KR101518594B1 - Organic film solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전변환 효율이 높은 유기박막 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기박막 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 유기박막 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 하부 전극과 강유전체층의 상측에 형성되는 억셉터층, 상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an organic thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency. An organic thin film solar cell according to the present invention is an organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity, comprising: a substrate; a lower electrode formed on the substrate; A ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, an acceptor layer formed on the lower electrode and the ferroelectric layer, a donor layer formed on the upper side of the acceptor layer, and a conductive material made of a transparent material An upper electrode formed on the upper side of the donor layer, and an upper substrate provided on the upper side of the upper electrode.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 광전변환 효율을 제고할 수 있도록 된 유기물 태양전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.As interest in clean energy has increased recently, there is a growing interest in generating electricity using solar light.
태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 크게 무기물 태양전지와 유기물 태양전지로 구분할 수 있고, 유기물 태양전지로서는 염료감응형 태양전지와 유기박막 태양전지가 포함된다.A device that produces electric power using solar energy is generally referred to as a solar cell or a solar cell. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells. Organic solar cells include dye-sensitized solar cells and organic thin film solar cells.
태양전지는 그 종류에 따라 여러가지 장단점을 갖는다. 재료적인 측면에서는 유기박막 태양전지와 염료감응형 태양전지 및 무기물 태양전지의 순으로 유리한 반면에 전력효율, 즉 광전변환 효율의 측면에서는 상기 순서와 역순으로 유기박막 태양전지가 가장 불리한 위치에 있다. 따라서 최근에는 유기박막 태양전지의 광전변환 효율을 제고할 수 있는 방안에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.Solar cells have various advantages and disadvantages depending on their types. In terms of materials, organic thin film solar cells, dye-sensitized solar cells and inorganic solar cells are in the order of advantage, whereas organic thin film solar cells are in the most unfavorable position in the order of power efficiency, that is, photoelectric conversion efficiency. Therefore, in recent years, many studies have been made on a method for improving photoelectric conversion efficiency of an organic thin film solar cell.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 광전변환 효율을 제고할 수 있도록 된 유기박막 태양전지를 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an organic thin film solar cell capable of enhancing photoelectric conversion efficiency.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 유기박막 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 유기박막 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 하부 전극과 강유전체층의 상측에 형성되는 억셉터층, 상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided an organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity, the organic thin film solar cell comprising a substrate, a lower electrode formed on the substrate, A ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, an acceptor layer formed on the upper side of the lower electrode and the ferroelectric layer, and a ferroelectric layer formed on the upper side of the ferroelectric layer A donor layer and a transparent conductive material, an upper electrode formed on the donor layer, and an upper substrate disposed on the upper electrode.
또한 본 발명의 제2 관점에 따른 유기박막 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 유기박막 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 기판의 상측과 보조 전극의 외측 부분에 형성되는 하부 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 하부 전극과 강유전체층의 상측에 형성되는 억셉터층, 상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity, comprising: a substrate; an auxiliary electrode formed on the substrate; A ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, an acceptor layer formed on the lower electrode and the ferroelectric layer, a donor layer formed on the upper side of the acceptor layer, a transparent material An upper electrode formed on the upper side of the donor layer, and an upper substrate disposed on the upper side of the upper electrode.
또한 상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode.
또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.The ferroelectric layer may be composed of an inorganic ferroelectric material or a mixed material of an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
또한 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 한다.And a metal material is mixed with the ferroelectric material.
또한 상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is polarized by the upper electrode and the auxiliary electrode.
본 발명의 제3 관점에 따른 유기박막 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 유기박막 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상측에 형성되는 억셉터층, 상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극, 상기 도너층의 상측에 형성됨과 더불어 상기 상부 전극의 외측에 형성되는 강유전체층, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극 및, 상기 상부 전극과 보조 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An organic thin film solar cell according to a third aspect of the present invention includes a substrate, a lower electrode formed on the substrate, A donor layer formed on the acceptor layer, a transparent electrode made of a conductive material, an upper electrode formed on the donor layer, an upper electrode formed on the donor layer, A ferroelectric layer formed outside the ferroelectric layer, an auxiliary electrode formed above the ferroelectric layer, and an upper substrate provided on the upper electrode and the auxiliary electrode.
