KR101784069B1 - 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 - Google Patents
유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101784069B1 KR101784069B1 KR1020150153884A KR20150153884A KR101784069B1 KR 101784069 B1 KR101784069 B1 KR 101784069B1 KR 1020150153884 A KR1020150153884 A KR 1020150153884A KR 20150153884 A KR20150153884 A KR 20150153884A KR 101784069 B1 KR101784069 B1 KR 101784069B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substituted
- unsubstituted
- group
- carbon atoms
- aryl
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 76
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 52
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 150
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 139
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 39
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 25
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 24
- -1 PO 3 2- Chemical class 0.000 claims description 23
- 125000004404 heteroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 23
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 22
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 18
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical group C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical group C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 125000004104 aryloxy group Chemical group 0.000 claims description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 125000005907 alkyl ester group Chemical group 0.000 claims description 15
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 13
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 claims description 13
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 12
- 150000007860 aryl ester derivatives Chemical group 0.000 claims description 12
- 125000004446 heteroarylalkyl group Chemical group 0.000 claims description 12
- 125000005553 heteroaryloxy group Chemical group 0.000 claims description 12
- 125000000592 heterocycloalkyl group Chemical group 0.000 claims description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- 125000005264 aryl amine group Chemical group 0.000 claims description 11
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims description 11
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 claims description 10
- 125000004405 heteroalkoxy group Chemical group 0.000 claims description 10
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 claims description 10
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 claims description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N Sodium azide Chemical compound [Na+].[N-]=[N+]=[N-] PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 7
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 7
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000001722 carbon compounds Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 5
- 150000003233 pyrroles Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- CSHOPPGMNYULAD-UHFFFAOYSA-N 1-tridecoxytridecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCOCCCCCCCCCCCCC CSHOPPGMNYULAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 4
- 150000001540 azides Chemical class 0.000 claims description 4
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L caesium carbonate Chemical compound [Cs+].[Cs+].[O-]C([O-])=O FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910000024 caesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-N lithium;carbonic acid Chemical compound [Li+].OC(O)=O HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 4
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N trilithium;azanide Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[NH2-] BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000001448 anilines Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000005840 aryl radicals Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000000732 arylene group Chemical group 0.000 claims description 3
- VVUBWCWVDFCEOP-UHFFFAOYSA-N benzene;styrene Chemical group C1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1 VVUBWCWVDFCEOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 3
- AYTVLULEEPNWAX-UHFFFAOYSA-N cesium;azide Chemical compound [Cs+].[N-]=[N+]=[N-] AYTVLULEEPNWAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 125000004474 heteroalkylene group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 8
- 125000000923 (C1-C30) alkyl group Chemical group 0.000 claims 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims 2
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims 2
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 claims 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 2
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 claims 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- 125000001273 sulfonato group Chemical class [O-]S(*)(=O)=O 0.000 claims 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims 2
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 5
- IJAMAMPVPZBIQX-UHFFFAOYSA-N 3,6-dihydro-2h-[1,4]dioxino[2,3-c]pyrrole Chemical compound O1CCOC2=CNC=C21 IJAMAMPVPZBIQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- PBHRBFFOJOXGPU-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd].[Cd] PBHRBFFOJOXGPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 2
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 2'-(4-ethoxyphenyl)-5-(4-methylpiperazin-1-yl)-2,5'-bibenzimidazole Chemical compound C1=CC(OCC)=CC=C1C1=NC2=CC=C(C=3NC4=CC(=CC=C4N=3)N3CCN(C)CC3)C=C2N1 PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKIJILZFXPFTO-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-n-[4-[1-[4-(4-methyl-n-(4-methylphenyl)anilino)phenyl]cyclohexyl]phenyl]-n-(4-methylphenyl)aniline Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1N(C=1C=CC(=CC=1)C1(CCCCC1)C=1C=CC(=CC=1)N(C=1C=CC(C)=CC=1)C=1C=CC(C)=CC=1)C1=CC=C(C)C=C1 ZOKIJILZFXPFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.024,32.026,31.034,38]tetraconta-1(36),2,4,6,8,10,12,16,18,20(37),21,23(38),24,26,28,30,34,39-octadecaene-15,33-dione 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.025,33.026,31.034,38]tetraconta-1(37),2,4,6,8,10,12,16,18,20,22,26,28,30,32,34(38),35,39-octadecaene-15,24-dione Chemical compound O=c1c2ccc3c4ccc5c6nc7ccccc7n6c(=O)c6ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c4c56.O=c1c2ccc3c4ccc5c6c(ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c46)c1nc2ccccc2n1c5=O XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 1
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VESBOBHLCIVURF-UHFFFAOYSA-N COC(=O)CCCC1(c2ccccc2)C23c4c5c6c7c8c9c(c%10c%11c2c2c4c4c%12c5c5c6c6c8c8c%13c%14c%15c%16c%17c%18c%19c%20c%21c%22c%23c(c%14c%14c8c9c8c%10c9c%11c%10c2c(c%20c%10c%22c9c%23c%148)c4c%19c%12c%17c5c%16c6%13)C%152C(CCCC(=O)OC)(c4ccccc4)C%18%212)C137 Chemical compound COC(=O)CCCC1(c2ccccc2)C23c4c5c6c7c8c9c(c%10c%11c2c2c4c4c%12c5c5c6c6c8c8c%13c%14c%15c%16c%17c%18c%19c%20c%21c%22c%23c(c%14c%14c8c9c8c%10c9c%11c%10c2c(c%20c%10c%22c9c%23c%148)c4c%19c%12c%17c5c%16c6%13)C%152C(CCCC(=O)OC)(c4ccccc4)C%18%212)C137 VESBOBHLCIVURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000004434 Calcinosis Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 1
- RWDBMHZWXLUGIB-UHFFFAOYSA-N [C].[Mg] Chemical compound [C].[Mg] RWDBMHZWXLUGIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JHYLKGDXMUDNEO-UHFFFAOYSA-N [Mg].[In] Chemical compound [Mg].[In] JHYLKGDXMUDNEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- LBGCRGLFTKVXDZ-UHFFFAOYSA-M ac1mc2aw Chemical compound [Al+3].[Cl-].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 LBGCRGLFTKVXDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 238000007611 bar coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N cadmium selenide Chemical compound [Cd]=[Se] AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HPSHZZDEEIEFFA-UHFFFAOYSA-N chromium;oxotin Chemical compound [Cr].[Sn]=O HPSHZZDEEIEFFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- IVANEDUXRCHFAB-UHFFFAOYSA-N naphthalene;1,2-thiazole Chemical compound C=1C=NSC=1.C1=CC=CC2=CC=CC=C21 IVANEDUXRCHFAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 description 1
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920002717 polyvinylpyridine Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N pyridazine Chemical compound C1=CC=NN=C1 PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 1
- PMJMHCXAGMRGBZ-UHFFFAOYSA-N subphthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(=N3)N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C3=N1 PMJMHCXAGMRGBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- ILJSQTXMGCGYMG-UHFFFAOYSA-N triacetic acid Chemical compound CC(=O)CC(=O)CC(O)=O ILJSQTXMGCGYMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L51/424—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D491/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
- C07D491/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
- C07D491/04—Ortho-condensed systems
- C07D491/044—Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring
- C07D491/052—Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring the oxygen-containing ring being six-membered
-
- H01L51/0043—
-
- H01L51/0059—
-
- H01L51/0069—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L2031/0344—Organic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
Abstract
본 발명의 유기 태양 전지는 본 발명의 일 구현예에 따라 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층 및 상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 정공 추출층을 포함하고, 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 추출층을 포함하고, 상기 정공 추출층은 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 전도성 고분자막 조성물 및 상기 조성물로 형성된 전도성 고분자막을 포함한 유기 태양 전지로 제조됨으로써 광전 변환 효율 특성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하여 우수한 광전 변환 효율을 갖는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.
