KR20090019596A - Organic solar cell and fabrication method thereof - Google Patents

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KR20090019596A KR1020070084146A KR20070084146A KR20090019596A KR 20090019596 A KR20090019596 A KR 20090019596A KR 1020070084146 A KR1020070084146 A KR 1020070084146A KR 20070084146 A KR20070084146 A KR 20070084146A KR 20090019596 A KR20090019596 A KR 20090019596A
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김혜원
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Abstract

An organic solar cell and fabrication method thereof is provided to allow separation of the electron-hole pair easily by using a nano-pattern formed between an electron accepting layer and a hole accepting layer and increasing contact of them. In an organic solar cell and fabrication method thereof, a hole-transport layer(330) and hole accepting layer(340) are formed on a transparent substrate(310) having the first electrode(320). The nano pattern is formed on the hole accepting layer, and the electron acceptation layer is formed on the hole accepting layer nano pattern is formed. The second electrode is formed on the electron acceptation layer. The nano pattern is formed between the hole accepting layer and electron accepting layer.

Description

유기 태양전지 및 그 제조 방법{ORGANIC SOLAR CELL AND FABRICATION METHOD THEREOF}Organic solar cell and its manufacturing method {ORGANIC SOLAR CELL AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 제1전극층이 코팅된 투명 기판, 정공 수송층, 정공 수용층, 전자 수용층, 및 제2전극층이 순착적으로 증착되는 유기 태양전지에 있어서, 정공 수용층과 전자 수용층 사이에 나노 패턴을 형성하여 전자-정공 쌍의 전하 분리를 용이하게 함으로써, 태양 전지의 효율을 높이는 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an organic solar cell in which a transparent substrate coated with a first electrode layer, a hole transporting layer, a hole receiving layer, an electron receiving layer, and a second electrode layer are deposited sequentially. The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same, which increase the efficiency of a solar cell by forming a nanopattern between the hole receiving layer and the electron receiving layer to facilitate charge separation of the electron-hole pair.

최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신·재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 지고 있다. Recent rising oil prices, global environmental problems, depletion of fossil energy, waste disposal of nuclear power generation, and the selection of locations due to the construction of new power plants are raising interest in new and renewable energy. Research and development on batteries is being actively conducted.

태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using a photovoltaic effect. The solar cell is classified into a silicon solar cell, a thin film solar cell, a dye-sensitized solar cell, and an organic polymer solar cell. . These solar cells are used independently as main power sources such as electronic clocks, radios, unmanned light towers, satellites, rockets, etc., and are also used as auxiliary power sources in connection with commercial AC power systems. Increasingly, interest in solar cells is increasing.

이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다. 변환효율을 높이기 위해서 여러가지 연구가 행해지고 있으며, 높은 광흡수 계수를 갖는 박막을 태양전지에 포함시킴으로써 변환효율을 높이고자 하는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. In such solar cells, it is very important to increase the conversion efficiency related to the ratio of converting incident sunlight into electrical energy. Various studies have been conducted to increase the conversion efficiency, and the development of a technology for increasing the conversion efficiency by actively incorporating a thin film having a high light absorption coefficient into the solar cell has been actively conducted.

도 1은 종래 p-n 접합형 태양전지의 구조를 나타낸다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 종래 p-n 접합형 태양전지(100)는 유기 기판(110), 투명 전극층(120), p형 반도체층(130), n형 반도체층(140), 및 Ag 전극층(150)을 포함한다.1 shows a structure of a conventional p-n junction solar cell. As shown in FIG. 1, the conventional pn junction solar cell 100 includes an organic substrate 110, a transparent electrode layer 120, a p-type semiconductor layer 130, an n-type semiconductor layer 140, and an Ag electrode layer ( 150).

p-n 접합형 태양전지에서는, p형 반도체층(130)과 n형 반도체층(140)이 접합하는 p-n 접합 부근에 내부 전계가 생기고, 전하 분리가 일어난다. 즉, 전자-정공 쌍인 여기자가 p-n 접합 부근에서 전하 분리되어 전자는 Ag 전극층(150)으로 이동하고, 정곡은 우명 전극층(120) 쪽으로 이동한다.In a p-n junction solar cell, an internal electric field is generated near the p-n junction between the p-type semiconductor layer 130 and the n-type semiconductor layer 140, and charge separation occurs. That is, the exciton, which is an electron-hole pair, is charge separated in the vicinity of the p-n junction, so that the electrons move to the Ag electrode layer 150, and the positive curve moves toward the name electrode layer 120.

