KR102277729B1 - A solar cell comprising light wavelength conversion layer - Google Patents

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KR102277729B1
KR102277729B1 KR1020200081054A KR20200081054A KR102277729B1 KR 102277729 B1 KR102277729 B1 KR 102277729B1 KR 1020200081054 A KR1020200081054 A KR 1020200081054A KR 20200081054 A KR20200081054 A KR 20200081054A KR 102277729 B1 KR102277729 B1 KR 102277729B1
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문두경
한용운
이형석
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건국대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a solar cell including a light wavelength conversion layer, and to a manufacturing method thereof. According to the solar cell, through a light wavelength conversion layer, the output change is small according to the change of the incident light, the light efficiency is excellent, and high-efficiency power generation is possible in an indoor environment as well as outdoors.

Description

광 파장 변환층을 포함하는 태양전지{A solar cell comprising light wavelength conversion layer}A solar cell comprising light wavelength conversion layer

본 발명은 광 파장 변환층을 포함하는 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입사된 광의 파장을 변화시키는 광 파장 변환층을 도입하여 실외는 물론 실내에서도 우수한 성능을 발휘하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell including a light wavelength conversion layer, and more particularly, to a solar cell that exhibits excellent performance indoors as well as outdoors by introducing a light wavelength conversion layer that changes the wavelength of incident light.

태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치이다. 태양전지에 포함되는 광활성층은 유기 반도체 및 무기 반도체를 모두 사용하는 특징을 가지고 있다. 상기 유기 반도체 및 무기 반도체는 용액 공정이 가능하므로, 간단한 방법을 통해 유기 태양전지를 제작할 수 있고, 이는 플렉서블(flexible) 유기 전자 소자 분야에서도 적용이 가능하여 차세대 전력원으로 각광받고 있다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy. The photoactive layer included in the solar cell has a characteristic of using both an organic semiconductor and an inorganic semiconductor. Since the organic semiconductor and the inorganic semiconductor can be solution-processed, an organic solar cell can be manufactured through a simple method, which can be applied in the field of flexible organic electronic devices, and thus is spotlighted as a next-generation power source.

태양전지의 구조는 일반적으로 광활성층, 전하수송층 및 전극을 포함한다. 상기 광활성층은 광전특성을 가져 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 전하수송층은 상기 광활성층에서 생성된 전하를 전극으로 이동시킨다. 상기 전극은 상기 이동된 전하를 수용하여 외부 회로로 이동시킨다. 특히, 상기 전하수송층은 광활성층에서 생성된 전하를 전극으로 추출 및 이동시키는 역할을 하므로 태양전지의 효율 향상을 위해 필수적으로 도입되고 있다.The structure of a solar cell generally includes a photoactive layer, a charge transport layer and an electrode. The photoactive layer has photoelectric properties to convert light energy into electrical energy. The charge transport layer moves the charges generated in the photoactive layer to the electrode. The electrode receives the transferred charge and moves it to an external circuit. In particular, since the charge transport layer serves to extract and move the charges generated in the photoactive layer to the electrode, it is essential to improve the efficiency of the solar cell.

전하수송층은 전자를 음극으로 추출 또는 이동시키는 전자수송층과 정공을 양극으로 추출 또는 이동시키는 정공수송층을 포함한다. 상기 전자수송층은 일반적으로 열증착 과정을 통해서 막의 형성이 가능한 이온 결합성 금속, 예를들면 플루오르화바륨(BaF2), 플루오르화리튬(LiF) 등이 주로 사용되고 있으며, 졸-겔 공정을 통해서 막의 형성이 가능한 산화아연(ZnO) 및 이산화티타늄 (TiO2)이 용액 공정으로 도입되고 있다. 상기 정공수송층은 일반적으로 열증착 과정을 통해서 막의 형성이 가능한 전이금속, 예를 들면 산화 몰리브덴(MoO3), 오산화바나듐(V2O5), 산화 텅스텐 (WO3) 등이 주로 사용되고 있으며, 용액 공정을 통해서 막의 형성이 가능한 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 고분자가 주로 사용되고 있다.The charge transport layer includes an electron transport layer that extracts or moves electrons to the cathode and a hole transport layer that extracts or moves holes to the anode. The electron transport layer is generally an ion-binding metal capable of forming a film through a thermal deposition process, for example, barium fluoride (BaF 2 ), lithium fluoride (LiF), etc. are mainly used, and the film is formed through a sol-gel process. Formable zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO 2 ) are being introduced as solution processes. The hole transport layer is generally a transition metal capable of forming a film through a thermal evaporation process, for example, molybdenum oxide (MoO 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), tungsten oxide (WO 3 ), etc. are mainly used, and solution PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) polymer, which can form a film through the process, is mainly used.

전하수송층을 도입한 태양전지는 사용되는 소재의 광학적 특성을 조절하기 용이하고, 백열등, 형광등, LED(light emitting diode) 등 다양한 광원에서 발전이 가능하다. 특히, 전하수송층을 도입한 태양전지는 실외는 물론 실내에서도 발전이 가능하므로, 스마트 팩토리, 사물 인터넷 센서 등 제4차 산업혁명에 맞춰 실내 발전용으로 적용 분야가 더욱 확장되고 있다. 다만, 전하수송층을 도입한 태양전지에서 기존에 사용되던 소재는 광학적 한계에 적합한 흡광특성을 통해 광전변환 특성을 보였으나 광의 입사각도가 달라지거나 광량이 줄어든 환경에서는 최대 광전변환 특성을 보이지 못하였다. 따라서 실외는 물론 실내 환경에서도 활용이 가능한 고출력의 태양전지를 제작하기 위하여 광효율이 극대화 될 수 있는 전략이 필요하다.A solar cell incorporating a charge transport layer is easy to control the optical properties of the material used, and it can be generated from various light sources such as incandescent lamps, fluorescent lamps, and LEDs (light emitting diodes). In particular, since solar cells incorporating a charge transport layer can generate electricity not only outdoors, but also indoors, the field of application for indoor power generation is further expanding in line with the 4th industrial revolution, such as smart factories and Internet of Things sensors. However, the materials previously used in solar cells incorporating the charge transport layer showed photoelectric conversion characteristics through absorption characteristics suitable for optical limitations, but did not show the maximum photoelectric conversion characteristics in an environment where the incident angle of light was changed or the amount of light was reduced. Therefore, in order to manufacture a high-output solar cell that can be used both outdoors as well as indoors, a strategy that maximizes light efficiency is required.

이에 대해서는, 대한민국 특허등록번호 제10-2029229호를 참조하면 양자점 복합체 함유 용액을 태양광 모듈에서 태양광선이 입사하는 표면 상에 코팅하여, 신뢰성과 광안정성을 향상시킨 태양광 모듈을 개시하고 있다.Regarding this, referring to Korean Patent Registration No. 10-2029229, a photovoltaic module having improved reliability and photostability is disclosed by coating a solution containing a quantum dot complex on a surface on which sunlight is incident from a photovoltaic module.

본 발명자들은 상기된 문제점을 해결하고자, 무기 반도체 화합물을 도입하여 광 파장 변환층을 형성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors introduced an inorganic semiconductor compound to form a light wavelength conversion layer.

본 발명은 상기 광 파장 변환층을 통해 입사광의 변화에 따라 출력 변화가 적고 광 효율이 우수한 태양전지를 제공하는 데에 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a solar cell having a small output change according to a change in incident light through the light wavelength conversion layer and excellent light efficiency.

또한, 본 발명은 상기 광 파장 변환층을 통해 실외는 물론 실내 환경에서도 고효율 발전이 가능한 태양전지를 제공하는 데에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a solar cell capable of high-efficiency power generation in an indoor environment as well as outdoors through the light wavelength conversion layer.

또한, 본 발명은 상기 광 파장 변환층을 통해 광전 변환 효율(Power conversion efficiency, PCE)을 향상시킨 태양전지를 제공하는데에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a solar cell having improved power conversion efficiency (PCE) through the light wavelength conversion layer.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and the problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the present specification.

본 발명에 따른 태양전지는 순차 적층된 수광전극 및 광활성층을 포함하고, 상기 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함하며, 상기 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함하고, 상기 무기 반도체 화합물은 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환하며, 상기 제1 파장의 광은 250 nm 이상 450 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광이고, 상기 제2 파장의 광은 550 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다.The solar cell according to the present invention includes a light-receiving electrode and a photoactive layer sequentially stacked, and a light wavelength conversion layer between the light-receiving electrode and the photoactive layer, wherein the light wavelength conversion layer contains an inorganic semiconductor compound, and the inorganic The semiconductor compound converts light of a first wavelength into light of a second wavelength, the light of the first wavelength is light of a wavelength having a peak of 250 nm or more and less than 450 nm, and the light of the second wavelength is 550 nm or more It may be light of a wavelength having a peak less than 850 nm.

본 발명에 따른 태양전지는 순차 적층된 수광전극 및 광활성층을 포함하고, 상기 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함하며, 상기 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함하고, 상기 무기 반도체 화합물은 Ⅳ족 원소, Ⅱ-Ⅵ족 반도체 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물 및 Ⅳ-Ⅳ족 반도체 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The solar cell according to the present invention includes a light-receiving electrode and a photoactive layer sequentially stacked, and a light wavelength conversion layer between the light-receiving electrode and the photoactive layer, wherein the light wavelength conversion layer contains an inorganic semiconductor compound, and the inorganic The semiconductor compound may be at least one selected from the group consisting of a group IV element, a group II-VI semiconductor compound, a group III-V semiconductor compound, and a group IV-IV semiconductor compound.

본 발명에 따른 태양전지는 광 파장 변환층을 통해 태양전지로 입사되는 광의 파장을 변화시켜 입사되는 광의 변화(실외광 및 실내광)에도 출력의 변화가 적고 광 효율이 우수하다. The solar cell according to the present invention changes the wavelength of the light incident to the solar cell through the light wavelength conversion layer, so that the output is small even when the incident light changes (outdoor light and indoor light) and the light efficiency is excellent.

또한, 본 발명에 따른 태양전지는 실외는 물론 실내 환경에서도 고효율 발전이 가능하다.In addition, the solar cell according to the present invention is capable of high-efficiency power generation in an indoor environment as well as outdoors.

또한, 본 발명에 따른 태양전지는 광 파장 변환층을 통해 광전 변환 효율(PCE)을 향상시킬 수 있다.In addition, the solar cell according to the present invention may improve the photoelectric conversion efficiency (PCE) through the light wavelength conversion layer.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the present specification.

도 1은 광 파장 변환층이 포함된 유기 태양전지의 예시를 나타낸 것이다. 도 1(a)는 광 파장 변환층이 전하수송층과 광활성층 사이에 위치한 구조이다. 도 1(b)는 광 파장 변환층이 전극과 전하수송층 사이에 위치한 구조이다. 도 1(c)는 다층 광 파장 변환층이 전극과 광활성층 사이에 위치한 구조이다. 도 1(d)는 단층 광 파장 변환층이 전극과 광활성층 사이에 위치한 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환 조성물을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환 조성물과 비교군을 λ = 365 nm 영역의 광을 발생시키는 자외선 핸드 램프(UV hand lamp, VL-4L)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환 조성물; (b) 비교군(알코올)
도 4는 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환 조성물과 비교군을 λ = 400~780 nm 영역의 광을 발생시키는 LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환 조성물; (b) 비교군(알코올)
도 5는 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환층과 비교군을 통해 형성한 박막을 LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환층; (b) 비교군(알코올 박막)
도 6은 본 발명의 일 제조예에 따른 ZnO 조성물과 부피비에 따라 형성된 복합 조성물을 나타낸 것이다. (a) ZnO 조성물; (b) 복합 조성물
도 7(a)는 본 발명의 일 제조예에 따른 ZnO 조성물(도면에서 순수한 전하수송층 용액으로 표시)과 복합 조성물(도면에서 광 파장 변환 전하수송층 용액으로 표시)을 자외선 핸드 램프(UV hand lamp, VL-4L)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 도 7(b)는 본 발명의 일 제조예에 따른 ZnO 조성물(도면에서 순수한 전하수송층 용액으로 표시)과 복합 조성물(도면에서 광 파장 변환 전하수송층 용액으로 표시)을 LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환층과 비교군을 통해 형성한 박막을 LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환층(복합 조성물에 의해 형성됨); (b) 비교군(ZnO 층)
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 파장 변환층을 형성한 후 건조된 모습을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자수송층을 형성한 후 건조된 모습을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 제조예에 따른 광 파장 변환층과 ZnO 층의 광학적 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. (a) 자외선-가시광 분광 분석의 결과; (b) 발광 분광 분석의 결과
도 12는 본 발명의 일 실시예와 비교실시예에 따른 유기 태양전지의 전류-전압 특성(a) 및 외부 양자효율(EQE) 거동(b)을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 비교실시예에 따른 대면적 유기 태양전지의 전류-전압 특성(a) 및 외부 양자효율(EQE) 거동(b)을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 박막, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막 및 광 파장 변환층에 적층된 광활성층 박막의 자외선-가시광 분광 분석의 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 박막, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막 및 광 파장 변환층에 적층된 광활성층 박막의 발광 분광 분석의 결과를 나타낸 것이다. (a) λex=430 nm; (b) λex=530 nm; (c) λex=630 nm
도 16은 본 발명의 일 실시예와 비교실시예에 따른 유기 태양전지의 내부 양자효율(IQE) 거동 및 반사율(reflectance)을 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예의 광 파장 변환층과 일 비교실시예의 전자수송층을 대상으로 전계 방출형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통한 분석 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환층; (b) 전자수송층
도 18은 본 발명의 일 실시예의 광 파장 변환층과 일 비교실시예의 전자수송층을 대상으로 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy )을 통한 분석 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환층; (b) 전자수송층
도 19는 본 발명의 일 실시예의 광 파장 변환층에 광활성층을 적층한 것과 일 비교실시예의 전자수송층에 광활성층을 적층한 것을 대상으로 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy)을 통한 분석 결과를 나타낸 것이다. (a) 광 파장 변환층/광활성층; (b) 전자수송층/광활성층
도 20은 본 발명의 일 실시예와 비교실시예에 따른 유기 태양전지의 장기 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다. (a) 시간에 따른 광전 변환 효율(PCE)의 변화; (b) 시간에 따른 개방 전압(Voc)의 변화; (c) 시간에 따른 단락 밀도전류(Jsc)의 변화; (d) 시간에 따른 필 팩터(FF)의 변화
1 shows an example of an organic solar cell including a light wavelength conversion layer. Figure 1 (a) is a structure in which the optical wavelength conversion layer is located between the charge transport layer and the photoactive layer. Figure 1 (b) is a structure in which the optical wavelength conversion layer is located between the electrode and the charge transport layer. Figure 1 (c) is a structure in which the multilayer optical wavelength conversion layer is positioned between the electrode and the photoactive layer. 1( d ) is a structure in which a single-layer optical wavelength conversion layer is disposed between an electrode and a photoactive layer.
2 shows an optical wavelength conversion composition according to a preparation example of the present invention.
3 is a result of evaluating the characteristics of the light wavelength conversion composition and the comparative group according to a preparation example of the present invention using an ultraviolet hand lamp (UV hand lamp, VL-4L) that generates light in the λ = 365 nm region. it has been shown (a) an optical wavelength conversion composition; (b) control group (alcohol)
4 shows the results of evaluating the characteristics of the light wavelength conversion composition and the comparative group according to a preparation example of the present invention using an LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator) that generates light in a λ = 400 to 780 nm region. . (a) an optical wavelength conversion composition; (b) control group (alcohol)
5 shows the results of evaluating the characteristics of the thin film formed through the light wavelength conversion layer and the comparative group according to a manufacturing example of the present invention using an LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator). (a) an optical wavelength conversion layer; (b) Comparative group (alcohol thin film)
6 shows a composite composition formed according to a volume ratio and a ZnO composition according to a preparation example of the present invention. (a) a ZnO composition; (b) composite composition
Figure 7 (a) is a ZnO composition (represented as a pure charge transport layer solution in the figure) and a composite composition (represented as a light wavelength conversion charge transport layer solution in the figure) according to a preparation example of the present invention UV hand lamp (UV hand lamp, VL-4L) shows the results of property evaluation. 7 (b) is a ZnO composition (represented as a pure charge transport layer solution in the drawing) and a composite composition (represented as a light wavelength conversion charge transport layer solution in the drawing) according to a preparation example of the present invention LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator) The results of characteristic evaluation using
8 shows the results of evaluating the characteristics of the thin film formed through the light wavelength conversion layer and the comparative group according to a manufacturing example of the present invention using an LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator). (a) a light wavelength conversion layer (formed by the composite composition); (b) Comparative group (ZnO layer)
9 shows a dried state after forming the optical wavelength conversion layer according to an embodiment of the present invention.
10 shows a dried state after forming an electron transport layer according to an embodiment of the present invention.
11 shows the results of evaluating the optical properties of the optical wavelength conversion layer and the ZnO layer according to a manufacturing example of the present invention. (a) results of ultraviolet-visible spectroscopic analysis; (b) Results of luminescence spectroscopic analysis
12 shows current-voltage characteristics (a) and external quantum efficiency (EQE) behavior (b) of organic solar cells according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
13 shows current-voltage characteristics (a) and external quantum efficiency (EQE) behavior (b) of large-area organic solar cells according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
14 shows the results of ultraviolet-visible spectroscopic analysis of the photoactive layer thin film, the photoactive layer thin film stacked on the electron transport layer, and the photoactive layer thin film stacked on the light wavelength conversion layer according to an embodiment of the present invention.
15 shows the results of emission spectroscopic analysis of the photoactive layer thin film, the photoactive layer thin film stacked on the electron transport layer, and the photoactive layer thin film stacked on the light wavelength conversion layer according to an embodiment of the present invention. (a) λ ex =430 nm; (b) λ ex =530 nm; (c) λ ex =630 nm
16 shows internal quantum efficiency (IQE) behavior and reflectance of organic solar cells according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
17 shows the results of analysis through a field emission scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope) for the light wavelength conversion layer of an embodiment of the present invention and the electron transport layer of a comparative embodiment of the present invention. (a) an optical wavelength conversion layer; (b) electron transport layer
18 shows the analysis results through atomic force microscopy (Atomic Force Microscopy) for the light wavelength conversion layer of an embodiment of the present invention and the electron transport layer of a comparative embodiment of the present invention. (a) an optical wavelength conversion layer; (b) electron transport layer
19 is an atomic force microscope (Atomic Force Microscopy) for the lamination of the photoactive layer on the light wavelength conversion layer of an embodiment of the present invention and the photoactive layer on the electron transport layer of a comparative example It shows the analysis results. . (a) a light wavelength conversion layer/photoactive layer; (b) electron transport layer/photoactive layer
20 shows long-term stability evaluation results of organic solar cells according to Examples and Comparative Examples of the present invention. (a) change in photoelectric conversion efficiency (PCE) with time; (b) change in open circuit voltage (V oc ) with time; (c) change in short-circuit density current (J sc ) with time; (d) change of fill factor (FF) with time

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 입사하는 광의 파장을 변화시키는 광 파장 변환층을 도입하여 실외는 물론 실내에서도 우수한 성능을 발휘하는 태양전지를 제공할 수 있다.The present invention can provide a solar cell exhibiting excellent performance indoors as well as outdoors by introducing a light wavelength conversion layer that changes the wavelength of incident light.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "태양전지"는 태양의 빛 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 장치를 의미한다. 태양전지는 실리콘 태양전지 및 비 실리콘 태양전지를 포함하며, 비 실리콘 태양전지에는 무기박막계 태양전지, 유기 태양전지, 양자점 태양전지, 페로브스카이트(perovskite)를 모두 포함할 수 있다. 또한, 태양전지는 다중 접합 구조를 가진 탠덤 태양전지도 포함한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 본 발명을 유기 태양전지로 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과하며 상기된 다양한 태양전지로 활용될 수 있다.As used herein, the term “solar cell” refers to a device that generates electricity using light energy of the sun. The solar cell includes a silicon solar cell and a non-silicon solar cell, and the non-silicon solar cell may include an inorganic thin-film solar cell, an organic solar cell, a quantum dot solar cell, and a perovskite. In addition, the solar cell includes a tandem solar cell having a multi-junction structure. In the present specification, the present invention is described as an organic solar cell for convenience of description, but this is only an example and may be used as the above-described various solar cells.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "수광전극"은 태양광을 포함하는 모든 종류의 빛이 태양전지에 닿을 때, 가장 먼저 빛을 받는 전극을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 수광전극은 제1 전극이란 명칭으로 사용할 수 있고, 수광전극의 반대전극을 제2 전극이란 명칭으로 사용할 수 있다.As used herein, the term “light-receiving electrode” may refer to an electrode that receives light first when all types of light including sunlight strike the solar cell. In the present specification, the light-receiving electrode may be used as a first electrode, and the opposite electrode of the light-receiving electrode may be used as a second electrode.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "광 파장 변환층"은 제1 광 파장 변환층 및 제2 광 파장 변환층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 수광전극과 광활성층 사이에 위치한 광 파장 변환층을 제1 광 파장 변환층으로 사용할 수 있고, 수광전극의 반대 전극과 광활성층 사이에 위치한 광 파장 변환층을 제2 광 파장 변환층으로 사용할 수 있다. As used herein, the term “light wavelength conversion layer” may include a first light wavelength conversion layer and a second light wavelength conversion layer. In the present specification, the optical wavelength conversion layer located between the light-receiving electrode and the photoactive layer may be used as the first optical wavelength conversion layer, and the optical wavelength conversion layer located between the opposite electrode of the light-receiving electrode and the photoactive layer is used as the second optical wavelength conversion layer. Can be used.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "전하수송층"은 정공 또는 전자를 태양전지 내에서 원활히 수송하는 역할을 수행하는 층으로서, 정공을 수송하는 경우에는 정공수송층 전자를 수송하는 경우에는 전자수송층으로 사용할 수 있다.As used herein, the term "charge transport layer" is a layer that smoothly transports holes or electrons in the solar cell. When transporting holes, the hole transport layer can be used as an electron transport layer. .

