KR101422349B1 - Organic solar cell including phosphors and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

형광체를 포함하는 유기 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. 유기 태양전지는 제1 전극, 제1 전극과 대향하는 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 유기 광활성층을 포함하되, 제1 전극과 유기 광활성층 사이 또는 유기 광활성층 내부에 형광체를 포함하여 전지의 상부로부터 하부에 이르기까지의 전 영역에서 흡수하지 못한 특정 파장 대역의 태양광을 흡수한 후, 약 500nm ∼ 800nm의 가시광선 파장 대역의 광으로 파장 변환시켜 유기 광활성층에 공급함으로써, 태양전지의 광전류 밀도를 증가시킬 수 있다. An organic solar cell including a phosphor and a method of manufacturing the same are provided. The organic solar cell includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and an organic photoactive layer interposed between the first electrode and the second electrode. The organic photoactive layer includes a first electrode and an organic photoactive layer, Absorbing solar light of a specific wavelength band that can not be absorbed by the entire region from the upper portion to the lower portion of the battery including the phosphor and then wavelength-converted into light of a visible light wavelength band of about 500 nm to 800 nm to supply the organic light- The photocurrent density of the solar cell can be increased.

Description

형광체를 포함하는 유기 태양전지 및 이의 제조방법{Organic solar cell including phosphors and method for manufacturing the same}[0001] The present invention relates to an organic solar cell including a phosphor and a method of manufacturing the same,

본 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.

최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 이중에서도, 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며, 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다.Recently, serious environmental pollution problem and depletion of fossil energy are increasing importance for next generation clean energy development. Among them, solar cells have been widely recognized as an energy source for solving future energy problems because they have few pollution, have infinite resources, and can be used semi-permanently.

태양전지는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 태양전지를 구성하는 광활성층의 물질에 따라 무기 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(organic solar cell)로 크게 구분된다.A solar cell is a semiconductor device that converts light energy directly into electrical energy using a photovoltaic effect. Depending on the material of the photoactive layer constituting the solar cell, an inorganic solar cell, a dye-sensitized solar cell (dye-sensitized solar cell) and organic solar cell (organic solar cell).

이중에서도 유기 태양전지는, 무기 태양전지의 일종인 실리콘 계열 태양전지의 광전변환 효율이 한계치에 도달하고, 무기 태양전지의 갑작스러운 수요 증가로 인하여 실리콘 원자재 수급이 어려워지는 등의 문제점에 대한 대안으로서, 활발한 연구가 진행되고 있다.Among these, the organic solar cell is an alternative to the problems that the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell, which is one type of inorganic solar cell, reaches the limit and the supply and demand of the silicon raw material becomes difficult due to the sudden increase in demand of the inorganic solar cell , And active research is underway.

유기 태양전지는 유기물 박막을 적층하여 제조할 수 있기 때문에 유연한 기판을 사용할 수 있으며, 무기 태양전지에 비해 다양한 구조로 제조하기 용이한 이점이 있다. 또한, 유기 태양전지는 광흡수층으로 사용되는 유기 분자의 흡광계수가 높아, 약 100nm 두께의 극히 얇은 박막으로도 태양광을 충분히 흡수할 수 있으므로, 초미세 박막 소자로 제조 가능할 수 있는 이점이 있다. 더욱이, 유기 태양전지는 저비용의 간편한 제법으로 제조 가능하며, 유기물의 특성상 굽힘성 및 가공성이 우수하여 다양한 분야에 응용할 수 있는 이점이 있다.Since the organic solar cell can be manufactured by laminating organic thin films, a flexible substrate can be used, and it is advantageous in that it can be easily manufactured in a variety of structures compared to inorganic solar cells. In addition, the organic solar cell has a high absorptivity of organic molecules used as a light absorbing layer, and can absorb solar light even with an extremely thin film having a thickness of about 100 nm, so that it can be advantageously manufactured as an ultrafine thin film device. Furthermore, the organic solar cell can be manufactured by a simple manufacturing method at a low cost, and is excellent in bending property and processability due to the characteristics of an organic material, and has an advantage of being applicable to various fields.

그러나, 유기 태양전지의 광전변환 효율은 약 10%에 그치고 있어, 다른 태양전지에 비해 매우 낮은 수치를 나타내는 문제점이 있다. 이는, 유기 태양전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 유기 태양전지의 광전변환 효율을 높이는 것은 유기 태양전지의 상용화를 위한 가장 중요한 이슈 중 하나이다.However, the photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell is only about 10%, which is a very low value compared to other solar cells. This hinders commercialization of organic solar cells. Therefore, increasing the photoelectric conversion efficiency of organic solar cells is one of the most important issues for commercialization of organic solar cells.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 입사되는 태양광의 활용도를 높여, 광전변환 효율을 개선할 수 있는 유기 태양전지 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide an organic solar cell capable of improving the photoelectric conversion efficiency by increasing utilization of incident sunlight and a method of manufacturing the same.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 유기 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 유기 광활성층을 포함하되, 상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이 또는 상기 유기 광활성층 내부에 형광체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an organic solar battery. The solar cell includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and an organic photoactive layer interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the organic photoactive layer is interposed between the first electrode and the organic photoactive layer Or a fluorescent material in the organic photoactive layer.

상기 유기 광활성층은 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층을 포함하고, 상기 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층 사이에 형광체를 포함할 수 있다.The organic photoactive layer may include a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer, and may include a phosphor between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer.

상기 유기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합 구조로 이루어질 수 있다.The organic photoactive layer may have a bulk heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed.

상기 형광체는 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.The phosphor may emit light in a wavelength band of 500 nm to 800 nm by absorbing ultraviolet or visible light.

상기 형광체는 적외선 파장 대역의 광을 흡수하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.The phosphors absorb light in the infrared wavelength band and emit light in the wavelength band of 500 nm to 800 nm.