그러나, 상기 p-n 접합형 태양전지에 있어서, 분리된 전자가 재결합되지 않고 이동할 수 있는 거리는 통상적으로 10nm 이내이다. 따라서, p-n 접합 부분으로부터 10nm 정도의 영역내에서 발생되는 전자-정공 쌍만이 전하 분리되어 전자 및 정공의 수집에 기여하는 문제가 있다.However, in the p-n junction solar cell, the distance that the separated electrons can move without recombination is typically within 10 nm. Therefore, there is a problem that only electron-hole pairs generated in the region of about 10 nm from the p-n junction portion are charge-separated and contribute to the collection of electrons and holes.

한편, 도 2는 종래 벌크 이종 접합 태양전지의 구조를 나타낸다.On the other hand, Figure 2 shows the structure of a conventional bulk heterojunction solar cell.

도 2에 도시되는 바와 같이, 종래 벌크 이종 접합 태양전지(200)는 유리 기판(210), 투명 전극층(220), 정공 수송층(260), 광전 변환층(290), Al 전극층(250)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the conventional bulk heterojunction solar cell 200 includes a glass substrate 210, a transparent electrode layer 220, a hole transport layer 260, a photoelectric conversion layer 290, and an Al electrode layer 250. do.

광전 변환층(290)은 정공 수용체(270)와 그 중에 형성되는 전자 수용체로서의 플로렌(C60) 유도체(280)를 포함한다. 이렇게 정공 수용체(270)와 전자 수용체로서의 플로렌 유도체(280)가 균일하게 분산되어 있기 때문에 광전 변환층(290) 전체에 p-n 접합부가 분산되어 있는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 정공 수용체(270) 중에서 전자-정공 쌍의 이동 가능한 거리가 짧더라도, p-n 접합부가 넓은 범위에 분포하기 때문에, 전자-정공 쌍의 재결합을 어느정도 방지할 수 있게 되었다.The photoelectric conversion layer 290 includes a hole acceptor 270 and a florene (C 60 ) derivative 280 as an electron acceptor formed therein. Thus, since the hole acceptor 270 and the florene derivative 280 serving as the electron acceptor are uniformly dispersed, the same effect as that of the pn junction is dispersed throughout the photoelectric conversion layer 290. Therefore, even if the movable distance of the electron-hole pair in the hole acceptor 270 is short, since the pn junction is distributed over a wide range, the recombination of the electron-hole pair can be prevented to some extent.

그러나, 전자-정공 쌍의 재결합을 효율적으로 막기 위해서는 정공 수용체(270) 및 플로렌 유도체(280)가 분산되어 있는 광전 변환층(290)의 두께를 증가시켜야하는데, 이렇게 하면 발생한 전하게 전극까지 도달할 수 없게 되는 문제가 있으며, 전자 수용체로 사용하는 플로렌 (C60) 또한 분리된 전자를 잘 받아들이는 이상적인 전자 수용체이지만, 전극으로 전자를 잘 전달하기에 적합한 재료는 아니어서, 전자 수용체가 받아들인 전자가 음극 전극으로 충분히 전달되지 못해 효율이 낮아지는 문제가 있었다. However, in order to effectively prevent recombination of the electron-hole pairs, the thickness of the photoelectric conversion layer 290 in which the hole acceptor 270 and the florene derivative 280 are dispersed must be increased. There is a problem in that the electron acceptor, Floren (C 60 ) is also an ideal electron acceptor that accepts the separated electrons well, but is not a suitable material for transferring electrons to the electrode, so the electron acceptor There is a problem that the efficiency is lowered because the electrons are not sufficiently transferred to the cathode electrode.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 제1전극층이 코팅된 투명 기판, 정공 수송층, 정공 수용층, 전자 수용층, 및 제2전극층이 순착적으로 증착되는 유기 태양전지에 있어서, 정공 수용층과 전자 수용층 사이에 나노 패턴을 형성하여 전자-정공 쌍의 전하 분리와 전하의 전극으로의 이동을 용이하게 함으로써, 태양 전지의 효율을 높이는 유기 태양전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and in the organic solar cell in which the transparent substrate coated with the first electrode layer, the hole transport layer, the hole accepting layer, the electron accepting layer, and the second electrode layer are deposited sequentially, the hole accepting layer It is an object of the present invention to provide an organic solar cell that increases the efficiency of a solar cell by forming a nanopattern between the electron accepting layer and an electron-hole pair to facilitate charge separation and transfer of charge to an electrode.