본 명세서에서 사용되는 용어인 "상온"은 약 10 ℃ 내지 30 ℃ 사이의 온도를 의미할 수 있다.As used herein, the term “room temperature” may mean a temperature between about 10 °C and 30 °C.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "치환"은 다른 기재가 없는 한 화합물에 있는 하나 또는 복수의 수소 원자가 다른 원자 또는 치환기로 바뀐 것을 의미한다.As used herein, the term "substitution" means that one or more hydrogen atoms in a compound are replaced with other atoms or substituents, unless otherwise specified.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "치환되거나 비치환된"은 다른 기재가 없는 한 하나 또는 둘 이상의 수소 원자가 다른 원자 또는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 것을 의미할 수 있다.As used herein, the term “substituted or unsubstituted” may mean that one or two or more hydrogen atoms are substituted or not substituted with other atoms or substituents unless otherwise specified.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "치환기"는 J로 표현할 수 있다. 또한, 치환기 J는, 할로겐(클로로(Cl), 아이오딘(I), 브로모(Br), 플루오로(F)), 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 히드록시기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 다시 이들 치환기 군 중에서 선택된 치환기로 치환되거나 비치환될 수 있다.As used herein, the term “substituent” may be expressed as J. In addition, the substituent J is halogen (chloro (Cl), iodine (I), bromo (Br), fluoro (F)), an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, consisting of a hydroxy group It may be one or more selected from the group, but is not limited thereto. In addition, each of the substituents exemplified above may again be unsubstituted or substituted with a substituent selected from these substituent groups.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "알킬기"는 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 20, 또는 탄소수 1 내지 16, 또는 탄소수 1 내지 12, 또는 탄소수 1 내지 8, 또는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 분지쇄의 비고리형; 탄소수 3 내지 20, 또는 탄소수 3 내지 16, 또는 탄소수 3 내지 12, 또는 탄소수 3 내지 8, 또는 탄소수 3 내지 6의 고리형; 또는 이들이 결합된 포화 탄화수소를 의미할 수 있다. The term "alkyl group" as used herein, unless otherwise specified, has 1 to 20 carbon atoms, or 1 to 16 carbon atoms, or 1 to 12 carbon atoms, or 1 to 8 carbon atoms, or a straight or branched chain having 1 to 6 carbon atoms. acyclic; a cyclic form having 3 to 20 carbon atoms, or 3 to 16 carbon atoms, or 3 to 12 carbon atoms, or 3 to 8 carbon atoms, or 3 to 6 carbon atoms; Or it may mean a saturated hydrocarbon to which they are bound.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "알케닐기"는 다른 기재가 없는 한 1개 이상의 이중 결합을 가지는 탄소수 2 내지 20, 또는 탄소수 2 내지 16, 또는 탄소수 2 내지 12, 또는 탄소수 2 내지 8, 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄, 분지쇄의 비고리형; 1개 이상의 이중 결합을 가지는 탄소수 3 내지 20, 또는 탄소수 3 내지 16, 또는 탄소수 3 내지 12, 또는 탄소수 3 내지 8, 또는 탄소수 3 내지 6의 고리형; 또는 이들이 결합된 불포화 탄화수소를 의미할 수 있다. The term "alkenyl group" as used herein, unless otherwise specified, has 2 to 20 carbon atoms, or 2 to 16 carbon atoms, or 2 to 12 carbon atoms, or 2 to 8 carbon atoms, or 2 carbon atoms, unless otherwise specified. to 6 straight-chain, branched acyclic; a cyclic type having 3 to 20 carbon atoms, or 3 to 16 carbon atoms, or 3 to 12 carbon atoms, or 3 to 8 carbon atoms, or 3 to 6 carbon atoms having one or more double bonds; Or it may mean an unsaturated hydrocarbon to which they are bonded.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "알키닐기"는 다른 기재가 없는 한 1개 이상의 삼중 결합을 가지는 탄소수 2 내지 20, 또는 탄소수 2 내지 16, 또는 탄소수 2 내지 12, 또는 탄소수 2 내지 8, 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄, 분지쇄의 비고리형; 1개 이상의 삼중 결합을 가지는 탄소수 3 내지 20, 또는 탄소수 3 내지 16, 또는 탄소수 3 내지 12, 또는 탄소수 3 내지 8, 또는 탄소수 3 내지 6의 고리형; 또는 이들이 결합된 불포화 탄화수소를 의미할 수 있다. The term "alkynyl group" as used herein, unless otherwise specified, has 2 to 20 carbon atoms, or 2 to 16 carbon atoms, or 2 to 12 carbon atoms, or 2 to 8 carbon atoms, or 2 carbon atoms, unless otherwise specified. to 6 straight-chain, branched acyclic; a cyclic type having 3 to 20 carbon atoms, or 3 to 16 carbon atoms, or 3 to 12 carbon atoms, or 3 to 8 carbon atoms, or 3 to 6 carbon atoms having one or more triple bonds; Or it may mean an unsaturated hydrocarbon to which they are bonded.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "아릴기"는 다른 기재가 없는 한 방향족 탄화수소 고리로부터 하나의 수소가 제거된 방향족 고리를 의미할 수 있고, 단일고리 또는 다중고리일 수 있다. As used herein, the term "aryl group" may mean an aromatic ring in which one hydrogen is removed from an aromatic hydrocarbon ring, unless otherwise specified, and may be a single ring or a polycyclic ring.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "헤테로아릴기"는 다른 기재가 없는 한 고리를 형성하는 원자로써 1개 이상의 헤테로 원자(예를 들면, N, O, S 등) 함유하는 방향족 고리를 의미할 수 있고, 단일고리 또는 다중고리일 수 있다.As used herein, the term "heteroaryl group" may mean an aromatic ring containing one or more heteroatoms (eg, N, O, S, etc.) as atoms forming a ring, unless otherwise stated. , may be a single ring or a polycyclic ring.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 순차 적층된 수광전극 및 광활성층을 포함하고, 상기 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함하며, 상기 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 광 파장 변환층은 다층을 형성할 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a light-receiving electrode and a photoactive layer sequentially stacked, and a light wavelength conversion layer between the light-receiving electrode and the photoactive layer, wherein the light wavelength conversion layer includes an inorganic semiconductor compound. can In this case, the optical wavelength conversion layer may form a multilayer.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 광 파장 변환층이 수광전극 및 광활성층 사이에 위치하여, 입사되는 광의 파장을 변환하여 광활성층에서 활용할 수 있는 광 효율을 증가시키므로 우수한 성능을 나타낼 수 있다.In the solar cell according to an embodiment of the present invention, the light wavelength conversion layer is positioned between the light-receiving electrode and the photoactive layer to convert the wavelength of incident light to increase the light efficiency that can be utilized in the photoactive layer, so it can exhibit excellent performance.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 수광전극과 광활성층 사이에 전하수송층을 포함할 수 있다. 이 때, 전하수송층은 정공수송층 또는 전자수송층일 수 있으나, 전자수송층인 것이 바람직하다.The solar cell according to an embodiment of the present invention may include a charge transport layer between the light receiving electrode and the photoactive layer. In this case, the charge transport layer may be a hole transport layer or an electron transport layer, but is preferably an electron transport layer.

광 파장 변환층과 전하수송층은 수광전극과 광활성층 사이에 위치한다면 이들의 위치 관계는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조는 수광전극/전하수송층/광 파장 변환층/광활성층을 포함할 수 있고, 수광전극/광 파장 변환층/전하수송층/광활성층을 포함할 수 있다. 또한, 광 파장 변환층과 전하수송층은 각각 다층을 형성할 수 있으며, 광 파장 변환층과 전하수송층의 적층 구조가 단위 구조가 되어 다층 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조는 수광전극/전하수송층(1)/전하수송층(2)/광 파장 변환층/광활성층을 포함할 수 있고, 수광전극/전하수송층/광 파장 변환층(1)/광 파장 변환층(2)/광활성층을 포함할 수 있으며, 수광전극/전하수송층(1)/전하수송층(2)/광 파장 변환층(1)/광 파장 변환층(2)/광활성층을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 일 예 에 따른 태양전지의 구조는 수광전극/전하수송층(1)/광 파장 변환층(1)/전하수송층(2)/광 파장 변환층(2)/광활성층을 포함할 수 있고, 수광전극/광 파장 변환층(1)/전하수송층(1)/광 파장 변환층(2)/전하수송층(2)/광활성층을 포함할 수 있다.The positional relationship between the light wavelength conversion layer and the charge transport layer is not particularly limited as long as it is positioned between the light receiving electrode and the photoactive layer. For example, the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention may include a light-receiving electrode/charge transport layer/light wavelength conversion layer/photoactive layer, and includes a light-receiving electrode/light wavelength conversion layer/charge transport layer/photoactive layer. can do. In addition, the optical wavelength conversion layer and the charge transport layer may each form a multilayer, and the stacked structure of the optical wavelength conversion layer and the charge transport layer may be a unit structure to form a multilayer structure. For example, the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention may include a light-receiving electrode/charge transport layer (1)/charge transport layer (2)/light wavelength conversion layer/photoactive layer, and a light-receiving electrode/charge transport layer/ It may include a light wavelength conversion layer (1) / light wavelength conversion layer (2) / photoactive layer, light receiving electrode / charge transport layer (1) / charge transport layer (2) / light wavelength conversion layer (1) / light wavelength conversion layer (2)/photoactive layer. In addition, for example, the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention is light-receiving electrode / charge transport layer (1) / light wavelength conversion layer (1) / charge transport layer (2) / light wavelength conversion layer (2) / photoactive layer, and may include a light-receiving electrode/light wavelength conversion layer (1)/charge transport layer (1)/light wavelength conversion layer (2)/charge transport layer (2)/photoactive layer.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 광활성층 위에 수광전극의 반대전극인 제2 전극을 추가로 포함할 수 있고, 이 때 이들 사이에는 전하수송층 및 광 파장 변환층 중 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다. 즉, 수광전극과 제2 전극 사이에 광활성층을 포함할 수 있고, 광활성층과 제2 전극 사이에는 광 파장 변환층을 추가로 포함할 수 있다. 이 때, "위에"라는 용어는 물리적으로 접촉한 채 어떤 물체에 적층된 것을 의미할 수 있고, 물리적으로 접촉하지 않으나 다른 물질을 사이로 하여 적층된 것을 의미할 수 있다. 광활성층과 수광전극의 반대전극 사이에 위치한 전하수송층과 광 파장 변환층은 서로의 위치 관계가 특별히 제한되는 것은 아니며, 각각 다층을 형성하거나 이들의 적층 구조가 단위 구조가 되어 다층 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조는 수광전극/전하수송층/광 파장 변환층(1)/광활성층/광 파장 변환층(2)/제 2전극을 포함할 수 있다.The solar cell according to an embodiment of the present invention may further include a second electrode, which is an electrode opposite to the light-receiving electrode, on the photoactive layer, and in this case, at least one of a charge transport layer and a light wavelength conversion layer may be included between them. . That is, a photoactive layer may be included between the light-receiving electrode and the second electrode, and a light wavelength conversion layer may be further included between the photoactive layer and the second electrode. In this case, the term “on” may mean being laminated on an object while physically in contact, or may mean being laminated with other materials interposed therebetween without physical contact. The positional relationship between the charge transport layer and the light wavelength conversion layer located between the photoactive layer and the opposite electrode of the photoreceptor electrode is not particularly limited, and a multilayer structure may be formed, respectively, or a multilayer structure may be formed by forming a stacked structure thereof as a unit structure. have. For example, the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention may include a light-receiving electrode/charge transport layer/light wavelength conversion layer (1)/photoactive layer/light wavelength conversion layer (2)/second electrode.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 광활성층과 제2 전극 사이에 전하수송층을 포함할 수 있다. 이 때, 전하수송층은 정공수송층 또는 전자수송층일 수 있다. 광 파장 변환층과 전하수송층은 광활성층과 제2 전극 사이에 위치한다면 이들의 위치 관계는 특별히 제한되지 않는다.The solar cell according to an embodiment of the present invention may include a charge transport layer between the photoactive layer and the second electrode. In this case, the charge transport layer may be a hole transport layer or an electron transport layer. If the light wavelength conversion layer and the charge transport layer are positioned between the photoactive layer and the second electrode, their positional relationship is not particularly limited.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지는 수광전극의 일면에 투명 기판을 포함할 수 있다. 이 때 투명 기판은 수광전극을 기준으로 광활성층과 반대 면에 위치하는 것이 바람직하다.The solar cell according to an embodiment of the present invention may include a transparent substrate on one surface of the light-receiving electrode. In this case, it is preferable that the transparent substrate be positioned on the opposite side to the photoactive layer with respect to the light-receiving electrode.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 일 예에 따른 태양전지를 각각 나타낸 것이다. 도 1a 및 도 1b는 태양전지에 전하수송층을 포함한 구조를 나타낸 것이다. 도 1a은 투명 기판(110), 제1 전극(120), 제1 전하수송층(130), 제1 광 파장 변환층(130-1), 광활성층(140), 제2 광 파장 변환층(150-1), 제2 전하수송층(150) 및 제2 전극(160) 순으로 적층된 태양전지를 도시한 것이다. 도 1b는 투명 기판(110), 제1 전극(120), 제1 광 파장 변환층(130-1), 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 제2 광 파장 변환층(150-1) 및 제2 전극(160) 순으로 적층된 태양전지를 도시한 것이다. 도 1c 및 도 1d는 태양전지에 전하수송층을 포함하지 않은 구조를 나타낸 것이다. 도 1c는 투명 기판(110), 제1 전극(120), 제1 광 파장 변환층(1, 130-1), 제1 광 파장 변환층(2, 130-2), 광활성층(140), 제2 광 파장 변환층(1,150-1), 제2 광 파장 변환층(2, 150-2) 및 제2 전극(160) 순으로 적층된 태양전지를 도시한 것이다. 도 1d는 투명 기판(110), 제1 전극(120), 제1 광 파장 변환층(130-1), 광활성층(140), 제2 광 파장 변환층(150-1) 및 제2 전극(160) 순으로 적층된 태양전지를 도시한 것이다. 1A to 1D respectively show a solar cell according to an embodiment of the present invention. 1A and 1B show a structure including a charge transport layer in a solar cell. 1A shows a transparent substrate 110 , a first electrode 120 , a first charge transport layer 130 , a first optical wavelength conversion layer 130 - 1 , a photoactive layer 140 , and a second optical wavelength conversion layer 150 . -1), the second charge transport layer 150 and the second electrode 160 are stacked in this order. 1b shows a transparent substrate 110, a first electrode 120, a first optical wavelength conversion layer 130-1, a first charge transport layer 130, a photoactive layer 140, a second charge transport layer 150, A solar cell in which the second light wavelength conversion layer 150 - 1 and the second electrode 160 are stacked in this order is shown. 1C and 1D show a structure in which a charge transport layer is not included in a solar cell. 1c is a transparent substrate 110, a first electrode 120, the first optical wavelength conversion layer (1, 130-1), the first optical wavelength conversion layer (2, 130-2), the photoactive layer 140, A solar cell in which the second light wavelength conversion layer 1,150-1, the second light wavelength conversion layer 2, 150-2, and the second electrode 160 are stacked in this order is shown. 1D shows the transparent substrate 110, the first electrode 120, the first optical wavelength conversion layer 130-1, the photoactive layer 140, the second optical wavelength conversion layer 150-1, and the second electrode ( 160) shows the solar cells stacked in that order.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함할 수 있다. The light wavelength conversion layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention may include an inorganic semiconductor compound.

무기 반도체 화합물은 특정 파장의 광(제1 파장의 광)을 다른 파장의 광(제2 파장의 광)으로 변환하는 반도체를 의미할 수 있다. 여기서, 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환한다는 의미는, 특정 파장의 피크(peak)를 가지는 광(제1 파장의 광)이 당해 특정 파장 이외의 파장의 피크를 가지는 광(제2 파장의 광)으로 변환되는 것을 말한다. 또한, 제2 파장의 광은 1개의 파장의 피크를 가지는 광일 수 있고, 2개의 파장 각각의 피크를 가지는 광일 수 있다. The inorganic semiconductor compound may refer to a semiconductor that converts light of a specific wavelength (light of a first wavelength) into light of another wavelength (light of a second wavelength). Here, the conversion of light of a specific wavelength into light of another wavelength means that light having a peak of a specific wavelength (light of a first wavelength) has a peak of a wavelength other than the specific wavelength (light of a second wavelength). of light). In addition, the light of the second wavelength may be light having a peak of one wavelength, or light having a peak of each of the two wavelengths.

상기 제1 파장의 광은 250 nm 이상 450 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 275 nm 이상 400 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 300 nm 이상 375 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. The light of the first wavelength is light of a wavelength having a peak of 250 nm or more and less than 450 nm, or light of a wavelength having a peak of 275 nm or more and less than 400 nm, or light of a wavelength having a peak of 300 nm or more and less than 375 nm can

상기 제2 파장의 광은 550 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 575 nm 이상 800 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 585 nm 이상 775 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. The light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 550 nm or more and less than 850 nm, or light of a wavelength having a peak of 575 nm or more and less than 800 nm, or light of a wavelength having a peak of 585 nm or more and less than 775 nm can

또한, 제2 파장의 광은 550 nm 이상 650 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 575 nm 이상 625 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 585 nm 이상 615 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. 또한, 상기 제2 파장의 광은 650 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 700 nm 이상 800 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광, 또는 725 nm 이상 775 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. 또한, 상기 제2 파장의 광은 전술한 바와 같이 2개의 파장 각각의 피크를 가지는 광일 수 있으며, 상기 제2 파장의 광은 550 nm 이상 650 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광 및 650 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. 또한, 제2 파장의 광은 575 nm 이상 625 nm 이하의 피크를 가지는 파장의 광 및 700 nm 이상 800 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. 또한, 제2 파장의 광은 585 nm 이상 615 nm 이하의 피크를 가지는 파장의 광 및 725 nm 이상 775 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광일 수 있다. In addition, the light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 550 nm or more and less than 650 nm, or light of a wavelength having a peak of 575 nm or more and less than 625 nm, or a wavelength having a peak of 585 nm or more and less than 615 nm. can be light. In addition, the light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 650 nm or more and less than 850 nm, or light of a wavelength having a peak of 700 nm or more and less than 800 nm, or a wavelength having a peak of 725 nm or more and less than 775 nm may be the light of In addition, the light of the second wavelength may be light having peaks of two wavelengths as described above, and the light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 550 nm or more and less than 650 nm and 650 nm or more and 850 nm. It may be light of a wavelength having a peak less than nm. In addition, the light of the second wavelength may be light of a wavelength having a peak of 575 nm or more and 625 nm or less and light of a wavelength having a peak of 700 nm or more and less than 800 nm. In addition, the light of the second wavelength may be light of a wavelength having a peak of 585 nm or more and 615 nm or less and light of a wavelength having a peak of 725 nm or more and less than 775 nm.

무기 반도체 화합물은 2 이상의 화학원소로 만들어진 화합물 형태의 반도체를 의미할 수 있다. 상기 무기 반도체 화합물은 주기율표 상 Ⅳ족 원소(예를 들면, C, Si, Ge, Sn, Pb 등), Ⅱ-Ⅵ족 반도체 화합물(ZnO, CdO, ZnS, CdS, ZnSe, CdSe, ZnTe, CdTe, Hg1-xCdxTe 등), Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물(예를 들면, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Ga1-xAlxAs, InGaAsP 등) 및 Ⅳ-Ⅳ족 반도체 화합물(SiC 등)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 선택된 것일 수 있다.The inorganic semiconductor compound may refer to a semiconductor in the form of a compound made of two or more chemical elements. The inorganic semiconductor compound includes a group IV element on the periodic table (eg, C, Si, Ge, Sn, Pb, etc.), a group II-VI semiconductor compound (ZnO, CdO, ZnS, CdS, ZnSe, CdSe, ZnTe, CdTe, Hg 1-x Cd x Te, etc.), group III-V semiconductor compounds (eg, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Ga 1-x Al x As, InGaAsP, etc.) and IV At least one selected from the group consisting of -IV group semiconductor compounds (such as SiC) may be selected.

본 발명에서 사용되는 무기 반도체 화합물은 양자점(quantum dot) 형태의 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양자점 형태의 반도체 화합물은 주기율표 상 Ⅳ족 원소의 양자점, Ⅱ-Ⅵ족 반도체 화합물의 양자점, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물의 양자점 및 Ⅳ-Ⅳ족 반도체 화합물 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 선택된 것일 수 있다.The inorganic semiconductor compound used in the present invention may include a semiconductor compound in the form of quantum dots. For example, the semiconductor compound in the form of a quantum dot is one selected from the group consisting of a quantum dot of a group IV element on the periodic table, a quantum dot of a group II-VI semiconductor compound, a quantum dot of a group III-V semiconductor compound, and a quantum dot of a group IV-IV semiconductor compound. The above may be selected.

Ⅳ족 원소의 양자점은 예를 들면, 탄소 양자점, 그래핀 양자점, 실리콘 양자점 등이 있다. Ⅱ-Ⅵ족 반도체 화합물의 양자점은 예를 들면, 산화 아연 양자점, 산화 카드뮴 양자점, 황화 아연 양자점, 황화 카드뮴 양자점, 셀레늄화 아연 양자점, 셀레늄화 카드뮴 양자점, 텔루늄화 아연 양자점, 텔루늄화 카드뮴 양자점 등이 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물의 양자점은 예를 들면, 질화 갈륨 양자점, 인화 갈륨 양자점, 비소화 갈륨 양자점, 안티몬화 갈륨 양자점, 질화 인듐 양자점, 인화 인듐 양자점, 비소화 인듐 양자점, 안티몬화 인듐 양자점 등이 있다. Ⅳ-Ⅳ족 반도체 화합물 양자점은 예를 들면, 탄화 실리콘 양자점 등이 있다. 또한 양자점 형태의 반도체 화합물은 상기된 종류에 제한되는 것은 아니다.Quantum dots of group IV elements include, for example, carbon quantum dots, graphene quantum dots, silicon quantum dots, and the like. Quantum dots of group II-VI semiconductor compounds include, for example, zinc oxide quantum dots, cadmium oxide quantum dots, zinc sulfide quantum dots, cadmium sulfide quantum dots, zinc selenide quantum dots, cadmium selenide quantum dots, zinc tellunide quantum dots, cadmium telluride quantum dots, etc. have. Quantum dots of group III-V semiconductor compounds include, for example, gallium nitride quantum dots, gallium phosphide quantum dots, gallium arsenide quantum dots, gallium antimonide quantum dots, indium nitride quantum dots, indium phosphide quantum dots, indium arsenide quantum dots, indium antimonide quantum dots, etc. have. The group IV-IV semiconductor compound quantum dots include, for example, silicon carbide quantum dots. In addition, the semiconductor compound in the form of quantum dots is not limited to the above types.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조 중 수광전극과 광활성층 사이에 위치한 광 파장 변환층은 무기 반도체와 전도성 고분자 및 금속 산화물로 이루는 군에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention, the light wavelength conversion layer located between the light-receiving electrode and the photoactive layer includes an inorganic semiconductor and It may include at least one or more from the group consisting of a conductive polymer and a metal oxide.

이 때, 광 파장 변환층에 포함될 수 있는 전도성 고분자는 하기 화학식 1로 나타내는 중합단위를 포함할 수 있다.In this case, the conductive polymer that may be included in the light wavelength conversion layer may include a polymerization unit represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020068456993-pat00001
Figure 112020068456993-pat00001

상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2로 나타낼 수 있다.In Formula 1, R 1 and R 2 may each independently be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020068456993-pat00002
Figure 112020068456993-pat00002

상기 화학식 2에서, p는 0 내지 10 사이의 정수일 수 있다.In Formula 2, p may be an integer between 0 and 10.

상기 화학식 2에서, M은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 나타낼 수 있다. In Formula 2, M may be represented by Formula 2-1 or Formula 2-2.

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure 112020068456993-pat00003
Figure 112020068456993-pat00003

상기 화학식 2-1에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기 및 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In Formula 2-1, R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group and an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms that is unsubstituted or substituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group.

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure 112020068456993-pat00004
Figure 112020068456993-pat00004

상기 화학식 2-2에서, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 화학식 2-2에서 질소 양이온과 할로겐 이온이 결합하거나 결합하지 않을 수 있다.In Formula 2-2, R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group, 2 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group It may be selected from the group consisting of an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms that is unsubstituted or substituted with an alkenyl group, a hydroxyl group, or a sulfonic acid group. In addition, in Formula 2-2, the nitrogen cation and the halogen ion may or may not bind.

상기 화학식 1에서, 상기 화학식 1에서, Ar은 단일결합; 또는 하기 화학식 3 내지 6으로 나타나는 단위구조; 중 하나일 수 있다.In Formula 1, In Formula 1, Ar is a single bond; or a unit structure represented by the following Chemical Formulas 3 to 6; can be one of

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020068456993-pat00005
Figure 112020068456993-pat00005

상기 화학식 3에서, R8 및 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이 때, 탄소수는 2 내지 16, 또는 3 내지 16, 또는 4 내지 12, 또는 6 내지 10일 수 있다. 또한, R8 및 R9의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 비고리형인 것이 바람직하다. 또한, R8 및 R9는 동일한 구조를 가질 수 있다.In Formula 3, R 8 and R 9 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkyl group It may be selected from the group consisting of a nyl group. In this case, the carbon number may be 2 to 16, or 3 to 16, or 4 to 12, or 6 to 10. In addition, R 8, and alkyl, alkenyl, alkynyl R 9 group is preferably an acyclic straight or branched independently. Also, R 8 and R 9 may have the same structure.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112020068456993-pat00006
Figure 112020068456993-pat00006

상기 화학식 4에서, Q1는 산소원자 또는 황원자일 수 있다. 이 때, Q1는 황원자인 것이 바람직하다.In Formula 4, Q 1 may be an oxygen atom or a sulfur atom. In this case, Q 1 is preferably a sulfur atom.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112020068456993-pat00007
Figure 112020068456993-pat00007

상기 화학식 5에서, Q2는 산소원자 또는 황원자일 수 있다. 이 때, Q2는 산소원자인 것이 바람직하다.In Formula 5, Q 2 may be an oxygen atom or a sulfur atom. In this case, Q 2 is preferably an oxygen atom.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112020068456993-pat00008
Figure 112020068456993-pat00008

상기 화학식 1 내지 6은 치환기 J로 치환될 수 있다.Formulas 1 to 6 may be substituted with a substituent J.

광 파장 변환층에 포함될 수 있는 전도성 고분자는 예를 들면, PFN(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)]), PFN-OH(Poly[9,9-bis(6

Figure 112020068456993-pat00009
-(diethanolamino)hexyl)fluorene]), PFN-Br(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)] dibromide) 등 PFN계열 화합물일 수 있으며, 상기 화학식 1로 나타낼 수 있으면 특별히 제한되는 것은 아니다.The conductive polymer that may be included in the light wavelength conversion layer is, for example, PFN (Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2, 7-(9,9-dioctylfluorene)]), PFN-OH (Poly[9,9-bis(6
Figure 112020068456993-pat00009
-(diethanolamino)hexyl)fluorene]), PFN-Br(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-( 9,9-dioctylfluorene)] dibromide) may be a PFN-based compound, and is not particularly limited as long as it can be represented by Formula 1 above.

광 파장 변환층에 포함될 수 있는 금속 산화물은 Zn, Ba, Li 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물일 수 있다.The metal oxide that may be included in the light wavelength conversion layer may be at least one metal oxide selected from the group consisting of Zn, Ba, Li, and Ti.

