KR101456259B1 - Inverted Organic Solar Cell and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 인버티드 유기 태양전지의 버퍼층인 전자 흡수층을 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 성막 형성할 수 있도록 함으로써, 대면적화가 가능하여 양산 체제 적용이 용이하며, 슬롯 다이 및 건조기 등이 불필요하여 제조 설비를 단순하고 소규모화할 수 있고, 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 전자 흡수층에 대해 금속 물질이 도핑된 산화물 형태로 형성되도록 함으로써, 전기적 특성 및 투과도를 향상시킬 수 있는 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to an inverted organic solar cell and a method of manufacturing the same, and it is possible to form an electron absorbing layer, which is a buffer layer of an inverted organic solar cell, through a sputtering process together with a negative electrode transparent electrode layer, Since the slot die and the drier are not required, the manufacturing facility can be simplified and reduced in size, and the electron absorbing layer formed through the sputtering process can be formed in the form of an oxide doped with a metal material, The present invention provides an inverted organic solar cell and a method of manufacturing the same.

Figure R1020120116060
Figure R1020120116060

Description

인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법{Inverted Organic Solar Cell and Manufacturing Method Thereof}≪ Desc / Clms Page number 1 > Inverted Organic Solar Cell and Method of Manufacturing the Inverted Organic Solar Cell &

본 발명은 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인버티드 유기 태양전지의 버퍼층인 전자 흡수층을 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 성막 형성할 수 있도록 함으로써, 대면적화가 가능하여 양산 체제 적용이 용이하며, 슬롯 다이 및 건조기 등이 불필요하여 제조 설비를 단순하고 소규모화할 수 있고, 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 전자 흡수층에 대해 금속 물질이 도핑된 산화물 형태로 형성되도록 함으로써, 전기적 특성 및 투과도를 향상시킬 수 있는 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an inverted organic solar cell and a manufacturing method thereof. More specifically, it is possible to form an electron absorbing layer, which is a buffer layer of an inverted organic solar cell, together with a negative electrode transparent electrode layer through a sputtering process, thereby making it possible to make a large-sized panel easy to apply a mass production system, An inverted organic solar cell capable of improving the electrical characteristics and the transmittance by forming the electron absorbing layer formed through the sputtering process in the form of an oxide doped with a metal material, ≪ / RTI >

최근 지구온난화 등의 환경문제로 청정 대체에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 이유로 수소/연료전지, 태양전지, 풍력 등의 대체에너지원 개발에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 에너지 자원량이 가장 많은 태양전지에 대한 연구가 활발하다.Recently, the need for clean alternative energy is increasing due to environmental problems such as global warming. For this reason, much research has been conducted on the development of alternative energy sources such as hydrogen / fuel cells, solar cells, and wind power, and research on solar cells having the largest amount of energy resources is actively conducted.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 소자이다. 상용화 초기에는 결정질 실리콘 태양전지가 대부분이었으나, 결정질 실리콘의 높은 생산 단가 때문에, 무기박막 태양전지, 연료감응형 태양전지, 유기박막 태양전지 등의 상대적으로 저렴한 신규 태양전지로의 연구가 집중되고 있다. 실리콘을 중심으로 한 무기 태양전지는 높은　변환효율을 갖지만, 제작공정 과정에 높은 비용이 들며, 무게 및 유연성에 한계를 지닌다. 이러한 이유로 무기태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 유기 태양전지의 수요가 예상된다.Solar cells are devices that directly convert light energy into electrical energy. Crystalline silicon solar cells were mostly used at the beginning of commercialization, but due to the high production cost of crystalline silicon, research into relatively inexpensive new solar cells such as inorganic thin film solar cells, fuel sensitive solar cells, and organic thin film solar cells has been concentrated. Silicon-based inorganic solar cells have high conversion efficiency, but they are expensive to manufacture and have limited weight and flexibility. For this reason, demand for organic solar cells is expected mainly in the markets where inorganic solar cells can not be used.

유기 태양전지는 값싼 유기물을 사용하기 때문에 높은 생산성을 기대할 수 있다. 또한, 전체 소자의 두께가 수백 nm에 불과하고 플렉시블하게 제작할 수 있어 무게와 두께, 형태에 제약이 적어 초소형 혹은 이동통신용 기기 등의 새로운 용도의 전원으로 응용 가능성이 기대되고 있다.Because organic solar cells use cheap organic materials, high productivity can be expected. In addition, since the entire device has a thickness of only a few hundred nanometers, it can be manufactured flexibly, and there is no restriction on the weight, thickness, and shape, so that it is expected to be applied to a power source for a new application such as an ultra small or mobile communication device.

도 1은 일반적인 인버티드 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general inverted organic solar cell.

인버티드 유기 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(100) 위에 형성된 음극 전극(200)-전자 흡수층(300)-활성층(유기 반도체층)(400)-정공 흡수층(500)-양극 전극(600) 구조로 간단히 나타낼 수 있는데, 높은 일함수를 갖는 투명 전극인 ITO를 음극(200)으로 하고, 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca 등을 양극(600) 물질로 사용한다. 활성층(400)은 100nm 정도의 두께를 가진 전자주게 물질(Electron donor)과 전자받게 물질(Electron acceptor)의 2층 구조(D/A bi-layer structure) 혹은 bulk-heterojunction((D+A) blend) 구조를 이용하는데, 경우에 따라서는 전자의 두 donor-acceptor 층 사이에 후자의 bulk-heterojunction 구조가 끼어있는 혼합구조(D/(D+A)/A)를 이용하기도 한다. 활성층으로 사용되는 유기 반도체에는 유기 단분자와 고분자가 있다.The inverted organic solar cell includes a cathode electrode 200, an electron absorbing layer 300, an active layer (organic semiconductor layer) 400, a hole absorbing layer 500, and an anode electrode (not shown) formed on the substrate 100 as shown in FIG. 600) structure. ITO, which is a transparent electrode having a high work function, is used as a cathode 200, and Al or Ca having a low work function is used as a cathode 600 material. The active layer 400 may have a two-layer structure (D / A bi-layer structure) or bulk-heterojunction (D + A) blend of an electron donor and an electron acceptor (D / (D + A) / A) where the latter bulk-heterojunction structure is interposed between the two donor-acceptor layers of the former. Organic semiconductors used as the active layer include organic monomers and polymers.

