KR102060805B1 - 광기전 얀 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 얀(2) 및 그 위에 캐소드층(4), 활성층(6) 및 애노드층(8) 코팅을 필수적으로 포함하며 전기 전도를 가능하게 하는 광기전 얀 및 제조 방법에 관한 것으로, 태양광을 이용하여 전기를 생산할 수 있고, 특히 섬유 산업에 사용되도록 개발된 것이다.
Description
본 발명은 일광(daylight)을 이용하여 전기를 생성할 수 있고, 특히 섬유 산업에 사용하기 위해 개발된 광기전(photovoltaic) 얀 및 제조방법에 관한 것이다.
지구에서 사용되는 에너지 자원은 빠르게 소비된다; 반면, 이러한 자원에 대한 필요성은 점진적으로 증가한다. 화석연료를 사용하는 에너지 소비 기술은 열 및 다른 환경적 위협을 발생시키기 때문에 최근 몇 년 동안 청정 에너지 자원에 대한 관심이 증가하였다. 이러한 이유로, 특히 긴 수명의 천연 자원인 태양이 대체 에너지 자원으로 사용된다. 태양전지 또는 광전지 구조는 표면에 입사되는 태양광을 직접 전지 에너지로 변환하는 반도체 재료를 포함하는 반도체 장치이며, 긴 수명을 가지며, 내구성이 있고, 환경 오염을 야기하지 않는다.
태양전지는 다음 세가지 카테고리로 분류될 수 있다;
1) 제1 세대: 결정 실리콘 태양전지(c-Si 및 mc-Si)
2) 제2 세대: 박막 태양전지(a-Si, CdTe, CIS 또는 CIGS)
3) 제3 세대: 나노 기술 기반 유기 태양전지
오늘날, 제1 세대 태양전지는 상업적으로, 그리고 통상적인 생산 분야에서 많은 비용이 드는 것은 아니나, 광전지의 생산 비용 및 생산 과정에서 소비되는 에너지는 상당하다. 이러한 이유로, 연구는 태양전지에 사용되는 재료를 줄이고, 간단하고 용이한 생산 기술로 비용을 저감하는 것에 중점을 두고 있다. 오늘날, 이러한 주제에 대하여 수행되는 과학적 연구는 두가지로, 즉 유기 기반 및 무기 기반으로 나누어진다. 효율은 유기 전지에 비하여 무기 광기전 전지가 높다; 그러나, 가요성(flexible) 베이스 판상에 유기 재료로 코팅한 유기 광전지는 광범위하게 적용되고, 경량이고, 저렴하며, 생산이 용이하고, 이들의 화학적 특성을 용이하게 변경할 수 있으며, 연속 프레싱 기술을 이용하여 생산됨으로써, 광기전 전지 시장에서 호소력을 발휘한다.
유기 태양전지 연구는 2가지 종류의 재료에 초점을 맞춘다. 이들 재료는 습식 공정 및 진공 공정을 거친 재료이다. 습식 공정을 거친 재료는 일반적으로 유기 용매에 용해되어야 하므로, 유기 재료에 측쇄 기능성(side chain functionality)이 제공되며, 이들은 일반적인 유기 용매에 용해될 수 있다. 습식 공정을 거친 재료에는 스핀코팅, 닥터블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 롤투롤 공정이 적용될 수 있다.
일반적으로 유기 광기전 전지에서, 공액 중합체(conjugated polymers)는 전자 도너(donor) 재료로 사용되며, 플러렌 또는 작은 유기 분자는 전자 억셉터(acceptor)로 사용된다. 볼륨 헤테로 접합(volume hetero joint) 광기전 전지에서, 도너-억셉터 재료는 나노미터 스케일로 다른 하나를 관통하는 웹(web)을 형성하기 위해 혼합된다. 이 방법에 따르면, 도너-억셉터 중간 표면이 전체 볼륨에 코팅되고, 접촉 표면이 증가된다. 가장 간단한 정의에 의하면, 유기 태양 전지는 2개의 전극 사이에 활성층을 배치하여 제조된다. 유기 중합체층은 태양광을 흡수하고 전자 및 정공 쌍(여기자)을 형성한다. 중간 표면의 포텐셜 에너지가 급격하게 변화하면서 강한 전기장이 생성된다. 여기자 쌍은 생성된 전지장에 의해 서로 분리된다. 전하가 분리된 후 전자는 캐소드(cathode)쪽으로 이동하고, 정공은 애노드(anode)쪽으로 이동한다. 전류 및 전압은 이러한 방식으로 생성된다.