광 파장 변환층에 포함될 수 있는 금속 산화물은 예를 들면, ZnO, BaO, Li2O, TiO2 등일 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.The metal oxide that may be included in the light wavelength conversion layer may be, for example, ZnO, BaO, Li 2 O, TiO 2 , and the like, but is not particularly limited.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 광 파장 변환층은 상온에서 1 내지 104 g/cm3, 또는 10 내지 104 g/cm3, 또는 102 내지 104 g/cm3, 또는 10-3 내지 104 g/cm3의 함량 범위로 무기 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 상기와 같은 함량의 무기 반도체 화합물을 포함함으로써, 수광전극으로 입사된 광의 파장을 광활성층이 활용하기 용이한 파장으로 효과적인 변환을 할 수 있다. The light wavelength conversion layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention is 1 to 10 4 g/cm 3 , or 10 to 10 4 g/cm 3 , or 10 2 to 10 4 g/cm 3 , or 10- The inorganic semiconductor compound may be included in a content range of 3 to 10 4 g/cm 3 . By including the inorganic semiconductor compound in the above content, it is possible to effectively convert the wavelength of the light incident on the light-receiving electrode into a wavelength that the photoactive layer can easily utilize.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조 중 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층이 위치한 경우, 광활성층과 수광전극의 반대전극 사이에 또 다른 광 파장 변환층을 포함할 수 있다. 이 때, 광활성층과 수광전극의 반대전극 사이에 위치한 또 다른 광 파장 변환층은 하기에 설명될 정공수송층을 형성하는 정공수송 물질을 포함할 수 있다. 정공수송 물질은 정공을 전달할 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 공지된 물질을 사용할 수 있다. When the light wavelength conversion layer is positioned between the photoactive layer and the photoactive layer in the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention, another light wavelength conversion layer may be included between the photoactive layer and the opposite electrode of the photoactive layer. In this case, another light wavelength conversion layer positioned between the photoactive layer and the opposite electrode of the light-receiving electrode may include a hole-transporting material forming a hole-transporting layer to be described below. The hole transport material is not particularly limited as long as it can transport holes, and a known material may be used.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 광 파장 변환층은 수광전극과 광활성층 사이에 있으면서, 수광전극의 표면으로부터 0.5 내지 220 nm 간격, 또는 0.5 내지 200 nm 간격, 또는 0.5 내지 190 nm 간격, 또는 0.5 내지 180 nm 간격, 또는 0.5 내지 170 nm 간격, 또는 0.5 내지 160 nm 간격, 또는 0.5 내지 150 nm 간격으로 위치할 수 있다. 이 때, 상기 간격은 수광전극의 표면으로부터 광 파장 변환층의 전체 두께 중 아래부터 1/2 지점까지를 의미한다. 또한, 상기 간격에서 수광전극의 표면은 광 파장 변환층, 광활성층 등이 적층될 표면을 의미한다. 수광전극의 표면은 광활성층과 The light wavelength conversion layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention is between the light-receiving electrode and the photoactive layer, and is at an interval of 0.5 to 220 nm, or 0.5 to 200 nm, or 0.5 to 190 nm, from the surface of the light receiving electrode, or 0.5 to 180 nm spacing, or 0.5 to 170 nm spacing, or 0.5 to 160 nm spacing, or 0.5 to 150 nm spacing. In this case, the interval means from the bottom to 1/2 of the total thickness of the light wavelength conversion layer from the surface of the light receiving electrode. In addition, the surface of the light-receiving electrode in the interval means a surface on which a light wavelength conversion layer, a photoactive layer, etc. are to be laminated. The photoactive layer and the surface of the light-receiving electrode are

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 광 파장 변환층은 1 내지 300 nm의 두께로 형성될 수 있다. 구체적으로는, 소면적 태양전지에서 약 1 내지 100 nm의 두께일 수 있으며, 1 내지 50 nm의 두께인 것이 바람직하다. 대면적 태양전지에서는 최대 300 nm의 두께로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어인 소면적은 태양전지는 광활성 면적이 0.001 이상 0.1 cm2이하인 태양전지를 의미하고, 대면적은 태양전지는 광활성 면적이 0.1 초과 10 cm2이하인 태양전지를 의미할 수 있다. 본 명세서에서는 특별한 언급이 없는 한 소면적 태양전지에 해당한다.The light wavelength conversion layer of the solar cell according to an embodiment of the present invention may be formed to a thickness of 1 to 300 nm. Specifically, it may have a thickness of about 1 to 100 nm in a small-area solar cell, and preferably a thickness of 1 to 50 nm. In a large-area solar cell, it can be formed to a thickness of up to 300 nm. As used herein, the term small-area solar cell means a solar cell having a photoactive area of 0.001 or more and 0.1 cm 2 or less, and a large-area solar cell means a solar cell having a photoactive area of more than 0.1 and 10 cm 2 or less. . In the present specification, unless otherwise specified, it corresponds to a small-area solar cell.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지의 구조 중 수광전극과 광활성층 사이 또는 광활성층과 수광전극의 반대전극 사이에는 전하수송층이 위치할 수 있다. In the structure of the solar cell according to an embodiment of the present invention, a charge transport layer may be positioned between the photoactive layer and the photoactive layer or between the photoactive layer and the opposite electrode of the photoactive electrode.

전하수송층은 전자수송층(electron transfer layer; ETL) 및 정공수송층(hole transport layer; HTL)을 포함하며, 전자수송층은 전극에서 형성된 전자를 수송하고 정공수송층은 전극에서 형성된 정공을 수송할 수 있다.The charge transport layer may include an electron transfer layer (ETL) and a hole transport layer (HTL), and the electron transport layer may transport electrons formed in the electrode and the hole transport layer may transport holes formed in the electrode.

전자수송층은 전자수송 물질을 포함할 수 있다. 전자수송 물질은 전자수송층이 태양전지에 위치하여 전극에서 형성된 전자를 원활히 광활성층에 전달할 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 공지된 물질을 사용할 수 있다. 공지된 전자수송 물질은 예를 들면, TBCPF(9,9-di(4,4'-bis(3,6-Di-tert-butyl-9H-carbazole)-phenyl)-9H-fluorene), SPPO13(2,7-bis(diphenylphosphoryl)-9,9

Figure 112020068456993-pat00010
-spirobi[fluorene]), mCPPO1(9-(3-(9H -Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H-carbazole), TPBI(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene), PFN(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)]), PFN-OH(Poly[9,9-bis(6
Figure 112020068456993-pat00011
-(diethanolamino)hexyl)fluorene]), PFN-Br(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)] dibromide), ZnO, BaO, Li2O, TiO2 등일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 만약, 전자수송층을 형성하기 위해서 무기 금속 산화물 전구체를 용매에 용해시켜 ZnO, BaO, Li2O, TiO2 등과 같은 금속 산화물로 전이시킬 수 있다. 이 때, 사용할 수 있는 무기 금속 산화물 전구체는 아연 전구체, 바륨 전구체, 리튬 전구체, 티타늄 전구체 등일 수 있다. 예를 들면, 아세트산 아연, 아세트산 바륨, 아세트산 리튬, 아세트산 티타늄, 아연 이소프로폭사이드, 바륨 이소프로폭사이드, 리튬 이소프로폭사이드, 티타늄 이소프로폭사이드 등일 수 있다.The electron transport layer may include an electron transport material. The electron transport material is not particularly limited as long as the electron transport layer is positioned in the solar cell to smoothly transfer electrons formed in the electrode to the photoactive layer, and a known material may be used. Known electron transport materials include, for example, TBCPF (9,9-di(4,4'-bis(3,6-Di-tert-butyl-9H-carbazole)-phenyl)-9H-fluorene), SPPO13 ( 2,7-bis(diphenylphosphoryl)-9,9
Figure 112020068456993-pat00010
-spirobi[fluorene]), mCPPO1(9-(3-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)-3-(diphenylphosphoryl)-9H-carbazole), TPBI(1,3,5-Tris(1-phenyl) -1H-benzimidazol-2-yl)benzene), PFN(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-( 9,9-dioctylfluorene)]), PFN-OH (Poly[9,9-bis(6
Figure 112020068456993-pat00011
-(diethanolamino)hexyl)fluorene]), PFN-Br(Poly [(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-( 9,9-dioctylfluorene)] dibromide), ZnO, BaO, Li 2 O, TiO 2 and the like, but is not limited thereto. If, in order to form an electron transport layer, an inorganic metal oxide precursor may be dissolved in a solvent and transferred to a metal oxide such as ZnO, BaO, Li 2 O, TiO 2 . In this case, the usable inorganic metal oxide precursor may be a zinc precursor, a barium precursor, a lithium precursor, a titanium precursor, or the like. For example, it may be zinc acetate, barium acetate, lithium acetate, titanium acetate, zinc isopropoxide, barium isopropoxide, lithium isopropoxide, titanium isopropoxide, and the like.

정공수송층은 정공수송 물질을 포함할 수 있다. 정공수송 물질은 정공수송층이 태양전지에 위치하여 전극에서 형성된 정공을 원활히 광활성층에 전달할 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 공지된 물질을 사용할 수 있다. 공지된 정공수송 물질은 예를 들면, 폴리피롤, 폴리퓨란, 폴리티오펜, 폴리셀레노펜, PEDOT:PSS(poly (3,4-ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonate), PEDOT(poly (3,4-ethylene dioxythiophene)), PEDOS(poly(3,4-ethylene dioxy selenophene), WO3, V2O3, NiO, MoO3 등일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 만약, 정공수송층을 형성하기 위해서 무기 금속 산화물 전구체를 용매에 용해시켜 WO3, V2O3, NiO, MoO3 등과 같은 금속 산화물로 전이시킬 수 있다. 이 때, 사용할 수 있는 무기 금속 산화물 전구체는 몰리브덴 전구체는 텅스텐 전구체, 바나듐 전구체, 니켈 전구체, 몰리브덴 전구체 등일 수 있다. 예를 들면, 몰리브덴 디아세틸아세토네이트 디옥사이드(molybdenum diacetylacetonate dioxide), 암모늄 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트(ammonium heptamolybdate tetrahydrate), 니켈 아세틸아세토네이트(nickel(Ⅱ) acetylacetonate), 니켈 아세테이트(nickel(Ⅱ) acetate), 바나튬 아세테이트(vanadium acetate), 텅스텐 에톡사이드(tungsten(Ⅴ, Ⅳ) ethoxide), 인몰리브덴산(phosphomolybdic acid) 및 포스포텅스텐산(phosphotungstic acid) 등일 수 있다.The hole transport layer may include a hole transport material. The hole transport material is not particularly limited as long as the hole transport layer is positioned in the solar cell to smoothly transfer the holes formed in the electrode to the photoactive layer, and a known material may be used. Known hole transport materials include, for example, polypyrrole, polyfuran, polythiophene, polyselenophene, PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonate), PEDOT (poly (3,4-ethylene) dioxythiophene)), PEDOS (poly(3,4-ethylene dioxy selenophene), WO 3 , V 2 O 3 , NiO, MoO 3 , etc., but is not limited thereto. If, in order to form a hole transport layer, an inorganic metal oxide precursor can be dissolved in a solvent to be converted into a metal oxide such as WO 3 , V 2 O 3 , NiO, MoO 3 etc. In this case, the usable inorganic metal oxide precursor is a molybdenum precursor, a tungsten precursor, a vanadium precursor, a nickel precursor, It may be a molybdenum precursor, etc. For example, molybdenum diacetylacetonate dioxide, ammonium heptamolybdate tetrahydrate, nickel(II) acetylacetonate, nickel acetate ( nickel(II) acetate), vanadium acetate, tungsten(V, IV) ethoxide, phosphomolybdic acid, and phosphotungstic acid.

전하수송층은 공지의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅 (spin-coating), 잉크젯 프린팅 (inkjet-printing), 바 코팅 (bar-coating), 슬롯다이 코팅 (slot-die coating) 등의 용액공정을 통해 균일하게 도포하여 박막 형태로 형성될 수 있으며, 물리증착법(PVD), 화학증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 또는 열증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다.The charge transport layer may be formed using a known method. For example, it is applied uniformly through a solution process such as spin-coating, inkjet-printing, bar-coating, and slot-die coating to form a thin film. It may be formed, and may be formed using a physical vapor deposition method (PVD), a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), or a thermal evaporation method.

본 발명에 따른 태양전지의 수광전극(또는 제1 전극)은 투명 기판 상에 물리증착법(PVD), 화학증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 또는 열증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어인 투명 기판은 광투과성인 것으로 글래스, 석영, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리스틸렌(PS), 폴리옥시에틸렌(POM), 아크릴로나이트릴-스타이렌 수지(AS 수지) 및 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 형성되는 것일 수 있다. The light-receiving electrode (or first electrode) of the solar cell according to the present invention may be formed on a transparent substrate by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or thermal vapor deposition. The transparent substrate, as used herein, is light-transmitting glass, quartz, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), poly It may be formed of at least one selected from the group consisting of oxyethylene (POM), acrylonitrile-styrene resin (AS resin), and triacetyl cellulose (TAC).

수광전극은 광투과성을 가지는 산화금속 박막으로 형성될 수 있다. 상기 산화금속 박막은 예를 들면, ITO(인듐틴옥사이드)막, FTO(플루오르화틴옥사이드)막, IZO(인듐징크옥사이드)막, AZO(알루미늄도프드옥사이드)막, ZnO(징크옥사이드)막 및 IZTO(인듐징크틴옥사이드)막으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. The light-receiving electrode may be formed of a metal oxide thin film having light transmittance. The metal oxide thin film is, for example, an indium tin oxide (ITO) film, a tin fluoride (FTO) film, an indium zinc oxide (IZO) film, an aluminum doped oxide (AZO) film, a zinc oxide (ZnO) film, and an IZTO film. It may be at least one selected from the group consisting of (indium zinc tin oxide) film.

본 발명에 따른 태양전지의 수광전극의 반대전극(또는 제2 전극)은 물리증착법(PVD), 화학증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 또는 열증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 약 5×10-7 torr의 고진공을 가진 열증착기 내부에서 증착된다. 제2 전극은 대기 중 노출에 대한 산화 안정성이 큰 물질인 것이 바람직하며, Cu, Ag, Au, W, Ni, Al 및 Ti을 사용할 수 있고 제조되는 태양전지의 구조를 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The opposite electrode (or second electrode) of the light-receiving electrode of the solar cell according to the present invention may be formed using a physical vapor deposition method (PVD), a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), or a thermal evaporation method. For example, it is deposited inside a thermal evaporator with a high vacuum of about 5×10 -7 torr. The second electrode is preferably a material having high oxidation stability against exposure to air, and Cu, Ag, Au, W, Ni, Al, and Ti may be used, and may be appropriately selected in consideration of the structure of the solar cell to be manufactured. .

본 발명에 따른 태양전지의 광활성층은 결정질 실리콘 등을 사용하는 무기 물질을 포함할 수 있고, 유기 물질의 박막 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 유기 태양전지에서는 전자 주개 물질과 전자 받개 물질을 혼합하여 제조한 광활성 조성물 등으로 광활성층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼합되어 있는 벌크-이종접합(bulk-heterojunction) 구조를 기반으로 형성될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. The photoactive layer of the solar cell according to the present invention may include an inorganic material using crystalline silicon or the like, and may be formed in the form of a thin film of an organic material. For example, in an organic solar cell, the photoactive layer may be formed using a photoactive composition prepared by mixing an electron donor material and an electron acceptor material. Specifically, it may be formed based on a bulk-heterojunction structure in which the electron donor material and the electron acceptor material are mixed, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용될 수 있는 전자 주개 물질은 PTB7(CAS No. 1266549-31-8), PTB7-Th(CAS No. 1469791-66-9), PBDB-T(CAS No.145929-80-4), PBDB-T-2F(CAS No. 1802013-83-7) 및 하기 화학식 7 내지 화학식 10로 표시되는 삼성분 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상 일 수 있다(대한민국 특허출원번호 제10-2020-0052656호 참조).Electron donor materials that can be used in the present invention include PTB7 (CAS No. 1266549-31-8), PTB7-Th (CAS No. 1469791-66-9), PBDB-T (CAS No. 145929-80-4), It may be at least one selected from the group consisting of PBDB-T-2F (CAS No. 1802013-83-7) and ternary copolymers represented by the following Chemical Formulas 7 to 10 (Korea Patent Application No. 10-2020-0052656) see No.).

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112020068456993-pat00012
Figure 112020068456993-pat00012

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112020068456993-pat00013
Figure 112020068456993-pat00013

[화학식 9][Formula 9]

Figure 112020068456993-pat00014
Figure 112020068456993-pat00014

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112020068456993-pat00015
Figure 112020068456993-pat00015

상기 화학식 7 내지 화학식 10에서, n은 1 내지 10,000 사이의 정수이다.In Formulas 7 to 10, n is an integer between 1 and 10,000.

본 발명에서 사용될 수 있는 전자 받개 물질은 풀러렌 유도체 및 비풀러렌 유도체로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함한다. 풀러렌 유도체는 PC61BM(CAS No. 160848-22-6), PC71BM(CAS No. 609771-63-3) 등을 포함하며, 비풀러렌 유도체는 ITIC(CAS No. 16694293-06-4), ITIC-M(또는 IT-M 또는 m-ITIC)(CAS No. 2047352-80-5), ITIC-Th(CAS No. 1889344-13-1), IDIC(CAS No. 1883441-92-6), IT-4F(또는 ITIC-4F)(CAS No. 2097998-59-7), ITIC-4Cl(CAS No. 2253663-81-7), ITIC-2F(CAS No. 2097998-59-7), BTP-4F(CAS No. 2304444-49-1), BTP-4Cl, Y6-BO-4Cl, IEICO-4F(CAS:2089044-02-8), IEICO-4Cl 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에서 사용되고 있는 전자 받개 물질을 모두 포함할 수 있다. The electron acceptor material that can be used in the present invention includes at least one or more from the group consisting of fullerene derivatives and non-fullerene derivatives. Fullerene derivatives include PC 61 BM (CAS No. 160848-22-6), PC 71 BM (CAS No. 609771-63-3), and the like, and non-fullerene derivatives include ITIC (CAS No. 16694293-06-4). , ITIC-M (or IT-M or m-ITIC) (CAS No. 2047352-80-5), ITIC-Th (CAS No. 1889344-13-1), IDIC (CAS No. 1883441-92-6) , IT-4F (or ITIC-4F) (CAS No. 2097998-59-7), ITIC-4Cl (CAS No. 2253663-81-7), ITIC-2F (CAS No. 2097998-59-7), BTP -4F (CAS No. 2304444-49-1), BTP-4Cl, Y6-BO-4Cl, IEICO-4F (CAS: 2089044-02-8), IEICO-4Cl, and the like. However, the present invention is not limited thereto and may include any electron acceptor material used in the art.

상기 전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질의 혼합 비(w/w)는 1:0.5 내지 1:2, 1:0.75 내지 1:1.5, 1:0.9 내지 1:1.2일 수 있다.A mixing ratio (w/w) of the electron donor material and the electron acceptor material may be 1:0.5 to 1:2, 1:0.75 to 1:1.5, and 1:0.9 to 1:1.2.

본 발명은 입사하는 광의 파장을 변화시키는 광 파장 변환층을 도입하여 실외는 물론 실내에서도 우수한 성능을 발휘하는 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method of manufacturing a solar cell that exhibits excellent performance indoors as well as outdoors by introducing a light wavelength conversion layer that changes the wavelength of incident light.

본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에서 사용되는 용어 중 상기 기재된 내용과 중복되는 경우엔 상기 기재된 내용에 따를 수 있다. 이하에서는 상기 기재된 설명과 상이한 내용을 중심으로 기재하도록 한다.When the terms used in the method for manufacturing a solar cell according to the present invention overlap with the above-described contents, the above-described contents may be followed. Hereinafter, content different from the description described above will be mainly described.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지 제조방법은 수광전극(또는 제1 전극)을 형성하고 준비된 광 파장 변환 조성물로 광 파장 변환층을 형성한 뒤 광활성층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 광 파장 변환 조성물은 시판된 물질을 사용하여 준비할 수도 있다. The method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention may include forming a light-receiving electrode (or a first electrode), forming a light wavelength conversion layer with the prepared light wavelength conversion composition, and then forming a photoactive layer. In this case, the optical wavelength conversion composition may be prepared using a commercially available material.

광 파장 변환 조성물은 제1 용매에 무기 반도체 화합물을 분산시켜 무기 반도체 분산액을 수득하여 준비할 수 있다.The optical wavelength conversion composition may be prepared by dispersing the inorganic semiconductor compound in the first solvent to obtain an inorganic semiconductor dispersion.

이 때, 제 1 용매는 극성이 있는 분자로 된 용매인 극성 용매(polar solvent)일 수 있다. 예를 들면, 물, 히드록시기를 함유하는 화합물(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 프로판올, 2-프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 및 이들의 혼합물 등), 카르복시기를 함유하는 화합물(예를 들면, 포름산, 아세트산 및 이들의 혼합물 등), 케톤기를 함유하는 화합물(예를 들면, 아세톤 등) 및 아민기를 함유하는 화합물(예를 들면, N, N-디메틸포름아민, N, N-디메틸아세트아민, 에탄올아민 및 이들의 혼합물 등)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 제1 용매는 무수물(anhydride)의 형태일 수도 있다. 무기 반도체 분산액의 안정성을 고려하면 제1 용매는 물 또는 히드록시기를 함유하는 화합물 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 제1 용매에 예시된 각 화합물의 혼합물은 두 개 이상의 화합물을 혼합한 것을 의미한다. 예를 들면, 히드록시기를 함유하는 화합물에서 메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-프로판올을 혼합한 혼합물이 제1 용매일 수 있다. 또한, 제1 용매는 각 화합물에서 하나 이상의 화합물을 혼합한 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 히드록시기를 함유하는 혼합물에서2-메톡시에탄올을 선택하고 아민기를 함유하는 화합물에서 에탄올아민을 선택하여 둘을 혼합한 혼합물이 제1 용매일 수 있다.In this case, the first solvent may be a polar solvent, which is a solvent having polar molecules. For example, water, a compound containing a hydroxyl group (e.g., methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, propanol, 2-propanol, butanol, pentanol, hexanol and mixtures thereof, etc.) ), a compound containing a carboxyl group (eg, formic acid, acetic acid, and mixtures thereof, etc.), a compound containing a ketone group (eg, acetone, etc.) and a compound containing an amine group (eg, N, N- dimethylformamine, N,N-dimethylacetamine, ethanolamine, and mixtures thereof) may be at least one selected from the group consisting of). In addition, the first solvent may be in the form of an anhydride. Considering the stability of the inorganic semiconductor dispersion, the first solvent may be at least one of water or a compound containing a hydroxyl group. A mixture of each compound exemplified in the first solvent means a mixture of two or more compounds. For example, a mixture of methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, and 2-propanol in a compound containing a hydroxyl group may be the first solvent. In addition, the first solvent may mean a mixture of one or more compounds in each compound. For example, a mixture obtained by selecting 2-methoxyethanol from a mixture containing a hydroxyl group and selecting ethanolamine from a compound containing an amine group may be the first solvent.

무기 반도체 분산액은 무기 반도체 화합물의 농도가 0.05 내지 20 mg/mL일 수 있다. 무기 반도체 화합물의 농도가 0.05 mg/mL보다 낮으면 광 파장 변환의 효과가 미비하며, 무기 반도체 화합물의 농도가 20 mg/mL보다 높으면 광전 변환 효율이 감소한다. 더 우수한 광 변환 효과를 고려하면 무기 반도체 화합물의 농도는 0.1 내지 10 mg/mL일 수 있다In the inorganic semiconductor dispersion, the concentration of the inorganic semiconductor compound may be 0.05 to 20 mg/mL. When the concentration of the inorganic semiconductor compound is lower than 0.05 mg/mL, the effect of optical wavelength conversion is insignificant, and when the concentration of the inorganic semiconductor compound is higher than 20 mg/mL, the photoelectric conversion efficiency decreases. Considering the better light conversion effect, the concentration of the inorganic semiconductor compound may be 0.1 to 10 mg/mL

광 파장 변환 조성물은 제1 용매에 무기 반도체 화합물을 분산시킨 뒤 제2 용매에 분산시킨 전도성 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 혼합한 복합 조성물로 준비할 수 있다.The optical wavelength conversion composition may be prepared as a composite composition in which an inorganic semiconductor compound is dispersed in a first solvent and then a conductive polymer, a metal oxide, or a combination thereof dispersed in a second solvent is mixed.

이 때, 제2 용매는 제1 용매와 마찬가지로 극성이 있는 분자로 된 용매인 극성 용매일 수 있다. 제2 용매에 대한 설명은 상기 제1 용매에 대한 설명과 동일하다. In this case, the second solvent may be a polar solvent, which is a solvent composed of polar molecules like the first solvent. The description of the second solvent is the same as the description of the first solvent.

복합 조성물은 제1 용매에 무기 반도체 화합물을 분산시킨 무기 반도체 분산액과 제2 용매에 전도성 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 분산시킨 전도성 분산액을 1:0.01(v/v) 내지 1:10(v/v)의 비율, 바람직하게 1:1(v/v) 내지 1:5(v/v)의 비율로 혼합하여 형성할 수 있다. 이 때, 무기 반도체 분산액 100 부피비 대비 전도성 분산액이 0.01 부비피보다 작은 경우 광 파장 변환 효과가 미비하며, 전도성 분산액이 10 부피비보다 큰 경우 광전 변환 효율이 감소할 수 있다. The composite composition is prepared by mixing an inorganic semiconductor dispersion in which an inorganic semiconductor compound is dispersed in a first solvent and a conductive dispersion in which a conductive polymer, a metal oxide, or a combination thereof are dispersed in a second solvent from 1:0.01 (v/v) to 1:10 (v). /v) ratio, preferably 1:1 (v/v) to 1:5 (v/v) can be formed by mixing. In this case, when the conductive dispersion is less than 0.01 volume by volume relative to 100 volume ratio of the inorganic semiconductor dispersion, the optical wavelength conversion effect is insignificant, and when the conductive dispersion is larger than 10 volume ratio, the photoelectric conversion efficiency may decrease.