본 발명의 제4 관점에 따른 유기박막 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 유기박막 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상측에 형성되는 억셉터층, 상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층, 상기 도너층의 상측에 형성되는 강유전체층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되고, 상기 강유전체층의 외측에 형성되는 상부 전극, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극 및, 상기 상부 전극과 보조 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An organic thin film solar cell according to a fourth aspect of the present invention includes a substrate, a lower electrode formed on the substrate, A donor layer formed on the acceptor layer, a ferroelectric layer formed on the donor layer, and a transparent conductive material, the donor layer being formed on the donor layer, the ferroelectric layer An upper electrode formed on the outer side of the ferroelectric layer, an auxiliary electrode formed on the upper side of the ferroelectric layer, and an upper substrate provided on the upper side of the upper electrode and the auxiliary electrode.
또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The ferroelectric layer may be formed of a mixture of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
또한 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 한다.And a metallic material is mixed with the ferroelectric material.
또한 상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 태양전지의 작동에 앞서 상부 전극과 보조 전극을 이용하여 강유전체층을 분극화 시키게 된다. 강유전체층이 분극화 되면 여기로부터 발생되는 분극전계에 전자-정공쌍의 이동도가 증가되고, 이에 따라 도너층과 억셉터층의 계면에 도달되는 전자-정공쌍의 양이 증가되게 된다. 그리고 이에 따라 상부 전극과 하부 전극으로 전달되는 정공과 전자의 양이 증가하게 된다. 즉, 유기박막 태양전지에 의해 생성되는 전력의 양이 증가되게 된다,According to the present invention, the ferroelectric layer is polarized by using the upper electrode and the auxiliary electrode prior to the operation of the solar cell. When the ferroelectric layer is polarized, the mobility of the electron-hole pair is increased in the polarization electric field generated from the excitation, and thus the amount of electron-hole pairs reaching the interface between the donor layer and the acceptor layer is increased. As a result, the amount of holes and electrons transferred to the upper electrode and the lower electrode is increased. That is, the amount of electric power generated by the organic thin film solar cell is increased,
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기박막 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 나타낸 유기박막 태양전지의 주요부 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기박막 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3에 나타낸 유기박막 태양전지의 주요부 평면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기박막 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기박막 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.1 is a sectional view showing the structure of an organic thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention;
2 is a plan view of a main portion of the organic thin film solar cell shown in FIG.
3 is a sectional view showing the structure of an organic thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a main part of the organic thin film solar cell shown in FIG.
5 is a sectional view showing the structure of an organic thin film solar cell according to a third embodiment of the present invention.