유기 태양전지에 광을 쬐어주면, 전자주게 물질에서 광을 흡수하여 여기 상태의 전자－정공 쌍(Exciton)이 형성된다. 여기 상태의 전자－정공 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자받게 물질과의 계면을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 계면에서 전자는 전자 친화도가 큰 전자받게 물질 쪽으로 이동하고 정공은 전자주게 물질 쪽에 남아 각각의 전하 상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동하여 수집되며, 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다.
When an organic solar cell is irradiated with light, an electron-hole pair (Exciton) is formed by absorbing light from the electron-donating substance. The electron-hole pairs in the excited state diffuse in an arbitrary direction, and when they meet the interface with the electron-accepting material, they are separated into electrons and holes. That is, at the interface, electrons move toward the electron-accepting material having a high electron affinity, and the holes remain in the electron-donating substance to separate into the respective charge states. They are moved to the respective electrodes by the difference of the internal electric field formed by the work function difference of the both electrodes and the accumulated electric charge, and are finally collected in the form of current through the external circuit.

도 2는 종래 기술에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view showing a step of manufacturing a conventional inverted organic solar cell according to the prior art.

인버티드 유기 태양전지의 종래 제조 공정을 도 2를 참고로 살펴보면, 먼저, 스퍼터링 장치(10)를 이용하여 기판(100)의 상면에 투명 전극(TCO, Transparent conductive oxide)(200)을 증착 형성하고, 투명 전극(200)이 형성된 기판(100)을 이동 벨트(60) 위에 배치하여 이동 벨트(60)를 따라 기판 유닛(100)을 이동시킨다. 이동 벨트(100)의 이동 경로 상에는 제 1 슬롯 다이(21)가 배치되어 있다. 제 1 슬롯 다이(21)는 이동 벨트(60)를 따라 이동하는 기판(100)의 투명 전극(200) 상면에 전자 흡수 용액을 분사하여 용액 공정(solution process)으로 투명 전극(200)의 상면에 전자 흡수층(300)을 형성한다. 투명 전극의 상면에 분사된 전자 흡수 용액은 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 위치하는 건조기(40)에 의해 건조된다.2, a transparent electrode (TCO) 200 is deposited on the upper surface of a substrate 100 by using a sputtering apparatus 10, The substrate 100 on which the transparent electrode 200 is formed is placed on the moving belt 60 to move the substrate unit 100 along the moving belt 60. On the moving path of the moving belt 100, a first slot die 21 is disposed. The first slot die 21 injects an electron absorbing solution onto the upper surface of the transparent electrode 200 of the substrate 100 moving along the moving belt 60 and forms a solution process on the upper surface of the transparent electrode 200 An electron absorbing layer 300 is formed. The electron absorbing solution sprayed on the upper surface of the transparent electrode is dried by the drier 40 located on the moving path of the moving belt 60.

전자 흡수층(300)이 형성된 기판은 이동 벨트(60)를 따라 계속 이동한다. 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 배치되어 있는 제 2 슬롯 다이(22)는 활성 용액을 전자 흡수층(300)의 상면에 분사하여 용액 공정으로 전자 흡수층(300)의 상면에 활성층(400)을 형성한다. 전자 흡수층의 상면에 분사된 활성 용액은 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 위치하는 건조기(40)에 의해 건조된다.The substrate on which the electron absorbing layer 300 is formed continues to move along the moving belt 60. The second slot die 22 disposed on the moving path of the moving belt 60 injects the active solution onto the upper surface of the electron absorbing layer 300 to form the active layer 400 on the upper surface of the electron absorbing layer 300 by a solution process . The active solution sprayed on the upper surface of the electron absorbing layer is dried by the dryer 40 located on the moving path of the moving belt 60. [

활성층(400)이 형성된 기판(100)은 이동 벨트(60)를 따라 계속 이동한다. 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 배치되어 있는 제 3 슬롯 다이(23)는 정공 흡수 용액을 활성층(400)의 상면에 분사하여 용액 공정으로 활성층(400)의 상면에 정공 흡수층(500)을 형성한다. 활성층의 상면에 분사된 정공 흡수 용액은 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 위치하는 건조기(40)에 의해 건조된다.The substrate 100 on which the active layer 400 is formed continues to move along the moving belt 60. The third slot die 23 disposed on the moving path of the moving belt 60 injects a hole absorbing solution onto the upper surface of the active layer 400 and a hole absorbing layer 500 is formed on the upper surface of the active layer 400 by a solution process . The hole-absorbing solution sprayed on the upper surface of the active layer is dried by the drier 40 located on the moving path of the moving belt 60.

정공 흡수층(500)이 형성된 기판(100)은 이동 벨트(60)를 따라 계속 이동하며, 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 배치되어 있는 오목 인쇄 유닛(30)을 통해 정공 흡수층(500)의 상면에 오목 인쇄 방식(gravure)으로 양극 전극(600)을 인쇄하여 인버티드 유기 태양전지를 제조 완료한다. 인쇄된 양극 전극(600)은 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 위치하는 건조기(40)에 의해 건조된다. 이후, 별도의 라미네이터 유닛은 제조된 인버티드 유기 태양전지를 코팅 필름으로 인캡슐레이트하여 수분과 산소로부터 인버티드 유기 태양전지를 보호한다.The substrate 100 on which the hole absorbing layer 500 is formed moves continuously along the moving belt 60 and moves through the concave printing unit 30 disposed on the moving path of the moving belt 60, The anode electrode 600 is printed by gravure on the upper surface to complete the manufacture of the inverted organic solar cell. The printed anode electrode 600 is dried by the dryer 40 located on the moving path of the moving belt 60. A separate laminator unit then encapsulates the manufactured inverted organic solar cell with a coating film to protect the inverted organic solar cell from moisture and oxygen.

이상에서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정에서는 전자 흡수층을 포함하여 활성층, 정공 흡수층, 양극 전극층을 용액 공정으로 제조한다. 최근에는 유기 태양전지의 면적이 대면적화되는 추세인데, 슬롯 다이를 통해 용액 공정을 이용하여 전자 흡수층을 형성하는 경우 전자 흡수층의 균일도가 낮아져 유기 태양전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.As described above, in the manufacturing process of the inverted organic solar cell according to the prior art, the active layer, the hole absorbing layer, and the anode electrode layer including the electron absorbing layer are prepared by a solution process. In recent years, the area of the organic solar cell has been enlarged. When the electron absorbing layer is formed by using the solution process through the slot die, the uniformity of the electron absorbing layer is lowered and the performance of the organic solar cell is deteriorated.

