KR101565338B1 - Organic solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 드라이 에칭법을 이용하여 패턴화된 유기막을 포함하여, 패턴화 후 유기물의 잔존 및 이로 인한 전류 누설에 대한 우려 없이 개선된 전지특성을 나타낼 수 있는 유기태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides an organic solar cell including an organic film patterned using a dry etching method and capable of exhibiting improved cell characteristics without fear of residual organic matter after patterning and current leak due to the organic film, .
Description
본 발명은 누설 전류의 감소로 개선된 전지 특성을 나타내는 유기태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic solar cell exhibiting improved cell characteristics due to a reduction in leakage current and a method for manufacturing the same.
유기 태양 전지는 이중 결합이 교대로 되어 있는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공액 고분자(conjugated polymer), CuPc, 페릴렌, 펜타센 등의 감광성 저분자, 또는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르(PCBM) 등의 유기 반도체 재료와 같은 유기물질을 활용하는 구조의 태양 전지이다. Organic solar cells can be classified into conjugated polymers such as polyparaphenylenevinylene (PPV) in which double bonds are alternated, photosensitive low molecules such as CuPc, perylene, pentacene, or (6,6) And organic semiconductor materials such as C 61 -butyric acid methyl ester (PCBM).
유기 태양 전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 일반적으로 서로 대향하여 위치하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 위치하며, 공액 고분자와 같은 정공수용체(hole acceptor)과 플러렌 등의 전자수용체(electron acceptor)가 접합구조로 이루어진 유기물질을 포함하는 광활성층으로 이루어져 있으며, 필요에 따라 상기 광활성층의 상부 및 하부에 각각 전공전달층 및 전자전달층의 유기막을 더 포함한다. The organic solar cell basically has a thin film structure, and is generally disposed between the anode and the cathode opposite to each other, and is disposed between the anode and the cathode. The organic solar cell includes a hole acceptor such as a conjugated polymer, An electron acceptor is composed of a photoactive layer including an organic material having a bonding structure and further includes an organic layer of an electron transport layer and an electron transport layer on upper and lower portions of the photoactive layer as necessary.
유기태양전지에 외부 광원으로부터 빛이 입사되면, 빛은 양극을 통과하여 광활성층으로까지 입사하고, 입사된 빛을 이루는 광자가 광활성층의 전자수용체에 존재하는 가전자대의 전자와 충돌하게 된다. 가전자대의 전자는 충돌한 광자로부터 광자의 파장에 해당하는 에너지를 받아 전도대로 도약하게 되고, 가전자대에는 정공이 남게 된다. 전자수용체에 남겨진 정공은 양극으로 이동하게 되고, 전도대의 전자는 음극으로 이동하게 되며, 각 전극으로 이동된 전자와 정공에 의해 유기 태양 전지는 기전력을 갖게 되어 전원으로 동작하게 된다.When light is incident on the organic solar cell from an external light source, the light passes through the anode and enters the photoactive layer, and the photons that form the incident light collide with the electrons of the valence band existing in the electron acceptor of the photoactive layer. The electrons of the valence band take energy corresponding to the wavelength of the photon from the collided photon and jump to the conduction band, and holes are left in the valence band. The holes left in the electron acceptor move to the anode, the electrons in the conduction band move to the cathode, and the electrons and holes moved to each electrode cause the organic solar cell to have an electromotive force and operate as a power source.
이 같은 유기 태양 전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 상기와 같은 기술적, 경제적 유리함에도 불구하고 낮은 효율로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 광활성층, 전자전달층 및 정공전달층을 포함하는 유기막에서의 최적의 유기물질 선정이나 유기막 제조 공정 개발을 통해 흡수한 빛을 효율적으로 활용하는 방법, 유기막의 형태, 구조 그리고 결정성 증가 등을 통해 전하 이동도를 증가시키는 방법 등 유기 태양 전지의 효율 향상을 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다. Such an organic solar cell is advantageous in that it can be mass-produced with ease of processability and low price, and it is possible to produce a thin film by a roll-to-roll method, thereby making it possible to fabricate a large-area electronic device having flexibility . However, despite the technical and economical advantages as described above, it is difficult to put it into practical use because of its low efficiency. Accordingly, a method for efficiently utilizing the absorbed light through the selection of an optimal organic material in the organic layer including the photoactive layer, the electron transport layer, and the hole transport layer, or the development of the organic layer manufacturing process, the shape, structure, A method of increasing the charge mobility through the increase of the electron mobility, and the like.