6 is a sectional view showing the structure of an organic thin film solar cell according to a fourth embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below represent one preferred embodiment of the present invention, and examples of such embodiments are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention can be variously modified without departing from the technical idea thereof.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기박막 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an organic thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도면에서 기판(1)의 상측에는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)이 설치된다. 하부 전극(2)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 태양전지에서 생성된 전자나 정공의 흐름을 위한 것이다. 보조 전극(3)은 이후에 설명할 강유전체층(4)을 분극화 하기 위한 것이다.In the figure, the
도 2는 기판(1)상에 배치되는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 레이아웃을 나타낸 평면도로서, 보조 전극(3)은 하부 전극(2)의 외곽 부분을 따라 배치된다. 또한 도면에서 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 하부 전극(2)은 원형 형상으로 구성될 수 있고, 보조 전극(3)의 내측면이 원형으로 구성될 수 있다.2 is a plan view showing the layout of the
상기 보조 전극(3)의 상측에는 강유전 물질로 구성되는 강유전체층(4)이 형성된다. 이때 바람직하게는 하부 전극(2)과 보조 전극(4) 간의 절연을 위하여 강유전체층(4)은 보조 전극(3)을 전체적으로 피복하면서 형성된다.On the upper side of the
상기 강유전체층(4)을 구성하는 강유전 물질로서는 예컨대 유기물 강유전 물질, 유기물 강유전 물질과 유기물의 혼합물, 유기물 강유전 물질과 금속의 혼합물, 유기물과 무기물 강유전 물질의 혼합물 또는 유기물 강유전 물질과 무기물 강유전 물질의 혼합물 등이 채용될 수 있다.As the ferroelectric substance constituting the
일반적으로 강유전물질은 유기물에 비해 무기물이 높은 유전율을 갖게 된다. 그러나 무기물 강유전물질을 이용하여 강유전체층을 형성하는 경우에는 고온의 반도체 공정이 요구된다. 이후에 설명하는 억셉터층(5)과 도너층(6)은 유기물로 구성된다. 이러한 유기물의 열에 매우 약하기 때문에 고온의 반도체 공정을 사용하기 어렵다.In general, ferroelectric materials have a higher dielectric constant than inorganic materials. However, when a ferroelectric layer is formed using an inorganic ferroelectric material, a high-temperature semiconductor process is required. The
무기물 강유전 물질과 유기물 또는 유기물 강유전 물질을 혼합하는 방법으로는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.As the method of mixing the inorganic ferroelectric material with the organic material or the organic ferroelectric material, the following method can be used.
1. 무기물 파우더와 유기물 파우더를 혼합한 후, 이를 용매에 녹여서 혼합 용액을 생성.1. Mix inorganic powder and organic powder and dissolve it in solvent to create mixed solution.
2. 무기물 용액에 유기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.2. Dissolve the organic powder in the inorganic solution to create the mixed solution.
3. 유기물 용액에 무기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.3. Dissolve inorganic powder in organic solution to create mixed solution.
4. 무기물 용액과 유기물 용액을 혼합하여 혼합 용액을 생성.4. Mixture of inorganic and organic solutions to produce mixed solution.
또한, 무기물 강유전 물질과 유기물을 혼합하는 방식에 있어서도 다음과 같은 방식을 채용하는 것이 가능하다.Also, in the method of mixing the inorganic ferroelectric material and the organic material, it is possible to adopt the following method.
1. 강유전 무기물과 유기물을 혼합.1. Mix ferroelectric minerals and organic matter.
2. 강유전 무기물과 강유전 유기물을 혼합.2. Mix ferroelectric minerals and ferroelectric organic matter.
3. 강유전 무기물의 고용체와 유기물을 혼합.3. Mix ferroelectric solid solution and organic matter.
4. 강유전 무기물의 고용체와 강유전 유기물을 혼합.4. Mix ferroelectric organic matter with ferroelectric solid solution.
5. 제1 내지 제4 방식에 따른 혼합물에 실리사이트, 실리케이트 또는 다른 금속을 혼합.5. Mixing the mixture according to the first to fourth methods with silica, silicate or other metal.
물론, 여기서 상기 무기물과 유기물의 혼합 방법 및 방식은 특정한 것에 한정되지 않고, 무기물과 유기물을 적절하게 혼합할 수 있는 어떤 임의의 방법을 채용할 수 있다.Of course, the mixing method and the method of mixing the inorganic material and the organic material are not limited to a specific one, and any arbitrary method capable of appropriately mixing the inorganic material and the organic material can be employed.
또한, 상기 강유전 무기물과 혼합되는 유기물로서는 일반적인 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 폴리머(polymer), 코폴리머(copolymer), 바람직하게는 유전율이 높은 유기물 재료가 사용될 수 있다.The organic material mixed with the ferroelectric inorganic material may be a general monomer, an oligomer, a polymer, or a copolymer, preferably an organic material having a high dielectric constant.
