노기, 설포네이트기, 니트로기 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 기능기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물은 특정 밴드갭을 가지는 n-형 또는 p-형 반도체 특성을 가지는 것일 수 있으며, 예를 들어, Ti, Zn, Sn, In, Al, Fe, Co, Ni, Cr, V, Ir, Ru, Mo, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체가 나노포러스(nanoporous) 한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브는 초음파 처리에 의해 친수성 용매에 분산될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크의 형성은, 예를 들어, 진공필터링(vacuum filtering), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 잉크젯프린팅(inkjet printing), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 다른 기재 상으로 전사하는 것은, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane = PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate = PMMA), 또는 폴리우레탄(polyurethane) 스탬핑(stamping) 방법에 의한 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물의 형성은 챔버 내에서 수행되며, 상기 챔버의 온도는 상온 내지 약 500℃, 상온 내지 약 400℃, 상온 내지 약 300℃, 상온 내지 약 200℃, 상온 내지 약 150℃, 또는 상온 내지 약 100℃의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물은 상기 탄소나노튜브 상에 약 0.05 nm 내지 약 100 nm, 약 0.05 nm 내지 약 90 nm, 약 0.05 nm 내지 약 80 nm, 약 0.05 nm 내지 약 70 nm, 약 0.05 nm 내지 약 60 nm, 약 0.05 nm 내지 약 50 nm, 0.5 nm 내지 약 100 nm, 약 0.5 nm 내지 약 90 nm, 약 0.5 nm 내지 약 80 nm, 약 0.5 nm 내지 약 70 nm, 약 0.5 nm 내지 약 60 nm, 약 0.5 nm 내지 약 50 nm, 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 90 nm, 약 1 nm 내지 약 80 nm, 약 1 nm 내지 약 70 nm, 약 1 nm 내지 약 60 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 50 nm 두께로 형성되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속산화물은 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 균일하게 상기 두께 범위로 코팅될 수 있어 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체가 나노포러스한 특성을 유지할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본원의 일 구현예를 도면을 이용하여 좀더 구체적으로 설명하나, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조 공정 순서도이다.
먼저, 탄소나노튜브를 산 및 초음파 처리하여 기능기를 도입하는 단계(S01)에서는, 탄소나노튜브를, 예를 들어, 황산:질산 (3:1, 부피비) 혼합용액 안에 첨가하고, 초음파 처리를 가해주어, 표면에 기능기를 부여한다. 상기 기능기가 부여된 탄소나노튜브는 원심분리를 통해 용액에서 분리하고, 진공필터링을 사용하여 증류수로 세척한 후, 건조하여 분말로 제조한다.
이어서, 상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 용매에 첨가하고 초음파 처리하여 분산액을 제조하는 단계(S02)에서는, 상기 탄소나노튜브 분말을 증류수에 첨가하고, 초음파 처리를 가해주어 분산시킨 후, 원심분리하여 응집된 탄소나노튜브를 제거하여, 균일한 탄소나노튜브 분산 용액을 수득한다.
이어서, 상기 분산액을 사용하여 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계(S03)에서는, 상기 탄소나노튜브 분산 용액을 멤브레인 상에 진공필터링하여 필름 또는 네트워크 형태로 제조한다.
이어서, 상기 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크를 투명 기판 상에 전사하는 선택적 단계(S04)는 선택적인 단계로서 상기 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크를 PDMS 스탬핑으로 멤브레인 상으로부터 분리하여 투명 기판 상에 전사한다.
마지막으로, 상기 전사된 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크 상에 금속산화물을 형성하여 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 수득하는 단계(S05)에서는, 상기 투명 기판 상에 전사된 탄소나노튜브 필름 또는 네트워크 상에 ALD에 의해 티타늄 옥사이드(TiOx)과 같은 금속산화물을 코팅하여, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 완성(S06)한다.