전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있는 현 시점에서, 미래 에너지로써의 가능성과 다양한 장점을 갖고 있는 태양 전지가 주목받고 있으며, 태양 전지란 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로서 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양 전지, 박막 태양 전지, 연료감응 태양 전지 및 유기 태양 전지 등으로 구분된다.
이 중에서 유기 태양 전지는 유기 재료의 손쉬운 가공성과 다양성 및 낮은 단가 등으로 인해 기존 무기물 반도체를 이용한 태양 전지에 비해 소자 제작과정이 간단하고 저비용의 제조가 가능하며, 또한 경량화, 박막화 및 롤-투-롤(roll-to-roll) 제조가 가능하여, 향후 각종 가요성(flexible) 소자에 다양하게 적용될 수 있다.
현재, 유기 태양 전지의 특성 개선을 위하여, 다양한 연구 및 개발로 예를 들면, 광활성층 재료의 열처리, 광활성층 표면 처리 등과 같은 광활성층의 개선이 시도되고 있다.
하지만, 유기 태양 전지의 광전 변환 효율 향상, 제조 단가 절감 등의 필요성은 여전히 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함함으로써 우수한 광전 변환 효율을 갖는 유기 태양 전지 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 태양 전지의 제조 방법은 (a) 기판 상에 제1 전극인 제1 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 형성된 상기 제1 전극 상부에 정공 추출층이나 정공 추출 보조층을 형성 단계; (c) 상기 (b)단계에서 형성된 층이 정공 추출층인 경우에는 상기 정공 추출층 상부에 정공 추출보조층을 형성하고, 형성된 층이 정공 추출보조층인 경우에는 상기 정공 추출층을 형성하는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 형성된 정공 추출층이나 정공 추출 보조층 상에 광활성층을 형성하는 단계; (e) 상기 (d)단계에서 형성된 광활성층 상에 전자 추출층을 형성하는 단계; (f) 상기 (e)단계에서 형성된 전자 추출층 상에 제2 전극인 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 또는 (c)단계에서, 형성된 정공 추출층은 전도성 고분자와 용매로 이루어진 전도성막 조성물로 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체가 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 (b) 또는 (c)단계에서 정공 추출층은 랜덤공중합체 P(PFS-co-SSNa-co-AMS)를 염산수용액에 녹인 후, 투석막(dialysis menbrane)으로 정제하여 반응용액을 제조하는 단계; 상기 제조된 반응용액에 아닐린(aniline) 및 산화제를 넣고 교반하여 하기 화학식 1로 표시되는 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 중합하는 단계; 및 상기 중합된 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 용매에 녹여 정공 추출층 용액을 제조하고, 제조된 정공추출층 용액을 기판 상에 증착시키는 단계;를 더 포함하여 정공 추출층이 형성된다.
상기 식에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.
여기서, B는 이온기 또는 이온기를 포함하는 기로서, 이때, 상기 이온기는 PO32 -,SO3 -,COO-,I-및 CH3COO-과 같은 음이온;과 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2, Al+3과 같은 금속 이온 혹은 H+, NH3 +, CH3(-CH2-)nO+(n은 1 내지 50의 자연수임)과 같은 유기 이온의 양이온;이 짝을 이룬 것이다.
C는 독립적으로 산소(-O-), 황(-S-), -NH-; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.
D는 치환 또는 비치환된 아닐린(aniline), 치환 또는 비치환된 피롤(pyrrole), 치환 또는 비치환된 티오펜(thiophene), 또는 이들의 공중합체이다.
E는 고분자 공중합체에 쌍극자-쌍극자 상호작용 또는 소수성기에 의한 형태(mophology) 변화를 주기 위한 구조로서, 다량의 불소기가 도입되어 있는 탄소화합물 구조이며, 바람직하게는 최소 수소의 1개 이상, 최대 50% 미만이 불소기로 치환되어 있는 탄소수 2 내지 30의 탄소화합물이다. 이때 탄소화합물에는 헤테로 원자인 질소(N), 인(P), 황(S), 규소(Si), 산소(O) 등의 원자를 일부 포함할 수 있는 구조를 갖는다.
또한, 상기 화학식 1에서 l, m, n, a는 각 단량체의 몰분율로서, 0 < l < 10000000, 0 < m = 10000000, 0 = n < 10000000, 0.0001 = a/n < 1이고, a는 3 내지 100의 정수이다.
상기 a는 4 내지 15의 정수인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다. 또한, 0 < a/n < 0.8인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
그리고 상기 D는 하기 화학식 2로 표시되는 아닐린 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 3번과 4번 위치에 치환체가 있는 피롤 또는 티오펜인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
상기 화학식 2에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환 된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.
상기 화학식 3에서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이며,
R5, R6은 수소를 제외한 무조건 치환체가 존재하는 것으로서, 이때 치환체로는 NH; 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 것이다.
상기 D는 하기 화학식 4로 표시되는 단량체인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
상기 화학식 4에서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이고; Y는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소이며;
Z는 -(CH2)x-CR7R8-(CH2)y이고, 여기서, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소(H), 임의로 치환되는 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼, 탄소수 6 내지 14의 아릴 라디칼 또는 -CH2-OR9으로, 여기서, R9는 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬에스테르, 탄소수 1 내지 6의 헤테로알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬술포닉산이며; x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수이다.