광기전 섬유는 태양광을 이용하여 전기를 생성할 수 있는 구조물이다. 섬유 제품상에 태양전지 또는 섬유 재료(패브릭, 얀등)를 사용하여 형성된 광기전 구조는 그 특성을 잃지 않으면서, 많은 분야에서 사용될 수 있는 잠재성을 갖는 광기전 섬유 또는 광기전 화이버(fibers)가 생산될 수 있다.
오늘날, 다양한 금속 와이어, 중합체로 코팅된 섬유 제품(패브릭, 얀등)은 광기전 섬유의 베이스 기판, 벨트 또는 유기 재료를 이용하여 생산된 섬유로 사용된다. 전기 전도성을 갖는 금속, 금속산화물, 전도성 중합체는 베이스 기판상에 코팅된다. 유기물 기반 광활성 재료, 전자 도너 공액 중합체, 전자 억셉터 플러렌(fullerenes) 또는 작은 유기 분자는 층 상에 다양한 방법으로 코팅된다. 광기전 구조는 광활성층 상에 알루미늄(Al), 은 (Ag) 및 금 (Au) 과 같은 다양한 금속을 상부 전극으로 코팅하여 형성된다. 광기전 구조에서 상부 전극으로 사용되는 금속은 입사광이 광활성층에 도달할 수 있도록 약 10nm의 두께로 코팅된다. 광기전 구조에서 매우 얇개 코팅된 금속 상부 전극은 반광학투과(semi optic permeable) 및 전기전도층으로 사용된다.
그러나 오늘날 사용되는 이러한 방법은, 광기전 구조에서 전극으로 사용되는 금속의 코팅에 진공 매질(vacuum medium)이 필요하다. 금속 코팅에는 고가의 진공 시스템이 필요하다. 이러한 시스템은 코팅되는 재료의 길이를 제한하고, 단일 표면에 코팅을 수행하는 단점이 있다.
또한, 이러한 금속들을 광기전 구조의 광이 입사하는 측의 상부 전극으로 코팅하는 경우, 광투과를 제공하기 위해 얇은 형태로 코팅되기 때문에 전기 전도성에 부정적인 영향을 미친다. 나아가, 진공 구조로 코팅된 금속은 광기전 구조의 가요성을 제한한다.
본 발명의 목적은 광기전 구조에서 갈륨-인듐 합금이 사용되는 광기전 얀 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 진공 시스템을 필요로하지 않고 코팅이 수행되는 광기전 얀의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코팅이 대기 또는 불활성가스 매질에서 수행되는 광기전 얀의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 애노드 및 캐소드뿐만 아니라 복수의 층을 포함하는 광기전 얀을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 개발된 "광기전 얀 및 제조방법"은 첨부된 도면에 명시되어 있으며,
도 1은 층(layer)들이 관찰될 수 있는 본 발명의(inventive) 광기전 얀의 일 실시태양의 사시도이다.
도 2는 층들이 관찰될 수 있는 본 발명의 광기전 얀의 다른 실시태양의 횡단면도이다.
도 3은 층들이 관찰될 수 있는 본 발명의 광기전 얀의 또 다른 실시태양의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 광기전 얀 제조방법의 플로우 차트이다.
광기전 얀에 속한 도면 내 부호는 다음과 같다.