유기 태양 전지의 제조에 있어서, 광활성층을 포함하는 유기막을 원하는 패턴으로 형성하는 패터닝 방법은 특히 중요한 기술 중의 하나이다. 종래 유기막 패터닝 방법으로 진공증착법, 레이저 전사법(Laser induced thermal image, LITI), 잉크젯 프린팅법(Ink-Jet Printing), 슬롯 다이 코팅법(slot die coating), 메케니컬 스크라이빙법(Mechanical Scribing) 등이 사용되었다.In the production of an organic solar cell, a patterning method of forming an organic film containing a photoactive layer in a desired pattern is one of particularly important techniques. Conventional organic film patterning methods include vacuum vapor deposition, laser induced thermal imaging (LITI), ink jet printing, slot die coating, mechanical scribing ) Were used.
그러나, 진공 증착법은 저분자 물질에만 적용가능한 한계가 있고, 레이저 전사법 또한 공정성 및 막 특성은 우수하나 저분자 물질에만 적용이 가능하다. 잉크젯 프린팅법의 경우 고분자 물질에 대해서도 이용가능하고, 스트라이프(Stripe) 패턴 구현이 가능하나, 잉크젯 공정 이전에 원하는 곳에만 증착될 수 있도록 표면 처리를 하거나 격벽을 형성하는 공정을 반드시 거쳐야 되므로 공정이 복잡해지고 제조비용이 상승하며, 형성된 유기막의 막질도 좋지 않은 문제점이 있다. 메케니컬 스크라이빙법의 경우 기판 전면에 유기막을 코팅한 후 불필요한 부분의 유기막을 긁어내는 공정으로서, 정밀도가 떨어지고, 유기막이 손상될 위험이 있으며, 기판에 유기물이 잔존하기 쉽고, 그 결과로 잔존 유기물로 인한 전류 누설이 증가되어 유기 태양전지의 전지 특성이 저하되는 문제점이 있다.However, the vacuum deposition method has a limitation that can be applied only to low molecular materials, and the laser transfer method also has excellent processability and film properties, but it is applicable only to low molecular materials. The inkjet printing method can be used for a polymer material, and it is possible to implement a stripe pattern. However, since a process for forming a barrier or a surface treatment is required to be deposited only in a desired place before an inkjet process, The manufacturing cost is increased, and the film quality of the formed organic film is also poor. In the case of the mechanical scribing method, an organic film is coated on the entire surface of a substrate, and then an unnecessary portion of the organic film is scraped off. As a result, the precision is lowered, the organic film is damaged, organic substances are likely to remain on the substrate, There is a problem that current leakage due to organic materials is increased and battery characteristics of the organic solar battery are deteriorated.
본 발명의 목적은 유기태양전지의 제조시 발생하는 잔존 유기물로 인한 전류 누설(current leakage)이 감소되어 개선된 전지 특성을 나타내는 유기태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an organic solar cell exhibiting improved battery characteristics due to reduced current leakage due to residual organic matter generated in the production of organic solar cells and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지는An organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes:
양극, anode,
상기 양극 위에 위치하며, 광활성층을 포함하는 유기막, An organic layer disposed on the anode and including a photoactive layer,
상기 유기막 위에 위치하는 제1음극, 그리고 A first cathode located on the organic film, and
상기 제1음극 위에 위치하는 제2음극을 포함한다.And a second cathode disposed on the first cathode.
상기 유기막은 양극과 광활성층 사이에 위치하며 정공전달물질을 포함하는 정공전달층, 및 광활성층과 제1음극사이에 위치하며, 전자전달물질을 포함하는 전자전달층으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1층을 더 포함할 수 있다.Wherein the organic film comprises at least one selected from the group consisting of a hole transporting layer located between the anode and the photoactive layer and including a hole transporting material and an electron transporting layer located between the photoactive layer and the first cathode, Layer. ≪ / RTI >
상기 유기태양전지는 상기 제1음극과 제2음극 사이에 금속 마스크층을 더 포함할 수 있다.The organic solar cell may further include a metal mask layer between the first and second cathodes.