본 발명의 일 예에 따른 태양전지 제조방법에서 스핀 코팅 (spin-coating), 잉크젯 프린팅 (inkjet-printing), 바 코팅 (bar-coating), 슬롯다이 코팅 (slot-die coating) 등의 용액공정을 통해 균일하게 도포하여 박막을 형성할 수 있어, 소면적의 단위셀부터 대면적 및 모듈형 태양전지를 제조하는 경우에도 적용이 가능하기 때문에, BIPVs, AIPVs 등의 실외형 적용뿐만 아니라, 스마트 팩토리, IoT 센서 등 실내형 적용에도 크게 기여할 수 있는 장점이 있다. 상기 스핀 코팅은 1,000 rpm 내지 5,000 rpm의 속도 도포할 수 있으며, 슬롯다이 코팅은 분산액이나 각종 조성물들을 0.1 내지 1.0 mL/min의 토출량과 0.1 내지 1.0 m/min의 속도로 도포할 수 있다. Solution processes such as spin-coating, inkjet-printing, bar-coating, and slot-die coating in the solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention Since it can be uniformly applied to form a thin film, it can be applied even when manufacturing small-area unit cells to large-area and modular solar cells, so it can be applied not only to outdoor applications such as BIPVs and AIPVs, but also to smart factories, It has the advantage that it can greatly contribute to indoor applications such as IoT sensors. The spin coating may be applied at a speed of 1,000 rpm to 5,000 rpm, and the slot die coating may apply a dispersion or various compositions at a discharge rate of 0.1 to 1.0 mL/min and a speed of 0.1 to 1.0 m/min.

본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 기재된 본 발명의 일 예에 따른태양전지의 구조에 따른 것일 수 있다. 즉, 상기 태양전지의 구조의 각 층을 형성할 수 있는 각각의 분산액 또는 조성물을 순차적으로 도포 또는 증착하는 방법으로 태양전지를 제조할 수 있다. The method for manufacturing a solar cell according to the present invention may be according to the structure of the solar cell according to an example of the present invention described above. That is, a solar cell may be manufactured by sequentially applying or depositing each dispersion or composition capable of forming each layer of the solar cell structure.

본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에서 수광전극(제1 전극), 전하수송층, 광활성층 및 수광전극과 반대전극(제2 전극)은 당업계에서 이미 공지된 방법과 물질을 이용하여 형성할 수 있다.In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, the light receiving electrode (first electrode), the charge transport layer, the photoactive layer, and the light receiving electrode and the opposite electrode (second electrode) can be formed using methods and materials already known in the art. have.

본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 각 층(수광전극(제1 전극), 전하수송층, 광활성층, 광 파장 변환층 및 수광전극과 반대전극(제2 전극))을 형성하는 단계 전후로 열처리가 수행될 수 있다. 열처리 온도는 약 40 ℃ 내지 300 ℃이며, 태양전지의 효율을 감소시키지 않고 광 파장 효과를 극대화 시키기 위해서는 약 60 ℃ 내지 250 ℃인 것이 바람직하다. 특히, 광 파장 변환층을 형성시킬 때 전후로 약 80 ℃ 내지 200 ℃ 사이로 열처리하는 것이 바람직하다.In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, heat treatment is performed before and after the step of forming each layer (a light-receiving electrode (first electrode), a charge transport layer, a photoactive layer, a light wavelength conversion layer, and an electrode opposite to the light-receiving electrode (second electrode)). can be performed. The heat treatment temperature is about 40 °C to 300 °C, and in order to maximize the light wavelength effect without reducing the efficiency of the solar cell, it is preferably about 60 °C to 250 °C. In particular, it is preferable to heat-treat at a temperature between about 80° C. and 200° C. before and after forming the optical wavelength conversion layer.

본 발명에 따른 태양전지는 광 파장 변환층을 제외한 각 층(수광전극(제1 전극), 전하수송층, 광활성층 및 수광전극과 반대전극(제2 전극))의 두께는 최적화가 되는 범위에서 특별히 제한되지 않으며 수광전극(제1 전극)이 약 100 내지 250 nm, 전자수송층이 10 내지 70 nm, 광활성층이 50 내지 200 nm, 정공수송층이 1 내지 15 nm 및 수광전극의 반대전극(제2 전극)이 약 50 내지 150 nm일 수 있다. In the solar cell according to the present invention, the thickness of each layer (light-receiving electrode (first electrode), charge transport layer, photoactive layer, and the light-receiving electrode and the opposite electrode (second electrode)) excluding the light wavelength conversion layer is optimized within the range that is optimized. The light receiving electrode (first electrode) is about 100 to 250 nm, the electron transporting layer is 10 to 70 nm, the photoactive layer is 50 to 200 nm, the hole transporting layer is 1 to 15 nm, and the opposite electrode of the light receiving electrode (second electrode) ) may be about 50 to 150 nm.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and it is understood that various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that such changes or modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.

<제조예 1A> 광 파장 변환 조성물의 제조 및 평가<Preparation Example 1A> Preparation and evaluation of optical wavelength conversion composition

본 발명에 따른 유기 태양전지를 제조하기 위해, 광 파장 특성이 있는 그래핀 양자점(graphene quantum dots)을 포함한 광 파장 변환 조성물을 제조하였다. 본 제조예에 사용된 그래핀 양자점이 포함된 광 파장 변환 조성물은 300 nm 이상 375 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광을 흡광하고, 585 nm 이상 615 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광 및 725 nm 이상 775 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광을 발광 특성을 가지고 있다.In order to manufacture the organic solar cell according to the present invention, a light wavelength conversion composition including graphene quantum dots having light wavelength characteristics was prepared. The light wavelength conversion composition containing the graphene quantum dots used in this preparation example absorbs light of a wavelength having a peak of 300 nm or more and less than 375 nm, and light of a wavelength having a peak of 585 nm or more and less than 615 nm and 725 nm It has a light emission characteristic of light of a wavelength having a peak of more than 775 nm.

광 파장 변환 조성물을 제조하기 위해서, 5 mL 바이알을 진공 및 질소 치환하여 준비하였다. 또한, 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol), 2-프로판올 무수물(2-propanol anhydrous, CAS No. 67-63-0), 메탄올 무수물(methanol anhydrous, CAS No. 67-56-1) 및 에탄올 무수물(ethanol anhydrous, CAS No. 64-17-5)를 포함하는 알코올(alcohol)을 바이알에 넣어 준비하였다. 이후, 상기 알코올이 담긴 바이알에 상기 그래핀 양자점을 그래핀 양자점의 농도가 0.5 내지 5 mg/mL이 되도록 첨가하여 상온에서 교반하였다. 충분히 용해가 되었을 때, 파라필름(para film)을 이용하여 암갈색의 맑은 용액이 담긴 바이알을 밀봉하였다. 이후, 1 시간 동안 상온에서 롤-믹서(roll-mixer)에 교반하여 보관하고, 초음파 세척기(sonicator) 내부에 증류수를 채운 뒤 바이알의 2/3 위치까지 증류수가 닿도록 고정시켜 30분 동안 초음파 처리 하였다. 이후, 도 2에서 나타난 바와 같이 암갈색의 맑은 용액인 광 파장 변환 조성물을 수득하였다.To prepare the optical wavelength conversion composition, a 5 mL vial was prepared by vacuum and nitrogen substitution. In addition, 2-methoxy ethanol (2-methoxy ethanol), 2-propanol anhydrous (2-propanol anhydrous, CAS No. 67-63-0), methanol anhydrous (methanol anhydrous, CAS No. 67-56-1) and Ethanol anhydrous (ethanol anhydrous, CAS No. 64-17-5) containing alcohol (alcohol) was prepared by putting it in a vial. Then, the graphene quantum dots were added to the vial containing the alcohol so that the concentration of the graphene quantum dots was 0.5 to 5 mg/mL and stirred at room temperature. When sufficiently dissolved, the vial containing the dark brown clear solution was sealed using a para film. After that, stirred and stored in a roll-mixer at room temperature for 1 hour, filled with distilled water in a sonicator, and fixed so that distilled water reaches 2/3 of the vial and sonicated for 30 minutes did. Thereafter, as shown in FIG. 2 , a light wavelength conversion composition as a clear dark brown solution was obtained.

λ = 365 nm 영역의 광을 발생시키는 자외선 핸드 램프(UV hand lamp, VL-4L)를 사용하여 상기 수득한 광 파장 변환 조성물의 특성을 평가하였다. 비교군(control)은 상기 광 파장 변환 조성물의 제조에서 사용된 알코올로 하였다. 자외선 핸드 램프에 의한 특성 평가 결과는 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타냈다. 도 3(a)에서 나타난 바와 같이, 상기 제조된 광 파장 변환 조성물은 밝은 노란색의 강한 발광 특성을 보였고, 이를 통해 광 파장 변환 특성이 있음을 알 수 있었다. 또한, 도 3(b)에서 나타난 바와 같이, 상기 비교군은 가시광 영역의 발광 현상이 발생하지 않아 투명한 용액으로 나타났다.The properties of the obtained light wavelength conversion composition were evaluated using an ultraviolet hand lamp (VL-4L) emitting light in the λ = 365 nm region. A control group was the alcohol used in the preparation of the optical wavelength conversion composition. Characteristic evaluation results by the ultraviolet hand lamp are shown in Figs. 3 (a) and 3 (b). As shown in FIG. 3( a ), the prepared light wavelength conversion composition exhibited strong light emitting characteristics of bright yellow, and it was found that there was a light wavelength conversion property through this. In addition, as shown in FIG. 3(b) , in the comparison group, light emission in the visible region did not occur, and thus a transparent solution was obtained.

또한, LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 상기 수득한 광 파장 변환 조성물의 특성을 평가하였다. 비교군은 상기와 마찬가지로 상기 광 파장 변환 조성물의 제조에서 사용된 알코올로 하였다. 실내 광원으로 주로 사용되는 LED 램프는 λ = 400~780 nm 영역의 광을 발생시킨다. LED 램프에 의한 특성 평과 결과는 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타냈다. 도 4(a)에서 나타난 바와 같이, 상기 제조된 광 파장 변환 조성물은 밝은 노란색의 강한 발광 특성을 보였고, 이를 통해 광 파장 변환 특성이 있음을 알 수 있었다. 또한, 도 4(b)에서 나타난 바와 같이, 상기 비교군은 가시광 영역의 발광 현상이 발생하지 않아 투명한 용액으로 나타났다.In addition, the properties of the obtained light wavelength conversion composition were evaluated using an LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator). The comparative group was the alcohol used in the preparation of the optical wavelength conversion composition as described above. LED lamps, which are mainly used as indoor light sources, generate light in the λ = 400-780 nm region. Characteristic evaluation results by the LED lamp are shown in Figs. 4 (a) and 4 (b). As shown in FIG. 4( a ), the prepared light wavelength conversion composition exhibited a bright yellow strong luminescence property, and it was found that there was a light wavelength conversion property through this. In addition, as shown in FIG. 4(b) , in the comparative group, light emission in the visible region did not occur, and thus a transparent solution was obtained.

<제조예 1B> 광 파장 변환층의 제조 및 평가<Production Example 1B> Preparation and evaluation of the optical wavelength conversion layer

상기 제조예 1A에서 제조된 광 파장 변환 조성물을 ITO 글래스 위에 스핀 코팅을 통해 광 파장 변환층을 형성하였다.An optical wavelength conversion layer was formed by spin coating the optical wavelength conversion composition prepared in Preparation Example 1A on ITO glass.

상기 제조예 1A에서 사용된 LED 램프로 상기 형성된 광 파장 변환층의 특성을 평가하였다. 비교군(control)은 상기 제조예 1A에서 광 파장 변환 조성물의 제조에서 사용된 알코올을 ITO 글래스 위에 스핀 코팅한 코팅 박막으로 하였다. LED 램프에 의한 특성 평가 결과는 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타냈다. 도 5(a)에서 나타난 바와 같이, 상기 제조된 광 파장 변환층은 발광 특성을 보였다. 또한, 도 5(b)에서 나타난 바와 같이, 상기 비교군은 특징적인 발광 현상이 발생하지 않아 투명한 층으로 나타났다.The characteristics of the light wavelength conversion layer formed by the LED lamp used in Preparation Example 1A were evaluated. As a control group, the alcohol used in the preparation of the optical wavelength conversion composition in Preparation Example 1A was spin-coated on ITO glass as a coating thin film. Characteristic evaluation results by the LED lamp are shown in Figs. 5 (a) and 5 (b). As shown in FIG. 5( a ), the prepared light wavelength conversion layer showed light emitting properties. In addition, as shown in FIG. 5( b ), the comparative group did not generate a characteristic light emitting phenomenon and thus appeared as a transparent layer.

<제조예 2A> 복합 조성물의 제조 및 평가<Preparation Example 2A> Preparation and evaluation of the composite composition

본 발명에 따른 태양전지 중 광 파장 변환과 전하수송을 동시에 수행할 수 있는 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 먼저 전도성 분산액인 ZnO 조성물을 제조하였다.In order to form an optical wavelength conversion layer capable of simultaneously performing optical wavelength conversion and charge transport in the solar cell according to the present invention, a ZnO composition, which is a conductive dispersion, was first prepared.

상기 ZnO 조성물을 제조하기 위해서, 5 mL 바이알을 진공 및 질소 치환하여 준비하였다. 또한, 아세트산 아연 이수화물(Zinc acetate dehydrate, CAS No. 5970-45-6), 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol) 및 에탄올아민(ethanolamine, ACS reagent, CAS No. 141-43-5)을 상기 바이알에 넣고, 60 ℃의 온도로 맞춰진 핫플레이트(hot-plate) 상에서 200 rpm의 속도로 약 12 시간 동안 교반하였다. 이 때, 아세트산 아연 이수화물은 ZnO로 전이되며, 이에 대한 메커니즘은 Vaccum 2004, 77, 57-62 문헌을 참조하였다. 이후, 졸-겔 과정을 거친 ZnO 전구체(precursor)이 형성되었고 도 6(a)에서 나타난 바와 같이 맑은 용액인 ZnO 조성물을 수득하였다.To prepare the ZnO composition, a 5 mL vial was prepared by vacuum and nitrogen substitution. In addition, zinc acetate dehydrate (CAS No. 5970-45-6), 2-methoxyethanol and ethanolamine (ethanolamine, ACS reagent, CAS No. 141-43-5) was placed in the vial, and stirred for about 12 hours at a speed of 200 rpm on a hot-plate set at a temperature of 60 °C. At this time, zinc acetate dihydrate is converted to ZnO, and the mechanism for this was referred to Vaccum 2004, 77, 57-62. Thereafter, a ZnO precursor was formed through a sol-gel process, and a ZnO composition as a clear solution was obtained as shown in FIG. 6(a).

상기 ZnO 조성물과 상기 제조예 1A에서 제조된 광 파장 변환 조성물을 1:1(v/v), 1:2(v/v) 및 1:5(v/v) 비율로 혼합하여 도 6(b)에서 나타난 바와 같이 맑은 암갈색 용액인 복합 조성물을 수득하였다.The ZnO composition and the optical wavelength conversion composition prepared in Preparation Example 1A were mixed in a ratio of 1:1 (v/v), 1:2 (v/v) and 1:5 (v/v) in FIG. 6(b) ), a complex composition was obtained as a clear dark brown solution.

λ = 365 nm 영역의 광을 발생시키는 자외선 핸드 램프(UV hand lamp, VL-4L)와 λ = 400~780 nm 영역의 광을 발생시키는 LED 램프(Oriel VeraSol Solar Simulator)를 사용하여 상기 수득한 복합 조성물의 특성을 평가하였다. 비교군(control)은 상기 ZnO 조성물로 사용하였다. 자외선 핸드 램프에 의한 특성 평가 결과는 도 7(a)에 나타냈었고, LED 램프에 의한 특성 평가 결과는 도 7(b)에 나타내었다. ZnO 조성물은 전하수송층을 형성하는데도 사용하므로, 도 7에서 상기 ZnO 조성물을 순수한 전하수송층 용액이라 표시하였다. 복합 조성물은 광 파장 변환과 전하수송의 역할을 동시에 수행하므로, 도 7에서 광 파장 변환 전하수송층 용액이라 표시하였다. 도 7(a) 및 도 7(b)에서 나타난 바와 같이, 복합 조성물은 밝은 노란색의 강한 발광 특성을 보였고, 이를 통해 광 파장 변환 특성이 있음을 알 수 있었다. 또한, 상기 비교군은 가시광 영역의 발광 현상이 발생하지 않아 투명한 용액으로 나타났다.The obtained composite using an ultraviolet hand lamp (VL-4L) that generates light in the λ = 365 nm region and an LED lamp (Oriel VeraSol Solar Simulator) that generates light in the λ = 400-780 nm region The properties of the composition were evaluated. A control group was used as the ZnO composition. The characteristic evaluation result by the ultraviolet hand lamp is shown in FIG. 7(a), and the characteristic evaluation result by the LED lamp is shown in FIG. 7(b). Since the ZnO composition is also used to form the charge transport layer, the ZnO composition is indicated as a pure charge transport layer solution in FIG. 7 . Since the composite composition performs the roles of optical wavelength conversion and charge transport at the same time, it is indicated as an optical wavelength conversion charge transport layer solution in FIG. 7 . As shown in FIGS. 7(a) and 7(b), the composite composition showed strong light emitting characteristics of bright yellow, and it was confirmed that there was a light wavelength conversion characteristic through this. In addition, in the comparative group, light emission in the visible region did not occur, and thus a transparent solution was obtained.

<제조예 2B> 광 파장 변환층의 제조 및 평가<Preparation Example 2B> Preparation and evaluation of the optical wavelength conversion layer

상기 제조예 2A에서 제조된 복합 조성물을 ITO 글래스 위에 스핀 코팅을 통해 광 파장 변환층을 형성하였다.A light wavelength conversion layer was formed by spin coating the composite composition prepared in Preparation Example 2A on ITO glass.

상기 제조예 2A에서 사용된 LED 램프로 상기 형성된 광 파장 변환층의 특성을 평가하였다. 비교군(control)은 상기 제조예 2A에서의 ZnO 조성물을 ITO 글래스 위에 스핀 코팅한 ZnO 층으로 하였다. LED 램프에 의한 광 파장 변환층의 특성 평가 결과는 도 8(a)에 나타냈고, ZnO 층의 특성 평가 결과는 도 8(b)에 나타냈다. 도 8(a)에서 나타난 바와 같이, 상기 제조된 광 파장 변환층은 발광 특성을 보였다. 또한, 도 8(b)에서 나타난 바와 같이, 상기 비교군은 가시광 영역의 발광 현상이 발생하지 않아 투명한 층으로 나타났다.The characteristics of the light wavelength conversion layer formed by the LED lamp used in Preparation Example 2A were evaluated. As a control group, the ZnO composition in Preparation Example 2A was spin-coated on ITO glass as a ZnO layer. The characteristic evaluation result of the light wavelength conversion layer by the LED lamp is shown in Fig. 8(a), and the characteristic evaluation result of the ZnO layer is shown in Fig. 8(b). As shown in FIG. 8( a ), the prepared light wavelength conversion layer showed light emitting properties. In addition, as shown in FIG. 8(b), in the comparison group, light emission in the visible region did not occur, and thus a transparent layer appeared.

1. 역구조 유기 태양전지의 제조1. Manufacture of inverted organic solar cell

<실시예 1><Example 1>

광 파장 변환층을 포함하는 역구조 유기 태양전지를 제조하기 위해서, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 제1 광 파장 변환층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. 이 때, 광 파장 변환층은 복합 조성물로 형성하였다.In order to manufacture a reverse structure organic solar cell including a light wavelength conversion layer, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); a first optical wavelength conversion layer; photoactive layer; hole transport layer; The structure of the second electrode was introduced. At this time, the light wavelength conversion layer was formed of a composite composition.

1.1: 전도성 분산액의 제조1.1: Preparation of conductive dispersion

전도성 분산액으로서 ZnO 전구체를 제조하였다. 상기 제조예 2A에서 ZnO 전구체를 형성했던 방법과 동일하게 하여 ZnO 전구체를 수득하였다.A ZnO precursor was prepared as a conductive dispersion. A ZnO precursor was obtained in the same manner as in Preparation Example 2A for forming the ZnO precursor.

1.2: 광 파장 변환 조성물의 제조1.2: Preparation of optical wavelength conversion composition

상기 제조예 1A에서와 동일한 방법으로 암갈색의 맑은 용액인 광 파장 변환 조성물을 수득하였다. 수득된 암갈색의 맑은 광 파장 변환층 조성물을 상온에서 롤-믹서에 교반하여 보관하였다.In the same manner as in Preparation Example 1A, a dark brown clear solution, a light wavelength conversion composition, was obtained. The obtained dark brown, clear light wavelength conversion layer composition was stirred and stored in a roll-mixer at room temperature.

1.3: 복합 조성물의 제조1.3: Preparation of Composite Composition

상기 1.1 단계에서 제조한 전도성 분산액과 상기 1.2 단계에서 제조한 광 파장 변환 조성물을 혼합하여 복합 조성물을 제조하였다. 이 때, 상기 전도성 분산액과 상기 광 파장 변환 조성물은 1:2의 부피비로 혼합하였다.A composite composition was prepared by mixing the conductive dispersion prepared in step 1.1 and the optical wavelength conversion composition prepared in step 1.2. At this time, the conductive dispersion and the optical wavelength conversion composition were mixed in a volume ratio of 1:2.

1.4: 역구조 유기 태양전지의 제조(1) | 준비 및 전처리1.4: Manufacturing of inverted organic solar cell (1) | Preparation and pretreatment

패턴화된 ITO 글래스를 아세톤(acetone, CAS: 67-64-1), 중성세제(alconox detergent), 2-프로판올(2-propanol) 및 증류수(distilled water) 순서로 초음파 세척기에서 초음파 처리를 통해 습식 세정 과정을 거쳤다. 각 단계 별로 초음파 처리 후 증류수로 헹구어주고, 질소(N2) 가스로 수분을 제거하였다. 습식 세정 과정 이후, ITO 글래스를 핫 플레이트 위에서 120 ℃의 온도로 10 분동안 건조하였다. 건조된 ITO 글래스를 자외선-오존 세척기(UV-ozone cleaner) 장치에서 자외선-오존 처리를 통하여 표면을 친수성(hydrophilic)으로 개질하였다.Wet the patterned ITO glass through sonication in an ultrasonic cleaner in the order of acetone (CAS: 67-64-1), neutral detergent, 2-propanol and distilled water. went through a cleaning process. After sonicating for each step, it was rinsed with distilled water, and moisture was removed with nitrogen (N 2 ) gas. After the wet cleaning process, the ITO glass was dried on a hot plate at a temperature of 120° C. for 10 minutes. The surface of the dried ITO glass was modified to be hydrophilic through UV-ozone treatment in a UV-ozone cleaner device.

1.5: 역구조 유기 태양전지의 제조(2) | 제1 광 파장 변환층 코팅1.5: Manufacturing of inverted organic solar cell (2) | First light wavelength conversion layer coating

상기 1.3 단계에서 준비된 복합 조성물을 대기 중에서 상기 개질된 ITO 글래스 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하였으며, 약 30 초 동안 이루어졌다. 도 9에 나타난 바와 같이, 제1 광 파장 변환층은 투명한 박막으로 형성되었음을 확인할 수 있다.The composite composition prepared in step 1.3 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the modified ITO glass in the atmosphere. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. Spin coating was carried out until the shape of circular gathering disappeared, and was performed for about 30 seconds. As shown in FIG. 9 , it can be confirmed that the first optical wavelength conversion layer is formed of a transparent thin film.