1. 광기전 얀
2. 얀
3. 중간층
4. 캐소드층
5. 전자전달층(정공방지층) (ETL)
6. 활성층
7. 정공전달층(전자방지층) (HTL)
8. 광학 투과 및 전도층(애노드 층)
A. 광
도 1은 층(layer)들이 관찰될 수 있는 본 발명의(inventive) 광기전 얀의 일 실시태양의 사시도이다.
도 2는 층들이 관찰될 수 있는 본 발명의 광기전 얀의 다른 실시태양의 횡단면도이다.
도 3은 층들이 관찰될 수 있는 본 발명의 광기전 얀의 또 다른 실시태양의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 광기전 얀 제조방법의 플로우 차트이다.
광기전 얀에 속한 도면 내 부호는 다음과 같다.
1. 광기전 얀
2. 얀
3. 중간층
4. 캐소드층
5. 전자전달층(정공방지층) (ETL)
6. 활성층
7. 정공전달층(전자방지층) (HTL)
8. 광학 투과 및 전도층(애노드 층)
A. 광
본 발명의 광기전 얀(1)은,
- 적어도 하나의 텍스쳐화된 얀(2),
- 얀(2)을 덮고, 얀(2)의 접착력을 증가시키는 적어도 하나의 중간층(3),
- 중간층(3)에 의해 얀(2) 상에 부착함으로써 코팅되며, 광기전 구조를 갖는 적어도 하나의 캐소드층(4),
- 캐소드층(4) 상에 위치하고 전자 억셉터 및 전저 도너 재료를 포함하며, 광기전 구조를 갖는 적어도 하나의 활성층(6),
- 임의의 광원으로부터의 광(A)이 광학 투과 구조에 의해 다른 층으로 전달될 수 있고, 캐소드층(4)과 상호작용하여 전기 전도가 수행되는 적어도 하나의 애노드층(8)
을 필수적으로 포함한다.
본 발명의 일 실시태양에서, 상기 캐소드층(4) 및 활성층(6) 사이에는 적어도 하나의 전자전달층(5)이 있다. 본 발명의 이러한 실시태양에서 상기 전자전달층은 캐소드층(4) 및 활성층(6)의 중간 표면상에서 전하 캐리어의 재결합을 방지하고, 전하 캐리어 중에서 전자만을 통과시킨다. 또한, 이 층(5)은 전극 및 유기 반도체 사이의 에너지 장벽을 제거하기 위한 중간 에너지 단계를 형성함으로써, 전하 수집 효율을 증가시킨다. 또한, 이 층(5)은 그 안에 사용되는 재료의 특성에 의존하여 광기전 구조의 안정성을 증가시킨다.
본 발명의 일 실시태양에서, 활성층(6)과 애노드층(8) 사이에는 정공 전달층 (HTL)(전자 방지층)이 있다. 상기 정공 전달층(7)은 정공만을 활성층(6)으로부터 애노드층(8)으로 통과시키고, 전자와의 재결합을 방지한다. 또한, 이 층(7)은 전극과 유기 반도체 사이에 에너지 장벽을 제거하기 위한 중간 에너지 단계를 형성함으로써, 전하 수집 효율을 증가시킨다. HTL(7) 내부에 사용되는 재료의 특성에 의존하여, 활성층(6) 상에 애노드층(8)의 부착을 강화시킬 뿐만 아니라, 광기전 구조의 안정성을 증가시킨다.
본 발명의 광기전 얀(1)은 캐소드층(4) 및 애노드층(8) 사이에 배치된 활성층(6)을 필수적으로 포함한다(캐소드/활성층/애노드). 안정성 및 효율을 증가시키기 위해, 캐소드층(4) 및 활성층(6) 사이에 전자 전달층(5)만을 배치시켜 형성될 수 있을 뿐만 아니라(캐소드/ETL/활성층/애노드), 활성층(6) 및 애노드층(8) 사이에 정공 전달층(7)만을 배치시켜 형성될 수 있다(캐소드/활성층/HTL/애노드). 또한, 본 발명의 광기전 얀(1)은 전자 전달층(5) 및 정공 전달층(7) 모두를 사용하여 형성될 수 있다(캐소드/ET/활성층/HTL/애노드).
