KR101402228B1 - 금속 메쉬 전극 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지고, 상기 금속 메쉬 패턴의 전면(全面)에는 일정간격으로 이격된 다수의 천공된 구멍을 포함하는 태양전지 및 상기 태양전지의 금속 메쉬 패턴의 제조방법에 관한 것으로, 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극을 금속 메쉬 패턴으로 형성함으로써, 고가의 주석도핑 산화인듐을 금속 메쉬 패턴으로 대체할 수 있다.

Description

금속 메쉬 전극 및 이를 포함하는 태양전지{A metal mesh electrode and a solar cell comprising the same}
본 발명은 금속 메쉬 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투명전극을 대체하고, 태양전지의 광흡수면을 제한하지 않는 금속 메쉬 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어, 특히 주목 받고 있다.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으 로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다.)를 일컫는다.
새로운 에너지의 하나로서 주목을 받으면서 실용화되고 있는 태양전지의 대부분은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 무정형 실리콘과 같은 무기물을 이용한 무기태양전지이다.
그러나, 이러한 무기 태양전지는 제조 프로세스가 복잡하여 제조비용이 높아 일반 가정용으로 보급되기에는 부적합하기 때문에 무기 태양전지의 제조 프로세스에 비해 상대적으로 간단한 제조 프로세스를 통하여 제조비용이 적게 드는 유기 태양전지의 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 유기 태양전지는 이중 결합이 교대로 되어 있는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공액 고분자(conjugated polymer)와 CuPc, 페릴렌, 펜타센 등의 감광성 저분자, (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르(PCBM) 등의 유기 반도체 재료를 활용하는 구조의 태양 전지이다.
상기 유기 반도체 재료는 디자인이 가능하고, 다양하게 합성하는 것이 가능하여 상기 유기 태양 전지는 무한한 발전의 가능성을 가지고 있다.
상기 유기 태양 전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 주로 투명 전극인 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide)을 양극으로, 낮은 일함수를 갖는 알루미늄(Al) 등의 금속 전극을 음극으로 사용하며, 광활성층은 100nm 정도의 두께로 정공수용체(hole acceptor)와 전자수용체(electron acceptor)가 혼재되어 있는 벌크 이종 접합 구조를 가지고 있다.
상기 정공수용체로는 상기 PPV와 같은 도전성을 갖는 공액 고분자가 사용되고, 상기 전자수용체로는 풀러렌(fullerene)을 사용한다. 이때, 빛에 의해 생성된 전자를 풀러렌을 통해 알루미늄 전극으로 손실 없이 수집하기 위해서는 공액 고분자 내에 풀러렌이 충분히 혼합되어 있어야 하므로, 풀러렌이 공액 고분자와 잘 혼합되도록 하기 위해 상기 PCBM과 같은 풀러렌 유도체를 사용할 수 있다.
상기 공액 고분자가 광을 흡수하면 전자-정공쌍(exciton)을 생성하고, 상기 생성된 전자와 정공은 각각 풀러렌과 공액 고분자를 경유하여 양극 및 음극에 수집된다.
상기 유기 태양전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 기술적, 경제적 유리함에도 불구하고 낮은 효율로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있으며, 특히, 태양전지의 양면에 각각 위치하는 양극 및 음극의 전극에 의한 광투과 효율이 중요시되고 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 태양전지의 공액 고분자가 광을 흡수하기 위해서는 태양전지의 양면에 각각 위치하는 양극 및 음극을 통해 광이 투과되어야 하는데, 이를 위해, 양극으로 투명전극인 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide)을 주로 사용하여, 상기 양극측으로 광이 투과하도록 하는 추세이다.