또한 종래 기술에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정에서는 유기 태양전지의 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층을 형성하기 위해 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층에 각각 할당된 슬롯 다이와 건조기를 구비하여야 하기 때문에, 제조 설비가 복잡해지며, 특히 전자 흡수층을 형성하기 위해 적절한 균일 농도의 전자 흡수 용액을 지속적으로 슬롯 다이에 공급하는 것이 사실상 용이하지 않아 그 제조 공정이 용이하지 않다는 문제가 있었다.
Further, in the process of manufacturing the inverted organic solar cell according to the related art, since the slot die and the drier respectively allocated to the electron absorbing layer, the active layer, and the hole absorbing layer for forming the electron absorbing layer, the active layer, and the hole absorbing layer of the organic solar cell must be provided, There has been a problem in that it is not easy to continuously supply the electron absorbing solution having an appropriate uniform concentration to the slot die in order to form the electron absorbing layer, and the manufacturing process thereof is not easy.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 인버티드 유기 태양전지의 버퍼층인 전자 흡수층을 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 성막 형성할 수 있도록 함으로써, 대면적화가 가능하여 양산 체제 적용이 용이하며, 슬롯 다이 및 건조기 등이 불필요하여 제조 설비를 단순하고 소규모화할 수 있는 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method for forming an electron absorbing layer, which is a buffer layer of an inverted organic solar cell, together with a negative electrode transparent electrode layer through a sputtering process, The present invention provides an inverted organic solar cell which can be easily applied in a mass production system and can simplify and miniaturize a manufacturing facility by eliminating the need for a slot die and a dryer, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 다른 목적은 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 전자 흡수층에 대해 금속 물질이 도핑된 산화물 형태로 형성되도록 함으로써, 전기적 특성 및 투과도를 향상시킬 수 있는 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an inverted organic solar cell capable of improving electrical characteristics and transparency by forming an electron absorbing layer formed through a sputtering process in the form of an oxide doped with a metal material and a manufacturing method thereof .

본 발명의 또 다른 목적은 음극 투명 전극층에 대한 스퍼터링 공정 장비에 금속 타겟을 추가하는 방식으로 기존 장비를 활용하여 음극 투명 전극층과 일체로 형성하도록 함으로써, 별도의 장비를 구비할 필요가 없고 더욱 신속하고 편리하게 제조할 수 있는 인버티드 유기 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
It is a further object of the present invention to provide a metal target in a sputtering process equipment for a negative electrode transparent electrode layer, which is formed integrally with a negative electrode transparent electrode layer by utilizing existing equipment, The present invention provides an inverted organic solar cell and a method of manufacturing the same.

본 발명은, 기판의 상면에 음극 투명 전극층, 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층이 순차적으로 적층 형성되는 인버티드 유기 태양전지를 제조하는 제조 방법에 있어서, (a) 상기 기판의 상면에 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층을 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성하는 단계; 및 (b) 상기 (a)단계를 통해 일체로 형성된 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층 상부에 상기 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층을 각각 용액 공정을 통해 순차적으로 적층 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (a)단계에서 상기 전자 흡수층은 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되도록 상기 스퍼터링 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법을 제공한다.A manufacturing method of an inverted organic solar cell in which an anode transparent electrode layer, an electron absorbing layer, an active layer, a hole absorbing layer and a cathode electrode layer are sequentially laminated on an upper surface of a substrate, the method comprising the steps of: (a) Forming a negative electrode transparent electrode layer and an electron absorbing layer integrally through a sputtering process; And (b) sequentially stacking the active layer, the hole absorbing layer, and the anode electrode layer on the cathode transparent electrode layer and the electron absorbing layer integrally formed through the step (a) through a solution process, wherein (a ), The sputtering process is performed such that the electron absorbing layer is formed of an oxide doped with at least two metal materials.

이때, 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층은 하나의 진공 스퍼터 챔버 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성될 수 있다.At this time, the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorbing layer may be deposited by a sputtering process in a single vacuum sputtering chamber.

또한, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치될 수 있다.In addition, a negative electrode transparent electrode layer target is disposed in the vacuum sputtering chamber so that the negative electrode transparent electrode layer is deposited, and a first metal target and a second metal material are deposited so that the first metal material and the second metal material of the electron- Targets may be arranged, respectively.

또한, 상기 기판은 유연성을 갖는 유연 기판으로 적용되고, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 기판이 권취되어 회전 이동하도록 회전 드럼이 배치되며, 상기 기판에 상기 음극 투명 전극층 및 전자 흡수층이 순차적으로 증착 형성되도록 상기 음극 투명 전극층 타겟, 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 상기 기판의 회전 이동 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.Also, the substrate is applied as a flexible substrate having flexibility, and a rotating drum is disposed inside the vacuum sputter chamber so that the substrate is wound and rotated so that the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorbing layer are sequentially deposited on the substrate The negative electrode transparent electrode layer target, the first metal target, and the second metal target may be sequentially disposed along the rotation direction of the substrate.

또한, 상기 전자 흡수층은 상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링 방식으로 형성될 수 있다.The electron absorbing layer may be formed by a co-sputtering method in which a first metal material and a second metal material are simultaneously deposited by applying electric power to the first metal target and the second metal target simultaneously.

또한, 상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 각각 인가되는 전력의 크기를 조절하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질의 조성 비율을 조절할 수 있다.In addition, the composition ratio of the first metal material and the second metal material can be adjusted by controlling the magnitude of electric power applied to the first metal target and the second metal target, respectively.

또한, 상기 전자 흡수층은 제 1 금속 물질로 아연(Zn)이 적용되고, 제 2 금속 물질로 티타늄(Ti)이 적용되어 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)로 형성될 수 있다.In addition, the electron absorption layer may be formed of zinc-titanium oxide (Zn-Ti-O) by applying zinc (Zn) as a first metal material and applying titanium (Ti) as a second metal material.

이때, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치되며, 상기 제 1 금속 타겟은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 상기 제 2 금속 타겟은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용될 수 있다.At this time, a negative electrode transparent electrode layer target is disposed in the vacuum sputtering chamber so that the negative electrode transparent electrode layer is deposited, and the first metal target and the second metal material are deposited so that the first metal material and the second metal material of the electron- Targets are respectively disposed, the first metal target is applied as zinc oxide (ZnO), and the second metal target is applied as titanium dioxide (TiO 2 ).

한편, 본 발명은, 기판의 상면에 음극 투명 전극층, 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층이 순차적으로 적층 형성되는 인버티드 유기 태양전지에 있어서, 상기 전자 흡수층은 상기 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성되며, 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지를 제공한다.On the other hand, the present invention is an inverted organic solar cell in which a cathode transparent electrode layer, an electron absorbing layer, an active layer, a hole absorbing layer and a cathode electrode layer are sequentially laminated on an upper surface of a substrate, wherein the electron absorbing layer is formed by a sputtering process And at least two metal materials are formed of a doped oxide. The present invention also provides an inverted organic solar cell comprising the same.

이때, 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층은 하나의 진공 스퍼터 챔버 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성될 수 있다.At this time, the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorbing layer may be deposited by a sputtering process in a single vacuum sputtering chamber.

또한, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치될 수 있다.In addition, a negative electrode transparent electrode layer target is disposed in the vacuum sputtering chamber so that the negative electrode transparent electrode layer is deposited, and a first metal target and a second metal material are deposited so that the first metal material and the second metal material of the electron- Targets may be arranged, respectively.