본 발명의 광기전 얀의 제조방법(100)은 대기 또는 불활성 가스 매질에서 수행되며,
- 얀(2)을 세정하는 단계(101),
- 상기 얀(2)을 표면 처리하거나 얀(2)의 표면을 코팅하여 중간층(3)을 형성하는 단계(103),
- 상기 중간층 상에 캐소드층(4)을 형성하는 단계(103),
- 용매에 전자 억셉터 및 전자 도너 유기 재료를 용해시키고 혼합한 후 활성층(6)으로 코팅하는 단계(104),
- 광학 투과 및 전기 전도성을 가능하게 하는 용액을 제조하고 애노드층(8)으로 코팅함으로써 상기 용액을 적용하는 단계(105)
를 포함한다.
본 발명의 광기전 얀(1)의 내부 구조를 형성하는 얀(2)은 코팅되기 전에 메탄올, 이소프로판올 및 증류수 공정을 각각 거쳐 세정된다(101). 본 발명의 일 실시태양에서 표면 처리는 얀이 코팅되기 전, 기계적 또는 화학적 마모(wearing) 및 자외선 오존처리에 대해 얀(2)과 캐소드층(4) 사이에 부착을 강화시키기 위해 가해진다. 또 다른 실시태양에서, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리비닐 알콜(PVA)과 같은 중합체 기반 용액이 세정된 얀 (2)에 코팅되고, 열처리가 가해지며, 이에 따라 얀(2) 상에 중간층(3)이 형성된다(102). 중간층(3) 또는 표면 처리 적용은 얀(2) 및 캐소드층(4) 사이에 유지력을 증가시키기 위해 사용된다.
상기 중간층(3) 상에 형성되는 캐소드층(4)은 광기전 구조의 갈륨-인듐(Ga-In)합금이며, 이는 상온 조건에서 코팅된다(103). Ga-In 합금은 모든 전자 억셉터 재료의 LUMO(최저 비점유 분자 오비탈) 에너지 레벨과 양립 가능하므로 캐소드로 기능할 수 있다. 또한, 상온 조건에서 액체 형태이기 때문에, 임의의 진공 시스템이 요구되지 않고, 원하는 표면에 코팅될 수 있다. 본 발명의 일 실시태양에서, 상기 캐소드층(4)은 중간층(3) 상에 브러쉬를 이용하여 스프레딩(spreading)함으로써, 코팅될 수 있다. 상기 캐소드층(4)은 활성층에서 생성된 전자의 전달을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시태양에서, 전자 전달층(5)은 캐소드층(4) 상에 코팅된다. 이를 위해, 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 또는 탄산세슘(Cs2CO3)과 같은 용액 기반 재료를 대기 매질에서 적하, 침지 또는 분무하여 전자 전달층으로 코팅하고, 용매를 제거하기 위해 열처리가 수행된다.