상기 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층 중 어느 하나는 복수개의 필러들을 가지고, 나머지 하나는 상기 복수개의 필러들의 전면에 배치될 수 있다.One of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer may have a plurality of pillars and the other may be disposed on the front surface of the plurality of pillars.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다. 상기 태양전지의 제조방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 유기 광활성층을 형성하는 단계 및 상기 유기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이 또는 상기 유기 광활성층 내부에 형광체를 도입한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an organic solar cell. The method of manufacturing a solar cell includes forming a first electrode on a substrate, forming an organic photoactive layer on the first electrode, and forming a second electrode on the organic photoactive layer, A phosphor is introduced between the first electrode and the organic photoactive layer or inside the organic photoactive layer.

상기 유기 광활성층은 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층을 포함하고, 상기 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층 사이에 형광체를 도입할 수 있다.The organic photoactive layer includes a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer, and a phosphor may be introduced between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer.

상기 유기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합 구조로 형성할 수 있다.The organic photoactive layer may be formed of a bulk heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed.

상기 제1 전극 상에 형광제 분산액을 코팅하여 상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이에 상기 형광체를 도입할 수 있다.A fluorescent agent dispersion may be coated on the first electrode to introduce the phosphor between the first electrode and the organic photoactive layer.

상기 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층 중 어느 하나는 복수개의 필러들을 가지도록 형성하고, 나머지 하나는 상기 복수개의 필러들의 전면을 덮도록 형성할 수 있다.One of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer may have a plurality of pillars and the other may cover the entire surface of the plurality of pillars.

본 발명에 따르면, 형광체를 채용하여, 전지의 상부로부터 하부에 이르기까지의 전 영역에서 흡수하지 못한 특정 파장 대역의 태양광을 흡수한 후, 약 500nm ∼ 800nm의 가시광선 파장 대역의 광으로 파장 변환시켜 유기 광활성층에 공급함으로써, 태양전지의 광전류 밀도를 증가시킬 수 있다. 이로써, 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, phosphors are used to absorb sunlight in a specific wavelength band that can not be absorbed in the entire region from the upper portion to the lower portion of the battery, and then converted into light in a visible light wavelength band of about 500 nm to 800 nm To the organic photoactive layer, the photocurrent density of the solar cell can be increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be improved.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.
3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view showing an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.
4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms and includes all equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 그 기준에 따라 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며 절대적인 방향을 의미하는 것으로 한정 해석되어서는 안 된다.When a layer is referred to herein as being "on" another layer or substrate, it may be formed directly on another layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In the present specification, directional expressions of the upper side, upper side, upper side, and the like can be understood as meaning lower, lower, lower, and the like according to the standard. That is, the expression of the spatial direction should be understood in the relative direction and should not be construed as limiting in the absolute direction.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 생략된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
In the drawings, the thicknesses of the layers and regions may be exaggerated or omitted for the sake of clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도들이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 제1 전극(20)이 배치된다. 상기 제1 전극(20)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 상기 기판(10)은 지지대의 역할을 수행하는 것으로, 필요에 따라 제거될 수 있다. 상기 기판(10)은 광투과성 기판일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기판(10)은 광투과성의 무기물 기판 또는 유기물 기판이거나, 이들이 동종 또는 이종으로 2층 이상 적층된 다층 기판일 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)은 유리, 석영(quartz), Al2O3 및 SiC 중에서 선택되는 무기물 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 PC(polycarbonate), PMMA(polymethylmethacrylate), PET(polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 중에서 선택되는 유기물 기판일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.1A and 1B, a first electrode 20 is disposed. The first electrode 20 may be disposed on the substrate 10. The substrate 10 serves as a support and can be removed if necessary. The substrate 10 may be a light-transmitting substrate. More specifically, the substrate 10 may be a light-transmissive inorganic substrate or an organic substrate, or a multi-layer substrate having two or more layers of the same or different layers. In one example, the substrate 10 may be an inorganic substrate selected from glass, quartz, Al 2 O 3, and SiC. In addition, the substrate 10 may be formed of a material selected from the group consisting of polycarbonate, polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polyimide (PI), polyethylene naphthalate May be an organic substrate selected. However, the present invention is not limited thereto.

상기 제1 전극(20)은 그 상부에 위치한 유기 광활성층(30)에서 발생한 정공을 수집하는 애노드(anode)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 전극(20)은 광투과성 전극일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(20)은 높은 일함수와 낮은 저항을 가지는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 제1 전극(20)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorinated Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 또는 IZTO(Indium Zinc Tin Oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first electrode 20 may serve as an anode for collecting holes generated in the organic photoactive layer 30 located on the first electrode 20. The first electrode 20 may be a light-transmitting electrode. In addition, the first electrode 20 may be formed of a conductive material having a high work function and a low resistance. For example, the first electrode 20 may be formed of one of indium tin oxide (ITO), fluorinated tin oxide (FTO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (AZO) Zinc Tin Oxide). However, the present invention is not limited thereto.

상기 제1 전극(20) 상에 유기 광활성층(30)이 배치된다. 상기 유기 광활성층(30)은 입사된 태양광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍, 즉 엑시톤(exiton)을 형성하는 역할을 수행할 수 있다. An organic photoactive layer (30) is disposed on the first electrode (20). The organic photoactive layer 30 may absorb the incident sunlight to form an excited state of an electron-hole pair, that is, an exciton.

상기 유기 광활성층(30)은 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34)의 이중층으로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극(20) 상에 상기 p형 유기 반도체층(32)이 배치되고, 상기 p형 유기 반도체층(32) 상에 n형 유기 반도체층(34)이 배치될 수 있다. The organic photoactive layer 30 may be a double layer of a p-type organic semiconductor layer 32 and an n-type organic semiconductor layer 34. At this time, the p-type organic semiconductor layer 32 may be disposed on the first electrode 20 and the n-type organic semiconductor layer 34 may be disposed on the p-type organic semiconductor layer 32.