하지만, 이러한 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide)은 고가라는 점에서 이를 대체할 수 있는 물질이 필요할 뿐만아니라, 종래에는 양극측을 통해서만 광이 투과할 수 있어, 결국, 태양전지의 광을 흡수할 수 있는 면이 제한된다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래의 투명전극의 재질을 대체하고, 태양전지의 광흡수면을 제한하지 않는 전극의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계; 상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계; 상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계; 상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계; 접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및 상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하는 금속 메쉬 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금속층은 상기 트랜치가 형성된 영역의 요(凹)부에 위치하는 제1금속층 및 상기 트랜치의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2금속층을 포함하고, 상기 트랜치의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2금속층이 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사되는 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계 이후, 상기 베이스 부재를 상기 기판으로부터 분리하는 공정을 더 포함하고, 상기 분리공정에 의해, 상기 이형 금속층 및 금속층을 포함하는 금속 메쉬 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 베이스 부재를 제공하는 단계는, 제1몰드 기판 상에 포토레지스트막을 도포하는 단계; 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광시켜 원하는 패턴을 형성하는 사진공정 과정을 진행하여, 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1몰드 기판에 폴리머 원액을 부어 캐스팅을 수행하는 단계; 상기 폴리머가 경화된 후 제1몰드 기판으로부터, 상기 폴리머를 분리하여, 제2몰드 기판을 제조하는 단계; 상기 제2몰드 기판의 전면(全面)에 금속 시드층을 형성하는 단계; 상기 금속 시드층을 포함하는 제2몰드 기판 상에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 제2몰드 기판으로부터 상기 도금층을 분리하여 상기 베이스 부재를 형성하는 단계를 포함하는 금속 메쉬 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지고, 상기 금속 메쉬 패턴의 전면(全面)에는 일정간격으로 이격된 다수의 천공된 구멍을 포함하는 태양전지를 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 금속 메쉬 전극 및 이를 포함하는 태양전지는 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극을 금속 메쉬 패턴으로 형성함으로써, 고가의 주석도핑 산화인듐을 금속 메쉬 패턴으로 대체할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제1전극측 및 제2전극측의 양면 모두에서 광이 투과할 수 있도록 함으로써, 태양전지의 광을 흡수되는 면이 제한되지 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 일반적인 구조의 유기 태양전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지를 도시하는 개략적인 단면도이며, 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극층을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 금속 메쉬 패턴의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 일례에 따른 베이스 부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 다른예에 따른 베이스 부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지의 다른예를 도시하는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 구조의 유기 태양전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 유기 태양 전지(10)는 서로 대향 배치되는 음극(16) 및 양극(12), 그리고 상기 음극(16) 및 양극(12) 사이에 위치하고, 정공수용체 및 전자수용체가 혼합된 광활성층(14)을 포함한다.
상기 음극(16) 및 양극(12)은 기판(11) 위에 위치한다.
상기 기판(11)은 투명성을 갖는 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 양극(12)은 상기 기판(11)을 통과한 빛이 광활성층(14)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 투명도를 갖는 물질을 사용하며, 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 투명산화물, 또는 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극, 금속이 결합된 탄소나노 튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.
상기 음극(16)은 일함수가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 음극 형성 물질은 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 알루미늄, 은, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 광활성층(14)은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종 접합 구조를 가질 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 광활성층의 종류를 제한하는 것은 아니다.
상기 유기 태양전지(10)는 상기 양극(12)과 상기 광활성층(14) 사이에 정공전달층(130)을 더 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 정공전달층의 종류를 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 유기 태양전지(10)는 상기 음극(16)과 상기 광활성층(14) 사이에 전자전달층(15)을 더 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 전자전달층의 종류를 제한하는 것은 아니다.
이와 같은 일반적인 구조의 유기 태양전지(10)의 상기 양극(12)은 상기 기판(11)을 통과한 빛이 광활성층(14)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 투명도를 갖는 물질을 사용하며, 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide)을 주로 사용한다.
이러한 주석도핑 산화인듐은 고가라는 점에서 이를 대체할 수 있는 물질이 필요할 뿐만아니라, 종래에는 양극측을 통해서만 광이 투과할 수 있어, 결국, 태양전지의 광을 흡수할 수 있는 면이 제한된다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지를 도시하는 개략적인 단면도이며, 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극층을 도시한 사시도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지(100)는 서로 대향 배치되는 제1전극(130) 및 제2전극(170)을 포함한다. 이때, 상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극일 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1전극은 양극으로, 제2전극은 음극으로 명명하기로 한다.
이때, 상기 양극(130) 및 음극(170)은 기판(110) 위에 위치할 수 있다.
상기 기판(110)은 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
특히, 상기 투명 플라스틱기판은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있으며, 약 380 내지 780nm의 가시광 파장에서 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 음극(170)은 일함수가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 음극 형성 물질은 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 알루미늄, 은, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에서 상기 양극(130)은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
계속해서 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지(100)은 상기 양극(130) 및 상기 음극(170)의 사이에 위치하고, 정공수용체 및 전자수용체가 혼합된 광활성층(150)을 포함할 수 있다.