본원의 제 3 측면은, 하기를 포함하는, 유기태양전지를 제공한다:
기재 상에 형성된 투명 전극;
상기 투명 전극 상에 형성되며, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 금속산화물을 포함하는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층;
상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층에 형성된 유기 광활성층; 및
상기 유기 광활성 층 상에 형성된 금속 전극.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극은 산화 인듐 주석 (indium tin oxide), 불소함유 산화 주석(fluorine tin oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전극은, 예를 들어, Au, Ag, Pt, Pd, Cu, Rh, Ru, Ir, Os, Re, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 광활성층은 전자 공여체 (electron donor) 로서 작용하는 유기 고분자 및 전자 수용체(electron acceptor) 로서 작용하는 유기 물질의 블렌드(blend)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전자 공여체 및 상기 전자 수용체는 당업계에 공지된 물질들로부터 특별히 제한없이 당업자가 적의 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 유기 광활성층은 폴리티오펜(polythiophene)계 고분자, 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 풀러렌(fullerene) 또는 그의 유도체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리티오펜계 고분자는, 예를 들어, 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리-3-도데실티오펜 (poly-3-dodecylthiophene = P3DT), 또는 폴리-3-옥틸티오펜 (poly-3-octylthiophene = P3OT)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 풀러렌 또는 그의 유도체는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester = PCBM]를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 광활성층은 상기 폴리티오펜계 고분자 또는 상기 폴리파라페닐렌비닐렌를 포함하는 전자 공여체 (electron donor) 및 상기 풀러렌 또는 그의 유도체를 포함하는 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기태양전지는 투명 전극을 음극(cathode), 금속전극을 양극(anode)으로 하는, 역전 구조(inverted structure) 를 가지는 유기태양전지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 4 측면은, 하기를 포함하는, 유기태양전지의 제조방법을 제공한다:
기재 상에 형성된 투명 전극 상에 형성된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크 상에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 금속산화물을 코팅하는 단계;
상기 금속산화물층이 코팅된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 유기 광활성층을 형성하는 단계; 및,
상기 유기 광활성층 상에 금속 전극을 형성하는 단계.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극은 산화 인듐 주석 (indium tin oxide), 불소함유 산화 주석(fluorine tin oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계는, 상기 탄소나노튜브에 기능기를 도입하고, 상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 상기 투명 전극 상에 도포하여 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브에 도입된 기능기는 친수성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 상기 투명 전극 상에 도포하는 것은 진공필터링(vacuum filtering), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 또는 잉크젯프린팅(inkjet printing)에 의하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전극은, 예를 들어, Au, Ag, Pt, Pd, Cu, Rh, Ru, Ir, Os, Re, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 광활성층은 전자 공여체 (electron donor) 로서 작용하는 유기 고분자 및 전자 수용체(electron acceptor) 로서 작용하는 유기 물질의 블렌드(blend)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전지 공여체 및 상기 전자 수용체는 당업계에 공지된 물질들로부터 특별히 제한없이 당업자가 적의 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 유기 광활성층은 폴리티오펜(polythiophene)계 고분자, 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 풀러렌(fullerene) 또는 그의 유도체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리티오펜계 고분자는, 예를 들어, 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리-3-도데실티오펜 (poly-3-dodecylthiophene = P3DT), 또는 폴리-3-옥틸티오펜 (poly-3-octylthiophene = P3OT)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 풀러렌 또는 그의 유도체는 (6,6)-페닐-C61-부티르산 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester = PCBM]를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 광활성층은 상기 폴리티오펜계 고분자 또는 상기 폴리파라페닐렌비닐렌를 포함하는 전자 공여체 (electron donor) 및 상기 풀러렌 또는 그의 유도체를 포함하는 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 광활성층의 형성은, 예를 들어, 폴리티오펜계 고분자와 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 용매에 넣고 교반하여 혼합용액을 수득하고, 상기 혼합용액을 스핀코팅하여 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체층 상에 형성하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기태양전지는 투명 전극을 음극(cathode), 금속전극을 양극(anode)으로 하는, 역전 구조(inverted structure) 를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통해 본 명세서에 개시된 기술을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 본원의 기술개념에 해당하는 것이면 어떤 형태이든지 응용 가능하므로, 본 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
]
분석
본 실시예들에 있어서, 탄소나노튜브, 기능기화된(functionalized) 탄소나노튜브, TiOx 코팅된 탄소나노튜브, 및 유기태양전지의 분석을 위하여 하기의 분석장치 또는 시스템을 사용하였다. 투과전자현미경(TEM)은 Tecnai사의 G2 F30 S-Twin 모델을, 원자힘현미경(AFM)은 Seiko사의 제품을 사용하였다. 유기태양전지의 특성을 알아보기 위해, 제논(xenon) 램프를 통해 1 sun(AM 1.5G) 조건의 광원을 사용하였다. 태양전지 기준 셀(reference cell)은 미국의 국가 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 검증 받은 것을 사용하며, 광원을 계산하고 측정 조건을 검증하였다. I-V 측정은 Ivium Compactstat사의 전기화학분석기(electrochemical analyzer)를 사용하여 수행하였다.