본 발명의 다른 목적은, 유기 태양전지에 있어서, 전자-정공 쌍의 전하 분리와 전하의 전극으로의 이동을 용이하게 하기 위해 정공 수용층과 전자 수용층 사이에 나노 패턴을 형성하는 유기 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention, in the organic solar cell, a method of manufacturing an organic solar cell to form a nano-pattern between the hole receiving layer and the electron receiving layer to facilitate the charge separation of the electron-hole pair and the movement of the charge to the electrode. To provide.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1전극이 코팅된 투명 기판을 준비하는 단계, 상기 제1전극이 코팅된 투명 기판상에 정공 수송층 및 정공 수용층을 형성하는 단계, 상기 정공 수용층 상에 나노 패턴을 형성하는 단계, 상기 나노 패턴이 형성된 정공 수용층 상에 전자 수용층을 형성하는 단계, 상기 전자 수용층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지 제조 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, preparing a transparent substrate coated with a first electrode, forming a hole transport layer and a hole receiving layer on the transparent substrate coated with the first electrode, A method of manufacturing an organic solar cell includes forming a nanopattern on the hole receiving layer, forming an electron accepting layer on the hole receiving layer on which the nanopattern is formed, and forming a second electrode on the electron receiving layer. do.

상기 나노 패턴을 형성하는 단계는, 나노 패턴이 형성된 몰드(mold)를 준비하는 단계, 나노 임프린팅법을 이용하여 상기 몰드의 나노 패턴을 상기 정공 수용 층 상에 전사시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. The forming of the nanopattern may include preparing a mold on which the nanopattern is formed, and transferring the nanopattern of the mold onto the hole receiving layer using a nanoimprinting method. .

상기 나노 패턴이 형성된 몰드(mold)를 준비하는 단계는, 레이저 간섭 리소 그래피, 전자빔 리소그래피, 또는 광학적 리소그래피법에 의해 수행되는 것이 바람직하다. The preparing of the mold in which the nanopattern is formed is preferably performed by laser interference lithography, electron beam lithography, or optical lithography.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제1전극층이 코팅된 투명 기판, 정공 수송층, 정공 수용층, 전자 수용층, 및 제2전극층이 순착적으로 증착되는 유기 태양전지에 있어서, 상기 정공 수용층과 상기 전자 수용층 사이에는 나노 패턴이 형성되는 유기 태양전지가 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, an organic solar cell in which a transparent substrate, a hole transport layer, a hole receiving layer, an electron receiving layer, and a second electrode layer coated with the first electrode layer is deposited sequentially In example embodiments, an organic solar cell having a nanopattern formed between the hole receiving layer and the electron receiving layer is provided.

상기 나노 패턴은, 상기 정공 수용층 상에 나노 패턴이 형성된 몰드를 임프린팅함으로써 형성되는 것이 바람직하다. The nanopattern is preferably formed by imprinting a mold having a nanopattern formed on the hole receiving layer.

