KR20050009982A - Semiconductor-nanocrystal /conjugated polymer thin films - Google Patents

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KR20050009982A KR10-2004-7014717A KR20047014717A KR20050009982A KR 20050009982 A KR20050009982 A KR 20050009982A KR 20047014717 A KR20047014717 A KR 20047014717A KR 20050009982 A KR20050009982 A KR 20050009982A
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Abstract

본 발명은 고 로딩량으로 반도체-중합체에 분산된 무기 반도체-나노결정을 포함하는 박막 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 또한 박막을 포함하는 광기전 장치도 개시한다.The present invention provides a thin film comprising an inorganic semiconductor-nanocrystal dispersed in a semiconductor-polymer at a high loading amount and a method of manufacturing the same. The present invention also discloses a photovoltaic device comprising a thin film.

Description

반도체 나노결정/콘쥬게이트 중합체 박막{Semiconductor-nanocrystal /conjugated polymer thin films}Semiconductor-nanocrystal / conjugated polymer thin films}

최초의 태양전지는 결정성 실리콘 웨이퍼로 부터 1950년대 중반에 제작되었다. 당시에는 가장 효과적인 장치가 태양력의 6%를 전력으로 전환하였다. 과거 50년간에 걸친 태양전지 기술에서의 진보는 가장 효율이 좋은 Si 전지에서 25%와 전지 어레이로된 시판되는 Si 모듈에서 10%를 초래하였다. 결정 및 다결정 형태의 Si가 태양전지에서 가장 일반적인 재료 유형이지만, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드 및 카드뮴 텔루라이드와 같은 다른 반도체도 더 고효율의 차세대 태양전지로서 연구되고 있다. 특히, 복수의 밴드 갭이 단일 장치에 층을 이루고 있는 탄뎀 전지와 같이 GaInP, GaAs 및 Ge를 이용하는 고효율 구조는 34%의 기록적인 효율을 달성하였다.The first solar cells were fabricated in the mid-1950's from crystalline silicon wafers. At that time, the most effective devices converted 6% of solar power into electricity. Advances in solar cell technology over the past 50 years have resulted in 25% of the most efficient Si cells and 10% of commercially available Si modules in cell arrays. While crystalline and polycrystalline forms of Si are the most common material types in solar cells, other semiconductors such as gallium arsenide, indium phosphide and cadmium telluride are also being studied as next generation solar cells with higher efficiency. In particular, high-efficiency structures using GaInP, GaAs, and Ge, such as tandem cells where multiple band gaps are layered on a single device, have achieved a record efficiency of 34%.

이러한 인상적인 효율에도 불구하고, 종래 기술의 태양전지의 제작 비용이 많이 소요되어 전력 공급원으로서 보급되는 것을 제한한다. 종래기술의 시판되는 실리콘 태양전지의 작성은 4개의 주요 공정을 포함한다: 반도체 재료의 성장, 웨이퍼로 분리, 장치 및 그의 접합부의 형성 및 캡슐화. 전지 제작만의 경우, 태양 전지를 만드는데에는 13개 단계가 필요하며, 이들 13개 단계중, 5단계는 고온(300℃-1000℃), 고 진공 또는 이들 모두를 필요로 한다. 또한, 용융물로 부터 반도체의 생장은 불활성 아르곤 분위기하 1400℃ 보다 큰 온도에서 실시한다. 고효율 장치(>10%)를 얻기 위해서는, 태양광을 장치에 집중시키는 집광기(concentrator) 계, 복수의 반도체 및 더 많은 광을 흡수하기 위한 양자 우물(quantum well), 또는 GaGs 및 InP와 같은 고성능 반도체를 포함하는 구조가 필요하다. 성능상 이점은 제작 단계 수의 복수화로 인한 제작비용의 증가를 초래한다. 지금까지, 이들 고성능 구조는 단위 중량당 효율이 제작 비용만큼 중요한 우주선 및 인공위성과 같은 우주 장치에 주로 이용되어 왔다.Despite these impressive efficiencies, the manufacturing cost of the solar cells of the prior art is high, limiting their spread as a power source. The production of commercially available silicon solar cells of the prior art involves four main processes: growth of semiconductor materials, separation into wafers, formation and encapsulation of devices and their junctions. For cell manufacturing alone, 13 steps are required to make a solar cell, of which 5 steps require high temperature (300 ° C.-1000 ° C.), high vacuum, or both. In addition, growth of the semiconductor from the melt is carried out at a temperature higher than 1400 ° C. under an inert argon atmosphere. To obtain a high efficiency device (> 10%), a concentrator system that concentrates sunlight into the device, a plurality of semiconductors and a quantum well to absorb more light, or high performance semiconductors such as GaGs and InP It is necessary to include a structure. The performance advantage results in an increase in manufacturing cost due to the plural number of manufacturing steps. Until now, these high performance structures have been used primarily in space devices such as spacecraft and satellites where efficiency per unit weight is as important as manufacturing costs.

종래기술의 태양 장치와 관련된 다른 문제는 제작 재료의 비용이 비싼 점이다. 1kW의 모듈 출력에 필요한 실리콘의 양은 약 20 kg 이다. $20/kg이라 할 때, 전자 등급 실리콘에 대한 재료 비용은 저렴한 제조 부분에 의해 부분적으로 보조될 수 있다. 고 독성 가스와 함께 합성된 GaAs와 같은 다른 재료는 $400/kg 비용으로 20배 정도 더 높다. 태양 전지는 대면적 장치이기 때문에, 그러한 재료의 비용은 저렴한 전지의 생산을 방해한다. 그 결과, 무정형 Si, CdTe 및 CuInSe2와 같이, 수 미크론 두께의 활성층을 갖는 박막 장치가 연구되고 있다. 1991년에 O'Regan 등은 저렴한 TiO2나노결정 및 유기 염료로 구성된 광화학적 태양전지에 관한 발명을 보고하였다. O'Reganet al. Nature353, 737 (1991).Another problem associated with prior art solar devices is the high cost of the fabrication material. The amount of silicon required for a module output of 1 kW is about 20 kg. At $ 20 / kg, the material cost for electronic grade silicon can be partially subsidized by inexpensive manufacturing. Other materials, such as GaAs synthesized with highly toxic gases, are about 20 times higher at a cost of $ 400 / kg. Since solar cells are large area devices, the cost of such materials hinders the production of inexpensive cells. As a result, thin film devices having active layers of several microns in thickness, such as amorphous Si, CdTe and CuInSe 2 , have been studied. In 1991, O'Regan et al. Reported an invention on photochemical solar cells consisting of inexpensive TiO 2 nanocrystals and organic dyes. O'Regan et al. Nature 353, 737 (1991).

C60층이 증발되는 폴리티오펜의 유도체를 스핀 캐스팅하는 것에 의한 2층장치는 23%의 최대 외부 양자 효율(EQE)에 도달할 수 있었다. 50% 정도의 더 높은 효율은 C60및 MEH-PPV의 유도체를 단층 장치용 균질 막에 블렌딩하는 것에 의해 얻을 수 있었다. 효율의 더 이상의 개선은 호핑, 및 장치 흡수와 태양 방출 스펙트럼간의 낮은 중첩을 특징으로 하는 C60의 불량한 전자 수송 특성에 의해 제한되고 있다. Greenham. N.C.et al., Phys Rev.B, Vol.54, No. 24, Dec 1996.By spin casting a derivative of polythiophene where the C 60 layer was evaporated, the two layer apparatus could reach a maximum external quantum efficiency (EQE) of 23%. Higher efficiency, on the order of 50%, could be obtained by blending derivatives of C 60 and MEH-PPV into homogeneous membranes for monolayer devices. Further improvements in efficiency are limited by hopping and poor electron transport properties of C 60 , which is characterized by low overlap between device absorption and solar emission spectra. Greenham. NC et al., Phys Rev. B, Vol. 54 , No. 24, Dec 1996.

폴리(3-헥실티오펜)에 CdSe 입자를 사용하는 것은 이미 제안된 바 있다. Alivisatorset al. Adv. Mater. 1999, 11, No. 11 참조. 이것은 13 nm 크기 미만의 나노입자의 사용만을 개시하고 있고 그에 의해 제조된 장치는 본 발명에 의한 장치의 효율에 도달하지 못한다. 또한, 상기 종래 기술은 나노봉(nanorod)에 관련한 용액 화학문제를 인정하고 있고 본 명세서에 의해 해결된 문제에 대한 해결책을 제시하지 않고 있다. 양호한 수송 특성 및 근적외선까지 확장될 수 있는 흡수 스펙트럼을 갖는 본 발명에 따른 무기 나노봉을 기본으로 한 태양 전지는 대용량 무기 반도체를 기본으로 한 통상의 태양 전지에 견줄 만큼의 효율에 도달할 수 있다. 상술한 문제에 대한 해결책을 제공하는 것은 본 발명의 구체예에 따른 반도체-나노결정을 혼합한 박막이다.The use of CdSe particles in poly (3-hexylthiophene) has already been proposed. Alivisators et al. Adv. Mater. 1999 , 11, No. See 11. This only discloses the use of nanoparticles of less than 13 nm in size and the devices produced thereby do not reach the efficiency of the devices according to the invention. In addition, the prior art acknowledges the solution chemistry problem associated with nanorods and does not provide a solution to the problem solved by the present specification. Solar cells based on inorganic nanorods according to the present invention having good transport properties and an absorption spectrum that can be extended to near infrared light can reach efficiencies comparable to conventional solar cells based on high capacity inorganic semiconductors. To provide a solution to the above-mentioned problem is a thin film mixed with a semiconductor-nanocrystal according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 나노결정/콘쥬게이트 중합체 박막에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor nanocrystal / conjugate polymer thin films.

도 1은 5 nm CdSe 및 P3HT 사이의 전하 전달 과정을 개략적으로 도시하는 CdSe 및 P3HT에 대한 에너지 레벨 다이아그램을 도시한다.1 shows an energy level diagram for CdSe and P3HT schematically illustrating the charge transfer process between 5 nm CdSe and P3HT.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노봉-중합체 블렌드 광기전 장치의 구조의 개략도이다.2 is a schematic diagram of the structure of a nanorod-polymer blend photovoltaic device according to one embodiment of the invention.

도 3은 a) 7 nm x 7 nm, b) 8 nm x 13 nm, c) 3 nm x 60 nm 및 d) 7 nm x 60 nm의 CdSe 나노결정의 저해상도의 TEM 영상을 도시한다.FIG. 3 shows low resolution TEM images of CdSe nanocrystals of a) 7 nm × 7 nm, b) 8 nm × 13 nm, c) 3 nm × 60 nm and d) 7 nm × 60 nm.

도 4는 클로로포름으로 부터 스핀 캐스팅된 P3HT중에 분산된 90중량% 7nm x 7 nm CdSe 나노결정으로 구성된 막의 AFM-TM 포토그래피 영상을 도시한다.FIG. 4 shows AFM-TM imaging images of a film composed of 90% by weight 7nm × 7nm CdSe nanocrystals dispersed in P3HT spin casted from chloroform.

도 5는 클로로포름중 1 부피% 내지 8 부피 % 피리딘으로부터 스핀 캐스팅된 P3HT에 분산된 90중량% 9 nm x 13 nm CdSe 나노결정으로 구성된 막의 AFM-TM a) 토포그래피 및 b) 상 영상을 도시한다.FIG. 5 shows AFM-TM a) topography and b) phase images of a film composed of 90 wt% 9 nm x 13 nm CdSe nanocrystals dispersed in P3HT spin cast from 1% to 8% by volume pyridine in chloroform. .

도 6은 클로로포름중 다양한 농도의 피리딘으로부터 스핀 캐스팅된 P3HT에 분산된 90중량% 9 nm x 13 nm CdSe 나노결정으로 구성된 막의 표면조도(속이 빈 원형 점))를 도시한다. 이들 막으로 제조한 장치에 대해 최대 EQE(진한 다이아몬드)를 나타낸다. 라인은 눈으로의 가이드로 작용한다.FIG. 6 shows the surface roughness (hollow circular dot) of a film composed of 90 wt% 9 nm x 13 nm CdSe nanocrystals dispersed in P3HT spin-cast from various concentrations of pyridine in chloroform. Maximum EQE (dark diamond) is shown for devices made with these membranes. The line acts as a guide to the eye.

도 7a는 P3HT 장치에서 90중량% 3 nm x 60 nm CdSe 나노봉에 대한 표준화 광전류 스펙트럼(속이 빈 원형 점) 및 120℃에서 어닐링한 후의 광전류 스펙트럼(진한 사각형 점)을 도시한다.FIG. 7A shows normalized photocurrent spectra (hollow circular dots) and photocurrent spectra (annealed square dots) after annealing at 120 ° C. for 90 wt% 3 nm × 60 nm CdSe nanorods in a P3HT device. FIG.

도 7b는 P3HT 장치 및 나노봉만으로된 장치에서 90중량% 3 nm x 60 nm CdSe 나노봉에 대한 파장 함수로서 열처리 전후의 EQE의 비율을 도시한다. 삽입그림은 3nm x 60 nm CdSe 및 P3HT에 대한 개별 1-투과 스펙트럼을 도시한다.FIG. 7B shows the ratio of EQE before and after heat treatment as a wavelength function for 90 wt% 3 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT and nanorod only devices. Inset shows individual 1-transmission spectra for 3 nm x 60 nm CdSe and P3HT.

도 8은 다양한 나노봉 농도의 P3HT에서 일련의 3 nm x 60 nm 나노봉 장치의 흡수(진한 다이아몬드형 점, 점선), 광전류(속이 빈 원형점, 진한 선) 및 120℃ 열처리후의 광전류(진한 사각형점, 점선)에 대한 P3HT의 상대적 관여를 도시한다.FIG. 8 shows the absorption (dark diamond dot, dotted line), photocurrent (hollow circular point, dark line) of a series of 3 nm x 60 nm nanorod devices at various nanorod concentrations of P3HT, and photocurrent (dark square) after 120 ° C. heat treatment. The relative involvement of P3HT with respect to dots, dashed lines).

도 9는 ~0.1 mW/cm2조명하의 515 nm에서 P3HT중의 90중량% 7 nm x 14 nmCdSe의 EQE를 도시한다. 삽입그림은 다양한 온도에서 열처리한 후 514 nm 여기하, P3HT 샘플중에서 60중량% 7nm x 14 nm CdSe의 PL 효율을 도시한다.FIG. 9 shows EQE of 90 wt% 7 nm × 14 nm CdSe in P3HT at 515 nm under ˜0.1 mW / cm 2 illumination. The inset shows the PL efficiency of 60 wt% 7 nm x 14 nm CdSe in 514 nm excitation and P3HT samples after heat treatment at various temperatures.

도 10은 P3HT중의 90 중량% 7nm x 60 nm CdSe 나노봉의 EQE 스펙트럼(속이 빈 원형) 및 120℃에서 열처리한 후의 EQE 스펙트럼(진한 사각형)을 도시한다. 삽입그림: 상기 장치의 경우 0.1 mW/cm2조명하, 515 nm에서 상응하는 전류-전압 특징은 0.4V의 개방회로 전압 및 0.5의 충전 팩터를 포함한다.FIG. 10 shows the EQE spectrum (hollow circle) of 90 wt% 7 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT and the EQE spectrum (dark square) after heat treatment at 120 ° C. FIG. Inset: For the device, under 0.1 mW / cm 2 illumination, the corresponding current-voltage characteristics at 515 nm include an open circuit voltage of 0.4 V and a charge factor of 0.5.

도 11a는 두께 212 nm, 271 nm 및 346 nm의 P3HT에서 90중량% 7nm x 60 nm CdSe 나노봉으로부터 제조된 장치의 120℃에서 열처리 하기 전의 EQE 스펙트럼을 도시한다.FIG. 11A shows the EQE spectrum before heat treatment at 120 ° C. of a device made from 90 wt% 7 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT at 212 nm, 271 nm and 346 nm in thickness.

도 11b는 두께 212 nm, 271 nm 및 346 nm의 P3HT에서 90중량% 7nm x 60 nm CdSe 나노봉으로부터 제조된 장치의 120℃에서 열처리 후의 EQE 스펙트럼을 도시한다.FIG. 11B shows the EQE spectrum after heat treatment at 120 ° C. of a device made from 90 wt% 7 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT at thicknesses 212 nm, 271 nm and 346 nm.

도 12a는 도 11a 및 도 11b에 도시된 장치에 대한 120℃에서 가열하기 전후의 EQE의 상대적 향상을 도시한다.FIG. 12A shows the relative improvement in EQE before and after heating at 120 ° C. for the device shown in FIGS. 11A and 11B.

도 12b는 열처리 전후의 EQE의 절대치 차이를 도시한다.12B shows the absolute difference in EQE before and after heat treatment.

도 13a는 20중량% 3 nm x 60 nm CdSe 나노봉 및 P3HT가 클로로포름으로부터 스핀 캐스팅된 박막의 TEM을 도시한다.FIG. 13A shows the TEM of a thin film spin-cast from 20 wt% 3 nm × 60 nm CdSe nanorods and P3HT from chloroform.

도 13b는 클로로포름 용액중의 10부피% 피리딘으로부터 캐스팅될 때 도 13a의 동일 나노결정의 TEM을 도시한다.FIG. 13B shows the TEM of the same nanocrystals of FIG. 13A when cast from 10% by volume pyridine in chloroform solution.

도 14는 P3HT중의 60중량% 10 nm x 10 nm CdSe 나노결정으로 구성된 100nm 막의 단면의 TEM을 도시한다.FIG. 14 shows a TEM of a cross section of a 100 nm film composed of 60 wt% 10 nm × 10 nm CdSe nanocrystals in P3HT.

도 15a는 7 nm x 60 nm CdSe 나노봉을 도시한다.15A depicts 7 nm × 60 nm CdSe nanorods.

도 15b는 P3HT중의 40 중량% CdSe 나노봉으로 구성된 100 nm 막의 단면의 TEM을 도시한다.FIG. 15B shows a TEM of a cross section of a 100 nm film composed of 40 wt% CdSe nanorods in P3HT.

도 16은 7 nm 직경의 나노봉의 길이는 7 nm x 30 nm 내지 60 nm로 연속적으로 증가하고, P3HT 장치중의 90중량% CdSe에 대한 EQE는 0.084 mW/cm2의 조명하, 515 nm에서 3 내지 54% 정도 증가함을 나타낸다.FIG. 16 shows that the length of a 7 nm diameter nanorod increases continuously from 7 nm x 30 nm to 60 nm and the EQE for 90 wt% CdSe in the P3HT device is 3 to 515 nm under illumination of 0.084 mW / cm 2 . 54% increase.

도 17a-도 17c 는 a) 7 nm, b) 30 nm 및 c) 60 nm의 길이를 갖는 7 nm 직경의 나노결정의 TEM를 도시한다. 스케일 바는 50 nm 이며 모든 TEM은 동일 스케일이다.17A-17C show TEMs of 7 nm diameter nanocrystals with lengths of a) 7 nm, b) 30 nm and c) 60 nm. The scale bar is 50 nm and all TEMs are the same scale.

도 18은 피리딘 농도의 함수로서 P3HT 장치중의 90중량% 3 nm x 100 nm 측쇄 CdSe 나노봉에 대한 EQE를 도시한다.FIG. 18 shows EQE for 90 wt% 3 nm × 100 nm side chain CdSe nanorods in P3HT device as a function of pyridine concentration.

도 19a는 정렬되지 않은 테트라포드 나노결정을 도시한다.19A shows unaligned tetrapod nanocrystals.

도 19b는 정렬된 테트라포드 나노결정을 도시한다.19B shows aligned tetrapod nanocrystals.

도 20은 상이한 막 두께를 갖는 P3HT 장치중의 90중량% 7 nm x 60 nm CdSe 씨리즈에 대한 EQE 스펙트럼을 도시한다.FIG. 20 shows EQE spectra for 90 wt% 7 nm × 60 nm CdSe series in P3HT devices with different film thicknesses.

도 21a은 다양한 막 두께에서 P3HT중의 90 중량% 7 nm x 7 nm CdSe에 대한 EQE 스펙트럼을 도시한다.FIG. 21A shows EQE spectra for 90 wt% 7 nm × 7 nm CdSe in P3HT at various film thicknesses.

도 21b는 두께가 증가하는 함수로 나타낸 상기 장치에 대한 상응하는 흡수 스펙트럼을 도시한다.21b shows the corresponding absorption spectrum for the device as a function of increasing thickness.

도 22a는 TOPO 처리된 나노결정에 대한 P3HT중의 40중량% 5 nm CdSe 나노결정의 TEM을 도시한다.FIG. 22A shows the TEM of 40 wt% 5 nm CdSe nanocrystals in P3HT for TOPO treated nanocrystals.

도 22b는 T1 처리된 나노결정에 대한 P3HT중의 40중량% 5nm CdSe 나노결정의 TEM을 도시한다.FIG. 22B shows the TEM of 40 wt% 5 nm CdSe nanocrystals in P3HT for T1 treated nanocrystals.

도 22c는 피리딘 처리된 나노결정에 대한 P3HT중의 40중량% 5 nm CdSe 나노결정의 TEM을 도시한다.FIG. 22C shows the TEM of 40 wt% 5 nm CdSe nanocrystals in P3HT for pyridine treated nanocrystals.

도 23a는 0.1 mW/cm2조명하, 515 nm에서 P3HT중의 90중량% 7 nm x 60 nm CdSe 나노봉의 I-V 특징화를 도시한다.FIG. 23A shows IV characterization of 90 wt% 7 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT at 515 nm under 0.1 mW / cm 2 illumination.