상기 p형 유기 반도체층(32)은 전자 주개(electron donor) 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전자 주개 물질은 입사된 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 형성하고, p-n 접합의 계면에서 분리된 정공을 애노드로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전자 주개 물질은 p형 반도체로 사용 가능한 공액 고분자일 수 있다. 일 예로, 상기 전자 주개 물질은 폴리티오펜(polythiophene)계, 폴리플루오렌(polyfluorene)계, 폴리아닐린(polyaniline)계, 폴리카바졸(polycarbazole)계, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole)계, 폴리페닐렌(polyphenylene)계, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)계, 폴리실란(polysilane)계, 폴리티아졸(polythiazole)계 또는 이들의 공중합체일 수 있다. The p-type organic semiconductor layer 32 may be formed of an electron donor material. The electron donor material may absorb the incident sunlight to form electron-hole pairs, and may transfer the holes separated from the interface of the p-n junction to the anode. The electron donor material may be a conjugated polymer usable as a p-type semiconductor. For example, the electron donor may be selected from the group consisting of polythiophene series, polyfluorene series, polyaniline series, polycarbazole series, polyvinylcarbazole series, polyphenylene series, polyphenylene-based, polyphenylenevinylene-based, polysilane-based, polythiazole-based or copolymers thereof.

보다 구체적으로, 상기 전자 주개 물질은 P3HT(poly(3-hexylthiophene)), MEH-PPV(poly-[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-3(3',7'-dimethyloctyloxy)-1-4-phenylene vinylene]), PFDTBT(poly((2,7-(9,9-dioctyl)-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)), PCPDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCDTBT(poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)]) 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.More specifically, the electron donor material is selected from the group consisting of P3HT (poly (3-hexylthiophene), MEH-PPV (2-methoxy-5- Poly ((2,7- (9,9-dioctyl) -fluorene) - PPV (poly [2-methoxy-5-3 (3 ', 7'- dimethyloctyloxy) (poly [N'-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-2'1 ', 3'-benzothiadiazole), PCPDTBT (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-2 ', 1', 3'- benzothiadiazole)], PCDTBT (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3'-benzothiadiazole)].

상기 n형 유기 반도체층(34)은 전자 받개(electron acceptor) 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전자 받개 물질은 상기 p-n 접합의 계면에서 분리된 전자를 캐소드로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전자 받개 물질은 n형 반도체로 사용 가능한 플러렌(fullerenes), 플러렌 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 페릴렌 유도체일 수 있다. 일 예로, 상기 플러렌 유도체는 PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester)일 수 있다. The n-type organic semiconductor layer 34 may be formed of an electron acceptor material. The electron acceptor material may serve to transfer electrons separated from the interface of the p-n junction to the cathode. The electron acceptor material may be fullerenes, fullerene derivatives, perylene or perylene derivatives usable as n-type semiconductors. For example, the fullerene derivative may be phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM).

상기 제1 전극(20)과 유기 광활성층(30) 사이에 형광체(50)가 배치될 수 있다. 상기 형광체(50)는 상기 제1 전극(20)의 전면에 걸쳐 랜덤하게 분포될 수 있다. The phosphor 50 may be disposed between the first electrode 20 and the organic photoactive layer 30. The phosphors 50 may be randomly distributed over the entire surface of the first electrode 20.

상기 형광체(50)는 상향 변환(up-conversion) 형광체 및/또는 하향 변환(down-conversion) 형광체일 수 있다. 이 때, 상기 형광체(50)로 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 하향 변환(down-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.The phosphor 50 may be an up-conversion phosphor and / or a down-conversion phosphor. In this case, it is preferable to use a down-conversion phosphor capable of absorbing ultraviolet or visible light of a wavelength band of the phosphor 50 and emitting light in a visible light wavelength band.

상기 형광체(50)는 자외선 파장 대역의 광을 흡수하거나, 적외선 파장 대역의 광을 흡수한 후, 상기 유기 광활성층(30)으로 가시광선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 형광체(50)는 350nm 이하의 파장 대역의 광을 흡수하고, 이를 여기하여 500m ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 상기 유기 광활성층(30)으로 방출할 수 있다. 또한, 상기 형광체(50)는 1000nm 이상의 파장 대역의 광을 흡수하고, 이를 여기하여 500m ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 상기 유기 광활성층(30)으로 방출할 수 있다. The phosphor 50 absorbs light in an ultraviolet wavelength band or absorbs light in an infrared wavelength band, and then emits light in a visible light wavelength range to the organic photoactive layer 30. [ More specifically, the phosphor 50 absorbs light having a wavelength band of 350 nm or less and excites the excited light to emit light having a wavelength band of 500 to 800 nm to the organic photoactive layer 30. In addition, the phosphor 50 absorbs light having a wavelength band of 1000 nm or more, excites it, and emits light having a wavelength band of 500 to 800 nm to the organic photoactive layer 30.

이로써, 상기 유기 광활성층(30)은 가장 흡수가 잘 되는 500m ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 보다 많이 흡수할 수 있다. 따라서, p-n 접합부에서 생성되는 엑시톤(exiton)의 양이 증가하여, 전지 내부를 흐르는 전류 밀도가 향상될 수 있다.As a result, the organic photoactive layer 30 can absorb more light in the wavelength range of 500 to 800 nm, which is the most absorbable. Accordingly, the amount of the excitons generated at the p-n junction increases, and the current density flowing in the battery can be improved.

상기 형광체(50)는 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34) 사이에 배치될 수도 있다. 이 때, 상기 형광체(50)로 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 하향 변환(down-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.The phosphor 50 may be disposed between the p-type organic semiconductor layer 32 and the n-type organic semiconductor layer 34. In this case, it is preferable to use a down-conversion phosphor capable of absorbing ultraviolet or visible light of a wavelength band of the phosphor 50 and emitting light in a visible light wavelength band.