1.6: 역구조 유기 태양전지의 제조(3) | 광활성 조성물 제조 및 광활성층 코팅1.6: Manufacturing of inverted organic solar cell (3) | Photoactive composition preparation and photoactive layer coating

전자 주개 물질인 P(Cl-Cl)(BDD=0.2)와 전자 받개 물질인 IT-4F를 1:1(w/w)로 혼합하여 사용함으로써 벌크 헤테로 정션 구조를 형성하여 광활성 조성물을 제조하였다. 상기 전자 주개 물질인 P(Cl-Cl)(BDD=0.2)은 하기에 나타낸 화학식 10과 같고 화학식 10에서의 n은 1 내지 10,000 사이의 정수이다(대한민국 특허출원번호 제10-2020-0052656호 참조). 상기 전자 받개 물질인 IT-4F는 하기에 나타낸 화학식 11과 같다. A photoactive composition was prepared by mixing an electron donor material P(Cl-Cl) (BDD=0.2) and an electron acceptor material IT-4F in a 1:1 (w/w) ratio to form a bulk heterojunction structure. The electron donor material, P(Cl-Cl) (BDD=0.2) is the same as in Chemical Formula 10 shown below, and n in Chemical Formula 10 is an integer between 1 and 10,000 (refer to Korean Patent Application No. 10-2020-0052656) ). IT-4F, which is the electron acceptor material, is as shown in Chemical Formula 11 below.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112020068456993-pat00016
Figure 112020068456993-pat00016

[화학식 11][Formula 11]

Figure 112020068456993-pat00017
Figure 112020068456993-pat00017

1,8-디아이오도옥탄(1,8-diiodooctane, CAS No. 24772-63-2) 1.0 부피비를 기준으로 0.5 내지 1.0 부피비로 클로로벤젠 무수화물(chlorobenzene anhydrous, CAS No. 108-90-7)을 포함하는 용매를 준비하고, 상기 용매 1.0 중량비를 기준으로 상기 P(Cl-Cl)(BDD=0.2)과 IT-4F의 혼합 조성물을 0.5 내지 1.5 중량비를 상기 용매에 첨가하여 광활성 조성물을 수득하였다.1,8-diiodooctane (1,8-diiodooctane, CAS No. 24772-63-2) chlorobenzene anhydrous (CAS No. 108-90-7) in 0.5 to 1.0 volume ratio based on 1.0 volume ratio Prepare a solvent containing a, based on the 1.0 weight ratio of the solvent, 0.5 to 1.5 weight ratio of the mixed composition of P (Cl-Cl) (BDD = 0.2) and IT-4F to the solvent to obtain a photoactive composition .

상기 광 파장 변환층이 형성된 박막 상에 상기 광활성 조성물을 코팅하기 전, 상기 광활성 조성물을 대기 중에서 90 ℃의 온도로 활성화 과정을 거쳤고 이후 90 ℃의 온도로 다시 활성화 과정을 거쳤다. 이후, 스핀코팅을 이용하여 상기 광 파장 변환층이 형성된 박막 상에 80 내지 120 nm 두께의 박막을 형성하였다. 형성된 박막(광활성층)은 100 ℃ 내지 160 ℃의 핫플레이트에서 15 분간 열처리하였다. Before coating the photoactive composition on the thin film on which the light wavelength conversion layer is formed, the photoactive composition was activated in the atmosphere at a temperature of 90 °C and then activated again at a temperature of 90 °C. Thereafter, a thin film having a thickness of 80 to 120 nm was formed on the thin film on which the optical wavelength conversion layer was formed by using spin coating. The formed thin film (photoactive layer) was heat-treated on a hot plate at 100° C. to 160° C. for 15 minutes.

1.7: 역구조 유기 태양전지의 제조(4) | 정공수송층 코팅 및 제2 전극 형성1.7: Manufacturing of inverted organic solar cells (4) | Hole transport layer coating and second electrode formation

1.6 단계에서 형성된 광활성층 상에 정공수송층을 코팅하고 및 제2 전극을 형성하기 위해, 1.6 단계에서 형성된 적층체를 크라이오 펌프(cryo-pump)를 사용하는 고진공(10-6 torr 미만) 진공 챔버로 이동시켰다. 이후, 삼산화몰리브데넘(molybdenum trioxide, MoO3, CAS No. 1313-27-5)을 0.1 내지 0.5 Å/s의 속도에서 1 내지 10 nm 두께로 열 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이후, 은(argentum, Ag, CAS No. 7440-22-4)을 0.1 내지 3.0 Å/s의 속도에서 10 내지 100 nm 두께로 열 증착하여 상기 정공수송층 위에 제2 전극을 형성하여, 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다. In order to coat the hole transport layer on the photoactive layer formed in step 1.6 and form a second electrode, the laminate formed in step 1.6 was transferred to a high vacuum ( less than 10 -6 torr) vacuum chamber using a cryo-pump. moved to Thereafter, molybdenum trioxide (MoO 3 , CAS No. 1313-27-5) was thermally deposited at a rate of 0.1 to 0.5 Å/s to a thickness of 1 to 10 nm to form a hole transport layer. Thereafter, silver (argentum, Ag, CAS No. 7440-22-4) is thermally deposited at a rate of 0.1 to 3.0 Å/s to a thickness of 10 to 100 nm to form a second electrode on the hole transport layer, thereby forming an inverse structure. A solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) was prepared.

<실시예 2><Example 2>

광 파장 변환층을 포함하는 역구조 유기 태양전지를 제조하기 위해서, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 전자수송층; 제1 광 파장 변환층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. In order to manufacture a reverse structure organic solar cell including a light wavelength conversion layer, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); electron transport layer; a first optical wavelength conversion layer; photoactive layer; hole transport layer; The structure of the second electrode was introduced.

2.1: 전도성 분산액의 제조2.1: Preparation of conductive dispersion

상기 1.1 단계와 마찬가지로 전도성 분산액인 ZnO 전구체를 수득하였다.As in step 1.1 above, a ZnO precursor as a conductive dispersion was obtained.

2.2: 광 파장 변환 조성물의 제조2.2: Preparation of optical wavelength conversion composition

상기 1.2 단계와 마찬가지로 광 파장 변환 조성물을 수득하였다.A light wavelength conversion composition was obtained in the same manner as in step 1.2 above.

2.3: 역구조 유기 태양전지의 제조(1) | 준비 및 전처리2.3: Manufacturing of inverted organic solar cell (1) | Preparation and pretreatment

상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 제조하였다.A modified ITO glass was prepared in the same manner as in step 1.4.

2.4: 역구조 유기 태양전지의 제조(2) | 전자수송층 코팅2.4: Manufacturing of inverted organic solar cells (2) | Electron transport layer coating

상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스에 상기 2.1 단계에서 준비된 ZnO 전구체를 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol)에 1:1 내지 1:5의 비율로 희석하여 대기 중에서 30 내지 40 nm 두께로 스핀코팅하여 박막을 형성하였다. 이후, 핫플레이트 상에서 150 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 30 분 내지 1 시간 동안 가열하여 소성하였다. 이 때, 형성된 박막은 도 10에 나타난 바와 같이 투명한 층으로 나타났다. The ZnO precursor prepared in step 2.1 was diluted in 2-methoxyethanol at a ratio of 1:1 to 1:5 on the ITO glass that had undergone the pretreatment process, and spin-coated to a thickness of 30 to 40 nm in the air. to form a thin film. Thereafter, it was fired by heating on a hot plate at a temperature of 150° C. to 200° C. for 30 minutes to 1 hour. At this time, the formed thin film appeared as a transparent layer as shown in FIG.

2.5: 역구조 유기 태양전지의 제조(3) | 제1 광 파장 변환층 코팅2.5: Manufacturing of inverted organic solar cells (3) | First light wavelength conversion layer coating

상기 전자수송층이 형성된 박막 상에 제1 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 상기 2.2 단계에서 준비된 광 파장 변환 조성물을 대기 중에서 상기 전자수송층이 형성된 박막 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제1 광 파장 변환층을 형성하였다. In order to form the first optical wavelength conversion layer on the thin film on which the electron transport layer is formed, the optical wavelength conversion composition prepared in step 2.2 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the thin film on which the electron transport layer was formed in the atmosphere. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form the first optical wavelength conversion layer.

2.6: 역구조 유기 태양전지의 제조(4) | 광활성층 코팅, 정공수송층 코팅 및 제2 전극 형성2.6: Manufacturing of inverted organic solar cells (4) | Photoactive layer coating, hole transport layer coating and second electrode formation

상기 1.6 단계 및 1.7 단계와 마찬가지로, 광활성층을 코팅한 후에 정공소송층 및 제2 전극을 형성하여 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다. In the same manner as in steps 1.6 and 1.7, an inverse structure organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) was prepared by forming a hole suit layer and a second electrode after coating the photoactive layer.

<실시예 3><Example 3>

광 파장 변환층을 포함하는 역구조 유기 태양전지를 제조하기 위해서, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 제1 광 파장 변환층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. In order to manufacture a reverse structure organic solar cell including a light wavelength conversion layer, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); a first optical wavelength conversion layer; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; The structure of the second electrode was introduced.

3.1: 전도성 분산액의 제조3.1: Preparation of conductive dispersion

상기 1.1 단계와 마찬가지로 전도성 분산액인 ZnO 전구체를 수득하였다.As in step 1.1 above, a ZnO precursor as a conductive dispersion was obtained.

3.2: 광 파장 변환 조성물의 제조3.2: Preparation of optical wavelength conversion composition

상기 1.2 단계와 마찬가지로 광 파장 변환 조성물을 수득하였다.A light wavelength conversion composition was obtained in the same manner as in step 1.2 above.

3.3: 역구조 유기 태양전지의 제조(1) | 준비 및 전처리3.3: Manufacturing of inverted organic solar cell (1) | Preparation and pretreatment

상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 제조하였다.A modified ITO glass was prepared in the same manner as in step 1.4.

3.4: 역구조 유기 태양전지의 제조(2) | 제1 광 파장 변환층 코팅3.4: Manufacturing of inverted organic solar cells (2) | First light wavelength conversion layer coating

상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스에 제1 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 상기 3.2 단계에서 준비된 광 파장 변환 조성물을 대기 중에서 상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제1 광 파장 변환층을 형성하였다.In order to form the first optical wavelength conversion layer on the ITO glass subjected to the pretreatment process, the optical wavelength conversion composition prepared in step 3.2 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the ITO glass subjected to the pretreatment process in the air. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form the first optical wavelength conversion layer.

3.5: 역구조 유기 태양전지의 제조(3) | 전자수송층 코팅3.5: Manufacturing of inverted organic solar cell (3) | Electron transport layer coating

상기 광 파장 변환층이 형성된 박막 상에 전자수송층을 형성하기 위해서, 상기 3.1 단계에서 준비된 ZnO 전구체를 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol)에 1:1 내지 1:5의 비율로 희석하여 대기 중에서 30 내지 40 nm 두께로 스핀코팅하여 박막을 형성하였다. 이후, 핫플레이트 상에서 150 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 30 분 내지 1 시간 동안 가열하여 소성하였다. In order to form an electron transport layer on the thin film on which the light wavelength conversion layer is formed, the ZnO precursor prepared in step 3.1 is diluted in 2-methoxy ethanol at a ratio of 1:1 to 1:5, and the atmosphere A thin film was formed by spin coating in a thickness of 30 to 40 nm. Thereafter, it was fired by heating on a hot plate at a temperature of 150° C. to 200° C. for 30 minutes to 1 hour.

3.6: 역구조 유기 태양전지의 제조(4) | 광활성층 코팅, 정공수송층 코팅 및 제2 전극 형성3.6: Fabrication of inverted organic solar cells (4) | Photoactive layer coating, hole transport layer coating and second electrode formation

상기 1.6 단계 및 1.7 단계와 마찬가지로, 광활성층을 코팅한 후에 정공소송층 및 제2 전극을 형성하여 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다. In the same manner as in steps 1.6 and 1.7, an inverse structure organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) was prepared by forming a hole suit layer and a second electrode after coating the photoactive layer.

<실시예 4><Example 4>

광 파장 변환층을 포함하는 역구조 유기 태양전지를 제조하기 위해서, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 제1 광 파장 변환층; 광활성층; 제2 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. 이 때, 제1 전극과 광활성층 사이에 위치한 광 파장 변환층은 복합 조성물로 형성하였다. In order to manufacture a reverse structure organic solar cell including a light wavelength conversion layer, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); a first optical wavelength conversion layer; photoactive layer; a second optical wavelength conversion layer; The structure of the second electrode was introduced. At this time, the light wavelength conversion layer positioned between the first electrode and the photoactive layer was formed of a composite composition.

4.1: 전도성 분산액의 제조4.1: Preparation of conductive dispersions

상기 1.1 단계와 마찬가지로 전도성 분산액인 ZnO 전구체를 수득하였다.As in step 1.1 above, a ZnO precursor as a conductive dispersion was obtained.

4.2: 광 파장 변환 조성물의 제조4.2: Preparation of optical wavelength conversion composition

상기 1.2 단계와 마찬가지로 광 파장 변환 조성물을 수득하였다.A light wavelength conversion composition was obtained in the same manner as in step 1.2 above.

4.3: 정공수송 물질의 제조4.3: Preparation of hole transport materials

5 mL 바이알을 진공 및 질소 치환하여 준비하고 PEDOT:PSS를 투입하였다. 또한, 용매를 상기 바이알에 넣고, 핫플레이트(hot-plate) 상에서 교반하였다. 이후 정공수송 조성물인 PEDOT:PSS용액을 수득하고, 수득된 PEDOT:PSS 용액을 대기 중에서 보관하였다.A 5 mL vial was prepared by vacuum and nitrogen substitution, and PEDOT:PSS was added thereto. In addition, the solvent was placed in the vial and stirred on a hot-plate. Thereafter, a PEDOT:PSS solution, which is a hole transport composition, was obtained, and the obtained PEDOT:PSS solution was stored in the atmosphere.

4.4: 복합 조성물의 제조4.4: Preparation of Composite Compositions

상기 4.1 단계에서 제조한 전도성 분산액과 상기 4.2 단계에서 제조한 광 파장 변환 조성물을 혼합하여 복합 조성물을 제조하였다. 이 때, 상기 전도성 분산액과 상기 광 파장 변환 조성물은 1:2의 부피비로 혼합하였다.A composite composition was prepared by mixing the conductive dispersion prepared in step 4.1 and the optical wavelength conversion composition prepared in step 4.2. At this time, the conductive dispersion and the optical wavelength conversion composition were mixed in a volume ratio of 1:2.

4.5: 역구조 유기 태양전지의 제조(1) | 준비 및 전처리4.5: Manufacturing of inverted organic solar cell (1) | Preparation and pretreatment

상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 제조하였다.A modified ITO glass was prepared in the same manner as in step 1.4.

4.6: 역구조 유기 태양전지의 제조(2) | 제1 광 파장 변환층 코팅4.6: Manufacturing of inverted organic solar cells (2) | First light wavelength conversion layer coating

상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스에 제1 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 상기 4.4 단계에서 준비된 복합 조성물을 대기 중에서 상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제1 광 파장 변환층을 형성하였다.In order to form the first optical wavelength conversion layer on the ITO glass subjected to the pretreatment process, the composite composition prepared in step 4.4 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the ITO glass subjected to the pretreatment process in the air. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form the first optical wavelength conversion layer.

4.7: 역구조 유기 태양전지의 제조(3) | 광활성 조성물 제조 및 광활성층 코팅4.7: Manufacturing of inverted organic solar cells (3) | Photoactive composition preparation and photoactive layer coating

상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 광활성층을 형성하였다.After preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, a photoactive layer was formed.

4.8: 역구조 유기 태양전지의 제조(4) | 제2 광 파장 변환층 코팅4.8: Fabrication of inverted organic solar cells (4) | Second light wavelength conversion layer coating

상기 4.3 단계에서 제조한 정공수송 물질과 상기 4.2 단계에서 제조한 광 파장 변환 조성물을 혼합하고, 상기 광활성층이 형성된 박막 상에 대기 중에서 코팅하여 제2 광 파장 변환층을 형성하였다. 상기 광활성층이 형성된 박막 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제2 광 파장 변환층을 형성하였다.The hole transport material prepared in step 4.3 and the optical wavelength conversion composition prepared in step 4.2 were mixed, and a second light wavelength conversion layer was formed by coating in the atmosphere on the thin film on which the photoactive layer was formed. It was spin-coated to a thickness of 10 nm on the thin film on which the photoactive layer was formed. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form a second light wavelength conversion layer.

4.9: 역구조 유기 태양전지의 제조(5) | 제2 전극 형성4.9: Fabrication of inverted organic solar cells (5) | Second electrode formation

상기 1.7 단계와 마찬가지로, 제2 전극을 형성하여 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다.In the same manner as in step 1.7, a second electrode was formed to prepare an inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ).

<실시예 5><Example 5>

광 파장 변환층을 포함하는 역구조 유기 태양전지를 제조하기 위해서, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 제1 광 파장 변환층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. In order to manufacture a reverse structure organic solar cell including a light wavelength conversion layer, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); a first optical wavelength conversion layer; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; a second optical wavelength conversion layer; The structure of the second electrode was introduced.

5.1: 전도성 분산액의 제조5.1: Preparation of conductive dispersion

상기 1.1 단계와 마찬가지로 전도성 분산액인 ZnO 전구체를 수득하였다.As in step 1.1 above, a ZnO precursor as a conductive dispersion was obtained.

5.2: 광 파장 변환 조성물의 제조5.2: Preparation of Optical Wavelength Conversion Composition

상기 1.2 단계와 마찬가지로 광 파장 변환 조성물을 수득하였다.A light wavelength conversion composition was obtained in the same manner as in step 1.2 above.

5.3: 정공수송 물질의 제조5.3: Preparation of hole transport materials

상기 4.3 단계와 마찬가지로 정공수송 물질인 PEDOT:PSS용액을 수득하였다.In the same manner as in step 4.3, a PEDOT:PSS solution, which is a hole transport material, was obtained.

5.4: 역구조 유기 태양전지의 제조(1) | 준비 및 전처리5.4: Manufacturing of inverted organic solar cell (1) | Preparation and pretreatment

상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 제조하였다.A modified ITO glass was prepared in the same manner as in step 1.4.

5.5: 역구조 유기 태양전지의 제조(2) | 제1 광 파장 변환층 코팅5.5: Manufacturing of inverted organic solar cells (2) | First light wavelength conversion layer coating

상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스에 제1 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 상기 5.2 단계에서 준비된 광 파장 변환 조성물을 대기 중에서 상기 전처리 과정을 거친 ITO 글래스 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제1 광 파장 변환층을 형성하였다.In order to form the first optical wavelength conversion layer on the ITO glass that has undergone the pretreatment process, the optical wavelength conversion composition prepared in step 5.2 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the ITO glass that had undergone the pretreatment process in the air. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form the first optical wavelength conversion layer.

5.6: 역구조 유기 태양전지의 제조(3) | 전자수송층 코팅5.6: Manufacturing of inverted organic solar cells (3) | Electron transport layer coating

상기 광 파장 변환층이 형성된 박막 상에 전자수송층을 형성하기 위해서, 상기 5.1 단계에서 준비된 ZnO 전구체를 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol)에 1:1 내지 1:5의 비율로 희석하여 대기 중에서 30 내지 40 nm 두께로 스핀코팅하여 박막을 형성하였다. 이후, 핫플레이트 상에서 150 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 30 분 내지 1 시간 동안 가열하여 소성하였다. In order to form an electron transport layer on the thin film on which the optical wavelength conversion layer is formed, the ZnO precursor prepared in step 5.1 is diluted in 2-methoxy ethanol at a ratio of 1:1 to 1:5, and the atmosphere A thin film was formed by spin coating in a thickness of 30 to 40 nm. Thereafter, it was fired by heating on a hot plate at a temperature of 150° C. to 200° C. for 30 minutes to 1 hour.

5.7: 역구조 유기 태양전지의 제조(4) | 광활성 조성물 제조 및 광활성층 코팅5.7: Fabrication of inverted organic solar cells (4) | Photoactive composition preparation and photoactive layer coating

상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 상기 전자수송층이형성된 박막 상에 광활성층을 형성하였다.After preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, a photoactive layer was formed on the thin film on which the electron transport layer was formed.

5.8: 역구조 유기 태양전지의 제조(5) | 정공수송층 코팅5.8: Fabrication of inverted organic solar cells (5) | hole transport layer coating

상기 광활성층이 형성된 박막 상에 정공수송층을 형성하기 위해서, 상기 5.3 단계에서 준비된 PEDOT:PSS 용액을 대기 중에서 스핀코팅하여 박막을 형성하였다.In order to form a hole transport layer on the thin film on which the photoactive layer is formed, the PEDOT:PSS solution prepared in step 5.3 was spin-coated in the air to form a thin film.

5.8: 역구조 유기 태양전지의 제조(6) | 제2 광 파장 변환층 코팅5.8: Fabrication of inverted organic solar cells (6) | Second light wavelength conversion layer coating

상기 정공수송층이 형성된 박막 상에 제2 광 파장 변환층을 형성하기 위해서, 상기 5.2 단계에서 준비된 광 파장 변환 조성물을 대기 중에서 상기 정공수송층이 형성된 박막 위로 10 nm 두께가 되도록 스핀코팅 하였다. 이 때, 형성되고 있는 광 파장 변환층이 중심으로부터 바깥쪽으로 원형을 그리며 건조되는 모습을 육안으로 관찰하였다. 스핀코팅은 원형으로 모이는 모습이 없어질 때까지 수행하면서 제2 광 파장 변환층을 형성하였다.In order to form a second optical wavelength conversion layer on the thin film on which the hole transport layer is formed, the optical wavelength conversion composition prepared in step 5.2 was spin-coated to a thickness of 10 nm on the thin film on which the hole transport layer was formed in the atmosphere. At this time, it was observed with the naked eye that the formed light wavelength conversion layer was dried while drawing a circle from the center outward. The spin coating was performed until the shape of circular gathering disappeared to form a second light wavelength conversion layer.

5.9: 역구조 유기 태양전지의 제조(7) | 제2 전극 형성5.9: Fabrication of inverted organic solar cells (7) | Second electrode formation

상기 1.7 단계와 마찬가지로, 제2 전극을 형성하여 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다.In the same manner as in step 1.7, a second electrode was formed to prepare an inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ).

<비교실시예 1> <Comparative Example 1>

광 파장 변환층이 포함되지 않은 일반적인 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다. 즉, 투명 기판; 수광전극(제1 전극); 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조를 도입하였다. A general inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) without a light wavelength conversion layer was prepared. That is, a transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; The structure of the second electrode was introduced.

이 때, 투명 기판 및 제1 전극은 상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 사용하였다. 또한, 전자수송층은 상기 2.4 단계와 마찬가지 방법으로 상기 개질된 ITO 글래스 위에 ZnO 전구체를 코팅하여 형성되었다. 또한, 광활성층은 상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 상기 전자수송층 위에 코팅하여 형성되었다. 또한, 정공수송층 및 제2 전극은 상기 1.7 단계와 마찬가지로 상기 광활성층 위에 MoO3를 증착하고 그 위에 은(Ag)을 증착하여 형성되었다.In this case, the ITO glass modified in the same manner as in step 1.4 was used for the transparent substrate and the first electrode. In addition, the electron transport layer was formed by coating a ZnO precursor on the modified ITO glass in the same manner as in step 2.4. In addition, the photoactive layer was formed by preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, and then coating it on the electron transport layer. In addition, the hole transport layer and the second electrode were formed by depositing MoO 3 on the photoactive layer and depositing silver (Ag) thereon in the same manner as in step 1.7.

<비교실시예 2> <Comparative Example 2>

투명 기판; 수광전극(제1 전극); 전자수송층; 광활성층; 제2 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조를 도입한 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다. transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); electron transport layer; photoactive layer; a second optical wavelength conversion layer; An inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) to which the structure of the second electrode was introduced was prepared.

이 때, 투명 기판 및 제1 전극은 상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 사용하였다. 또한, 전자수송층은 상기 2.4 단계와 마찬가지 방법으로 상기 개질된 ITO 글래스 위에 ZnO 전구체를 코팅하여 형성되었다. 또한, 광활성층은 상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 상기 전자수송층 위에 코팅하여 형성되었다. 또한, 광 파장 변환층은 상기 4.8 단계와 마찬가지로 정공수송 물질과 광 파장 변환 조성물을 혼합한 뒤 광활성층 위에 코팅하여 형성되었다. 또한, 제2 전극은 상기 1.7 단계와 마찬가지로 은(Ag)을 증착하여 형성되었다.In this case, the ITO glass modified in the same manner as in step 1.4 was used for the transparent substrate and the first electrode. In addition, the electron transport layer was formed by coating a ZnO precursor on the modified ITO glass in the same manner as in step 2.4. In addition, the photoactive layer was formed by preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, and then coating it on the electron transport layer. In addition, the light wavelength conversion layer was formed by mixing the hole transport material and the light wavelength conversion composition in the same manner as in step 4.8, and then coating it on the photoactive layer. In addition, the second electrode was formed by depositing silver (Ag) in the same manner as in step 1.7.

<비교실시예 3> <Comparative Example 3>

투명 기판; 수광전극(제1 전극); 전자수송층; 광활성층; 제2 광 파장 변환층; 정공수송층; 제2 전극의 구조를 도입한 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다.transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); electron transport layer; photoactive layer; a second optical wavelength conversion layer; hole transport layer; An inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) to which the structure of the second electrode was introduced was prepared.