<
실시예
1> 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 제조
약 5 nm 내지 10 nm의 두께의 다중벽탄소나노튜브(한화나노텍사 제조)를 황산: 질산 (3:1, 부피비) 혼합용액 안에서 초음파 처리를 12 시간 동안 가해주어, 표면에 기능기를 부여하였다. 상기 탄소나노튜브는 원심분리를 통해 용액에서 분리해 낸 후, 진공필터링의 방법을 통해 증류수로 세척한 후, 건조하여 분말상태로 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 1 mg을 증류수 250 ml에 첨가하고, 3 시간 동안의 초음파 처리를 통해 분산시킨 후, 10000 rpm으로 원심분리를 실시함으로써 응집된 탄소나노튜브를 제거하여, 균일한 탄소나노튜브 분산용액을 수득하였다. 상기 탄소나노튜브 분산용액을 약 0.2 ㎛의 기공 크기를 가진 멤브레인(Whatman사 제조)위에 진공필터링의 방법으로 통과시켜, 네트워크 형태로 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 네트워크를 PDMS (polydimetylsiloxane) 스탬프를 통해, ITO (indium tin oxide) 유리 기판 위에 전사시켰다. 상기 ITO 기판 상에 위치한 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 원자층증착법(ALD)을 사용하여 비정질 산화타이타늄(TiOx)을 증착하였다. ALD는 travelling wave-type thermal ALD(CN1사 제조)를 사용하였다. 산화타이타늄의 전구체로는 DNF사에서 제조한 TDMAT (tetrakis dimethylamino titanium)을 사용하였으며, 반응기체로는 증류수가 사용되었다. 원자층증착법의 1 싸이클(cycle)은 0.5 초의 TDMAT 공급, 30 초의 아르곤 공급을 통한 하제(purge), 0.5 초의 증류수 공급, 다시 30 초의 아르곤 공급을 통한 하제로 순차적으로 실시하였다. ALD 과정시 챔버의 온도는 200℃로 유지하였다. 한 사이클당 증착 두께는 약 0.5 Å였으며, 사이클의 수를 다양한 두께를 갖는 산화타이타늄층을 증착하였다. 상기 과정에 의해, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 제조하였다.
도 2는 본 실시예에 있어서, (a)는 다중벽 탄소나노튜브, (b)는 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 원자층증착에 의해 형성된 10 nm 두께의 TiOx, 및 (c) 상기 다중벽 탄소나노튜브 상에 졸겔 용액을 스핀코팅함으로써 형성된 10 nm 두께의 TiOx의 투과전자현미경 이미지이다.
도 2a에서 나타낸 바와 같이, 모든 탄소나노튜브는 다중벽이며, 5 nm 내지 10 nm의 두께를 가지고 있다. 도 2b에서, 탄소나노튜브의 최외각 벽이 TiOx의 ALD 코팅 이후에, 약 10 nm 두께의 TiOx 층으로 균일하고 규칙적으로 코팅되었다.
