KR101813763B1 - 부착식 유기 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온박리테이프(Thermal tape or Thermal release tape); 유기태양전지적층구조물로서, 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물; 및 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착되어 있는 접착층을 포함하는, 부착식 유기 태양전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 부착식 유기 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 유기태양전지는 효율 향상 목적뿐만 아니라 휘어질 수 있는 기판을 사용하여 유기태양전지 제작에 대해 연구가 진행되고 있다. 휘어질 수 있는 태양전지는 단순히 태양광 패널과는 달리 폴리머 기판에 제작된다. 현재 연구되고 있는 휘어질 수 있는 기판은 PEN(Polyethylene naphthalate)이고 투과도가 84% 정도로 떨어진다. 또한 폴리머이기 때문에 고온공정에도 제한이 된다.
또한 현재는 기판 상에 여러 층들을 화학적 또는 물리적 적층 공정에 의해 적층하여 유기태양전지를 제조한다. 이러한 제조 방법은 기판의 제약과 형성된 유기태양전지의 형상의 제약이 따른다.
그리고 기판을 포함하는 유기태양전지는 이의 적용범위 및 적용 방법의 제약을 따른다.
본 발명은 상기한 문제점을 인식하고, 기판 없는 부착형 유기태양전지를 제조하여 준비된 기판에 쉽게 부착할 수 있도록 할 수 있어서, 적용 범위의 확장 및 적용 방법의 용이성을 제공할 수 있는 기판이 없는 부착형 유기 태양전지의 개발을 목표로 한다.
일 측면으로서, 본 발명은 고온박리테이프(Thermal tape or Thermal release tape); 유기태양전지적층구조물로서, 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물; 및 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착되어 있는 접착층을 포함하는, 부착식 유기 태양전지를 제공한다.
고온박리테이프는 예를 들어 Semiconductor Equipment Corporation의 3195MS 또는 3198MS 일 수 있다. 본 발명의 고온박리테이프는 그래핀 층과의 접착성이 유지되다가 열이 가해져 일정 온도 이상이 되면 그래핀 층과의 접착성을 잃게 되는 특성을 가진 테이프이다. 약 100에서 170℃ 사이의 온도에서 그래핀 층과의 접착성을 잃게 된다.
그래핀 층은 투명 음극 전극으로서 사용될 수 있고, 추후 본 발명의 기판 없는 유기태양전지는 전극을 가지고 있는 기판의 전극 위에 부착될 수 있다.
정공차단층은 ZnO일 수 있으며 이의 종류에 제한되지 않는다.
광활성층은 빛에 의해 엑시톤을 형성하고 어셉터 물질과의 계면에서 전자 및 정공으로 분리될 수 있는 유기물질이면 이의 종류에 제한이 없으며, 예를 들어, P3HT계 복합재일 수 있다.
상기 버퍼층 또한 이의 종류에 제한이 없으며, 예를 들어, PEDOT:PSS 층일 수 있다.
양극 전극은 또한 이의 종류에 제한이 없으나, 바람직하게는 Ag, 특히 Ag 나노 와이어 전극층일 수 있다. Ag는 Al 및 Cu에 비해 산화되지 않고, 다른 금속에 비해 우수한 단락전류밀도, 개방전압 및 전력변환효율 특성을 제공할 수 있다.
상기 접착층은 양면테이프일 수 있다.
다른 측면으로서, 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물을 준비하고, 상기 유기태양전지적층구조물을 고온박리테이프 상에 위치시키며, 양면테이프를 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착시키고, 상기 고온박리테이프에 열을 가하여 고온박리테이프를 제거함을 포함하는, 기판 없는 부착식 유기 태양전기 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 부착식 유기 태양전지는 우선 기판이 없고 보호필름으로 아주 얇은 상태이기 때문에 투과도가 매우 우수하다. 또한 유기태양전지가 필요한 다른 기판에 부착할 수 있다.
본 발명 부착식 유기 태양전지는 기판이 없는 소자로서, 미리 준비된 기판에 적용될 수 있다. 이러한 기판 없는 부착식 유기 태양전지는 적용의 범위를 무한대로 확장할 수 있다. 종래에는 미리 준비된 기판 위에 증착 공정으로 한층 한층 증착하여 소자를 완성해야 했지만, 기판 없는 소자를 만들어 논 후 다른 기판에 부착 또는 접착시켜 유기태양전지 소자를 완성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 부착식 유기 태양전지의 개략적 단면도이다.
도 3은 부착식 유기 태양전지 제작의 개략도이다.