이 때, 투명 기판 및 제1 전극은 상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 사용하였다. 또한, 전자수송층은 상기 2.4 단계와 마찬가지 방법으로 상기 개질된 ITO 글래스 위에 ZnO 전구체를 코팅하여 형성되었다. 또한, 광활성층은 상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 상기 전자수송층 위에 코팅하여 형성되었다. 또한, 광 파장 변환층은 광활성층 위에 상기 1.2 단계에서 제조한 광 파장 변환 조성물을 코팅하여 형성되었다. 또한, 정공수송층 및 제2 전극은 상기 1.7 단계와 마찬가지로 상기 광활성층 위에 MoO3를 증착하고 그 위에 은(Ag)을 증착하여 형성되었다.In this case, the ITO glass modified in the same manner as in step 1.4 was used for the transparent substrate and the first electrode. In addition, the electron transport layer was formed by coating a ZnO precursor on the modified ITO glass in the same manner as in step 2.4. In addition, the photoactive layer was formed by preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, and then coating it on the electron transport layer. In addition, the light wavelength conversion layer was formed by coating the light wavelength conversion composition prepared in step 1.2 on the photoactive layer. In addition, the hole transport layer and the second electrode were formed by depositing MoO 3 on the photoactive layer and depositing silver (Ag) thereon in the same manner as in step 1.7.

<비교실시예 4> <Comparative Example 4>

투명 기판; 수광전극(제1 전극); 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조를 도입한 역구조 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)를 제조하였다.transparent substrate; light-receiving electrode (first electrode); electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; a second optical wavelength conversion layer; An inverted organic solar cell (photoactive area 0.04 cm 2 ) to which the structure of the second electrode was introduced was prepared.

이 때, 투명 기판 및 제1 전극은 상기 1.4 단계와 마찬가지로 개질된 ITO 글래스를 사용하였다. 또한, 전자수송층은 상기 2.4 단계와 마찬가지 방법으로 상기 개질된 ITO 글래스 위에 ZnO 전구체를 코팅하여 형성되었다. 또한, 광활성층은 상기 1.6 단계와 마찬가지로 광활성 조성물을 제조한 후, 상기 전자수송층 위에 코팅하여 형성되었다. 또한, 정공수송층은 상기 5.8 단계와 마찬가지로 상기 광활성층 위에 PEDOT:PSS를 도입하여 형성되었다. 또한, 광 파장 변환층은 정공수송층 위에 상기 1.2 단계에서 제조한 광 파장 변환 조성물을 코팅하여 형성되었다. 또한, 제2 전극은 상기 1.7 단계와 마찬가지로 은(Ag)을 증착하여 형성되었다.In this case, the ITO glass modified in the same manner as in step 1.4 was used for the transparent substrate and the first electrode. In addition, the electron transport layer was formed by coating a ZnO precursor on the modified ITO glass in the same manner as in step 2.4. In addition, the photoactive layer was formed by preparing the photoactive composition in the same manner as in step 1.6, and then coating it on the electron transport layer. In addition, the hole transport layer was formed by introducing PEDOT:PSS on the photoactive layer in the same manner as in step 5.8. In addition, the optical wavelength conversion layer was formed by coating the optical wavelength conversion composition prepared in step 1.2 on the hole transport layer. In addition, the second electrode was formed by depositing silver (Ag) in the same manner as in step 1.7.

상기 제조된 유기 태양전지의 구조를 정리하면 표 1과 같다. 구별의 용이를위해 하기 표 1에서는 제1 광 파장 변환층과 제2 광 파장 변환층은 광 파장 변환층으로 병행 기재하였다.Table 1 shows the structure of the prepared organic solar cell. For ease of distinction, in Table 1 below, the first optical wavelength conversion layer and the second optical wavelength conversion layer are described in parallel as the optical wavelength conversion layer.

구분division 유기 태양전지의 구조Structure of organic solar cell 실시예 1Example 1 제1전극/광파장변환층(ZnO 혼합)/광활성층/정공수송층/제2전극1st electrode/light wavelength conversion layer (ZnO mixture)/photoactive layer/hole transport layer/second electrode 실시예 2Example 2 제1전극/전자수송층/광파장변환층/광활성층/정공수송층/제2전극First electrode/electron transport layer/light wavelength conversion layer/photoactive layer/hole transport layer/second electrode 실시예 3Example 3 제1전극/광파장변환층/전자수송층/광활성층/정공수송층/제2전극First electrode/light wavelength conversion layer/electron transport layer/photoactive layer/hole transport layer/second electrode 실시예 4Example 4 제1전극/광파장변환층(ZnO 혼합)/광활성층/광파장변환층(MoO3 혼합)/제2전극1st electrode/optical wavelength conversion layer (ZnO mixture)/photoactive layer/optical wavelength conversion layer (MoO3 mixture)/second electrode 실시예 5Example 5 제1전극/광파장변환층/전자수송층/광활성층/정공수송층/광파장변환층/제2전극First electrode / light wavelength conversion layer / electron transport layer / photoactive layer / hole transport layer / light wavelength conversion layer / second electrode 비교실시예 1Comparative Example 1 제1전극/전자수송층/광활성층/정공수송층/제2전극1st electrode/electron transport layer/photoactive layer/hole transport layer/second electrode 비교실시예 2Comparative Example 2 제1전극/전자수송층/광활성층/광파장변환층(PEDOT:PSS 혼합)/제2전극1st electrode/electron transport layer/photoactive layer/optical wavelength conversion layer (PEDOT:PSS mixture)/second electrode 비교실시예 3Comparative Example 3 제1전극/전자수송층/광활성층/광파장변환층/정공수송층/제2전극1st electrode/electron transport layer/photoactive layer/light wavelength conversion layer/hole transport layer/second electrode 비교실시예 4Comparative Example 4 제1전극/전자수송층/광활성층/정공수송층/광파장변환층/제2전극First electrode/electron transport layer/photoactive layer/hole transport layer/light wavelength conversion layer/second electrode

2. 대면적 역구조 유기 태양전지의 제조2. Manufacturing of large-area inverted organic solar cells

<실시예 6> <Example 6>

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하되, ITO 글래스에 형성된 패턴을 변경하여, 기존 면적인 0.04 cm2 보다 25 배 더 큰 1.0 cm2의 광활성 면적을 가진 대면적 역구조 유기 태양전지를 제작하였다. 이 때, 상기 광 파장 변환층은 30 내지 50 nm 두께로, 상기 광활성층은 100 내지 130 nm의 두께 및 상기 정공수송층은 0.5 Å/s의 속도에서 3 내지 12 nm의 두께로 형성되었다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, but by changing the pattern formed on the ITO glass, a large-area inverted organic solar cell having a photoactive area of 1.0 cm 2 25 times larger than the existing area of 0.04 cm 2 was produced. At this time, the optical wavelength conversion layer was formed to a thickness of 30 to 50 nm, the photoactive layer was formed to have a thickness of 100 to 130 nm, and the hole transport layer to have a thickness of 3 to 12 nm at a rate of 0.5 Å/s.

<실시예 7> <Example 7>

상기 비교실시예 2와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하되, ITO 글래스에 형성된 패턴을 변경하여, 기존 면적인 0.04 cm2 보다 25 배 더 큰 1.0 cm2의 광활성 면적을 가진 대면적 역구조 유기 태양전지를 제작하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2, but by changing the pattern formed on the ITO glass, a large-area inverted organic solar having a photoactive area of 1.0 cm 2 25 times larger than the existing area of 0.04 cm 2 A battery was manufactured.

<비교실시예 5> <Comparative Example 5>

상기 비교실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하되, ITO 글래스에 형성된 패턴을 변경하여, 기존 면적인 0.04 cm2 보다 25 배 더 큰 1.0 cm2의 광활성 면적을 가진 대면적 역구조 유기 태양전지를 제작하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, but by changing the pattern formed on the ITO glass, a large-area inverted organic solar having a photoactive area of 1.0 cm 2 25 times larger than the conventional area of 0.04 cm 2 A battery was manufactured.

<비교실시예 6> <Comparative Example 6>

상기 비교실시예 4와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하되, ITO 글래스에 형성된 패턴을 변경하여, 기존 면적인 0.04 cm2 보다 25 배 더 큰 1.0 cm2의 광활성 면적을 가진 대면적 역구조 유기 태양전지를 제작하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 4, but by changing the pattern formed on the ITO glass, a large-area inverted organic solar having a photoactive area of 1.0 cm 2 25 times larger than the conventional area of 0.04 cm 2 A battery was manufactured.

3. 특성 평가 시험 및 결과3. Characterization test and results

<시험예 1> 복합 조성물로 형성된 광 파장 변환층의 광학 특성 평가<Test Example 1> Evaluation of optical properties of the optical wavelength conversion layer formed of the composite composition

상기 제조예 2B에서 형성된 광 파장 변환층과 ZnO층을 자외선-가시광 분광(UV-vis spectroscopy, Agilent 8453) 분석 및 발광 분광(photoluminescence spectroscopy, Perkin Elmer LS55) 분석을 수행하였다. 측정을 위해 상기 제조예 2B에서 사용된 동일한 ITO 글래스를 블랭크(blank)로 설정하고, 광 파장 변환층과 ZnO층의 광학 특성을 측정하였다. 상기 광학 특성 분석의 결과는 도 11(a) 및 도 11(b)에 나타냈다. 본 시험예 1은 [Materials Chemistry Frontiers, 2020, 4, 421-436] 및 [Chemical Communications, 2012, 48, 3686-3699] 문헌을 참조하였다.The light wavelength conversion layer and the ZnO layer formed in Preparation Example 2B were subjected to UV-vis spectroscopy (Agilent 8453) analysis and photoluminescence spectroscopy (Perkin Elmer LS55) analysis. For the measurement, the same ITO glass used in Preparation Example 2B was set as a blank, and optical properties of the optical wavelength conversion layer and the ZnO layer were measured. The results of the optical characteristic analysis are shown in FIGS. 11(a) and 11(b). For this Test Example 1, [Materials Chemistry Frontiers, 2020, 4, 421-436] and [Chemical Communications, 2012, 48, 3686-3699] were referred to.

자외선-가시광 분광 분석의 결과를 도 11(a)에 나타냈다. 도 11(a)를 참조하면, λ=300~375 nm의 광을 ZnO 층에 비해 광 파장 변환층이 더 많이 흡광하는 것을 확인할 수 있다. 그래핀 양자점의 흡광 영역인 λ=430 nm 영역에서, 여기자(excitation)을 통한 발광 분광 분석의 결과를 도 11(b)에 나타내었다. 도 11(b)를 참조하면, 광 파장 변환층은 λ=550~650 nm 및 λ=650~850 nm 영역에서 ZnO층에 비해 높은 발광 특성을 보였다. The results of ultraviolet-visible spectroscopic analysis are shown in FIG. 11(a). Referring to FIG. 11( a ), it can be seen that the wavelength conversion layer absorbs more light of λ=300-375 nm than the ZnO layer. In the λ=430 nm region, which is the absorption region of graphene quantum dots, the result of emission spectroscopy through excitation is shown in FIG. 11(b). Referring to FIG. 11(b), the light wavelength conversion layer showed higher light emission characteristics than the ZnO layer in the λ=550 to 650 nm and λ=650 to 850 nm regions.

도 11(a) 및 도 11(b)를 통하여, 광 파장 변환층 내의 그래핀 양자점이 단파장대 영역의 광을 흡수하여 장파장대 영역의 광을 방출함으로써, 효과적인 광 파장 변환 작용으로 상기와 같은 결과가 나타난 것으로 보여진다.11 (a) and 11 (b), the graphene quantum dots in the optical wavelength conversion layer absorb light in the short wavelength region and emit light in the long wavelength region, resulting in an effective optical wavelength conversion action as described above. appears to have appeared.

<시험예 2> 유기 태양전지의 실외 환경(1 sun) 특성 평가 <Test Example 2> Evaluation of outdoor environment (1 sun) characteristics of organic solar cells

실시예 1 내지 5 및 비교실시예 1 내지 4에서 제조된 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)는 솔라 시뮬레이터(New port Oriel, 100 mW/cm2)를 통해 특성이 분석되었고, 그 결과는 하기 표 2로 나타내었다. The organic solar cells (photoactive area 0.04 cm 2 ) prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were characterized through a solar simulator (New port Oriel, 100 mW/cm 2 ), and the results are as follows Table 2 shows.

구체적으로, 솔라 시뮬레이터는 대기 질량(Air mass: AM) 1.5 G 필터로 특성화 되었다. 또한, 상기 솔라 시뮬레이터는 AIST-인증된 실리콘 기준 소자를 이용하여 100 mW/cm2로 세기가 보정되었다. 상기 실시예 및 비교실시예의 전류-전압 거동은 Keithley 2400 SMU를 이용하여 측정되었다.Specifically, the solar simulator was characterized with an air mass (AM) 1.5 G filter. In addition, the solar simulator was intensity-calibrated at 100 mW/cm 2 using an AIST-certified silicon reference device. The current-voltage behaviors of the above examples and comparative examples were measured using a Keithley 2400 SMU.

본 시험예를 통해, 유기 태양전지의 특성 평가 요소인 단락 전류밀도(short circuit current density, Jsc), 개방 전압(open circuit voltage, Voc), 필 팩터(fill factor, FF) 및 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)를 측정하였다. 이 때, 필 팩터(FF)는 최대 전력점에서 [전압(Vmax) × 전류밀도(Jmax)] / [(개방 전압(Voc) × 단락 전류밀도(Jsc)]로 계산되었다. 또한, 광전 변환 효율(PCE)는 [단락 전류밀도(Jsc) × 개방 전압(Voc) * 필 팩터(FF)] / Pin(=100 mW/cm2)로 계산되었다. 외부 양자효율(External quantum efficiency, EQE) 거동은 Polaronix K3100 IPCE 측정 시스템(McScience Inc.)을 이용하여 측정하였다. Through this test example, short circuit current density (J sc ), open circuit voltage (V oc ), fill factor (FF) and photoelectric conversion efficiency, which are factors for evaluating characteristics of an organic solar cell (power conversion efficiency, PCE) was measured. At this time, the fill factor (FF) was calculated as [voltage (V max ) × current density (J max )] / [(open voltage (V oc ) × short circuit current density (J sc )] at the maximum power point. , the photoelectric conversion efficiency (PCE) was calculated as [short-circuit current density (J sc ) × open-circuit voltage (V oc ) * fill factor (FF)] / P in (=100 mW/cm 2 ). Quantum efficiency, EQE) behavior was measured using a Polaronix K3100 IPCE measurement system (McScience Inc.).

유기 태양전지organic solar cell Jsc(mA/cm2)J sc (mA/cm 2 ) Voc(V)V oc (V) FF(%)FF(%) PCE(%)PCE (%) 실시예 1Example 1 22.622.6 0.8580.858 72.172.1 14.014.0 실시예 2Example 2 21.621.6 0.8580.858 72.272.2 13.513.5 실시예 3Example 3 20.820.8 0.8580.858 72.572.5 12.912.9 실시예 4Example 4 21.521.5 0.8580.858 72.072.0 13.313.3 실시예 5Example 5 20.520.5 0.8580.858 71.771.7 12.612.6 비교실시예 1Comparative Example 1 20.220.2 0.8780.878 70.570.5 12.512.5 비교실시예 2Comparative Example 2 20.420.4 0.8580.858 69.569.5 12.212.2 비교실시예 3Comparative Example 3 20.420.4 0.8580.858 68.568.5 12.012.0 비교실시예 4Comparative Example 4 19.619.6 0.8580.858 68.668.6 11.611.6

상기 표 2에 나타난 결과를 보면, 실시예 1 내지 5 및 비교실시예 1 내지 4에서 제조된 유기 태양전지의 특성을 확인할 수 있다. 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조)의 단락 전류밀도(Jsc)는 20.0 mA/cm2, 개방 전압(Voc)은 0.878 V, 필 팩터(FF)는 70.5%로 나타났고, 이에 따라 계산된 광전 변환 효율(PCE)은 12.5 %로 나타났다. Looking at the results shown in Table 2, the characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 can be confirmed. The short-circuit current density (J sc ) of the organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; second electrode structure) prepared according to Comparative Example 1 was 20.0 mA/cm 2 , open circuit voltage (V oc ) was 0.878 V, and the fill factor (FF) was 70.5%, and the calculated photoelectric conversion efficiency (PCE) was 12.5%.

광 파장 변환층이 수광전극(제1 전극)과 광활성층 사이에 위치한 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 광 파장 변환층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조), 실시예 2에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광 파장 변환층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조), 실시예 3에 따라 제조된 유기 태양전지(제 1전극; 광 파장 변환층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조), 실시예 4에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 광 파장 변환층; 광활성층; 광 파장 변환층; 제2 전극) 및 실시예 5에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 광 파장 변환층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 광 파장 변환층; 제2 전극)의 단락 전류밀도(Jsc)와 필 팩터(FF)가 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 단락 전류밀도(Jsc)와 필 팩터(FF) 보다 크고, 더 우수한 광전 변환 효율(PCE)를 보였다. 특히, 광 파장 변환층이 전자수송층의 역할을 병행하고 있는 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지는 실시예 중에서도 가장 높은 광전 변환 효율(PCE)을 보였다. 이는, 유기 태양전지가 전자수송층과 광 파장 변환층을 별도로 구비하기 보다는 전자수송의 역할을 수행하는 광 파장 변환층을 형성시키는 것이 더 우수한 유기 태양전지를 얻을 수 있음을 보여준다. 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지와 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 전류-전압 특성을 도 12(a)에 나타내었고, 도 12(b)를 통해 이들의 외부 양자효율(EQE) 거동을 나타냈다. 도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 단락 전류밀도가 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 단락 전류밀도에 비해서 두드러지게 향상되어 있는 것을 확인할 수 있다. The organic solar cell manufactured according to Example 1 in which the light wavelength conversion layer is located between the light receiving electrode (first electrode) and the photoactive layer (first electrode; light wavelength conversion layer; photoactive layer; hole transport layer; structure of the second electrode) , an organic solar cell manufactured according to Example 2 (first electrode; electron transport layer; light wavelength conversion layer; photoactive layer; hole transport layer; structure of the second electrode), an organic solar cell manufactured according to Example 3 (first Electrode; light wavelength conversion layer; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; structure of second electrode), organic solar cell prepared according to Example 4 (first electrode; light wavelength conversion layer; photoactive layer; light wavelength conversion layer) ; second electrode) and the short-circuit current density (J) of the organic solar cell (first electrode; light wavelength conversion layer; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; light wavelength conversion layer; second electrode) manufactured according to Example 5 sc ) and fill factor (FF) were greater than the short-circuit current density (J sc ) and fill factor (FF) of the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1, and showed better photoelectric conversion efficiency (PCE). In particular, the organic solar cell prepared according to Example 1, in which the light wavelength conversion layer serves as an electron transport layer, showed the highest photoelectric conversion efficiency (PCE) among Examples. This shows that it is possible to obtain a better organic solar cell by forming a light wavelength conversion layer that performs the role of electron transport rather than separately having an electron transport layer and a light wavelength conversion layer in the organic solar cell. The current-voltage characteristics of the organic solar cell prepared according to Example 1 and the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1 are shown in FIG. 12(a), and their external quantum efficiency ( EQE) behavior. 12 (a) and 12 (b), the short-circuit current density of the organic solar cell prepared according to Example 1 is significantly improved compared to the short-circuit current density of the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1 You can check what has been done.

광 파장 변환층이 광활성층과 수광전극의 반대전극(제2 전극) 사이에 위치한 비교실시예 2에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조), 비교실시예 3에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 광 파장 변환층; 정공수송층; 제2 전극의 구조) 및 비교실시예 4에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조)의 광전 변환 효율(PCE)은 광 파장 변환층을 포함하지 않는 비교실시예 1의 광전 변환 효율(PCE)에 비해서 낮은 결과를 보였다. 이러한 결과는 광 파장 변환층을 도입할 때, 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이라는 특정 위치에 있을 때 더 우수한 성능을 가진 유기 태양전지를 제조할 수 있음을 보여준다. The organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; light wavelength conversion layer; second electrode) prepared according to Comparative Example 2 in which the light wavelength conversion layer is positioned between the photoactive layer and the opposite electrode (second electrode) of the light receiving electrode electrode structure), the organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; light wavelength conversion layer; hole transport layer; structure of the second electrode) prepared according to Comparative Example 3 and Comparative Example 4 The photoelectric conversion efficiency (PCE) of the organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; light wavelength conversion layer; structure of the second electrode) is the photoelectric conversion efficiency (PCE) of Comparative Example 1 that does not include the light wavelength conversion layer. It showed a lower result than the conversion efficiency (PCE). These results show that when the light wavelength conversion layer is introduced, an organic solar cell with better performance can be manufactured when the light wavelength conversion layer is located in a specific position between the first electrode and the photoactive layer.

실시예 4에 따라 제조된 유기 태양전지는 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지에서 정공수송층을 MoO3가 포함된 광 파장 변환층으로 치환된 구조를 가지고 있다. 그 결과, 실시예 4에 따라 제조된 유기 태양전지는 비교실시예 1 내지 4에 비해서 우수한 특성을 나타내곤 있으나 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지에 비해서는 그 특성이 저하된 모습을 보였다. 또한 이와 마찬가지로, 실시예 5에 따라 제조된 유기 태양전지는 실시예 3에 따라 제조된 유기 태양전지에서 제2 전극과 정공수송층 사이에 광 파장 변환층을 삽입한 구조를 가지고 있는데, 실시예 3에 따라 제조된 유기 태양전지에 비해서 그 특성이 저하된 모습을 보였다. 다시 말하면 광 파장 변환층을 도입할 때, 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치하더라도 광활성층과 제2 전극 사이에 광 파장 변환층을 도입하면 오히려 성능이 감소하는 것으로 나타났다. The organic solar cell manufactured according to Example 4 has a structure in which the hole transport layer is substituted with a light wavelength conversion layer containing MoO 3 in the organic solar cell manufactured according to Example 1. As a result, the organic solar cell manufactured according to Example 4 showed superior characteristics compared to Comparative Examples 1 to 4, but showed a lowered characteristic compared to the organic solar cell manufactured according to Example 1. Also, similarly, the organic solar cell manufactured according to Example 5 has a structure in which a light wavelength conversion layer is inserted between the second electrode and the hole transport layer in the organic solar cell manufactured according to Example 3, Compared to the organic solar cell manufactured according to the method, the characteristics were lowered. In other words, when the light wavelength conversion layer is introduced, even if the light wavelength conversion layer is located between the first electrode and the photoactive layer, the performance is rather reduced when the light wavelength conversion layer is introduced between the photoactive layer and the second electrode.

<시험예 3> 대면적 유기 태양전지의 실외 환경(1 sun) 특성 평가 <Test Example 3> Evaluation of outdoor environment (1 sun) characteristics of large-area organic solar cells

실시예 6 및 비교실시예 5에서 제조된 대면적 유기 태양전지(광활성 면적 1.00 cm2)는 특성이 분석되었고, 그 결과는 하기 표 3으로 나타내었다.The characteristics of the large-area organic solar cells (photoactive area 1.00 cm 2 ) prepared in Example 6 and Comparative Example 5 were analyzed, and the results are shown in Table 3 below.

유기 태양전지organic solar cell Jsc(mA/cm2)J sc (mA/cm 2 ) Voc(V)V oc (V) FF(%)FF(%) PCE(%)PCE (%) 실시예 6Example 6 21.921.9 0.8990.899 59.559.5 11.711.7 비교실시예 5Comparative Example 5 20.920.9 0.8780.878 58.058.0 10.610.6

상기 표 3에 나타난 결과를 보면, 실시예 6 및 비교실시예 5에서 제조된 유기 태양전지의 특성을 확인할 수 있다. 실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 단락 전류밀도(Jsc)는 21.9 mA/cm2, 개방 전압(Voc)은 0.899 V, 필 팩터(FF)는 59.5%로 나타났고, 이에 따라 계산된 광전 변환 효율(PCE)은 11.7 %로 나타났다. 비교실시예 5에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 단락 전류밀도(Jsc)는 20.9 mA/cm2, 개방 전압(Voc)은 0.878 V, 필 팩터(FF)는 58.0%로 나타났고, 이에 따라 계산된 광전 변환 효율(PCE)은 10.6 %로 나타났다.Looking at the results shown in Table 3, the characteristics of the organic solar cells prepared in Example 6 and Comparative Example 5 can be confirmed. The short-circuit current density (J sc ) of the large-area organic solar cell prepared according to Example 6 was 21.9 mA/cm 2 , the open-circuit voltage (V oc ) was 0.899 V, and the fill factor (FF) was 59.5%, thus The calculated photoelectric conversion efficiency (PCE) was found to be 11.7%. The short-circuit current density (J sc ) of the large-area organic solar cell prepared according to Comparative Example 5 was 20.9 mA/cm 2 , the open-circuit voltage (V oc ) was 0.878 V, and the fill factor (FF) was 58.0%, Accordingly, the calculated photoelectric conversion efficiency (PCE) was found to be 10.6%.