상기 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI) 또는 하기 화학식 6으로 표시되는 폴리-3,4-에틸렌디옥시피롤 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PEDOP)인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
상기 화학식 5 및 상기 화학식 6에서 a, b, c는 각각 순서대로 0<a=10,000,000, 0<b=10,000,000, 0<c/a<1이며, F5는 스타이렌(styrene) 벤젠 고리의 5개의 수소가 플루오린(F)로 모두 치환되어 있음을 나타낸다.
상기 조성물에 상기 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체가 0.5 내지 10중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
상기 용매는 물, 알코올, 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene) 및 클로로벤젠(chlorobenzene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자막 조성물일 수 있다.
한편, 상기와 같은 유기 태양 전지의 제조방법으로 제조된 유기 태양 전지는 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층, 상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 정공 추출층, 및 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 추출층을 포함하고, 상기 정공 추출층은 100nm 두께 기준으로 0.0001 S/cm 이상의 전도도를 갖고, 불소(F) 이온을 공유결합으로 포함하고 있는 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체와 용매를 포함하여 이루어진 전도성 고분자막 조성물 및 상기 조성물로 형성된 전도성 고분자막을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 정공 추출층 사이에 또는 상기 정공 추출층 및 광활성층 사이에, 전이금속 산화물을 포함하는 정공 추출보조층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 추출보조층은 산화몰리브데늄(MoO3), 산화텅스텐(WO3), 산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO), 산화크롬(CrxO3, 여기서 x는 1 내지 2의 실수임) 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 정공 추출층은 상기 화학식 1로 표시되는 공유결합(covalent bond)으로 불소를 함유하는 자기 도핑된 그래프트 공중합체형태의 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자막 조성물 및 상기 고분자막 조성물을 포함하여 형성된 전도성 고분자막을 포함하는 유기 태양 전지를 제공하며, 여기서 상기 정공 추출층의 두께는 1 내지 500nm 일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 정공 추출층은 구체적으로 그 형상, 소재 등을 상술한 바 있으므로 중복 설명하지 않는다.
상기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질의 혼합물을 포함하고, 상기 전자 주개에 대한 상기 전자 받개의 중량비는 0.1 내지 2일 수 있으며, 상기 광활성층의 두께는 10 내지 2,000nm인 일 수 있다.
상기 전자 추출층은 이산화티타늄(TiO2), 산화티타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 조합인 금속산화물; 탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산루비듐(Rb2CO3), 탄산세슘(Cs2CO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산바륨(BaCO3) 또는 이들의 조합인 금속 카보네이트; 아지드화세슘(CsN3), 질화리튬(Li3N) 및 아지드화나트륨(NaN3) 또는 이들의 조합인 금속 아자이드; 및 폴리(페닐렌-co-플루오렌)(poly(phenylene-co-fluorene)) 유도체, 폴리(p-페닐렌)설포네이트(poly(p-phenylene)sulfonate) 유도체, 카르복실산계 쌍극자 자기조립 단분자막(carboxylic-acid-based dipolar self-assembled monolayers), 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르(polyoxyethylene(12) tridecyl ether), 폴리에틸렌글라이콜계(poly ethylene glycol, PEG) 중성자 결합된 계면활성제(PEG-based neutral conjugated surfactants), 말단 유닛이 -CH3, -NH2 또는 -CF3인 실란계(silane) 자가조립 단분자막(self-assembled monolayer, SAM) 형태로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 이온을 함유하거나 0.3 디바이(debye, D) 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 및 고분자 자기 조립 재료, 또는 이들의 조합; 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있으며, 상기 전자 추출층의 두께는 1nm 내지 200nm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지는 우수한 광전 변환 효율을 가지면서 저비용으로 제작 가능한 효과가 있다.
본 발명에 의한 전도성 고분자막 조성물에 포함된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체는 전자와의 반응에 의해 분해되는 잔기의 함량이 적다. 또한, 본 발명에 의한 전도성 고분자막 조성물에 포함된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체는 물뿐만 아니라 극성유기용매에도 용해될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 조성물을 포함하여 형성된 전도성 고분자막은 인접하는 막과의 관계에서 안정된 모폴로지를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 엑시톤 소멸과 같은 문제점이 발생하지 않게 된다.
또한, 본 발명에 의한 전도성 고분자막 조성물에 포함된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체의 경우, 다중산과 전도성 고분자가 화학결합으로 연결되어 있다. 따라서, 이와 같은 공중합체가 유기 광전 소자에 적용되는 경우, 열적 안정성이 우수하여 소자 구동시 디도프되지 않게 된다. 따라서, 상기 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 유기 광전 소자는 안정될 뿐만 아니라, 고효율의 특성을 갖게 된다.
또한, 본 발명에 의한 전도성 고분자막 조성물에 포함된 전돋성 고분자의 그래프트 공중합체의 경우, 전도성 고분자의 비율을 임의로 조절할 수 있게 됨으로써 유기광전 소자에 적용되는 고분자막의 전도도 및 일합수를 조절할 수 있게 되며, 조절된 전도도 및 일함수를 갖는 고분자막을 유기 태양 전지의 정공 추출층으로 사용함으로써 생성된 정공을 용이하게 추출하여 고효율의 유기 광전 소자를 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의한 전도성 고분자막 조성물에 포함된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체의 경우, 수분흡수력을 억제시킬 수 있으며, 다중산의 농도를 줄여줌으로써 유기 광전 소자 내에서 높은 산성도에 의해 나타날 수 있는 문제점을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 유기 광전 소자의 발광효율 및 수명특성이 향상된다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 실시예 및 비교예를 통해 각각 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예를 통해 각각 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 또한, 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "~위에" 또는 "~상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하고, 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상층에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함한다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일례에 따른 유기 태양 전지는 준비된 기판(10) 상에 서로 대향하도록 구비되는 제1 전극(101) 및 제2 전극(106); 상기 제1 전극(101) 및 제2 전극(106)에 각각 대응하도록, 상기 제1 전극(101) 및 제2 전극(106)의 일면에 형성되는 정공 추출층(102-1, 102-2) 및 전자 추출층(105); 상기 정공 추출층(102-1, 102-2) 및 전자 추출층(105) 사이에 위치하는 광활성층(104); 및 상기 제1 전극(101), 제2 전극(106), 및 상기 정공 추출층(102-1, 102-2) 사이에 위치하되, 전이금속 산화물로 이루어진 정공 추출 보조층(103-1, 103-2)을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 정공 추출층(102-1, 102-2)은 후술되는 광활성층(104)으로부터 생성된 정공(hole)을 포착, 수송을 용이하게 하도록 구비된다. 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 전도성 고분자막 조성물 및 상기 조성물로 형성된 전도성 고분자막 대체로 큰 일 함수(work function)를 가질 수 있으므로, 정공 추출층이 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 전도성 고분자막 조성물 및 상기 조성물로 형성된 전도성 고분자막으로 이루어진 경우, 후술되는 광활성층의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지와의 차이가 감소되어, 생성된 정공이 용이하게 제1 전극(101)으로 추출될 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 모식도를 나타낸 것으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지는 기판(10) 상에 제1 전극(101), 정공 추출층(102-1), 정공 추출보조층(103-1), 광활성층(104), 전자 추출층(105), 및 제2 전극(106)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.