본 발명의 일 실시태양에서 캐소드층(4) 및 또 다른 실시태양에서 전자 전달층(5) 상에 코팅된 활성층(6)은 그 구조 내에 전자 억셉터 및 전자 도너 유기 재료 모두을 포함하는 볼륨 헤테로 접합층(volume hetero joint layer)이다. 상기 층(6)은 태양으로부터의 광을 흡수하고, 전자 및 정공 쌍(여기자)이 형성되는 층이며, 중간 표면에서 분리되어 자유 전하가 생성되는 층이다. 활성층(6)을 형성하는 재료를 얻기 위해, 전자 도너 재료로서, p형 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT), 폴리[N - 9'-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸)](PCDTBT), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실-4H-시클로펜타 [2,1-b;3,4-b']디티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아디아졸)] (PCPDTBT), 폴리({4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시] 벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실) 카보닐] 티에노[3,4-b]티오펜디일}) (PTB7) 및 이러한 반도전성 중합체; 전자 억셉터 재료로서, n형 카본-60 유래 [6,6]-페닐-C61-부티르 산 메틸 에스터 (PCBM); (6,6)-페닐 C71- 부티르 산 메틸 에스터 (PC71BM), 1',1′'',4',4''-테트라하이드로 -디[1,4]메타노나프탈레노[1,2:2',3′',56,60:2'',3''][5,6]플러렌-C60, C60 유도체, 인덴-C60 비스어턱드 (ICBA) 및 이러한 반도전성 중합체를 클로로벤젠, 디클로로벤젠 및 클로로포름과 같은 유기 용매에 일정량 용해시켜 균일한 혼합물이 제조된다. 제조된 상기 혼합물은 활성층으로서(6) 대기 또는 불활성 가스 매질에서 적하, 침지 및 분무와 같은 방법으로 코팅되고, 이후 용매를 제거하기 위해 열처리된다(104).
본 발명의 일 실시태양에서, 광학 투과 정공 전달층(7)은 활성층(6) 상에 코팅된다. 이를 위해, 적절한 용액에 오산화바나듐((V2O5), 삼산화 몰리브덴(MoO3), 삼산화 텅스텐(WO3) 또는 산화니켈(NiO)을 용해시켜 제조된 용액을 대기 매질에서 적하, 침지 또는 분무하여 코팅하고 이후 용매를 제거하기 위해 열처리한다. 상기 정공 전달층(7)은 애노드층(8)의 부착을 향상시킬 뿐만 아니라, 광기전 구조를 가지고 있다.
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜): 폴리스터렌설포네이트(PEDOT:PSS) 및 높은 전도성과 광학 투과 및 큰 일함수를 갖는 유도체가 애노드층(8)으로 사용되며, 상기 PEDOT:PSS의 전도성을 증가시키기 위해 디메틸 설폭사이드(DMSO)가 더해지며, 표면 장력을 감소시키고, 습윤성을 증가시키기 위해 트리톤 X-100(Triton X-100)이 더해진다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, PEDOT:PSS 혼합물은 5 질량%의 DMSO, 0.1질량%의 트리톤 X-100를 포함한다. 제조된 이 혼합물을 대기 매질에서 적하, 침지 및 분무와 같은 방법으로 코팅하고, 이후 열처리하여 용매를 제거한다(105). 본 발명의 또 다른 실시태양에서, 인듐 주석 산화물(ITO), 그래핀 또는 탄소나노튜브 또한 애노드층(8)으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시태양에서 상기 애노드층(8)은 활성층(6) 상에 코팅되고, 본 발명의 또 다른 실시태양에서 정공전달층(7) 상에 코팅된다(105). 상기 애노드층은 활성층(6)에서 생성된 정공의 전달을 가능하게 한다.
유기 재료가 산소 및 습기로부터 보호되지 않으면, 매우 짧은 시간 내에 부식된다. 그러나, 대부분의 기술 응용은 환경 조건에서의 작동을 요구한다. 이러한 이유로, 중합체 태양 전지의 수명을 연장시키기 위해 생산 후 캡슐화(encapsulation) 공정이 수행된다.
유기 태양전지에서 광을 전류로 전환시키는 것은 기본적으로 5단계로 이루어진다.
1. 태양으로부터의 광, 즉, 광자가 흡수되어 자극 상태가 되고 전자-정공 쌍(여기자)이 이루어진다.
2. 상기 여기자가 전하 분리가 이루어지는 도너-억셉터 중간 표면을 통과(확산)한다. 상기 여기자 전하 분리는 도너-억셉터 중간층에서 이루어진다.
4. 분리된 자유 전하 캐리어의 확산, 즉 정공은 애노드로, 전자는 캐소드로 확산된다.
5. 최종적으로, 적절한 전극에서 전하의 수집, 득 직류 전류를 얻기 위해 애노드의 정공과 캐소드의 전자를 수집한다.