실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지(광활성 면적 1.00 cm2)는 광활성 면적이 0.04 cm2인 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 유기 태양전지에 비해 면적이 넓어 전반적으로 필 팩터(FF)가 감소되었다. 다만, 제1 전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함한 실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 특성이 광 파장 변환층을 삽입하지 않은 비교실시예 5에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 특성에 비해서 더 우수함을 보이고 있다. 실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지와 비교실시예 5에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 전류-전압 특성을 도 13(a)에 나타내었고, 도 13(b)를 통해 이들의 외부 양자효율(EQE) 거동을 나타냈다. 도 13(a) 및 도 13(b)를 참조하면, 실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 단락 전류밀도가 비교실시예 5에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 단락 전류밀도에 비해서 두드러지게 향상되어 있는 것을 확인할 수 있다. The large-area organic solar cell (photoactive area 1.00 cm 2 ) manufactured according to Example 6 has a larger area than the organic solar cells prepared according to Examples 1 to 5 having a photoactive area of 0.04 cm 2 , so that the overall fill factor (FF) ) was reduced. However, the characteristics of the large-area organic solar cell prepared according to Example 6 including the light wavelength conversion layer between the first electrode and the photoactive layer were similar to those of the large-area organic solar cell prepared according to Comparative Example 5 without the light wavelength conversion layer inserted between the first electrode and the photoactive layer. It shows superior characteristics compared to the characteristics of solar cells. The current-voltage characteristics of the large-area organic solar cell prepared according to Example 6 and the large-area organic solar cell prepared according to Comparative Example 5 are shown in FIG. 13(a), and their External quantum efficiency (EQE) behavior was shown. 13(a) and 13(b), the short-circuit current density of the large-area organic solar cell prepared according to Example 6 is the short-circuit current density of the large-area organic solar cell prepared according to Comparative Example 5. It can be seen that there is a marked improvement compared to

<시험예 4> 유기 태양전지의 실내 환경(1,000 lux 및 200 lux) 특성 평가 <Test Example 4> Evaluation of indoor environment (1,000 lux and 200 lux) characteristics of organic solar cells

실시예 1 및 3, 비교실시예 1 및 4에서 제조된 유기 태양전지(광활성 면적 0.04 cm2)는 인도어(indoor) 솔라 시뮬레이터(Yamashita denso, 5000 K LEDs lamps)를 통해 특성이 분석되었고, 그 결과는 하기 표 4로 나타내었다. The organic solar cells (photoactive area 0.04 cm 2 ) prepared in Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 4 were characterized through an indoor solar simulator (Yamashita denso, 5000 K LEDs lamps), and as a result, the is shown in Table 4 below.

구체적으로 입사된 관량은 광량 측정기(delta-ohm, HD2102.1 and software)를 사용하여 계산하였다. 1,000 lux에서는 약 320.3 μW/cm2, 200 lux에서는 약 62.8 μW/cm2의 광량을 보였다. Specifically, the incident light quantity was calculated using a light quantity meter (delta-ohm, HD2102.1 and software). At 1,000 lux, the amount of light was about 320.3 μW/cm 2 and at 200 lux, about 62.8 μW/cm 2 .

본 시험예를 통해, 유기 태양전지의 특성 평가 요소인 단락 전류밀도(short circuit cyrrent density, Jse), 개방 전압(open circuit voltage, Voc), 필 팩터(fill factor, FF) 및 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)를 측정하였다. Through this test example, short circuit cyrrent density (J se ), open circuit voltage (V oc ), fill factor (FF) and photoelectric conversion efficiency, which are factors for evaluating the characteristics of an organic solar cell (power conversion efficiency, PCE) was measured.

유기 태양전지organic solar cell Jsc(μA/cm2)J sc (μA/cm 2 ) Voc(V)V oc (V) FF(%)FF(%) PCE(%)PCE (%) 실시예 1
(200 lux)
Example 1
(200 lux)
23.323.3 0.6600.660 71.971.9 17.617.6
실시예 3
(200 lux)
Example 3
(200 lux)
22.722.7 0.6600.660 62.762.7 17.917.9
비교실시예 1
(200 lux)
Comparative Example 1
(200 lux)
21.921.9 0.6630.663 54.254.2 12.512.5
비교실시예 4
(200 lux)
Comparative Example 4
(200 lux)
20.720.7 0.6160.616 50.350.3 10.210.2
실시예 1
(1,000 lux)
Example 1
(1,000 lux)
116.7116.7 0.7280.728 73.773.7 19.619.6
실시예 3
(1,000 lux)
Example 3
(1,000 lux)
112.3112.3 0.7250.725 70.370.3 17.917.9
비교실시예 1
(1,000 lux)
Comparative Example 1
(1,000 lux)
109.2109.2 0.7370.737 68.568.5 17.217.2
비교실시예 4
(1,000 lux)
Comparative Example 4
(1,000 lux)
108.7108.7 0.7240.724 64.764.7 15.915.9

상기 표 4에 나타난 결과를 보면, 실내 환경에서 실시예 1 및 3, 비교실시예 1 및 4에서 제조된 유기 태양전지의 특성을 확인할 수 있다. 200 lux에서 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조)의 단락 전류밀도(Jsc)는 21.9 μA/cm2, 개방 전압(Voc)은 0.663 V, 필 팩터(FF)는 54.2%로 나타났고, 이에 따라 계산된 광전 변환 효율(PCE)은 12.5 %로 나타났다. 또한, 1,000 lux에서 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 단락 전류밀도(Jsc)는 109.2 μA/cm2, 개방 전압(Voc)은 0.737 V, 필 팩터(FF)는 68.5%로 나타났고, 이에 따라 계산된 광전 변환 효율(PCE)은 17.2 %로 나타났다.Referring to the results shown in Table 4, the characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 4 in an indoor environment can be confirmed. The short-circuit current density (J sc ) of the organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; structure of the second electrode) prepared according to Comparative Example 1 at 200 lux was 21.9 μA/cm 2 , open The voltage (V oc ) was 0.663 V, the fill factor (FF) was 54.2%, and the calculated photoelectric conversion efficiency (PCE) was 12.5%. In addition, the short-circuit current density (J sc ) of the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1 at 1,000 lux was 109.2 μA/cm 2 , the open-circuit voltage (V oc ) was 0.737 V, and the fill factor (FF) was 68.5%. and the calculated photoelectric conversion efficiency (PCE) was found to be 17.2%.

광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치한 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 광 파장 변환층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조) 및 실시예 3에 따라 제조된 유기 태양전지(제 1전극; 광 파장 변환층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 제2 전극의 구조)의 단락 전류밀도(Jsc)와 필 팩터(FF)는 200 lux 및 1,000 lux 환경에서 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 단락 전류밀도(Jsc)와 필 팩터(FF) 보다 크고, 더 우수한 광전 변환 효율(PCE)를 보였다. The organic solar cell (first electrode; light wavelength conversion layer; photoactive layer; hole transport layer; second electrode structure) and Example 3 prepared according to Example 1 in which the light wavelength conversion layer was positioned between the first electrode and the photoactive layer The short-circuit current density (Jsc) and fill factor (FF) of the organic solar cell (first electrode; light wavelength conversion layer; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; structure of the second electrode) prepared according to In a lux environment, the short-circuit current density (Jsc) and fill factor (FF) of the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1 were larger and exhibited better photoelectric conversion efficiency (PCE).

또한, 광 파장 변환층이 광활성층과 제2 전극 사이에 위치한 비교실시예 4에 따라 제조된 유기 태양전지(제1 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 광 파장 변환층; 제2 전극의 구조)의 광전 변환 효율(PCE)은 200 lux 및 1,000 lux 환경에서 광 파장 변환층을 포함하지 않는 비교실시예 1의 광전 변환 효율(PCE)에 비해서 낮은 결과를 보였다.In addition , the organic solar cell (first electrode; electron transport layer; photoactive layer; hole transport layer; light wavelength conversion layer; second electrode) prepared according to Comparative Example 4 in which the light wavelength conversion layer is located between the photoactive layer and the second electrode structure) showed a lower result than the photoelectric conversion efficiency (PCE) of Comparative Example 1 not including the optical wavelength conversion layer in 200 lux and 1,000 lux environments.

이런 결과는 상기 실외 환경에서 평가된 특성들에 따른 결과와 동일한 것으로써, 유기 태양전지의 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치하면 실외 환경은 물론 실내 환경에서도 상대적으로 우수한 특성을 보인다는 점을 알 수 있다.This result is the same as the result according to the characteristics evaluated in the outdoor environment, and when the light wavelength conversion layer of the organic solar cell is located between the first electrode and the photoactive layer, relatively excellent characteristics are obtained not only in the outdoor environment but also in the indoor environment. it can be seen that

<시험예 5> 대면적 유기 태양전지의 실내 환경(200 lux 및 1,000 lux) 특성 평가 <Test Example 5> Evaluation of indoor environment (200 lux and 1,000 lux) characteristics of large-area organic solar cells

실시예 6 및 7, 비교실시예 5 및 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지(광활성 면적 1.00 cm2)는 특성이 분석되었고, 그 결과는 하기 표 5로 나타내었다. The large-area organic solar cells (photoactive area 1.00 cm 2 ) prepared according to Examples 6 and 7 and Comparative Examples 5 and 6 were characterized, and the results are shown in Table 5 below.

유기 태양전지organic solar cell Jsc(μA/cm2)J sc (μA/cm 2 ) Voc(V)V oc (V) FF(%)FF(%) PCE(%)PCE (%) 실시예 6
(200 lux)
Example 6
(200 lux)
22.722.7 0.6470.647 63.263.2 14.814.8
실시예 7
(200 lux)
Example 7
(200 lux)
21.921.9 0.6570.657 61.361.3 14.014.0
비교실시예 5
(200 lux)
Comparative Example 5
(200 lux)
22.122.1 0.6570.657 50.650.6 11.711.7
비교실시예 6
(200 lux)
Comparative Example 6
(200 lux)
19.919.9 0.6160.616 50.150.1 9.89.8
실시예 6
(1,000 lux)
Example 6
(1,000 lux)
111.1111.1 0.7100.710 69.569.5 17.117.1
실시예 7
(1,000 lux)
Example 7
(1,000 lux)
109.8109.8 0.7120.712 67.167.1 16.316.3
비교실시예 5
(1,000 lux)
Comparative Example 5
(1,000 lux)
107.9107.9 0.7250.725 64.164.1 15.715.7
비교실시예 6
(1,000 lux)
Comparative Example 6
(1,000 lux)
108.2108.2 0.7130.713 62.962.9 15.115.1

상기 표 5에 나타난 결과를 보면, 실시예 6 및 7, 비교실시예 5 및 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지의 특성을 확인할 수 있다. 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치한 실시예 6 및 7에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지는 200 lux 및 1,000 lux에서 광 파장 변환층을 포함하지 않은 비교실시예 5에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지 및 광활성층과 제2 전극 사이에 광 파장 변환층이 위치한 비교실시예 6에 따라 제조된 대면적 유기 태양전지보다 더 우수한 성능을 나타내었다.Referring to the results shown in Table 5, the characteristics of the large-area organic solar cells prepared according to Examples 6 and 7 and Comparative Examples 5 and 6 can be confirmed. The large-area organic solar cells prepared according to Examples 6 and 7 in which the light wavelength conversion layer was positioned between the first electrode and the photoactive layer were manufactured according to Comparative Example 5 without including the light wavelength conversion layer at 200 lux and 1,000 lux It exhibited better performance than the large-area organic solar cell and the large-area organic solar cell prepared according to Comparative Example 6 in which the light wavelength conversion layer was located between the photoactive layer and the second electrode.

<시험예 6> 광 파장 변환층을 도입한 유기 태양전지의 광학 특성 평가<Test Example 6> Evaluation of optical properties of organic solar cells incorporating a light wavelength conversion layer

광활성층 박막, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막 및 복합 조성물로 광 파장 변환층을 형성한 후 그 위에 적층된 광활성층 박막을 대상으로 자외선-가시광 분광(UV-vis spectroscopy, Agilent 8453) 분석 및 발광 분광(photoluminescence spectroscopy, Perkin Elmer LS55) 분석을 수행하였다. 상기 자외선-가시광 분광 분석 및 발광 분광 분석의 결과는 도 14 및 15에 나타내었다.After forming a light wavelength conversion layer with the photoactive layer thin film, the photoactive layer thin film laminated on the electron transport layer, and the composite composition, UV-vis spectroscopy (Agilent 8453) analysis and light emission of the photoactive layer thin film laminated thereon Spectroscopy (photoluminescence spectroscopy, Perkin Elmer LS55) analysis was performed. The results of the ultraviolet-visible spectroscopic analysis and the emission spectroscopic analysis are shown in FIGS. 14 and 15 .

광활성층 박막은 상기 1.6 단계에서 제조한 광활성 조성물을 이용하여 형성하였다. 또한, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막은 상기 1.6 단계에서 제조한 광활성 조성물과 1.1 단계에서 제조한 ZnO 전구체를 이용하여 형성하였다. 또한, 전자수송 복합 조성물로 광 파장 변환층을 형성한 후 그 위에 적층된 광활성층 박막은 상기 1.6 단계에서 제조한 광활성 조성물과 1.3 단계에서 제조한 복합 조성물을 이용하여 형성하였다.The photoactive layer thin film was formed using the photoactive composition prepared in step 1.6. In addition, the photoactive layer thin film laminated on the electron transport layer was formed using the photoactive composition prepared in step 1.6 and the ZnO precursor prepared in step 1.1. In addition, after forming the light wavelength conversion layer with the electron transport composite composition, the photoactive layer thin film laminated thereon was formed using the photoactive composition prepared in step 1.6 and the composite composition prepared in step 1.3.

도 14는 광활성층 박막, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막 및 복합 조성물로 광 파장 변환층을 형성한 후 그 위에 적층된 광활성층 박막의 자외선-가시광 분광 분석의 결과를 나타낸 것이다. 도 14을 참조하면, 광 파장 변환층에 적층된 광활성층 박막의 흡광도는 광활성층 박막 및 전자수송층에 적층된 광활성층 박막의 흡광도에 비해 전반적으로 증가된 것을 볼 수 있다. 구체적으로, 광 파장 변환층에 적층된 광활성층 박막의 흡광도는 λ= 300~350 nm 영역에서 상대적으로 작으나, λ= 350~900 nm에서는 증가된 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 광 파장 변환층에 광활성층이 적층된 경우, 광활성층에서 활용할 수 있는 광의 양이 증가된 것을 의미하며, 결과적으로 유기 태양전지로 입사된 광의 일부가 광 파장 변환층에 의해 광활성층의 흡광 영역으로 전환될 수 있음을 의미한다.14 is a photoactive layer thin film, a photoactive layer thin film laminated on an electron transport layer, and a photoactive layer thin film laminated thereon after forming a light wavelength conversion layer with a composite composition shows the results of ultraviolet-visible spectroscopic analysis. Referring to FIG. 14 , it can be seen that the absorbance of the photoactive layer thin film stacked on the light wavelength conversion layer is generally increased compared to the absorbance of the photoactive layer thin film stacked on the photoactive layer thin film and the electron transport layer. Specifically, it can be seen that the absorbance of the photoactive layer thin film stacked on the light wavelength conversion layer is relatively small in the λ=300-350 nm region, but is increased at λ=350-900 nm. This result means that when the photoactive layer is laminated on the light wavelength conversion layer, the amount of light that can be utilized in the photoactive layer is increased, and as a result, some of the light incident to the organic solar cell is reduced by the light wavelength conversion layer of the photoactive layer. It means that it can be converted into a light absorption region.

도 15는 광활성층 박막, 전자수송층에 적층된 광활성층 박막 및 복합 조성물로 광 파장 변환층을 형성한 후 그 위에 적층된 광활성층 박막의 발광 분광 분석의 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로는, 도 15(a)는 광 파장 변환층이 포함하고 있는 그래핀 양자점의 흡광 피크 파장인 λ= 430 nm의 광을 통해, 여기(exciting) 후 측정된 발광 분광 특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 15(b)는 광활성층에 포함된 전자 주개 물질인 P(Cl-Cl)(BDD=0.2)의 흡광 피크 파장인 λ= 530 nm의 광을 통해 여기(exciting) 후 측정된 발광 분광 특성을 나타낸 것이며, 도 15(c)는 광활성층에 포함된 전자 받개 물질인 IT-4F의 흡광 피크 파장인 λ= 630 nm의 광을 통해 여기(exciting) 후 측정된 발광 분광 특성을 나타낸 것이다. λ= 430 nm, 530 nm 및 630 nm에서 측정한 발광 분광 특성의 측정 결과는 하기 표 6으로 나타내었다. 15 shows the results of emission spectroscopy analysis of the photoactive layer thin film, the photoactive layer thin film laminated on the electron transport layer, and the photoactive layer thin film laminated thereon after forming the light wavelength conversion layer with the composite composition. Specifically, FIG. 15(a) shows emission spectral characteristics measured after exciting through light of λ=430 nm, which is the absorption peak wavelength of graphene quantum dots included in the light wavelength conversion layer. Also, FIG. 15(b) shows emission spectroscopy measured after exciting through light of λ=530 nm, which is the absorption peak wavelength of P(Cl-Cl) (BDD=0.2), which is an electron donor material included in the photoactive layer. The characteristics are shown, and FIG. 15( c ) shows the emission spectral characteristics measured after exciting with light of λ = 630 nm, which is the absorption peak wavelength of IT-4F, an electron accepting material included in the photoactive layer. The measurement results of emission spectral characteristics measured at λ = 430 nm, 530 nm and 630 nm are shown in Table 6 below.

박막 구조thin film structure 광활성층 대비 발광 특성Light-emitting properties compared to the photoactive layer λex= 430 nmλ ex = 430 nm λex= 530 nmλ ex = 530 nm λex= 630nmλ ex = 630 nm 광활성층 박막photoactive layer thin film 100.00100.00 100.00100.00 100.00100.00 전자수송층/광활성층 박막Electron transport layer/photoactive layer thin film 111.36111.36 111.67111.67 114.79114.79 광 파장 변환층/광 활성층 박막Light wavelength conversion layer/light active layer thin film 116.58116.58 115.45115.45 118.95118.95

상기 표 6에 나타난 결과를 보면, 광 파장 변환층에 적층된 광활성층 박막의 발광 특성은 광활성층 박막 및 전자수송층에 적층된 광활성층 박막의 발광 특성에 비해서 증가한 것을 볼 수 있다. 특히, 그래핀 양자점의 흡광 영역인 λ= 430 nm 및 전자 받개 물질인 IT-4F의 흡광 영역인 λ= 630 nm의 광을 통해 여기(exciting) 후 측정된 발광 특성이 크게 증가하였다. 이러한 결과는 그래핀 양자점에 의해 전자 받개 물질인 IT-4F의 흡광 영역으로 효과적인 광 파장 변환 현상이 발생되었기 때문인 것으로 보인다.Looking at the results shown in Table 6, it can be seen that the light emitting characteristics of the photoactive layer thin film laminated on the light wavelength conversion layer increased compared to the light emitting characteristics of the photoactive layer thin film and the photoactive layer thin film laminated on the electron transport layer. In particular, the measured luminescence properties significantly increased after exciting through light of λ = 430 nm, which is the absorption region of graphene quantum dots, and λ = 630 nm, which is the absorption region of IT-4F, an electron acceptor material. This result appears to be due to the effective optical wavelength conversion to the light absorption region of IT-4F, an electron accepting material, by the graphene quantum dots.

<시험예 7> 유기 태양전지의 내부 양자효율(IQE) 거동 및 반사율 평가<Test Example 7> Evaluation of internal quantum efficiency (IQE) behavior and reflectance of organic solar cells

실시예 1 및 비교실시예 1에서 광활성층까지 형성된 박막을 대상으로 내부 양자효율(internal quantum efficiency, IQE, Mcscience) 거동 및 반사율(reflectance, Mcscience)을 측정하였고, 그 결과를 도 16에 나타내었다. In Example 1 and Comparative Example 1, internal quantum efficiency (IQE, Mcscience) behavior and reflectance (Mcscience) were measured for the thin film formed up to the photoactive layer, and the results are shown in FIG. 16 .

도 16를 참조하면, 실시예 1에서 광활성층까지 형성된 박막의 내부 양자효율(IQE)이 비교실시예 1에서 광활성층까지 형성된 박막의 내부 양자효율(IQE)보다 전반적으로 더 증가하였다. 도 16과 도 12(b)를 참조하면, 광 파장 변환층을 포함하는 유기 태양전지 내지 박막의 광 효율은 광 파장 변환층을 포함하지 않는 유기 태양전지 내지 박막에 비해서 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1에서 광활성층까지 형성된 박막의 반사율은 λ= 350 ~ 700 nm에서 비교실시예 1에서 광활성층까지 형성된 박막의 반사율보다 감소하였다. Referring to FIG. 16 , the internal quantum efficiency (IQE) of the thin film formed from Example 1 to the photoactive layer was overall higher than the internal quantum efficiency (IQE) of the thin film formed from Comparative Example 1 to the photoactive layer. Referring to FIGS. 16 and 12 ( b ), it can be seen that the optical efficiency of the organic solar cell or thin film including the optical wavelength conversion layer is improved compared to the organic solar cell or the thin film that does not include the optical wavelength conversion layer. In addition, the reflectance of the thin film formed from Example 1 to the photoactive layer was decreased than that of the thin film formed from Comparative Example 1 to the photoactive layer at λ=350 to 700 nm.

<시험예 8> 실외 환경(1 sun) 및 실내 환경(200 lux 및 1,000 lux)에서 유기 태양전지의 저항 특성 평가<Test Example 8> Evaluation of resistance characteristics of organic solar cells in outdoor environments (1 sun) and indoor environments (200 lux and 1,000 lux)

실시예 1 내지 6 및 비교실시예 1 내지 5에서 제조된 유기 태양전지를 실외 환경(1 sun)에서 시리즈 저항(series resistance, R s ), 션트 저항(shunt resistance, R sh )을 측정 하였다. 또한, 실시예 1 및 6, 비교실시예 1 및 5에서 제조된 유기 태양전지를 실내 환경(200 lux 및 1,000 lux)에서 시리즈 저항(series resistance, R s ), 션트 저항(shunt resistance, R sh )을 측정하였다. 시리즈 저항(R s )과 션트 저항(R sh )은 상기 시험예 2 내지 시험예 5에서 분석된 전류-전압 곡선의 개방 전압(Voc)과 단락 전류밀도(Jsc) 부근의 기울기의 역수로 계산되었으며, 제조된 유기 태양전지 내 등가 회로를 형성하여 산출되었다. 상기 시험예 2 및 시험예 3에서와 같이 실외 환경(1 sun)에서 측정된 시리즈 저항(R s )과 션트 저항(R sh )은 하기 표 7로 나타냈다. 또한, 상기 시험예 4 및 시험예 5에서와 같이 실내 환경(200 lux 및 1,000 lux)에서 측정된 시리즈 저항(R s )과 션트 저항(R sh )은 하기 표 8로 나타내었다. 상기 메커니즘은 [ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 3885-3894] 문헌을 참고하였다.The organic solar cells prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 were measured for series resistance ( R s ) and shunt resistance ( R sh ) in an outdoor environment (1 sun). In addition, the organic solar cells prepared in Examples 1 and 6 and Comparative Examples 1 and 5 were subjected to series resistance ( R s ), shunt resistance ( R sh ) in an indoor environment (200 lux and 1,000 lux). was measured. The series resistance ( R s ) and the shunt resistance ( R sh ) are the inverse of the slope of the open-circuit voltage (V oc ) and the short-circuit current density (J sc ) of the current-voltage curve analyzed in Test Examples 2 to 5 above. It was calculated, and it was calculated by forming an equivalent circuit in the prepared organic solar cell. As in Test Examples 2 and 3, the series resistance ( R s ) and the shunt resistance ( R sh ) measured in an outdoor environment (1 sun) are shown in Table 7 below. In addition, as in Test Examples 4 and 5, the series resistance ( R s ) and the shunt resistance ( R sh ) measured in an indoor environment (200 lux and 1,000 lux) are shown in Table 8 below. The mechanism was referred to in [ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 3885-3894].

