KR102042300B1 - 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지에 관한 것이다.
유기 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24%정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기물 반도체 태양전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
유기태양전지(Organic Solar Cells)는 소면적의 단위소자에서 10%가 넘는 효율이 보고되고 있지만, 상업화를 위해서는 대면적이 요구되고 있는 상황이다. 이러한 대면적의 유기태양전지는 투명전극으로 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide)의 낮은 전도도로 인하여 폭이 10~15mm 정도 되는 스트립(strip)들로 형성된 모듈 형태로 제작이 되고 있다.
그러나, 스트립형 모듈들은 하부전극(ITO)과 상부전극(metal)이 직렬로 연결되어 전류가 흐르기 때문에 양전극 사이에 있는 활성층과 버퍼층들의 패터닝(patterning)이 필수적이며, 용액공정에서 이러한 패터닝을 유지하기 위해서는 각각의 층을 코팅할 때마다 쉬프트(shift)가 요구되며, 쉬프트와 패터닝은 모두 제작된 모듈보다 작동하는 활성층의 면적이 작아지는 개구 면적 손실(aperture loss) 이 발생하는 문제가 있다.
본 명세서는 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 기판의 일면에 하부 전극 패턴을 형성하는 하부 전극 패턴 형성 단계; 상기 하부 전극 패턴 상에 활성층을 형성하는 활성층 형성 단계; 상기 활성층 상에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계; 및 상기 버퍼층 상에 상부 전극 패턴을 형성하는 상부 전극 패턴 형성 단계를 포함하고, 상기 하부 전극 패턴 형성 단계와 활성층 형성 단계 사이, 상기 활성층 형성 단계와 버퍼층 형성 단계 사이, 상기 버퍼층 형성 단계와 상부 전극 패턴 형성 단계 사이 중 적어도 어느 하나에 라인 레지스터를, 상기 하부 전극, 활성층 또는 버퍼층의 측면 및 상면 일부에, 형성하는 라인 레지스터 형성 단계, 및 상기 라인 레지스터 형성 단계를 통해 형성된 라인 레지스터를 제거하는 라인 레지스터 제거 단계를 추가로 포함하는 유기태양전지의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 전술한 제조 방법에 의하여 제조된 유기태양전지로서, 상기 유기태양전지는 GFF(geometrical fill factor)가 75% 이상인 것인 유기태양전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%; 옥세탄 화합물 50 내지 80 중량%; 광중합 개시제 1 내지 10 중량%; 및 용매 5 내지 20 중량%를 포함하는 것인 라인레지스터 조성물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기태양전지의 제조방법은 잉크젯 프린터로 라인 레지스터를 형성함으로써 활성층과 버퍼층의 용액 공정 코팅에서 쉬프트 없이 패터닝이 가능한 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기태양전지의 제조방법으로 제조된 유기태양전지는 상부 전극의 패터닝의 크기를 줄임으로써 모듈의 GFF를 높일 수 있는 특징이 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유기태양전지를 도식한 도면이다.
도 2는 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2는 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 기판의 일면에 하부 전극 패턴을 형성하는 하부 전극 패턴 형성 단계; 상기 하부 전극 패턴 상에 활성층을 형성하는 활성층 형성 단계; 상기 활성층 상에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계; 및 상기 버퍼층 상에 상부 전극 패턴을 형성하는 상부 전극 패턴 형성 단계를 포함하고, 상기 하부 전극 패턴 형성 단계와 활성층 형성 단계 사이, 상기 활성층 형성 단계와 버퍼층 형성 단계 사이, 상기 버퍼층 형성 단계와 상부 전극 패턴 형성 단계 사이 중 적어도 어느 하나에 라인 레지스터를, 상기 하부 전극, 활성층 또는 버퍼층의 측면 및 상면 일부에, 형성하는 라인 레지스터 형성 단계, 및 상기 라인 레지스터 형성 단계를 통해 형성된 라인 레지스터를 제거하는 라인 레지스터 제거 단계를 추가로 포함하는 유기태양전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 투명 기판일 수 있으며, 투명 기판으로는 특별히 한정되지 않으나, 빛투과율이 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 투명 기판으로는 유리를 사용할 수도 있고, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판 또는 필름으로는 당 기술분야에 알려져 있는 재료를 사용할 수 있으며, 예컨대 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리에폭시계, 폴리올레핀계, 폴리카보네이트계 및 셀룰로오스계 중에서 선택된 1종 이상의 수지로 형성된 것을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로, PET(Polyethylene terephthalate), PVB(polyvinylbutyral), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfon), PC(polycarbonate), 아세틸 셀룰로이드와 같은 가시광 투과율 80% 이상의 필름이 바람직하다.