상기 광활성층(150)은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종 접합 구조를 가질 수 있다.
상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체로서, 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 정공수용체는 바람직하게 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyle-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], 폴리(2-메틸,5-(3',7'-디메틸 옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl,5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60) 또는 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe [0026] 및 ZnSe 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 입자일 수 있다.
또한, 상기 전자수용체는 바람직하게 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 광활성층(150)은 상기 정공수용체로서 P3HT와 상기 전자수용체로서 PCBM의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율을 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.
또한, 상기 유기 태양전지(100)는 상기 양극(130)과 상기 광활성층(150) 사이에 정공전달층(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 정공전달층(140)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 유기 태양전지(100)는 상기 음극(170)과 상기 광활성층(150) 사이에 전자전달층(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 전자전달층(160)은 리튬플로라이드, 칼슘, 리튬 및 티타늄산화물(titanium oxide) 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 전자전달물질을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 광활성층, 정공전달층 및 전자전달층의 종류를 제한하는 것은 아니다.
이와 같은 유기 태양전지는 다음과 같은 원리에 의해 작동할 수 있다.
먼저, 외부 광원으로부터 빛은 상기 양극(130)으로부터 상기 광활성층(150)에 입사된다. 상기 기판(110) 및 상기 정공전달층(140)은 모두 투명하기 때문에 빛은 이들을 통과하여 상기 광활성층(150)으로 입사될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 상기 양극(130)은 다수의 천공된 구멍을 포함하는 금속 메쉬 패턴으로 이루어져 있어, 상기 다수의 천공된 구멍을 통해 빛이 통과할 수 있다.
상기 입사된 빛을 이루는 광자는 상기 광활성층(150)의 전자수용체에 존재하는 가전자대의 전자와 충돌한다. 가전자대의 전자는 충돌한 광자로부터 광자의 파장에 해당하는 에너지를 받아 전도대로 도약하게 된다. 가전자대의 전자가 전도대로 도약함에 따라 가전자대에는 정공이 남게 된다.
한편, 상기 전자수용체에 남겨진 정공은 상기 정공전달층(140)을 지나 상기 양극(130)으로 이동하게 되고, 전도대의 전자는 상기 전자전달층(160)을 지나 상기 음극(170)으로 이동하게 된다.
각 전극으로 이동된 전자와 정공에 의해 상기 유기 태양 전지(100)는 기전력을 갖게 되어 전원으로 동작할 수 있다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 양극(130)은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 메쉬 패턴은 얇은 판 형상을 가지며, 도 2b에서 확인되는 바와 같이, 상기 금속 메쉬 패턴의 전면(全面)에는 일정간격으로 이격된 상태로 천공된 구멍이 다수 구비된다.
즉, 상기 다수의 천공된 구멍을 통해 빛이 통과하여 광활성층으로 입사될 수 있다.
본 발명자들은 금속 메쉬 패턴의 광투과 효율이 상술한 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide)과 유사한 광투과 효율을 나타냄을 확인하였으며, 이로써, 이로써, 고가의 주석도핑 산화인듐을 금속 메쉬 패턴으로 대체할 수 있음을 확인하였다.
이때, 상기 금속 메쉬 패턴은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 철(Fe) 또는 코발트(Co) 중 적어도 어느 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 금속메쉬층의 전체 두께는 0.1 내지 50㎛로 얇게 형성될 수 있다.
이때, 미설명부호 120은 접착층으로써, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지를 도시하는 개략적인 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지는 후술하는 바를 제외하고는 상술한 제1실시예와 동일할 수 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지(200)는 서로 대향 배치되는 제1전극(230) 및 제2전극(270)을 포함한다. 이때, 상기 제1전극은 음극이고, 상기 제2전극은 양극일 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1전극은 음극으로, 제2전극은 양극으로 명명하기로 한다.
이때, 상기 양극(270) 및 음극(230)은 기판(210) 위에 위치할 수 있다.
상기 기판(110)은 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이는 상술한 제1실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 양극(270)은 상기 기판(210)을 통과한 빛이 광활성층(250)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 될 수 있도록, 높은 투명도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 약 4.5eV 이상의 높은 일함수, 낮은 저항을 갖는 전도성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 양극(270)을 형성하는 양극 형성 물질의 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 투명산화물, 또는 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극, 금속이 결합된 탄소나노 튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 음극(230)은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상술한 바와 같이, 상기 금속 메쉬 패턴은 얇은 판 형상을 가지며, 도 2b에서 확인되는 바와 같이, 상기 금속 메쉬 패턴의 전면(全面)에는 일정간격으로 이격된 상태로 천공된 구멍이 다수 구비된다.