본 발명에 따르면, 유기 태양전지에 있어서 정공 수용층과 전자 수용층 사이에 형성되는 나노 패턴에 의해 정공 수용층과 전자 수용층 사이의 경계 접촉면이 증가하게 됨으로써 전자-정공 쌍의 전하 분리가 용이해지며 이탈된 전자가 제2전극층으로 손실없이 잘 수집되어 태양전지의 효율이 높아지게 된다. According to the present invention, the boundary contact surface between the hole receiving layer and the electron receiving layer is increased by the nano-pattern formed between the hole receiving layer and the electron receiving layer in the organic solar cell, thereby facilitating charge separation of the electron-hole pair and leaving the electrons. Is well collected without loss into the second electrode layer, thereby increasing the efficiency of the solar cell.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태들을 상세히 설명한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 태양전지의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 유기 태양전지(300)는 투명기판(310), 제1전극층(320), 정공 수송층(330), 정공 수용층(340), 전자 수용층(350), 및 제2전극층(360)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the organic solar cell 300 of the present invention includes a transparent substrate 310, a first electrode layer 320, a hole transporting layer 330, a hole receiving layer 340, an electron receiving layer 350, and The second electrode layer 360 is included.

투명기판(310)으로서는, 유기 기판, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리 메틸 메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide) 등의 투명 수지 기판 등과 같은 광투과율이 높은 기판이 사용된다.As the transparent substrate 310, an organic substrate or a substrate having high light transmittance such as a transparent resin substrate such as polycarbonate, poly methyl methacrylate, polyimide, or the like is used.

제1전극층(320)은 광투과성이 높은 전극으로서, 투명기판(310) 상에 스퍼터링(sputtering)법 등에 의해 코팅되는 방식으로 형성될 수 있다. 제1전극층(320)으로서는, 산화 인듐 주석(ITO; Indium Tin Oxide) 등과 같은 도전성 재료가 사용될 수 있다.The first electrode layer 320 is an electrode having high light transmittance, and may be formed on the transparent substrate 310 by being coated by a sputtering method or the like. As the first electrode layer 320, a conductive material such as indium tin oxide (ITO) or the like may be used.

정공 수송층(330)은 전기 전도성을 갖는 물질이며, 폴리-3,4-에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT; Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene) 등과 같은 물질로 구성될 수 있다.The hole transport layer 330 is a material having electrical conductivity, and may be made of a material such as poly-3,4-ethylene dioxythiophene (PEDOT; Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene).

정공 수용층(340)은 도전성을 갖는 공액 고분자(Conjugated Polymer)이며, 정공 수송층(330)이 형성된 후 산화를 막기 위해 글로벌 박스 안에서 스핀 코팅법과 같은 방식에 의해 증착된다. 상기 공액 고분자로서는, 폴리티온펜 유도체(P3HT), MEH-PPV, 폴리 플루오렌(poly fluorene) 등과 같은 물질이 사용될 수 있다. The hole receiving layer 340 is a conductive conjugated polymer (Conjugated Polymer), and after the hole transport layer 330 is formed is deposited by a spin coating method in a global box to prevent oxidation. As the conjugated polymer, a material such as polythione pen derivative (P3HT), MEH-PPV, poly fluorene, or the like may be used.

전자 수용층(350)은 플로렌(C60) 등과 같은 카본 클러스터(carbon cluster)로 형성될 수 있다.The electron receiving layer 350 may be formed of a carbon cluster such as florene (C 60 ).

정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이에는 복잡한 나노 구조가 형성된다. 이는 정공 수용층(340)이 형성된 후에 미세한 나노 구조가 형성되어 있는 스탬프로 임프린팅(Imprinting) 함으로써 형성된다. Complex nanostructures are formed between the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350. This is formed by imprinting (Imprinting) a stamp in which a fine nanostructure is formed after the hole receiving layer 340 is formed.

이러한, 나노 구조에 의해 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이의 경계 접촉면이 증가하게 되고, 이에 따라 전자 이탈이 쉽게 되며 이탈된 전자가 제2전극층(360)으로 손실없이 잘 수집되어 태양전지의 효율을 높일 수 있다. Due to the nanostructure, the boundary contact surface between the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350 increases, and thus, the electrons are easily separated and the separated electrons are well collected without loss into the second electrode layer 360. The efficiency of the battery can be improved.