또 다른 일 구현예로 본 발명의 유기 태양 전지는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10)상에 제1 전극(101), 정공 추출보조층(103-2), 정공 추출층(102-2), 광활성층(104), 전자 추출층(105), 및 제2 전극(106)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 구현예에서 제1 전극(101)은 기판(10) 상에 형성되며, 이 때, 기판(10)은 통상적인 반도체 공정에 사용되는 기판으로 예를 들면, 실리콘 기판 등이나 태양광 등의 외부 광을 입사시킬 수 있는 실질적으로 투명(무색투명, 착색투명, 또는 반투명)인 물질로 이루어진 기판 등을 이용할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 기판으로는 각종 유리재료, 각종 금속 산화물, 고분자 기판 등을 이용할 수 있다. 여기서 상기 금속 산화물의 예로는, 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 인듐 틴 옥사이드 등을 들 수 있고, 상기 고분자 기판의 예로는, 폴리에테르술폰(polyethersulphone, PES), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate, TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate, CAP) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 기판은 서로 다른 1종 이상의 물질의 혼합물로 이루어진 단일층일 수도 있고, 서로 다른 2종 이상의 물질로 이루어진 개별층들이 적층된 다층 구조일 수도 있다.
제1 전극(101)의 재료로는 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide, FTO), 안티몬 틴 옥사이드(antimony tin oxide, ATO) 등을 이용할 수 있다.
또는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 탄탈(Ta) 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 예를 들면, 합금 또는 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 또는 마그네슘-은(Mg-Ag) 등의 공증착층, 흑연 등의 각종 탄소계 재료 등을 이용할 수 있다.
또한, 제1 전극(101)은 서로 다른 2종의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 제1 전극(101)을 서로 다른 2종의 물질을 포함한 2층 구조로 형성하는 등 다양하게 변형 가능하다.
이때, 제1 전극(101)은 선택된 재료에 따라 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착법(vapor deposition) 또는 열 증착법(thermal evaporation) 등과 같은 증착법, 이온빔 보조 증착법(ion beam assisted deposition, IBAD), 각종 습식 코팅법 등 다양한 방법을 이용하여 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 정공 추출층(102-1, 102-2)은 그 형상, 소재 등을 상술한 바 있으므로 중복 설명하지 않는다.
한편, 정공 추출층은 스핀 코팅(spin coating)법, 바 코팅법, 슬롯 다이 코팅(slot-die coating)법, 딥 코팅법, 닥터 블레이드(doctor blade)법, 스프레이(spray)법, 스크린 프린팅(screen printing), 스퍼터링(sputtering), 기상 증착법(Vapor deposition), 열증착법(thermal evaporation), 이온빔 보조 증착법(ion bean assist deposition, IBAD) 및 각종 습식 코팅법 등 다양한 방법을 이용하여 제1 전극(101) 상에 형성될 수 있다.
그리고, 정공 추출층(102-1, 102-2)의 두께는 1nm 내지 500nm 범위인 것이 바람직하며, 정공 추출층(102-1, 102-2)의 두께가 상기와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압 상승 없이 우수한 정공 추출 성능을 나타낼 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 구현예에서 정공 추출보조층(103-1, 103-2)은 상기 도 1과 도 2에서 살펴본 것과 같이 정공 추출층(102-1, 102-2) 상에 또는 하에 형성될 수 있으며, 정공 추출층(102-1, 102-2)은 후술되는 광활성층(104)에서 생성된 정공을 포착 및 수송하여, 정공 추출 보조층(103-1, 103-2)를 통해 제1 전극(101)으로 전달하는 역할을 한다.
상기 정공 추출 보조층(103-1, 103-2)의 재료로서, 산화몰리브데늄(MoO3), 산화텅스텐(WO3), 산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO), 산화크롬(CrxO3, 여기서 x는 1 내지 2의 실수임) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서 광활성층(104)은 정공 추출층(102-1, 102-2) 상에 형성되며, 광활성층(104)은 태양광과 같은 외부 광을 흡수하여, 이로부터 정공과 전자를 생성시키는 역할을 하며, 이러한 광활성층(104)은 전자 주개(electron donor) 물질과 전자 받개(electron acceptor) 물질을 포함한 단일층(single layer)이거나 전자 주개 물질을 포함한 층과 전자 받개 물질을 포함한 층을 포함한 복층(multiple layers) 구조일 수 있다.
여기에서, 상기 전자 주개 물질로는, p-전자를 포함하는 p-형 전도성 고분자 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주개 물질로 이용되는 전도성 고분자의 구체적인 예로는 PTB7(폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]-벤조[1,2-b:4,5-b0]디티오펜-2,6-디일][3-플로로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오펜디일]],(poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), P3HT(폴리(3-헥실티오펜), poly (3-hexylthiophene)), 폴리실록산 카르바졸(polysiloxane carbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌(poly (1-methoxy-4-(0-Disperse Red 1) 2,5-phenylenediamine-vinylene), MEH-PPV(폴리-[2-메톡시-5-(2'-에톡시헥실옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌]), poly-[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]), MDMO-PPV(폴리[2-메톡시-5-3(3',7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌]: poly[2-methoxy-5-3(3',7'-dimethyloctyloxy)-1-4-phenylene vinylene]), PFDTBT(폴리(2,7-(9,9-디옥틸)-플루오렌-alt-5,5-(4',7'디-2-티에닐-2',1',3'벤조티아디아졸): poly((2,7-(9,9-dioctyl)-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)), PCPDTBT(폴리[N'-0'-헵타데카닐-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아졸), 폴리인돌(poly indole), 폴리카르바졸(poly carbazole), 폴리피리디아진(poly pyridazine), 폴리이소티아나프탈렌(poly isothiazole naphthalene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리비닐피리딘(polyvinyl pyridine), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리피리딘(poly pyridine), CuPc(Copper Phthalocyanine), SubPc(subphthalocyanine), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine), TAPC(1,1-비스[4-[N,N'-디(p-톨릴)아미노]페닐]시클로 헥산) 및 이들의 유도체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주개 물질의 구체예 중에서 2종 이상의 혼합물 및 공중합체 등을 모두 포함하는 조합의 사용도 물론 가능하다.