상기 하부 전극 패턴은 2 이상의 하부 전극을 포함한다.
상기 하부 전극 패턴은 투명 전극일 수 있으며, ITO, AZO(ZnO:Al), GIO((Ga, In)2O3), MIO(MgIn2O4), ZIO(Zn2In2O5) 중 1 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하부 전극 패턴으로 투명 전극을 사용하는 이유는 태양광이 투과되어 유기태양전지의 내부로 입사될 수 있도록 하기 위함이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 하부 전극 패턴의 두께는 10nm 내지 200 nm일 수 있다. 상기 하부 전극 패턴의 두께가 상기 범위 내일 경우 GFF를 극대화시킬 수 있다.
GFF(geometrical fill factor)란 제작된 소자의 하부 전극과 상부 전극이 서로 교차되는 부분, 즉 실제로 전극으로서 작동하는 부분의 면적이 전체 면적에 대해 차지하는 비율을 의미한다. GFF를 측정하는 방법에는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 물리적으로 직접 측정하는 방법을 사용할 수 있다.
활성층은 광활성 물질로서, 전자주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 광활성 물질은 상기 전자주개 물질 및 상기 전자받개 물질을 의미할 수 있다.
상기 활성층은 광 여기에 의하여 상기 전자주개 물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자주개/전자받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자주개 물질 및 전자받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1 전극과 제2 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 벌크 이종 접합구조 또는 이중층 접합구조일 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조는 벌크 헤테로정션(BHJ: bulk heterojunction) 접합형일 수 있으며, 상기 이중층 접합구조는 바이레이어(bi-layer) 접합형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:10 내지 10:1일 수 있다. 구체적으로 본 명세서의 상기 전자받개 물질과 전자 주개 물질의 질량비는 1: 0.5 내지 1: 5일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질은 적어도 한 종의 전자 공여체; 또는 적어도 한 종의 전자수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 공여체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함한다.
구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자주개 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 물질을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 o는 1 초과 1,000 이하인 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자받개 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C60 내지 C90의 플러렌 유도체이다. 구체적으로, 상기 플러렌 유도체는 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러렌 유도체일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 버퍼층은 일반적인 유기태양전지에서 사용되는 버퍼층의 역할을 수행할 수 있다. 버퍼층은 전극과 광활성층 사이의 전기적 배리어를 낮추어 전자 또는 정공의 이동을 용이하게 할 수 있으며, 전자 또는 정공의 선택적인 이동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 일함수의 차이를 이용하여 정구조와 역구조의 유기태양전지를 만들 수 있도록 할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 하부 전극 패턴 형성 단계 이후, 상기 활성층 형성 단계 이전에 형성된 하부 전극 상에 형성되는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
도 1은 상기 버퍼층이 하부 전극 상에 추가로 형성된 것에 대한 유기태양전지의 모습을 나타낸 도면이다. 도 1을 참고하면, 하부 전극 패턴 형성 단계를 거친 하부 전극(100) 상에 버퍼층(110)이 형성되고 그 위로 활성층(120)이 형성될 수 있다. 활성층(120)이 형성된 뒤에는 다시 버퍼층(110)이 형성되고 그 뒤에 상부 전극 패턴 형성 단계를 거쳐 상부 전극(130)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 특별히 한정이 있는 것은 아니나 고분자, 전해질 및 금속 산화물을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 특히, 상기 버퍼층은 금속 산화물일 수 있다. 버퍼층이 두번 형성된 경우에는 각각의 버퍼층은 동일한 물질로 형성되는 것일 수도 있고, 상이한 물질로 형성되는 것일 수도 있다.