상기 금속 마스크층은 크롬, 금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함할 수 있다.The metal mask layer may include a metal selected from the group consisting of chromium, gold, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기태양전지의 제조방법은, According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an organic solar cell,
양극을 형성하는 단계;Forming an anode;
상기 양극 위에 광활성층을 포함하는 유기막을 형성하는 단계; Forming an organic film including a photoactive layer on the anode;
상기 유기막 위에 제1음극을 형성하는 단계; Forming a first anode on the organic layer;
상기 제1음극을 마스크로 하여 유기막을 드라이 에칭하여 패턴화하는 단계; 그리고, Patterning the organic film by dry etching using the first negative electrode as a mask; And,
상기 제1음극 위에 제2음극을 형성하는 단계를 포함한다.And forming a second cathode on the first cathode.
상기 유기태양전지의 제조방법은, 상기 양극 형성 단계 후 광활성층을 형성하기 전에 상기 양극 위에 정공전달물질을 포함하는 정공전달층을 형성하는 단계, 및 상기 광활성층 형성 단계 후 제1음극을 형성하기 전에 상기 광활성층 위에 전자전달물질을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing an organic solar cell may further include forming a hole transport layer including a hole transport material on the anode before forming the photoactive layer after the anode formation step and forming a first anode after forming the photoactive layer, And forming an electron transport layer containing an electron transfer material on the photoactive layer before the step of forming the photoactive layer.
상기 유기태양전지의 제조방법은 상기 제1음극 형성 단계 후 유기막에 대한 패턴화 전에 상기 제1음극 위에 금속 마스크층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of fabricating the organic solar cell may further include forming a metal mask layer on the first cathode before patterning the organic layer after the first cathode forming step.
상기 드라이 에칭은 반응성 이온 에칭법에 의해 실시될 수 있다.The dry etching may be performed by a reactive ion etching method.
또한 상기 드라이 에칭은 O2, Ar, N2, CHF3, CH4, CF4, SF6, Cl2, 및 BCl2로 이루어진 군에서 선택되는 활성 가스를 이용하여 실시될 수 있다.The dry etching may be performed using an active gas selected from the group consisting of O 2 , Ar, N 2 , CHF 3 , CH 4 , CF 4 , SF 6 , Cl 2 , and BCl 2 .
또한 상기 드라이 에칭은 50 내지 500mTorr의 압력 하에서 실시될 수 있다.The dry etching may be performed under a pressure of 50 to 500 mTorr.
또한 상기 드라이 에칭이 50 내지 1000W의 전압을 인가하여 실시될 수 있다.The dry etching may be performed by applying a voltage of 50 to 1000 W.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
본 발명에 따른 유기태양전지는, 드라이 에칭 공정을 이용하여 유기막을 패터닝함으로써 패턴화 후 유기물의 잔존 및 이로 인한 전류 누설에 대한 우려가 없으며 개선된 전지 특성을 나타낼 수 있다.In the organic solar cell according to the present invention, the organic film is patterned using a dry etching process, so that there is no concern about the residual organic matter and the current leakage due to the patterning, and the improved battery characteristics can be exhibited.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 나타내는 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.1 is a cross-sectional perspective view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a process diagram illustrating a method of manufacturing an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 명세서에서 사용된 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify that there are stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명에 따른 유기태양전지 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an organic solar cell according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail.