즉, 상기 다수의 천공된 구멍을 통해 빛이 통과하여 광활성층으로 입사될 수 있으며, 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지는 양극측에서도 광이 투과할 수 있고, 이와 더불어 음극측에서도 광이 투과할 수 있으므로, 태양전지의 광을 흡수할 수 있는 면이 제한되지 않음을 알 수 있다.
계속해서 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 태양전지(200)은 상기 양극(270) 및 상기 음극(230)의 사이에 위치하고, 정공수용체 및 전자수용체가 혼합된 광활성층(250)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 태양전지(200)는 상기 양극(270)과 상기 광활성층(250) 사이에 정공전달층(260)을 더 포함할 수 있고, 상기 음극(230)과 상기 광활성층(250) 사이에 전자전달층(240)을 더 포함할 수 있다.
이는 상술한 제1실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명에서는 상술한 바와 같은 양극 및 음극을 모두 금속 메쉬 패턴으로 형성하는 것도 가능하며, 이 경우에도 양극측에서도 광이 투과할 수 있고, 이와 더불어 음극측에서도 광이 투과할 수 있으므로, 태양전지의 광을 흡수할 수 있는 면이 제한되지 않음을 알 수 있다.
결국, 본 발명에서는 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극을 금속 메쉬 패턴으로 형성함으로써, 고가의 주석도핑 산화인듐을 금속 메쉬 패턴으로 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 제1전극측 및 제2전극측의 양면 모두에서 광이 투과할 수 있도록 함으로써, 태양전지의 광을 흡수되는 면이 제한되지 문제점을 해결할 수 있다.
이때, 미설명부호 220은 접착층으로써, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
이하에서는, 상술한 바와 같은 금속 메쉬 패턴을 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 금속 메쉬 패턴의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 금속 메쉬 패턴의 제조방법에 사용되는 몰드용 기판을 형성하기 위한 베이스 부재(310)를 제공한다.
상기 베이스 부재(310)는 금속 기판 또는 반도체 기판을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 금속 기판은 니켈 또는 니켈합금 기판이고, 상기 반도체 기판은 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 베이스 부재의 종류를 한정하는 것은 아니다.
이때, 상기 베이스 부재(310)는 일정 깊이의 트랜치(310a)를 포함하고 있으며, 이하에서는 상기 트랜치(310a)가 형성된 영역은 요(凹)부로, 상기 트랜치(310a)의 형성에 따라 돌출된 영역은 철(凸)부로 정의하기로 한다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 상기 베이스 부재(310)의 전면(全面)에 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질로, 자기조립 단분자 패턴(320)을 형성한다.
일반적으로 자기조립 단분자막은 마이크로머신(MEMS : Micro- Electro- Mechanical System)이나 전자·바이오 소자 또는 그를 제작하는 공정 중에 표면이나 계면의 기능을 활성화할 때 사용되는 유기물질로서, 적절한 기판에 대한 흡착에 의해서 자발적(self)으로 형성되어 모이는(assembly) 분자들을 의미한다.
기판과는 유기물질의 head group이 강한 인력으로 화학적 결합을 통해 화학흡착을 하고, alkyl chain들은 vander waals interaction에 의해 잘 정렬되게 기판위에 증착되기 때문에, 표면은 말단기의 화학적 특성에 따라 그 기능을 가지게 된다.
이와 같이 자기조립 단분자막을 표면이나 계면에 증착하는 방법에는 액상증착법과 기상증착법이 사용될 수 있다.
상기 액상증착법은 기판을 세정한 후, 필요에 따라서는 산처리를 거친 후, 자기조립 단분자 화합물을 일정 농도로 녹인 용액에 전처리한 기판을 일정시간 담그어 자기조립 단분자막을 형성하는 방법이다.
또한, 기상증착법은 용매없이 기판을 자기조립단분자 화합물의 증기에 노출시키는 방법으로 기판은 세정 후 산처리나 플라즈마를 이용하여 전처리를 할 수 있다.