또한, 상기 전자 흡수층은 상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링 방식으로 형성될 수 있다.The electron absorbing layer may be formed by a co-sputtering method in which a first metal material and a second metal material are simultaneously deposited by applying electric power to the first metal target and the second metal target simultaneously.

또한, 상기 전자 흡수층은 제 1 금속 물질로 아연(Zn)이 적용되고, 제 2 금속 물질로 티타늄(Ti)이 적용되어 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)로 형성될 수 있다.In addition, the electron absorption layer may be formed of zinc-titanium oxide (Zn-Ti-O) by applying zinc (Zn) as a first metal material and applying titanium (Ti) as a second metal material.

또한, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에 배치되는 상기 제 1 금속 타겟은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 상기 제 2 금속 타겟은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용될 수 있다.
In addition, the first metal target disposed within the vacuum sputter chamber may be applied as zinc oxide (ZnO), and the second metal target may be applied as titanium dioxide (TiO 2 ).

본 발명에 의하면, 인버티드 유기 태양전지의 버퍼층인 전자 흡수층을 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 성막 형성할 수 있도록 함으로써, 대면적화가 가능하여 양산 체제 적용이 용이하며, 슬롯 다이 및 건조기 등이 불필요하여 제조 설비를 단순하고 소규모화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the electron absorbing layer, which is a buffer layer of an inverted organic solar cell, can be formed by a sputtering process together with a negative electrode transparent electrode layer, There is an effect that the manufacturing facility can be simplified and reduced in size.

또한, 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 전자 흡수층에 대해 금속 물질이 도핑된 산화물 형태로 형성되도록 함으로써, 전기적 특성 및 투과도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the electron absorbing layer formed through the sputtering process is formed in the form of an oxide doped with a metal material, there is an effect that electrical characteristics and transmittance can be improved.

또한, 음극 투명 전극층에 대한 스퍼터링 공정 장비에 금속 타겟을 추가하는 방식으로 기존 장비를 활용하여 음극 투명 전극층과 일체로 형성하도록 함으로써, 별도의 장비를 구비할 필요가 없고 더욱 신속하고 편리하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
In addition, since a metallic target is added to the sputtering process equipment for the negative electrode transparent electrode layer, the existing equipment can be formed integrally with the negative electrode transparent electrode layer, so that there is no need to provide any additional equipment, There is an effect.

도 1은 일반적인 인버티드 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 단계를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지에 대한 스퍼터링 공정을 개념적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지에 대한 스퍼터링 장치의 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 음극 투명 전극층 및 전자 흡수층의 실제 사진을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 성능을 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general inverted organic solar cell,
FIG. 2 is a view showing a process of manufacturing an inverted organic solar cell according to the prior art,
3 is a cross-sectional view schematically showing a step of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a view illustrating a process of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention,
5 is a conceptual view illustrating a sputtering process for an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual view illustrating the structure of a sputtering apparatus for an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a photograph showing an actual picture of a negative electrode transparent electrode layer and an electron-absorbing layer of an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention,
8 is a graph illustrating the performance of an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 단계를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a step of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a process of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention. Fig.

먼저, 인버티드 유기 태양전지는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200), 전자 흡수층(300), 활성층(400) 정공 흡수층(500) 및 양극 전극층(600)이 순차적으로 적층 형성되는 방식으로 구성된다.First, in the inverted organic solar cell, a negative electrode transparent electrode layer 200, an electron absorbing layer 300, an active layer 400, a hole absorbing layer 500, and an anode electrode layer 600 are formed on an upper surface of a substrate 100, Are sequentially formed in a laminated manner.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지 제조 방법은, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 먼저 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)을 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성하고, 이후, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 활성층(400), 정공 흡수층(500) 및 양극 전극층(600)을 각각 용액 공정을 통해 순차적으로 적층 형성하는 방식으로 진행된다.3 (a), a method of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes sputtering a cathode transparent electrode layer 200 and an electron absorption layer 300 on a substrate 100, And then the active layer 400, the hole absorbing layer 500, and the anode electrode layer 600 are sequentially laminated through a solution process as shown in FIG. 3 (b) It proceeds.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지 제조 방법은 종래 기술과 달리 스퍼터링 공정을 통해 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)을 일체로 형성한다. 이때, 전자 흡수층(300)은 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되도록 스퍼터링 공정이 수행된다.That is, unlike the conventional technique, the method of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention forms a negative electrode transparent electrode layer 200 and an electron absorption layer 300 integrally through a sputtering process. At this time, a sputtering process is performed so that the electron absorbing layer 300 is formed of an oxide doped with at least two metal materials.

좀 더 자세히 살펴보면, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 일반적으로 인버티드 유기 태양전지는 기판(100)의 표면에 스퍼터링 공정을 통해 ITO와 같은 음극 투명 전극층(200)을 형성하고, 이후 ZnO와 같은 전자 흡수층(300)을 용액 공정을 통해 코팅/건조시키는 방식으로 형성한다. 이러한 전자 흡수층(300)은 결정성을 갖도록 형성되어야 하므로, 일반적으로 용액 공정을 통해 형성되고 있다. 그러나, 이러한 용액 공정을 통해서는 전자 흡수층(300)의 균일도가 저하되어 대면적화가 불가능하므로 양산 체제에 적용하기가 어려우며, 특히 용액 공정에서는 별도의 슬롯 다이(21) 및 건조기(40)(도 2 참조)가 구비되어야 하는바, 전체 설비의 규모가 커지고 복잡해지는 등의 문제가 있었다.In more detail, as described in the related art, generally, in an inverted organic solar cell, a cathode transparent electrode layer 200 such as ITO is formed on the surface of a substrate 100 through a sputtering process, and then an electron absorbing layer 300) is coated / dried through a solution process. Since the electron absorbing layer 300 is formed to have crystallinity, it is generally formed through a solution process. However, since the uniformity of the electron absorbing layer 300 is reduced and the large area can not be achieved through such a solution process, it is difficult to apply to the mass production system. Particularly in the solution process, the slot die 21 and the dryer 40 (See, for example, US Pat.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지 제조 방법은 이러한 문제를 해결할 수 있도록 전자 흡수층(300)을 용액 공정이 아닌 스퍼터링 공정을 통해 형성되도록 구성된다. 이 경우, 음극 투명 전극층(200)에 대한 스퍼터링 공정 중에 전자 흡수층(300) 또한 동시에 일체로 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다. The method for fabricating an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention is configured to form the electron absorption layer 300 through a sputtering process instead of a solution process so as to solve such a problem. In this case, it is preferable that the electron absorbing layer 300 is formed integrally at the same time during the sputtering process for the negative electrode transparent electrode layer 200.