본 발명은 서로 대향하여 위치하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 광활성층을 비롯한 유기막을 포함하는 유기태양전지의 제조에 있어서, 음극을 마스크로 하여 드라이 에칭법을 이용하여 유기막을 패턴화함으로써, 패턴화 후 유기물의 잔존을 방지하고, 또한 이로 인한 전류 누설을 최소화하여 유기태양전지의 전기 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an organic solar cell including an anode and a cathode positioned opposite to each other, and an organic film including a photoactive layer between the anode and the cathode, wherein the organic film is patterned by dry etching using the cathode as a mask Thereby preventing the organic matter from remaining after the patterning and minimizing the current leakage, thereby improving the electrical characteristics of the organic solar battery.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지는, 양극(anode); 상기 양극 위에 위치하며, 광활성층을 포함하는 유기막; 상기 유기막 위에 위치하는 제1음극(cathode); 그리고 상기 제1음극 위에 위치하는 제2음극을 포함한다.That is, an organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes: an anode; An organic layer located on the anode and including a photoactive layer; A first cathode positioned above the organic layer; And a second cathode disposed on the first cathode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 유기 태양 전지(100)는 양극(10), 상기 양극 위에 위치하며, 광활성층(20a)을 포함하는 유기막(20), 상기 광활성층 위에 위치하는 제1음극(30a), 그리고 상기 제1음극 위에 위치하는 제2음극층(30b)을 포함한다. 1, an organic
상기 양극(10)은 기판(1) 위에 형성될 수 있다. The
상기 기판(1)은 투명성을 갖는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로는 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 이중에서도 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 투명 플라스틱 기판을 사용하는 것이 바람직하다.The
또한 상기 기판(1)은 약 400 내지 750nm의 가시광 파장에서 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.Further, the
상기 양극(10)은 상기 기판(1)을 통과한 빛이 광활성층(20a)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 투명도를 가지며, 약 4.5eV 이상의 높은 일함수와 낮은 저항을 갖는 전도성 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속산화물 투명 전극; 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극; 또는 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.Since the
상기 양극(10) 위에는 광활성층(20a)을 포함하는 유기막(20)이 위치한다.An organic layer 20 including a
상기 광활성층(20a)은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종 접합 구조를 가진다. 상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체를 포함한다. 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The
바람직하게는 상기 정공수용체는 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], 폴리(2-메틸-5-(3',7'-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl-5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.Preferably, the hole acceptor is selected from the group consisting of poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT), poly- p-phenylenevinylene, PPV], poly (9,9'-dioctylfluorene), poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) Poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] ) -1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV], and combinations thereof. The term " poly (2-methyl-5- It can be either.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60) 또는 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 전자수용체는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The electron acceptor may be any nanoparticle selected from the group consisting of fullerene (C 60 ) or a fullerene derivative, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe, and combinations thereof. In addition, the electron acceptor (6,6) -phenyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6) - phenyl -C 71 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester; C 70 -PCBM], (6,6) - thienyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -thienyl-C 61 -butyric acid methyl ester; ThCBM], carbon nanotubes, and combinations thereof.
상기 광활성층(20a)은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율을 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.The
상기 유기막(20)은 상기한 양극(10)과 광활성층(20a) 사이에 정공전달물질을 포함하는 정공전달층(20b)을 선택적으로 더 포함할 수 있다.The organic layer 20 may further include a
상기 정공전달층(20b)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 포함할 수 있다.The
상기 유기막(20)은 또한 상기 광활성층(20a)과 제1음극(30a) 사이에 전자전달층(미도시)을 더 포함할 수 있다. The organic layer 20 may further include an electron transport layer (not shown) between the
상기 전자전달층은 리튬플로라이드, 칼슘 산화물, 리튬 산화물, 티타늄 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 전자전달물질을 포함할 수 있다.The electron transport layer may include any one of electron transport materials selected from the group consisting of lithium fluoride, calcium oxide, lithium oxide, titanium oxide, and combinations thereof.