이때, 상기 자기조립 단분자 패턴(320)은 유기 원자와 무기 원자의 화학적 결합에 의해 형성된 유-무기 하이브리드형의 분자 구조를 포함할 수 있다. 상기 자기조립 단분자 패턴(320)의 무기 원자는 상기 베이스 부재(310) 표면의 자연산화층과 접촉함으로써, 상기 자기 조립 단분자 패턴과 상기 산화층의 접착력이 향상될 수 있다.
이에 더하여, 상기 자기조립 단분자 패턴(320)은 알콕시 실란을 구비하는 유-무기 하이브리형의 분자 구조를 포함할 수 있다. 이때, 상기 자기조립 단분자 패턴(320)의 상기 알콕시 실란은 상기 베이스 부재(310) 표면의 자연산화층의 표면과의 화학적 결합을 이룰 수도 있다.
따라서, 상기 자기조립 단분자 패턴(320)과 상기 자연산화층 간의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 자기조립 단분자 패턴(320)으로 사용되는 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질의 예로서는 아민계 실란 커플링 에이전트 또는 설퍼계 실란 커플링 에이전트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 아민계 실란 커플링 에이전트의 예로서는 3-아미노프로필트리메톡시실란 (3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란 (3-aminopropyltriethoxysilane), 3-아미노프로필메틸디에톡시실란 (3-aminopropylmethyldiethoxysilane), 아미노프로필실란트리올 (aminopropylsilanetriol), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylsilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane), (3-트리에톡시실리프로필)디에틸렌 트리아민 ((3-triethoxysilylpropyl)dietylene triamine)) 등일 수 있다.
상기 설퍼계 실란 커플링 에이전트의 예로서는 3-머캅티오프로필트리메톡시실란 (3-mercaptiopropyltrimethoxysilane) 및 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]-테트라셜파이드 (bis[3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfide) 등 일 수 있다.
상기 자기조립 단분자 패턴(320)으로 사용되는 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질의 예로서는 아민계 티올 커플링 에이전트 또는 설퍼계 티올 커플링 에이전트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 아민계 티올 커플링 에이전트의 예로는 16-Mercaptohexadecanoic acid 또는 11-Amino-1-undecanethiol 등 일 수 있다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 상기 자기조립 단분자 패턴(240) 상부에 이형 금속층(330)을 형성한다.
상기 이형 금속층(330)은 도금 공정을 수행함에 있어서 도금막이 보다 효과적으로 증착되도록 할 수 있다. 즉, 상기 이형 금속층(330)이 없이 상기 자기조립 단분자 패턴(330)의 상에 후술하는 도금 공정을 진행하게 되면 도금막이 자기조립 단분자 패턴(330) 상에 형성되기 어렵다.
따라서, 자기조립 단분자 패턴(330) 상에 직접적으로 도금 공정을 진행하는 것이 아니라, 먼저 자기조립 단분자 패턴(320) 상에 이형 금속층(330)을 형성하고, 상기 이형 금속층(330) 상부에 도금막을 증착시키는 것이 더욱 효과적이다.
상기 이형 금속층(330)은 Pd, Ni, Cu, Rh 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질이 사용될 수 있으며, 전기적 전도성을 갖는 물질이면서 후속 도금공정에 사용되는 금속과 자기조립 단분자 패턴(330)의 재질 사이에서 높은 이형성을 부가할 수 있는 물질이면 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 이형 금속층(330)은 무전해 도금, 증착(evaporation) 또는 스퍼터링(sputturing) 등의 일반적인 막 형성 방법인 물리적 진공증착법을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 이형 금속층의 종류 및 형성방법을 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 상기 이형 금속층(320)의 상부에 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 철(Fe) 또는 코발트(Co) 중 적어도 어느 하나 이상을 도금하는 무전해 도금 또는 전기 도금 공정을 수행하여 금속층(340), 즉, 도금층을 형성한다. 상기 도금층을 형성하는 무전해 도금 또는 전기 도금 공정은 당업계에서 자명한 것이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 다만, 본 발명에서 상기 도금층을 형성하는 방법 및 도금층의 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 금속층을 도금층으로 명명하여 설명하기로 한다.