한편, 이와 같이 스퍼터링 공정을 통해 전자 흡수층(300)을 형성하는 경우, 예를 들어 전자 흡수층(300)을 이루는 ZnO를 스퍼터링 공정을 통해 음극 투명 전극층(200) 위에 형성하는 경우, ZnO는 스퍼터링 공정을 통해 증착 형성된 상태에서 결정성을 나타내지 않기 때문에, 이러한 스퍼터링 공정을 통해서는 정상적인 전자 흡수층(300)의 기능이 수행될 수 없다.Meanwhile, when the electron absorbing layer 300 is formed through the sputtering process, for example, when ZnO constituting the electron absorbing layer 300 is formed on the anode transparent electrode layer 200 through the sputtering process, the ZnO is subjected to a sputtering process The function of the normal electron absorbing layer 300 can not be performed through such a sputtering process.

따라서, 본 발명은 전자 흡수층(300)을 스퍼터링 공정을 통해 형성하되, 이와 같이 형성된 전자 흡수층(300)에는 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되도록 스퍼터링 공정이 수행된다. 예를 들면, Zn과 Ti가 도핑된 형태의 산화물, 즉, Zn-Ti-O 형태의 전자 흡수층(300)이 형성되도록 스퍼터링 공정이 수행된다. 이와 같이 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물 형태로 전자 흡수층(300)이 형성되면, 전자 흡수층(300)의 전기적 특성 및 투과도가 향상되어 정상적인 전자 흡수층(300)의 기능을 수행할 수 있다.Accordingly, in the present invention, a sputtering process is performed so that the electron absorbing layer 300 is formed through a sputtering process, and the electron absorbing layer 300 thus formed is formed of an oxide doped with at least two metal materials. For example, a sputtering process is performed so that an electron absorbing layer 300 in the form of Zn-Ti-doped oxide, that is, Zn-Ti-O is formed. When the electron absorbing layer 300 is formed in the form of an oxide doped with two metal materials, the electrical characteristics and transmittance of the electron absorbing layer 300 are improved, and the function of the normal electron absorbing layer 300 can be performed.

이때, 전자 흡수층(300)은 별도의 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수도 있지만, 전술한 바와 같이 음극 투명 전극층(200)에 대한 스퍼터링 공정시 동시에 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)은 하나의 진공 스퍼터 챔버(51)(도 5 및 도 6 참조) 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 하나의 스퍼터링 장치(50) 및 공정을 통해 동시에 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the electron absorbing layer 300 may be formed through a separate sputtering process, but it is preferable that the electron absorbing layer 300 is formed simultaneously with the sputtering process for the negative electrode transparent electrode layer 200 as described above. That is, the negative electrode transparent electrode layer 200 and the electron absorbing layer 300 are sequentially sputtered in one vacuum sputter chamber 51 (see FIGS. 5 and 6) through one sputtering device 50 and a process It is preferably formed at the same time.

이와 같이 하나의 스퍼터링 장치(50)를 통해 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)이 일체로 형성되면, 이 상태로 컨베이어 벨트(60)를 통해 이후 공정 라인으로 공급 이동된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 스퍼터링 장치(50)를 통해 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)이 형성된 상태로 컨베이어 벨트(60)를 통해 이동하면, 제 2 슬롯 다이(22)를 통해 활성 용액이 분사되고 건조기(40)를 거쳐 활성층(400)이 형성되고, 이후 제 3 슬롯 다이(23)를 통해 정공 흡수 용액이 분사되고 건조기(40)를 거쳐 정공 흡수층(500)이 형성되며, 이후, 오목 인쇄 유닛(30)을 통해 정공 흡수층(500)의 상면에 오목 인쇄 방식(gravure)으로 양극 전극(600)이 인쇄되어 인버티드 유기 태양전지가 제조 완료된다. 인쇄된 양극 전극(600)은 이동 벨트(60)의 이동 경로 상에 위치하는 건조기(40)에 의해 건조되고, 이후, 별도의 라미네이터 유닛에 의해 코팅 필름으로 인캡슐레이트되어 수분과 산소로부터 인버티드 유기 태양전지가 보호된다.When the cathode transparent electrode layer 200 and the electron absorbing layer 300 are integrally formed on the upper surface of the substrate 100 through the single sputtering device 50 as described above, The supply is moved. That is, as shown in FIG. 4, when the substrate 100 is moved through the conveyor belt 60 in a state where the cathode transparent electrode layer 200 and the electron absorption layer 300 are formed on the substrate 100 through the single sputtering device 50 The active solution is injected through the second slot die 22 and the active layer 400 is formed through the dryer 40 and then the hole absorbing solution is sprayed through the third slot die 23, The anode electrode 600 is printed on the upper surface of the hole absorbing layer 500 through the concave printing unit 30 in a gravure manner to form an inverted organic solar cell 500, Is completed. The printed anode electrode 600 is dried by the dryer 40 located on the moving path of the moving belt 60 and is then encapsulated by a separate laminator unit into a coating film, Organic solar cells are protected.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지 제조 방법에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 전자 흡수층(300)을 형성하기 위한 제 1 슬롯 다이(22) 및 건조기(40)가 불필요하여 더욱 신속하게 인버티드 유기 태양전지를 제작할 수 있으며, 전체 제조 설비의 규모를 소규모화할 수 있고 비용을 절감할 수 있다. 특히, 전자 흡수층(300)을 스퍼터링 공정을 통해 증착 형성하므로, 용액 공정과 달리 전자 흡수층(300)의 균일도가 유지되어 대면적화가 가능하고, 이에 따라 양산 체제에 더욱 쉽게 적용할 수 있다.
4, the first slot die 22 and the drier 40 for forming the electron absorbing layer 300 are unnecessary, and therefore, Thereby making it possible to manufacture an inverted organic solar cell more quickly and to reduce the size of the entire manufacturing facility and reduce the cost. In particular, since the electron absorbing layer 300 is formed by vapor deposition through sputtering, the uniformity of the electron absorbing layer 300 can be maintained unlike the solution process, thereby making it possible to increase the area.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지에 대한 스퍼터링 공정을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지에 대한 스퍼터링 장치의 구조를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 음극 투명 전극층 및 전자 흡수층의 실제 사진을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지의 성능을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a conceptual view illustrating a sputtering process for an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view illustrating a structure of a sputtering apparatus for an inverted organic solar battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a view showing an actual photo of a negative electrode transparent electrode layer and an electron absorbing layer of an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross- FIG. 2 is a graph showing the performance of an inverted organic solar cell. FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지 제조 방법은 전술한 바와 같이 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)을 하나의 동일한 스퍼터링 공정을 통해 형성하는데, 이 경우, 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)은 하나의 진공 스퍼터 챔버(51) 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성된다.In the method of manufacturing an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the cathode transparent electrode layer 200 and the electron absorption layer 300 are formed through one and the same sputtering process as described above. In this case, 200 and the electron absorbing layer 300 are deposited and formed in such a manner that they are sequentially sputtered in one vacuum sputter chamber 51.