상기 전자 받개 물질의 일예로 풀러렌(fullerene)은 예를 들어, 탄소수에 따라 C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 또는 그 유도체로 구체적으로 예를 들면, PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등); 페릴렌(perylene); 황화카드뮴(CdS), 테룰르화카드뮴(CdTe), 셀렌화카드뮴(CdSe), 산화아연(ZnO) 등과 같은 나노 결정을 포함한 무기 반도체; 탄소나노튜브, 탄소나노로드 그래핀 양자점(graphene quantum dot), 탄소 양자점(carbon quantum dot), 폴리벤지이미다졸(polybenzimidazloe, PBI), 3,4,9,10-페릴렌테드라카복실비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole, PTCBI) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광활성층(104)이 전자 주개 물질과 전자 받개 물질의 혼합물을 포함할 경우, 상기 전자 주개 물질과 상기 전자받개 물질의 중량비는 10:1 내지 10:20 일 수 있다.
상기와 같이 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하는 광활성층(104)에 광이 조사되면, 광 여기에 의하여 전자와 정공의 쌍인 엑시톤(exciton)이 형성되고, 형성된 엑시톤은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질의 계면에서 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질 간의 전자 친화도의 차이에 의해 전자와 정공으로 분리된다.
광활성층(104)의 두께는 10nm 내지 2000nm 범위인 것이 바람직하며, 광활성층(104)의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 광흡수를 최대화하여 형성되는 엑시톤의 수를 최대화할 수 있고, 형성된 엑시톤 여기자들의 분리된 형태의 전자와 정공이 흡수된 광에 의해 재결합하거나 소멸하는 것을 최소화하여 각 전극으로 수집될 수 있도록 할 수 있다. 이는, 결과적으로 소자의 향상된 단락 전류(Jsc)와 충전율(fill factor) 값을 갖게 한다.
상기 광활성층(104)은 선택된 재료에 따라 일반적인 증착법, 코팅 방법으로 예를 들면, 스프레이(spray)법, 스핀 코팅(spin coating)법, 딥핑(dipping)법, 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드(doctor blade)법, 스퍼터링(sputtering) 등을 이용하거나 전기영동법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 전자 추출층(105)은 광활성층(104) 상에 형성되며, 이와 같은 전자 추출층(105)은 광활성층(104)에서 생성된 전자를 포착 및 수송하여 후술되는 제2 전극(106)으로 전달하는 역할을 한다.
상기 전자 추출층(105)은 이산화티타늄(TiO2), 산화티타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화아연(ZnO)로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 이상의 금속산화물; 탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산루비듐(Rb2CO3), 탄산세슘(Cs2CO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산바륨(BaCO3)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 금속 카보네이트; 아지드화세슘(CsN3), 질화리튬(Li3N) 및 아지드화나트륨(NaN3)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 금속 아자이드 일 수 있다.
또는 폴리(페닐렌-co-플루오렌)(poly(phenylene-co-fluorene)) 유도체, 폴리(p-페닐렌)설포네이트(poly(p-phenylene)sulfonate) 유도체, 카르복실산계 쌍극자 자기조립 단분자막(carboxylic-acid-based dipolar self-assembled monolayers), 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르(polyoxyethylene(12) tridecyl ether), 폴리에틸렌글라이콜(PEG)계 중성자 결합된 계면활성제(PEG-based neutral conjugated surfactants) 및 말단 유닛이 -CH3, -NH2 또는 -CF3인 실란계 자가조립 단분자막(self-assembled monolayer, SAM)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 이온을 함유하거나, 0.3 디바이(debye) 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 및 고분자 자기 조립 재료 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 들 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다.
전자 추출층(105)은 기상 증착법(Vapor deposition)이나 열 증착법(Thermal evaporation) 등과 같은 증착법, 이온빔 보조 증착법(Ion bean assist deposition, IBAD), 각종 습식 코팅법 등 다양한 방법을 이용하여 광활성층(104) 상에 형성될 수 있고, 형성되는 전자 추출층(105)의 두께는 1nm 내지 200nm 인 것이 바람직하며, 전자 추출층(105)의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 구동 전압 상승 없이 우수한 전자 추출 성능을 나타낼 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 구현예에서 제2 전극(106)은 전자 추출층(105) 상에 형성되며, 이러한 제2 전극(106)의 재료는 특별하게 제한되지 않으나, 전술한 광활성층(104)에서의 전자 이동이 용이하도록 일 함수(work function)가 작은 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제2 전극(106)의 재료로는 일 함수가 작은 금속으로 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 칼슘(Ca), Mg/Ag, Mg/Al, Mg/Au, Ca/Al, Li/Al 이나 이들의 합금 또는 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 실시예 1은 자기 도핑된 폴리아닐린 그래프트 공중합체를 제조에 관한 것이며, 하기 화학식 7로 표시되는 랜던공중합체 P(PFS-co-SSNa-co-AMS) 1g을 100ml 염산수용액(HCl)에 1시간 동안 녹인 후 투석막(dialysis membrane, 분획 분자량이 8000)을 이용하여 24시간동안 정제하여 반응용액을 제조한다. 이때, 상기 염산수용액(HCl)의 농도는 0.1 내지 2 몰농도(M)까지 적용 가능하다.
제조된 26g의 반응용액에 시그마 알드리치사로부터 구매한 아닐린(aniline) 0.045g(0.483mM)과 산화제로 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate, (NH4)2S2O8) 0.132g을 넣는다. 이때, 상기 산화제와 아닐린 당량은 1:1에서부터 2:1까지 가능하다. 이렇게 산화제가 첨가된 반응용액을 2시간 동안 세게 교반(stirring)하여 공중합체의 중합을 진행하며, 중합이 끝난 후, 얻어진 진한 녹색의 혼합액을 아세톤을 이용하여, 앞서 설명한 화학식 5에 나타난 것과 같은 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI)를 침전시켜 얻은 후, 상기 공중합체를 60℃ 진공오븐에서 완전히 건조시킨다.
본 발명의 실시예 2는 자기 도핑된 폴리-3,4-에틸렌디옥시피롤 그래프트 공중합체의 제조 방법으로 하기 화학식 8로 표시되는 시그마 알드리치사로부터 구매한 3,4-에틸렌디옥시피롤(EDOP)을 이용하여, 하기 화학식 6으로 표시되는 P(SSA-co-EDOP)를 공지된 방법(macromolecules, 2005, 48, 1044-1047 참조)을 통하여 합성한다.