태양으로부터의 광자 에너지가 유기 반도체의 금지 대역폭(forbidden band width) 에너지보다 큰 경우, 광자는 반도체 재료에 의해 흡수되며, 전자는 정공을 남기고, HOMO(최고 점유 분자 오비탈) 레벨로부터 LUMO(최저 비점유 분자 오비탈) 레벨이 되며, 이는 서로 연결된 전자-정공 쌍 활성층(6) 내부에 형성되고 여기자로 지칭된다. 여기자는 도너-억셉터 중간층을 향해 이동한다; 그리고 상기 여기자가 수명 동안 중간층에 도달하지 못하는 경우, 전자 및 정공은 재결합하고, 이 에너지는 열 또는 빛으로 발현된다. 이러한 이유로, 2층 구조의 두께는 여기자 확산의 길이에 의해 제한된다. 여기자의 확산 길이는 중합체 및 유기 반도체 내에서 약 5-10nm이다. 형성된 전자 및 정공은 쿨롱(Coulomb) 상호 작용으로 서로 연결되어 있으며, 유기 반도체 내 여기자 연결 에너지는 상대적으로 무기 반도체에 비해 높다. 이러한 이유로, 상온에서 광 자극은 유기 반도체에서 자유 전하 캐리어를 형성하지 않는다. 여기자는 강한 전기장을 필요로 하므로, 자유 전하 캐리어가 될 수 있다. 이러한 강한 전기장은 중간 표면에서의 갑작스러운 포텐셜 에너지 변화로 가능하다(E=-gradU). 형성되는 자유 전하 캐리어들 중에서, 정공은 애노드층(8)을 향해 이동하고, 전자는 캐소드층(4)을 향해 이동한다. 전자전달층(5)이 있는 경우, 상대 전극으로 전자만을 통과하게 하고, 유사하게 정공전달층(7)이 있는 경우, 상대 전극으로 정공만을 통과하게하며, 반대로 전하가 이동하는 것을 방지한다. 태양 전지에서 유용한 전력 출력을 얻기 위해, 자유 전하 캐리어는 적합한 전극으로 전달될 것이 요구된다. 형성된 자유 전하 캐리어 중에서, 전자는 작은 일함수의 캐소드층(4)에 수집되고, 정공은 높은 일함수의 애노드층(8)에 수집된다. 태양으로부터 입사하는 광자가 활성층(6)에 도달하기 위해, 광이 입사하는 측면의 층은 높은 광학 투과를 가져야 한다. 본 발명의 광기전 얀에서, 상기 정공 전달층(7) 및/또는 애노드층(8)은 높은 광학 투과 및 전도성을 가져야 한다.
Claims (17)
- - 적어도 하나의 텍스쳐화된 얀(2),
- 상기 텍스쳐화된 얀(2)을 덮고, 텍스쳐화된 얀(2)의 접착력을 증가시키며, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리비닐 알콜(PVA)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 적어도 하나의 중간층(3),
- 중간층(3)에 의해 텍스쳐화된 얀(2) 상에 코팅되는 갈륨-인듐 합금을 포함하는 적어도 하나의 캐소드층(4),
- p형 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT), 폴리[N - 9'-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸)](PCDTBT), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실-4H-시클로펜타 [2,1-b;3,4-b′]디티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아디아졸)] (PCPDTBT), 폴리({4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시] 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜-2,6-디일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실) 카보닐] 티에노[3,4-b]티오펜디일}) (PTB7)와 이러한 반도전성 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 도너 재료 및 n형 탄소-60 유래 [6,6]-페닐-C61-부티르 산 메틸 에스터 (PCBM); (6,6)-페닐 C71- 부티르 산 메틸 에스터 (PC71BM), 1′,1′′,4′,4′′-테트라하이드로 -디[1,4]메타노나프탈레노[1,2:2′,3′,56,60:2′′,3′′][5,6]플러렌-C60, C60 유도체, 인덴-C60 비스어턱드 (ICBA)와 이러한 반도전성 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 억셉터 재료를 포함하는 적어도 하나의 활성층(6),
- 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리스틸렌설포네이트 (PSS), 디메틸 설폭사이드 (DMSO) 및 트리톤 X-100를 포함하는 중합체의 혼합물인 적어도 하나의 애노드층(8)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 얀(1).