탄소나노튜브 네트워크 상의 TiOx 졸겔 코팅의 경우, 코팅이 개개의 탄소나노튜브를 규칙적으로 도포하지 못한다. 게다가, 졸겔 용액이 평평한 실리콘 표면 상에서는 10 nm로 균일하게 스핀 코팅되었더라도, 탄소나노튜브 네트워크상에서는 전체 TiOx의 층의 두께는 각각 다르다. 또한 졸겔 TiOx의 대부분은 탄소나노튜브 네트워크간의 구멍을 채운다. 결과적으로, 도 2c에서, 탄소나노튜브 네트워크의 표면적은 감소하게 된다. 도 3은 본 실시예에 있어서, 원자층 증착 싸이클-TiOx 두께 그래프이다. 도 3에서, TiOx의 ALD 코팅의 두께는 실리콘 웨이퍼 상의 제어 실험에 의해 한 사이클당 0.5 Å, 200 사이클로 확인되었다.
도 4는 본 실시예에 있어서, (a)는 TiOx로 코팅된 탄소나노튜브 네트워크의 접촉각 측정 이미지, (b)는 상기 네트워크를 z907 염료로 표면개질한 것의 접촉각 측정 이미지이다. 도 4에서 보여지는 것과 같이, 양친매성 Rull'(NCS)2 염료(z907 dye)는 TiOx와 활성층 간의 젖음성을 향상시키기 위해 표면처리제로 사용되었다. 도 3a에서 나타난 것과 같이, TiOx로 코팅된 탄소나노튜브 네트워크의 접촉각은 약 10°이다. 도 4b에서 나타난 것과 같이, 상기 네트워크를 z907 염료(분자 구조를 도 4b의 내부에 도시)로 표면개질한 것의 접촉각은 약 61°이다. Z907 염료는 금속산화물 표면과 결합하여, 탄화수소 사슬을 표면에 위치하게 하여, 약간의 소수성을 표면에 부여할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 있어서, TiOx의 XRD 스펙트럼이며, 붉은 선은 비정질 TiOx, 검은 선은 아나타제 TiOx이다. 참고로, 33°에서의 피크는 XRD를 측정하기 위해서 개재로써 사용된 Si 웨이퍼의 Si (200)의 피크이다.
<
실시예
2> 유기태양전지의 제조
본원에 따른 유기태양전지는, 상기 실시예 1의 탄소나노튜브/금속산화물 복합체 상에 P3HT/PCBM 광활성층과 금 전극을 추가하여 제조하였다. 먼저, 상기 실시예 1의 탄소나노튜브/금속산화물 복합체를 준비하였다. 이어서, 20 mg의 P3HT (poly-3-hexylthiophene) 와 16 mg의 PCBM([6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)를 각기 1 ml의 클로로벤젠(chlorobenzene) 용액 속에서 12 시간 동안 교반한 후, 각 용액을 합쳐서 12 시간 더 교반하여 P3HT/PCBM 혼합용액을 제조하였다. 상기 P3HT/PCBM 혼합용액을 300 rpm으로 1 분간 스핀코팅을 실시하여, 상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체 상에 코팅하였다. 그 후, 광활성층 상에 10-7 Torr의 압력하에서 열증착법에 의해 금 전극을 형성하여, 유기태양전지를 완성하였다.