진공 스퍼터 챔버(51) 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이 음극 투명 전극층(200)이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟(52)이 배치되고, 전자 흡수층(300)의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟(53) 및 제 2 금속 타겟(54)이 각각 배치될 수 있다.5, the negative electrode transparent electrode layer target 52 is disposed so that the negative electrode transparent electrode layer 200 is deposited on the vacuum sputter chamber 51, and the first and second metal materials of the electron absorbing layer 300, The first metal target 53 and the second metal target 54 may be respectively disposed so that the material is deposited and formed, respectively.

이러한 구조에 따라 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 먼저, 음극 투명 전극층 타겟(52)에 전력을 인가하여 스퍼터링 공정을 수행하고, 이를 통해 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200)을 형성한다. 이후, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 금속 타겟(53)과 제 2 금속 타겟(54)에 전력을 인가하여 스퍼터링 공정을 수행하고, 음극 투명 전극층(200)의 상면에 전자 흡수층(300)을 형성한다. 이때, 전자 흡수층(300)은 제 1 금속 타겟(53)과 제 2 금속 타겟(54)에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링(co-sputtering) 방식에 의해 형성되도록 구성된다.5 (a), a sputtering process is performed by applying electric power to the cathode transparent electrode layer target 52, and a cathode transparent electrode layer 200 is formed on the top surface of the substrate 100, . 5 (b), a sputtering process is performed by applying electric power to the first metal target 53 and the second metal target 54 to form an electron-absorbing layer on the top surface of the negative electrode transparent electrode layer 200, (300). At this time, the electron absorption layer 300 is formed by co-sputtering in which a first metal target 53 and a second metal target 54 are simultaneously powered to apply a first metal material and a second metal material at the same time, . ≪ / RTI >

또한, 이 경우 제 1 금속 타겟(53) 및 제 2 금속 타겟(54)에 각각 인가되는 전력의 크기를 조절하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질의 조성 비율을 조절할 수 있다.In this case, the composition ratio of the first metal material and the second metal material can be adjusted by controlling the magnitude of the electric power applied to the first metal target 53 and the second metal target 54, respectively.

예를 들면, 전술한 바와 같이 전자 흡수층(300)의 제 1 금속 물질로 아연(Zn)이 적용되고, 제 2 금속 물질로 티타늄(Ti)이 적용될 수 있으며, 이에 따라 전자 흡수층(300)은 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)의 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제 1 금속 타겟(53)은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 제 2 금속 타겟(54)은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용될 수 있다. 이때, 제 1 금속 타겟(53)과 제 2 금속 타겟(54)에 인가되는 전력의 크기를 조절하여 아연(Zn)과 티타늄(Ti)의 조성비를 사용자의 필요에 따라 다양하게 조절할 수 있다.For example, as described above, zinc (Zn) may be applied to the first metal material of the electron absorption layer 300 and titanium (Ti) may be applied to the second metal material. Accordingly, the electron absorption layer 300 may be formed of zinc -Titanium oxide (Zn-Ti-O). In this case, the first metal target 53 is applied as zinc oxide (ZnO), and the second metal target 54 is applied as titanium dioxide (TiO 2 ). At this time, the composition ratio of zinc (Zn) and titanium (Ti) can be variously adjusted according to the user's needs by adjusting the magnitude of electric power applied to the first metal target 53 and the second metal target 54.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 기판(100)은 유연성을 갖는 유연 기판의 형태로 적용되고, 진공 스퍼터 챔버(51) 내부에는 이러한 기판(100)이 권취되어 회전 이동하도록 회전 드럼(55)이 배치될 수 있다. 즉, 유연성을 갖는 기판(100)은 원통형의 회전 드럼(55)의 외주면을 따라 회전 이동하고, 별도의 와인딩 롤러(56)와 릴리스 롤러(57)에 의해 회전 이동하도록 구성될 수 있다. 회전 드럼(55)의 외측에는 기판(100)의 외주면을 향해 음극 투명 전극층 타겟(52), 제 1 금속 타겟(53) 및 제 2 금속 타겟(54)이 기판(100)의 이동 방향을 따라 순차적으로 배치된다.6, the substrate 100 is applied in the form of a flexible substrate having flexibility. Inside the vacuum sputter chamber 51, a rotating drum 55 is wound around the substrate 100 to rotate and move. . That is, the flexible substrate 100 may be configured to rotate along the outer circumferential surface of the cylindrical rotary drum 55, and to rotate by a separate winding roller 56 and a release roller 57. The negative electrode transparent electrode layer target 52, the first metal target 53 and the second metal target 54 are sequentially formed on the outer side of the rotary drum 55 along the moving direction of the substrate 100 toward the outer peripheral surface of the substrate 100 .

이러한 구조를 통해 유연한 기판(100)에 연속적으로 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)을 증착 형성시킬 수 있고, 이때, 전자 흡수층(300)은 제 1 금속 타겟(53)과 제 2 금속 타겟(54)을 통한 코스퍼터링 방식에 의해 형성되도록 구성된다.In this structure, the negative electrode transparent electrode layer 200 and the electron absorbing layer 300 can be continuously formed on the flexible substrate 100. At this time, the electron absorbing layer 300 can be formed by the first metal target 53 and the second metal Is formed by a co-sputtering scheme through the target 54.

또한, 이러한 스퍼터링 공정을 수행하는 스퍼터링 장치(50)는 기존의 음극 투명 전극층(200)을 증착 형성하는 스퍼터링 공정 장비에 전자 흡수층(300)을 위한 금속 타겟(53,54)을 추가로 구비함으로써, 별도의 장비를 새로 개발하지 않고 기존 장비를 활용하여 제작할 수 있다. 또한, 음극 투명 전극층(200)을 성막한 후, 진공 스퍼터 챔버(51) 내부의 진공을 깨지않고 그 상태로 전자 흡수층(300)을 연속 성막할 수 있어 더욱 신속하고 편리한 인버티드 유기 태양전지 제조가 가능하다.The sputtering apparatus 50 performing the sputtering process further includes metal targets 53 and 54 for the electron absorption layer 300 in the sputtering process equipment for depositing the conventional negative electrode transparent electrode layer 200, It is possible to make using existing equipment without developing new equipment separately. Further, after the cathode transparent electrode layer 200 is formed, the electron absorbing layer 300 can be continuously formed in such a state without breaking the vacuum in the vacuum sputter chamber 51, so that more rapid and convenient manufacture of the inverted organic solar cell It is possible.