또한, 상기 형광체(50)는 상기 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34) 중 적어도 어느 하나의 내부에 배치될 수도 있다. 상기 형광체(50)는 각 층의 내부에 분산된 형태로 존재할 수 있다. 이 때, 상기 p형 유기 반도체층(32) 내부에 함유되는 형광체(50)로는 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 하향 변환(down-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 n형 유기 반도체층(34) 내부에 함유되는 형광체(50)로는 적외선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 상향 변환(up-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the phosphor 50 may be disposed in at least one of the p-type organic semiconductor layer 32 and the n-type organic semiconductor layer 34. The phosphors 50 may be dispersed in each layer. In this case, the phosphor 50 contained in the p-type organic semiconductor layer 32 may be a down-converted phosphor that absorbs ultraviolet or visible light in the wavelength band of visible light, The phosphor 50 contained in the n-type organic semiconductor layer 34 absorbs sunlight in the infrared wavelength band and emits light in the visible light wavelength band. It is preferable to use an up-conversion phosphor.

상기 형광체(50)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 형광체는 수 nm ∼ 수 μm의 범위 내에서 다양한 크기를 가질 수 있다. The phosphor 50 may be an inorganic phosphor. The phosphor may contain an inorganic material exhibiting luminescence or phosphorescence. The phosphor may have various sizes within a range of several nanometers to several micrometers.

일 예로, 상기 형광체(50)는 (Y,Tb)3Al5O12:Ce3 +, (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2 +, CaAlSiN3:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu2 +,Mn2 +, Ca-alpha-SiAlON:Eu2 +, Beta-SiAlON:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +,Mn2 +, (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+, Lu2SiO5:Ce3+, (Ca,Sr,Ba)3SiO5:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+, Zn2SiO4:Mn2+, BaAl12O19:Mn2+, BaMgAl14O23:Mn2+, SrAl12O19:Mn2+, CaAl12O19:Mn2+, YBO3:Tb3+, LuBO3:Tb3 +, Y2O3:Eu3 +, Y2SiO5:Eu3 +, Y3Al5O12:Eu3 +, YBO3:Eu3 +, Y0.65Gd0.35BO3:Eu3+, GdBO3:Eu3 +, YVO4:Eu3 + 및 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 하향 변환 형광체일 수 있다.For example, the fluorescent material 50 is (Y, Tb) 3 Al 5 O 12: Ce 3 +, (Sr, Ba, Ca) 2 Si 5 N 8: Eu 2 +, CaAlSiN 3: Eu 2+, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, Mn 2 +, Ca-alpha-SiAlON: Eu 2 +, Beta-SiAlON: Eu 2+, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7 : Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7: Eu 2 +, Mn 2 +, (Ca, Sr, Ba) 5 (PO 4) 3Cl: Eu 2+, Lu 2 SiO 5: Ce 3+, (Ca, Sr, Ba ) 3 SiO 5: Eu 2+, (Ca, Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu 2+, Zn 2 SiO 4: Mn 2+, BaAl 12 O 19: Mn 2+ , BaMgAl 14 O 23: Mn 2+ , SrAl 12 O 19: Mn 2+, CaAl 12 O 19: Mn 2+, YBO 3: Tb 3+, LuBO 3: Tb 3 +, Y 2 O 3: Eu 3 + , Y 2 SiO 5: Eu 3 +, Y 3 Al 5 O 12: Eu 3 +, YBO 3: Eu 3 +, Y 0.65 Gd 0.35 BO 3: Eu 3+, GdBO 3: Eu 3 +, YVO 4: Eu 3 + and (Y, Gd) 3 (Al , Ga) 5 O 12: may be at least any one of a down-conversion phosphor is selected from the group consisting of Ce 3+.

또한, 상기 형광체(50)는 YF3:(Yb3 +,Er3 +), NaYF4:(Yb3 +,Er3 +), NaLaF4:(Yb3+,Er3+), LaF4:(Yb3 +,Er3 +) 및 BaY2F8:(Yb3 +,Er3 +)중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 상향 변환 형광체일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. The fluorescent material 50 may be a mixture of YF 3 : Yb 3 + , Er 3 + , NaYF 4 : Yb 3 + , Er 3 + , NaLaF 4 : Yb 3+ , Er 3+ , LaF 4 : (Yb 3 + , Er 3 + ), and BaY 2 F 8 : (Yb 3 + , Er 3 + ). However, the present invention is not limited thereto.

상기 유기 광활성층(30) 상에 제2 전극(40)이 배치된다. 상기 제2 전극(40)은 유기 광활성층(30)에서 발생한 전자를 수집하는 캐소드(cathode)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 전극(40)은 상기 제1 전극(20)과 대향 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(40)은 낮은 일함수를 갖는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극(20)과 상기 제2 전극(40) 간의 일함수 차이는 상기 유기 광활성층(30)에서 분리된 전하를 이동시킬 전기장을 형성할 수 있다. A second electrode (40) is disposed on the organic photoactive layer (30). The second electrode 40 may serve as a cathode for collecting electrons generated in the organic photoactive layer 30. The second electrode 40 may be disposed opposite to the first electrode 20. The second electrode 40 may be made of a conductive material having a low work function. The work function difference between the first electrode 20 and the second electrode 40 may form an electric field for moving charges separated from the organic photoactive layer 30.

상기 제2 전극(40)은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ca, Mg, K, Ti 및 Li 중에서 선택되는 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. The second electrode 40 may be made of a metal selected from Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ca, Mg, K, Ti and Li or an alloy thereof. However, the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 제1 전극(20), 유기 광활성층(30) 및 제2 전극(40)이 순차로 배치된다. 기판(10), 제1 전극(20) 및 제2 전극(40)에 대한 설명은 도 1과 같으므로, 생략하기로 한다.Referring to FIG. 2, a first electrode 20, an organic photoactive layer 30, and a second electrode 40 are sequentially disposed on a substrate 10. The description of the substrate 10, the first electrode 20, and the second electrode 40 is the same as FIG. 1, and therefore will not be described.