이들 재료로서는 예컨대 PVP(polyvinyl pyrrolidone), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene), 에폭시(epoxy), PMMA(polymethyl methacrylate), PI(polyimide), PE(polyehylene), PVA(polyvinyl alcohol), 나일론 66(polyhezamethylene adipamide), PEKK(polytherketoneketone) 등이 있다.These materials include, for example, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), epoxy, polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide polyvinyl alcohol, nylon 66, and polyketone ketone (PEKK).
또한, 상기 유기물로서는 불화 파라-자일렌(fluorinated para-xylene), 플루오로폴리아릴에테르(fluoropolyarylether), 불화 폴리이미드(fluorinated polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(α-메틸 스티렌)(poly(α-methyl styrene)), 폴리(α-비닐나프탈렌)(poly(α-vinylnaphthalene)), 폴리(비닐톨루엔)(poly(vinyltoluene)), 폴리에틸렌(polyethylene), 시스-폴리부타디엔(cis-polybutadiene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(poly(4-methyl-1-pentene)), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(poly(tetrafluoroethylene)), 폴리(클로로트리플루오로에틸렌)(poly(chlorotrifluoroethylene), 폴리(2-메틸-1,3-부타디엔)(poly(2-methyl-1,3-butadiene)), 폴리(p-크실릴렌)(poly(p-xylylene)), 폴리(α-α-α'-α'-테트라플루오로-p-크실릴렌)(poly(α-α-α'-α'-tetrafluoro-p-xylylene)), 폴리[1,1-(2-메틸 프로판)비스(4-페닐)카보네이트](poly[1,1-(2-methyl propane)bis(4-phenyl)carbonate]), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트)(poly(cyclohexyl methacrylate)), 폴리(클로로스티렌)(poly(chlorostyrene)), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 에테르)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether)), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리(비닐 시클로헥산)(poly(vinyl cyclohexane)), 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether)) 및 폴리페닐렌(polyphenylene) 등의 비극성 유기물이나, 폴리(에틸렌/테트라플루오로에틸렌)(poly(ethylene/tetrafluoroethylene)), 폴리(에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌)(poly(ethylene/chlorotrifluoroethylene)), 불화 에틸렌/프로필렌 코폴리머(fluorinated ethylene/propylene copolymer), 폴리스티렌-코-α-메틸 스티렌(polystyrene-co-α-methyl styrene), 에틸렌/에틸 아크릴레이트 코폴리머(ethylene/ethyl acrylate copolymer), 폴리(스티렌/10%부타디엔)(poly(styrene/10%butadiene), 폴리(스티렌/15%부타디엔)(poly(styrene/15%butadiene), 폴리(스티렌/2,4-디메틸스티렌)(poly(styrene/2,4-dimethylstyrene), Cytop, Teflon AF, 폴리프로필렌-코-1-부텐(polypropylene-co-1-butene) 등의 저유전율 코폴리머 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic material include fluorinated para-xylene, fluoropolyarylether, fluorinated polyimide, polystyrene, poly (? - methylstyrene) poly (vinyltoluene), polyethylene, cis-polybutadiene, poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride) Polypropylene, polyisoprene, poly (4-methyl-1-pentene), poly (tetrafluoroethylene), poly (Chlorotrifluoroethylene), poly (2-methyl-1,3-butadiene), poly (p-xylylene) p-xylylene), poly (α-α'-α'-tetrafluoro-p-xylylene), poly [1,1- (2-methylpropane) bis (4-phenyl) carbonate] (poly [1,1- (2-methyl propane) bis (4-phenyl) carbonate], poly (cyclohexyl methacrylate), poly (chlorostyrene) Poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), polyisobutylene, poly (vinyl cyclohexane) (poly (vinylcyclohexane)), (Ethylene / tetrafluoroethylene), poly (ethylene / chlorofluoroethylene), poly (ethylene / tetrafluoroethylene), and nonpolar organic substances such as poly (arylene ether) Poly (ethylene / chlorotrifluoroethylene), fluorinated ethylene / propylene copolymer, polystyrene-co-? -Methyl styrene, ethylene / ethyl acrylate (Ethylene / ethyl acrylate copolymer), poly (styrene / 10% butadiene), poly (styrene / 15% butadiene) (pol (styrene / 1,5-butadiene), poly (styrene / 2,4-dimethylstyrene), Cytop, Teflon AF, polypropylene-co- 1-butene) and the like can be used.