상기 금속 산화물은 아연 산화물(ZnO), 티타늄 산화물(TiOx), 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 니켈 산화물(NiO), 텅스텐 산화물(WOx) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 당 업계에서 통상적으로 사용되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물층은 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 통해, 통상적인 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 또는 열증착 시스템(thermal-evaporation)을 통하여 5nm 이상 30nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
라인 레지스터는 상기 하부 전극 패턴 형성 단계와 활성층 형성 단계 사이, 상기 활성층 형성 단계와 버퍼층 형성 단계 사이, 상기 버퍼층 형성 단계와 상부 전극 형성 단계 사이 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
즉, 라인 레지스터 형성 단계를 두번 이상이 포함될 수 있다. 예를 들면, 하부 전극 패턴 형성 단계 이후에 하부 전극의 측면 및 하부 전극의 상면 일부에 라인 레지스터를 형성한 뒤, 활성층 형성 단계 이후에 활성층과 접하지 않은 하부 전극의 상면, 활성층의 측면 및 상면에 라인 레지스터를 또 형성할 수 있다. 이때, 활성층과 접하지 않은 하부 전극의 상면은 첫번째 라인 레지스터 형성에 의해 생기는 공간일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 라인 레지스터는 상기 라인 레지스터가 형성되는 면의 적어도 하나의 가장자리로부터 1mm 미만이 되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 라인 레지스터가 하부 전극 상에 형성되는 경우, 하부 전극의 측면을 덮고 동시에 상기 하부 전극의 측면에 포함되는 상면의 가장자리로부터 1mm 미만이 되도록 형성된 것일 수 있다.
상기 라인 레지스터가 하부 전극의 측면 및 상기 하부 전극의 상면의 일부에 형성되는 경우, 추후 활성층 또는 버퍼층을 형성할 때 쉬프트 시키지 않을 수 있기 때문에 공정상의 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 라인 레지스터는 잉크젯 프린터 공정으로 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 라인 레지스터는 라인 레지스터 조성물에 의하여 잉크젯 프린터 공정으로 형성될 수 있다. 상기 잉크젯 프린터 공정으로 인하여 상기 라인 레지스터를 원하는 패턴의 형태로서 비접촉 방식으로 짧은 시간 내에 형성이 가능한 이점이 있다.
상기 잉크젯 프린터 공정은 Dimatix사의 Nova head(80pL)을 사용할 수 있으며, dot pitch, nozzle 개수 등은 제1 라인레지스터의 형태에 따라 당업자가 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 라인 레지스터를 형성과 동시에 또는 형성 후에 상기 라인 레지스터를 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 라인 레지스터를 형성하는 라인 레지스터 조성물은 자외선 경화형 잉크 또는 양이온 중합형 잉크로서, 광량이 1,000mJ/cm2 이하의 장파장 UV-LED 광원을 이용하여 라인 레지스터를 형성과 동시에 또는 형성 후에 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 광량이 500mJ/cm2 이하, 400mJ/cm2 이하의 UV-LED 광원의 사용이 가능하나, 상기 라인 레지스터의 조성물에 따라 적절한 파장을 가지는 UV-LED 광원을 선택하여 사용 가능하다.
상기 라인 레지스터를 형성과 동시에 경화하는 경우 상기 잉크젯 프린터의 잉크젯 헤드 뒤에 UV-LED 광원을 설치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
라인 레지스터 형성 단계가 두번 이상일 경우, 모든 단계는 상기의 라인 레지스터 형성에 관한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층 형성 단계와 버퍼층 형성 단계 사이, 상기 버퍼층 형성 단계와 상부 전극 형성 단계 사이 중 적어도 어느 하나에 형성된 라인 레지스터를 제거하는 라인 레지스터 제거 단계를 추가로 포함될 수 있다.
즉, 하부 전극 패턴 형성 단계 이후 라인 레지스터를 형성시킨 경우에는 활성층을 형성한 뒤, 또는 버퍼층을 형성한 이후에 형성시킨 라인 레지스터를 제거하는 단계를 거칠 수 있다.
또한, 라인 레지스터 형성 단계가 두 번 이상일 경우, 라인 레지스터를 제거하는 단계는 라인 레지스터를 형성하는 단계의 횟수와 대응되게 증가할 수 있다. 즉, 라인 레지스터를 형성한 뒤 원하는 층을 형성하는 단계를 거치면 형성시킨 라인 레지스터를 제거하는 단계를 반드시 거칠 수 있다.