상기 유기 광활성층(30)은 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34)의 이중층으로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34) 중 어느 하나는 복수개의 필러들(32a)을 가지고, 나머지 하나가 상기 복수개의 필러들(32a)을 덮도록 전면에 배치될 수 있다. 이 경우, p-n 접합의 계면이 증가하여, 입사된 태양광에 의해 생성된 엑시톤으로부터 가까운 거리에 p-n 접합의 계면이 존재할 수 있다. 따라서, 엑시톤이 효과적으로 전자와 정공으로 분리될 수 있는 이점이 있다. The organic photoactive layer 30 may be a double layer of a p-type organic semiconductor layer 32 and an n-type organic semiconductor layer 34. At this time, any one of the p-type organic semiconductor layer 32 and the n-type organic semiconductor layer 34 has a plurality of pillars 32a and the other has a front surface As shown in FIG. In this case, the interface of the p-n junction increases, and the interface of the p-n junction may exist at a distance from the exciton generated by the incident sunlight. Therefore, there is an advantage that the excitons can be effectively separated into electrons and holes.

상기 p형 유기 반도체층(32)은 전자 주개(electron donor) 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전자 주개 물질은 입사된 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 형성하고, p-n 접합의 계면에서 분리된 정공을 애노드로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전자 주개 물질은 p형 반도체로 사용 가능한 공액 고분자일 수 있다. The p-type organic semiconductor layer 32 may be formed of an electron donor material. The electron donor material may absorb the incident sunlight to form electron-hole pairs, and may transfer the holes separated from the interface of the p-n junction to the anode. The electron donor material may be a conjugated polymer usable as a p-type semiconductor.

상기 n형 유기 반도체층(34)은 전자 받개(electron acceptor) 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전자 받개 물질은 상기 p-n 접합의 계면에서 분리된 전자를 캐소드로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전자 받개 물질은 n형 반도체로 사용 가능한 플러렌(fullerenes), 플러렌 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 페릴렌 유도체일 수 있다. The n-type organic semiconductor layer 34 may be formed of an electron acceptor material. The electron acceptor material may serve to transfer electrons separated from the interface of the p-n junction to the cathode. The electron acceptor material may be fullerenes, fullerene derivatives, perylene or perylene derivatives usable as n-type semiconductors.

도 2에서는 p형 유기 반도체층(32)이 복수개의 필러들을 가지는 형태에 대해 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, n형 유기 반도체층(34)이 복수개의 필러를 가지는 형태로 배치될 수도 있다.Although the p-type organic semiconductor layer 32 has a plurality of pillars in FIG. 2, the present invention is not limited thereto. The n-type organic semiconductor layer 34 may have a plurality of pillars.

상기 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34)의 사이에 형광체(50)가 배치될 수 있다. 이 때, 상기 형광체(50)는 상기 복수개의 필러들(32a) 사이에 배치될 수 있다. 상기 형광체(50)는 상기 복수개의 필러들(32a) 사이에 랜덤하게 분포될 수 있다. The phosphor 50 may be disposed between the p-type organic semiconductor layer 32 and the n-type organic semiconductor layer 34. At this time, the phosphor 50 may be disposed between the plurality of pillars 32a. The phosphor 50 may be randomly distributed among the plurality of fillers 32a.

이 때, 상기 형광체(50)로 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 하향 변환(down-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to use a down-conversion phosphor capable of absorbing ultraviolet or visible light of a wavelength band of the phosphor 50 and emitting light in a visible light wavelength band.

또한, 상기 형광체(50)는 상기 p형 유기 반도체층(32)과 n형 유기 반도체층(34) 중 적어도 어느 하나의 내부에 배치될 수도 있다. 상기 형광체(50)는 각 층의 내부에 분산된 형태로 존재할 수 있다. 이 때, 상기 p형 유기 반도체층(32) 내부에 함유되는 형광체(50)로는 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 하향 변환(down-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 n형 유기 반도체층(34) 내부에 함유되는 형광체(50)로는 적외선 파장 대역의 태양광을 흡수하여, 가시광선 파장 대역의 광을 방출할 수 있는 상향 변환(up-conversion) 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the phosphor 50 may be disposed in at least one of the p-type organic semiconductor layer 32 and the n-type organic semiconductor layer 34. The phosphors 50 may be dispersed in each layer. In this case, the phosphor 50 contained in the p-type organic semiconductor layer 32 may be a down-converted phosphor that absorbs ultraviolet or visible light in the wavelength band of visible light, The phosphor 50 contained in the n-type organic semiconductor layer 34 absorbs sunlight in the infrared wavelength band and emits light in the visible light wavelength band. It is preferable to use an up-conversion phosphor.

상기 형광체(50)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 형광체는 수 nm ∼ 수 μm의 범위 내에서 다양한 크기를 가질 수 있다. The phosphor 50 may be an inorganic phosphor. The phosphor may contain an inorganic material exhibiting luminescence or phosphorescence. The phosphor may have various sizes within a range of several nanometers to several micrometers.

일 예로, 상기 형광체(50)는 (Y,Tb)3Al5O12:Ce3 +, (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2 +, CaAlSiN3:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu2 +,Mn2 +, Ca-alpha-SiAlON:Eu2 +, Beta-SiAlON:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +,Mn2 +, (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+, Lu2SiO5:Ce3 +, (Ca,Sr,Ba)3SiO5:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2 +, Zn2SiO4:Mn2+, BaAl12O19:Mn2 +, BaMgAl14O23:Mn2 +, SrAl12O19:Mn2 +, CaAl12O19:Mn2 +, YBO3:Tb3+, LuBO3:Tb3 +, Y2O3:Eu3 +, Y2SiO5:Eu3 +, Y3Al5O12:Eu3 +, YBO3:Eu3 +, Y0.65Gd0.35BO3:Eu3+, GdBO3:Eu3 +, YVO4:Eu3 + 및 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 하향 변환 형광체일 수 있다.For example, the fluorescent material 50 is (Y, Tb) 3 Al 5 O 12: Ce 3 +, (Sr, Ba, Ca) 2 Si 5 N 8: Eu 2 +, CaAlSiN 3: Eu 2+, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, Mn 2 +, Ca-alpha-SiAlON: Eu 2 +, Beta-SiAlON: Eu 2+, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7 : Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7: Eu 2 +, Mn 2 +, (Ca, Sr, Ba) 5 (PO 4) 3Cl: Eu 2+, Lu 2 SiO 5: Ce 3 +, (Ca, Sr, Ba) 3 SiO 5: Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu 2 +, Zn 2 SiO 4: Mn 2+, BaAl 12 O 19: Mn 2 + , BaMgAl 14 O 23: Mn 2 +, SrAl 12 O 19: Mn 2 +, CaAl 12 O 19: Mn 2 +, YBO 3: Tb 3+, LuBO 3: Tb 3 +, Y 2 O 3: Eu 3 + , Y 2 SiO 5: Eu 3 +, Y 3 Al 5 O 12: Eu 3 +, YBO 3: Eu 3 +, Y 0.65 Gd 0.35 BO 3: Eu 3+, GdBO 3: Eu 3 +, YVO 4: Eu 3 + and (Y, Gd) 3 (Al , Ga) 5 O 12: may be at least any one of a down-conversion phosphor is selected from the group consisting of Ce 3+.