나도 패턴을 가지는 스탬프는 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 또는 광학적 리소그래피 등과 같은 다양한 리소그래피 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이의 경계 접촉면이 넓을수록 태양전지의 효율이 높아지므로, 상기 스탬프는 보다 복잡하고 미세한 나노 구조를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 스탬프는 레이저 간섭 노광 등을 2번 이상 수행하여 제작되는 것이 바람직하다.Stamps with an even pattern may be fabricated using various lithography techniques such as laser interference lithography, electron beam lithography, optical lithography, and the like. As the boundary contact surface between the hole accommodating layer 340 and the electron accommodating layer 350 is wider, the efficiency of the solar cell becomes higher. Therefore, the stamp is preferably produced by performing laser interference exposure or the like two or more times.

제2전극층(360)은 전자를 효율적으로 수집하기 위한 층으로서, 일 함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이러한 물질들의 혼합물로 구성될 수 있다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 금속의 산화물 등의 화합물을 예로 들 수 있고, 바람직하게는, 알루미늄(Al)과 같은 금속을 이용하여 구현하는 것이 바람직하다. 이러한 제2전극층(360)은 진공 증착법, 이온 도금법, 스퍼터링 법에 의해 형 성될 수 있다.The second electrode layer 360 is a layer for efficiently collecting electrons. The second electrode layer 360 may be formed of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture of these materials having a small work function. Specifically, compounds such as alkali metals and oxides of alkali metals may be exemplified, and preferably, a metal such as aluminum (Al) may be used. The second electrode layer 360 may be formed by vacuum deposition, ion plating, or sputtering.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 태양전지(300)의 제조과정을 설명한다. 각 구성요소의 재질과 같은 구체적인 설명은 전술하였으므로 여기서는 생략하기로 한다. 한편, 도 4를 참조하여 설명되는 유기 태양전지(300)의 모든 제조과정에서는 산화를 방지하기 위해 진공상태를 유지하는 것이 바람직하다. 4 illustrates a manufacturing process of the organic solar cell 300 according to an embodiment of the present invention. Since detailed descriptions, such as materials of each component, have been described above, a description thereof will be omitted. Meanwhile, in all manufacturing processes of the organic solar cell 300 described with reference to FIG. 4, it is preferable to maintain a vacuum state to prevent oxidation.

먼저, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 제1전극층(320)이 코팅된 투명 기판(310)을 준비한다. 제1전극층(320)은 스퍼터링 법 등에 의해 투명 기판(310) 상에 코팅될 수 있다. First, as shown in FIG. 4A, the transparent substrate 310 coated with the first electrode layer 320 is prepared. The first electrode layer 320 may be coated on the transparent substrate 310 by sputtering or the like.

그 후, 도 4b에 도시되는 바와 같이, 제1전극층(320)이 코팅된 투명 기판(310) 상에 정공 수송층(330) 및 정공 수용층(340)을 형성한다. 정공 수용층(340)은 정공 수송층(330)이 형성된 후에 글로벌 박스 안에서 스핀 코팅법과 같은 방식에 의해 증착될 수 있다. 정공 수용층(340)을 형성한 후에는 적절한 온도에서 경화시켜 준다. Thereafter, as shown in FIG. 4B, the hole transport layer 330 and the hole receiving layer 340 are formed on the transparent substrate 310 coated with the first electrode layer 320. The hole receiving layer 340 may be deposited by a spin coating method in a global box after the hole transport layer 330 is formed. After the hole receiving layer 340 is formed, curing is performed at an appropriate temperature.