그리고, 그 밖에 폴리아센(polyacene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리(페닐렌 비닐렌) (poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene)과 같은 공액 탄화수소 폴리머, 및 그러한 공액 탄화수소의 올리고머; 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 크리센(chrysene), 펜타센(pentacene), 피렌(pyrene), 페릴렌(perylene), 코로넨(coronene)과 같은 축합 방향족 탄화수소 (condensed aromatic hydrocarbons); p-쿼터페닐(p-quaterphenyl)(p-4P), p-퀸쿼페닐(p-quinquephenyl)(p-5P), p-섹시페닐(p-sexiphenyl)(p-6P)과 같은 올리고머성 파라 치환 페닐렌 (oligomeric para substituted phenylenes); 폴리(3-치환 티오펜) (poly(3-substituted thiophene)), 폴리(3,4-이치환 티오펜) (poly(3,4-bisubstituted thiophene)), 폴리벤조티오펜 (polybenzothiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 피롤) (poly(N-substituted pyrrole)), 폴리(3-치환 피롤) (poly(3-substituted pyrrole)), 폴리(3,4-이치환 피롤) (poly(3,4-bisubstituted pyrrole)), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리-1,3,4-옥사디아졸 (poly-1,3,4-oxadiazoles), 폴리이소티아나프텐(polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 아닐린) (poly(N-substituted aniline)), 폴리(2-치환 아닐린) (poly(2-substituted aniline)), 폴리(3-치환 아닐린) (poly(3-substituted aniline)), 폴리(2,3-치환 아닐린) (poly(2,3-bisubstituted aniline)), 폴리아줄렌 (polyazulene), 폴리피렌 (polypyrene)과 같은 공액 헤테로고리형 폴리머; 피라졸린 화합물 (pyrazoline compounds); 폴리셀레노펜 (polyselenophene); 폴리벤조퓨란 (polybenzofuran); 폴리인돌 (polyindole); 폴리피리다진 (polypyridazine); 벤지딘 화합물 (benzidine compounds); 스틸벤 화합물 (stilbene compounds); 트리아진 (triazines); 치환된 메탈로- 또는 메탈-프리 포르핀 (substituted metallo- or metal-free porphines), 프탈로시아닌 (phthalocyanines), 플루오로프탈로시아닌 (fluorophthalocyanines), 나프탈로시아닌 (naphthalocyanines) 또는 플루오로나프탈로시아닌 (fluoronaphthalocyanines); C60 및 C70 풀러렌(fullerenes); N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide) 및 불화 유도체; N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide); 배쏘페난쓰롤린 (bathophenanthroline); 디페노퀴논 (diphenoquinones); 1,3,4-옥사디아졸 (1,3,4-oxadiazoles); 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 (11,11,12,12-tetracyanonaptho-2,6-quinodimethane); α,α'-비스(디티에노[3,2-b2',3'-d]티오펜) (α,α'-bis(dithieno[3,2-b2',3'-d]thiophene)); 2,8-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 안트라디티오펜 (2,8-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl anthradithiophene); 2,2'-비벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 (2,2'-bibenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 등의 유기 반-전도성(semi-conducting) 재료나 이들의 화합물, 올리고머 및 화합물 유도체 등이 사용될 수 있다.In addition, other conjugated hydrocarbon polymers such as polyacene, polyphenylene, poly (phenylene vinylene), and polyfluorene, and oligomers of such conjugated hydrocarbons ; Condensed aromatic hydrocarbons such as anthracene, tetracene, chrysene, pentacene, pyrene, perylene, and coronene; oligomeric para-substitution such as p-quaterphenyl (p-4P), p-quinquephenyl (p-5P), p-sexiphenyl Oligomeric para substituted phenylenes; Poly (3-substituted thiophene), poly (3,4-bisubstituted thiophene), polybenzothiophene), poly But are not limited to, polyisothianaphthene, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4- poly (3,4-bisubstituted