이때, 상기 도금층(340)은 상술한 바와 같은 트랜치(310a)가 형성된 영역의 요(凹)부에 위치하는 제1도금층(340b)(제1금속층) 및 상기 트랜치(310a)의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2도금층(340a)(제2금속층)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 4e를 참조하면, 접착층(410)이 형성된 기판(400)을 제공하고, 상기 접착층(410)의 상면과 상기 도금층(340)이 형성된 베이스 부재(310)의 상면이 마주보도록 배치한다.
이때, 상기 접착층(410)은 공지된 접착물질을 사용할 수 있으며, 상기 기판(400)은 투명성을 갖는 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 4f를 참조하면, 상기 트랜치(310a)의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2도금층(340a)은 상기 접착층(410)에 의하여, 상기 기판(400)에 전사되며, 트랜치(310a)가 형성된 영역의 요(凹)부에 위치하는 제1도금층(340b)은 상기 베이스 부재(310)에 잔존(殘存)한 상태로 상기 베이스 부재(310)와 상기 기판(400)이 분리될 수 있다.
이상과 같은 이유, 즉, 접착층에 의하여 도금층을 전사시키는 이유로, 상술한 바와 같은 도 2a 및 도 3에서 기판과 금속 메쉬 패턴의 사이에 접착층이 형성될 수 있다.
본 발명의 유용한 장점은 본 공정에서 잘 나타나는 것으로, 즉, 본 발명의 기판(400)과 베이스 부재(310)의 분리공정은 베이스 부재의 형체를 그대로 유지한 채 높은 이형성을 기반하여 베이스 부재(310)가 기판(400)으로부터 분리된다.
이러한 높은 이형성은 상술한 바와 같은 자기조립 단분자 패턴(320)과 이형 금속층(330)을 채용함으로써 실현될 수 있다.
즉, 기판(400)과 베이스 부재(310)의 분리공정은 상기 이형 금속층(330)의 물질과 자기조립 단분자 패턴(320)의 열팽창계수 차이를 이용하여 용이하게 실현될 수 있다.
보다 구체적으로, 상술한 도 3e에서와 같은 공정을 모두 완료한 후, 금속층을 포함하는 베이스 부재를 저온 냉각한다.
이로써, 예를 들어, 자기조립 단분자 패턴의 유기물질과 이형 금속층의 금속물질의 열팽창율 차이에 의한 계면상의 스트레스가 증가되어, 도금공정에 도입된 상기 이형 금속층이 상기 자기조립 단분자 패턴으로부터 이형되어 상호 분리된다.
또한, 이러한 방법 이외에, 초음파 방법에 의해 이형 금속층과 자기조립 단분자 패턴을 상호 분리할 수 있다.
구체적으로, 상기 도금층을 포함하는 베이스 부재를 초음파 조에 함침시켜, 초음파를 인가하고, 상기 초음파에 의해 발생된 기포가 상기 이형 금속층의 표면에 흡착되어 폭발함으로써, 상기 이형 금속층이 상기 자기조립 단분자 패턴으로부터 이형되어 상호 분리할 수 있다.
따라서, 이러한 분리공정에 의해, 이형 금속층(330) 및 도금층(340a)을 포함하는 금속 메쉬 패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 이형 금속층(330)은 필요에 따라, 별도의 수세공정에 의해 제거할 수 있으며, 다만, 상기 이형 금속층도 금속 메쉬 패턴의 일부가 될 수 있으므로, 본 발명에서 상기 이형 금속층의 제거 여부를 제한하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 몰드용 기판을 형성하기 위한 베이스 부재(310)는 몰드용 기판의 형체를 그대로 유지한 채 높은 이형성을 기반하여 베이스 부재(310)가 기판(400)으로부터 분리된 것이므로, 본 발명에 따른 몰드용 기판은 계속적인 재활용이 가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 금속 메쉬 패턴의 제조방법에 사용되는 몰드용 기판을 형성하기 위한 베이스 부재를 제공하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 일례에 따른 베이스 부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 상기 일례에 따른 베이스 부재를 제조하는 방법은 실리콘 중합체인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 몰드를 이용한 베이스 부재의 제조방법에 해당하며, 다만, 본 발명에서 상기 베이스 부재의 제조방법을 제한하는 것은 아니다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 제1몰드 기판(410) 상에 포토레지스트막(420)을 도포한다.
이때, 상기 제1몰드 기판(410)은 반도체 기판일 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5b를 참조하면, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광시켜 원하는 패턴을 형성하는 사진공정 과정을 진행하여, 포토레지스트 패턴(420a)을 형성한다.