도 23b는 모의된 AM 1.5 글로발 광원을 이용하여 측정된 도 23a 장치의 태양전지 특징을 도시하며, 5.7 mA/cm2의 단락 전류, 0.42의 FF 및 0.67V의 개방 회로 전압을 포함하여 1.7%의 태양 전력 변환 효율을 얻는다.FIG. 23B shows the solar cell characteristics of the FIG. 23A device measured using a simulated AM 1.5 global light source, with 1.7% including short circuit current of 5.7 mA / cm 2 , FF of 0.42, and open circuit voltage of 0.67V. Obtain solar power conversion efficiency.

도 24는 실험적으로 밝혀진 이상적인 I-V 곡선 및 전형적인 I-V 곡선을 도시한다.FIG. 24 shows ideal I-V curves and typical I-V curves found experimentally.

발명의 요약Summary of the Invention

본 명세서에 기재된 발명은 고 로딩량으로 반도체성-중합체에 분산된 무기 반도체-나노결정을 포함하는 박막 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 또한박막을 포함하는 광기전(photovoltaic) 장치도 개시하고 있다.The invention described herein provides a thin film comprising an inorganic semiconductor-nanocrystal dispersed in a semiconducting-polymer at a high loading amount and a method for producing the same. The present invention also discloses a photovoltaic device comprising a thin film.

바람직한 실시형태의 상세한 설명Detailed Description of the Preferred Embodiments

본 발명의 일 실시예로서, 5중량% 이상의 반도체-나노결정이 매립된 반도체성 콘쥬게이트 중합체를 포함하는 박막이 개시되어 있다.In one embodiment of the present invention, a thin film comprising a semiconducting conjugate polymer having at least 5% by weight of semiconductor-nanocrystals is disclosed.

다른 실시예로서, 본 발명의 상기 박막을 포함하는 광기전 장치가 개시되어 있다.In another embodiment, a photovoltaic device comprising the thin film of the present invention is disclosed.

본 발명의 다른 실시예로서, 계면활성제 코팅된 반도체-나노결정을 용매를 사용하여 1회 이상 세척하고, 세척된 반도체-나노결정 및 반도체성 중합체를 바이너리 용매 혼합물에 함께 용해시키며 또 상기 혼합물을 퇴적(deposit)시키는 것을 포함하는 중합체 박막의 제조방법이 개시되어 있다.In another embodiment of the invention, the surfactant coated semiconductor-nanocrystals are washed one or more times with a solvent, the washed semiconductor-nanocrystals and semiconducting polymers are dissolved together in a binary solvent mixture and the mixture is deposited. A method for producing a polymer thin film comprising depositing is disclosed.

본 발명의 다른 실시예로서, 2 보다 큰 애스펙트비(aspect ratio)를 갖는 반도체-나노결정을 반도체성 콘쥬게이트 중합체에 분산시켜 중합체-나노결정 복합체를 얻고, 상기 나노결정이 5중량% 이상으로 중합체내에 내장되도록 상기 복합체의 박막을 퇴적시키는 것을 포함하는 광활성 박막의 제조방법이 개시되어 있다.In another embodiment of the present invention, a semiconductor-nanocrystal having an aspect ratio of greater than 2 is dispersed in a semiconducting conjugate polymer to obtain a polymer-nanocrystal composite, wherein the nanocrystal is polymer at 5 wt% or more. A method of making a photoactive thin film comprising depositing a thin film of the composite to be embedded therein is disclosed.

본 발명의 다른 실시예로서, 반도체-나노결정이 분산되어 있는 콘쥬게이트 도전성 중합체층을 포함하며, AM 1.5 글로발 일루미네이션(global illumination)에서 1% 보다 큰 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치가 개시되어 있다.In another embodiment of the present invention, a photovoltaic device is disclosed, comprising a conjugated conductive polymer layer in which semiconductor-nanocrystals are dispersed, and having a power conversion efficiency of greater than 1% in AM 1.5 global illumination. .

본 발명의 다른 실시예로서, 제1 평면 전극, 반도체-나노결정이 매립된 반도체성 콘쥬게이트 중합체를 포함하며 제1 평면 전극상에 퇴적된 박막, 및 제1 전극에 대향하는 제2 전극 및 박막 중합체층과 제1 평면 전극 사이에 배치된 홀(hole)주입층을 포함하는 광기전 장치가 개시되어 있다.In another embodiment of the present invention, a first planar electrode, a thin film deposited on the first planar electrode and including a semiconducting conjugate polymer embedded with semiconductor-nanocrystals, and a second electrode and a thin film opposed to the first electrode A photovoltaic device is disclosed that includes a hole injection layer disposed between a polymer layer and a first planar electrode.

본 발명의 다른 실시예로서, 반도체-나노결정은 2 이상, 바람직하게는 5 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 50의 애스펙트비를 갖는다. 가장 바람직하게는 약 10이다.In another embodiment of the invention, the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of at least 2, preferably at least 5, more preferably from about 5 to 50. Most preferably about 10.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 반도체성 중합체에 반도체-나노결정을 분산 또는 끼워넣는 방법이 개시되어 있다. 바람직하게는 이러한 "로딩량"은 5중량% 이상의 양이다. 보다 바람직하게는, 상기 양은 20 내지 약 95중량% 이다. 더욱 바람직하게는 상기 양은 50 내지 약 95중량% 이다. 가장 바람직하게는 상기 양은 약 90 중량% 이다.As a preferred embodiment of the present invention, a method of dispersing or embedding semiconductor-nanocrystals in a semiconducting polymer is disclosed. Preferably this "loading amount" is an amount of at least 5% by weight. More preferably, the amount is 20 to about 95 weight percent. More preferably the amount is from 50 to about 95% by weight. Most preferably the amount is about 90% by weight.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 반도체 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 중합체 또는 블렌드일 수 있다. (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥시옥시)p-페닐렌비닐렌)(MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)가 바람직하며, P3HT가 가장 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor polymer is trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic Polymers or blends selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. (Poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexoxyoxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) are preferred, with P3HT being the most desirable.

바람직한 실시예로서, 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함한다. 보다 바람직한 것은 20 내지 200 nm 길이를 갖는 봉이다. 더욱 바람직한 것은 약 60 내지 110 nm의 길이를 갖는 봉이다.In a preferred embodiment, the semiconductor-nanocrystals comprise rods having a length greater than about 20 nm. More preferred are rods having a length of 20 to 200 nm. More preferred are rods having a length of about 60 to 110 nm.

더욱 바람직한 실시예로서, 본 발명은 II-VI족, III-V족, IV족 반도체 및 삼차 칼코피라이트의 사용을 개시한다. 보다 바람직한 것은 CdSe, CdTe, InP, GaAs,CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si이며, 더욱 바람직한 것은 CdSe이다.As a more preferred embodiment, the present invention discloses the use of group II-VI, group III-V, group IV semiconductors and tertiary chalcoprites. More preferred are CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge and Si, and even more preferred are CdSe.

상기 반도체 나노결정은 측쇄 나노결정일 수 있다. 4 암(arm) 및 사면체형 대칭을 갖는 나노결정이 더욱 바람직하다.The semiconductor nanocrystal may be a side chain nanocrystal. More preferred are nanocrystals with arm and tetrahedral symmetry.

본 발명의 박막은 약 200 nm 두께를 갖는 것이 바람직하다.Preferably, the thin film of the present invention has a thickness of about 200 nm.

본 발명의 박막을 형성하는 방법은 바이너리 용매 혼합물을 사용하며, 바이너리 용매의 적어도 하나는 피리딘, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 물, 디클로로벤젠, 메틸렌 클로라이드, 알킬아민, 부탄올, 메탄올 및 이소프로판로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 알킬 사슬은 측쇄 또는 비측쇄로 2 내지 20개 탄소원자인 것이 바람직하다. 클로로포름중의 피리딘이 가장 바람직하다.The method of forming the thin film of the present invention uses a binary solvent mixture, at least one of the binary solvents being pyridine, chloroform, toluene, xylene, hexane, water, dichlorobenzene, methylene chloride, alkylamine, butanol, methanol and isopropane It is preferably selected from the group consisting of, wherein the alkyl chain is preferably branched or unbranched with 2 to 20 carbon atoms. Most preferred is pyridine in chloroform.

바이너리 용매 혼합물의 양은 1 내지 15 부피 %, 더욱 바람직하게는 4 내지 12 부피%, 가장 바람직하게는 8부피% 이다.The amount of binary solvent mixture is 1-15% by volume, more preferably 4-12% by volume, most preferably 8% by volume.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 계면활성제 코팅된 반도체 나노결정을 바람직하게는 피리딘중의 용매로써 1회 이상 세척하는 것을 포함하는, 반도체 나노결정이 혼입되어 있는 중합체 박막을 제조하는 방법이 개시되어 있다.As a preferred embodiment of the present invention, a method for preparing a polymer thin film incorporating semiconductor nanocrystals is disclosed, which comprises washing the surfactant-coated semiconductor nanocrystals preferably one or more times with a solvent in pyridine. .

본 발명의 다른 실시예로서, 퇴적된 막을 60℃ 내지 약 200℃의 온도에서 열 어닐링하는 것을 포함하는 중합체 박막의 제조방법이 개시되어 있다. 약 120℃가 바람직하다.In another embodiment of the present invention, a method of making a polymer thin film is disclosed that includes thermal annealing a deposited film at a temperature of about 60 ° C to about 200 ° C. About 120 ° C. is preferred.

본 발명의 다른 실시예로서, ITO 전극의 상부에 PEDOT:PSS (폴리(에틸렌-디옥시)티오펜: 폴리(스티렌 술폰산)) 홀 수송층을 포함하는 광기전 장치가 개시되어 있다.In another embodiment of the present invention, a photovoltaic device is disclosed that includes a PEDOT: PSS (poly (ethylene-dioxy) thiophene: poly (styrene sulfonic acid)) hole transport layer on top of an ITO electrode.

"반도체-나노결정"이라는 것은 모든 형상 및 크기의 반도체성 결정성 입자를 포함하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 이들은 100 나노미터 미만의 크기를 갖지만, 이에 한정되지 않는다. "나노결정", "나노봉" 및 "나노입자"는 본 명세서에서 상호 교환적으로 이용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 나노결정 입자는 약 100 나노미터 미만인 2개 보다 큰 크기를 가질 수 있다. 나노결정은 코어/쉘 형 또는 코어형일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에 따른 일부 측쇄 나노결정 입자는 약 1 보다 큰 애스펙트비를 갖는 암(arm)을 가질 수 있다. 일개 실시예로서, 상기 암은 약 5 보다 큰 애스펙트비를 가지며, 일부 경우에서 약 10 이상일 수 있다. 암의 폭은 일부 실시예에서 약 200, 100, 및 50 나노미터 미만일 수 있다. 예컨대, 1개의 코어와 4개의 암을 갖는 테트라포드(tetrapod)의 경우, 상기 코어는 약 3 내지 약 4 나노미터의 직경을 갖고 또 각 암은 약 4 내지 약 50, 100, 200, 500의 길이 및 약 1000 나노미터 보다 큰 길이를 가질 수 있다. 물론, 본 명세서에 기재된 테트라포드 및 기타 나노결정 입자는 다른 적합한 치수를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예로서, 나노결정 입자는 성질상 단결정 또는 다결정일 수 있다. 본 발명은 20 이상, 특히 50 보다 큰 애스펙트비를 갖고 길이가 100 nm이며 문헌, 예컨대 Peng, X.G. et al.Nature 404, 59 (2000) 및 Peng, Z.A. et al.J. Am. Chem Soc. 123,183 (2001)에 기재된 방법에 따라 형성된 CdSe 및 CdTe의 나노봉을 사용하는 것을 고려할 수 있다."Semiconductor-nanocrystal" is understood to include semiconducting crystalline particles of all shapes and sizes. Preferably, they have a size of less than 100 nanometers, but are not limited thereto. "Nanocrystal", "nanorod" and "nanoparticle" can be used interchangeably herein. In some embodiments of the invention, the nanocrystalline particles may have larger than two sizes that are less than about 100 nanometers. Nanocrystals can be core / shell type or core type. For example, some side chain nanocrystal particles according to some embodiments of the present invention may have an arm having an aspect ratio of greater than about 1. In one embodiment, the cancer has an aspect ratio greater than about 5, and in some cases may be about 10 or more. The width of the arm may be less than about 200, 100, and 50 nanometers in some embodiments. For example, for a tetrapod with one core and four arms, the core has a diameter of about 3 to about 4 nanometers and each arm is about 4 to about 50, 100, 200, 500 and It may have a length greater than about 1000 nanometers. Of course, the tetrapods and other nanocrystalline particles described herein can have other suitable dimensions. As an embodiment of the present invention, the nanocrystalline particles may be monocrystalline or polycrystalline in nature. The present invention has an aspect ratio of at least 20, in particular greater than 50, 100 nm in length and is described in documents such as Peng, XG et al. Nature 404 , 59 (2000) and Peng, ZA et al. J. Am. Chem Soc. It is conceivable to use nanorods of CdSe and CdTe formed according to the method described in 123, 183 (2001).

본 명세서에서 사용된 반도체-나노결정 봉의 길이는 20 내지 200 nm 이다. 바람직한 실시예로서, 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함한다. 20 내지 200 nm의 길이를 갖는 봉이 보다 바람직하다. 약 60 내지 110 nm 범위의 길이를 갖는 것이 더욱 바람직하다.As used herein, the length of a semiconductor-nanocrystalline rod is 20 to 200 nm. In a preferred embodiment, the semiconductor-nanocrystals comprise rods having a length greater than about 20 nm. More preferred are rods having a length of 20 to 200 nm. More preferably, it has a length in the range of about 60 to 110 nm.

"반도체-나노결정의 적어도 일부가 약 2 보다 큰 애스펙트비를 갖는다"는 것은 반도체-나노결정이 비측쇄 봉인 경우, 봉의 전체 양의 적어도 일부는 약 2 보다 큰 애스펙트비를 가질 것이라는 의미이다. 상기 양은 100%일 수도 있다. 또한 상기는 나노결정이 측쇄 반도체-나노결정(물론 테트라포드 포함)인 경우, "적어도 일부"는 적어도 1개의 측쇄가 2 보다 큰 애스펙트비를 갖는다는 의미이다. 애스펙트비는 봉의 가장 긴 치수를 그 직경으로 나눈 길이로 정의된다. 측쇄 나노결정인 경우, 측쇄 나노결정의 애스펙트비는 가장 긴 측쇄 직경으로 나눠진 가장 긴 측쇄의 길이로 정의된다."At least part of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio greater than about 2" means that if the semiconductor-nanocrystal is an unbranched rod, at least a portion of the total amount of the rod will have an aspect ratio of greater than about 2. The amount may be 100%. This also means that when the nanocrystals are side chain semiconductor-nanocrystals (including tetrapods of course), "at least some" means that at least one side chain has an aspect ratio greater than two. The aspect ratio is defined as the length of the longest rod divided by its diameter. In the case of side chain nanocrystals, the aspect ratio of the side chain nanocrystals is defined as the length of the longest side chain divided by the longest side chain diameter.

"반도체-나노결정의 일부가 측쇄 나노결정이다"는 것은 나노결정의 1중량% 이상이 측쇄 나노결정이라는 것을 의미한다. 용어 "일부"는 100%, 즉 "전체 부분"도 포함하는 것으로 정의된다."Some of the semiconductor-nanocrystals are side chain nanocrystals" means that at least 1% by weight of the nanocrystals are side chain nanocrystals. The term "some" is defined to include 100%, that is, "total part".

CdSe 및 CdTe 반도체-나노결정이 바람직하지만, 상기 나노결정 입자는 다른 적합한 반도체 물질도 포함할 수 있으며, 봉, 형을 이룬 입자 또는 구형일 수 있다. 예컨대, 상기 입자는 화합물 반도체와 같은 반도체를 포함할 수 있다. 적합한 화합물 반도체는 II-VI족 반도체 화합물, 예컨대 MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe 및 HgTe를 포함한다. 다른 적합한 화합물 반도체는 III-V족 반도체, 예컨대 GaAs, GaP, GaAs-P, GaSb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlGaAs, InGaAs 및AlSb를 포함한다. IV 족 반도체, 예컨대 게르마늄 또는 실리콘의 사용도 특정 조건하에서 가능하다. 다른 실시예로서, 상기 입자는 SiC, SiN과 같은 유전성 물질 또는 다형성(polytypism)을 나타낼 수 있는 다른 물질을 포함할 수 있다. 삼차 칼코파이라이트, 예컨대 CuInS2및 CuInSe2도 포함된다. Fe, Ni, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Co 및 기타와 같은 일부 금속은 다형성을 나타낼 수 있기 때문에 실시예에 사용될 수 있다. 봉, 화살형, 눈물형 및 테트라포드형 반도체 나노결정은 본 명세서에 참고문헌으로 포함되는 Manna et al.J. Am. Chem. Soc. 2000, 12, 12700-12706에 정의되어 있다.Although CdSe and CdTe semiconductor-nanocrystals are preferred, the nanocrystalline particles may also include other suitable semiconductor materials and may be rods, shaped particles, or spherical. For example, the particles may comprise a semiconductor, such as a compound semiconductor. Suitable compound semiconductors include group II-VI semiconductor compounds such as MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe and HgTe. Other suitable compound semiconductors include Group III-V semiconductors such as GaAs, GaP, GaAs-P, GaSb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlGaAs, InGaAs and AlSb. The use of group IV semiconductors such as germanium or silicon is also possible under certain conditions. In another embodiment, the particles may comprise dielectric materials such as SiC, SiN or other materials that may exhibit polytypism. Tertiary chalcoprites such as CuInS 2 and CuInSe 2 are also included. Some metals such as Fe, Ni, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Co and others can be used in the examples because they may exhibit polymorphism. Rod, arrow, tear and tetrapod semiconductor nanocrystals are described in Manna et al. J. Am. Chem. Soc. 2000 , 12, 12700-12706.

본 발명에 따른 나노결정 입자는 독특한 광학, 전기적, 자기, 촉매적 및 기계적 특성을 가질 수 있으며 또 다수의 적합한 최종 용도에 사용될 수 있다. 이들은 예컨대 복합체 물질내에 충전제로서, 촉매로서, 광학 장치에서 기능 요소로서, 광기전 장치에서 기능 요소로서(예컨대 태양 전지), 전기 장치에서 기능 요소 등으로 사용될 수 있다.Nanocrystalline particles according to the present invention can have unique optical, electrical, magnetic, catalytic and mechanical properties and can be used for many suitable end uses. They can be used, for example, as fillers in composite materials, as catalysts, as functional elements in optical devices, as functional elements in photovoltaic devices (eg solar cells), as functional elements in electrical devices, and the like.

"P3HT"는 폴리(3-헥실티오펜)을 의미하며, 레지오레귤라 P3HT를 포함하며, 이것은 헤드 대 헤드 및 헤드 대 테일 레지오레귤라 P3HT를 포함한다. 헤드 대 테일 P3HT가 바람직하다."P3HT" means poly (3-hexylthiophene) and includes Reggioregular P3HT, which includes Head to Head and Head to Tail Reggio P3HT. Head to tail P3HT is preferred.

본 발명은 용액으로부터 가공될 수 있는 반도체 콘쥬게이트 중합체가 본 발명에 따라 작용할 수 있는 것을 의도하고 있다. "반도체 중합체"라는 것은 파이-전자 계를 갖는 모든 중합체를 의미한다. 비제한적인 예는 트랜스-폴리아세틸렌,폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오로렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 상기의 용해성 유도체를 포함한다. 일례는 (폴리(2-메톡시,5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌)(MEH-PPV) 및 폴리(3-알킬티오펜)이다. 폴리(3-헥실티오펜), P3HT가 특히 바람직하다. 본 발명은 또한 주요 콘쥬게이트 사슬에 부착된 큰 현수(펜던트) 기 때문에 또는 콘쥬게이트 중합체가 1개 이상의 성분이 콘쥬게이트되지 않은 공중합체 구조에 혼입되는 것에 의해, 용액 가공성 또는 용융 가공성인 콘쥬게이트 중합체를 사용하는 것도 고려한다. 비제한적인 예는 폴리(,4'-디페닐렌디페닐비닐렌), 폴리(1,4-페닐렌-1-페닐비닐렌 및 폴리(1,4-페닐렌디페닐비닐렌, 폴리(3-알킬피롤) 및 폴리(2,5-디알콕시-p-페닐렌비닐렌)을 포함한다. 반도체 콘쥬게이트 중합체라는 것은 중합체 블렌드의 혼합물을 의미하며, 그중의 하나는 반도체 콘쥬게이트 중합체이다. 따라서 나노결정은 블렌드 또는 혼합물에 끼워지거나 분산될 수 있다.The present invention intends that semiconductor conjugate polymers that can be processed from solution can act in accordance with the present invention. By "semiconductor polymer" is meant all polymers having a pi-electron system. Non-limiting examples include trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluoroene, polyaromatic amine, poly (thienylene- Vinylene) and soluble derivatives of the above. Examples are (poly (2-methoxy, 5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-alkylthiophene). (Offen), P3HT The present invention also relates to the large suspension (pendant) groups attached to the main conjugate chain, or that the conjugate polymer is incorporated into a copolymer structure in which at least one component is not conjugated, It is also contemplated to use conjugate polymers that are solution processable or melt processable, including, but not limited to, poly (, 4'-diphenylenediphenylvinylene), poly (1,4-phenylene-1-phenylvinylene and Poly (1,4-phenylenediphenylvinylene, poly (3-alkylpyrrole) and poly (2,5-dialkoxy-p-phenylenevinylene), which is a semiconductor conjugate polymer is a mixture of polymer blends One of them is a semiconductor conjugate polymer, so the nanocrystals do not fit into the blend or mixture. Or distributed.