0℃에서 랜덤공중합체 P(SSA-co-EDOP) 0.8g이 녹아있는 30 ml의 염산수용액(HCl)에 3,4-에틸렌디옥시피롤(EDOP) 0.2g을 30분간 점적하여 첨가한 후, 산화제로서 암모늄퍼설페이트 0.49g을 사용하여 중합을 진행한다. 이때, 염산수용액(HCl)의 농도는 0.1 내지 2 몰농도(M)까지 적용가능하며, 산화제와 아닐린 당량은 1:1에서부터 2:1까지 가능하다. 6시간 동안 공중합체의 중합반응을 진행하며, 중합이 끝난 후, 얻어진 진한 청색의 혼합액에 아세토나이트릴과 물을 8:2로 혼합한 혼합용매를 사용하여, 앞서 설명한 바와 같은 화학식 6으로 표시되는 폴리피롤 그래프트 공중합체 PSS-g-PEDOP를 침전시켜 얻을 수 있으며, 이렇게 얻어진 공중합체를 30℃ 진공오븐에서 24시간 동안 완전히 건조시킨다.
본 발명의 실시예 3은 앞서 기술한 방법으로 제조된 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래이프 공중합체를 이용하여 유기 태양 전지를 형성하는 방법에 관하여 이하 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 기판(0.7mm) 위에 스퍼터링(sputtering) 또는 진공 증착법으로 제1 전극으로서 양극을 형성하였다. 상기 제1 전극은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO)과 같은 물질을 사용할 수 있으며, 두께는 30 내지 200nm일 수 있다.
상기 기판(10)과 제1 전극(101)을 아세톤(Acetone)과 아이소프로판올(isopropanol, IPA)에 각각 20분 이상 담근 후, 초음파처리(sonication)를 이용하여 세정하고, 이후 제1 전극(101)의 상부에, 정공 추출층 형성 물질로 상기 실시예 1의 자기 도핑된 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI)를 용매에 녹여 정공 추출층 용액 형성하고, 이 정공 추출층 용액을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 150℃에서 30분 동안 열처리하여 30nm 두께의 정공 추출층을 형성한다.
여기서, 상기 정공 추출층은 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있으며, 이 중 30 nm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 정공 수송층의 두께가 1 nm 미만의 경우 너무 얇아서 정공 수송 능력이 저하될 수 있고, 상기 정공 수송층의 두께가 100nm를 초과하는 경우 구동전압이 상승될 수 있다는 문제점이 있기 때문이다.
상기 정공 추출층 상부에, 클로로벤젠(chlorobenzene), PCDTBT(poly[9-(l-octylnonyl)-9H-carbazole-2.7-diyl]-2.5-thiophenediyl-2.1.3-benzothiadiazole-4.7-diyl-2.5-thiophenediyl]) 및 PC70BM을 포함한 혼합물을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 70℃에서 10분 동안 열처리하여 80nm 정도의 두께의 광활성층(104)을 형성한다. 이때, 상기 PCDTBT 및 PC70BM의 중량비는 바람직하게 1:4 일 수 있다.
상기 광활성층(104) 상부에, 칼슘(Ca)을 0.3Å/s의 증착 속도로 증착하고, 알루미늄(Al)을 1Å/s의 증착 속도를 갖고 차례로 증착하여, Ca(3nm)/Al(100nm)의 제2 전극(106)인 음극을 형성하여 유기 태양 전지를 제작하며, 여기에서, 0.3Å/s의 증착 속도로 증착된 칼슘(Ca)은 전술한 정공 추출층에 대응하는 전자 추출층(105)이 될 수 있다.
이에 따라 제작된 유기 태양 전지의 구성을 나타내면 아래 표 1과 같다.
| 역할 | 재료 | 두께 |
| (전자 추출층)/제2 전극 | Ca/Al | 3nm/100nm |
| 광활성층 | PCDTBT:PC70BM | 80nm |
| 정공 추출층 | PFFS-co-(PSS-g-PANI) | 30nm |
| 제1 전극 | ITO | 180nm |
| 기판 | Glass | 0.7 mm |
한편, 본 발명의 비교예 1은 제1 전극의 상부에, 정공 추출층 형성 물질로 H.C. Starck 사의 CLEVIOS AI4083인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonic acid, PEDOT:PSS)의 수용액을 이용하여 정공 추추층을 형성시켰다는 점을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제작한다.
도 3은 상기 실시예 3과 비교예 1을 통해 각각 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 밀도 특성을 평가한 결과를 나타낸 것으로, 여기 전압-전류 밀도 특성의 평가에서 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp)를 사용하여, 100mW/cm2의 광을 각각의 유기 태양 전지에 조사하며, 이때 상기 제논 램프의 태양 조건(AM1.5)은 표준 태양 전지를 사용하여 보정한다.
또한, 도 3의 전압-전류 그래프로부터 단락전류(short-circuit current, Jsc), 개방 전압(VOC, opencircuit voltage), 및 충전율(fill factor, FF)을 계산하고, 이로부터 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 계산한 결과를 아래 표 2에 나타내며, 이때 상기 충전율(fill factor)과 광전 변환 효율(PCE)을 계산하는 식은 각각 하기 수학식 1과 수학식 2에 나타낸 바와 같다.
여기서, MP는 Max point의 약어로 최댓값을 의미하며, 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이 개방전압(Voc)과 단략전류(Jsc)의 곱에 대한 최대 출력의 비율을 나타낸다.
광전 변환 효율은 개방전압(Voc), 단락전류(Jsc) 및 충전율(FF)의 곱을 조사되는 빛의 세기인 입력에너지(Pinput)로 나눈 값으로 하기 수학식 2로 정의된다.