이때, 상기 포토레지스트 패턴(420a)은 상술한 바와 같은, 형성하고자 하는 금속 메쉬 패턴의 형상과 동일할 수 있다.
다음으로, 도 5c를 참조하면, 상기 제1몰드 기판(410)과 후술하는 폴리머와의 원활한 이형을 위한 이형제(미도시, 예를들어, TMCS - TriMethylChloroSilane)를 증착하고 폴리머 원액을 제1몰드 기판에 부어 캐스팅을 수행하는 과정을 진행한다.
이때, 상기 폴리머는 실리콘 중합체인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane)일 수 있다.
다음으로, 도 5d를 참조하면, 폴리머가 경화된 후 제1몰드 기판으로부터, 상기 폴리머를 분리하여, 제2몰드 기판(430)을 제조한다.
이때, 상술한 바와 같이, 상기 제2몰드 기판(430)은 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 몰드일 수 있다.
다음으로, 도 5e를 참조하면, 공지된 증착(evaporation) 또는 스퍼터링(sputturing) 등의 일반적인 막 형성 방법인 물리적 진공증착법을 이용하여, 상기 제2몰드 기판(440)의 전면(全面)에 금속 시드층(440)을 형성한다.
다음으로, 도 5f를 참조하면, 공지된 무전해 도금 또는 공지된 전기 도금 공정을 수행하여, 상기 금속 시드층(400)을 포함하는 제2몰드 기판(430)의 전면에 도금층(450)을 형성하고, 이후, 도 5g를 참조하면, 상기 제2몰드 기판(430)으로부터 상기 도금층(450)을 분리함으로써, 본 발명에 따른 베이스 부재를 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 다른례에 따른 베이스 부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(500)상에 실리콘 질화막(505)을 형성한다.
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 패터닝 된 포토레지스트 층(510)을 실리콘 질화막(505)상에 형성한다. 이때, 포토레지스트 층(510)은 프로브 핀을 형성하기 위한 패턴이 미리 정의된 마스크 층(도시 생략)을 이용하여 자외선 노광 장치 등에 의해 노광하고, 노광된 포토레지스트 층에 현상 공정을 수행하여 마스크의 패턴에 따라 패터닝 될 수 있다.
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(510)의 패턴에 의해 노출되어 있는 실리콘 질화막(505)을 플라즈마 장치를 이용하여 식각한다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정 또는 습식 제거 공정을 진행하여 패터닝 된 포토레지스트 층(510)을 제거한다. 이때, 상기 포토레지스트 층(510)을 제거하는 또 다른 방법으로, 예를 들면, O2 플라즈마 방법이나 황산과 과산화수소 혼합 용액을 이용하는 방법을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화막(505)이 형성된 실리콘 웨이퍼(500)를 실리콘 이방성 식각이 가능한 KOH, TMAH 등의 용액에 담그어(dipping), 실리콘 웨이퍼(500)를 식각하여 트렌치(520)를 형성한다.
이후, 도 6f에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(500)상에 형성되어 있는 실리콘 질화막(505)을 인산 등을 이용하여 제거하고, 본 발명에 따른 베이스 부재를 형성할 수 있다.도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지의 다른예를 도시하는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지의 다른예는 후술하는 바를 제외하고는 상술한 도 2a와 동일할 수 있으며, 이하에서는 이들 양자간의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
상술한 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기태양전지는 서로 대향 배치되는 제1전극(130) 및 제2전극(170), 상기 양극(130) 및 상기 음극(170)의 사이에 위치하는 광활성층(150), 상기 양극(130)과 상기 광활성층(150) 사이에 위치하는 정공전달층(140), 상기 음극(170)과 상기 광활성층(150) 사이에 위치하는 전자전달층(160)을 포함할 수 있음을 설명하였다.
또한, 상술한 도 4e를 참조하면, 접착층(410)이 형성된 기판(400)을 제공하고, 상기 접착층(410)의 상면과 상기 도금층(340)이 형성된 베이스 부재(310)의 상면이 마주보도록 배치하고, 이때, 상기 접착층(410)은 공지된 접착물질을 사용할 수 있음을 설명하였다.