도 6은 본 실시예에 따른 유기태양전지의 (a) 개략도, (b) UV-Vis 흡수 스펙트럼, (c) UPS 스펙트럼, 및 (d) 에너지 레벨 다이어그램이다. 도 6a는 본원의 유기태양전지의 개략도이다. 광활성층과 결합된 TiOx 로 코팅된 탄소나노튜브는, 광활성층에서 빛에 의해 여기된 정공-전자쌍의 이동에 있어서, 정공의 이동은 억제하고, 전자의 이동은 증가시키는 모식도를 나타내고 있다. 도 6b는 제조된 TiOx의 UV-Vis 흡수 스펙트럼인데, 흡수곡선의 가장자리로부터 계산된 밴드갭은 약 3.6 eV이다. 도 6c는 자외선 광전자 분광분석기(ultraviolet photoelectron spectroscopy, UPS) 스펙트럼인데, He 소스를 사용하였으며, E = 21.2 eV였다. 상기 UPS 스펙트럼의 분석으로부터 계산된 바에 따르면, ALD에 의해 형성된 TiOx의 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 레벨은 약 7.8 eV였다. 도 6d는 본원의 유기태양전지의 에너지 레벨 다이어그램이다. 전자와 정공이 Au 금속 전극, P3HT/PCBM 광활성층, TiOx가 코팅된 탄소나노튜브 층, ITO 투명 전극의 각 성분의 에너지 레벨을 따라 자발적으로 이동할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 유기태양전지 단면의 투과전자현미경 이미지이며, (a)는 TiOx 코팅된 탄소나노튜브, (b)는 (a)를 확대한 것, 및 (c)는 같은 영역에 대한 원소별 EDS 스펙트럼이다. P3HT/PCBM, TiOx 코팅된 탄소나노튜브층, ITO 투명 전극이 관찰되며, P3HT의 S(유황) 성분을 EDS 스펙트럼으로 관찰함으로써, TiOx 가 코팅된 탄소나노튜브 층 기공에 P3HT/PCBM이 잘 침투해있는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 유기태양전지의 각 부분을 원자힘현미경으로 관찰한 이미지이며, 도 8a는 ITO (표면조도(surface roughness) 4.89 nm), 도 8b는 그 위에 탄소나노튜브 네트워크를 형성한 경우(표면조도 13.15 nm), 도 8c는 그 위에 원자층증착법을 통해 TiOx층을 형성한 경우 (13.17 nm), 도 8d는 탄소나노튜브 네트워크 위에 졸겔용액을 스핀코팅하여 TiOx막을 형성하는 경우 (표면조도: 7.09 nm)의 표면을 원자현미경(AFM, atomic force microscopy)을 사용하여 측정한 결과이다. 이 경우 ITO 위에 탄소나노튜브 네트워크를 형성함으로써 표면조도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 그 위에 원자층증착법으로 TiOx을 증착하는 경우는 표면조도가 그대로 유지되나, 졸겔용액을 스핀코팅하여 TiOx막을 형성하는 경우는 표면조도가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이상의 결과를 통해 탄소나노튜브 네트워크의 형성이 표면조도를 증가시켜, 기판과 광활성층의 접촉면적을 증가시킬 수 있으며, 원자층증착법이 탄소나노튜브 네트워크가 가진 다공성 구조를 그대로 유지한 채, TiOx층을 증착할 수 있는 방법임을 확인할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a) 광조사시 I-V 곡선, (b)는 광차단시 I-V 곡선이다. 도 9a 는 본원의 유기 태양전지를 광조사(AM 1.5 G, 100 mW/cm2)시의 I-V곡선, 도 9b는 광차단시 전압-전류곡선이다. 원자층증착법을 통해 TiOx가 증착된 탄소나노튜브 네트워크를 사용하는 경우, 탄소나노튜브 네트워크를 사용하지 않은 경우 대비 약 30%의 효율향상이 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 그에 반해 TiOx를 코팅하지 않은 경우 또는 졸겔용액을 스핀코팅하여 TiOx막을 형성하는 경우는 상대적으로 낮은 효율을 나타내었는데, 이것은 탄소나노튜브의 낮은 전하선택성에 의한 큰 누설전류 때문인 것으로 나타났다.
도 10은 본 실시예에 따른 유기태양전지의 전류-전압(I-V) 곡선이며, (a)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함하지 않은 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화, (b)는 유기태양전지 내에 탄소나노튜브를 포함한 경우의 TiOx의 두께에 따른 변화이다. 도 10a에 보여지는 것처럼, TiOx의 두꺼운 코팅이 정공을 더욱 더 차단하는 경향으로 인해, TiOx 두께의 증가에 따라 PCE가 증가한다. 도 10b에서 보여지는 것처럼, 탄소나노튜브를 사용한 경우도 이와 유사한 거동을 보이는 것으로 나타났다.