도 7은 이와 같은 공정을 통해 제조된 인버티드 유기 태양전지의 단면 형상을 현미경으로 실제 촬영한 사진으로, 음극 투명 전극층(200)으로 ITO가 적용되고, 전자 흡수층(300)으로 Zn-Ti-O, 즉, Zn과 Ti가 도핑된 산화물로 적용된 사진이다.7 is a photograph of a cross-sectional shape of an inverted organic solar cell manufactured through such a process, which is actually photographed by a microscope. ITO is applied to the anode transparent electrode layer 200, Zn-Ti-O , That is, an oxide doped with Zn and Ti.

도 8은 일반적인 인버티드 유기 태양전지와 본 발명에 따라 제조된 인버티드 유기 태양전지(일체형 전자 흡수층/투명전극층이 적용된 인버티드 유기 태양전지)에 대한 성능을 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing the performance of a general inverted organic solar cell and an inverted organic solar cell (an inverted organic solar cell having an integrated electron absorbing layer / transparent electrode layer) manufactured according to the present invention.

도 8을 참고로 살펴보면, 100mW/cm2 의 광원에서 측정된 전류 밀도-전압(J-V curve)에서 x축의 전압은 빛을 받았을 때 태양전지의 양단에 형성되는 전위차를 나타내고 y축의 전류 밀도(current-density)는 태양전지의 단위면적당 발생되는 전류 밀도를 나타낸 값이다. 태양전지의 파워 변환 효율(power conversion efficiency)은 아래의 수학식(1)과 같이 표현되는데,Referring to FIG. 8, in the current density-voltage (JV curve) measured at a light source of 100 mW / cm 2 , the x-axis voltage represents a potential difference formed at both ends of the solar cell when light is received, density) is a value indicating the current density generated per unit area of the solar cell. The power conversion efficiency of the solar cell is expressed by the following equation (1)

[수학식 1][Equation 1]

파워 변환 효율=(FF x Voc x Jsc)/Ps Power conversion efficiency = (FF x V oc x J sc ) / P s

여기서 Ps는 태양전지에 주입되는 파워, 즉 태양으로부터 받은 빛을 파워로 변환한 값, FF는 fill factor, Voc는 전류값이 0일 때의 전압 값, Jsc는 전압이 0일 때 전류 값을 의미한다. 한편 FF는 출력량의 이론 최대치와 실제치의 비율을 뜻하는데 아래의 수학식(2)와 같이 표현된다.Where P s is the power to be injected into the solar cell, that converts the light received from the sun in the power value, FF is a fill factor, V oc is the voltage value when the current value of 0 days, J sc is the voltage, the current at 0 Lt; / RTI > On the other hand, FF denotes the ratio between the theoretical maximum value and the actual value of the output amount, and is expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

FF=JmVm/JscVoc FF = J m V m / J sc V oc

여기서 JM과 VM은 각각 최대 출력에서의 전류값과 전압값을 의미한다. FF 그래프가 사각형에 가까울수록 FF값이 높으며 FF값이 높을수록 소자의 효율이 높아진다.
Where J M and V M are the current and voltage values at the maximum output, respectively. The closer the FF graph is to the rectangle, the higher the FF value, and the higher the FF value, the higher the efficiency of the device.

한편, 본 발명은 이상에서 설명한 인버티드 유기 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 인버티드 유기 태양전지 또한 제공한다.The present invention also provides an inverted organic solar cell manufactured by the above-described method for manufacturing an inverted organic solar cell.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버티드 유기 태양전지는 기판(100)의 상면에 음극 투명 전극층(200), 전자 흡수층(300), 활성층(400), 정공 흡수층(500) 및 양극 전극층(600)이 순차적으로 적층 형성되며, 이때, 전자 흡수층(300)은 음극 투명 전극층(200)과 함께 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성되며, 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성된다.That is, an inverted organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes an anode transparent electrode layer 200, an electron absorbing layer 300, an active layer 400, a hole absorbing layer 500, and an anode electrode layer The electron absorption layer 300 is integrally formed with the anode transparent electrode layer 200 through a sputtering process and is formed of an oxide doped with at least two metal materials.

이때, 음극 투명 전극층(200)과 전자 흡수층(300)은 하나의 진공 스퍼터 챔버(51) 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성되는 것이 바람직한데, 진공 스퍼터 챔버(51) 내부에는 음극 투명 전극층(200)이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟(52이 배치되고, 전자 흡수층(300)의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟(53) 및 제 2 금속 타겟(54)이 각각 배치된다.In this case, it is preferable that the cathode transparent electrode layer 200 and the electron absorption layer 300 are sequentially formed by sputtering in a single vacuum sputter chamber 51. Inside the vacuum sputter chamber 51, a cathode transparent electrode layer The first metal target 53 and the second metal target 54 are disposed so that the first and second metal materials of the electron absorbing layer 300 are deposited and formed so that the first metal target 53 and the second metal target Respectively.

전자 흡수층(300)은 제 1 금속 타겟(53) 및 제 2 금속 타겟(54)에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.The electron absorbing layer 300 is preferably formed by a co-sputtering method in which a first metal target 53 and a second metal target 54 are simultaneously powered to apply a first metal material and a second metal material by vapor deposition .

이때, 전자 흡수층(300)의 제 1 금속 물질은 아연(Zn)으로 적용되고, 제 2 금속 물질은 티타늄(Ti)으로 적용될 수 있고, 이에 따라 전자 흡수층(300)은 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)로 형성될 수 있다.At this time, the first metal material of the electron absorbing layer 300 may be applied as zinc and the second metal material may be applied as titanium, so that the electron absorbing layer 300 may be formed of zinc- Ti-O).

이와 같이 제 1 금속 물질과 제 2 금속 물질이 아연(Zn)과 티타늄(Ti)으로 적용되는 경우, 진공 스퍼터 챔버(51) 내부에 배치되는 제 1 금속 타겟(53)은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 제 2 금속 타겟(54)은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용될 수 있다.
When the first metal material and the second metal material are applied as zinc (Zn) and titanium (Ti), the first metal target 53 disposed in the vacuum sputter chamber 51 is made of zinc oxide (ZnO) And the second metal target 54 may be applied as titanium dioxide (TiO 2 ).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

50: 스퍼터링 장치 51: 진공 스퍼터 챔버
52: 음극 투명 전극층 타겟 53: 제 1 금속 타겟
54: 제 2 금속 타겟 55: 회전 드럼
100: 기판 200: 음극 투명 전극층
300: 전자 흡수층 400: 활성층
500: 정공 흡수층 600: 양극 전극층50: Sputtering apparatus 51: Vacuum sputter chamber
52: Negative electrode transparent electrode layer target 53: First metal target
54: second metal target 55: rotary drum
100: substrate 200: cathode transparent electrode layer
300: electron absorption layer 400: active layer
500: hole absorbing layer 600: anode electrode layer

Claims (14)