상기 유기막(20) 위에는 상기한 양극(10)과 대향하여 음극이 위치한다.On the organic layer 20, a cathode is positioned opposite to the
상기 음극은 제1음극(30a) 및 상기 제1음극 위에 위치하는 제2음극(30b)을 포함하며, 선택적으로 상기 제1음극(30a)과 제2음극(30b) 사이에 금속 마스크층(40)을 더 포함할 수 있다.The negative electrode includes a first
상기 제1음극(30a)은 제2음극(30b)과 함께 일함수를 최적화하여 유기태양전지의 효율을 최대화하는 동시에, 유기막의 패턴시 마스크의 역할을 한다. 상기 제2음극(30b)은 유기태양전지 모듈에서 각 스트라이프 패턴 간의 직렬 연결을 형성하는 역할을 한다.The
상기 제1음극(30a) 및 제2음극(30b)을 형성하는 음극 형성 물질로는 통상 유기 태양 전지에서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하나, 낮은 일함수를 가지며, 플라즈마 저항성이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 제1음극(30a) 및 제2음극(30b)은 음극 형성 물질로서 각각 독립적으로 알루미늄, 은, 금, 크롬, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐, 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.The cathode forming material for forming the
상기 제1음극(30a) 및 제2음극(30b)을 형성하는 음극 형성 물질 및 각각의 두께는 최적의 일함수를 제공할 수 있도록 적절히 선택되고 조정될 수 있다.The cathode forming material and the thickness of each of the first and
상기 금속 마스크층(40)은 제1음극(30a) 위에 위치하며, 유기막(20) 패터닝시 제1음극(30a)과 함께 마스크 역할을 하는 동시에 제1음극(30a)의 식각을 방지하는 역할을 한다. 상기 금속 마스크층(40)은 부식이나 산화에 강한 금, 백금족 원소(루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 백금) 등과 같은 귀금속(noble metals)이나, 또는 플라즈마에 대해 높은 저항성을 갖는 크롬 등의 금속을 포함할 수 있다.The
이와 같이 본 발명에 따른 유기태양전지는 제1음극과 제2음극의 다층 구조를 갖는 음극을 포함함으로써, 드라이 에칭 공정을 통해 제1음극이 가리고 있지 않은 영역에서의 유기물에 대한 제거가 일어나고, 이중에서도 기판 표면에 잔존하는 유기물이 제거되어 잔존 유기물에 의한 전류 누설이 감소하게 된다. 또한 노출되어 있는 양극 표면의 클리닝을 통하여 양극과 제2음극과의 접촉 저항(contact resistance)가 감소되어 개선된 전지특성을 나타낼 수 있다.As described above, the organic solar cell according to the present invention includes a cathode having a multi-layered structure of a first anode and a second anode, so that organic matter is removed from a region not covered with the first anode through a dry etching process, The organic matter remaining on the surface of the substrate is removed and the current leakage due to the remaining organic matter is reduced. Also, the contact resistance between the positive electrode and the second negative electrode is reduced through cleaning of the exposed surface of the positive electrode, thereby exhibiting improved battery characteristics.
상기와 같은 구조를 갖는 유기태양전지는, 양극을 형성하는 단계(단계 1); 상기 양극 위에 광활성층을 포함하는 유기막을 형성하는 단계(단계 2); 상기 유기막 위에 제1음극을 형성하는 단계(단계 3); 상기 제1음극을 마스크로 하여 유기막을 드라이 에칭하여 패턴화하는 단계(단계 4); 그리고, 상기 제1음극 위에 제2음극을 형성하는 단계(단계 5)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.The organic solar cell having such a structure has the steps of: forming an anode (step 1); Forming an organic film including a photoactive layer on the anode (step 2); Forming a first cathode on the organic layer (Step 3); Dry-etching and patterning the organic film using the first negative electrode as a mask (step 4); And a step of forming a second cathode on the first cathode (step 5).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 일 예일뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.2 is a schematic view showing a process of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an illustration for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 유기태양전지의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
단계 1은 양극(10)을 형성하는 단계이다(S1).