요약하면, 본원의 일 실시예에 의하여, 유기태양전지 응용분야에서 ALD에 의해 TiOx 가 코팅된 탄소나노튜브 네트워크의 효과를 확인하였다. 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 TiOx를 균일하게 코팅하고 탄소나노튜브 네트워크의 나노다공성 구조를 보존하는데 있어서, ALD가 졸겔 코팅보다 우수한 방법이다. ALD에 의해 형성된 TiOx가 코팅된 탄소나노튜브의 사용으로, 유기태양전지의 PCE가 표면적의 증가와 고전도성의 탄소나노튜브 네트워크에 의한 직렬 저항의 감소로 인해 약 30% 증가되었다. 그러나, 탄소나노튜브 네트워크 상에 TiOx가 불균일하거나 얇게 코팅되게 되면 누설 전류를 야기하여, 유기태양전지의 PCE를 오히려 낮추는 경향이 있을 수 있다. 유기태양전지의 PCE는 TiOx의 두께가 증가하는 것에 맞추어 점차적으로 증가하였으며, 이것은 보다 향상된 전자 전달 및 정공 차단 특성 때문이다. 결론적으로, ALD에 의해 형성된 TiOx가 코팅된 탄소나노튜브가 전자 전달과 정공 차단 층으로 사용될 수 있고 그것이 유기태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 삭제
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- 삭제
- 기재 상에 형성된 투명 전극;
상기 투명 전극 상에 형성되며, 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 코팅된 0.05 nm 내지 100 nm 두께의 금속산화물을 포함하는, 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층;
상기 탄소나노튜브/금속산화물 복합체의 층에 형성된 유기 광활성층; 및,
상기 유기 광활성 층 상에 형성된 금속 전극
을 포함하며,
상기 금속산화물이 정공의 전달은 차단하며 전자를 선택적으로 전달하는데에 사용되는 것이고,
상기 유기 광활성층은 전자 공여체(electron donor)로서 작용하는 유기 고분자 및 전자 수용체(electron acceptor)로서 작용하는 유기 물질을 포함하는 것인,
유기태양전지.
- 삭제
- 기재 상에 형성된 투명 전극 상에 형성된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크 상에 원자층증착(Atomic Layer Deposition)에 의하여 0.05 nm 내지 100 nm 두께의 금속산화물을 코팅하는 단계;
상기 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크에 유기 광활성층을 형성하는 단계; 및,
상기 유기 광활성층 상에 금속 전극을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 금속산화물이 정공의 전달은 차단하며 전자를 선택적으로 전달하는데에 사용되는 것이고,
상기 유기 광활성층은 전자 공여체(electron donor)로서 작용하는 유기 고분자 및 전자 수용체(electron acceptor)로서 작용하는 유기 물질을 포함하는 것인,
유기태양전지의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 유기 광활성층은 상기 전자 공여체(electron donor)로서 작용하는 유기 고분자 및 상기 전자 수용체(electron acceptor)로서 작용하는 유기 물질의 블렌드 (blend)를 포함하는 것인, 유기태양전지의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 단계는,
상기 탄소나노튜브에 기능기를 도입하고, 상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 상기 투명 전극 상에 도포하여 상기 탄소나노튜브의 필름 또는 네트워크를 형성하는 것을 포함하는 것인,
유기태양전지의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브에 도입된 기능기는 친수성을 가지는 것인, 유기태양전지의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 기능기가 도입된 탄소나노튜브를 함유하는 분산액을 상기 투명 전극 상에 도포하는 것은, 진공필터링(vacuum filtering), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 또는 잉크젯프린팅(inkjet printing)에 의하여 수행되는 것인, 유기태양전지의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 유기태양전지는 역전 구조(inverted structure)를 가지는 것인, 유기태양전지.
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| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
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Payment date: 20161129 Year of fee payment: 4 |
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