- 제1항에 있어서,
상기 애노드층(8)은 DMSO의 비율이 5 질량%이고, 트리톤 X-100의 비율이 0.1 질량%인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜): 폴리스터렌설포네이트(PEDOT:PSS) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 얀(1).
- 제1항에 있어서,
상기 캐소드층(4) 및 활성층(6) 사이에 위치하는 적어도 하나의 전자 전달층(5)을 특징으로 하는 광기전 얀(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 활성층(6) 및 애노드층(8) 사이에 위치하며 광기전 구조 내에 적어도 하나의 정공 전달층(전자 방지층)(7)을 특징으로 하는 광기전 얀(1).
- 광기전 얀의 제조방법(100)이며, 상기 광기전 얀은 적어도 하나의 텍스쳐화된 얀(2), 적어도 하나의 중간층(3), 적어도 하나의 캐소드층(4), 적어도 하나의 활성층(6) 및 적어도 하나의 애노드층(8)을 포함하고,
상기 방법은
- 텍스쳐화된 얀(2)의 표면처리 또는 상기 텍스쳐화된 얀(2)의 표면을 코팅하여 상기 중간층(3)을 형성하는 단계(103)로서, 상기 중간층(3)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리비닐 알콜(PVA)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 상기 중간층(3)을 형성하는 단계(103),
- 대기 조건에서 갈륨-인듐 합금으로 상기 중간층(3)을 코팅하여 상기 중간층 상에 상기 캐소드층(4)을 형성하는 단계(103),
- 용매에 전자 억셉터 및 전자 도너 유기 재료를 용해시키고 혼합한 후 상기 활성층(6)으로 상기 캐소드층(4)을 코팅하는 단계(104),
- 상기 캐소드층(4) 상에 상기 애노드층(8)을 코팅하는 단계(105)
를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제5항에 있어서,
상기 중간층(3) 상에 캐소드층(4)을 형성하는 단계(103)는 임의의 진공 시스템을 필요로 하지 않고, 대기 조건에서 액체 형태의 갈륨-인듐 합금(Ga-In)이 브러시를 통해 중간층(3) 상에 적용되는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제5항 또는 제6항에 있어서,
캐소드층(4) 상에 ZnO 또는 TiO2 용액을 적하, 침지 또는 분무하고, 열처리하여 전자전달층(5)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 용매에 전자 억셉터 및 전자 도너 유기 재료를 용해시키고 혼합한 후 활성층(6)으로 코팅하는 단계(104)는 상기 활성층(6)이 캐소드층(4) 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제7항에 있어서,
상기 용매에 전자 억셉터 및 전자 도너 재료를 용해시키고 혼합한 후 활성층(6)으로 코팅하는 단계(104)는 상기 활성층(6)이 전자전달층(4) 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제5항 또는 제6항에 있어서,
활성층(6) 상에 오산화바나듐(V2O5), 삼산화 몰리브덴(MoO3), 삼산화 텅스텐(WO3) 또는 산화니켈(NiO)을 용매에 용해시켜 제조된 용액을 적하, 침지 또는 분무하여 코팅하고, 열처리하여 정공 전달층(7)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 애노드층(8)이 활성층(6) 상에 코팅되는, 애노드층(8)으로 코팅하는 단계(105)를 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
- 제10항에 있어서,
상기 애노드층(8)이 정공전달층(7) 상에 코팅되는, 애노드층(8)으로 코팅하는 단계(105)를 특징으로 하는 광기전 얀의 제조방법(100).
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