또한, 상기 형광체(50)는 YF3:(Yb3 +,Er3 +), NaYF4:(Yb3 +,Er3 +), NaLaF4:(Yb3+,Er3+), LaF4:(Yb3 +,Er3 +) 및 BaY2F8:(Yb3 +,Er3 +)중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 상향 변환 형광체일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. The fluorescent material 50 may be a mixture of YF 3 : Yb 3 + , Er 3 + , NaYF 4 : Yb 3 + , Er 3 + , NaLaF 4 : Yb 3+ , Er 3+ , LaF 4 : (Yb 3 + , Er 3 + ), and BaY 2 F 8 : (Yb 3 + , Er 3 + ). However, the present invention is not limited thereto.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 태양전지를 나타내는 단면도 및 평면도이다.3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view showing an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 기판(10) 상에 제1 전극(20), 유기 광활성층(30) 및 제2 전극(40)이 순차로 배치된다. 기판(10), 제1 전극(20) 및 제2 전극(40)에 대한 설명은 도 1과 같으므로, 생략하기로 한다.Referring to FIGS. 3A and 3B, a first electrode 20, an organic photoactive layer 30, and a second electrode 40 are sequentially disposed on a substrate 10. The description of the substrate 10, the first electrode 20, and the second electrode 40 is the same as FIG. 1, and therefore will not be described.

상기 유기 광활성층(30)은 전자 주개(electron donor, D, 32) 물질과 전자 받개(electron acceptor, A, 34) 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합(bulk heterojunction; BHJ)구조를 가질 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조의 유기 광활성층(30)은 상기 전자주개(32)-전자받개(34) 물질의 계면(D-A 계면)에서 전자친화도의 차이에 의해 광여기된 전하의 이동이 이루어질 수 있다.The organic photoactive layer 30 may have a bulk heterojunction (BHJ) structure in which an electron donor (D) 32 material and an electron acceptor (A) material are mixed. The organic photoactive layer 30 of the bulk heterojunction structure can be photoexcited due to the difference in electron affinity at the interface (DA interface) between the electron donor 32 and the electron acceptor 34 .

보다 구체적으로, 전지에 태양광을 조사하면, 전자 주개(32) 물질에서 태양광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공쌍, 즉 엑시톤이 형성되고, 상기 엑시톤은 임의 방향으로 확산하다가 D-A 계면을 만나게 된다. 이 경우, 전자 받개(34) 물질의 전자친화도가 전자 주개(32) 물질보다 더 크므로, 전자는 전자친화도가 큰 전자 받개 물질(34)쪽으로 이동하고, 정공은 전자 주개(32) 물질에 남아 각각 분리된다. 상기 분리된 전자 및 정공은 제1 전극(20)과 제2 전극(40)의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 축적된 전하의 농도차에 의해 각각 전극(20, 40)으로 이동하여 수집된다.More specifically, when the solar cell is irradiated with sunlight, an electron-hole pair, that is, an exciton is formed by absorbing sunlight from the electron donor material 32, the exciton diffuses in an arbitrary direction, do. In this case, since the electron affinity of the substance of the electron acceptor 34 is larger than that of the electron donor 32, the electrons move toward the electron donor substance 34 having a high electron affinity, Respectively. The separated electrons and holes are collected and collected by the electrodes 20 and 40, respectively, due to the difference between the internal electric field formed by the work function difference between the first electrode 20 and the second electrode 40 and the accumulated electric charge.

상기 유기 광활성층(30)은 파장 변환이 가능한 형광체(50)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(50)는 상기 유기 광활성층(30)에 전체 중량 대비 30 중량% 미만으로 함유될 수 있다. The organic photoactive layer 30 may include a phosphor 50 capable of wavelength conversion. The fluorescent material 50 may be contained in the organic photoactive layer 30 in an amount of less than 30% by weight based on the total weight of the organic photoactive layer 30.

상기 형광체(50)는 하향 변환 형광체일 수 있다. 즉, 상기 형광체(50)는 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 가시광선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.The phosphor 50 may be a down conversion phosphor. That is, the phosphor 50 absorbs ultraviolet light or visible light, and emits light in a wavelength region of visible light.

보다 구체적으로, 상기 형광체(50)는 500nm 미만의 파장 대역의 광을 흡수한 후, 이를 여기하여 500m ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출하는 물질로 이루어질 수 있다. More specifically, the phosphor 50 may be made of a material that absorbs light in a wavelength band of less than 500 nm, excites it, and emits light in a wavelength band of 500 to 800 nm.

상기 형광체(32)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체(32)는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 형광체는 수 nm ∼ 수 μm의 범위 내에서 다양한 크기를 가질 수 있다. The phosphor 32 may be an inorganic phosphor. The phosphor 32 may contain an inorganic material exhibiting light emission or phosphorescence. The phosphor may have various sizes within a range of several nanometers to several micrometers.