기판의 상면에 음극 투명 전극층, 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층이 순차적으로 적층 형성되는 인버티드 유기 태양전지를 제조하는 제조 방법에 있어서,
(a) 상기 기판의 상면에 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층을 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성하는 단계; 및
(b) 상기 (a)단계를 통해 일체로 형성된 상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층 상부에 상기 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층을 각각 용액 공정을 통해 순차적으로 적층 형성하는 단계
를 포함하고, 상기 (a)단계에서 상기 전자 흡수층은 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되도록 상기 스퍼터링 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
A method of manufacturing an inverted organic solar cell in which a cathode transparent electrode layer, an electron absorbing layer, an active layer, a hole absorbing layer and a cathode electrode layer are sequentially laminated on an upper surface of a substrate,
(a) integrally forming the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorbing layer on the upper surface of the substrate through a sputtering process; And
(b) sequentially forming the active layer, the hole absorbing layer, and the anode electrode layer on the cathode transparent electrode layer and the electron absorbing layer integrally formed through the step (a), respectively, through a solution process
Wherein the sputtering process is performed in the step (a) so that the electron absorbing layer is formed of an oxide doped with at least two metal materials.
제 1 항에 있어서,
상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층은 하나의 진공 스퍼터 챔버 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorbing layer are deposited and formed by sequentially sputtering in a single vacuum sputter chamber.
제 2 항에 있어서,
상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
3. The method of claim 2,
And a second metal target and a second metal target are disposed in the vacuum sputtering chamber so that the first and second metal materials of the electron absorption layer are deposited and formed, respectively, Wherein the first electrode and the second electrode are respectively disposed on the first electrode and the second electrode.
제 3 항에 있어서,
상기 기판은 유연성을 갖는 유연 기판으로 적용되고, 상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 기판이 권취되어 회전 이동하도록 회전 드럼이 배치되며,
상기 기판에 상기 음극 투명 전극층 및 전자 흡수층이 순차적으로 증착 형성되도록 상기 음극 투명 전극층 타겟, 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 상기 기판의 회전 이동 방향을 따라 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
The method of claim 3,
Wherein the substrate is applied to a flexible substrate having flexibility, and a rotating drum is disposed in the vacuum sputter chamber so that the substrate is wound and rotated,
Wherein the negative electrode transparent electrode layer target, the first metal target, and the second metal target are sequentially disposed along the rotation direction of the substrate so that the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorption layer are sequentially deposited on the substrate. Organic solar cell manufacturing method.
제 3 항에 있어서,
상기 전자 흡수층은 상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
The method of claim 3,
Wherein the electron absorbing layer is formed by a co-sputtering method in which a first metallic material and a second metallic material are simultaneously deposited by applying power to the first metallic target and the second metallic target simultaneously. Way.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 각각 인가되는 전력의 크기를 조절하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질의 조성 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the composition ratio of the first metal material and the second metal material is controlled by adjusting the magnitude of electric power applied to the first metal target and the second metal target, respectively.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전자 흡수층은 제 1 금속 물질로 아연(Zn)이 적용되고, 제 2 금속 물질로 티타늄(Ti)이 적용되어 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the electron absorbing layer is formed of zinc-titanium oxide (Zn-Ti-O) by applying zinc (Zn) as a first metal material and applying titanium (Ti) as a second metal material. Method of manufacturing solar cell.
제 7 항에 있어서,
상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치되며, 상기 제 1 금속 타겟은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 상기 제 2 금속 타겟은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지 제조 방법.
8. The method of claim 7,
And a second metal target and a second metal target are disposed in the vacuum sputtering chamber so that the first and second metal materials of the electron absorption layer are deposited and formed, respectively, Wherein the first metal target is applied as zinc oxide (ZnO), and the second metal target is applied as titanium dioxide (TiO 2 ).
기판의 상면에 음극 투명 전극층, 전자 흡수층, 활성층, 정공 흡수층 및 양극 전극층이 순차적으로 적층 형성되는 인버티드 유기 태양전지에 있어서,
상기 전자 흡수층은 상기 음극 투명 전극층과 함께 스퍼터링 공정을 통해 일체로 형성되며, 적어도 2개의 금속 물질이 도핑된 산화물로 형성되는데,
상기 전자 흡수층은 제 1 금속 물질로 아연(Zn)이 적용되고, 제 2 금속 물질로 티타늄(Ti)이 적용되어 아연-티타늄 산화물(Zn-Ti-O)로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지.
1. An inverted organic solar cell in which a cathode transparent electrode layer, an electron absorbing layer, an active layer, a hole absorbing layer and an anode electrode layer are sequentially laminated on an upper surface of a substrate,
The electron absorption layer is integrally formed with the cathode transparent electrode layer through a sputtering process and is formed of an oxide doped with at least two metal materials,
Wherein the electron absorbing layer is formed of zinc-titanium oxide (Zn-Ti-O) by applying zinc (Zn) as a first metal material and applying titanium (Ti) as a second metal material. Solar cells.
제 9 항에 있어서,
상기 음극 투명 전극층과 전자 흡수층은 하나의 진공 스퍼터 챔버 내부에서 순차적으로 스퍼터링되는 방식으로 증착 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the negative electrode transparent electrode layer and the electron absorption layer are deposited and formed in such a manner that they are sequentially sputtered in one vacuum sputter chamber.
제 10 항에 있어서,
상기 진공 스퍼터 챔버 내부에는 상기 음극 투명 전극층이 증착 형성되도록 음극 투명 전극층 타겟이 배치되고, 상기 전자 흡수층의 상기 제 1 금속 물질 및 상기 제 2 금속 물질이 각각 증착 형성되도록 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지.
11. The method of claim 10,
And a negative electrode transparent electrode layer target is disposed in the vacuum sputtering chamber so that the negative electrode transparent electrode layer is deposited on the vacuum sputtering chamber, and the first metal target and the second metal material are deposited and formed, respectively, Wherein the target is disposed on the substrate.
제 11 항에 있어서,
상기 전자 흡수층은 상기 제 1 금속 타겟 및 제 2 금속 타겟에 동시에 전력을 인가하여 제 1 금속 물질 및 제 2 금속 물질이 동시에 증착 형성되는 코스퍼터링 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the electron absorbing layer is formed by a co-sputtering method in which a first metallic material and a second metallic material are simultaneously deposited by applying electric power to the first metallic target and the second metallic target simultaneously.
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 진공 스퍼터 챔버 내부에 배치되는 상기 제 1 금속 타겟은 산화아연(ZnO)으로 적용되고, 상기 제 2 금속 타겟은 이산화티타늄(TiO2)으로 적용되는 것을 특징으로 하는 인버티드 유기 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the first metal target disposed within the vacuum sputter chamber is applied as zinc oxide (ZnO), and the second metal target is applied as titanium dioxide (TiO 2 ).
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