상기 양극(10)은 통상의 방법에 따라 형성될 수 있다. 구체적으로는 상기 양극(10)은 기판(1)의 일면에 양극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통해 일정한 패턴을 가지도록 함으로써 형성할 수 있다. The
상기 기판(1) 및 양극 형성 물질은 앞서 설명한 바와 동일하다.The
상기 양극(10) 형성에 앞서 선택적으로 상기 기판(1)에 대하여 O2 플라즈마 처리법, UV/오존 세척, 산 또는 알칼리 용액을 이용한 표면 세척, 질소 플라즈마 처리법 및 코로나 방전 세척으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 기판(1)의 표면을 전처리할 수도 있다.Wherein at least one selected from the group consisting of O 2 plasma treatment, UV / ozone cleaning, surface cleaning using an acid or alkali solution, nitrogen plasma treatment, and corona discharge cleaning is performed on the
단계 2는 상기 양극(10) 위에 광활성층(20a)을 포함하는 유기막을 형성하는 단계이다(S2).Step 2 is a step of forming an organic layer including the
상기 광활성층(20a)은 상기한 전자수용체와 정공수용체를 용매에 용해시켜 제조한 광활성층 형성용 조성물을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법을 실시하여 광활성층 형성용 조성물의 도막을 형성하고, 이후 25 내지 150℃에서 5 내지 145분 동안 건조 공정 및 열처리 공정 통하여 제조할 수 있다. 이때 상기 건조 공정과 열처리 공정시 공정 조건을 적절히 조절함으로써 상기 전자수용체와 상기 정공수용체 사이에 적절한 상분리 및 상기 전자수용체의 배향을 유도할 수 있다. The
상기 열처리시 열처리 온도가 지나치게 낮거나 열처리 실시 시간이 지나치게 짧을 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 반면 열처리 온도가 지나치게 높거나 열처리 시간이 지나치게 길 경우, 전자수용체의 열화의 우려가 있다. 따라서, 상기 열처리 공정은 70 내지 150℃에서 5 내지 20분 동안 실시되는 것이 바람직하다.If the heat treatment temperature is too low or the heat treatment time is too short, the mobility of the electron acceptor and the hole acceptor may be low and the heat treatment effect may be insufficient. On the other hand, when the heat treatment temperature is excessively high or the heat treatment time is too long, There is a fear of deterioration of the receptor. Therefore, the heat treatment is preferably performed at 70 to 150 ° C for 5 to 20 minutes.
이때 형성되는 광활성층(20a)의 두께는 5 내지 2000nm인 것이 바람직하다.The thickness of the
또한 상기 유기막(20)이 광활성층(20a) 외에 정공전달층(20b) 또는 전자전달층(미도시)을 더 포함하는 경우, 상기 광활성층 형성 단계(단계 2) 전에 양극 위에 정공전달물질을 포함하는 정공전달층을 형성하는 단계, 그리고 상기 광활성층 형성 후 제1음극 형성(단계 3) 전에 상기 광활성층 위에 전자전달물질을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 추가로 더 실시할 수 있다.When the organic layer 20 further includes a
상기 정공전달층(20b)은 상기한 정공전달물질을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 정공전달층의 두께는 바람직하게 5 내지 2000 nm일 수 있다.The
또한 상기 전자전달층(미도시) 역시 상기한 전자전달물질을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전자전달층의 두께는 바람직하게 5 내지 2000nm일 수 있다.The electron transfer layer (not shown) may also be formed by coating the electron transfer material by a method such as spraying, spin coating, dipping, printing, doctor blading or sputtering, or electrophoresis. The thickness of the electron transporting layer may preferably be 5 to 2000 nm.
단계 3은 상기 광활성층(20a)을 포함하는 유기막 위에 제1음극(30a)을 형성하는 단계이다(S3).Step 3 is a step of forming a
제1음극(30a)은 통상의 방법에 따라 유기막 위에 음극 형성용 물질을 포함하는 조성물을 스크린 프린팅하거나, 또는 스크린 새도우 마스크를 이용하여 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 형성할 수 있다.The
상기 제1음극(30a)의 형성 후 선택적으로 제1음극의 에칭을 방지하기 위해 플라즈마에 대해 높은 저항성을 갖는 금속을 포함하는 금속 마스크층(40)를 형성하는 공정을 더 실시할 수도 있다.A step of forming a
구체적으로 상기 금속 마스크층(40)은 앞서 설명한 바와 같이 크롬, 금, 은, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함할 수 있으며, 스크린 새도우 마스크를 이용하여 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 형성할 수 있다.Specifically, the
단계 4는 상기 제1음극(30a)을 마스크로 하여 유기막을 드라이 에칭하여 유기막을 패턴화하는 단계이다(S4).