| 개방 전압 (V) |
단락 전류 (mA/cm2) |
충전율 (%) |
광전변환효율 (%) |
|
| 실시예 | 0.84 | 11.8 | 57.6 | 5.7 |
| 비교예 | 0.77 | 12.2 | 51.9 | 4.9 |
도 3 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI)를 포함하는 전도성 고분자막 조성물로 형성된 전도성 고분자막을 포함하는 정공 추출층을 구비한 실시예의 경우가 그렇지 않은 비교예의 경우에 비해 개방 전압 및 충전율(fill factor)가 향상되며, 이에 따라 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함함으로써 유기 태양 전지는 광전 변환 효율이 우수해짐을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판
101: 제1 전극
102-1, 102-2: 정공 추출층
103-1, 103-2: 정공 추출 보조층
104: 광활성층
105: 전자 추출층
106: 제2 전극
101: 제1 전극
102-1, 102-2: 정공 추출층
103-1, 103-2: 정공 추출 보조층
104: 광활성층
105: 전자 추출층
106: 제2 전극
Claims (15)
- (a) 기판 상에 제1 전극인 제1 전극을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 형성된 상기 제1 전극 상부에 정공 추출층이나 정공 추출 보조층을 형성 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 형성된 층이 정공 추출층인 경우에는 상기 정공 추출층 상부에 정공 추출보조층을 형성하고, 형성된 층이 정공 추출보조층인 경우에는 상기 정공 추출층을 형성하는 단계;
(d) 상기 (c)단계에서 형성된 정공 추출층이나 정공 추출 보조층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
(e) 상기 (d)단계에서 형성된 광활성층 상에 전자 추출층을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 (e)단계에서 형성된 전자 추출층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 또는 (c)단계에서, 랜덤공중합체P(PFS-co-SSNa-co-AMS)를 염산수용액에 녹인 후, 투석막(dialysis menbrane)으로 정제하여 반응용액을 제조하는 단계;
상기 제조된 반응용액에 아닐린(aniline) 및 산화제를 넣고 교반하여 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 중합하는 단계; 및
상기 중합된 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 용매에 녹여 정공 추출층 용액을 제조하고, 제조된 정공추출층 용액을 기판 상에 증착시키는 단계;를 포함하여 정공 추출층을 형성하며,
상기 (b) 또는 (c)단계에서, 형성된 정공 추출층은 전도성 고분자와 용매로 이루어진 전도성막 조성물로 하기 화학식 1로 표시되는 불소 이온을 공유결합으로 포함하고 있는 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체가 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
B는 이온기 또는 이온기를 포함하는 기로서 이때, 상기 이온기는 PO3 2-,SO3 -,COO-,I-및 CH3COO-과 같은 음이온;과 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2, Al+3과 같은 금속 이온 혹은 H+, NH3 +, CH3(-CH2-)nO+(n은 1 내지 50의 자연수임)과 같은 유기 이온의 양이온;이 짝을 이룬 것이고,
C는 독립적으로 산소(-O-), 황(-S-), -NH-; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
D는 치환 또는 비치환된 아닐린(aniline), 치환 또는 비치환된 피롤(pyrrole), 치환 또는 비치환된 티오펜(thiophene), 또는 이들의 공중합체이고,
E는 고분자 공중합체에 쌍극자-쌍극자 상호작용 또는 소수성기에 의한 형태(mophology) 변화를 주기 위한 구조로서, 다량의 불소기가 도입되어 있는 탄소화합물 구조이며, 최소 수소의 1개 이상, 최대 50% 미만이 불소기로 치환되어 있는 탄소수 2 내지 30의 탄소화합물이고, 이때 탄소화합물에는 헤테로 원자인 질소(N), 인(P), 황(S), 규소(Si), 산소(O) 등의 원자를 일부 포함할 수 있는 구조를 가지며,
l, m, n, a는 각 단량체의 몰분율로서, 0 < l < 10000000, 0 < m = 10000000, 0 = n < 10000000, 0.0001 = a/n < 1이고, a는 3 내지 100의 정수임) - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 D는 하기 화학식 2로 표시되는 아닐린 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 3번과 4번 위치에 치환체가 있는 피롤(pyrrole) 또는 티오펜(thiophene)인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
[화학식 2]
[화학식 3]
(여기서, R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환 된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이며,
상기 화학식 3에서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이며,
R5 및 R6은 수소를 제외한 무조건 치환체가 존재하는 것으로서, 이때 치환체로는 NH; 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것임) - 제 1 항에 있어서, 상기 D는 하기 화학식 4로 표시되는 단량체인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
[화학식 4]
(여기서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이고; Y는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소이고;
Z는 -(CH2)x-CR7R8-(CH2)y이고, 여기서, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소(H), 임의로 치환되는 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼, 탄소수 6 내지 14의 아릴 라디칼 또는 -CH2-OR9으로, 여기서, R9는 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬에스테르, 탄소수 1 내지 6의 헤테로알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬술포닉산이며; x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수임) - 제 1 항에 있어서, 상기 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI)또는 하기 화학식 6으로 표시되는 폴리-3,4-에틸렌디옥시피롤 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PEDOP)인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
[화학식 5]
[화학식 6]
(여기서, a, b, c는 각각 순서대로 0<a=10,000,000, 0<b=10,000,000, 0<c/a<1이며, F5는 스타이렌(styrene) 벤젠 고리의 5개의 수소가 플루오린(F)로 모두 치환된 것임) - 제 1 항에 있어서, 상기 정공 추출 보조층은 산화몰리브데늄(MoO3), 산화텅스텐(WO3), 산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO) 및 산화크롬(CrxO3, x는 1 내지 2의 실수임) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전자 추출층은 이산화티타늄(TiO2), 산화티타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화아연(ZnO) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속산화물;
탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산루비듐(Rb2CO3), 탄산세슘(Cs2CO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산바륨(BaCO3) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속 카보네이트;
아지드화세슘(CsN3), 질화리튬(Li3N) 및 아지드화나트륨(NaN3) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속 아자이드; 및
폴리(페닐렌-co-플루오렌)(poly(phenylene-co-fluorene)) 유도체, 폴리(p-페닐렌)설포네이트(poly(p-phenylene)sulfonate) 유도체, 카르복실산계 쌍극자 자기조립 단분자막(carboxylic-acid-based dipolar self-assembled monolayers), 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르(polyoxyethylene(12) tridecyl ether), 폴리에틸렌글라이콜(PEG)계 중성자 결합된 계면활성제(PEG-based neutral conjugated surfactants), 말단 유닛이 -CH3, -NH2 또는 -CF3인 실란계 자가조립 단분자막(self-assembled monolayer, SAM)으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 이온을 함유하거나 0.3 디바이(debye, D) 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 및 고분자 자기 조립 재료, 또는 이들의 조합; 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 유기 태양 전지의 제조 방법. - 기판 상에 형성되는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층;
상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 정공 추출층; 및
상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 추출층;을 포함하고,
상기 제1 전극과 정공 추출층 사이 또는 상기 정공 추출층 및 광활성층 사이에 전이금속 산화물을 포함하는 정공 추출 보조층을 더 포함하고,
상기 정공 추출층은 하기 화학식 1로 표시되는 불소 이온을 공유결합으로 포함하고 있는 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를 포함하는 전도성 고분자막 조성물 및 상기 조성물로 형성된 전도성 고분자막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
B는 이온기 또는 이온기를 포함하는 기로서 이때, 상기 이온기는 PO3 2-,SO3 -,COO-,I-및 CH3COO-과 같은 음이온;과 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2, Al+3과 같은 금속 이온 혹은 H+, NH3 +, CH3(-CH2-)nO+(n은 1 내지 50의 자연수임)과 같은 유기 이온의 양이온;이 짝을 이룬 것이고,