상기 라인 레지스터를 제거하는 단계는 물리적인 방법에 의한 것일 수 있다. 예컨대, 이에 한정하는 것은 아니지만 상기 물리적인 방법은 롤타입 또는 트위저(tweezer)로 라인 레지스터를 제거하는 것을 의미할 수 있다. 본 명세서의 라인 레지스터는 특별한 용매 또는 기계적인 방법에 의하여 제거할 필요가 없기 때문에 간편하며, 유기태양전지를 구성하고 있는 기판, 하부 전극 등에 영향을 주지 않아 유기태양전지의 성능을 저하시키지 않는다는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 상부 전극 패턴 형성 단계의 상부 전극은 당업계에서 통상적으로 사용하는 금속 전극을 일컬는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 상부 전극은 Ag, Au, Al, Pt, W 또는 Cu와 같은 금속을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부 전극 패턴은 스퍼터링(sputtering), 전자빔 증발법(e-beam evaporation), 열증착 시스템(thermal-evaporation)과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)방법으로 형성할 수 있으며, 이 외에도 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의하여 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 상기 라인 레지스터는 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%; 옥세탄 화합물 50 내지 80 중량%; 광중합 개시제 1 내지 10 중량%; 및 용매 5 내지 20 중량%를 포함하는 조성물에 의해 형성될 수 있다.
상기 라인 레지스터가 상기 제시한 물성의 구성성분 범위를 만족하는 경우, 유기용매, 알코올 또는 물에 모두 녹지 않을 수 있고, 1mm 미만의 폭을 형성하면서 퍼지지 않을 수 있다. 그리고, 짧은 UV 처리 시간으로 경화될 수 있으며, 진공에서도 모양이 변하지 않을 수 있다. 또한, 공정 후에 쉽게 제거되는 특성을 가질 수 있다.
상기 각각의 화합물의 중량%는 조성물 전체에 대한 중량%를 의미하는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%는 상기 조성물 전체 100 중량%에 대하여 에폭시 화합물이 10 내지 30 중량%로 포함된 것을 의미한다.
상기 조성물은 잉크젯 프린터의 잉크에 포함될 수 있다. 즉, 전술한 자외선 경화형 잉크 또는 양이온 중합형 잉크는 상기 조성물을 포함할 수 있다.
상기 조성물은 유기용매, 알코올계 및 물에 모두 녹지 않으며, 진공에서도 모양이 변하지 않는 이점이 있다.
상기 조성물 중 에폭시 화합물은 에폭시기를 포함하고 있는 화합물이라면 이에 한정되지 않으나, CEL2021P, CEL2000, CEL3000 등을 예로 들 수 있다. 상기 에폭시 화합물이 상기 범위내로 포함되는 경우 라인 레지스터는 용액에서 쉽게 고체화가 가능하고, 유기용매, 알코올 또는 물에 녹지 않으며, 진공 상태에서 모형의 변화가 없고, 쉽게 제거가 가능하다는 이점이 있다.
상기 옥세탄 화합물은 옥세탄기를 포함하고 있는 화합물이라면 이에 한정되지 않으며, 구체적으로 OXT-221, OXT-212일 수 있다. 상기 옥세탄 화합물이 상기 조성물 전체에 대하여 50 내지 80 중량%로 포함되는 경우 라인 레지스터는 용액에서 쉽게 고체화가 가능하고, 유기용매, 알코올 또는 물에 녹지 않으며, 진공 상태에서 모형의 변화가 없고, 쉽게 제거가 가능하다는 이점이 있다.
상기 광중합 개시제는 빛에 의해 라디칼을 생성하는 물질이라면 한정되지 않으나, 아이오도늄 염(Iodonium salt) 형태를 띄고 있는 Irgacure 250 (이하, 시바스페셜티케미컬사제), Irgacure 369, Irgacure 651, Irgacure 907, Irgacure 819, 다이페닐-(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드, 메틸벤조일포르메이트, 에틸(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스피네이트, 2,4-비스트리클로로메틸-6-p-메톡시스티릴-s-트리아진, 2-p-메톡시스티릴-4,6-비스트리클로로메틸-s-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-4-메틸나프틸-6-트리아진, 벤조페논, p-(다이에틸아미노)벤조페논, 2,2-다이클로로-4-페녹시아세토페논, 2,2-다이에톡시아세토페논, 2-도데실티오크산톤, 2,4-다이메틸티오크산톤, 2,4-다이에틸티오크산톤, 또는 2,2-비스(2-클로로페닐)-4,4,5,5-테트라페닐-1,2-비이미다졸 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 광중합개시제는 Igacure 250 일 수 있다.