상기 유기막의 패턴화 공정은 저진공 상태에서 화학적 활성가스에 대해 RF(Radio Frequency) 전압을 인가하여 플라즈마(Plasma)를 발생시키고, 발생된 플라즈마 중의 이온의 작용에 의해 에칭하는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching) 또는 플라즈마 스크라이빙(Plasma Scribing))과 같은 드라이 에칭법을 이용하여 실시할 수 있다.In the patterning process of the organic layer, a RF (Radio Frequency) voltage is applied to a chemically active gas in a low vacuum state to generate a plasma, and a reactive ion etching (Reactive Ion Etching) or plasma scribing) may be used.
통상적으로 무기막 또는 유기막 패턴화시 사용되는 습식 에칭법은 에칭액에 의한 화학적 작용으로 마스크 아래 부분도 에칭이 되는 문제가 있다. 그러나, 드라이 에칭은 수직방향으로만 에칭이 진행되기 때문에 제1음극(30a), 양극(10) 및 선택적으로 포함되는 금속 마스크층(40)을 손상시키지 않으면서 유기막만을 식각하여 고정밀도로 미세 패턴 형성이 가능하고, 에칭 후 유기물이 잔존하지 않기 때문에 잔존 유기물에 의한 전류 누설을 방지할 수 있다. 또한 드라이 에칭은 재현성이 뛰어나고, 저진공 상태에서 실시되기 때문에 온도 및 습도에 의한 영향을 받지 않는다.The conventional wet etching method used for patterning an inorganic film or an organic film has a problem that a portion under the mask is also etched due to a chemical action by an etching solution. However, since dry etching proceeds only in the vertical direction, only the organic film is etched without damaging the
구체적으로, 상기 드라이 에칭은 O2, 아르곤(Ar), N2, CHF3, CH4, CF4, SF6, Cl2, BCl2 등과 같이 금속에 대해 강한 자극을 주지 않는 활성 가스를 이용하여 실시하는 것이 바람직하며, 이중에서도 O2, Ar, 또는 N2가 바람직하다.Specifically, the dry etching is O 2, argon (Ar), N 2, CHF 3,
상기 드라이 에칭 공정은 피에칭막인 유기막, 예를 들면 식각되는 광활성층의 두께에 따라 공정 조건이 달라질 수 있다. 구체적으로 상기 드라이 에칭은 50 내지 500mTorr의 압력 하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 드라이 에칭시 인가 전압은 50 내지 1000W인 것이 바람직하다.In the dry etching process, process conditions may vary depending on the thickness of an organic film, for example, a photoactive layer to be etched. Specifically, the dry etching is preferably performed under a pressure of 50 to 500 mTorr. The applied voltage during dry etching is preferably 50 to 1000 W.
또한 상기 드라이 에칭에 의한 유기막 패터닝시, 유기막이 광활성층 외에 전자전달층 또는 전공전달층을 더 포함하는 경우 광활성층과 함께 이들 층들이 함께 드라이 에칭될 수 있다.When the organic film further includes an electron transport layer or an electron transport layer in addition to the photoactive layer, the photoactive layer and the photoactive layer may be dry-etched together when the organic film is patterned by dry etching.
단계 5는 상기 제1음극(30a) 위에 제2음극(30b)을 형성하는 단계이다(S5).