도 3은 부착식 유기 태양전지 제작의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 기판 없는 부착식 유기태양전지는, 도 1 및 2에서 예시되는 바와 같이, 고온박리테이프(110); 유기태양전지적층구조물로서, 그래핀 층(120); 상기 그래핀 층 상에 위치하는 광활성층(130); 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층(140); 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층(150)을 포함하는 유기태양전지적층구조물; 및 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착되어 있는 양면테이프 층(160)을 포함한다.
상기 고온박리테이프 증은 약 170℃ 이하의 온도가 가해져 그래핀 층 및 양면테이프 층과의 접착성을 잃게 되어 탈착되며, 결과적으로 기판 없는 그래핀 층이 열려 있는 유기태양전지를 형성할 수 있다.
기판 없는 본 발명의 유기태양전지는 필요로 하는 기판에 부착될 수 있다. 종래에는 정해진 기판 위에 유기태양전지를 증착 기술을 이용하여 증착하여 완성된 유기태양전지를 제조하였지만, 본 발명이 제안하는 유기태양전지는 기판 없는 상태로 제조되고 필요로 하는 기판에 본 발명의 유기태양전지를 적용할 수 있도록 구성된다. 또한 본 발명의 유기태양전지는 투명하고 가요성(flexible)을 가지고 있어 다양한 응용분야의 기판 상에 위치시킬 수 있다.
또한 본 발명은 기판 없는 부착식 유기 태양전기 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물을 준비하고, 상기 유기태양전지적층구조물을 고온박리테이프 상에 위치시키며, 양면테이프를 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착시키고, 상기 고온박리테이프에 열을 가하여 고온박리테이프를 제거함을 포함한다.
본 발명의 상기 방법은 예시적으로 도 3이 참조되며, 도 3은 부착식 유기 태양전지 제작의 개략도이다. 고온 박리 테이프 상에 그래핀 층을 전사시키고; 상기 전사된 그래핀 층 상에 ZnO 및 광활성층을 형성시키며, 버퍼층으로서 PEDOT:PSS 층을 형성시키고, 양극으로서 Ag 층을 증착시키며, 양면테이프를 증착물들을 둘러싸도록 부착시킴을 포함한다.
2.5cm × 2.5cm 고온 박리 테이프(Thermal relase tape, 170℃)에 그래핀을 붙이고 Cu를 에칭하였다. 아연 아세테이트(Zinc acetate), 에탄올아민 및 모노에틸렌 혼합 용액을 졸-겔 방법으로 스핀 코팅하고 ZnO가 코팅된 기판을 150℃에서 어닐링하여 ZnO 층을 형성하였다. P3HT:PCBM 물질을 1,2-디클로로벤젠에 녹여 스핀 코팅하고, 이를 1시간 동안 질소 환경에서 자연 건조시켜 광활성층을 형성하였다. PEDOT:PSS를 IPA와 1:10 비율로 용액을 만든 후 질소 환경에서 스핀코팅하여 버퍼층을 형성하고, 열증착장비(thermal evaporator)로 3×10-6 Torr 압력에서 100nm로 Ag를 증착하였다. 상기 유기태양전지적층구조물의 윗면 및 옆면을 둘러싸도록 양면테이프를 붙이고 170℃ 온도를 가해 고온박리테이프를 제거하였다.
Claims (8)
- 고온박리테이프(Thermal tape or Thermal release tape);
상기 고온박리테이프 위에 증착된 유기태양전지적층구조물로서, 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물; 및
상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착되어 있는 양면테이프층을 포함하며,
상기 고온박리테이프는 열에 의해 박리가능하도록 구성되는 기판 없는 부착식 유기 태양전지로서,
상기 기판 없는 부착식 유기 태양전지는 임의의 기판에 부착시킬 수 있는
기판 없는 부착식 유기 태양전지. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 양극 전극은 Ag 임을 특징으로 하는,
기판 없는 부착식 유기 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 정공 차단층은 ZnO 임을 특징으로 하는,
기판 없는 부착식 유기 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 광활성층은 P3HT:PCBM 임을 특징으로 하는,
기판 없는 부착식 유기 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 PEDOT:PSS 임을 특징으로 하는,
기판 없는 부착식 유기 태양전지. - 그래핀 층; 상기 그래핀 층 상에 위치하는 정공차단층; 상기 정공차단층 상에 위치하는 광활성층; 상기 광활성층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 양극 전극 층을 포함하는 유기태양전지적층구조물을 준비하고,
상기 유기태양전지적층구조물을 고온박리테이프 상에 위치시키며,
양면테이프를 상기 유기태양전지적층구조물 상면 및 하나 이상의 측면을 둘러싸면서 상기 고온박리테이프 상에 부착시키고,
상기 고온박리테이프에 열을 가하여 고온박리테이프를 제거함을 포함하는,
제1항의 기판 없는 부착식 유기 태양전지 제조 방법.
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