본 발명은 또한 반도체-나노결정, 봉이 결정 정렬 기술에 공지된 수법에 의해 정렬될 수 있음을 고려한다.The present invention also contemplates that semiconductor-nanocrystals, rods can be aligned by techniques known in crystal alignment techniques.

"광기전 장치"라는 것은 당분야에 공지된 전형적인 장치 구조를 포함하는 것을 의미한다. 광기전 장치의 예는 예컨대Science, Vol 295, pp.2425-2427, March 29, 2002에 기재되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참고문헌으로 포함된다. 광기전 장치의 예는 결합제중의 나노결정 입자를 가질 수 있다. 상기 조합은 기판상에 2개 전극(알루미늄 전극 및 인듐 주석 산화물 전극) 사이에 샌드위치되어 광기전 장치를 형성할 수 있다.By "photovoltaic device" is meant to include the typical device structures known in the art. Examples of photovoltaic devices are described, for example, in Science , Vol 295, pp.2425-2427, March 29, 2002, the contents of which are incorporated herein by reference. An example of a photovoltaic device may have nanocrystalline particles in a binder. The combination can be sandwiched between two electrodes (aluminum electrode and indium tin oxide electrode) on a substrate to form a photovoltaic device.

"바이너리 용매 계"라는 것은 2개 용매의 계를 포함하며, 1개는 용매인 리간드일 수 있다. 예컨대 클로로포름중의 피리딘. "바이너리 용매 계"는 또한 적어도 1개의 용매 및 용매가 아닌 리간드, 예컨대 크실렌 및 포스폰산의 계를 포함한다. 크실렌은 반도체 나노결정에 대한 용매이며 포스폰산은 리간드이고, 용매가 아니다."Binary solvent system" includes a system of two solvents, one of which may be a ligand that is a solvent. Pyridine in chloroform, for example. “Binary solvent systems” also include systems of at least one solvent and non-solvent ligands such as xylene and phosphonic acid. Xylene is a solvent for semiconductor nanocrystals and phosphonic acid is a ligand and not a solvent.

본 명세서에 기재된 바와 같은 박막의 적합한 제조법은 공지되어 있다. 용액으로부터 다양한 코팅법 및 인쇄 수법의 비제한적인 예는 스핀 코팅, 블레이드 코팅, 침지 코팅, 잉크젯 인쇄 및 스크린 인쇄를 포함한다. 이들 수법 모두는 일반적으로 "퇴적"이라 칭한다. 즉, 본 발명의 박막은 소정 형태의 기판상에 퇴적되는 것이다.Suitable methods of making thin films as described herein are known. Non-limiting examples of various coatings and printing techniques from solution include spin coating, blade coating, dip coating, inkjet printing and screen printing. All of these techniques are generally referred to as "deposition". That is, the thin film of the present invention is deposited on a substrate of a predetermined form.

무기 및 유기 반도체의 보충적인 전자 특성은 전지적으로 활성인 접합부의 형성에 이용될 수 있다. 전하 전달은 고 전자 친화성 무기 반도체 및 비교적 저 이온화 전위 유기 분자 및 중합체 사이에 바람직하다. 본 발명의 일개 실시예로서, CdSe 나노결정과 같은 반도체 나노결정은 P3HT와 같은 콘쥬게이트 중합체와 조합되어 고 계면영역의 전하전달 접합부를 형성하여, 향상된 효능을 갖는 광기전 장치를 형성한다. CdSe 나노결정 및 P3HT에 대한 에너지 레벨 다이아그램으로부터, CdSe는 전자 수용성이고 P3HT는 홀 수용성(도 1)이라는 것을 알 수 있다. 나노결정의 표면상에 리간드가 존재하는 것은 중합체와의 상호작용을 매개한다. 우리는 나노결정의 화학적 세척 또는 캐스트된 후 CdSe-P3HT 블렌드 막의 열처리를 통하여 CdSe 의 표면상에 있는 리간드를 대체하거나 제거할 수 있다.Supplementary electronic properties of inorganic and organic semiconductors can be used to form battery-active junctions. Charge transfer is preferred between high electron affinity inorganic semiconductors and relatively low ionization potential organic molecules and polymers. In one embodiment of the invention, semiconductor nanocrystals, such as CdSe nanocrystals, are combined with conjugate polymers such as P3HT to form charge interface junctions of high interface regions, forming photovoltaic devices with improved efficacy. From the energy level diagrams for CdSe nanocrystals and P3HT, it can be seen that CdSe is electron accepting and P3HT is hole accepting (FIG. 1). The presence of ligands on the surface of the nanocrystals mediates interaction with the polymer. We can replace or remove ligands on the surface of CdSe through chemical cleaning or nanocasting of the CdSe-P3HT blend film after the nanocrystals have been cast.

전하전달 및 수송의 효능은 블렌드의 형태에 의해 결정된다. 용액 및 중합체중에서 나노결정의 응집은 입자간의 반 데어 발스 작용의 세기 및 나노결정간의 분리 및 이들의 크기에 따라 달라진다. 전자의 수송을 위한 응집 및 보다 효과적인 전하 전달을 위한 분산 사이의 균형이 필요하다. 본 발명자들은 놀랍게도 용매 혼합물을 사용하는 것을 통하여 형태의 미세 조정을 달성할 수 있음을 발견하였다. 리간드인 피리딘을 함유하고 나노결정을 가용화하는 본 발명에 따른 용매 혼합물은 용액중에서 나노결정의 분산에 영향을 줄 수 있다. 스핀 캐스팅은 비-균형 공정이기 때문에, 용액에서 나노결정의 분산은 중합체에서 유지될 수 있다.The efficacy of charge transfer and transport is determined by the form of the blend. Aggregation of nanocrystals in solutions and polymers depends on the strength of van der Waals action between particles and the separation between nanocrystals and their size. There is a need for a balance between aggregation for the transport of electrons and dispersion for more effective charge transfer. The inventors have surprisingly found that fine tuning of the form can be achieved through the use of solvent mixtures. The solvent mixture according to the invention containing the ligand pyridine and solubilizing the nanocrystals can affect the dispersion of the nanocrystals in solution. Since spin casting is a non-balancing process, the dispersion of nanocrystals in solution can be maintained in the polymer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용매 혼합물을 사용하여 상 분리를 나노미터 규모 아래로 제어한다. 본 발명자들은 놀랍게도 용매 혼합물을 사용하여 중합체에서 고농도(90 내지 95 중량% 까지)의 나노결정을 갖는 막에서 상 분리를 할 수 있고, 특히 P3HT를 나노미터 규모 아래로 제어할 수 있음을 밝혀내었다. 본 발명의 목적은 우수한 용매 및 나노결정용 리간드를 동시에 사용하여, 특히 CdSe 및 용액 가공을 위한 중합체용 우수한 용매를 동시에 사용함으로써 나노결정의 용해도를 향상시키는 것이다. 바람직한 예는 용이한 제거를 위하여 나노결정에 대한 리간드로서 선택된 116℃의 비교적 낮은 비점을 갖는 약한 결합력 루이스 염기, 피리딘이다. 다양한 형상 및 크기의 피리딘 처리된 나노결정(도3)을 P3HT와 함께 클로로포름에 4% 내지 12 부피%의 피리딘이 용해된 혼합물에 공동 용해시켜, 스핀 캐스트되면 중합체에 분산된 입자로 구성된 균일한 막을 생성한다. 나노결정 표면을 커버하기 위한 피리딘의 바람직한 양은 나노입자상의 패시베이트처리되지 않은 Cd 표면부위의 개수에 의해 결정된다. 피리딘은 클로로포름과 혼합될 수 있으므로, 나노결정에 대한 용해도가 2배 가량 증가한다: (a) 피리딘 코팅된 나노결정은 처리되지 않은 것에 비하여 클로로포름에 더욱 잘 용해되며 또 (b) 이들은 나노결정에 결합되지 않은 과량의 피리딘에서 용해성이 높다. 그러나 너무 많은 피리딘은 피해야하는데, 그것은 피리딘은 클로포름에서 용해성이 크고 피리딘에서는 불용성인 P3HT의 석출을 매개하기 때문이다. 따라서, 3가지 용해도 형태가 존재한다:According to one embodiment of the invention, the solvent mixture is used to control the phase separation down the nanometer scale. The inventors have surprisingly found that solvent mixtures can be used for phase separation in membranes with high concentrations of nanocrystals (up to 90-95% by weight) in polymers, and in particular, P3HT can be controlled down to the nanometer scale. It is an object of the present invention to improve the solubility of nanocrystals by simultaneously using good solvents and ligands for nanocrystals, in particular by using good solvents for polymers for CdSe and solution processing. A preferred example is the weak binding Lewis base, pyridine, having a relatively low boiling point of 116 ° C. selected as a ligand for the nanocrystals for easy removal. Pyridine treated nanocrystals of various shapes and sizes (FIG. 3) were co-dissolved with P3HT in a mixture of 4% to 12% by volume of pyridine dissolved in chloroform to form a uniform membrane consisting of particles dispersed in the polymer when spin cast. Create The preferred amount of pyridine to cover the nanocrystalline surface is determined by the number of unpassivated Cd surface sites on the nanoparticles. Since pyridine can be mixed with chloroform, solubility in nanocrystals is increased by twofold: (a) pyridine coated nanocrystals are more soluble in chloroform than untreated and (b) they bind to nanocrystals. Solubility is high in excess of pyridine. But too much pyridine should be avoided because it mediates the precipitation of P3HT, which is soluble in cloform and insoluble in pyridine. Thus, there are three solubility forms:

I. 낮은 피리딘 농도 형태: 나노결정의 불충분한 용해도는 나노결정의 응집으로 인하여 블렌드 막에서 대규모 상분리를 유발한다.I. Low Pyridine Concentration Form: Inadequate solubility of nanocrystals causes large-scale phase separation in the blend membrane due to aggregation of nanocrystals.

II. 중간적 피리딘 농도 형태: 중합체가 2개 용매의 혼화성 블렌드에 충분히 용해될 수 있는 한, 블렌드 용액의 나노 결정 성분의 용해도 향상이 2개 반도체의 긴밀한 혼합을 초래하므로 스핀 코팅시 상 분리를 방지한다.II. Moderate pyridine concentration form: As long as the polymer can be sufficiently dissolved in the miscible blend of the two solvents, improving solubility of the nanocrystalline components of the blend solution results in intimate mixing of the two semiconductors, thus preventing phase separation during spin coating. .

III. 고 피리딘 농도 형태: 피리딘이 중합체 성분에 대해 비-용매이기 때문에, 우리는 중합체 사슬의 응집에 의해 대규모 상분리가 생길 것으로 본다.III. High Pyridine Concentration Form: Since pyridine is non-solvent to the polymer component, we believe that large scale phase separation will occur by aggregation of the polymer chains.

원자력 현미경(AFM)과 같은 나노결정-중합체 막 민감성 수법의 모폴로지를 조사하기 위하여, 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 벌크 민감성 수법이 사용된다. 형태 I의 일례는 클로로포름의 단일 용매로 부터 스핀된 P3HT에서 90 중량%의 7 nm x 7 nm 결정의 블렌드에 대하여 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 수 마이크론 규모의 상분리를 도시하며, 이것은 광학 현미경하에서 검출될 수 있고 또 막 산란 광과 같이 육안으로도 검출될 수 있다. 광 산란은 흡수된 광 부분을 감소시킬 수 있기 때문에 박막 광전지에서 바람직하지 않다.In order to investigate the morphology of nanocrystal-polymer membrane sensitive techniques such as atomic force microscopy (AFM), bulk sensitive techniques such as transmission electron microscopy (TEM) are used. An example of Form I is shown in FIG. 4 for a blend of 90 wt% of 7 nm x 7 nm crystals in P3HT spun from a single solvent of chloroform. 4 shows a phase separation on the micron scale, which can be detected under an optical microscope and also with the naked eye, such as film scattered light. Light scattering is undesirable in thin film photovoltaic cells because it can reduce the absorbed light portion.

나노결정-중합체 블렌드 막의 표면의 연구는, 상과 토포그래프 영상을 비교함으로써 막 조성의 국소적인 차이를 확인할 수 있기 때문에 테이핑 모드(TM)로 AFM을 이용하는 것에 의해 향상될 수 있다. 형태 I에서부터 형태 II로의 전이를 설명하기 위하여, 도 5는 저 피리딘 농도 및 중간적 피리딘 농도의 용매 혼합물로 부터 스핀된 9 nm x 13 nm 나노봉-P3HT 블렌드 막의 5 μm 주사 영역에 대한 AFM-TM 토포그래피 및 상 영상을 도시한다. 이들 막의 토포그래피는 낮은 피리딘 농도에 대하여 아주 러프하지만, 중간적 농도는 훨씬 부드러운 막을 얻는다. 상응하는 AFM-TM 상 영상은 표면 조도가 상 분리에 관련됨을 보여준다. 나노결정과 중합체 간의 상 분리는 단일 물질 도메인을 얻지 못하므로, 개별 중합체 및 나노결정 영역을 확인할 수 없다. 낮은 피리딘 농도에서, 막 조성의 국소 변화에 대한 분명한 증거가 존재하지만, 중간적 피리딘 농도에서는 상 분리가 아주 원활하다. 따라서 이들 2개 농도를 I 상태 및 II 상태의 결과로 볼 수 있다.The study of the surface of the nanocrystal-polymer blend film can be improved by using AFM in taping mode (TM) because local differences in film composition can be identified by comparing the phase and topographic images. To illustrate the transition from Form I to Form II, FIG. 5 shows the AFM-TM for a 5 μm scan region of a 9 nm × 13 nm Nanorod-P3HT blend membrane spun from a solvent mixture of low and medium pyridine concentrations. Topography and image images are shown. Topography of these membranes is very rough for low pyridine concentrations, but intermediate concentrations yield much softer membranes. The corresponding AFM-TM phase image shows that surface roughness is related to phase separation. Phase separation between nanocrystals and polymers does not yield a single material domain, and therefore individual polymers and nanocrystal regions cannot be identified. At low pyridine concentrations, there is clear evidence for local changes in membrane composition, but at moderate pyridine concentrations, phase separation is very smooth. Thus these two concentrations can be seen as a result of the I and II states.

본 발명의 다른 구체예로서, 본 발명에 따라 콘쥬게이트 중합체에 반도체-나노결정을 다량 로딩하는 것은 "원활한" 박막 표면을 초래한다. 이것은 정량될 수 있다. 이들 결과를 정량적으로 표시하기 위해, 막 조도의 평균제곱근(RMS)은 AFM 토포그래피 영상으로 부터 피리딘 농도의 함수로 결정된다(도 6). RMS 조도는, 피리딘 농도가 0에서 5 부피%로 증가함에 따라 크기 순으로 증가한다. 5 내지 12부피% 피리딘 농도 사이에서, RMS 조도의 약간의 증가만이 있는 반면에, 피리딘 농도가 12 내지 20 부피 %에서 선택됨에 따라, 크기 순으로 증가한다. 상기 구성을 이용하여 0 내지 5 부피%의 농도는 형태 I에 기인한 것으로 보고, 5 내지 12 부피 %는 형태 II에 기인한 것으로 보며 또 12 내지 20 부피%는 형태 III에 기인한 것으로 볼 수 있다. 상기 농도치는 바이너리 용액중에 나노결정 및 중합체의 고정된 전체 농도에 대한 것이다. 본 명세서에서 P3HT에 90중량%의 CdSe 나노결정이 사용된 경우, 부분 농도는 45 g/l 및 5 g/l 이었다. 세척에 대해 표시된 농도는 20% 정도 상이할 수 있고 여전히 효과적이라는 것을 이해해야한다.In another embodiment of the present invention, loading a large amount of semiconductor-nanocrystals into the conjugate polymer in accordance with the present invention results in a "smooth" thin film surface. This can be quantified. To quantitatively display these results, the root mean square of the film roughness (RMS) is determined as a function of pyridine concentration from the AFM topography image (FIG. 6). RMS roughness increases in magnitude as the pyridine concentration increases from 0 to 5% by volume. Between 5 and 12% by volume pyridine concentration, there is only a slight increase in RMS roughness, while increasing in size order as the pyridine concentration is selected from 12 to 20% by volume. Using this configuration, concentrations of 0-5% by volume may be attributed to Form I, 5-12% by volume may be attributed to Form II and 12-20% by volume may be attributed to Form III. . The concentration is for a fixed total concentration of nanocrystals and polymers in binary solution. When 90% by weight of CdSe nanocrystals were used in P3HT herein, the partial concentrations were 45 g / l and 5 g / l. It should be understood that the concentrations indicated for the washes can vary by 20% and are still effective.

전하의 분리는 나노결정-중합체 계면의 엑시톤 확산 범위내에서 생기는 엑시톤에서만 생길 수 있다. 단일 물질 도메인 크기는 더 우수한 나노결정 분산의 결과로 감소되기 때문에, 외부양자효율(EQE)의 증가가 기대된다. EQE는 장치 세트에서 하기 양, 즉 (i) 입사광 세기, (ii) 흡수광의 분획, 및 (iii) 전극의 선택에 의해 주어지는 전극에서의 전하 수집효율이 필적하는 것을 고려할 때 전하분리효율의 측도로 이용될 수 있다. 상기 3개 조건은 EQE 데이터가 도 6에 제시된 장치의 경우 충족된다. 도 6은 P3HT 및 9 nm x 13 nm CdSe 나노결정의 블렌드에 대한 EQE의 피리딘 의존성을 나타낸다. EQE는 상태 I에서 상태 II로 이동함에 따라 1.4 배 정도 증가된 다음 상태 III에 대해서는 다시 감소된다. 바람직한 실시예로서, 용매 혼합물, 즉 바이너리 용매 계중에 피리딘 농도가 8 부피인 경우 최대 35%의 EQE를 얻을 수 있다.The separation of charges can only occur in excitons which occur within the exciton diffusion range of the nanocrystal-polymer interface. Since single material domain size is reduced as a result of better nanocrystal dispersion, an increase in external quantum efficiency (EQE) is expected. EQE is a measure of charge separation efficiency, given that the charge collection efficiency at the electrode set is comparable to the following amounts: (i) incident light intensity, (ii) fraction of absorbed light, and (iii) electrode selection. Can be used. These three conditions are met for the device in which EQE data is presented in FIG. 6. 6 shows the pyridine dependence of EQE on a blend of P3HT and 9 nm × 13 nm CdSe nanocrystals. EQE increases by 1.4 times as it moves from state I to state II, and then decreases again for state III. As a preferred embodiment, up to 35% EQE can be obtained when the pyridine concentration is 8 volumes in the solvent mixture, ie binary solvent system.

바이너리 용매계에서 피리딘 농도에 대한 EQE의 유사한 의존성은 P3HT에 분산된 구형 나노결정에서도 존재한다. 최대 EQE는 8 부피 % 피리딘 농도로서, 이것은 상술한 낮은 애스팩트비의 나노봉에서 측정된 값에 필적한다. 고정된 나노결정 농도의 경우, 피리딘의 광학 농도는 나노결정의 표면 대 부피 비에 의해 결정된다.3 nm x 100 nm 나노봉으로 구성된 장치의 경우, 최선의 장치는 12 부피% 피리딘을 함유하는 용액으로 부터 캐스팅되지만, 7 nm x 60 nm 나노봉으로 구성된 장치는 단지 4 부피% 피리딘만을 필요로 한다. 3 nm 직경 나노봉은 7 nm 나노봉에 비하여 2배 정도 높은 표면 대 부피 비를 갖는다. 결합된 피리딘 분자는 용액중에 있는 자유 피리딘과 다이나믹 균형을 이루기 때문에, 피리딘으로 피복된 더 얇은 나노봉의 표면을 유지하기 위해서는 더 많은 피리딘이 요구된다.Similar dependence of EQE on pyridine concentration in binary solvent systems exists for spherical nanocrystals dispersed in P3HT. The maximum EQE is 8 vol% pyridine concentration, which is comparable to the value measured on the low aspect ratio nanorods described above. For fixed nanocrystal concentrations, the optical concentration of pyridine is determined by the surface to volume ratio of the nanocrystals. For devices consisting of 3 nm x 100 nm nanorods, the best device is a solution containing 12% by volume pyridine Although cast from, a device consisting of 7 nm x 60 nm nanorods only requires 4% by volume pyridine. 3 nm diameter nanorods have a surface-to-volume ratio about two times higher than 7 nm nanorods. Since the bound pyridine molecules are in dynamic balance with the free pyridine in solution, more pyridine is required to maintain the surface of the thinner nanorods covered with pyridine.

본 발명의 다른 실시예로서, 피리딘을 다른 리간드로 교체하는 것에 의해 본 발명에 따라 사용된 바이너리 용매 혼합물을 다양하게 할 수 있다. 예컨대, CdSe, CdTe 및 InP 나노결정은 대부분 TOPO 또는 TOP 및 다양한 포스폰산의 혼합물로 합성된다. 나노결정을 회수하고 저장된 후, 생성물내에는 다량의 TOPO (또는 TOP)가 존재하며 나노결정들은 상기 유기 계면활성제에 의해 패시베이션된다. TOPO 쉘을 갖는 나노결정은 덜 산화되는 경향이 있고 톨루엔, 클로로포름, 헥산, THF, 피리딘 및 부탄올을 비롯한 다양한 용매에 쉽게 용해된다. TOPO는 티올, 아민 및 기타 포스핀 옥사이드 및 포스폰산과 같은 카드뮴에 대한 기타 리간드로 치환될 수 있다 (이하 참조).As another embodiment of the present invention, the binary solvent mixture used in accordance with the present invention can be varied by replacing pyridine with another ligand. For example, CdSe, CdTe and InP nanocrystals are mostly synthesized as a mixture of TOPO or TOP and various phosphonic acids. After the nanocrystals are recovered and stored, there is a large amount of TOPO (or TOP) in the product and the nanocrystals are passivated by the organic surfactant. Nanocrystals with TOPO shells tend to be less oxidized and readily soluble in various solvents including toluene, chloroform, hexane, THF, pyridine and butanol. TOPO may be substituted with thiols, amines and other ligands for cadmium such as phosphine oxides and phosphonic acids (see below).