제2음극(30b)은 제1음극(30a) 위에 새도우 마스크를 이용하여 상기한 음극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 형성할 수 있다.The
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 태양 전지의 제조방법은 별도의 마스크를 사용할 필요 없이 제1음극을 자기 정렬 마스크로 이용하고, 또한 이방성 에칭 공정인 드라이 에칭 공정을 통하여 제1음극 이외에 형성된 유기막을 플라즈마 스크라이빙함으로써 고정밀도의 미세 패턴, 특히 스트라이프(Stripe) 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 또한 기판에 남아 있을 잔존 유기물까지 제거함으로써 잔존 유기물로 인한 전류 누설을 최소화하여 유기태양전지의 전지 특성을 개선시킬 수 있다.As described above, in the method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention, a first negative electrode is used as a self-aligning mask without using a separate mask, and a dry etching process is performed using an anisotropic etching process It is possible to easily form a high-precision fine pattern, particularly a stripe pattern, by plasma scribing the film. In addition, residual organic matter remaining on the substrate is removed to minimize leakage of current due to remaining organic matter, thereby improving battery characteristics of the organic solar battery.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
100 : 유기 태양 전지
1 : 기판 10 : 양극
20: 유기막 20a: 광활성층
20b: 정공전달층 30a: 제1음극
30b: 제2음극 40: 금속 마스크층100: Organic solar cell
1: substrate 10: anode
20:
20b:
30b: second cathode 40: metal mask layer
Claims (11)
상기 양극 위에 위치하며, 광활성층을 포함하는 유기막,
상기 유기막 위에 위치하는 제1음극,
상기 제1음극 위에 위치하는 제2음극, 및
상기 제1음극과 제2음극 사이에 위치하는 금속 마스크층
을 포함하는 유기 태양 전지.anode,
An organic layer disposed on the anode and including a photoactive layer,
A first cathode located on the organic film,
A second cathode located on the first cathode, and
A metal mask layer positioned between the first and second cathodes,
≪ / RTI >
상기 유기막은 양극과 광활성층 사이에 위치하며 정공전달물질을 포함하는 정공전달층, 및 광활성층과 제1음극사이에 위치하며 전자전달물질을 포함하는 전자전달층으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1층을 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the organic layer includes at least one layer selected from the group consisting of a hole transporting layer located between the anode and the photoactive layer and including a hole transporting material and an electron transporting layer located between the photoactive layer and the first cathode, ≪ / RTI >
상기 금속 마스크층은 크롬, 금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것인 유기태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the metal mask layer comprises a metal selected from the group consisting of chromium, gold, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum.
상기 양극 위에 광활성층을 포함하는 유기막을 형성하는 단계;
상기 유기막 위에 제1음극을 형성하는 단계;
상기 제1음극 위에 금속 마스크층을 더 형성하는 단계;
상기 제1음극을 마스크로 하여 유기막을 드라이 에칭하여 패턴화하는 단계; 그리고,
상기 제1음극 위에 제2음극을 형성하는 단계
를 포함하는 유기태양전지의 제조방법.Forming an anode;
Forming an organic film including a photoactive layer on the anode;
Forming a first anode on the organic layer;
Forming a metal mask layer on the first cathode;
Patterning the organic film by dry etching using the first negative electrode as a mask; And,
Forming a second cathode on the first cathode;
Wherein the organic photovoltaic cell is a photovoltaic cell.
상기 양극 형성 단계 후 광활성층 형성 전에 상기 양극 위에 정공전달물질을 포함하는 정공전달층을 형성하는 단계, 및 상기 광활성층 형성 단계 후 제1음극을 형성하기 전에 상기 광활성층 위에 전자전달물질을 포함하는 전자전달층을 형성하는 단계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 단계를 더 포함하는 유기태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
Forming a hole transporting layer including a hole transporting material on the anode before forming the photoactive layer after the anode forming step and forming a hole transporting layer including an electron transporting material on the photoactive layer before forming the first anode after forming the photoactive layer, And forming an electron transport layer on the surface of the organic solar cell.
상기 드라이 에칭이 반응성 이온 에칭법에 의해 실시되는 것인 유기태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the dry etching is performed by a reactive ion etching method.
상기 드라이 에칭이 O2, Ar, N2, CHF3, CH4, CF4, SF6, Cl2, 및 BCl2로 이루어진 군에서 선택되는 활성 가스를 이용하여 실시되는 것인 유기태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the dry etching is performed using an active gas selected from the group consisting of O 2 , Ar, N 2 , CHF 3 , CH 4 , CF 4 , SF 6 , Cl 2 and BCl 2 . Way.
상기 드라이 에칭이 50 내지 500mTorr의 압력 하에서 실시되는 것인 유기태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the dry etching is performed under a pressure of 50 to 500 mTorr.
상기 드라이 에칭이 50 내지 1000W의 전압을 인가하여 실시되는 것인 유기태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the dry etching is performed by applying a voltage of 50 to 1000 W.
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