이때, 본 발명의 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지의 다른예는 상술한 바와 같은 공지된 접착물질을 접착층으로 사용하는 것이 아닌, 정공전달층 또는 전자전달층 중 어느 하나를 접착층으로 사용하는 실시예에 관한 것이다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 태양전지의 다른예는 접착층(120')으로 상술한 바와 같은 정공전달층을 사용할 수 있으며, 이 경우, 정공전달층의 고유 기능을 위하여, 양극(130')인 금속메쉬패턴은 상기 접착층(120')에 삽입(완전 삽입 또는 일부 삽입)된 상태로 위치할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 상술한 도 3에서도, 접착층으로 전자전달층을 사용할 수 있으며, 이 경우에도 전자전달층의 고유 기능을 위하여, 음극인 금속메쉬패턴은 상기 접착층, 즉, 전자전달층에 삽입된 상태로 위치할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200 : 태양전지 110, 210 : 기판
120, 220 : 접착층 130 , 230 : 제1전극
150, 250 : 광활성층 170, 270 : 제2전극

Claims (11)

  1. 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계;
    상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계;
    상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계;
    접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하고,
    상기 금속층은 상기 트랜치가 형성된 영역의 요(凹)부에 위치하는 제1금속층 및 상기 트랜치의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2금속층을 포함하고,
    상기 트랜치의 형성에 따라 돌출된 영역의 철(凸)부에 위치하는 제2금속층이 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사되는 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계;
    상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계;
    상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계;
    접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하고,
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계 이후,
    상기 베이스 부재를 상기 기판으로부터 분리하는 공정을 더 포함하고, 상기 분리공정에 의해, 상기 이형 금속층 및 금속층을 포함하는 금속 메쉬 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  4. 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계;
    상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계;
    상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계;
    접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하고,
    상기 기판은 투명성을 갖는 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판인 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  5. 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계;
    상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계;
    상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계;
    접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하고,
    상기 자기조립 단분자 패턴은 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질을 포함하며, 상기 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM) 물질은 아민계 실란 커플링 에이전트, 아민계 티올 커플링 에이전트, 설퍼계 티올 커플링 에이전트 또는 설퍼계 실란 커플링 에이전트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  6. 일정 깊이의 트랜치를 포함하는 베이스 부재를 제공하는 단계;
    상기 베이스 부재의 전면(全面)에 자기조립 단분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 자기조립 단분자 패턴 상부에 이형 금속층을 형성하는 단계;
    상기 이형 금속층의 상부에 금속층을 형성하는 단계;
    접착층이 형성된 기판을 제공하고, 상기 접착층의 면과 상기 베이스 부재의 상기 금속층의 면이 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 금속층을 상기 접착층이 형성된 상기 기판에 전사하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 부재를 제공하는 단계는,
    제1몰드 기판 상에 포토레지스트막을 도포하는 단계;
    상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광시켜 원하는 패턴을 형성하는 사진공정 과정을 진행하여, 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1몰드 기판에 폴리머 원액을 부어 캐스팅을 수행하는 단계;
    상기 폴리머가 경화된 후 제1몰드 기판으로부터, 상기 폴리머를 분리하여, 제2몰드 기판을 제조하는 단계;
    상기 제2몰드 기판의 전면(全面)에 금속 시드층을 형성하는 단계;
    상기 금속 시드층을 포함하는 제2몰드 기판 상에 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2몰드 기판으로부터 상기 도금층을 분리하여 상기 베이스 부재를 형성하는 단계를 포함하는 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴리머는 실리콘 중합체인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane)인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전극의 제조방법.
  8. 서로 대향 배치되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 태양전지에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 어느 하나의 전극은 금속 메쉬 패턴으로 이루어지고,
    상기 금속 메쉬 패턴의 전면(全面)에는 일정간격으로 이격된 다수의 천공된 구멍을 포함하고,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은 기판 상에 위치하고,
    상기 기판과 상기 금속 메쉬 패턴의 사이에 위치하는 접착층을 더 포함하는 태양전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극이며,
    상기 음극은 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 알루미늄, 은, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하고, 상기 양극은 상기 금속 메쉬 패턴으로 이루어지는 태양전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1전극은 음극이고, 상기 제2전극은 양극이며,
    상기 양극은 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 투명산화물, 또는 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극 또는 금속이 결합된 탄소나노 튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극으로 이루어지고, 상기 음극은 상기 금속 메쉬 패턴으로 이루어지는 태양전지.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극의 사이에 위치하는 광활성층을 더 포함하는 태양전지.
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