유기 태양전지organic solar cell PCE(%)PCE (%) R s (Ω·cm2) R s (Ω cm 2 ) R sh (Ω·cm2) R sh (Ω cm 2 ) 실시예 1Example 1 14.014.0 3.13.1 2,1272,127 실시예 2Example 2 13.513.5 3.93.9 2,0342,034 실시예 3Example 3 12.912.9 3.93.9 1,9661,966 실시예 4Example 4 13.313.3 3.83.8 1,8051,805 실시예 5Example 5 12.612.6 4.34.3 991991 비교실시예 1Comparative Example 1 12.512.5 4.04.0 874874 비교실시예 2Comparative Example 2 12.212.2 4.54.5 1,0341,034 비교실시예 3Comparative Example 3 12.012.0 6.66.6 870870 비교실시예 4Comparative Example 4 11.611.6 7.17.1 1,2291,229 실시예 6
(대면적)
Example 6
(Large area)
11.711.7 11.511.5 1,4231,423
비교실시예 5
(대면적)
Comparative Example 5
(Large area)
10.610.6 11.811.8 985985

유기 태양전지organic solar cell PCE(%)PCE (%) R s (Ω·cm2) R s (Ω cm 2 ) R sh (Ω·cm2) R sh (Ω cm 2 ) 실시예 1
(200 lux)
Example 1
(200 lux)
17.617.6 2,1282,128 104,971104,971
비교실시예 1
(200 lux)
Comparative Example 1
(200 lux)
12.512.5 3,3923,392 90,18090,180
실시예 6
(대면적, 200 lux)
Example 6
(Large area, 200 lux)
14.814.8 2,2782,278 115,394115,394
비교실시예5
(대면적, 200 lux)
Comparative Example 5
(Large area, 200 lux)
11.711.7 2,9932,993 74,36474,364
실시예 1
(1,000 lux)
Example 1
(1,000 lux)
19.619.6 399399 132,511132,511
비교실시예
(1,000 lux)
Comparative Example
(1,000 lux)
17.217.2 414414 125,269125,269
실시예 6
(대면적, 1,000 lux)
Example 6
(Large area, 1,000 lux)
17.117.1 317317 238,211238,211
비교실시예 5
(대면적, 1,000 lux)
Comparative Example 5
(Large area, 1,000 lux)
15.715.7 432432 110,708110,708

상기 표 7에 나타난 결과를 보면, 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치한 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 유기 태양전지는 대체적으로 비교실시예 1내지 5에 따라 제조된 유기 태양전지에 비해서 낮은 시리즈 저항(R s )과 높은 션트 저항(R sh )을 가진 것으로 나타났다. 일반적으로, 회로의 직렬 저항인 시리즈 저항(R s )은 낮은 값일 때 전하의 이동이 원활해지는 경향이 있으며, 회로의 병렬 저항인 션트 저항(R sh )은 높은 값일 때 전하의 재결합이 감소되는 경향이 있다. 우수한 성능이란 낮은 시리즈 저항(R s )과 높은 션트 저항(R sh ) 값을 의미하며, 실시예 1 내지 6은 대체적으로 낮은 시리즈 저항(R s )과 높은 션트 저항(R sh )을 가져 생성된 전하의 활용을 극대화할 수 있음을 나타내고 있다. Looking at the results shown in Table 7, the organic solar cells prepared according to Examples 1 to 6 in which the light wavelength conversion layer is located between the first electrode and the photoactive layer are generally organic solar cells prepared according to Comparative Examples 1 to 5 It was found to have a low series resistance ( R s ) and a high shunt resistance ( R sh ) compared to the battery. In general, the series resistance ( R s ), the series resistance of a circuit, tends to move more smoothly when the value is low, and the shunt resistance ( R sh ), the parallel resistance of the circuit, tends to decrease the recombination of charges when the value is high. There is this. Excellent performance means low series resistance ( R s ) and high shunt resistance ( R sh ) values, and Examples 1 to 6 generally have low series resistance ( R s ) and high shunt resistance ( R sh ). It shows that the utilization of electric charge can be maximized.

상기 표 8에 나타난 결과를 보면, 광 파장 변환층이 제1 전극과 광활성층 사이에 위치한 실시예 1 및 6에 따라 제조된 유기 태양전지는 비교실시예 1 및 5에 따라 제조된 유기 태양전지에 비해서 낮은 시리즈 저항(R s )과 높은 션트 저항(R sh )을 가진 것으로 나타났다. 특히 실내 환경에서는 광량이 절대적으로 부족하므로 생성되는 전하의 효과적인 활용이 중요한데, 실시예 1 및 6에 따라 제조된 유기 태양전지는 상대적으로 낮은 시리즈 저항(R s )과 높은 션트 저항(R sh )을 가져 생성된 전하의 활용을 극대화할 수 있음을 나타내고 있다.Referring to the results shown in Table 8, the organic solar cells prepared according to Examples 1 and 6, in which the light wavelength conversion layer was located between the first electrode and the photoactive layer, were compared to the organic solar cells prepared according to Comparative Examples 1 and 5. It was found to have a low series resistance ( R s ) and a high shunt resistance ( R sh ) compared to them. In particular, in an indoor environment, since the amount of light is absolutely insufficient, effective utilization of the generated electric charge is important. The organic solar cells manufactured according to Examples 1 and 6 have a relatively low series resistance ( R s ) and a high shunt resistance ( R sh ). This indicates that the utilization of the generated charge can be maximized.

<시험예 9> 유기 태양전지의 박막 형상성 특성 평가<Test Example 9> Evaluation of thin film shape characteristics of organic solar cells

실시예 1에서 형성된 광 파장 변환층 및 비교실시예 1에서 형성된 전자수송층을 대상으로 박막 형상성 특성을 확인하기 위해서, 전계 방출형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, SU8010, Hitachi), 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy, AFM, Park system, XE-150)을 통해 분석되었고, 그 결과를 각각 도 17 및 도 18에 나타내었다. In order to confirm the thin film shape characteristics of the light wavelength conversion layer formed in Example 1 and the electron transport layer formed in Comparative Example 1, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, SU8010, Hitachi) ), were analyzed through atomic force microscopy (AFM, Park system, XE-150), and the results are shown in FIGS. 17 and 18, respectively.

실시예 1에서 광 파장 변환층을 형성하기 위해 제조되는 복합 조성물을 ITO 글래스 위에 스핀 코팅하여 광 파장 변환층 박막을 형성하였고, 비교실시예 1에서 전자수송층을 형성하기 위해 제조되는 ZnO 전구체를 ITO 글래스 위에 스핀 코팅하여 전자수송층 박막을 형성하였다.The composite composition prepared to form the light wavelength conversion layer in Example 1 was spin-coated on ITO glass to form a light wavelength conversion layer thin film, and the ZnO precursor prepared to form the electron transport layer in Comparative Example 1 was applied to ITO glass. A thin film of the electron transport layer was formed by spin coating on it.

도 17(a)는 전계 방출형 주사전자현미경으로 전자수송층 박막의 형상을 나타낸 것이고, 도 18(a)는 원자힘현미경으로 전자수송층 박막의 형상을 나타낸 것이다. 도 17(a) 및 18(a)에서 나타난 바와 같이, 전자수송층 박막은 일정한 결정 구조와 균일한 박막 형상성을 보이며, 2.57 nm의 근제곱평균 거칠기(root mean square roughness, RMS roughness)를 보였다.Fig. 17 (a) shows the shape of the electron transport layer thin film with a field emission scanning electron microscope, and Fig. 18 (a) shows the shape of the electron transport layer thin film with an atomic force microscope. As shown in FIGS. 17(a) and 18(a), the electron transport layer thin film exhibited a uniform crystal structure and uniform thin film shape, and a root mean square roughness (RMS roughness) of 2.57 nm.

도 17(b)는 전계 방출형 주사전자현미경으로 광 파장 변환층 박막의 형상을 나타낸 것이고, 도 18(b)는 원자힘현미경으로 광 파장 변환층 박막의 형상을 나타낸 것이다. 도 17(b) 및 18(b)에서 나타난 바와 같이, 광 파장 변환층 박막은 비교적 작고 일정한 결정 구조와 균일한 박막 형상성을 보였으며, 1.35 nm의 상대적으로 낮은 근제곱평균 거칠기를 보였다.Fig. 17 (b) shows the shape of the optical wavelength conversion layer thin film with a field emission scanning electron microscope, and Fig. 18 (b) shows the shape of the optical wavelength conversion layer thin film with an atomic force microscope. As shown in FIGS. 17(b) and 18(b), the optical wavelength conversion layer thin film exhibited a relatively small and uniform crystal structure and uniform thin film shape, and showed a relatively low root-mean-square roughness of 1.35 nm.

추가적으로, 상기 전자수송층 박막 위에 광활성층을 형성한 뒤 원자힘현미경으로 표면 형상성 특성을 평가하였으며, 이 결과를 도 19(a)에 나타냈다. 도 19(a)에서 나타난 바와 같이, 상기 전자수송층 박막 위에 형성된 광활성층은 어둡고 밝은 색으로 표현되는 큰 뭉침이 관찰되었으며, 1.36 nm의 근제곱평균 거칠기를 보였다. 또한, 상기 광 파장 변환층 박막 위에 광활성층을 형성한 뒤 원자힘현미경으로 표면 형상성 특성을 평가하였으며, 이 결과를 도 19(b)에 나타냈다. 도 19(b)에서 나타난 바와 같이, 비교적 균일하게 퍼진 형상이 관찰되었으며, 1.03 nm의 상대적으로 낮은 근제곱평균 거칠기를 보였다. 이러한 결과를 통해 광 파장 변환층이 형성된 박막이 보다 균일한 표면을 가지고 있음을 알 수 있다.Additionally, after forming the photoactive layer on the electron transport layer thin film, the surface shape characteristics were evaluated with an atomic force microscope, and the results are shown in FIG. 19( a ). As shown in FIG. 19( a ), the photoactive layer formed on the electron transport layer thin film had large agglomerations expressed in dark and bright colors, and showed a root mean square roughness of 1.36 nm. In addition, after forming the photoactive layer on the light wavelength conversion layer thin film, the surface shape characteristics were evaluated by an atomic force microscope, and the result is shown in FIG. 19(b). As shown in FIG. 19(b), a relatively uniformly spread shape was observed, and a relatively low root-mean-square roughness of 1.03 nm was observed. From these results, it can be seen that the thin film on which the optical wavelength conversion layer is formed has a more uniform surface.

<시험예 10> 유기 태양전지의 장기안정성 평가<Test Example 10> Long-term stability evaluation of organic solar cells

실시예 1 및 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 장기 안정성을 평가하기 위해, 각 유기 태양전지를 약 1,200 hr 동안 보관하면서 평가하였다. 1,200 hr 동안 장기안정성 평가 결과는 도 20에 나타냈으며, 구체적으로는 도 20(a)에 광전 변환 효율(PCE), 도 20(b)에 개방 전압(Voc), 도 20(c)에 단락 전류밀도(Jsc) 및 도 20(d)에 필 팩터(FF)를 나타내었다. 도 20(a)를 참조하면, 비교실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 광전 변환 효율(PCE)은 초기에 12.5%에서 약 1,200 hr 이후 8.9%로 감소하여 약 28.8%의 감소율을 나타냈다. 반면에 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지의 광전 변환 효율(PCE)은 초기에 14.0%에서 약 1,200 hr 이후 13.2%로 감소하여 약 5.7%의 감소율을 나타냈다. 즉, 실시예 1에 따라 제조된 유기 태양전지는 상대적으로 우수한 장기안정성을 나타냈다. 특히, 도 20(b) 내지 도 20(d)를 참조하면, 상기 광전 변환 효율(PCE)의 감소율 차이는 필 팩터(FF)의 변화에 의해 발생되는 것을 알 수 있다. In order to evaluate the long-term stability of the organic solar cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1, each organic solar cell was evaluated while being stored for about 1,200 hr. The long-term stability evaluation result for 1,200 hr is shown in FIG. 20, specifically, the photoelectric conversion efficiency (PCE) in FIG. 20(a), the open-circuit voltage (V oc ) in FIG. 20(b), and the short circuit in FIG. 20(c). The current density (J sc ) and the fill factor (FF) are shown in FIG. 20(d). Referring to FIG. 20( a ), the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the organic solar cell prepared according to Comparative Example 1 decreased from 12.5% initially to 8.9% after about 1,200 hr, indicating a reduction rate of about 28.8%. On the other hand, the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the organic solar cell prepared according to Example 1 decreased from 14.0% initially to 13.2% after about 1,200 hr, indicating a decrease rate of about 5.7%. That is, the organic solar cell prepared according to Example 1 exhibited relatively excellent long-term stability. In particular, referring to FIGS. 20(b) to 20(d) , it can be seen that the difference in the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency PCE is caused by a change in the fill factor FF.

본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 상기 실시예, 비교실시예, 시험예를 통하여 광 파장 변환층을 포함하는 유기 태양전지의 제조방법을 설명 하였으나, 이를 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 상기 예시 들을 만족하는 어떠한 제조 방법도 무방하다.In the present invention, as described above, a method for manufacturing an organic solar cell including a light wavelength conversion layer has been described through the Examples, Comparative Examples, and Test Examples, but it is not necessary to specifically limit it, and it is not necessary to satisfy the above examples. Any manufacturing method may be used.

110: 투명기판 140: 광활성층
120: 제1 전극 150: 제2 전하수송층
130: 제1 전하수송층 160: 제2 전극
110: transparent substrate 140: photoactive layer
120: first electrode 150: second charge transport layer
130: first charge transport layer 160: second electrode

Claims (19)

순차 적층된 수광전극 및 광활성층을 포함하고,
상기 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함하며,
상기 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함하고,
상기 무기 반도체 화합물은 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환하며,
상기 제1 파장의 광은 250 nm 이상 450 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광이고,
상기 제2 파장의 광은 550 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광이며,
상기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼합되어 있는 벌크-이종접합 구조를 기반으로 형성되고,
상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 7 내지 화학식 10로 표시되는 삼성분 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 태양전지:
[화학식 7]
Figure 112021026219614-pat00058

[화학식 8]
Figure 112021026219614-pat00059

[화학식 9]
Figure 112021026219614-pat00060

[화학식 10]
Figure 112021026219614-pat00061

상기 화학식 7 내지 화학식 10에서, n은 1 내지 10,000 사이의 정수이다.
It includes a sequentially stacked light-receiving electrode and a photoactive layer,
and a light wavelength conversion layer between the light-receiving electrode and the photoactive layer,
The light wavelength conversion layer includes an inorganic semiconductor compound,
The inorganic semiconductor compound converts light of a first wavelength into light of a second wavelength,
The light of the first wavelength is light of a wavelength having a peak of 250 nm or more and less than 450 nm,
The light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 550 nm or more and less than 850 nm,
The photoactive layer is formed based on a bulk-heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed,
The electron donor material is at least one solar cell selected from the group consisting of ternary copolymers represented by the following Chemical Formulas 7 to 10:
[Formula 7]
Figure 112021026219614-pat00058

[Formula 8]
Figure 112021026219614-pat00059

[Formula 9]
Figure 112021026219614-pat00060

[Formula 10]
Figure 112021026219614-pat00061

In Formulas 7 to 10, n is an integer between 1 and 10,000.
제1항에 있어서,
상기 제2 파장의 광은 550 nm 이상 650 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광 및 650 nm 이상 850 nm 미만의 피크를 가지는 파장의 광인 태양전지.
According to claim 1,
The light of the second wavelength is light of a wavelength having a peak of 550 nm or more and less than 650 nm and light of a wavelength having a peak of 650 nm or more and less than 850 nm.
제1항에 있어서,
상기 수광전극과 광활성층 사이에 전자수송층을 추가로 포함하는 태양전지.
According to claim 1,
A solar cell further comprising an electron transport layer between the light receiving electrode and the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 광 파장 변환층은 전도성 고분자 및 금속 산화물로 이루는 군에서 적어도 하나 이상을 추가로 포함하는 태양전지.
According to claim 1,
The light wavelength conversion layer is a solar cell further comprising at least one or more from the group consisting of a conductive polymer and a metal oxide.
제4항에 있어서,
전도성 고분자는 하기 화학식 1로 나타내는 중합단위를 포함하고, 금속 산화물은 Zn, Ba Li 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 금속 산화물인 태양전지:
[화학식 1]
Figure 112020068456993-pat00018

상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2로 나타내고,
[화학식 2]
Figure 112020068456993-pat00019

상기 화학식 2에서, p는 0 내지 10 사이의 정수이고, 상기 화학식 M은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 나타내며,
[화학식 2-1]
Figure 112020068456993-pat00020

상기 화학식 2-1에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기 및 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택되고,
[화학식 2-2]
Figure 112020068456993-pat00021

상기 화학식 2-2에서, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 히드록시기 또는 설폰산기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택되며, 질소 양이온은 할로겐 이온과 결합 또는 결합하지 않고,
상기 화학식 1에서, Ar은 단일결합; 또는 하기 화학식 3 내지 6으로 나타나는 단위구조; 중 하나이며,
[화학식 3]
Figure 112020068456993-pat00022

[화학식 4]
Figure 112020068456993-pat00023

[화학식 5]
Figure 112020068456993-pat00024

[화학식 6]
Figure 112020068456993-pat00025

상기 화학식 3에서, R8 및 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 화학식 4에서, Q1은 산소원자 또는 황원자이며,
상기 화학식 5에서, Q2는 산소원자 또는 황원자이다.
5. The method of claim 4,
A solar cell in which the conductive polymer includes a polymerization unit represented by the following Chemical Formula 1, and the metal oxide is at least one metal oxide selected from the group consisting of Zn, Ba Li and Ti:
[Formula 1]
Figure 112020068456993-pat00018

In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently represented by Formula 2 below,
[Formula 2]
Figure 112020068456993-pat00019

In Formula 2, p is an integer between 0 and 10, and Formula M is represented by Formula 2-1 or Formula 2-2 below,
[Formula 2-1]
Figure 112020068456993-pat00020

In Formula 2-1, R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group and an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms that is unsubstituted or substituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group,
[Formula 2-2]
Figure 112020068456993-pat00021

In Formula 2-2, R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group, 2 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted with a hydroxyl group or a sulfonic acid group is selected from the group consisting of an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms that is unsubstituted or substituted with an alkenyl group, a hydroxyl group or a sulfonic acid group, and the nitrogen cation is not bonded or bonded to a halogen ion;
In Formula 1, Ar is a single bond; or a unit structure represented by the following Chemical Formulas 3 to 6; is one of
[Formula 3]
Figure 112020068456993-pat00022

[Formula 4]
Figure 112020068456993-pat00023

[Formula 5]
Figure 112020068456993-pat00024

[Formula 6]
Figure 112020068456993-pat00025

In Formula 3, R 8 and R 9 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkyl group selected from the group consisting of nyl groups,
In Formula 4, Q 1 is an oxygen atom or a sulfur atom,
In Formula 5, Q 2 is an oxygen atom or a sulfur atom.
제1항에 있어서,
광 파장 변환층은 수광전극의 표면으로부터 0.5 내지 220 nm 간격에 위치한 태양전지.
According to claim 1,
The light wavelength conversion layer is a solar cell located 0.5 to 220 nm apart from the surface of the light receiving electrode.
제1항에 있어서,
수광전극의 반대전극인 제2 전극을 추가로 포함하고,
상기 수광전극과 제2 전극 사이에 광활성층을 포함하며,
상기 광활성층과 제2 전극 사이에 상기 광 파장 변환층을 추가로 포함하는 태양전지.
According to claim 1,
Further comprising a second electrode opposite to the light-receiving electrode,
A photoactive layer is included between the light-receiving electrode and the second electrode,
A solar cell further comprising the light wavelength conversion layer between the photoactive layer and the second electrode.
순차 적층된 수광전극 및 광활성층을 포함하고,
상기 수광전극과 광활성층 사이에 광 파장 변환층을 포함하며,
상기 광 파장 변환층은 무기 반도체 화합물을 포함하고,
상기 무기 반도체 화합물은 Ⅳ족 원소, Ⅱ-Ⅵ족 반도체 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물 및 Ⅳ-Ⅳ족 반도체 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이며,
상기 광활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 혼합되어 있는 벌크-이종접합 구조를 기반으로 형성되고,
상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 7 내지 화학식 10로 표시되는 삼성분 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 태양전지:
[화학식 7]
Figure 112021026219614-pat00062

[화학식 8]
Figure 112021026219614-pat00063

[화학식 9]
Figure 112021026219614-pat00064

[화학식 10]
Figure 112021026219614-pat00065

상기 화학식 7 내지 화학식 10에서, n은 1 내지 10,000 사이의 정수이다.
It includes a sequentially stacked light-receiving electrode and a photoactive layer,
and a light wavelength conversion layer between the light-receiving electrode and the photoactive layer,
The light wavelength conversion layer includes an inorganic semiconductor compound,
The inorganic semiconductor compound is at least one selected from the group consisting of a group IV element, a group II-VI semiconductor compound, a group III-V semiconductor compound, and a group IV-IV semiconductor compound,
The photoactive layer is formed based on a bulk-heterojunction structure in which an electron donor material and an electron acceptor material are mixed,
The electron donor material is at least one solar cell selected from the group consisting of ternary copolymers represented by the following Chemical Formulas 7 to 10:
[Formula 7]
Figure 112021026219614-pat00062

[Formula 8]
Figure 112021026219614-pat00063

[Formula 9]
Figure 112021026219614-pat00064

[Formula 10]
Figure 112021026219614-pat00065

In Formulas 7 to 10, n is an integer between 1 and 10,000.
제8항에 있어서,
무기 반도체 화합물은 양자점 형태의 반도체 화합물을 포함하는 태양전지.
9. The method of claim 8,
The inorganic semiconductor compound is a solar cell comprising a semiconductor compound in the form of quantum dots.
제9항에 있어서,
양자점 형태의 반도체 화합물은,
탄소 양자점, 그래핀 양자점, 실리콘 양자점, 산화 아연 양자점, 산화 카드뮴 양자점, 황화 아연 양자점, 황화 카드뮴 양자점, 셀레늄화 아연 양자점, 셀레늄화 카드뮴 양자점, 텔루늄화 아연 양자점, 텔루늄화 카드뮴 양자점, 질화 갈륨 양자점, 인화 갈륨 양자점, 비소화 갈륨 양자점, 안티몬화 갈륨 양자점, 질화 인듐 양자점, 인화 인듐 양자점, 비소화 인듐 양자점, 안티몬화 인듐 양자점 및 탄화 실리콘 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 태양전지.
10. The method of claim 9,
A semiconductor compound in the form of a quantum dot,
Carbon quantum dots, graphene quantum dots, silicon quantum dots, zinc oxide quantum dots, cadmium oxide quantum dots, zinc sulfide quantum dots, cadmium sulfide quantum dots, zinc selenide quantum dots, cadmium selenide quantum dots, zinc tellunide quantum dots, cadmium tellunide quantum dots, gallium nitride quantum dots, At least one solar cell selected from the group consisting of gallium phosphide quantum dots, gallium arsenide quantum dots, gallium antimonide quantum dots, indium nitride quantum dots, indium phosphide quantum dots, indium arsenide quantum dots, indium antimonide quantum dots, and silicon carbide quantum dots.
제8항에 있어서,
광 파장 변환층에서 무기 반도체 화합물의 함량은 상온에서 1 내지 104 g/cm3인 태양전지.
9. The method of claim 8,
A solar cell in which the content of the inorganic semiconductor compound in the light wavelength conversion layer is 1 to 10 4 g/cm 3 at room temperature.
제8항에 있어서,
광 파장 변환층의 두께는 1 내지 300 nm 범위인 태양전지.
9. The method of claim 8,
The thickness of the light wavelength conversion layer is in the range of 1 to 300 nm solar cell.
제8항에 있어서,
수광전극의 반대전극인 제2 전극을 추가로 포함하고,
상기 수광전극과 제2 전극 사이에 광활성층을 포함하며,
상기 광활성층과 제2 전극 사이에 상기 광 파장 변환층을 추가로 포함하는 태양전지.
9. The method of claim 8,
Further comprising a second electrode opposite to the light-receiving electrode,
A photoactive layer is included between the light-receiving electrode and the second electrode,
A solar cell further comprising the light wavelength conversion layer between the photoactive layer and the second electrode.
제1항 또는 제8항에 있어서,
수광전극은 산화금속 박막으로 형성되며,
상기 산화금속 박막은 ITO(인듐틴옥사이드)막, FTO(플루오르화틴옥사이드)막, IZO(인듐징크옥사이드)막, AZO(알루미늄도프드옥사이드)막, ZnO(징크옥사이드)막 및 IZTO(인듐징크틴옥사이드)막으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 형성된 태양전지.
9. The method of claim 1 or 8,
The light-receiving electrode is formed of a metal oxide thin film,
The metal oxide thin film is an ITO (indium tin oxide) film, FTO (tin fluoride oxide) film, IZO (indium zinc oxide) film, AZO (aluminum doped oxide) film, ZnO (zinc oxide) film and IZTO (indium zinc tin oxide) film A solar cell formed of at least one selected from the group consisting of oxide) films.
삭제delete 제1항에 있어서,
전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질의 혼합 비(w/w)는 1:0.5 내지 1:2인 태양전지.
According to claim 1,
The mixing ratio (w/w) of the electron donor material and the electron acceptor material is 1:0.5 to 1:2.
제1항에 있어서,
전자 받개 물질은 풀러렌 유도체 및 비풀러렌 유도체로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하는 태양전지.
According to claim 1,
The electron acceptor material is a solar cell comprising at least one or more from the group consisting of fullerene derivatives and non-fullerene derivatives.
제11항에 있어서,
전자 주개 물질은 PTB7(CAS No. 1266549-31-8), PTB7-Th(CAS No. 1469791-66-9), PBDB-T(CAS No.145929-80-4) 및 PBDB-T-2F(CAS No. 1802013-83-7)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 태양전지.
12. The method of claim 11,
Electron donor materials include PTB7 (CAS No. 1266549-31-8), PTB7-Th (CAS No. 1469791-66-9), PBDB-T (CAS No. 145929-80-4) and PBDB-T-2F ( CAS No. 1802013-83-7) at least one solar cell selected from the group consisting of.
제1항 또는 제8항에 있어서,
광활성 면적이 0.001 내지 10 cm2인 태양전지.
9. The method of claim 1 or 8,
A solar cell with a photoactive area of 0.001 to 10 cm 2 .
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