pyrrole), polyfuran, polypyridine, poly-1,3,4-oxadiazoles, Poly (2-substituted aniline), poly (3-substituted aniline) (poly (N-substituted aniline) (3-substituted aniline), poly (2,3-bisubstituted aniline), polyazulene, polypyrene, and the like; Pyrazoline compounds; Polyselenophene; Polybenzofuran; Polyindole; Polypyridazine; Benzidine compounds; Stilbene compounds; Triazines; Substituted metal-or-metal-free porphines, phthalocyanines, fluorophthalocyanines, naphthalocyanines or fluoronaphthalocyanines; C 60 and C 70 fullerenes; N, N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide (N, diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide) and fluorinated derivatives thereof; N, N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide (N, N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide); Bathophenanthroline; Diphenoquinones; 1,3,4-oxadiazoles; 11,11,12,12-tetracyanonaptho-2,6-quinodimethane; α, α'-bis (dithieno [3,2-b2 ', 3'-d] thiophene) ); Dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl anthradithiophene); a substituted or unsubstituted dialkyl, substituted or unsubstituted dialkyl; Bibenzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene) and the like, Semi-conducting materials, compounds thereof, oligomers and compound derivatives, and the like can be used.
상기 강유전체층(4)과 하부 전극(2)의 상측에는 억셉터(acceptor)층(5)과 도너(donor)층(6)이 순차적으로 적층 형성된다.An
이때 도너층(6)을 구성하는 물질로서는 예컨대 P3HT, ZnPc, CuPc 등의 광흡수도가 좋은 물질이 사용되고, 억셉터층(5)을 구성하는 물질로서는 예컨대 PCBM, PTCBI, PBI 등과 같이 전자 친화도가 양호한 물질이 채용된다.At this time, as the material constituting the donor layer 6, for example, a material having high light absorbance such as P3HT, ZnPc and CuPc is used. As the material constituting the
상기 도너충(6)의 상측에는 광투과성이 우수한 재질로 구성되는 상부 전극(7)이 형성된다. 이때 상부 전극(7)으로서는 예컨대 ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT 등이 채용될 수 있다. 그리고 상부 전극(7)의 상측에는 예컨대 유리 등의 투명한 재질로 이루어지는 상부 기판(8)이 구비된다.On the upper side of the donor sheet 6, an
이어 상기한 구성으로 된 유기박막 태양전지의 동작을 설명한다.The operation of the organic thin film solar cell having the above-described structure will now be described.
일반적으로 유기박막 태양전지는 상부 기판(8)과 상부 전극(7)을 통해 외부 광이 입사되면, 외부 광은 도너층(6)에 흡수되게 된다. 그리고 이때 도너층(6)에서는 전자-정공쌍이 형성된다. 이와 같이 생성된 전자-정공쌍은 도너층(6)을 자유롭게 여행하게 된다. 도너층(6) 내에서 자유롭게 떠돌던 전자-정공쌍이 도너층(6)과 억셉터층(5)의 계면에 도달하게 되면, 전자-정공쌍은 전자와 정공으로 분리되게 되고, 여기서 분리된 정공은 도너층(6)을 통해 상부 전극(7)으로 이동하는 한편 전자는 억셉터층(5)을 통해 하부 전극(2)으로 이동하게 된다.Generally, when the organic thin film solar cell receives external light through the upper substrate 8 and the
상기 실시예에 있어서는 태양전지의 작동에 앞서 상부 전극(7)과 보조 전극(3)을 이용하여 강유전체층(4)을 분극화 시키게 된다. 강유전체층(4)이 분극화 되면 여기로부터 발생되는 분극전계에 전자-정공쌍의 이동도가 증가되고, 이에 따라 도너층(6)과 억셉터층(5)의 계면에 도달되는 전자-정공쌍의 양이 증가되게 된다. 그리고 이에 따라 상부 전극(7)과 하부 전극(2)으로 전달되는 정공과 전자의 양이 증가하게 된다. 즉, 유기박막 태양전지에 의해 생성되는 전력의 양이 증가되게 된다,The
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 단면 구조를 나타낸 단면도이다. 또한 도 4는 도 3에서의 주요부 평면도로서, 이는 도 2에 대응되는 것이다.3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. Fig. 4 is a plan view of the main part in Fig. 3, which corresponds to Fig.