일 예로, 상기 형광체는 (Y,Tb)3Al5O12:Ce3+, (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu2 +,Mn2 +, Ca-alpha-SiAlON:Eu2 +, Beta-SiAlON:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +,Mn2 +, (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+, Lu2SiO5:Ce3 +, (Ca,Sr,Ba)3SiO5:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2 +, Zn2SiO4:Mn2+, BaAl12O19:Mn2+, BaMgAl14O23:Mn2+, SrAl12O19:Mn2+, CaAl12O19:Mn2+, YBO3:Tb3+, LuBO3:Tb3+, Y2O3:Eu3+, Y2SiO5:Eu3+, Y3Al5O12:Eu3+, YBO3:Eu3+, Y0.65Gd0.35BO3:Eu3+, GdBO3:Eu3+, YVO4:Eu3+ 및 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3+로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the phosphor may be selected from the group consisting of (Y, Tb) 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ , (Sr, Ba, Ca) 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , CaAlSiN 3 : Eu 2+ , BaMgAl 10 O 17 : Eu 2 +, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2 +, Mn 2 +, Ca-alpha-SiAlON: Eu 2 +, Beta-SiAlON: Eu 2+, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7: Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba ) 2 P 2 O 7: Eu 2 +, Mn 2 +, (Ca, Sr, Ba) 5 (PO 4) 3Cl: Eu 2+, Lu 2 SiO 5: Ce 3 +, (Ca, Sr, Ba) 3 SiO 5: Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu 2 +, Zn 2 SiO 4: Mn 2+, BaAl 12 O 19: Mn 2+, BaMgAl 14 O 23: Mn 2+, SrAl 12 O 19: Mn 2+, CaAl 12 O 19: Mn 2+, YBO 3: Tb 3+, LuBO 3: Tb 3+, Y 2 O 3: Eu 3+, Y 2 SiO 5: Eu 3+, Y 3 Al 5 O 12: Eu 3+, YBO 3: Eu 3+, Y 0.65 Gd 0.35 BO 3: Eu 3+, GdBO 3: Eu 3+, YVO 4: Eu 3+ and It may be at least one selected from the group consisting of Ce 3+: (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12. However, the present invention is not limited thereto.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 제1 전극(20)을 형성한다. 상기 기판(10)은 광투과성의 무기물 기판 또는 유기물 기판이거나, 이들이 동종 또는 이종으로 2층 이상 적층된 다층 기판일 수 있다. Referring to FIG. 4A, a first electrode 20 is formed on a substrate 10. The substrate 10 may be a light-transmissive inorganic substrate or an organic substrate, or may be a multi-layer substrate of two or more layers of the same type or different layers.

상기 제1 전극(20)은 광투과성 전극일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(20)은 높은 일함수와 낮은 저항을 가지는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극(20)은 진공증착법, 열증착법, 전자빔증착법 또는 RF 마그네트론 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first electrode 20 may be a light-transmitting electrode. In addition, the first electrode 20 may be formed of a conductive material having a high work function and a low resistance. The first electrode 20 may be formed by vacuum evaporation, thermal evaporation, electron beam evaporation, or RF magnetron sputtering. However, the present invention is not limited thereto.

도 4b를 참조하면, 제1 전극(20) 상에 형광체(50)를 도입한다. 상기 형광체(50)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 형광체는 수 nm ∼ 수 μm의 범위 내에서 다양한 크기를 가질 수 있다. Referring to FIG. 4B, the phosphor 50 is introduced onto the first electrode 20. The phosphor 50 may be an inorganic phosphor. The phosphor may contain an inorganic material exhibiting luminescence or phosphorescence. The phosphor may have various sizes within a range of several nanometers to several micrometers.

상기 형광체(50)는 일 예로, 형광체 분말을 일정 용매에 분산시켜 분산액을 제조한 후, 상기 분산액을 제1 전극(20) 상에 도포하는 방법으로 도입될 수 있다. 이 때, 상기 용매는 형광체의 종류에 따라 통상 사용되는 용매 중 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 상기 분산액을 제1 전극(20) 상에 도포하기 위해 스핀 코팅법 또는 스프레이 코팅법을 이용할 수 있다. 이 경우, 형광체(50)는 상기 제1 전극(20)의 전면에 걸쳐 랜덤하게 분포할 수 있다. The phosphor 50 may be introduced, for example, by dispersing a phosphor powder in a certain solvent to prepare a dispersion, and then applying the dispersion to the first electrode 20. At this time, the solvent may be appropriately selected from among commonly used solvents depending on the kind of the phosphor. In order to coat the dispersion on the first electrode 20, a spin coating method or a spray coating method may be used. In this case, the phosphor 50 may be randomly distributed over the entire surface of the first electrode 20.

도 4c를 참조하면, 형광체(50)가 도입된 제1 전극(20) 상에 유기 광활성층(30)을 형성한다. Referring to FIG. 4C, the organic photoactive layer 30 is formed on the first electrode 20 on which the phosphor 50 is introduced.

상기 유기 광활성층(30)은 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층의 이중층 구조로 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극(20) 상에 상기 p형 유기 반도체층을 형성한 후, 상기 p형 유기 반도체층 상에 n형 유기 반도체층을 형성할 수 있다. 상기 p형 유기 반도체층은 p형 반도체로 사용할 수 있는 공액 고분자를 함유할 수 있다. 상기 n형 유기 반도체층은 n형 반도체로 사용 가능한 플러렌(fullerenes), 플러렌 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 페릴렌 유도체를 함유할 수 있다. The organic photoactive layer 30 may have a double layer structure of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer. At this time, after the p-type organic semiconductor layer is formed on the first electrode 20, an n-type organic semiconductor layer may be formed on the p-type organic semiconductor layer. The p-type organic semiconductor layer may contain a conjugated polymer usable as a p-type semiconductor. The n-type organic semiconductor layer may contain fullerenes, fullerene derivatives, perylene or perylene derivatives usable as n-type semiconductors.