상기 광중합개시제가 상기 범위내로 포함될 경우 라인 레지스터는 용액에서 쉽게 고체화가 가능하고, 유기용매, 알코올 또는 물에 녹지 않으며, 진공 상태에서 모형의 변화가 없고, 쉽게 제거가 가능하다는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 BCs(Butyl Cellosolve, BCsA(Butyl Cellosolve Acetate), BCA(Butyl Carbitol Acetate) 등을 사용할 수 있으며, 상기 용매가 상기 범위내로 포함될 경우 라인레지스터를 형성하기 적절한 점도를 가질 수 있는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 조성물은 계면활성제 또는 광안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 당업계에서 통상적으로 쓰이는 레벨링제, 습윤제 및 슬립제를 사용할 수 있으며, 예컨대 실란계, 불소계 또는 폴리에테르계 계면활성제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 게면활성제는 BYK-330을 사용할 수 있다. 상기 계면활성제가 상기 범위 내로 포함되는 경우 라인 레지스터는 용액에서 쉽게 고체화가 가능하고, 유기용매, 알코올 또는 물에 녹지 않으며, 진공 상태에서 모형의 변화가 없고, 쉽게 제거가 가능하다는 이점이 있다.
상기 광안정제는 이에 한정되는 것은 아니나 힌더드 아민계 광안정제 등을 사용할 수 있으며, 구체예로는, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate), 비스-(엔-옥틸옥시-테트라메틸)피페리디닐세바케이트(bis-(N-octyloxy-tetramethyl)piperidinyl sebacate), 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate) 및 메틸-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜세바케이트(methyl 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate) 등을 1종 이상 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 광안정제는 BHT(Butylhydroxytoluene)을 사용할 수 있다.
상기 광안정제가 상기 범위내로 포함되는 경우 라인 레지스터는 용액에서 쉽게 고체화가 가능하고, 유기용매, 알코올 또는 물에 녹지 않으며, 진공 상태에서 모형의 변화가 없고, 쉽게 제거가 가능하다는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 유기태양전지로서, 상기 유기태양전지는 GFF(geometrical fill factor)가 75% 이상인 것인 유기태양전지를 제공한다.
상기 GFF(geometrical fill factor)를 측정하는 방법에 대해서는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법이 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%; 옥세탄 화합물 50 내지 80 중량%; 광중합 개시제 1 내지 10 중량% 및 용매 5 내지 20 중량%를 포함하는 라인레지스터 조성물을 제공한다.
상기 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물, 광중합 개시제 및 용매에 관한 내용은 전술한 내용을 적용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 라인레지스터 조성물은 계면활성제 또는 광안정제를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형 될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예]
기판의 일면에 ITO/ZnO/활성층/MoO3/Ag을 형성한 뒤, 전극 패턴을 형성하기 위하여 잉크젯 프린터를 이용하여 라인 레지스터를 형성하였다. 그 후 전극을 증착한 후, 라인 레지스터를 제거하여 유기태양전지를 제조하였다.
[비교예]
바 또는 슬롯다이를 적용하여 하여 유기태양전지를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따른 유기태양전지를 하기 표 1에 나타내었다.
| Voc (V) | Jsc(mA/cm2) | FF | GFF | η (%) | |
| 비교예 | 4.771 | 1.567 | 0.543 | 0.68 | 4.06 |
| 실시예 | 4.792 | 1.760 | 0.543 | 0.75 | 4.58 |
상기 표 1에서, 태양전지의 성능은 AM 1.5G 표준광원 하에서 전류-전압 특성을 측정하여 결정되며, 측정된 전류-전압 곡선에서 Isc, Voc, Ipm, Vpm 등의 값이 구해진다. 여기서, Isc는 short circuit current, Voc는 open circuit voltage, Ipm은 최대전력에서의 전류이며, Vpm은 최대전력에서의 전압을 의미한다. 이에 대한 설명은 도 2인 태양전지의 전류-전압 곡선에 나타나있다.