도 1의 실시예에 있어서는 태양전지의 하측 중앙부분에 하부 전극(2)을 설치하고, 이 하부 전극(2)의 외측 부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 형성하도록 되어 있는데 대하여, 본 실시예에서는 태양전지의 하측 중앙부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 설치하고, 이 보조 전극(2) 및 강유전체층(4)의 외측 부분에 하부 전극(2)을 설치한 것이다.1, the
또한 본 실시예에 있어서도 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않고 적절하게 변형시켜 실시할 수 있다.Also in this embodiment, the shape of the
그리고 그 밖의 부분은 상술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.Since the other parts are substantially the same as those of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a third embodiment of the present invention.
상술한 실시예에 있어서는 태양전지의 하측에 보조 전극(3)과 강유전체층(4)을 설치한데 대하여 본 실시예는 태양전지의 상측에 강유전체층(55)과 보조 전극(56)을 설치한 것이다.The
본 실시예에서 기판(51)의 상측에는 통상적인 태양전지와 마찬가지로 하부 전극(52)이 설치되고, 이 하부 전극(52)의 상측에는 억센터층(53)과 도너층(54)이 순차적으로 적층 형성된다.A
한편, 본 실시예에 있어서는 도너층(54)의 상측에 강유전체층(55)과 상부 전극(57)이 설치되고, 상기 강유전체층(55)의 상측에 보조 전극(56)이 설치된다. 이때 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)과 상부 전극(57)의 배치는 도 2에 나타낸 평면도와 마찬가지로 중심 부분에 상부 전극(57)이 배치되면서 이 상부 전극(57)의 외측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)이 설치된다. 또한 이 경우에도 상기 상부 전극(57)과 강유전체층(55) 및 보조 전극(57)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다.On the other hand, in this embodiment, the
또한 상기 상부 전극(57)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 투명한 재질의 것이 사용되고, 보조 전극(56)으로서는 특정한 것이 요구되지 않는다.Also, the
본 실시예에 있어서는 태양전지의 구동시에 보조 전극(56)과 하부 전극(52)을 이용하여 강유전체층(55)을 분극화 시키게 된다. 그리고 그 밖의 동작은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.In this embodiment, the
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a fourth embodiment of the present invention.
본 실시예는 도 5의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 상측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하면서, 도 3의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 중앙 부분에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하고 이들 외측 부분에 상부 전극(57)을 설치한 것이다.5, the
그리고 그 밖의 부분은 상술한 도 5의 실시예와 동일하므로 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.Since the other parts are the same as those of the embodiment of FIG. 5 described above, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 유기박막 태양전지의 도너층(6, 53)에서 생성되는 전자-정공쌍의 이동도를 향상시켜 도너층(6, 54)과 억셉터층(5, 53)의 경계면에 도달되는 전자-정공쌍의 양을 증가시킴으로써 태양전지의 광전변환 효율을 대폭 제고할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the mobility of the electron-hole pairs generated in the donor layers 6 and 53 of the organic thin film solar cell can be improved to improve the mobility of the donor layers 6 and 54 and the acceptor layers 5 and 53 By increasing the amount of electron-hole pairs reaching the interface, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be greatly improved.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention.