상기 p형 유기 반도체층은 일 예로, p형 유기물 분산액을 상기 제1 전극(20) 상에 도포하고 건조시켜 형성할 수 있으며, n형 유기 반도체층은 n형 유기물 분산액을 상기 p형 유기 반도체층 상에 도포하고 건조시켜 형성할 수 있다. For example, the p-type organic semiconductor layer may be formed by coating a p-type organic material dispersion on the first electrode 20 and drying the n-type organic semiconductor layer, And then dried.

한편, 상기 p형 유기 반도체층을 복수개의 필러들을 가지도록 형성하고, 상기 n형 유기 반도체층은 상기 복수개의 필러들을 덮도록 형성할 수 있다. 상기 복수개의 필러들은 일 예로, 나노 임프린트 리소그래피(NIL) 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극(20) 상에 p형 유기물을 박막 형태로 증착하고, 양각 또는 음각의 패턴을 가지는 몰드를 상기 p형 유기물 박막과 접촉시킨 후, 가열 및 가압하여 상기 몰드의 패턴을 전사함으로써 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, the p-type organic semiconductor layer may be formed to have a plurality of pillars, and the n-type organic semiconductor layer may be formed to cover the plurality of pillars. The plurality of fillers may be formed using, for example, a nanoimprint lithography (NIL) process. More specifically, a p-type organic material is deposited on the first electrode 20 in the form of a thin film, and a mold having a pattern of a relief or depressed angle is contacted with the p-type organic thin film, For example. However, the present invention is not limited thereto.

한편, 상기 유기 광활성층(30)은 전자 주개(electron donor, D) 물질과 전자 받개(electron acceptor, A) 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합(bulk heterojunction; BHJ)구조로 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 유기 광활성층(30)은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질을 용매에 혼합하여 혼합 용액을 제조한 후, 상기 혼합 용액을 상기 형광체(50)가 도입된 제1 전극(20) 상에 도포하고, 상기 용매를 건조시켜 형성할 수 있다. 상기 도포는 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 등 공지된 통상의 코팅법을 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스핀 코팅법 또는 스프레이 코팅법에 의해 수행될 수 있다.Meanwhile, the organic photoactive layer 30 may have a bulk heterojunction (BHJ) structure in which an electron donor (D) material and an electron acceptor (A) material are mixed. For example, the organic photoactive layer 30 may be formed by mixing an electron donor material and an electron acceptor material in a solvent to prepare a mixed solution. Then, the mixed solution is coated on the first electrode 20 on which the fluorescent material 50 is introduced And drying the solvent. The application may be carried out by using a conventional coating method such as spin coating, spray coating, doctor blade coating, inkjet printing or screen printing, preferably by a spin coating method or a spray coating method.

도 4d를 참조하면, 유기 광활성층(30) 상에 제2 전극(40)을 형성한다. 상기 제2 전극(40)은 낮은 일함수를 갖는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전극(40)은 진공증착법, 열증착법, 전자빔증착법 또는 RF 마그네트론 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 4D, a second electrode 40 is formed on the organic photoactive layer 30. The second electrode 40 may be made of a conductive material having a low work function. The second electrode 40 may be formed by vacuum deposition, thermal deposition, electron beam deposition, or RF magnetron sputtering. However, the present invention is not limited thereto.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

10: 기판 20: 제1 전극
30: 유기 광활성층 40: 제2 전극
50: 형광체10: substrate 20: first electrode
30: organic photoactive layer 40: second electrode
50: phosphor

Claims (11)

제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 유기 광활성층을 포함하되,
상기 유기 광활성층은 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이 또는 상기 p형 유기 반도체층과 상기 n형 유기 반도체층 사이에 형광체를 포함하는 유기 태양전지.A first electrode;
A second electrode facing the first electrode; And
And an organic photoactive layer interposed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the organic photoactive layer includes a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer,
And a phosphor between the first electrode and the organic photoactive layer or between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합 구조로 이루어지는 유기 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the organic photoactive layer comprises a bulk heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed. 제1항에 있어서,
상기 형광체는 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출하는 유기 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the phosphor absorbs light in a wavelength band of ultraviolet or visible light and emits light in a wavelength band of 500 nm to 800 nm. 제1항에 있어서,
상기 형광체는 적외선 파장 대역의 광을 흡수하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출하는 유기 태양전지. The method according to claim 1,
Wherein the phosphor absorbs light in an infrared wavelength band and emits light in a wavelength band of 500 nm to 800 nm. 제1항에 있어서,
상기 p형 유기 반도체층과 상기 n형 유기 반도체층 중 어느 하나는 복수개의 필러들을 가지고, 나머지 하나는 상기 복수개의 필러들의 전면에 배치되는 유기 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer has a plurality of fillers, and the other one is disposed on a front surface of the plurality of fillers. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 유기 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 유기 광활성층은 p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이 또는 상기 p형 유기 반도체층과 상기 n형 유기 반도체층 사이에 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.Forming a first electrode on the substrate;
Forming an organic photoactive layer on the first electrode; And
And forming a second electrode on the organic photoactive layer,
Wherein the organic photoactive layer includes a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer,
Wherein the organic photoactive layer comprises a phosphor and a phosphor is disposed between the first electrode and the organic photoactive layer or between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 유기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼재하는 벌크 이종 접합 구조로 형성하는 유기 태양전지의 제조방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the organic photoactive layer is formed by a bulk heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed. 제7항에 있어서,
상기 제1 전극 상에 형광제 분산액을 코팅하여 상기 제1 전극과 상기 유기 광활성층 사이에 상기 형광체를 도입하는 유기 태양전지의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the fluorescent material is coated on the first electrode to introduce the phosphor between the first electrode and the organic photoactive layer. 제7항에 있어서,
상기 p형 유기 반도체층과 상기 n형 유기 반도체층 중 어느 하나는 복수개의 필러들을 가지도록 형성하고, 나머지 하나는 상기 복수개의 필러들의 전면을 덮도록 형성하는 유기 태양전지의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is formed to have a plurality of pillars, and the other one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer covers the entire surface of the plurality of pillars.
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