다음으로, 도 4c에 도시되는 바와 같이, 정공 수용층(340) 상에서 나노 임프린팅을 하여 정공 수용층(340)에 나노 패턴을 형성시킨다. 나노 임프린팅은 나도 구조가 형성되어 있는 스탬프(410)를 이용한 나노 임프린트 리소그래피법에 의해 수행된다. 스탬프(410)는 실리콘(Si) 등의 물질로 이루어진 몰드(mold)일 수 있고, 나노 구조의 형태가 복잡하고 미세할수록 좋다.Next, as shown in FIG. 4C, nano-imprinting is performed on the hole receiving layer 340 to form a nano pattern on the hole receiving layer 340. Nanoimprinting is performed by a nanoimprint lithography method using a stamp 410 in which a structure is also formed. The stamp 410 may be a mold made of a material such as silicon (Si), and the more complicated and finer the shape of the nanostructure is, the better.

상기 나도 패턴을 가지는 스탬프(410)는 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 또는 광학적 리소그래피 등과 같은 다양한 리소그래피 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이의 경계 접촉면이 넓을수록 태양전지의 효율이 높아지므로, 레이저 간섭 노광 등을 2번 이상 수행하여 스탬프에 형성되는 나노 구조를 더욱 미세하고 복잡하게 하는 것이 바람직하다.The stamp 410 having the stripe pattern may be fabricated using various lithography techniques such as laser interference lithography, electron beam lithography, or optical lithography. As the boundary contact surface between the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350 is wider, the efficiency of the solar cell becomes higher. Therefore, the nanostructure formed on the stamp is more finely and complicated by performing laser interference exposure or the like two or more times. desirable.

이러한, 나노 구조에 의해 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이의 경계 접촉면이 증가하게 되고, 이에 따라 전자-정공 쌍의 전하 분리가 쉽게 되며 이탈된 전자가 제2전극층(360)으로 손실없이 잘 수집되어 태양전지의 효율을 높일 수 있게 된다. Due to the nanostructure, the boundary contact surface between the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350 increases, thereby facilitating charge separation between the electron-hole pairs, and the lost electrons are lost to the second electrode layer 360. It can be collected well without increasing the efficiency of the solar cell.

다음으로, 도 4d 및 도 4e에 도시되는 바와 같이, 스탬프(410)를 디몰딩(demolding)하고, 나노 패턴이 형성된 정공 수용층(340) 상에 전자 수용층(350)을 증착시킨다. 전자 수용층(350)의 증착은 화학적 기상 증착(CVD)법 등에 의해 수행될 수 있으며, 이 과정에서는 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350) 사이에 공극 등과 같은 틈이 없도록 하는 것이 바람직하다. Next, as shown in FIGS. 4D and 4E, the stamp 410 is demolded and the electron accepting layer 350 is deposited on the hole receiving layer 340 on which the nanopattern is formed. The deposition of the electron accepting layer 350 may be performed by chemical vapor deposition (CVD), or the like. In this process, it is preferable that there is no gap between the hole accommodating layer 340 and the electron accommodating layer 350.

그 후, 도 4f에 도시되는 바와 같이, 진공 증착법, 이온 도금법, 스퍼터링 법 등에 의해 제2전극층(360)을 증착시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 4F, the second electrode layer 360 is deposited by vacuum deposition, ion plating, sputtering, or the like.

도 5는 본 발명에 따른 유기 태양전지(300)의 동작 원리를 설명한다.5 illustrates the operation principle of the organic solar cell 300 according to the present invention.

태양 광이 유기 태양전지(300)에 입사되면 정공 수용층(340)에서 전자-정공 쌍인 여기자(exciton)가 생성된다. 이러한, 전자-정공 쌍이 확산 이동하여 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350)의 경계면에 도달하면, 전하 분리가 일어난다. 그 후, 전자(510)는 전자 수용층(350) 쪽으로 이동하여 제2전극층(360)에 도달하게 된다. 한편, 정공(520)은 정공 수용체(340)의 내부 전계에 의해 제1전극층(320) 쪽으 로 이동하게 된다.When sunlight is incident on the organic solar cell 300, an exciton, an electron-hole pair, is generated in the hole receiving layer 340. When the electron-hole pair diffuses and reaches the interface between the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350, charge separation occurs. Thereafter, the electrons 510 move toward the electron receiving layer 350 to reach the second electrode layer 360. On the other hand, the hole 520 is moved toward the first electrode layer 320 by the internal electric field of the hole acceptor 340.