1, 51 : 기판, 2, 52 : 하부 전극,
3, 55 : 강유전체층, 4, 56 : 보조 전극,
5, 53 : 억셉터층, 6, 54 : 도너층,
7, 57 : 상부 전극.1, 51: substrate, 2, 52: lower electrode,
3, 55: ferroelectric layer, 4, 56: auxiliary electrode,
5, 53: acceptor layer, 6, 54: donor layer,
7, 57: upper electrode.
Claims (18)
기판과,
상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극,
상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층,
상기 하부 전극과 강유전체층의 상측에 형성되는 억셉터층,
상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층,
투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극 및,
상기 상부 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.1. An organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A substrate;
A lower electrode formed on the substrate,
An auxiliary electrode formed on an upper portion of the substrate and an outer portion of the lower electrode,
A ferroelectric layer formed above the auxiliary electrode,
An upper electrode, an acceptor layer formed above the ferroelectric layer,
A donor layer formed on the acceptor layer,
An upper electrode formed on the upper side of the donor layer and made of a transparent conductive material,
And an upper substrate provided on the upper electrode.
상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode.
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method of claim 3,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material.
상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the upper electrode and the auxiliary electrode.
기판과,
상기 기판의 상측에 형성되는 보조 전극,
상기 기판의 상측과 보조 전극의 외측 부분에 형성되는 하부 전극,
상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층,
상기 하부 전극과 강유전체층의 상측에 형성되는 억셉터층,
상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층,
투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극 및,
상기 상부 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.1. An organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A substrate;
An auxiliary electrode formed on the substrate,
A lower electrode formed on an upper portion of the substrate and an outer portion of the auxiliary electrode,
A ferroelectric layer formed above the auxiliary electrode,
An upper electrode, an acceptor layer formed above the ferroelectric layer,
A donor layer formed on the acceptor layer,
An upper electrode formed on the upper side of the donor layer and made of a transparent conductive material,
And an upper substrate provided on the upper electrode.
상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode.
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material.
상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the upper electrode and the auxiliary electrode.
기판과,
상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
상기 하부 전극의 상측에 형성되는 억셉터층,
상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층,
투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되는 상부 전극,
상기 도너층의 상측에 형성됨과 더불어 상기 상부 전극의 외측에 형성되는 강유전체층,
상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극 및,
상기 상부 전극과 보조 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.1. An organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A substrate;
A lower electrode formed on the substrate,
An acceptor layer formed above the lower electrode,
A donor layer formed on the acceptor layer,
An upper electrode formed of a transparent conductive material and formed on the donor layer,
A ferroelectric layer formed on the upper side of the donor layer and formed on the outer side of the upper electrode,
An auxiliary electrode formed on the ferroelectric layer,
And an upper substrate disposed above the upper electrode and the auxiliary electrode.
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.13. The method of claim 12,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material.
상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode.
기판과,
상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
상기 하부 전극의 상측에 형성되는 억셉터층,
상기 억셉터층의 상측에 형성되는 도너층,
상기 도너층의 상측에 형성되는 강유전체층,
투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 도너층의 상측에 형성되고, 상기 강유전체층의 외측에 형성되는 상부 전극,
상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극 및,
상기 상부 전극과 보조 전극의 상측에 구비되는 상부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.1. An organic thin film solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A substrate;
A lower electrode formed on the substrate,
An acceptor layer formed above the lower electrode,
A donor layer formed on the acceptor layer,
A ferroelectric layer formed on the donor layer,
An upper electrode formed on the upper side of the donor layer and formed on the outer side of the ferroelectric layer, the upper electrode being made of a transparent conductive material,
An auxiliary electrode formed on the ferroelectric layer,
And an upper substrate disposed above the upper electrode and the auxiliary electrode.
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.16. The method of claim 15,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.
강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.17. The method of claim 16,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material.
상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 유기박막 태양전지.16. The method of claim 15,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode.
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