비-콘쥬게이트 리간드는 전자기 스펙트럼의 가시부에서 흡수하지 않고 태양전지의 광생성 전류에 가산되지 않는다. 포스핀 옥사이드 또는 포스폰산 작용기가 부착된 올리고티오펜은 CdSe 및 기타 반도체-나노결정의 표면에 결합될 수 있다. 더 긴 콘쥬게이트, 상기 4개 단량체 단위를 갖는 콘쥬게이트 리간드는 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 흡수되며 광전류에 도움이 되므로 그 사용은 본 발명의 일 실시예로 고려할 수 있다. 페닐포스폰산은 바람직한 용도의 리간드의 비제한적인 예이다. 10 단량체 단위를 갖는 올리고티오펜의 에너지 레벨은 모 중합체, P3HT의 에너지 레벨에 도달한다. TnPA는 아래에 도시된 티에펜(n은 티에펜 고리의 개수) 포스폰산으로 공지되어 있다. 본 발명에 고려될 수 있는 3가지 형태의 바람직한 티오펜 유도체 리간드가 존재한다. 티오펜 고리의 개수는 다양할 수 있고 이들은 포스폰산, 포스핀 옥사이드 또는 올리고티오펜 아민을 이용한다.Non-conjugated ligands do not absorb in the visible part of the electromagnetic spectrum and are not added to the photovoltaic current of the solar cell. Oligothiophenes with phosphine oxide or phosphonic acid functionality attached may be bonded to the surface of CdSe and other semiconductor-nanocrystals. Longer conjugates, the conjugate ligands having the four monomer units, are absorbed in the visible region of the electromagnetic spectrum and are conducive to photocurrent, so their use can be considered as an embodiment of the present invention. Phenylphosphonic acid is a non-limiting example of a ligand of preferred use. The energy level of oligothiophene with 10 monomer units reaches the energy level of the parent polymer, P3HT. TnPA is known as thiefene (n is the number of thiefene rings) phosphonic acid shown below. There are three forms of preferred thiophene derivative ligands that may be contemplated by the present invention. The number of thiophene rings can vary and they utilize phosphonic acid, phosphine oxide or oligothiophene amines.

대형 올리고머는 나노결정에 긴밀하게 결합되어 중합체와 친밀하게 상호작용할 수 있기 때문에, 이들은 2개 반도체 사이의 전하 전달속도를 향상시키는데 도움을 준다. 중합체에 대해 유사한 측쇄를 갖는 올리고머는 대형 나노결정이 서로 밀어내게하여 중합체에 잘 분산되게 한다. 바람직한 경우, 나노결정은 나노결정에 결합되는 포스핀 및 포스핀 옥사이드와 같은 화학 작용기를 함유하는 중합체와 블렌딩된다. 이러한 경우, 중합체는 나노결정에 아주 가깝게 밀접하게되어 전하 전달을 신속하고 효율적으로 증진한다.Since large oligomers can be tightly bound to the nanocrystals and interact intimately with the polymer, they help to improve the charge transfer rate between the two semiconductors. Oligomers with similar side chains for the polymer allow large nanocrystals to repel one another and disperse well in the polymer. If desired, the nanocrystals are blended with polymers containing chemical functional groups such as phosphine and phosphine oxides that are bound to the nanocrystals. In this case, the polymer is very close to the nanocrystals, which promotes charge transfer quickly and efficiently.

TOPO, 또는 기타 합성 용매를 대체하기 위하여 나노결정에 있는 특정 계면활성제에 적합한 용매로 나노결정을 세척한다. 이어 나노결정을 사용할 과량의 소망하는 리간드를 갖는 용매에 용해시키고, 고온에서 수시간 동안 환류시킨다. 고온은 나노결정 표면 위에서 또는 떨어져서 리간드의 이동을 보증하며 과량은 나노결정 표면 위에서 새로운 리간드의 균형을 유지시킨다. 나노결정이 고온에서 산소 및 물에 노출되는 것을 감소시키는 다른 효과적인 화학적 처리는 나노 결정을 과량의 대체 리간드에 용해시킨 다음 TOPO용 용매 또는 다른 합성 용매에서 입자를 석출시키고 원심분리후 상청액을 버리는 것이다. 비점이 116℃인 피리딘은 대체할 수 있는 가장 용이한 리간드중의 하나이며 CdSe와 사용하기에 바람직하다. 피리딘에 의해 패시베이트된 나노결정은 TOPO로 피복된 나노결정에 비하여 용해성이 적지만, 나노결정을 건조 또는 가열하는 것에 의해 피리딘이 쉽게 벗겨질 수 있다.The nanocrystals are washed with a solvent suitable for the specific surfactant in the nanocrystals to replace TOPO, or other synthetic solvents. The nanocrystals are then dissolved in a solvent with excess of the desired ligand to be used and refluxed at high temperature for several hours. High temperatures ensure the movement of ligands on or off the nanocrystal surface and excess balances the new ligand on the nanocrystal surface. Another effective chemical treatment that reduces the exposure of the nanocrystals to oxygen and water at high temperatures is to dissolve the nanocrystals in excess replacement ligand and then precipitate the particles in a solvent for TOPO or other synthetic solvents and discard the supernatant after centrifugation. Pyridine with a boiling point of 116 ° C. is one of the easiest ligands to replace and is preferred for use with CdSe. Pyridine-passivated nanocrystals are less soluble than TOPO-coated nanocrystals, but pyridine can be stripped off easily by drying or heating the nanocrystals.

나노결정-중합체 블렌드로써 작성한 광기전 장치에서, 나노결정상의 리간드는 막의 형태 및 마이크로상 분리를 결정한다. TOPO, 피리딘 및 변형된 TOPO (1개 옥틸 잔기가 티오펜 고리(T1)로 치환됨)의 다양한 리간드와 CdSe의 블렌드의 형태를 도 22에서 비교한다.In photovoltaic devices made with nanocrystalline-polymer blends, the ligands of the nanocrystalline phase determine the morphology and microphase separation of the membrane. The form of the blend of CdSe with various ligands of TOPO, pyridine and modified TOPO (one octyl moiety is substituted with thiophene ring (T1)) is compared in FIG. 22.

비제한적인 실시예로서, TOPO에 의해 비극성 알킬 사슬로써 패시베이트된 CdSe 나노결정은 P3HT의 비극성 매트릭스에 균일하게 분산될 수 있다. 입자 간의 분명한 간격은 TOPO 분자의 대략적 길이인 11Å에 상응한다(도 22a). TOPO가 티오펜 고리를 갖는 1개의 옥틸 사슬의 치환에 의해 변성되어 T1을 생성하면, 이들 나노결정은 P3HT에 분산될 때 TOPO 피복된 입자와는 상이하게 행동한다 (도 22b). T1으로 피복된 나노결정은 TOPO 피복된 입자 보다 더 응집되며, CdSe 나노결정의 응집물은 나노결정의 라인을 만든다. 특정 이론이나 원리에 한정하려는 것은 아니지만, T1 분자상의 티오펜 고리는 중합체상의 티오펜 고리와 파이-스택(pi-stack)되어 나노결정이 중합체 사슬을 따라 정렬되게 한다. 나노결정 표면상에 게면활성제가 존재하는 것은 응집물 사이의 입자 사이 및 나노결정의 사슬 사이의 분리로 부터 식별된다. 대조적으로, 피리딘에 의해 피복된 나노결정은 P3HT에서 응집된다(도 22c). 특정 이론이나 원리에 한정되는 것은 아니나, 피리딘은 약한 루이스 염기이기 때문에, 피리딘의 일부는 막이 캐스팅됨에 따라서 용매가 증발하는 동안 나노결정 표면으로부터 제거될 수 있다. 그 결과, 비극성 P3HT중의 대형 극성 나노입자 사이의 반 데어 발스 작용이 복합체의 유기 및 무기 성분 사이의 마이크로규모의 상 분리를 초래한다. 피리딘으로 세척된 나노결정은 TOPO 피복된 입자에서 관찰되는 것과 같이 막에서 나노결정 사이의 분명한 분리가 없도록 인접 입자와 긴밀하게 접촉하고 있다. TOPO 및 피리딘 피복된 나노결정 사이의 응집 특징의 유사한 차이는 P3HT 보다 극성이 강한 중합체 MEH-PPV에 대해서도 관찰된다.As a non-limiting example, CdSe nanocrystals passivated with a nonpolar alkyl chain by TOPO may be uniformly dispersed in a nonpolar matrix of P3HT. The apparent spacing between the particles corresponds to 11 μs, the approximate length of the TOPO molecule (FIG. 22A). If TOPO is modified by substitution of one octyl chain with a thiophene ring to produce T1, these nanocrystals behave differently from TOPO coated particles when dispersed in P3HT (FIG. 22B). Nanocrystals coated with T1 aggregate more than TOPO coated particles, and aggregates of CdSe nanocrystals make lines of nanocrystals. Without wishing to be bound by any particular theory or principle, the thiophene ring on the T1 molecule is pi-stacked with the thiophene ring on the polymer, causing the nanocrystals to align along the polymer chain. The presence of the surfactant on the nanocrystalline surface is identified from the separation between the particles between the aggregates and between the chains of the nanocrystals. In contrast, nanocrystals coated with pyridine aggregate in P3HT (FIG. 22C). Although not limited to any particular theory or principle, since pyridine is a weak Lewis base, some of the pyridine may be removed from the nanocrystalline surface during solvent evaporation as the film is cast. As a result, van der Waals action between large polar nanoparticles in nonpolar P3HT results in microscale phase separation between the organic and inorganic components of the composite. Pyridine washed nanocrystals are in intimate contact with adjacent particles such that there is no apparent separation between nanocrystals in the membrane, as observed in TOPO coated particles. Similar differences in aggregation characteristics between TOPO and pyridine coated nanocrystals are also observed for the polymer MEH-PPV, which is more polar than P3HT.

본 발명은 바람직한 실시예로서 합성 가공으로 부터 봉 상에 계면활성제의 95%를 실질적으로 치환하지 않는 것을 고려할 수 있다. 유리하게는, 3회의 세척은 더 많은 잔류 계면활성제를 제거할 것이고, 계면활성제가 전하 전달을 방해하기 때문에 바람직할 것이다. 그러나, 본 발명자들은 일부 계면활성제가 남겨지는 1개 세척 단계만으로도 훨씬 더 우수하고 사람들이 예상하는 것 보다 예기치 않은 결과를 갖는 광기전 장치를 초래한다는 것을 밝혀내었다. 그와 같은 장치에 대한 EQE는 3회 세척된 장치 보다 3 내지 5배 향상되었다.As a preferred embodiment, the present invention contemplates substantially no substitution of 95% of the surfactant on the rods from synthetic processing. Advantageously, three washes will remove more residual surfactant and would be desirable because the surfactant interferes with charge transfer. However, the inventors have found that one washing step with some surfactant left behind results in photovoltaic devices that are much better and have unexpected results than people would expect. The EQE for such a device is 3 to 5 times better than the device washed three times.

5 nm 직경의 나노결정을 메탄올에서 3회 세척하여 과량의 TOPO를 제거한 다음 최소량의 피리딘(50 ㎕/100 mg CdSe)에 용해시키고 헥산에서 3회 석출하여 표면상에 피리딘을 갖는 입자를 수득하였다. 메탄올 세척된 나노결정을 먼저 피리딘을 사용하여 환류시켜 TOPO를 교체하고, 헥산을 사용하여 석출시킨 다음 톨루엔에 용해된 T1의 용액에서 12시간 동안 환류시켜 T1 피복된 입자를 수득하였다. 클로로포름에 용해된 P3HT중의 40 중량% 나노결정으로 이루어진 용액으로 부터 NaCl IR윈도우에 스핀 캐스팅함으로써 막을 수득하였다. 이들 샘플을 물에 침지시켜 블렌드 막 및 구리 TEM 그리드를 부유시키고 구멍이 있는 탄소를 사용하여 상기 막을 얻었다.5 nm diameter nanocrystals were washed three times in methanol to remove excess TOPO and then dissolved in a minimum amount of pyridine (50 μl / 100 mg CdSe) and precipitated three times in hexane to give particles with pyridine on the surface. Methanol washed nanocrystals were first refluxed with pyridine to replace TOPO, precipitated with hexane and then refluxed for 12 hours in a solution of T1 dissolved in toluene to give T1 coated particles. Membranes were obtained by spin casting in a NaCl IR window from a solution consisting of 40 wt% nanocrystals in P3HT dissolved in chloroform. These samples were immersed in water to float the blend membrane and copper TEM grid and to obtain the membrane using perforated carbon.

본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명자들은 열처리가 무기 표면에 결합된 유기 분자의 이동성을 향상시키는 효과적인 방법이라는 것과, 중합체의 유리 전이 온도 주변에서 나노복합체를 처리하면 상기 막 내의 분자가 표면으로 향하여 이동할 수 있게 한다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 유기 블렌드에서, 열 어닐링은 스핀 캐스트 막의 균형 모폴로지를 증진시키기 위해 또 일부의 경우 복합체내에서 상 분리와 결정화를 향상시키기 위해 사용되어 왔다. 나노결정-중합체 블렌드의 경우, 열처리는 나노결정-나노결정 및 나노결정-중합체 계면의 변형이 전하전달 및 수송을 놀랄만큼 향상시켜 광기전 장치의 성능을 향상시킨다. 중합체내에서 나노결정의 분산을 제어하기 위해 사용된 바이너리 용매중의 과량의 피리딘은 P3HT에서 만들어진 엑시톤에 대한 비-방사성 재조합 센터로서 작용하는 것으로 나타날 것이다. 그 결과, 이들 엑시톤은 광전류에 기여하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 막의 열 어닐링은 계면내 피리딘 및 중합체 영역내의 과량의 미결합 피리딘의 제거를 초래한다. 가열후 장치에서는 EQE의 현저한 향상이 관찰되며, 이것은 전하 전달 및 광전류 생성에 대한 이들 손실 엑시톤의 회복에도 관련된다.In another embodiment of the present invention, the present inventors have found that heat treatment is an effective way to improve the mobility of organic molecules bound to an inorganic surface, and that treatment of nanocomposites around the glass transition temperature of a polymer causes the molecules in the film to be directed to the surface. It was surprisingly found to be able to move. In organic blends, thermal annealing has been used to enhance the balance morphology of spin cast membranes and in some cases to enhance phase separation and crystallization in composites. In the case of nanocrystal-polymer blends, heat treatment improves the performance of the photovoltaic device by the deformation of the nanocrystal-nanocrystal and nanocrystal-polymer interfaces surprisingly improving charge transfer and transport. Excess pyridine in the binary solvent used to control the dispersion of nanocrystals in the polymer will appear to act as a non-radioactive recombination center for excitons made in P3HT. As a result, these excitons do not contribute to the photocurrent. Thermal annealing of the membranes according to embodiments of the present invention results in the removal of excess unbound pyridine in the interfacial pyridine and polymer regions. Significant improvements in EQE are observed in the apparatus after heating, which is also related to the recovery of these lost excitons for charge transfer and photocurrent generation.

클로로포름에 10부피% 피리딘의 용매로부터 스핀 캐스팅된 P3HT중의 90 중량% 3 nm x 60 nm CdSe 나노봉에 대하여 측정된 표준화된 광전류는 도 7a에 도시되어 있다(속이 빈 원형은 어닐링 전의 값이고; 검은 색 사각형은 어닐링 후에 측정된 값임). 절대 최대 EQE는 유동 아르곤하, 0.1 mW/cm2조명하의 455 nm에서 15% 이다. 약 50 mTorr의 감압하, 120℃에서 3시간 동안 가열하고 8시간 동안 실온으로 냉각시키면, 동일한 장치의 광전류는 통상의 사람들이 예상할 수 있는 것 보다 훨씬 높게 향상된다(도 7a).The normalized photocurrent measured for 90 wt% 3 nm x 60 nm CdSe nanorods in P3HT spin cast from a solvent of 10 vol% pyridine in chloroform is shown in FIG. 7A (the hollow circle is the value before annealing; Color square is the value measured after annealing). The absolute maximum EQE is 15% at 455 nm under flow argon, 0.1 mW / cm 2 illumination. By heating at 120 ° C. for 3 hours and cooling to room temperature for 8 hours under a reduced pressure of about 50 mTorr, the photocurrent of the same device is much higher than would be expected by the average person (FIG. 7A).

특정 이론이나 원리에 제한되는 것은 아니라, 이러한 예상치 않은 결과는 다음과 같이 설명될 수 있을 것이다. 가열된 장치의 광전류 대 가열하기 전의 장치의 광전류의 비는 2.5배 정도 전체적인 향상을 나타내며, 특히 700 nm에서 숄더를 갖는 650 nm 근처에서 6배 이상으로 강한 증가를 나타낸다. 이러한 적색 EQE 향상 피이크의 기원을 이해하기 위하여, 3 nm x 60 nm CdSe 나노봉을 갖는 장치를 제작하고 동일 조건하에서 가열시켰다. 열처리 전후의 광전류의 분석은 700 nm 중심에서 향상 특징이 있다는 것을 나타낸다. 따라서 우리는 블렌드 광전류에서 이러한 적색 이동은 나노봉에 기인한 것이라 볼 수 있다. 따라서, 작업의 특정 이론이나 메카니즘에 구애없이, 열처리는 계면 피리딘의 제거 및 나노봉을 보다 더 가깝게 하는데 도움을 주어 예기치 않은 놀랄만한 우수한 효과를 갖게 되는 것으로 추정된다. 인접 나노봉의 이러한 응집은 나노봉간의 전자 수송을 향상시킬 것이므로 호핑 단계 간의 분리 거리는 감소될 것이다. 또한, 계면 피리딘의 제거는 CdSe 및 P3HT 가 더 밀접한 전자 접촉되도록 연결함으로써 상기 물질 사이의 전하 전달을 향상시키는 효과를 가질 것이다. 이들 2개 효과는 모든 흡수 파장에 걸쳐 약 2.5배 정도 광전류 향상을 초래할 것이다.Without being limited to any particular theory or principle, these unexpected results may be explained as follows. The ratio of the photocurrent of the heated device to the photocurrent of the device before heating shows a total improvement of 2.5 times, particularly a strong increase of more than 6 times near 650 nm with shoulder at 700 nm. To understand the origin of this red EQE enhanced peak, a device with 3 nm x 60 nm CdSe nanorods was fabricated and heated under the same conditions. Analysis of photocurrent before and after heat treatment indicates that there is an enhancement characteristic at the center of 700 nm. Thus, we can assume that this red shift in the blend photocurrent is due to the nanorods. Thus, regardless of the specific theory or mechanism of operation, heat treatment is believed to help remove interfacial pyridine and bring the nanorods closer, bringing unexpected surprisingly good effects. This agglomeration of adjacent nanorods will improve electron transport between nanorods, so the separation distance between hopping steps will be reduced. In addition, the removal of interfacial pyridine will have the effect of enhancing charge transfer between the materials by connecting CdSe and P3HT to more intimate electronic contact. These two effects will result in a photocurrent improvement of about 2.5 times over all absorption wavelengths.

최대 광전류 증가는 500 nm 내지 700 nm 사이의 영역에서 생길 것이며, 6배 이상은 90중량% CdSe 블렌드 장치에 대해 얻을 수 있으며 CdSe 및 P3HT는 광의 흡수에 상당한 기여를 한다. 상대적 기여를 결정하기 위하여, 흡수된 광의 분획 대 각 재료 성분에 의해 생성된 광전류의 분획을 비교할 수 있다. 다양한 CdSe 농도를 갖는 일련의 장치의 흡수 스펙트럼은 개별 CdSe 및 P3HT 스펙트럼의 선형 조합에 고정될 수 있다(도 8).The maximum photocurrent increase will occur in the region between 500 nm and 700 nm, more than six times can be obtained for a 90 wt% CdSe blend device and CdSe and P3HT make a significant contribution to the absorption of light. To determine the relative contribution, one can compare the fraction of absorbed light to the fraction of photocurrent generated by each material component. Absorption spectra of a series of devices with varying CdSe concentrations can be fixed to a linear combination of individual CdSe and P3HT spectra (FIG. 8).

가열 후 블렌드 장치의 400 nm 내지 700 nm 범위의 흡수에서 눈에 띄는 변화는 없다. 40중량% 이상의 농도의 경우, 광전류에 대한 P3HT의 기여는 중합체 의해 흡수된 광의 비율에 비해 훨씬 덜 하다. 90 중량% CdSe 장치의 경우, P3HT는 흡수된 광의 61%에 관여하지만, 중합체는 광전류의 8%에만 기여한다. 이것은 P3HT에 의해 흡수된 광의 실제적인 양은 전류의 생성에 기여하지 않고 비-방사성 또는 방사성 재조합 경로의 영향을 받지 않음을 나타낸다. 그러나, 이들 장치를 120℃에서 열처리 하면, 광전류 스펙트럼에서의 변화는 흡수되는 광의 비율에 가까운 P3HT 기여를 얻는다. 90중량% CdSe 장치의 경우, 광전류의 P3HT 부분은 현저하게 66% 정도 증가하여 P3HT에 흡수된 광의 61%에 필적한다. 외부 양자 효율의 이러한 증폭은 60℃ 내지 160℃에서 관찰되며, 알루미늄이 필름을 통하여 이동하고 장치가 디그레이드됨에 따라서 180℃에서 한번 감소된다(도 9). 따라서, 처리 온도의 함수인 60 중량% CdSe 블렌드 막의 PL 효율은 120℃ 까지 증가되며, 그후로 감소되며 고온에서 일정하게 유지된다(도 9 삽입그림). 본 발명은 열 어닐링 온도가 200℃ 이상일 수 있음을 고려한다.There is no noticeable change in absorption in the 400 nm to 700 nm range of the blend apparatus after heating. For concentrations above 40% by weight, the contribution of P3HT to the photocurrent is much less than the proportion of light absorbed by the polymer. For a 90 wt% CdSe device, P3HT is responsible for 61% of the absorbed light, but the polymer only contributes 8% of the photocurrent. This indicates that the actual amount of light absorbed by P3HT does not contribute to the generation of current and is not affected by non-radioactive or radioactive recombination pathways. However, when these devices are heat treated at 120 ° C., changes in the photocurrent spectrum yield a P3HT contribution close to the ratio of light absorbed. In the case of a 90 wt% CdSe device, the P3HT portion of the photocurrent increases significantly by 66%, comparable to 61% of the light absorbed in P3HT. This amplification of external quantum efficiency is observed at 60 ° C. to 160 ° C. and is reduced once at 180 ° C. as aluminum moves through the film and the device degrades (FIG. 9). Thus, the PL efficiency of the 60 wt% CdSe blend film, which is a function of the processing temperature, is increased to 120 ° C. and then decreased and kept constant at high temperatures (FIG. 9 inset). The present invention contemplates that the thermal annealing temperature may be at least 200 ° C.

이러한 예기치 않은 결과는 다음과 같이 설명될 수 있다. 블렌드중의 CdSe의 PL 효율은 0.1% 미만이기 때문에, 샘플의 PL은 P3HT로 부터 현격히 증가한다. P3HT의 가열은 결정성 향상을 초래하여 PL 효율을 억제시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 효과는 40℃ 정도의 낮은 온도에서 P3HT의 가열 막에서 관찰된다. 따라서 증가된 결정성은 120℃ 보다 높은 블렌드 막에서 관찰된 PL 효율의 약간의 감소를 설명하지만, 120℃ 미만에서 PL 효율의 실질적인 증가를 설명하지 못한다. 낮은 온도에서 중합체내의 과량의 피리딘을 제거하는 것은 처리 온도 증가에 따른 P3HT PL 효율 증가의 원인일 수 있다. 이것은 P3HT에 흡수된 일부 포톤이 미처리 막중의 중합체에 있는 피리딘 부위에서 비방사성 재조합을 거치기 때문에 PL에 기여하지 않기 때문으로 보인다. 열처리 후, 상기 포톤들은 방사성 부식 및 전하 전달에 기여할 수 있다. 따라서, 과량의 피리딘의 제거는 광전류에 대해 더 큰 P3HT 기여를 초래하여 500 nm 내지 700 nm 영역에서 관찰된 EQE의 증가를 유발한다.This unexpected result can be explained as follows. Since the PL efficiency of CdSe in the blend is less than 0.1%, the PL of the sample is significantly increased from P3HT. Heating of P3HT is known to result in an improvement in crystallinity and to suppress PL efficiency. This effect is observed in the heating film of P3HT at temperatures as low as 40 ° C. The increased crystallinity thus accounts for a slight decrease in PL efficiency observed in blend films higher than 120 ° C., but does not account for a substantial increase in PL efficiency below 120 ° C. Removing excess pyridine in the polymer at low temperatures may be the cause of increased P3HT PL efficiency with increasing treatment temperature. This seems to be because some photons absorbed in P3HT do not contribute to PL because they undergo non-radioactive recombination at the pyridine sites in the polymer in the untreated membrane. After heat treatment, the photons can contribute to radioactive corrosion and charge transfer. Thus, removal of excess pyridine results in a greater P3HT contribution to photocurrent, leading to an increase in the EQE observed in the 500 nm to 700 nm region.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 처리는 높은 면 대 부피 비를 갖고 또 스핀 캐스팅 용액에서 고농도의 피리딘(>8 부피%)을 필요로하는 고 애스펙트비 나노봉 장치에서 EQE를 향상시키는데 특히 중요하다. 나노봉으로 구성된 장치에는 대형 나노봉-나노봉, 피리딘을 함유하는 나노봉-중합체 계면 영역 뿐만 아니라 과량의 피리딘이 존재한다. 이러한 피리딘의 제거는 도 7에서 볼 수 있는 6배 정도의 큰 EQE 향상을 초래한다. 대조적으로, 7 nm x 60 nm 크기의 나노봉은 4부피%의 피리딘을 갖는 용매중에서 P3HT와 블렌딩되고 가열 후의 초대 EQE 증가는 1.3배 정도이다(도 10).Heat treatment according to a preferred embodiment of the present invention is particularly important for improving EQE in high aspect ratio nanorod devices having a high surface to volume ratio and requiring high concentrations of pyridine (> 8% by volume) in spin casting solutions. . Devices comprised of nanorods contain large nanorods-nanorods, nanorod-polymer interface regions containing pyridine as well as excess pyridine. This removal of pyridine results in a six-fold greater EQE improvement as seen in FIG. In contrast, 7 nm x 60 nm nanorods were blended with P3HT in a solvent with 4% by volume of pyridine and the initial EQE increase after heating was about 1.3-fold (FIG. 10).

본 발명은 표면 대 부피 비가 적은 나노봉의 사용을 고려하며, 따라서 박막(<200 nm )으로 부터 피리딘 제거는 저압(<10-6mbar)에서 샘플을 펌핑하는 것만으로 기인하며, 열처리시 성능향상은 관찰되지 않았다. 또한 박막의 열처리는 알루미늄이 중요한 일부 장치를 통하여 확산되기 때문에 개방 회로 및 충전 인자에게 위험하다.The present invention contemplates the use of nanorods with a low surface-to-volume ratio, so the removal of pyridine from the thin film (<200 nm) is due only to pumping the sample at low pressure (<10 -6 mbar) Not observed. Heat treatment of thin films is also dangerous for open circuits and filling factors because aluminum diffuses through some critical devices.

100 nm 내지 350 nm 두께 범위의 P3HT 장치에서 90 중량% 7 nm x 60 nm 나노봉 CdSe 시리즈에서, 상기 200 nm 두께는 120℃에서 열처리시 향상된다(도 11).In the 90 wt% 7 nm x 60 nm nanorod CdSe series in P3HT devices ranging from 100 nm to 350 nm thickness, the 200 nm thickness is improved upon heat treatment at 120 ° C. (FIG. 11).

장치의 두께가 증가함에 따라서, EQE의 상대적 향상도 증가한다(도 12a). 처리후 EQE의 절대 증가는 두께에 따라 증가(도 12b)하지만 가장 두꺼운 장치의 불량한 수송 특성으로 인하여 346 nm 두께로 한정된다. 하이브리드 나노봉-중합체 태양전지는 나노봉 정렬을 통하여 보다 효과적으로 되지만, 길이 100 nm 보다 큰 봉의 합성 및 더 많은 태양광을 흡수하기 위해 더 높은 광학 밀도를 갖는 더 두꺼운 막의 합성이 이용될 수 있다. 이들 두꺼운 막에서, 열처리는 고성능 장치를 실현하는데 바람직하다.As the thickness of the device increases, the relative improvement in EQE also increases (FIG. 12A). The absolute increase in EQE after treatment increases with thickness (FIG. 12B) but is limited to 346 nm thickness due to the poor transport properties of the thickest device. Hybrid nanorod-polymer solar cells become more efficient through nanorod alignment, but the synthesis of rods larger than 100 nm in length and the synthesis of thicker films with higher optical densities to absorb more sunlight can be used. In these thick films, heat treatment is desirable to realize high performance devices.

본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명자들은 캐리어 이동도를 증가시키고 또 향상된 전지 성능을 얻기 위해 전하 수집을 향상시키기 위한 놀랄만한 전략을 실현하였다. 전자 수송 재료와 홀 수송 재료의 블렌드의 경우, 전하를 전송하기 위해서는 삼투 경로의 생성이 필요하다. 나노결정과 중합체의 분산액에서, 전자에 대한 경로에서 터미네이션은 트랩 또는 재조합 중심으로서 작용한다. 나노결정의 크기 증가는 이러한 터미네이션의 횟수를 감소시킴으로써 그 성능응 향상시킨다. 그러나, 시판되는 태양전지에서 관찰되는 효율을 달성하기 위하여, 더 높은 캐리어 이동성 및 더 낮은 재조합 비를 갖는 것이 바람직하다. 장치의 두께와 유사한 길이를 갖는 나노봉의 경우, 캐리어 이동도가 1 치수 와이어의 캐리어 이동도와 유사한 지시된 경로를 갖는 것이 바람직하다. P3HT에 분산된 CdSE 나노봉의 애스펙트 비를 제어함으로써, 본 발명자들은 전자 수송의 길이 규모 및 방향이 박막 PV 장치를 통하여 적응될 수 있음을 놀랍게도 발견하였다.As another embodiment of the present invention, the inventors have realized a surprising strategy for increasing charge collection to increase carrier mobility and obtain improved cell performance. In the case of a blend of electron transport material and hole transport material, the generation of an osmotic path is required for the transfer of charge. In dispersions of nanocrystals and polymers, termination in the path to electrons acts as a trap or recombination center. Increasing the size of the nanocrystals improves their performance by reducing the number of such terminations. However, in order to achieve the efficiency observed in commercially available solar cells, it is desirable to have higher carrier mobility and lower recombination ratio. In the case of nanorods having a length similar to the thickness of the device, it is preferred that the carrier mobility has an indicated path similar to the carrier mobility of the one-dimensional wire. By controlling the aspect ratio of CdSE nanorods dispersed in P3HT, the inventors have surprisingly found that the length scale and direction of electron transport can be adapted through thin film PV devices.

나노결정이 구형 대 봉 상의 애스펙트 비가 증가함에 따라서, 이들은 분자 영역으로부터 1-치수 와이어 영역으로 더 가깝게 이동하며 이들은 용해성이 덜하게 된다. 도 13a에서, 나노봉은 막이 클로로포름으로부터 캐스트될 때 몇개의 마이크론 간격의 단일 섬을 형성한다. 그러나, 동일 농도에서, 나노봉은 피리딘/클로로포름 용매 혼합물로 부터 캐스트될 때 중합체 막내에서 균일하게 분산된다(도 13b). 피리딘 및 클로로포름중에 나노봉이 분산되는 것은 균일한 막의 캐스팅 뿐만 아니라 감소된 엑시톤 재조합에 대한 P3HT와 전하 전달 계면을 생성하는데 중요하다.As the nanocrystals increase the aspect ratio on the spherical to rod, they move closer from the molecular region to the 1-dimension wire region and they become less soluble. In FIG. 13A, the nanorods form a single island of several microns spacing when the membrane is cast from chloroform. However, at the same concentration, nanorods are uniformly dispersed in the polymer membrane when cast from a pyridine / chloroform solvent mixture (FIG. 13B). Dispersion of nanorods in pyridine and chloroform is important to create a charge transfer interface with P3HT for reduced exciton recombination as well as uniform membrane casting.

태양전지의 구조는 전계가 장치의 면에서부터라기 보다 장치의 두께를 향하여 연장되기 때문에, 크로스 영역에서 블렌드 막의 모폴로지를 특징화하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위하여, P3HT에 60중량%의 10 nm x 10 nm CdSe 나노결정이 용해된 용액을 폴리베드 에폭시(Polybed epoxy) 디스크상에 용액으로부터 스핀 캐스팅한다. 상기 디스크를 다이아몬드 나이프로 미세절단하여 60 nm 두께 막을 얻는다. 1개 엣지상의 최박막은 나노결정-P3HT 블렌드의 횡단면을 함유한다. 막의 TEM 영상에서(도 14), 나노결정이 없는 어두운 부분은 에폭시 기질이고, 그 위는 P3HT 막이고, 나노결정을 함유하는 약 100 nm 가 보인다. 나노결정은 측방향으로 현저한 상 분리가 없는 균일한 전체 막 두께를 따른다.It is important to characterize the morphology of the blend film in the cross region because the structure of the solar cell extends toward the thickness of the device rather than from the side of the device. To achieve this, a solution in which 60% by weight of 10 nm x 10 nm CdSe nanocrystals are dissolved in P3HT is spin casted from solution onto a polybed epoxy disk. The disc is finely cut with a diamond knife to obtain a 60 nm thick film. The thin film on one edge contains the cross section of the nanocrystal-P3HT blend. In the TEM image of the film (FIG. 14), the dark part without nanocrystals is an epoxy substrate, on top of which is a P3HT film, about 100 nm containing nanocrystals are seen. Nanocrystals follow a uniform overall film thickness with no significant phase separation laterally.

긴 나노봉-중합체 막에 대한 횡단면을 얻는 것은 아주 어려운 일이었다. 나노봉은 이들의 큰 크기로 인하여 절단되지 않고 블렌드 막은 인열 경향을 나타내었고 나이프에 의해 드레깅된다. 따라서, 막은 이들이 일단 에폭시 디스크상으로 스핀되면, 2일간에 걸쳐 에폭시 수지에 잘 매립되며 경화되어 미세절단하는 동안 추가의 서포트를 제공한다. P3HT중의 40 중량% 7 nm x 60 nm CdSe 나노봉에 대한 횡단면은 도 15b에 도시된 막의 두께의 상당부분을 메우는 나노봉을 도시한다.It was very difficult to get cross sections for long nanorod-polymer membranes. Nanorods did not cut due to their large size and the blend film showed a tendency to tear and was dragged by the knife. Thus, the membranes, once they are spun onto epoxy disks, are well embedded in epoxy resin over 2 days and cured to provide additional support during microcutting. The cross section for the 40 wt% 7 nm × 60 nm CdSe nanorods in P3HT shows the nanorods filling a significant portion of the thickness of the film shown in FIG. 15B.

광기전 장치의 두께를 메우기 위해 나노봉의 길이가 증가함에 따라서, 전자 수송도 실질적으로 향상될 것으로 예상된다. 그러나, 수송상의 예상된 향상은 나노봉이 기판의 평면에 수직하게 정렬되어 있고 또 나노봉이 1개의 나노봉내에서 전자가 전체적으로 수송될 만큼 충분히 길다고 가정한다. 도 15는 나노봉이 임의적으로 분산되어 있지만, 그럼에도 불구하고 일부 입자가 전자 수송 방향을 따라 중요한 성분과 배향되어 있음을 보여준다. 나노봉의 일부 정렬에 대한 다른 증거 및 전자 수송에 대한 이로운 효과는 광전류에서 관찰할 수 있다.As the length of the nanorods increases to fill the thickness of the photovoltaic device, electron transport is also expected to substantially improve. However, the expected improvement in transport assumes that the nanorods are aligned perpendicular to the plane of the substrate and that the nanorods are long enough to transport electrons entirely in one nanorod. 15 shows that the nanorods are randomly dispersed, but nevertheless some particles are oriented with important components along the electron transport direction. Other evidence for some alignment of the nanorods and beneficial effects on electron transport can be observed at the photocurrent.

EQE는 다음 양이 한 세트의 장치에 필적할 때 전하 수송 효율의 측도로 이용될 수 있다: (i) 입사각 세기, (ii) 흡수된 광의 분획, (iii) 전극의 선택에 의해 주로 결정되는 전극에서 전하 수집 효율, 및 (iv) 광발광 억제로 부터 결정되는 전하 전달 효율. 상기 4개 조건은 EQE 데이터가 도 16에 제공되어 있는 장치에 대해 충족된다. 따라서, 본 발명자들은 나노봉의 애스펙트 비가 1에서 10으로 증가함에 따라서(도 17), 전하 수송은 약 3배 정도 EQE 향상을 얻을 만큼 현저히 향상되어야한다. 더 짧은 나노입자로 구성된 네트워크에서, 전자 수송은 전자 수집 전극에 대한 통로를 포함하는 분별 입자 사이를 호핑함으로써 우세하게된다. 그러나 더 긴 입자로 구성된 장치에서는, 단일 나노봉으로 부터 경로가 형성됨에 따라 밴드 콘덕션이 우세하게된다. 장치에서 나노봉-중합체 막의 두께는 약 200 nm 이기 때문에, 60 nm 길이 나노봉은 장치의 상당한 부분을 통하여 침투할 수 있는 반면에 30 nm x 7 nm 길이 입자는 도 16에 도시한 바와 같이 점진적으로 덜 효과적이다. 7 nm x 60 nm 나노봉을 함유하는 가장 훌륭한 장치는 485 nm 에서 0.1 mW/cm2조명하에서 55%의 최대 EQE로 실시되며, 이 값은 현저히 재현가능하다. 보고된 결과는 57개 개별 태양 전지의 3개의 상이한 합성 뱃치로 부터 별도의 경우에 5개 장치 세트의 평균을 나타낸다. 이들 57개 장치의 평균 외부 양자 효율은 ~0.1 mW/cm2단색 조명하에서 59%에서 최대 효율을 갖는 평균에 대하여 10%내에 있다. 개별 장치는 수개월간의 시간 규모에 걸쳐 반복적으로 특징화되며 측정간의 현저한 차이를 나타내지 않았다.EQE can be used as a measure of charge transport efficiency when the following amounts are comparable to a set of devices: (i) the angle of incidence, (ii) the fraction of absorbed light, and (iii) the electrode primarily determined by the selection of the electrode Charge collection efficiency, and (iv) charge transfer efficiency determined from photoluminescence inhibition. These four conditions are met for the device with EQE data provided in FIG. Thus, we expect that as the aspect ratio of the nanorods increases from 1 to 10 (FIG. 17), the charge transport should be significantly improved to obtain about 3 times the EQE improvement. In a network composed of shorter nanoparticles, electron transport is predominant by hopping between fractional particles, including passages for electron collection electrodes. However, in devices composed of longer particles, band conductance predominates as the path is formed from a single nanorod. Since the thickness of the nanorod-polymer membrane in the device is about 200 nm, 60 nm long nanorods can penetrate through a significant portion of the device, while 30 nm x 7 nm length particles are progressively less as shown in FIG. 16. effective. The best devices containing 7 nm x 60 nm nanorods are run with a maximum EQE of 55% under 0.1 mW / cm 2 illumination at 485 nm, which is reproducibly reproducible. The reported results represent the average of five device sets in separate cases from three different synthetic batches of 57 individual solar cells. The average external quantum efficiency of these 57 devices is within 10% of the average with maximum efficiency at 59% under ˜0.1 mW / cm 2 monochrome illumination. Individual devices were repeatedly characterized over a time scale of months and showed no significant difference between measurements.

반도전성 유기 중합체 및 소분자와 비교하여 무기 반도체 나노봉의 우수한 캐리어 수송 특성으로 인하여, 이들 하이브리드 나노봉-중합체 태양전지는 지금까지 중합체 함유 전지에서 보고된 최고의 EQE를 발휘한다.Due to the excellent carrier transport properties of inorganic semiconductor nanorods compared to semiconductive organic polymers and small molecules, these hybrid nanorod-polymer solar cells exhibit the best EQE reported so far in polymer containing cells.

본 발명에 따른 광기전 장치는 고측쇄 나노봉을 포함하는 것으로 생각된다. 고측쇄 나노봉은 전구체를 10회 주입하는 것으로부터 종래기술에 공지된 수법에 따라서 합성하였다. 합성하는 동안 주사시, 이들 나노봉은 측쇄 및 길이증가를 위한 다수의 핵 부위를 생성하였다. 이들 측쇄 나노봉의 다수는 100 nm 보다 큰 길이를 갖기 때문에, 나노봉-중합체 PV 장치에 사용될 때 EQE의 추가의 증가가 예상된다. 측쇄는 그의 길이를 따라서 결함을 갖는 나노봉을 유발하는 스택킹 결함과 유사한 봉의 우르트자이트(wurtzite) 구조에서의 저 에너지 징크블렌데(zincblende) 결함에 의해 유발된다. 그 결과, 측쇄 나노봉내에서 캐리어의 이동도는 측쇄되지 않은 봉과 유사하다. 또한 나노봉의 측쇄 및 본체 사이의 상호작용은 물리적 접촉에서 2개의 분명한 나노봉에서 보다 강하다. 따라서, 측쇄 나노봉내에서 밴드 수송이 더 우세하고 불연속 나노봉 사이에 전자 호핑이 생긴다.Photovoltaic devices according to the present invention are thought to include high side chain nanorods. The high side chain nanorods were synthesized according to a technique known in the art from injection of the precursor ten times. During injection during synthesis, these nanorods produced multiple nuclear sites for side chain and length increase. Since many of these side chain nanorods have lengths greater than 100 nm, further increases in EQE are expected when used in nanorod-polymer PV devices. The side chains are caused by low energy zincblende defects in the wurtzite structure of the rods, similar to the stacking defects that cause the defective nanorods along their length. As a result, the mobility of the carriers in the side chain nanorods is similar to the unbranched rods. The interaction between the side chains and the body of the nanorods is also stronger in the two distinct nanorods in physical contact. Thus, band transport is more prevalent in the side chain nanorods and electron hopping occurs between discrete nanorods.

본 발명의 실시예는 더욱 더 복합한 형상의 나노결정 입자를 포함하는 것으로 이해된다. 본 발명의 실시예로서, 초기 핵생성은 입방정계 결정구조(예컨대 징크블렌데 결정구조)를 갖는 코어를 얻는다. 그 후에, 육방정계 결정구조(예컨대 wurtzite)를 갖는 암이 코어로 부터 생장해 나올 수 있다. 그러나, 상이한 생장조건은 입방정계 및 육방정계 결정구조를 교대로 생성할 수 있으므로 불규칙적인 측쇄를 유발한다. 상기 반응을 통한 온도의 정확한 제어에 의해 측쇄 "무기 덴드리머"를 얻을 수 있다. Mana 등,J. Am. Chem. Soc.,2000, 122, 12700-2706 및 현재 계류중인 2002년 11월 20일 출원된 미국 출원번호 10/301,510호 참조.Embodiments of the present invention are understood to include nanocrystalline particles of even more complex shapes. As an embodiment of the present invention, initial nucleation yields a core having a cubic crystal structure (eg, zinc blende crystal structure). Thereafter, cancers with hexagonal crystal structures (eg wurtzite) can grow out of the core. However, different growth conditions can produce cubic and hexagonal crystal structures alternately, resulting in irregular side chains. By precise control of the temperature through the reaction, side chain “inorganic dendrimers” can be obtained. Mana et al . , J. Am. Chem. Soc ., 2000 , 122, 12700-2706 and US Ser. No. 10 / 301,510, filed November 20, 2002, currently pending.

1개의 전극만을 언제나 향하며, CdTe와 같은 저 밴드 갭 재료와 조합되는 1개의 암을 갖는 기판상에서 자기정렬되는 테트라포드의 고유 특성은 특히 바람직한 구체예의 콘쥬게이트 중합체에 매립된 테트라포드 반도체-나노결정을 만든다. 임의적으로 배향되는 나노결정과 대조적으로, 본 발명의 실시예에 따른 테트라포드는 정렬될 수 있고 또 임의로 배향된 나노결정 입자에 비하여 일방향 전류 통로를 제공할 수 있다.The inherent properties of tetrapods self-aligning on a substrate with one arm, which always faces only one electrode, combined with a low band gap material such as CdTe, makes tetrapod semiconductor-nanocrystals embedded in the conjugate polymer of a particularly preferred embodiment. In contrast to randomly oriented nanocrystals, tetrapods according to embodiments of the present invention can be aligned and provide a one-way current path as compared to randomly oriented nanocrystal particles.

다양한 피리딘 농도에 대하여 P3HT중의 90중량% CdSe 측쇄 나노봉 블렌드에 대한 광전류 스펙트럼은 도 18에 도시되어 있다. 측쇄 나노봉에 대한 바람직한 피리딘 농도는 12%에서 생기며, 이는 더 짧은 비측쇄 봉에 대한 피리딘 농도가 8% 이하인 것에 비하여 훨씬 더 높다. 이들 장치에 대한 최대 EQE는 약 0.1 mW/cm2조명하, 450 nm에서 31% 이다. 예상된 결과와는 반대로, 상기 EQE는 60 nm 나노봉으로 제조된 장치보다 2배 정도 낮다.The photocurrent spectra for 90 wt% CdSe side chain nanorod blends in P3HT for various pyridine concentrations are shown in FIG. 18. Preferred pyridine concentrations for the side chain nanorods occur at 12%, which is much higher than pyridine concentrations for shorter non-branched rods up to 8%. The maximum EQE for these devices is 31% at 450 nm under about 0.1 mW / cm 2 illumination. Contrary to the expected results, the EQE is about twice as low as a device made with 60 nm nanorods.

P3HT중의 더 긴 나노봉(>100 nm)의 분산액은 피리딘-클로로포름에서 그의 용해도에 의해 제한된다. 피리딘-클로로포름에 용해될 때, 측쇄 나노봉은 젤라틴성, 점성 용액을 형성하였다. 이것은 측쇄 물질의 낮은 용해도 및 나노봉-용매 상호작용에 비하여 더 높은 나노봉-나노봉 상호작용을 나타낸다. 이들 측쇄 물질을 이용하여, CdSe-P3HT 막 캐스트는 불균일하였고 산광시키며, 이것은 마크로페이스(macrophase) 분리를 분명히 나타낸다. 수송 효율의 향상은 나노봉과 P3HT 사이의 계면 면적의 감소에 기인한 전하 분리 효율 감소에 의해 보상된다.The dispersion of longer nanorods (> 100 nm) in P3HT is limited by its solubility in pyridine-chloroform. When dissolved in pyridine-chloroform, the side chain nanorods formed a gelatinous, viscous solution. This results in lower solubility of the side chain materials and higher nanorod-nanorod interactions compared to nanorod-solvent interactions. Using these side chain materials, the CdSe-P3HT membrane cast was heterogeneous and diffused, which clearly shows macrophase separation. The improvement in transport efficiency is compensated by a decrease in charge separation efficiency due to a decrease in the interface area between the nanorods and P3HT.

고농도 용액중에 있고 피리딘에 의해 패시베이션된 긴 카드뮴 셀레나이드 나노봉은 작은 간격으로, 일부 경우에는 피리딘의 직경에 의해 분리된다. 이러한 접근하에서, 부피 및 거리 규모인 반 데어 발스력은 아주 강하고 응집을 촉진시킨다. PV 장치용의 충분히 두꺼운 막을 제조하는데 필요한 고농도에서 긴 나노봉을 용해화시키는 것은 도전적인 것이다. 중합체에 부가된 나노봉의 길이를 연장시키기 위해 사이즈가 크고 사슬이 긴 리간드가 필요하다. 상기 리간드가 장벽층으로 작용하는 것을 예방하기 위하여, 이들은 전기적으로 활성이어야하고 에너지 레벨도 CdSe 및 P3HT 사이의 전하 전달이 용이하도록 되어야한다.Long cadmium selenide nanorods in high concentration solution and passivated by pyridine are separated at small intervals, in some cases by the diameter of pyridine. Under this approach, van der Waals forces, both volume and distance scale, are very strong and promote cohesion. It is challenging to dissolve long nanorods at high concentrations needed to produce sufficiently thick films for PV devices. Larger and longer chain ligands are needed to extend the length of the nanorods added to the polymer. In order to prevent the ligand from acting as a barrier layer, they must be electrically active and the energy level should also be to facilitate charge transfer between CdSe and P3HT.

전자의 전대역 도전(full band conduction)은 수송이 단일 나노결정내에 전적으로 함유될 것을 필요로 한다. 수송에서 또 다른 향상은 막 두께에 걸친 나노봉의 정렬에 따라 상이하다. 나노봉 정렬 방법은 전계 및 연신 정렬을 포함하며, 이들 모두는 전류 디바이스 가공 및 건축의 상당한 변형을 필요로 한다. 입방 중심에 부착된 4개의 동일한 나노봉 암을 갖는 테트라포드는 자신을 도 19에 도시한 바와 같이 기판 면과 수직하는 1개 암을 갖는 표면상에서 자연적으로 배향된다. 따라서 하이브리드 태양전지의 차세대는 전자를 효과적으로 수송하기 위한 자기-정렬 나노결정으로서 테트라포드를 혼입하였다.Full band conduction of electrons requires that the transport be contained entirely within a single nanocrystal. Another improvement in transport depends on the alignment of the nanorods across the film thickness. Nanorod alignment methods include field and stretch alignment, both of which require significant modification of current device processing and construction. Tetrapods with four identical nanorod arms attached to the cubic center are naturally oriented on the surface with one arm perpendicular to the substrate plane as shown in FIG. 19. Thus, the next generation of hybrid solar cells incorporate tetrapods as self-aligning nanocrystals for the efficient transport of electrons.

본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 나노봉/중합체 광기전 장치가 작동되는 놀라운 필름 두께이다. 나노결정 및 중합체를 사용하는 많은 이점중의 하나는 괴상 무기 반도체에 비하여 높은 흡수 계수이다. 이들은 입사 방사선의 90% 이상을 흡수할 수 있는 300 nm 미만의 박막을 형성한다. 광을 흡수하기 위해 수 미크론 두께 이상을 필요로 하는 통상의 무기 반도체 태양전지와는 달리, 나노결정 및 중합체를 사용하여 재료 사용량이 적고 유연한 장치를 얻을 수 있다. 특정 이론이나 메카니즘에 구애됨없이, 나노봉의 길이가 막의 상당한 부분에 이르면 나노봉의 양호한 수송 특성이 이용될 수 있기 때문에, 충분한 두께를 갖는 나노봉-중합체 PV 장치의 효율 의존도는 캐리어 수송의 성질에 대한 정보를 또한 제공한다.Another embodiment of the present invention is the surprising film thickness at which the nanorod / polymer photovoltaic device of the present invention operates. One of the many advantages of using nanocrystals and polymers is a high absorption coefficient compared to bulk inorganic semiconductors. They form thin films of less than 300 nm that can absorb more than 90% of incident radiation. Unlike conventional inorganic semiconductor solar cells, which require more than a few microns in thickness to absorb light, nanocrystals and polymers can be used to obtain devices with low material usage and flexibility. Regardless of the particular theory or mechanism, the efficiency dependence of nanorod-polymer PV devices with sufficient thickness depends on the nature of the carrier transport, since the good transport properties of the nanorods can be exploited when the nanorod length reaches a significant portion of the film. It also provides information.

상기 흡수가 논의된 장치의 광전류 스펙트럼은 도 20에 도시되어 있다. 막 두께가 100 nm에서 350 nm로 증가함에 따라서, 상응하는 EQE의 증가 및 뒤이은 감소는 흡수된 광의 증가에만 기인한 것은 아니다. 스펙트럼의 형상은 장치의 두께에 따라 다르며 스펙트럼의 적색 영역에서의 광감응은 막이 두꺼울 수록 증가한다. 이것은 광전류에 기여하지 않는 막의 부분으로부터 비롯되는 약한 필터 효과에 기인한 것일 수 있다. 두꺼운 막에서는 물리적으로 접촉되는 나노봉의 네트워크가 1개 입자에 완전히 함유된 경우의 수송과 비교하여 저 캐리어 이동도로 전자를 수송하기 때문에, PEDOT: PSS 전극 근처에서 생성된 전자는 수집되는 알루미늄 전극에 도달하기 위하여 다수의 나노봉을 가로질러야한다. 투명 전극에 가깝게 흡수된 청색광은 광전류에 그리 강하게 관여하지 하지 않는다. 또한 전하 분리에 관여하는 장치를 가로지르는 전계는 더 얇은 막에 비하여 더 두꺼운 막에 대하여 소정 전압 바이어스로 감소된다.The photocurrent spectrum of the device for which absorption is discussed is shown in FIG. 20. As the film thickness increases from 100 nm to 350 nm, the corresponding increase and subsequent decrease in EQE is not only due to the increase in absorbed light. The shape of the spectrum depends on the thickness of the device and the photosensitivity in the red region of the spectrum increases with thicker film. This may be due to a weak filter effect resulting from the part of the film that does not contribute to the photocurrent. In thick films, electrons generated near the PSS electrode reach the aluminum electrode that is collected because the network of nanorods in physical contact transports electrons with low carrier mobility compared to transport in the case of being completely contained in one particle. In order to traverse multiple nanorods. Blue light absorbed close to the transparent electrode is not so strongly involved in the photocurrent. In addition, the electric field across the device involved in charge separation is reduced with a predetermined voltage bias for thicker films as compared to thinner films.

본 발명자는 나노봉의 분산 특성이 잘 제어되고 또 나노봉에서의 수송 특성이 상술한 유기 재료 보다 더 효과적이기 때문에, 나노봉-중합체 장치는 200 nm로 상당히 두껍게 제조되어 더 많은 광의 흡수를 달성할 수 있음을 발견했다.The inventors have found that nanorod-polymer devices can be made significantly thicker at 200 nm to achieve more light absorption because the nanorod dispersion properties are well controlled and the transport properties at the nanorods are more effective than the organic materials described above. Found that.

P3HT 장치중의 90중량% 7nm 구형 나노결정의 광전류 스펙트럼도 유사한 특성을 나타낸다(도 21a). 두께가 다양한 장치의 세트의 흡수 스펙트럼은 도 21b에 도시되어 있다. 장치의 두께가 증가함에 따라서, 파장의 함수로서 EQE는 스펙트럼의 적색 영역에서 보다 더 현저한 감응을 나타낸다. 이들 구형 나노결정의 경우, 최적 장치 두께는 160 nm 이며, 이것은 긴 나노봉 장치에 대한 최적 212 nm와 비교될 수 있다. 긴 나노봉은 더 짧은 치수의 구형에 비하여 향상된 전자 수송을 나타내기 때문에, 장치는 호핑 수송이 우세하게 되기 전에, 더 많은 광을 흡수하기 위해 더 두껍게 제조될 수 있다. 이것은 1차원 나노봉을 사용하여 수송을 향상시키는 효과의 증거를 제공한다.The photocurrent spectrum of the 90 wt% 7 nm spherical nanocrystals in the P3HT device also shows similar properties (FIG. 21A). Absorption spectra of a set of devices of varying thickness are shown in FIG. 21B. As the thickness of the device increases, EQE as a function of wavelength shows a more pronounced response than in the red region of the spectrum. For these spherical nanocrystals, the optimum device thickness is 160 nm, which can be compared with the optimal 212 nm for long nanorod devices. Since long nanorods exhibit enhanced electron transport compared to shorter dimension spheres, the device can be made thicker to absorb more light before hopping transport becomes dominant. This provides evidence of the effect of enhancing transport using one-dimensional nanorods.

본 발명의 다른 실시예로서, ITO 전극 상부에서 PEDOT: PSS(에틸렌-디옥시)티오펜: 폴리(스티렌 술폰산) 홀 수송 층을 혼입하는 광기전 장치가 개시되어 있다. ITO 전극의 상부에 홀 도전성 층을 혼입하는 것은 나노복합층을 스핀 캐스팅에 의해 증착시 더 매끈한 표면을 제공하는 등의 다수의 이점을 제공하며 그 작용효과는 ITO에 비하여 훨씬 우수한 도전성 중합체(P3HT)의 밸런스 밴드와 매치됨으로써 홀 도전을 용이하게 한다. 물론, 적용되는 전극 재료의 작용에 따라 다수의 상이한 홀 도전층을 선택할 수 있다. 이러한 장치의 비제한적 예는 도 4에 도시되어 있다. 본 발명의 가장 바람직한 실시예는 상부 접촉점으로 알루미늄을 갖는 PEDOT: PSS 에 의해 코팅된 ITO 유리 기판상으로 P3HT중의 90 중량% 7 nm x 60 nm CdSe 나노봉의 용액을 스핀 캐스팅하는 것에 의해 작성된 반도체 나노결정-중합체 태양전지이다. 흐르는 아르곤의 불활성 분위기내, 0.1 mW/cm2하의 515 nm에서 6.9%의 전력 변환 효율을 얻었다. 상기 세기에서, 도 23a에 도시된 바와 같이, 개방회로 전압은 0.5V이고, 최대전력지점에서 광전압은 0.4V이며 충전 팩터는 0.6이다. 플라스틱 PV 장치의 경우, 단색 전력변환 효율은 보고된 최고치중의 하나이다. 아주 적은 중합체를 기본으로 한 태양전지는 2% 보다 큰 단색 전력변환 효율을 얻을 수 있다. 가장 신뢰성 있는 예는 5%의 효율에 도달하는, C60및 MEH-PPV의 용해성 유도체로부터 얻은 블렌드이다.In another embodiment of the present invention, a photovoltaic device is disclosed that incorporates a PEDOT: PSS (ethylene-dioxy) thiophene: poly (styrene sulfonic acid) hole transport layer on top of an ITO electrode. Incorporating a hole conductive layer on top of the ITO electrode provides a number of advantages, such as providing a smoother surface when depositing the nanocomposite layer by spin casting, and its effect is much better than that of ITO conductive polymer (P3HT). Matching with the balance band of the facilitates the hole conduction. Of course, a number of different hole conductive layers can be selected depending on the action of the electrode material applied. Non-limiting examples of such devices are shown in FIG. 4. The most preferred embodiment of the invention is a semiconductor nanocrystal made by spin casting a solution of 90 wt% 7 nm x 60 nm CdSe nanorods in P3HT onto an ITO glass substrate coated by PEDOT: PSS with aluminum as the top contact point. It is a polymer solar cell. A power conversion efficiency of 6.9% was obtained at 515 nm under 0.1 mW / cm 2 in an inert atmosphere of flowing argon. At this intensity, as shown in Fig. 23A, the open circuit voltage is 0.5V, the light voltage is 0.4V at the maximum power point and the charge factor is 0.6. For plastic PV devices, monochromatic power conversion efficiency is one of the highest reported. Solar cells based on very few polymers can achieve monochromatic power conversion efficiencies greater than 2%. The most reliable example is a blend obtained from soluble derivatives of C 60 and MEH-PPV, reaching an efficiency of 5%.

본 발명의 다른 실시예로서, 막 두께를 가로지르는 반도체-나노결정의 정렬은 외부 도움으로 제어될 수 있다. 정렬 보조는 당업자에게 공지된 도움을 포함할 수 있다. 이들은 전계, 자계 또는 연신 정렬을 얻을 수 있고, 나노결정을 정렬하기 위해 이용될 수 있는 도움을 포함한다. 본 발명의 목적을 위하여, 정렬은 나노결정의 10 내지 99%가 박막면에 대하여 법선으로부터 20°이하로 정렬된 종방향 축을 갖는 경우로 정의될 수 있다.As another embodiment of the present invention, the alignment of semiconductor-nanocrystals across the film thickness can be controlled with external assistance. Alignment aids may include help known to those skilled in the art. These can help to obtain electric field, magnetic field or stretch alignment, and include help that can be used to align nanocrystals. For the purposes of the present invention, the alignment can be defined when 10 to 99% of the nanocrystals have a longitudinal axis aligned no more than 20 ° from the normal to the thin film plane.

실험예Experimental Example

상기 기재는 본 발명의 수많은 실시예를 갖는다. 상기 실시예의 일부 변수를 하기 표 1에 요약한다. 본 발명의 비제한적 실시예를 이하에 기재한다.Pyr/Chlor는 클로로포름중의 피리딘 혼합물을 의미한다.The above description has numerous embodiments of the present invention. Some variables of the above examples are summarized in Table 1 below. Non-limiting examples of the invention are described below. Pyr / Chlor means a pyridine mixture in chloroform.

주로 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO) 및 트리부틸- 또는 트리옥틸포스핀 및 소량의 다양한 포스폰산으로 구성된 혼합물중에서 당분야에 공지된 수법에 의해 유기금속 전구체의 열분해를 이용하여 나노결정을 합성하였다. Peng 등,Nature2000,404, 59; 및 Peng 등,J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1389 참조. 회수된 생성물을 분산시키고 메탄올로 3회 세척하여 과량의 계면활성제를 제거하였다. 나노봉의 합성에 사용된 계면활성제를 제거하기 위한 나노결정의 피리딘 처리는 입자를 피리딘에 용해시킨 다음 헥산에서 석출시키는 것에 의해 달성되었다. TOPO 피복된 CdSe 나노결정이 헥산에서 용해성인 반면에, 피리딘 피복된 입자는 헥산에서 불용성이었다. 피리딘 처리를 2 내지 3회 반복하면 나노결정 표면상에서 TOPO의 95% 이상을 피리딘으로 효과적으로 치환시킬 수 있다.Nanocrystals were synthesized using pyrolysis of organometallic precursors by techniques known in the art, mainly in mixtures consisting of trioctylphosphine oxide (TOPO) and tributyl- or trioctylphosphine and small amounts of various phosphonic acids. Peng et al ., Nature 2000, 404 , 59; And Peng et al . , J. Am. Chem. Soc. See 2001 , 123, 1389. The recovered product was dispersed and washed three times with methanol to remove excess surfactant. Pyridine treatment of nanocrystals to remove surfactants used in the synthesis of nanorods was achieved by dissolving the particles in pyridine and then precipitation in hexane. TOPO coated CdSe nanocrystals were soluble in hexane, while pyridine coated particles were insoluble in hexane. Repeating the pyridine treatment two to three times can effectively replace at least 95% of the TOPO with pyridine on the nanocrystal surface.

CdTe 테트라포드는 현재 계류중인 2002년 11월 20일 출원된 미국 출원 10/301,501호에 기재된 바와 같이 합성하였다. 알드리치사로부터 산화카드뮴(CdO)(99.99 + %), 텔루륨(Te) (99.8%, 200 메쉬) 및 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드(C24H51OP 또는 TOPO, 99%)를 구입하였다. n-옥타데실포스폰산(C18H39O3P 또는 ODPA, 99%)을 오리자 라보라토리스 인코포레이티드로부터 구입하였다. 트리옥틸포스핀(TOP)(90%)을 플루카로부터 구입하였다. 사용된 모든 용매는 알드리치사로부터 구입한 무수이며 더 이상 정제없이 사용되었다. 모든 작업은 표준 무공기 수법으로 실시하였다. Cd/Te 몰비는 1:1 내지 5:1로 변화되었고, Cd/ODPA 몰비는 1:2 내지 1:5로 변화되었다. Te 전구체 용액은 텔루륨 분말을 TOP에 용해시키는 것에 의해 제조하였다(Te의 농도 10 중량%). 상기 혼합물을 250℃에서 30분간 교반한 다음 냉각시키고 원심분리하여 잔류하는 불용성 입자를 제거하였다. CdTe 테트라포드의 전형적인 합성에서, ODPA, TOPO 및 CdO의 혼합물을 120℃에서 20분간 리비히 응축기에 연결된 50 ml 삼가지 플라스크에서 탈기시켰다. CdO 가 분해될 때 까지 Ar 하에서 서서히 가열시키고 용액은 투명 및 무색으로 되었다. 이어, 1.5 g의 트리옥틸 포스핀(TOP)을 부가하고 온도를 320℃로 더 상승시켰다. 그후, Te: TOP 전구체 용액을 신속하게 주입하였다. 온도를 315℃로 저하시키고 합성하는 동안 이 값을 유지시켰다. 가열 맨틀을 제거하고 또 플라스크를 급속 냉각하는 것에 의해 5분 후 모든 합성을 중지시켰다. 용액을 70℃로 냉각시킨 후, 3-4 ml의 무수 톨루엔을 플라스크에 부가하고 그 분산액을 Ar 건조박스로 전달하였다. 원심분리 후 나노결정 입자를 석출시키기 위해 사용된 무수 메탄올의 최소량을 상기 분산액에 부가하였다. 이렇게하여, Cd-포스포네이트 착물의 공-석출을 방지시켰다. 상청액을 제거한 후, 석출물을 톨루엔에 2회 용해시키고 또 메탄올을 사용하여 재-석출시켰다. 상청액을 제거한 후, 최종 석출물을 건조박스에 저장하였다. 모든 생성한 CdTe 테트라포드는 클로로포름 또는 톨루엔과 같은 용매에 용이하게 용해될 수 있었다.CdTe tetrapods were synthesized as described in currently pending US application 10 / 301,501, filed November 20, 2002. Cadmium oxide (CdO) (99.99 +%), tellurium (Te) (99.8%, 200 mesh) and tri-n-octylphosphine oxide (C24H51OP or TOPO, 99%) were purchased from Aldrich. n-octadecylphosphonic acid (C18H39O3P or ODPA, 99%) was purchased from Oriza Laboratoris Inc. Trioctylphosphine (TOP) (90%) was purchased from Fluka. All solvents used were anhydrous from Aldrich and used without further purification. All work was done using standard airless techniques. The Cd / Te molar ratio varied from 1: 1 to 5: 1 and the Cd / ODPA molar ratio varied from 1: 2 to 1: 5. Te precursor solution was prepared by dissolving tellurium powder in TOP (concentration 10% by weight of Te). The mixture was stirred at 250 ° C. for 30 minutes, then cooled and centrifuged to remove residual insoluble particles. In a typical synthesis of CdTe tetrapods, a mixture of ODPA, TOPO and CdO was degassed in 50 ml three flasks connected to a Liebig condenser at 120 ° C. for 20 minutes. The mixture was heated slowly under Ar until CdO decomposed and the solution became clear and colorless. Then 1.5 g of trioctyl phosphine (TOP) was added and the temperature was further raised to 320 ° C. Thereafter, the Te: TOP precursor solution was injected rapidly. The temperature was lowered to 315 ° C. and maintained at this value during synthesis. All synthesis was stopped after 5 minutes by removing the heating mantle and rapidly cooling the flask. After cooling the solution to 70 ° C., 3-4 ml of anhydrous toluene was added to the flask and the dispersion was transferred to an Ar dry box. The minimum amount of anhydrous methanol used to precipitate the nanocrystalline particles after centrifugation was added to the dispersion. This prevented co-precipitation of the Cd-phosphonate complex. After removing the supernatant, the precipitate was dissolved twice in toluene and re-precipitated with methanol. After removing the supernatant, the final precipitate was stored in a dry box. All the resulting CdTe tetrapods could easily be dissolved in a solvent such as chloroform or toluene.

실시예 1. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피리딘-클로로포름 용매 혼합물중에 CdSe 나노결정 및 P3HT가 용해된 용액을 불활성 분위기하에서 ITO 코팅된 유리 기판에 스핀 캐스팅하고, <10-6mbar 하에서 12시간 동안 펌핑한 다음 상부의 알루미늄을 증발시켜 도 2에 도시된 구조를 얻는 것으로부터 광기전 장치를 제작하였다. Example 1 . According to one embodiment of the invention, a solution of CdSe nanocrystals and P3HT dissolved in a pyridine-chloroform solvent mixture is spun onto an ITO coated glass substrate under an inert atmosphere, pumped for 12 hours under <10 -6 mbar Photovoltaic devices were fabricated by evaporating the upper aluminum to obtain the structure shown in FIG. 2.

실시예 2. a. 나노결정 합성: 본 발명의 다른 실시예에 따르면, P3HT중의 긴 CdSe 나노봉(90중량% CdSe)은 다음과 같이 합성하였다: Cd 스톡: 0.161 g의 디메틸카드뮴을 0.34 g의 트리옥틸포스핀(TOP)에 용해시켰다. Se 스톡: 0.2 g의 Se를 2.367 g의 TOP에 용해시켰다. 삼가지 플라스크에서, 3.536 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO), 0.187 g의 헥실포스폰산(HPA) 및 0.357g의 테트라데실포스폰산(TDPA)를 혼합하였다. 이 혼합물을 360℃로 가열하고 아르곤하에서 탈기시켰다. Cd 스톡을 천천히 주입한 다음 온도를 330℃로 저하시키고 Se 스톡을 재빨리 주입하였다. 반응을 290℃에서 18분간 진행시킨 다음 열을 제거하였다. 40℃에서 약 15 mL의 메탄올을 플라스크에 부가하였다. 상기 혼합물을 원심분리하고 상청액을 버렸다. 8mL의 메탄올을 부가하고, 진탕시킨 다음 다시 원심분리하여 상청액을 제거하였다. Example 2 . a. Nanocrystalline Synthesis: According to another embodiment of the present invention, long CdSe nanorods (90 wt.% CdSe) in P3HT were synthesized as follows: Cd stock: 0.161 g of dimethylcadmium 0.34 g of trioctylphosphine (TOP )). Se stock: 0.2 g of Se was dissolved in 2.367 g of TOP. In three flasks, 3.536 g trioctylphosphine oxide (TOPO), 0.187 g hexylphosphonic acid (HPA) and 0.357 g tetradecylphosphonic acid (TDPA) were mixed. This mixture was heated to 360 ° C. and degassed under argon. Cd stock was slowly injected, then the temperature was lowered to 330 ° C. and Se stock was injected quickly. The reaction was run at 290 ° C. for 18 minutes and then heat was removed. About 15 mL of methanol was added to the flask at 40 ° C. The mixture was centrifuged and the supernatant was discarded. 8 mL of methanol was added, shaken and centrifuged again to remove supernatant.

b. 기판 제조: 유리 기판상에 있는 인듐 주석 산화물(ITO)를 일련의 용매로 초음파처리하는 것에 의해 세척하였다. 최종 용매 세척 후, 샘플을 건조시키고 이들을 미리 세정된 플라즈마 챔버에 넣었다. 이들 샘플을 4분간 플라즈마로 처리시켰다. 샘플이 챔버로부터 제거되자 마자, PEDOT:PSS (바이에르로부터 구입- 전자 등급)의 퇴적이 시작된다. 0.2 미크론 아세테이트 필터를 통하여 여과한 후 3000 rpm에서 스핀 캐스팅하는 것에 의해 PEDOT: PSS를 퇴적시킨다. 유동 아르곤하, 120℃에서 1시간 동안 가열하는 것에 의해 막을 건조시켰다.b. Substrate Preparation: Indium tin oxide (ITO) on a glass substrate was washed by sonication with a series of solvents. After the final solvent wash, the samples were dried and placed in a pre-cleaned plasma chamber. These samples were treated with plasma for 4 minutes. As soon as the sample is removed from the chamber, deposition of PEDOT: PSS (purchased from Bayer-electronic grade) begins. PEDOT: PSS is deposited by filtration through a 0.2 micron acetate filter followed by spin casting at 3000 rpm. The membrane was dried by heating at 120 ° C. for 1 hour under flowing argon.

c. 나노결정 세척: 합성된 나노결정을 2 부분으로 나누고 각 절반 부분에 8 mL의 메탄올을 부가하였다. 원심분리시키고 상청액을 제거한 다음 상기 과정을 다시 반복하였다. 각 절반 부분에 0.35 mL의 피리딘을 부가하여 나노봉을 용해시키고, 120℃에서 가열한 다음 가끔씩 10분간 진탕시켰다. 각 절반 부분에 대해 8 mL의 헥산을 사용하여 석출시켰다. 원심분리하고 상청액을 버렸다. 나노봉을 9.2% 피리딘을 갖는 클로로포름/피리딘 혼합물에 용해시켜 83 mg/mL 농도의 나노결정을 생성하였다.c. Nanocrystal Wash: The synthesized nanocrystals were divided into 2 portions and 8 mL of methanol was added to each half portion. Centrifugation, the supernatant removed and the procedure repeated again. 0.35 mL of pyridine was added to each half to dissolve the nanorods, heated at 120 ° C., and occasionally shaken for 10 minutes. Precipitates with 8 mL of hexane for each half. Centrifuged and the supernatant was discarded. Nanorods were dissolved in a chloroform / pyridine mixture with 9.2% pyridine to produce 83 mg / mL nanocrystals.

d. 활성층 퇴적: 레지오레귤라 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)를 30 mg/mL로 클로로포름에 용해시켰다. 이 용액과 상기 기재한 나노봉 용액(상기 III 참조)을 사용하여 나노봉 대 P3HT의 중량비가 9:1이고 P3HT 농도가 4.55 mg/ml 으로 되도록 TOP클로로포름/피리딘 혼합물에 나노봉과 P3HT가 용해된 공동용액을 제조하였다. 이 용액으로부터 준비된 기판(상기 II 참조)상에 1350 rpm으로 박막을 스핀 캐스팅하였다.d. Active layer deposition: Regioregular poly (3-hexylthiophene) (P3HT) was dissolved in chloroform at 30 mg / mL. Using this solution and the nanorod solution described above (see III above), the nanorods and P3HT dissolved in a TOPchloroform / pyridine mixture such that the weight ratio of nanorods to P3HT is 9: 1 and the P3HT concentration is 4.55 mg / ml. The solution was prepared. The thin film was spin cast at 1350 rpm onto a substrate prepared from this solution (see II above).

e. 전극 퇴적: 상기 샘플을 증발 챔버에 넣고 진공하에서 8시간 이상 펌핑시키켜 10-6토르 아래로 도달시켰다. 새도우 마스크를 통하여 알루미늄막을 약 100 nm 두께로 열적으로 퇴적하여 상부 전극을 형성한다.e. Electrode deposition: The sample was placed in an evaporation chamber and pumped under vacuum for at least 8 hours to reach below 10 -6 Torr. An aluminum film is thermally deposited to a thickness of about 100 nm through a shadow mask to form an upper electrode.

실시예 3: P3HT중의 CdTe 테트라포드 Example 3 CdTe Tetrapod in P3HT

1개의 코어와 약 80 nm 길이의 암 4개를 갖는 CdTe 테트라포드 나노결정을 합성한 다음 용해/석출 단계로 테트라히드로푸란(THF) 및 에틸아세테이트를 사용하여 세척하였다. 나노결정을 리간드 페닐포스폰산을 갖는 용매 클로로포름에 공동용해시키고 100℃에서 수 시간 동안 가열시켰다. 나노결정을 메탄올로 석출시킨 다음 클로로포름에 재용해시켰다. 나노결정 용액을 실시예 2에 기재한 바와 같이 P3HT 용액과 혼합하고 스핀 캐스팅하여 박막을 생성하였다. 기판 및 전극을 실시예 2에서와 같이 가공하였다. 상기 샘플에 대한 EQE는 10% 미만이었다.CdTe tetrapod nanocrystals with one core and four arms of about 80 nm in length were synthesized and then washed with tetrahydrofuran (THF) and ethyl acetate in the dissolution / precipitation step. Nanocrystals were co-dissolved in solvent chloroform with ligand phenylphosphonic acid and heated at 100 ° C. for several hours. The nanocrystals were precipitated with methanol and then redissolved in chloroform. The nanocrystalline solution was mixed with the P3HT solution and spin cast as described in Example 2 to produce a thin film. The substrate and the electrode were processed as in Example 2. The EQE for the sample was less than 10%.

실시예 4:P3HT중의 CdTe 테트라포드 Example 4 CdTe Tetrapod in P3HT

CdTe 테트라포드를 합성하고 실시예 3에서와 같이 톨루엔 및 메탄올로 세척하였다(THF 및 에틸 아세테이트).CdTe tetrapods were synthesized and washed with toluene and methanol (THF and ethyl acetate) as in Example 3.

나노결정(약 50 mg)을 약 1000 mg의 리간드 헥실포스폰산 (HPA)를 갖는 약 2 ml의 용매 클로로포름에 용해시키고 수시간 동안 가열하였다. 나머지 과정은 실시예 3을 따랐다. 상기 샘플에 대한 EQE는 10% 미만이었다.Nanocrystals (about 50 mg) were dissolved in about 2 ml of solvent chloroform with about 1000 mg of ligand hexylphosphonic acid (HPA) and heated for several hours. The rest of the procedure followed Example 3. The EQE for the sample was less than 10%.

실시예 5: P3HT중의 CdTe 테트라포드 Example 5 CdTe Tetrapod in P3HT

실시예 4에 기재된 바와 같이 실시하지만, 메탄올로 석출시키기 전에 부가적으로 나노결정을 트리부틸포스핀(TBP)에 용해시키고 20분간 교반하였다. 이어 실시예 3에서와 같이 반응을 실시하였다. 상기 샘플에 대한 EQE는 10% 미만이었다.Although carried out as described in Example 4, additionally the nanocrystals were dissolved in tributylphosphine (TBP) and stirred for 20 minutes before precipitation with methanol. The reaction was then carried out as in Example 3. The EQE for the sample was less than 10%.

실시예 6: MEH-PPV중의 CdTe 테트라포드 Example 6 CdTe Tetrapods in MEH-PPV

실시예 3에 기재된 바와 같이 실시하지만, 최종 메탄올 석출 후에 나노결정을 용매 p-크실렌에 재용해시켰다. 이 실시예는 리간드 페닐포스폰산을 가질 것이다. p-크실렌에 MEH-PPV가 용해된 용액을 제조하고, 이것을 나노결정과 혼합한 다음 실시예 2에 기재한 바와 같이 막으로 캐스트 블렌딩할 수 있다.Although carried out as described in Example 3, the nanocrystals were redissolved in solvent p-xylene after the final methanol precipitation. This example will have the ligand phenylphosphonic acid. A solution in which MEH-PPV is dissolved in p-xylene can be prepared, mixed with nanocrystals and then cast blended into a membrane as described in Example 2.

실시예 7: P3HT중의 CdTe 나노결정 Example 7 CdTe Nanocrystals in P3HT

모든 단계에서 리간드 피리딘을 n-부틸아민 또는 n-헥실아민으로 교체한 이외에는 실시예 2와 같이 실시하였다.All steps were performed in the same manner as in Example 2 except that the ligand pyridine was replaced with n-butylamine or n-hexylamine.

실시예 8: P3HT중의 CdSe 나노결정 Example 8 CdSe Nanocrystals in P3HT

CdTe 나노결정을 CdSe 나노결정으로 교체한 이외는 실시예 4와 같이 실시하였다. 또한 리간드로 사용하는 HPA를 T1으로 교체한다.The CdTe nanocrystals were replaced with CdSe nanocrystals in the same manner as in Example 4. In addition, the HPA used as a ligand is replaced with T1.

실시예 9: P3HT중의 CdSe 또는 CdTe 나노결정 Example 9 CdSe or CdTe Nanocrystals in P3HT

CdSe 또는 CdTe 나노결정을 사용하여 실시예 8에서와 같이 실시하였다.It was carried out as in Example 8 using CdSe or CdTe nanocrystals.

HPA를 T5-PA로 교체.Replace HPA with T5-PA.

샘플의 특징화Characterization of the Sample

나노결정 크기, 형태 및 구조를 FEI Tecnai 12 120 kV 현미경을 사용하여 TEM에 의해 측정하였다. 약 50-100 nm 두께의 CdSe-P3HT (알드리치로부터 구입한 레지오레귤라 P3HT)의 박막을 NaCl IR 윈도우상에서 막을 캐스팅하고, 상기 막을물에 부유시킨 다음 구리 TEM 그리드를 이용하여 선택하는 것에 의해 TEM을 이용하여 연구하였다. 블렌드 막의 형태는 디지털 인스트루먼트로부터 구입한 Nanoscpoe IIIa를 이용하여 테핑 모드로 원자력 현미경을 통하여 장치상에서 직접적으로 특징화하였다. 막 두께는 AFM을 통하여 측정하였다.Nanocrystal size, morphology and structure were measured by TEM using a FEI Tecnai 12 120 kV microscope. A thin film of CdSe-P3HT (Regioregular P3HT from Aldrich), about 50-100 nm thick, was cast using a TEM by casting a film on a NaCl IR window, floating the film in water, and then selecting it using a copper TEM grid. The study was carried out. The shape of the blend membrane was characterized directly on the device via an atomic force microscope in taping mode using Nanoscpoe IIIa purchased from digital instruments. The film thickness was measured by AFM.

CdSe-P3HT 블렌드 막의 흡수는 Agilent Chemstation UV/Vis 분광광도계를 이용하여 측정하였다. 광전류 측정은 조명원으로 Action SP150 모노크로메이터 및 Keithley 236 소스 측정 유닛에 결합된 250 Watt 텅스텐 광원을 이용하여 전류 및 전압을 얻었다. 광 세기는 Calibrated Graseby silicon photodiode를 이용하여 측정하였다.Absorption of the CdSe-P3HT blend membrane was measured using an Agilent Chemstation UV / Vis spectrophotometer. Photocurrent measurements were obtained with current and voltage using a 250 Watt tungsten light source coupled to an Action SP150 monochromator and Keithley 236 source measurement unit as illumination source. Light intensity was measured using a Calibrated Graseby silicon photodiode.

포토루미네센스 중지 실험은 유리 기판상에 두께 100-200 nm 스핀 캐스팅된 CdSe-P3HT 막상에서 완성되었다. 아르곤 이온 레이저로부터 여기하 514 nm에서 샘플의 절대적 포토루미네센스를 통합구를 이용하여 deMello 등,Adv. Mater. 1997,9, 230에 기재된 방법을 따라서 측정하였다.Photoluminescence stopping experiments were completed on a CdSe-P3HT film 100-200 nm thick cast on a glass substrate. Absolute photoluminescence of the sample at 514 nm under excitation from an argon ion laser was obtained by deMello et al . , Adv. Mater. It measured according to the method described in 1997, 9, 230.

광기전 장치의 효율은 본 명세서에 참고문헌으로 포함되는 Rostalski, J. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 61, 87 (2000)에 기재된 바와 같이 2가지로 기재될 수 있다. 첫째는 수 효율, 외부 양자 효율(EQE)로서, 이것은 전자로 변환되는 포톤의 개수를 표현한다. 둘째는 전력 변환 효율로서, 이것은 입사 방사 전력의 단위당 얼마나 많은 전력이 생성되는가를 나타낸다. EQE는 전류 생성의 메카니즘을 이해하는데 중요하지만, 상업적 태양전지의 효율의 측도로는 거의 사용되지 않는다. 상업적 장치에서 더 중요한 것은 태양 조건하에서 장치의 전력 변환 효율이다.The efficiency of photovoltaic devices is described in Rostalski, J. Sol. Energy Mater. Sol. As described in Cells 61, 87 (2000). The first is number efficiency and external quantum efficiency (EQE), which represents the number of photons that are converted to electrons. The second is power conversion efficiency, which indicates how much power is produced per unit of incident radiated power. EQE is important for understanding the mechanism of current generation, but is rarely used as a measure of the efficiency of commercial solar cells. More important in commercial devices is the power conversion efficiency of the device under solar conditions.

상업적 용도에서, 가장 중요한 변수는 광전지의 전력 변환 효율이다. 전력은 전류와 전압의 곱이기 때문에, 전력 변환 효율은 전압 함수로서 전류를 측정하는 것에 의해 결정한다. 전력 변환 효율은 전지의 입사 광의 전력 Plight및 전기적 출력 Pout을 이용하여 표시될 수 있다:In commercial applications, the most important variable is the power conversion efficiency of photovoltaic cells. to be. Since power is the product of current and voltage, power conversion efficiency is determined by measuring the current as a function of voltage. The power conversion efficiency can be expressed using the power P light and electrical output P out of the incident light of the cell:

최대 이론적 출력은 단락 광전류 Isc및 개방회로 전압 Voc의 곱으로 표시된다. 도 24는 실험적으로 발견된 전형적인 I-V 곡선을 도시한다. 안쪽의 사각형 영역은 실제 장치의 최대 출력(최대 전력 지점에서)에 대응하는 반면에, 축과 이상적I-V에 의해 형성된 외부 사각형 영역은 최대 이상적 출력에 해당된다. 실제 I-V 특징을 곡선화시키고 최대 출력을 위해서는 전류와 전압의 곱을 최대화하여야한다. 최대 이론적 출력과 실제 최대 출력 사이의 비율은 I-V 특징의 중요한 특성이다. 이 비율을 충전 팩터 (FF)라 부르며 다음과 같이 정의한다:The maximum theoretical output is expressed as the product of the short photocurrent I sc and the open circuit voltage V oc . 24 shows a typical IV curve found experimentally. The inner rectangular area corresponds to the maximum output (at the maximum power point) of the actual device, while the outer rectangular area formed by the axis and ideal IV corresponds to the maximum ideal output. Curve the actual IV characteristic and maximize the product of current and voltage for maximum output. The ratio between the maximum theoretical output and the actual maximum output is an important characteristic of the IV feature. This ratio is called the filling factor (FF) and is defined as:

충전 팩터를 이용하여 광전지의 최대 출력을 표시할 때, 전력 변환 효율은 다음과 같이 된다:When indicating the maximum output of a photovoltaic cell using the charge factor, the power conversion efficiency becomes:

장치의 I-V 특징내에는 수많은 정보가 함유되어 있다. Isc는 EQE에 비례하며 Voc및 FF에 결합되며, 전지의 전력 효율을 특징화하는데 필요한 모든 변수를 제공한다.A lot of information is contained within the IV characteristics of the device. I sc is proportional to EQE and is coupled to V oc and FF and provides all the variables needed to characterize the battery's power efficiency.

여기서 기재된 본 발명은 전력 변환 효율이 A.M. 15 글로발 일루미네이션에서 1% 이상인 광전지를 제공하는 것이다. 보다 바람직하게는 상기 양은 5% 이상이다. 보다 더 바람직하게는 상기 양은 10% 이상이다. 가장 바람직하게는 30% 이하이다.The present invention described herein has a power conversion efficiency of A.M. 15 globular illumination provides more than 1% photovoltaic cells. More preferably the amount is at least 5%. Even more preferably the amount is at least 10%. Most preferably 30% or less.

전력 변환 효율은 단색광 또는 백색광 일루미네이션으로 측정된다. 단색광 전력 변환 효율은 태양전지를 특징화하는데 충분하지 않지만, 특정 파장에서 장치 성능의 척도이다. 이것은 예컨대 주위 실내 조명하에서 작용하는 소형 전자 부품 및 시계나 레이저 조사용 전력 미터와 같이 태양 이외의 조건하에서 장치를 사용하려는 경우에 유용하다. 태양전지를 특징화하는 표준 방법은 Air Mass 1.5 또는 A.M 1.5 조건(지구 대기를 통하여 1.5배 이동한 후 태양의 방출 스펙트럼)하에서 실시한다. 이러한 태양 일루미네이션은 일반적으로 가상적으로 모의되는 것으로, 이는 표준 A.M. 15 조건은 비-이상적 기후 조건으로 인하여 안정적으로 얻기 어렵기 때문이다.Power conversion efficiency is measured by monochromatic or white light illumination. Monochromatic light power conversion efficiency is not sufficient to characterize solar cells, but is a measure of device performance at specific wavelengths. This is useful when, for example, small electronic components that operate under ambient room lighting and when the device is to be used under conditions other than the sun, such as watches or power meters for laser irradiation. Standard methods for characterizing solar cells are carried out under Air Mass 1.5 or A.M 1.5 conditions (1.5 times the emission spectrum of the sun after traveling through the Earth's atmosphere). Such solar illumination is generally simulated virtually, which is standard A.M. This is because conditions are difficult to obtain stably due to non-ideal climatic conditions.

본 명세서에서 이용한 용어 및 표현은 설명을 위한 것으로 제한을 의미하지 않으며, 그러한 용어와 표현의 이용은 도시된 특징의 상당어 또는 그 일부를 제외하는 것은 아니며, 본 발명의 청구범위내에서 다양한 변형이 가능함을 이해해야 할것이다. 또한 본 발명의 실시예의 1 또는 그 이상의 특징은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 본 발명의 다른 실시예의 1 또는 그 이상의 특징과 조합될 수 있다.The terms and expressions used herein are for the purpose of description and should not be regarded as limiting, and the use of such terms and expressions does not exclude a significant term or a part of the features shown, and various modifications within the claims of the present invention It should be understood that it is possible. Also, one or more features of an embodiment of the present invention may be combined with one or more features of another embodiment of the present invention without departing from the scope of the present invention.

본 명세서에서 언급된 모든 특허, 특허출원 및 문헌은 본 명세서에 참고문헌으로 포함된다.All patents, patent applications, and references mentioned herein are incorporated herein by reference.

Claims (179)

5중량% 이상의 반도체-나노결정이 매립된 반도체성 콘쥬게이트 중합체를 포함하고, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 보다 큰 애스펙트비를 갖는 박막.A thin film comprising semiconducting conjugate polymer embedded with at least 5 wt.% Semiconductor-nanocrystals, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 2. 3. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 보다 큰 애스펙트비를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 5. 5. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 10 보다 큰 애스펙트비를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 10. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 5 to about 50. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of about 2 to about 10. 제1항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconducting conjugate polymer has from about 5 to about 99 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제1항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제1항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제1항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of the embedded semiconductor-nanocrystals. 제1항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 박막.The method of claim 1 wherein the semiconducting conjugate polymer is trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic Thin films selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제10항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 박막.The process of claim 10 from (poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Thin film chosen. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 20 nm. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제13항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 박막.The thin film of claim 13, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod that is about 7 nm x 60 nm. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcoprites. 제16항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 박막.The thin film of claim 16, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS 2, CuInSe 2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 박막.The thin film of claim 1, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제1항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 박막.The thin film of claim 1, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제19항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 박막.20. The thin film of claim 19 wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제19항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 박막.The thin film of claim 19, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제19항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 박막.20. The thin film of claim 19 wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제22항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 박막.The thin film of claim 22 wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제1항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 박막.The thin film of claim 1, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제22항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 박막.The thin film of claim 22 wherein the film has a thickness of about 200 nm. 제1항의 박막을 포함하는 광기전 장치.A photovoltaic device comprising the thin film of claim 1. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부가 약 5 보다 큰 애스펙트 비를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than about 5. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부가 약 10 보다 큰 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than about 10. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 5 to about 50. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 2 to about 10. 제26항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 5 to about 99 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제26항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제26항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제26항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of embedded semiconductor-nanocrystals. 제26항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 광기전 장치.27. The method of claim 26, wherein the semiconducting conjugate polymer is trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic A photovoltaic device selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제35항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 광기전 장치.The method of claim 35, wherein the poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Photovoltaic device chosen. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 20 nm. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제38항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.The photovoltaic device of claim 38, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod about 7 nm x 60 nm. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcoprites. 제41항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.42. The photovoltaic device of claim 41, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제26항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제44항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 광기전 장치.45. The photovoltaic device of claim 44, wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제44항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 광기전 장치.45. The photovoltaic device of claim 44, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제44항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 광기전 장치.45. The photovoltaic device of claim 44, wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제47항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 광기전 장치.The photovoltaic device of claim 47, wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제26항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.27. The photovoltaic device of claim 26, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제49항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.The photovoltaic device of claim 49, wherein the film has a thickness of about 200 nm. 계면활성제 코팅된 반도체-나노결정을 용매를 사용하여 1회 이상 세척하고,The surfactant coated semiconductor-nanocrystals are washed one or more times with a solvent, 세척된 반도체-나노결정 및 반도체성 중합체를 바이너리 용매 혼합물에 함께 용해시키며, 또The washed semiconductor-nanocrystal and semiconducting polymer are dissolved together in a binary solvent mixture, and 상기 혼합물을 퇴적(deposit)시키는 것을 포함하는, 중합체 박막의 제조방법.A method of making a polymer thin film, comprising depositing the mixture. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 보다 큰 애스펙트비를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 2. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 보다 큰 애스펙트비를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 5. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 10 보다 큰 애스펙트비를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of greater than about 10. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 중합체 박막의 제조방법.53. The method of claim 51, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of about 5 to about 50. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of about 2 to about 10. 제51항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 5 to about 99 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제51항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystals. 제51항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 중합체 박막의 제조방법.53. The method of claim 51, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystals. 제51항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of the embedded semiconductor-nanocrystals. 제51항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein the semiconducting conjugate polymer is trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic A process for producing a polymer thin film selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제61항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 중합체 박막의 제조방법.62. The composition of claim 61 from (poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Method for producing the polymer thin film selected. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 20 nm. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제64항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 중합체 박막의 제조방법.65. The method of claim 64, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod about 7 nm x 60 nm. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcoprite. 제67항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체 박막의 제조방법.67. The method of claim 67, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제51항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제70항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 70, wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제70항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 70, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제70항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 70, wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제73항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 중합체 박막의 제조방법.74. The method of claim 73, wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제51항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제75항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 중합체 박막의 제조방법.76. The method of claim 75, wherein the film has a thickness of about 200 nm. 제51항에 있어서, 바이너리 용매의 적어도 하나는 피리딘, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 물, 디클로로벤젠, 메틸렌 클로라이드, 알킬아민, 부탄올, 메탄올 및 이소프로판로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 알킬 사슬은 측쇄 또는 비측쇄로 2 내지 20개 탄소원인 중합체 박막의 제조방법.The compound of claim 51, wherein at least one of the binary solvents is selected from the group consisting of pyridine, chloroform, toluene, xylene, hexane, water, dichlorobenzene, methylene chloride, alkylamine, butanol, methanol and isopropane, wherein the alkyl chain is A method for producing a polymer thin film having 2 to 20 carbon sources in a branched or unbranched chain. 제51항에 있어서, 상기 바이너리 용매 혼합물의 농도는 약 1 내지 약 15부피%인 중합체 박막의 제조방법.The method of claim 51, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 1 to about 15 volume percent. 제78항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물의 농도가 약 4 내지 약 12부피%인 중합체 박막의 제조방법.79. The method of claim 78, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 4 to about 12 volume percent. 제79항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물의 농도가 약 8부피%인 중합체 박막의 제조방법.80. The method of claim 79, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 8% by volume. 제77항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물은 클로로포름중의 피리딘을 포함하는 중합체 박막의 제조방법.78. The method of claim 77, wherein the binary solvent mixture comprises pyridine in chloroform. 제51항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 60℃ 내지 약 200℃의 온도에서 가열시키는 중합체 박막의 제조방법.52. The method of claim 51, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 60 ° C to about 200 ° C. 제82항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 80℃ 내지 약 130℃의 온도에서 가열시키는 중합체 박막의 제조방법.83. The method of claim 82, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 80 ° C to about 130 ° C. 제83항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 120℃의 온도에서 가열시키는 중합체 박막의 제조방법.84. The method of claim 83, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 120 ° C. 반도체-나노결정을 반도체성 콘쥬게이트 중합체에 분산시켜 중합체-나노결정 복합체를 얻고,Dispersing the semiconductor-nanocrystal in the semiconducting conjugate polymer to obtain a polymer-nanocrystal composite, 상기 나노결정이 5중량% 이상으로 중합체내에 내장되도록 상기 복합체의 박막을 퇴적시키는 것을 포함하며,Depositing a thin film of the composite such that the nanocrystals are embedded in the polymer at least 5% by weight, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 2 보다 큰 애스펙트 비를 갖는 광활성 박막의 제조방법.At least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than two. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 보다 큰 애스펙트비를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio greater than about 5. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 10 보다 큰 애스펙트비를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio greater than about 10. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 5 to about 50. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 2 to about 10. 제85항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 5 to about 99 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제85항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제85항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제85항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of the embedded semiconductor-nanocrystals. 제85항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconducting conjugate polymer is trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic A process for producing a photoactive thin film selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제94항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 광활성 박막의 제조방법.95. The method of claim 94, wherein the poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Method for producing a photoactive thin film selected. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 20 nm. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제97항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광활성 박막의 제조방법.98. The method of claim 97, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein said semiconductor-nanocrystal comprises a rod about 7 nm x 60 nm. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcopyrite. 제100항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 광활성 박막의제조방법.101. The method of claim 100, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제85항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제103항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 광활성 박막의 제조방법.107. The method of claim 103, wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제103항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 광활성 박막의 제조방법.107. The method of claim 103, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제103항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 광활성 박막의 제조방법.107. The method of claim 103, wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제106항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 광활성 박막의 제조방법.107. The method of claim 106, wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제85항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제108항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 광활성 박막의 제조방법.109. The method of claim 108, wherein the film has a thickness of about 200 nm. 제85항에 있어서, 반도체-나노결정 및 반도체성 중합체를 바이너리 용매 혼합물에 용해시키며,86. The method of claim 85, wherein the semiconductor-nanocrystal and the semiconducting polymer are dissolved in a binary solvent mixture, 상기 바이너리 용매 혼합물은 피리딘, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 물, 디클로로벤젠, 메틸렌 클로라이드, 알킬아민, 부탄올, 메탄올 및 이소프로판로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 1개 용매를 포함하며, 상기 알킬 사슬은 측쇄 또는 비측쇄로 2 내지 20개 탄소원자인 광활성 박막의 제조방법.The binary solvent mixture comprises at least one solvent selected from the group consisting of pyridine, chloroform, toluene, xylene, hexane, water, dichlorobenzene, methylene chloride, alkylamine, butanol, methanol and isopropane, wherein the alkyl chain is A method for producing a photoactive thin film having 2 to 20 carbon atoms in a branched or unbranched chain. 제110항에 있어서, 상기 바이너리 용매 혼합물의 농도는 약 1 내지 약 15부피%인 광활성 박막의 제조방법.111. The method of claim 110, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 1 to about 15 volume percent. 제111항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물의 농도가 약 4 내지 약 12부피%인 광활성 박막의 제조방법.112. The method of claim 111, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 4 to about 12 volume percent. 제112항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물의 농도가 약 8부피%인 광활성 박막의 제조방법.118. The method of claim 112, wherein the concentration of the binary solvent mixture is about 8% by volume. 제 110항에 있어서, 바이너리 용매 혼합물은 클로로포름중의 피리딘을 포함하는 광활성 박막의 제조방법.119. The method of claim 110, wherein the binary solvent mixture comprises pyridine in chloroform. 제 85항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 60℃ 내지 약 200℃의 온도에서 가열시키는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 60 ° C to about 200 ° C. 제 85항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 80℃ 내지 약 130℃의 온도에서 가열시키는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 80 ° C to about 130 ° C. 제 85항에 있어서, 퇴적된 박막을 약 120℃의 온도에서 가열시키는 광활성 박막의 제조방법.86. The method of claim 85, wherein the deposited thin film is heated at a temperature of about 120 ° C. 반도체-나노결정이 분산되어 있는 콘쥬게이트 도전성 중합체층을 포함하며, AM 1.5 글로발 일루미네이션(global illumination)에서 1% 보다 큰 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.A photovoltaic device comprising a conjugated conductive polymer layer in which semiconductor-nanocrystals are dispersed, and having a power conversion efficiency of greater than 1% in AM 1.5 global illumination. 제 118항에 있어서, 상기 장치는 5% 보다 큰 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the device has a power conversion efficiency of greater than 5%. 제 119항에 있어서, 상기 장치는 10% 보다 큰 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.119. The photovoltaic device of claim 119, wherein the device has a power conversion efficiency of greater than 10%. 제 118항에 있어서, 상기 장치는 약 1% 내지 약 30%의 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the device has a power conversion efficiency of about 1% to about 30%. 제 121항에 있어서, 상기 장치는 약 2% 내지 약 30%의 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.126. The photovoltaic device of claim 121, wherein the device has a power conversion efficiency of about 2% to about 30%. 제 122항에 있어서, 상기 장치는 약 5% 내지 약 15%의 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.123. The photovoltaic device of claim 122, wherein the device has a power conversion efficiency of about 5% to about 15%. 제 118항에 있어서, 상기 장치는 약 1.7%의 전력 변환 효율을 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the device has a power conversion efficiency of about 1.7%. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부가 약 5 보다 큰 애스펙트 비를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than about 5. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 10 보다 큰애스펙트비를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio greater than about 10. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 5 to about 50. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of about 2 to about 10. 제 118항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconducting conjugate polymer has from about 5 to about 99 weight percent of embedded semiconductor-nanocrystals. 제 118항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제 118항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제 118항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of embedded semiconductor-nanocrystals. 제 118항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 광기전 장치.119. The semiconducting conjugate polymer of claim 118 comprising trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic A photovoltaic device selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제 133항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 광기전 장치.133. The composition of claim 133, which is obtained from (poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Photovoltaic device chosen. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 20 nm. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제 136항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.137. The photovoltaic device of claim 136, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod about 7 nm x 60 nm. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcoprites. 제 139항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.141. The photovoltaic device of claim 139, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제 118항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제 142항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 광기전 장치.146. The photovoltaic device of claim 142, wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제 142항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 광기전 장치.143. The photovoltaic device of claim 142, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제 142항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 광기전 장치.145. The photovoltaic device of claim 142, wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제 145항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 광기전 장치.145. The photovoltaic device of claim 145, wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제118항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.118. The photovoltaic device of claim 118, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제147항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.148. The photovoltaic device of claim 147, wherein the film has a thickness of about 200 nm. 제1 평면 전극,First planar electrode, 반도체-나노결정이 매립된 반도체성 콘쥬게이트 중합체를 포함하며 제1 평면 전극상에 퇴적된 박막,A thin film comprising a semiconducting conjugate polymer embedded with a semiconductor-nanocrystal and deposited on a first planar electrode, 제1 전극에 대향하는 제2 전극, 및A second electrode opposite the first electrode, and 박막 중합체층과 제1 평면 전극 사이에 배치된 홀(hole) 주입층을 포함하는 광기전 장치.A photovoltaic device comprising a hole injection layer disposed between the thin film polymer layer and the first planar electrode. 제149항에 있어서, 홀 주입층이 PEDOT:PSS를 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the hole injection layer comprises PEDOT: PSS. 제149항에 있어서, 제1 전극이 ITO를 포함하고 제2 전극이 Al을 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the first electrode comprises ITO and the second electrode comprises Al. 제149항에 있어서, 반도체-나노결정의 적어도 일부가 약 5 보다 큰 애스펙트 비를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than about 5. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 10 보다 큰 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of greater than about 10. 제149에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 5 내지 약 50의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein at least some of the semiconductor-nanocrystals have an aspect ratio of about 5 to about 50. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 적어도 일부는 약 2 내지 약 10의 애스펙트비를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein at least a portion of the semiconductor-nanocrystal has an aspect ratio of about 2 to about 10. 제149항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 5 내지 약 99중량%를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 5 to about 99 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제149항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 20 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 20 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제149항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 50 내지 약 95중량%를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 50 to about 95 weight percent of the embedded semiconductor-nanocrystal. 제149항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 매립된 반도체-나노결정의 약 90%를 갖는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconducting conjugate polymer has about 90% of embedded semiconductor-nanocrystals. 제149항에 있어서, 반도체성 콘쥬게이트 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌) 및 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리플루오렌, 폴리방향족 아민, 폴리(티에닐렌-비닐렌) 및 그의 용해성 유도체로 부터 선택되는 광기전 장치.149. The semiconducting conjugate polymer of claim 149 comprising trans-polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene-vinylene), polyfluorene, polyaromatic A photovoltaic device selected from amines, poly (thienylene-vinylene) and soluble derivatives thereof. 제 160항에 있어서, (폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)p-페닐렌비닐렌) (MEH-PPV) 및 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT)로부터 선택되는 광기전 장치.161. The process of claim 160 from (poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) Photovoltaic device chosen. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 50 nm 보다 큰 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length greater than about 50 nm. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 20 nm 내지 약 200 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 20 nm to about 200 nm. 제163항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 60 nm 내지 약 110 nm의 길이를 갖는 봉을 포함하는 광기전 장치.163. The photovoltaic device of claim 163, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod having a length of about 60 nm to about 110 nm. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 약 7 nm x 60 nm인 봉을 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a rod about 7 nm x 60 nm. 제149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 II-VI족, III-V족, IV 족 반도체 및 삼차 칼코피라이트로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체를 포함하는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconductor-nanocrystal comprises a semiconductor selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV semiconductors, and tertiary chalcopyrite. 제 166항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge 및 Si로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.167. The photovoltaic device of claim 166, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe, CdTe, InP, GaAs, CuInS2, CuInSe2, AlGaAs, InGaAs, Ge, and Si. 제 149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정은 CdSe 및 CdTe로 구성된 군으로부터 선택되는 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein the semiconductor-nanocrystal is selected from the group consisting of CdSe and CdTe. 제 149항에 있어서, 상기 반도체-나노결정의 일부는 측쇄 나노결정인 광기전 장치.149. The photovoltaic device of claim 149, wherein a portion of the semiconductor-nanocrystal is a side chain nanocrystal. 제 169항에 있어서, 측쇄 나노결정의 일부가 2개 보다 큰 암을 갖고, 상기 암은 동일한 길이가 아닌 광기전 장치.172. The photovoltaic device of claim 169, wherein the portion of the side chain nanocrystals has more than two arms, wherein the arms are not the same length. 제 169항에 있어서, 측쇄 나노결정은 동일한 형상을 갖지 않는 광기전 장치.172. The photovoltaic device of claim 169, wherein the side chain nanocrystals do not have the same shape. 제 169항에 있어서, 측쇄 나노결정이 4개 암을 갖고 사면체 대칭을 갖는 광기전 장치.172. The photovoltaic device of claim 169, wherein the side chain nanocrystals have four arms and have tetrahedral symmetry. 제 172항에 있어서, 측쇄 나노결정은 CdSe 또는 CdTe이며 약 90중량%의 양으로 매립된 광기전 장치.172. The photovoltaic device of claim 172, wherein the side chain nanocrystals are CdSe or CdTe and are embedded in an amount of about 90% by weight. 제 149항에 있어서, 상기 막이 약 100 nm 내지 약 350 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.158. The photovoltaic device of claim 149, wherein the film has a thickness of about 100 nm to about 350 nm. 제 174항에 있어서, 상기 막이 약 200 nm의 두께를 갖는 광기전 장치.174. The photovoltaic device of claim 174, wherein the film has a thickness of about 200 nm. 나노결정이 매립된 중합체를 포함하는 막.A film comprising a polymer in which nanocrystals are embedded. (a) 나노결정을 용매를 이용하여 적어도 1회 세척하는 단계;(a) washing the nanocrystals at least once with a solvent; (b) 세척된 나노결정 및 중합체를 용매에 용해시켜 혼합물을 얻는 단계; 및(b) dissolving the washed nanocrystals and polymer in a solvent to obtain a mixture; And (c) 상기 혼합물을 퇴적하는 단계의 1개 이상을 포함하는 막의 제조방법.(c) at least one of the steps of depositing the mixture. 나노결정이 분산되어 있는 중합체층을 포함하는 광기전 장치.A photovoltaic device comprising a polymer layer in which nanocrystals are dispersed. 제1 전극,First electrode, 제1 전극상에 중합체를 포함하는 막, 및A film comprising a polymer on the first electrode, and 제2 전극을 포함하는 광기전 장치.A photovoltaic device comprising a second electrode.
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