본 발명에서는, 전자-정공 쌍의 전하 분리가 일어나는 정공 수용층(340)과 전자 수용층(350)의 경계 표면적을 증가시켜줌으로써 전하 분리가 쉽게 일어날 수 있도록 하여 태양 전지의 효율을 높인다.In the present invention, by increasing the boundary surface area of the hole receiving layer 340 and the electron receiving layer 350 in which charge separation of the electron-hole pairs occurs, charge separation can easily occur to increase the efficiency of the solar cell.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 이와 실질적으로 동일한 다양한 구성으로 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다. The present invention has been described above in connection with specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and such changes or modifications are within the scope of the present invention. In addition, each component described herein may be replaced with a variety of configurations substantially the same. Those skilled in the art can also omit some of the components described herein without adding performance degradation or add components to improve performance. In addition, those skilled in the art may change the order of the method steps described herein according to the process environment or equipment. Therefore, the scope of the present invention should be determined not by the embodiments described, but by the claims and their equivalents.

도 1은 종래 p-n 접합형 태양전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional p-n junction solar cell.

도 2는 종래 벌크 이종접합형 태양전지의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a conventional bulk heterojunction solar cell.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 태양전지의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 태양전지의 제조 과정을 나타내는 공정도이다. 4A to 4F are process charts showing a manufacturing process of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 태양전지의 동작 원리를 설명한다.5 illustrates an operation principle of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

310: 투명 기판 320: 제1전극층310: transparent substrate 320: first electrode layer

330: 정공 수송층 340: 정공 수용층330: hole transport layer 340: hole receiving layer

350: 전자 수용층 360: 제2전극층350: electron accepting layer 360: second electrode layer

410: 스탬프 410: stamp

Claims (5)

제1전극이 코팅된 투명 기판상에 정공 수송층 및 정공 수용층을 형성하는 단계;Forming a hole transporting layer and a hole receiving layer on the transparent substrate coated with the first electrode; 상기 정공 수용층 상에 나노 패턴을 형성하는 단계;Forming a nano pattern on the hole receiving layer; 상기 나노 패턴이 형성된 정공 수용층 상에 전자 수용층을 형성하는 단계; 및Forming an electron receiving layer on the hole receiving layer in which the nanopattern is formed; And 상기 전자 수용층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조 방법.Forming a second electrode on the electron accepting layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 패턴을 형성하는 단계는, Forming the nano pattern, 나노 패턴이 형성된 몰드(mold)를 준비하는 단계;Preparing a mold in which a nano pattern is formed; 나노 임프린팅법을 이용하여 상기 몰드의 나노 패턴을 상기 정공 수용층 상에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조 방법.And transferring the nano-pattern of the mold onto the hole receiving layer using a nanoimprinting method. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 나노 패턴이 형성된 몰드(mold)를 준비하는 단계는, 레이저 간섭 리소 그래피, 전자빔 리소그래피, 또는 광학적 리소그래피법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조 방법.The method of preparing a mold in which the nanopattern is formed is performed by laser interference lithography, electron beam lithography, or optical lithography. 제1전극층이 코팅된 투명 기판, 정공 수송층, 정공 수용층, 전자 수용층, 및 제2전극층이 순차적으로 증착되는 유기 태양전지에 있어서, In an organic solar cell in which a transparent substrate coated with a first electrode layer, a hole transport layer, a hole receiving layer, an electron receiving layer, and a second electrode layer are sequentially deposited, 상기 정공 수용층과 상기 전자 수용층 사이에는 나노 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.The organic solar cell, characterized in that the nano-pattern is formed between the hole receiving layer and the electron receiving layer. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 나노 패턴은, 상기 정공 수용층 상에 나노 패턴이 형성된 몰드를 임프린팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.The nano-pattern is an organic solar cell, characterized in that formed by imprinting a mold having a nano-pattern formed on the hole receiving layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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