유기태양전지도 상기와 같이 표준 광원 하에서 측정된 전류-전압 특성 곡선으로부터 그 효율을 구할 수 있는데, 소자의 활성 면적을 고려하기 위해 Jsc, Jpm 등의 전류 밀도는 아래 식에서 표현하는 바와 같다. 하기 식은 생성된 최대 전력과 입사된 에너지 사이의 비율을 의미한다.
이 식에서 Jsc는 단락전류 밀도(short circuit current density, mA/cm2), FF는 fill factor로써 JpmVpm/JscVoc, 그리고 Pinc는 쪼인 빛의 에너지를 나타내어 AM 1.51sun 기준으로 1의 값을 가지며, 광량에 따라 상대적인 비로 표현된다.
GFF는 전체 면적에서 광활성층으로 사용되는 면적을 의미하는 것이고, 기존 비교예에서는 전체 면적에서 68%만 활용할 수 있었던 반면에, 본 발명의 일 실시예에서는 75%를 활용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이는 효율에서 다시 한번 확인할 수 있으며, 기존 4.06%에서 본 발명의 일 실시예에 따르면 4.58%까지 상승하여 본 발명의 일 실시예에 의한 효과를 확인할 수 있었다.
100: 하부 전극
110: 버퍼층
120: 활성층
130: 상부 전극
110: 버퍼층
120: 활성층
130: 상부 전극
Claims (12)
- 기판의 일면에 하부 전극 패턴을 형성하는 하부 전극 패턴 형성 단계;
상기 하부 전극 패턴 상에 활성층을 형성하는 활성층 형성 단계;
상기 활성층 상에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계; 및
상기 버퍼층 상에 상부 전극 패턴을 형성하는 상부 전극 패턴 형성 단계를 포함하고,
상기 하부 전극 패턴 형성 단계와 활성층 형성 단계 사이, 상기 활성층 형성 단계와 버퍼층 형성 단계 사이, 상기 버퍼층 형성 단계와 상부 전극 패턴 형성 단계 사이 중 적어도 어느 하나에 라인 레지스터를, 상기 하부 전극, 활성층 또는 버퍼층의 측면 및 상면 일부에, 형성하는 라인 레지스터 형성 단계, 및
상기 라인 레지스터 형성 단계를 통해 형성된 라인 레지스터를 제거하는 라인 레지스터 제거 단계를 추가로 포함하고,
상기 라인 레지스터는 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%; 옥세탄 화합물 50 내지 80 중량%; 광중합 개시제 1 내지 10 중량%; 및 용매 5 내지 20 중량%를 포함하는 조성물에 의해 형성되며,
상기 라인 레지스터는 유기용매, 알코올 또는 물에 모두 녹지 않고, 상기 라인 레지스터의 제거는 물리적인 방법을 이용하는 것인 유기태양전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 패턴 형성 단계와 상기 활성층 형성 단계 사이에 상기 버퍼층 형성 단계가 추가로 더 포함되는 유기태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라인 레지스터는 상기 라인 레지스터가 형성되는 면의 적어도 하나의 가장자리로부터 1mm미만이 되도록 형성되는 유기태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 버퍼층은 고분자, 전해질 및 금속 산화물을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나를 구성 성분으로 하는 유기태양전지의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 금속 산화물은 아연 산화물(ZnO), 티타늄 산화물(TiOx), 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 니켈 산화물(NiO) 및 텅스텐 산화물(WOx)을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나인 유기태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라인 레지스터 형성 단계는 잉크젯 프린터 공정으로 형성하는 유기태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라인 레지스터 형성 단계는 라인 레지스터 형성 후에 상기 라인 레지스터를 경화하는 단계를 더 포함하는 유기태양전지의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 계면활성제 또는 광안정제를 더 포함하는 유기태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 에폭시 화합물 10 내지 30 중량%;
옥세탄 화합물 50 내지 80 중량%;
광중합 개시제 1 내지 10 중량%;
용매 5 내지 20 중량%;
계면활성제; 및
광안정제를 포함하는 유기태양전지 제조용 라인레지스터 조성물. - 삭제
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| KR1020150135742A KR102042300B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150135742A KR102042300B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지 |
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ID=58589182
Family Applications (1)
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| KR1020150135742A KR102042300B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 유기태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기태양전지 |
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| KR101512219B1 (ko) | 2012-07-18 | 2015-04-14 | 주식회사 엘지화학 | 유기태양전지 |
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-
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