C는 독립적으로 산소(-O-), 황(-S-), -NH-; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
D는 치환 또는 비치환된 아닐린(aniline), 치환 또는 비치환된 피롤(pyrrole), 치환 또는 비치환된 티오펜(thiophene), 또는 이들의 공중합체이고,
E는 고분자 공중합체에 쌍극자-쌍극자 상호작용 또는 소수성기에 의한 형태(mophology) 변화를 주기 위한 구조로서, 다량의 불소기가 도입되어 있는 탄소화합물 구조이며, 최소 수소의 1개 이상, 최대 50% 미만이 불소기로 치환되어 있는 탄소수 2 내지 30의 탄소화합물이고, 이때 탄소화합물에는 헤테로 원자인 질소(N), 인(P), 황(S), 규소(Si), 산소(O) 등의 원자를 일부 포함할 수 있는 구조를 가지며,
l, m, n, a는 각 단량체의 몰분율로서, 0 < l < 10000000, 0 < m = 10000000, 0 = n < 10000000, 0.0001 = a/n < 1이고, a는 3 내지 100의 정수임) - 삭제
- 제 8 항에 있어서, 상기 정공 추출 보조층은 산화몰리브데늄(MoO3), 산화텅스텐(WO3), 산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO) 및 산화크롬(CrxO3, x는 1 내지 2의 실수임) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서, 상기 D는 하기 화학식 2로 표시되는 아닐린 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 3번과 4번 위치에 치환체가 있는 피롤(pyrrole) 또는 티오펜(thiophene)인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
[화학식 2]
[화학식 3]
(여기서, R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환 된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 것이며,
상기 화학식 3에서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이며,
R5 및 R6은 수소를 제외한 무조건 치환체가 존재하는 것으로서, 이때 치환체로는 NH; 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 피롤기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 티오펜기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로알킬에스테르기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴에스테르기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것임) - 제 8 항에 있어서, 상기 D는 하기 화학식 4로 표시되는 단량체인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
[화학식 4]
(여기서, X는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 헤테로 원자이고; Y는 NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기의 치환체가 붙은 질소(N), 또는 산소(O), 황(S) 탄화수소이고;
Z는 -(CH2)x-CR7R8-(CH2)y이고, 여기서, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소(H), 임의로 치환되는 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼, 탄소수 6 내지 14의 아릴 라디칼 또는 -CH2-OR9으로, 여기서, R9는 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬에스테르, 탄소수 1 내지 6의 헤테로알킬산, 탄소수 1 내지 6의 알킬술포닉산이며; x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수임) - 제 8 항에 있어서, 상기 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 폴리아닐린 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PANI)또는 하기 화학식 6으로 표시되는 폴리-3,4-에틸렌디옥시피롤 그래프트 공중합체 PFFS-co-(PSS-g-PEDOP)인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
[화학식 5]
[화학식 6]
(여기서, a, b, c는 각각 순서대로 0<a=10,000,000, 0<b=10,000,000, 0<c/a<1이며, F5는 스타이렌(styrene) 벤젠 고리의 5개의 수소가 플루오린(F)로 모두 치환된 것임) - 제 8 항에 있어서, 상기 전자 추출층은 이산화티타늄(TiO2), 산화티타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화아연(ZnO) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속산화물;
탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산루비듐(Rb2CO3), 탄산세슘(Cs2CO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산바륨(BaCO3) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속 카보네이트;
아지드화세슘(CsN3), 질화리튬(Li3N) 및 아지드화나트륨(NaN3) 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 금속 아자이드; 및
폴리(페닐렌-co-플루오렌)(poly(phenylene-co-fluorene)) 유도체, 폴리(p-페닐렌)설포네이트(poly(p-phenylene)sulfonate) 유도체, 카르복실산계 쌍극자 자기조립 단분자막(carboxylic-acid-based dipolar self-assembled monolayers), 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르(polyoxyethylene(12) tridecyl ether), 폴리에틸렌글라이콜(PEG)계 중성자 결합된 계면활성제(PEG-based neutral conjugated surfactants), 말단 유닛이 -CH3, -NH2 또는 -CF3인 실란계 자가조립 단분자막(self-assembled monolayer, SAM)으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 이온을 함유하거나 0.3 디바이(debye, D) 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는 유기 및 고분자 자기 조립 재료, 또는 이들의 조합; 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150153884A KR101784069B1 (ko) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150153884A KR101784069B1 (ko) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170052022A KR20170052022A (ko) | 2017-05-12 |
| KR101784069B1 true KR101784069B1 (ko) | 2017-10-10 |
Family
ID=58740788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150153884A KR101784069B1 (ko) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101784069B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102553726B1 (ko) * | 2021-07-08 | 2023-07-11 | 서울대학교산학협력단 | 금속산화물 정공전달층을 구비한 태양전지 |
-
2015
- 2015-11-03 KR KR1020150153884A patent/KR101784069B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170052022A (ko) | 2017-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5980418B2 (ja) | アミン基を有する非共役高分子を含む有機電子素子用機能層及びこれを含む有機電子素子 | |
| US9660207B2 (en) | Organic solar cell | |
| TWI581475B (zh) | Organic thin film solar cells | |
| WO2011056778A2 (en) | Interlayer for organic solar cells | |
| JP5991799B2 (ja) | ホールブロック層の製造方法、およびそのホールブロック層を備える光電変換素子の製造方法 | |
| KR101181227B1 (ko) | 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101181228B1 (ko) | 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101815755B1 (ko) | 확장된 공액 구조의 페나진 유도체 및 이를 적용한 유기광전변환 고분자 | |
| Tarique et al. | A review of progress and challenges in the research developments on organic solar cells | |
| KR20170092471A (ko) | 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양 전지 | |
| KR101582264B1 (ko) | 유기 박막용 조성물, 유기 박막 및 상기 유기 박막을 포함하는 전자 소자 | |
| KR101033304B1 (ko) | 발광특성을 가지는 유기 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR102208425B1 (ko) | 안정성이 향상된 페로브스카이트 태양전지 | |
| KR20130137889A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| WO2011052583A1 (ja) | 有機光電変換素子 | |
| KR102072680B1 (ko) | 유기 태양 전지 | |
| EP3024043A2 (en) | Solar cell | |
| KR101784069B1 (ko) | 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 | |
| KR20150121407A (ko) | 텐덤형 유기태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101982767B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR102366225B1 (ko) | 산염기 부산물로 도핑된 유기 정공 수송물질 및 이를 이용한 광소자 | |
| JP2016171317A (ja) | 有機光電変換デバイス及び太陽電池 | |
| Hu et al. | Organic Optoelectronic Devices Containing Water/Alcohol-Soluble Conjugated Polymers and Conjugated Polyelectrolytes | |
| TW201408755A (zh) | 光伏元件 | |
| KR101428222B1 (ko) | 유기 태양 전지 소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |