KR20090123739A - Organic-inorganic photovoltaic devices and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20090123739A
KR20090123739A KR1020080061555A KR20080061555A KR20090123739A KR 20090123739 A KR20090123739 A KR 20090123739A KR 1020080061555 A KR1020080061555 A KR 1020080061555A KR 20080061555 A KR20080061555 A KR 20080061555A KR 20090123739 A KR20090123739 A KR 20090123739A
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김원배
심희상
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광주과학기술원
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Abstract

PURPOSE: An organic-inorganic photovoltaic devices and manufacturing method thereof are provided to improve optic transformation efficiency. CONSTITUTION: The first electrode layer(120) is formed on the substrate(100). The photoactive layer(140) is formed on the first electrode. A plurality of inorganic nanowires(142) and optical activity organic film is included. The first charge transport layer(130) is formed on the first electrode. The second electrode layer(160) is formed in the photoactive layer. The inorganic material nanowire is unidirectional, chiasma type or stack type. The optical activity organic film is formed by using spins coat, dip-coating or the spray coating.

Description

유무기 태양전지 및 이의 제조 방법{Organic-Inorganic Photovoltaic Devices and Manufacturing Method Thereof}Organic-Inorganic Photovoltaic Devices and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유무기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly to an organic-inorganic solar cell and a manufacturing method thereof.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 청정의 지속가능한 에너지 소자이다. 그러나 현재 태양전지 소재인 실리콘의 경우 광흡수 효율이 낮고, 소재 및 소자 생산 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. Solar cells are clean, sustainable energy devices that convert light energy into electrical energy. However, silicon, a solar cell material, has the disadvantage of low light absorption efficiency and high material and device production cost.

이를 극복하기 위한 노력 중 하나인 유기 태양전지 소자는 공정이 단순하고, 기판의 제약이 적으며, 박막의 형태로 올릴 수 있어 생산 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 광흡수의 제한, 짧은 수명, 생성된 전자의 느린 이동성 등의 문제로 인해 경제적 이득 및 공정상 이점을 제대로 살리지 못하고 있다. 따라서, 광흡수, 전하분리 및 전하 이동 특성이 향상된 태양전지가 요구된다. The organic solar cell device, which is one of the efforts to overcome this problem, has the advantages of simple process, low substrate constraint, and low production cost because it can be raised in the form of a thin film. However, due to problems such as limited light absorption, short lifespan, and slow mobility of generated electrons, economic benefits and process advantages are not properly utilized. Therefore, there is a need for a solar cell having improved light absorption, charge separation, and charge transfer characteristics.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은 성능이 향상된 유무기 태양전지를 제공하는데 있다.The present invention for achieving the first object of the present invention is to provide an organic-inorganic solar cell with improved performance.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 성능이 향상된 유무기 태양전지의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention for achieving the second object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic-inorganic solar cell with improved performance.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 기판 상에 형성된 제1 전극층을 구비한다. 상기 제1 전극 상에 형성되고, 복수 개의 무기 나노 와이어들 및 광활성 유기막을 구비하는 광활성층이 위치한다. 상기 광활성층상에 제2 전극층이 위치한다.The solar cell according to the present invention for achieving the first object of the present invention described above includes a first electrode layer formed on a substrate. A photoactive layer is formed on the first electrode and includes a plurality of inorganic nanowires and a photoactive organic layer. The second electrode layer is positioned on the photoactive layer.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전극층 상에 무기 나노 와이어들을 형성한다. 상기 무기 나노 와이어들 사이에 광활성 유기막을 형성한다. 상기 광활성 유기막 상에 제2 전극층을 형성한다.A method of manufacturing a solar cell according to the present invention for achieving the above-described second object of the present invention includes forming a first electrode layer on a substrate. Inorganic nanowires are formed on the first electrode layer. A photoactive organic layer is formed between the inorganic nanowires. A second electrode layer is formed on the photoactive organic film.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 일정한 간격으로 배열된 나노와이어를 구비하는 유무기 태양전지의 경우 같은 광흡수에 대해서 우수한 유무기 계면 특성을 제공함으로써 효율적인 전하분리와 함께 전극 내에서 빠른 전하 수송 특성을 나타내므로 소자 특성이 잘 유지되면서 광변환 효율의 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.As described above, in the case of organic-inorganic solar cells having nanowires arranged at regular intervals manufactured according to the present invention, by providing excellent organic-inorganic interfacial properties for the same light absorption, it is possible to achieve fast charge in the electrode with efficient charge separation. Since the charge transport characteristics are maintained, the device characteristics are well maintained, thereby improving the light conversion efficiency.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다. 1A is a cross-sectional view illustrating an organic-inorganic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 태양전지는 기판(100), 제1 전극층(120), 제1 전하전달층(130), 광활성층(140), 제2 전하전달층(150) 및 제2 전극층(160)을 포함할 수 있다. 상기 광활성층(140)은 복수 개의 무기 나노 와이어들(142) 및 광활성 유기막(144)을 구비할 수 있다. 1A, an organic-inorganic solar cell according to an embodiment of the present invention may include a substrate 100, a first electrode layer 120, a first charge transfer layer 130, a photoactive layer 140, and a second charge transfer. The layer 150 and the second electrode layer 160 may be included. The photoactive layer 140 may include a plurality of inorganic nanowires 142 and a photoactive organic layer 144.

상기 무기 나노 와이어들(142)은 n형 반도체층일 수 있으며, 상기 광활성 유기막(144)은 p형 반도체층일 수 있다. 상기 무기 나노 와이어들(142)은 일방향 또는 교차방향으로 간격이 일정하게 배열될 수 있다. The inorganic nanowires 142 may be an n-type semiconductor layer, and the photoactive organic layer 144 may be a p-type semiconductor layer. The inorganic nanowires 142 may be uniformly spaced in one direction or in a cross direction.

상기 제1 전하전달층(130)은 전자전달층일 수 있으며, 이 경우에 상기 제2 전하전달층(150)은 정공전달층일 수 있다. The first charge transfer layer 130 may be an electron transfer layer, and in this case, the second charge transfer layer 150 may be a hole transfer layer.

외부로부터 상기 광활성층(140)에 빛이 입사되면, 전자와 홀이 약하게 결합된 전자-정공쌍(exciton)이 발생된다. 상기 엑시톤은 전기적으로 중성을 나타내며, 전기장에 영향을 받지 않으면서 자유롭게 이동하는 것이 가능하다. 상기 엑시톤은 무기 나노 와이어(142)와 광활성 유기막(144)의 계면으로 이동하게 되며, 유무기 계면에서 강한 전압에 의해 전자-정공이 분리된다. 분리된 전자와 정공은 내부 전기장에 의해 양쪽 전극으로 이동하게 되고 이런 과정을 통하여 태양 에너지가 전기 에너지로 바뀌게 된다. When light is incident on the photoactive layer 140 from the outside, an electron-hole pair (exciton) in which electrons and holes are weakly coupled is generated. The excitons are electrically neutral and can move freely without being affected by the electric field. The excitons move to the interface between the inorganic nanowires 142 and the photoactive organic layer 144, and electron-holes are separated by a strong voltage at the organic-inorganic interface. The separated electrons and holes are transferred to both electrodes by an internal electric field, which converts solar energy into electrical energy.

도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 유무기 태양전지는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 실시예와 유사할 수 있다.1B is a cross-sectional view illustrating an organic-inorganic solar cell according to another embodiment of the present invention. The organic-inorganic solar cell according to the present embodiment may be similar to the embodiment described with reference to FIG. 1A except as described below.

도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 유무기 태양전지는 일방향 또는 교차 배향된 무기 나노와이어(142)를 다층으로 적층하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1B, the organic-inorganic solar cell according to the present invention may be formed by stacking inorganic nanowires 142 unidirectionally or cross-oriented in multiple layers.

즉, 본 발명에 따른 유무기 태양전지는 기판(100), 제 1전극층(120), 제1 전하 전달층(130), 다층으로 적층된 무기 나노와이어들(142)과 상기 무기 나노와이어들(142) 사이에 형성된 광활성 유기막들(144)을 구비하는 광활성층(140), 제2 전하 전달층(150) 및 제2 전극층(160)을 포함할 수 있다.That is, the organic-inorganic solar cell according to the present invention is the substrate 100, the first electrode layer 120, the first charge transfer layer 130, the inorganic nanowires 142 stacked in multiple layers and the inorganic nanowires ( The photoactive layer 140 including the photoactive organic layers 144 formed between the 142, the second charge transfer layer 150, and the second electrode layer 160 may be included.

도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 유무기 태양전지는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 실시예와 유사할 수 있다.Figure 1c is a cross-sectional view showing an organic-inorganic solar cell according to another embodiment of the present invention. The organic-inorganic solar cell according to the present embodiment may be similar to the embodiment described with reference to FIG. 1A except as described below.

도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 유무기 태양전지는 제1 전하 전달층(130) 및 제2 전하전달층(150)을 생략하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1C, the organic-inorganic solar cell according to the present invention may be formed by omitting the first charge transfer layer 130 and the second charge transfer layer 150.

즉, 본 발명에 따른 유무기 태양전지는 기판(100), 제1 전극층(120), 광활성층(140) 및 제2 전극층(160)을 포함할 수 있다.That is, the organic-inorganic solar cell according to the present invention may include the substrate 100, the first electrode layer 120, the photoactive layer 140, and the second electrode layer 160.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 태양전지의 제조방법을 나타낸다. 2a to 2c show a method of manufacturing an organic-inorganic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 기판(100)이 제공된다. 상기 기판(100)은 투명기판일 수 있으며, 상기 기판(100)은 플렉서블 기판 또는 곡면을 가진 기판일 수도 있다. 상기 기판(100) 상에 제1 전극(120)을 형성한다. 상기 제1 전극(120)은 광투과성 전도성 산화막일 수 있다. 상기 광투과성 전도성 산화막은 ITO (In2O3:Sn), FTO(SnO2:F), FZO(ZnO:F), IZO(In2O3:Zn) 또는 ZnO 막일 수 있다. 2A, a substrate 100 is provided. The substrate 100 may be a transparent substrate, and the substrate 100 may be a flexible substrate or a substrate having a curved surface. The first electrode 120 is formed on the substrate 100. The first electrode 120 may be a transparent conductive oxide film. The transparent conductive oxide film may be an ITO (In 2 O 3 : Sn), FTO (SnO 2 : F), FZO (ZnO: F), IZO (In 2 O 3 : Zn), or a ZnO film.

상기 제1 전극(120) 상에 제1 전하 전달층(130)을 형성한다. 상기 제1 전하 전달층(130)이 전자 전달층인 경우에, 상기 전자 전달층은 분리된 전자와 정공 중에서 전자만이 선택적으로 전달 되도록 전도대(conduction band; CB) 또는 일함수(workfunction, φ)가 후술하는 무기 나노 와이어보다 Evac(진공 에너지 준위)로부터 더 낮게 형성된 무기물층일 수 있다. A first charge transfer layer 130 is formed on the first electrode 120. When the first charge transport layer 130 is an electron transport layer, the electron transport layer has a conduction band (CB) or work function (φ) to selectively transfer only electrons from the separated electrons and holes. May be an inorganic layer formed lower from Evac (vacuum energy level) than the inorganic nanowire described below.

도 2b를 참조하면, 상기 제1 전하 전달층(130) 상에 광활성층(140)을 형성한다. Referring to FIG. 2B, a photoactive layer 140 is formed on the first charge transfer layer 130.

상기 광활성층(140)은 먼저 무기 나노 와이어들(142)을 형성한 후에 광활성 유기막(144)을 형성 할 수 있다. The photoactive layer 140 may first form the inorganic nanowires 142 and then form the photoactive organic layer 144.

상기 무기 나노 와이어들(142)을 형성하기 위해 출발물질의 솔-젤 용액을 제조하고, 상기 솔-젤 용액과 캐리어 용액을 혼합하여 나노 와이어를 형성한다. 상기 나노 와이어(142)의 형성은 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 이용할 수 있다. 이와 같이 형성된 나노 와이어는 일방향 또는 교차방향으로 일정한 간격을 갖을 수 있다. 여기서 상기 나노 와이어는 캐리어 용액에 의해 유기물이 혼합되어 있는 상태이므로 별도의 열처리가 수행될 수 있다. 열처리는 200℃ 내지 600℃의 온도에서 수행될 수 있다. In order to form the inorganic nanowires 142, a sol-gel solution of a starting material is prepared, and the sol-gel solution and a carrier solution are mixed to form nanowires. The nanowires 142 may be formed using an electrospinning device and a rotation collecting device. The nanowires formed as described above may have a constant distance in one direction or in a cross direction. Here, since the nanowires are in a state in which organic substances are mixed by a carrier solution, a separate heat treatment may be performed. Heat treatment may be carried out at a temperature of 200 ℃ to 600 ℃.

상기 무기 나노 와이어들(142)은 밴드갭이 3.4 eV 보다 작은 무기물질을 사용할 수 있다. 상기 무기 나노 와이어들(142)은 Ti 산화물, Zn 산화물, Sn 산화물, Nb 산화물, Ce 산화물, Ti 황화물, Zn 황화물, Sn 황화물, Nb 황화물, Cd 황화물 Ce 황화물, Ti 질화물, Zn 질화물, Sn 질화물, Nb 질화물, Ce 질화물, ZnSe, ZnTe, CdSe 및 CdTe로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 무기물들에 N, P, As 또는 Sb를 도펀트로 첨가하여 n형 반도체로 사용할 수 있다.The inorganic nanowires 142 may use an inorganic material having a band gap of less than 3.4 eV. The inorganic nanowires 142 may include Ti oxide, Zn oxide, Sn oxide, Nb oxide, Ce oxide, Ti sulfide, Zn sulfide, Sn sulfide, Nb sulfide, Cd sulfide Ce sulfide, Ti nitride, Zn nitride, Sn nitride, It may be selected from the group consisting of Nb nitride, Ce nitride, ZnSe, ZnTe, CdSe and CdTe, it can be used as an n-type semiconductor by adding N, P, As or Sb as a dopant.

상기 캐리어 용액은 폴리이미드(polyimides), 폴리아믹 산(polyamic acid), 폴리이서이미드(polyetherimide), 나일론 6 (Nylon 6), 폴리(p-페닐렌 테레프탈아마이드) [poly(p-phenylene terephtahlamide)], 폴리벤지이미다졸(polybenzimidazole), 폴리아크릴로 나이트릴 (polyacrylonitrile, PAN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리비닐클로라이드 (polyvinyl chloride, PVC), 폴리비닐아세테이트 (polyvinyl acetate, PVAc), 폴리 비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌 (polystyrene, PS), 폴리비닐파이롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 또는 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC)를 용매에 녹여 사용할 수 있다. The carrier solution is polyimides, polyamic acid, polyetherimide, nylon 6 (Nylon 6), poly (p-phenylene terephthalamide) [poly (p-phenylene terephtahlamide)] , Polybenzimidazole, polyacrylonitrile (PAN), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl acetate (PVAc), Polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinylpyrrolidone (PVP) or polycarbonate (PC) can be dissolved in a solvent. .

상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 페놀, 포르믹산, 황산, 다이메틸포름아마이드 (Dimethylformanide, DMF), 디메틸아세트아마이드 (dimethylacetamide), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran, THF), 트리플로로아세틱 산(trifluoroacetic acid), 톨루엔 또는 메틸렌 클로라이드 (methylene chloride)일 수 있다.The solvent is water, methanol, ethanol, acetone, phenol, formic acid, sulfuric acid, dimethylformamide (Dimethylformanide, DMF), dimethylacetamide, tetrahydrofuran (THF), trifluoroacetic acid trifluoroacetic acid, toluene or methylene chloride.

상기 광활성 유기막(144)은 상기 무기 나노 와이어들(142) 사이의 공간을 충전하는 층일 수 있다. 상기 광활성 유기막(144)은 스핀코팅, 딥코팅, 닥터블레이딩, 드롭잉, 브러싱 또는 스프레이코팅을 수행하여 형성할 수 있다. The photoactive organic layer 144 may be a layer filling the space between the inorganic nanowires 142. The photoactive organic layer 144 may be formed by spin coating, dip coating, doctor blading, dropping, brushing, or spray coating.

상기 광활성 유기막(144)은 가시광영역의 흡수를 갖고, 전자 전도대 (LUMO)와 가전자 전도대 (HOMO)가 각각 상기 무기 나노 와이어의 전자 전도대(CB)와 가전자 전도대 (Valance band: VB)를 기준으로 각각 더 높은 레벨에 위치하여 전자와 정공의 분리가 용이한 유기물을 포함하는 층일 수 있다. The photoactive organic layer 144 has absorption in the visible light region, and the electron conduction band LUMO and the valence electron conduction band HOMO respectively form the electron conduction band CB and the valence band VB of the inorganic nanowire. Each layer may be a layer including an organic material which is located at a higher level as a reference to facilitate separation of electrons and holes.

상기 광활성 유기막(144)은 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT]계 물질층, 폴리(2-메톡시, 5-(2,-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) [Poly(2-methoxy, 5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4 -phenylenvinylene, MEH-PPV]계 물질층, 폴리(2-메틸, 5-(3‘, 7’-디메틸옥틸옥시))-1계 물질층 또는 4-페닐렌 비닐렌[poly(2-methyl, 5-(3', 7' -dimethyloctyloxy))-1, 4-phenylene vynylene, MDMO-PPV]계 물질층 중 선택된 어느 하나의 층일 수 있다. The photoactive organic layer 144 may include a poly-3-hexylthiophene (P3HT) -based material layer, poly (2-methoxy, 5- (2, -ethyl-hexyloxy) -1, 4-phenylenevinylene) [Poly (2-methoxy, 5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenvinylene, MEH-PPV] -based material layer, poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy))-1 material layer or 4-phenylene vinylene [poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy))-1, 4-phenylene vynylene, MDMO-PPV ] -Based material layer may be any one selected.

도 2c를 참조하면, 상기 광활성층(140) 상에 제2 전하전달층(150)을 형성한다. 상기 제2 전하 전달층(150)이 정공 전달층인 경우에, 상기 제2 전하 전달층(150)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜)-폴리 (스틸렌설폰네이트)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(stylene sulfonate, PEDOT:PSS)층일 수 있다. Referring to FIG. 2C, a second charge transfer layer 150 is formed on the photoactive layer 140. When the second charge transfer layer 150 is a hole transfer layer, the second charge transfer layer 150 is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrene sulfonate) [poly (3 , 4-ethylenedioxythiophene) -poly (stylene sulfonate, PEDOT: PSS) layer.

상기 제2 전하 전달층(150) 상에 제2 전극층(160)을 형성한다. 상기 제2 전극층(160)은 낮은 일함수를 갖는 금속일 수 있으며, 상기 제2 전극층(160)은 Au, Al, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg 또는 LiF-Al 층일 수 있다. The second electrode layer 160 is formed on the second charge transfer layer 150. The second electrode layer 160 may be a metal having a low work function, and the second electrode layer 160 may be an Au, Al, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg, or LiF-Al layer.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 나타내는 모식도이다. Figure 3 is a schematic diagram showing an electrospinning apparatus and a rotary collecting device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 전기방사 장치(200)는 높낮이 조절 스탠드(210), 주사기폄프(220) 및 주사기(230)를 구비할 수 있다. Referring to FIG. 3, the electrospinning apparatus 200 may include a height adjusting stand 210, a syringe pump 220, and a syringe 230.

상기 주사기(230)는 상기 주사기펌프 상부에 위치되며, 상기 주사기 펌프(220)에 의해 주사기 내부에 주입된 용액의 방출량이 조절될 수 있다. The syringe 230 is positioned above the syringe pump, and the discharge amount of the solution injected into the syringe may be controlled by the syringe pump 220.

상기 주사기(230)는 주사바늘(232)을 구비할 수 있으며, 전기가 통할 수 있는 금속 재질을 사용할 수 있다. 상기 주사바늘(232)은 전압을 인가해주기 위해 고전압 인가장치에 연결될 수 있다. The syringe 230 may include an injection needle 232, and may use a metal material through which electricity can pass. The needle 232 may be connected to a high voltage applying device to apply a voltage.

회전 포집 장치(300)는 주파수조절기(310), 모터(320), 그라운드 전극(330), 홀더(340), 포집전극구조물(350)을 포함할 수 있다. The rotary collecting device 300 may include a frequency controller 310, a motor 320, a ground electrode 330, a holder 340, and a collecting electrode structure 350.

상기 주파수 조절기(310)는 진동수를 가변하여 전달하며, 상기 모터(320)는 회전수를 제공한다. 상기 그라운드 전극(330)은 상기 포집전극구조물(350)과 연결되어 있어 상기 포집전극구조물(350)과 주사바늘 사이에 전압을 인가해줄 수 있다. 상기 홀더(340)는 포집 전극을 잡아 지지하고 회전할 수 있도록 한다. 상기 홀더(340)는 포집 전극구조물(350)들의 탈착이 가능하게 하여, 포집전극구조물(350)을 다르게 제조하여 변경하는 것이 가능하다. The frequency controller 310 transmits the variable frequency, and the motor 320 provides the rotation speed. The ground electrode 330 is connected to the collection electrode structure 350 to apply a voltage between the collection electrode structure 350 and the scanning needle. The holder 340 grasps and supports and rotates the collection electrode. The holder 340 may be detachable from the collection electrode structures 350, and thus may be changed by manufacturing the collection electrode structures 350 differently.

상기 포집전극 구조물(350)은 상기 전기방사에서 용출되는 나노와이어가 형성되는 곳이며, 회전이 직접적으로 발생되는 곳이다. The collecting electrode structure 350 is where nanowires eluted from the electrospinning are formed, and where the rotation is directly generated.

균일한 간격의 나노와이어를 형성하기 위한 물질을 상기 전기방사 장치의 주사기(230)에 주입한다. 그런 후, 상기 전기방사 장치의 주사바늘(232)에 양극을 연결하고, 상기 회전포집장치의 그라운드 전극(330)에 음극을 연결하여 고전압을 인가해준다. A substance for forming nanowires with uniform spacing is injected into the syringe 230 of the electrospinning apparatus. Then, the positive electrode is connected to the needle 232 of the electrospinning apparatus, and the negative electrode is connected to the ground electrode 330 of the rotary collecting device to apply a high voltage.

상술한 방법을 이용하면, 상기 주사기로부터 상기 회전 포집 구조물 상의 기판에 균일한 간격을 갖는 나노 와이어가 형성될 수 있다.Using the above-described method, nanowires having a uniform spacing may be formed on the substrate on the rotation collecting structure from the syringe.

제조예Production Example 1:  One: 일방향One-way 무기 나노  Inorganic nano 와이어를Wire 구비하는 유무기 태양전지의 제조  Manufacture of organic-inorganic solar cells provided

기판(110)에 제1 전극층(120)으로 ITO층을 형성하였다. 상기 제1 전극층(120)이 형성된 기판(110)에 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 이용하여 무기 나노 와이어(142)을 형성하였다. An ITO layer was formed on the substrate 110 as the first electrode layer 120. An inorganic nanowire 142 was formed on the substrate 110 on which the first electrode layer 120 was formed by using an electrospinning device and a rotation collecting device.

상기 무기 나노 와이어(142)을 형성하기 위해 솔-젤 용액을 제조하였다. 솔-젤 용액은 1.5g의 타이타늄 테트라아이소프로프옥사이드 (titanium tetraisopropoxide)에 산성 촉매물질인 아세트산 3mL 및 에탄올 3 mL를 혼합하고, 30분간 스터링하여 제조하였다. A sol-gel solution was prepared to form the inorganic nanowires 142. The sol-gel solution was prepared by mixing 3 g of acetic acid, 3 mL of acetic acid, and 3 mL of ethanol in 1.5 g of titanium tetraisopropoxide, followed by stirring for 30 minutes.

이어서, 상기 솔-젤 용액에 캐리어 용액을 넣고 혼합하였다. 상기 캐리어 용액은 0.45g의 폴리비닐파이롤리돈(polyvinylpirrolydone) 및 7 mL의 에탄올과 혼합하여 제작하였으며, 상기 혼합은 진동혼합기(Vortax meter)를 사용하였다. 또한, 상기 혼합을 통해 발생된 기포 제거 및 미세 혼합을 위해 스터링을 2시간 동안 수행하였다. Subsequently, the carrier solution was added to the sol-gel solution and mixed. The carrier solution was prepared by mixing 0.45 g of polyvinylpyrrolidone and 7 mL of ethanol, and the mixing was performed using a vibration mixer (Vortax meter). In addition, the sterling was performed for 2 hours to remove bubbles and fine mixing generated through the mixing.

이와 같이 형성된 솔-젤 용액 및 캐리어 용액의 혼합물을 전기방사 장치의 주사기에 주입하고 고전압장치를 연결하였다. 상기 고전압장치는 상기 주사기의 주사바늘에 연결하였으며, 상기 주사바늘에는 양극을 연결하고, 회전 포집 장치의 전극에는 음극을 연결하였다. 상기 전기방사 장치와 회전 포집 장치와의 거리는 8cm로 하였다.The mixture of the sol-gel solution and the carrier solution thus formed was injected into the syringe of the electrospinning apparatus and the high voltage apparatus was connected. The high voltage device was connected to the needle of the syringe, the positive electrode was connected to the needle, and the negative electrode was connected to the electrode of the rotary collecting device. The distance between the electrospinning apparatus and the rotary collecting device was 8 cm.

이때, 주사기의 시간당 용액의 용출량은 0.8mL로 조절하였으며, 상기 회전 포집 장치의 회전속도는 분당 2000회로 하였다. 상기 양극 및 음극 사이에는 14 kV의 고전압을 인가하였다. At this time, the elution amount of the solution per hour of the syringe was adjusted to 0.8mL, the rotational speed of the rotary collection device was 2000 times per minute. A high voltage of 14 kV was applied between the anode and the cathode.

이와 같은 방법을 통해 상기 기판(110)에 균일한 간격을 구비하는 일 방향의 나노 와이어를 형성하였다. 이때의 상기 나노 와이어는 지름이 약 45 nm 이었다. Through this method, nanowires in one direction having a uniform spacing are formed on the substrate 110. At this time, the nanowires were about 45 nm in diameter.

상기와 같이 제조된 나노 와이어는 무기물과 유기물이 혼합된 상태이므로 불필요한 유기물의 제거 및 원하는 상을 얻기 위해 열처리를 수행하였다. Since the nanowires prepared as described above are in a state in which inorganic and organic materials are mixed, heat treatment was performed to remove unnecessary organic materials and to obtain a desired phase.

열처리는 전기로에서 수행되었으며, 500℃의 온도에서 3시간동안 수행되었 다. 상기 원하는 상은 타이타늄의 경우, 아나타제 상을 얻고자 함이다. The heat treatment was carried out in an electric furnace and for 3 hours at a temperature of 500 ℃. The desired phase is to obtain an anatase phase in the case of titanium.

상술한 바와 같이 형성된 무기 나노 와이어(142)의 공간 사이에 광활성 유기막(144)을 형성하였다. 상기 광활성 유기막(144)은 15mg의 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] 및 3mL의 1, 2-(다이클로벤젠) 용액을 혼합하고 스핀코팅하여 형성하였다. 상기 혼합 용액은 진동혼합기를 이용하여 제조하였으며, 상기 혼합용액을 무기 나노 와이어(142) 상에 도포하였다. 이후에 70℃의 온도에서 10분간 건조하였다. The photoactive organic layer 144 was formed between the spaces of the inorganic nanowires 142 formed as described above. The photoactive organic layer 144 is 15 mg of poly (2-methoxy, 5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) [poly (2-methoxy, 5- (2- ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] and 3 mL of 1, 2- (dichlorobenzene) solution were formed by mixing and spin coating the mixed solution, which was prepared by using a vibration mixer. The mixed solution was applied onto the inorganic nanowires 142. Thereafter, the mixed solution was dried at a temperature of 70 ° C for 10 minutes.

상기 광활성 유기막(144) 상에 제2 전하층(150)을 형성하였다. 상기 전하 전달층(150)은 PEDOT:PSS을 스핀코팅하여 형성하였으며, 스핀코팅한 후에 120℃의 온도에서 10분간 건조하였다. The second charge layer 150 is formed on the photoactive organic layer 144. The charge transfer layer 150 was formed by spin coating PEDOT: PSS, and dried for 10 minutes at a temperature of 120 ° C. after spin coating.

상기 전하 전달층(150) 상에 제2 전극층(160)으로서 금을 도포하였다. Gold was applied as the second electrode layer 160 on the charge transfer layer 150.

제조예Production Example 2: 교차형 무기 나노  2: crossed inorganic nano 와이어를Wire 구비하는 유무기 태양전지의 제조  Manufacture of organic-inorganic solar cells provided

후술하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 무기 나노 와이어를 제조하였다.An inorganic nanowire was manufactured using the same method as in Preparation Example 1 except for the following.

상기 무기 나노와이어는 일방향을 갖는 나노와이어를 교차하여 증착함으로서 교차형의 무기 나노와이어를 형성하였다. The inorganic nanowires were formed by crossing the nanowires having one direction to cross the inorganic nanowires.

제조예Production Example 3: 다층 무기 나노  3: multilayer inorganic nano 와이어를Wire 구비하는 유무기 태양전지의 제조  Manufacture of organic-inorganic solar cells provided

후술하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 무기 나노 와이어를 제조하였다.An inorganic nanowire was manufactured using the same method as in Preparation Example 1 except for the following.

무기 나노 와이어층은 교차형 나노와이어를 반복 증착함으로서 적층형의 무기 나노 와이어를 형성하였다. The inorganic nanowire layer was formed by repeatedly depositing crossed nanowires to form a stacked inorganic nanowire.

비교예Comparative example 1: 무기 박막을 구비하는 유무기 태양전지의 제조  1: Fabrication of Organic-Inorganic Solar Cells with Inorganic Thin Films

후술하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 유무기 태양전지를 제조하였다. An organic-inorganic solar cell was manufactured using the same method as in Preparation Example 1 except for the following.

비교예 1에서는 제조예 1에서 상술한 무기 나노 와이어 대신에 솔-젤 코팅에 의해 무기 나노 박막을 형성하였다. In Comparative Example 1, an inorganic nano thin film was formed by sol-gel coating instead of the inorganic nano wire described in Preparation Example 1.

비교예Comparative example 2: 무질서한 무기  2: disordered weapon 나노와이어를Nanowires 구비하는 유무기 태양전지의 제조  Manufacture of organic-inorganic solar cells provided

후술하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 무기 나노 와이어를 제조하였다.An inorganic nanowire was manufactured using the same method as in Preparation Example 1 except for the following.

비교예 2에서는 상기 무기 나노 와이어를 전기방사만을 이용하여 형성하였으며, 일방향으로 형성되지 않고, 무질서한 상태의 무기 나노 와이어를 형성하였다. In Comparative Example 2, the inorganic nanowires were formed using only electrospinning, and did not form in one direction, thereby forming inorganic nanowires in a disordered state.

가. X선 end. X-ray 회절diffraction 분석 analysis

제조예 1 및 비교예 1에서 제조된 무기 나노 와이어 및 무기 나노 박막의 X선 회절 분석을 수행하였다. X-ray diffraction analysis of the inorganic nanowires and the inorganic nano thin films prepared in Preparation Example 1 and Comparative Example 1 were performed.

도 4는 각각의 방법을 통해 제조된 무기 나노 와이어 및 무기 나노 박막의 X선 회절에 의한 상분석 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the results of the phase analysis by X-ray diffraction of the inorganic nanowires and inorganic nano thin films prepared by the respective methods.

도 4를 참조하면, 제조예 1에 따른 전기방사 장치 및 회전포집 장치를 이용하여 일방향을 갖는 나노와이어는 열처리를 하기 전 비정질 특성이 나타났다. 이는 제조시 캐리어 용액과의 혼합 과정이 수행되어 유기물질의 포함되었기 때문이다. Referring to FIG. 4, the nanowires having one direction using the electrospinning apparatus and the rotation trapping apparatus according to Preparation Example 1 showed amorphous characteristics before heat treatment. This is because the mixing process with the carrier solution at the time of preparation was carried out to include the organic material.

그러나, 상기 제조예 1에 따른 나노와이어는 열처리 공정만으로도 태양전지에서 우수한 특성을 나타내는 아나타제 상을 가질 수 있었다. However, the nanowires according to Preparation Example 1 may have an anatase phase showing excellent characteristics in the solar cell only by the heat treatment process.

또한, 비교예 1에 따른 무기 나노 박막의 경우도 열처리를 통해 결정질의 특성을 나타낼 수 있었다. In addition, the inorganic nano thin film according to Comparative Example 1 was also able to exhibit the crystalline characteristics through the heat treatment.

나. X선 흡수 스펙트럼 시험I. X-ray absorption spectrum test

상기 제조예 1에서 솔-젤 용액 상태, 전기방사장치 및 회전포집장치를 사용하여 형성된 나노 와이어 및 열처리 후의 무기 나노 와이어 각각의 흡수 스펙트럼 결과를 상업적으로 제조되는 타이타늄 포일과 아나타제 및 루타일 상을 갖는 타이타늄 산화물의 특성과 비교하였다. Absorption spectral results of the nanowires formed using the sol-gel solution state, the electrospinning device and the rotary collecting device in Preparation Example 1, and the inorganic nanowires after the heat treatment were obtained with commercially prepared titanium foils, anatase and rutile phases. Compared with the properties of titanium oxide.

도 5는 제조예 1의 각각의 단계에서 형성된 물질의 상변화를 나타내는 X선 흡수 스펙트럼이다. 5 is an X-ray absorption spectrum showing a phase change of a material formed in each step of Preparation Example 1. FIG.

도 5를 참조하면, 솔-젤 용액 상태의 경우 금속포일의 특성 피크와 같이 프리엣지 부분에 테트라고날 구조 특성을 나타내는 1개의 강한 피크를 나타내며, 원하는 상의 결정성이 형성되지 않은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that in the sol-gel solution state, one strong peak exhibiting tetragonal structural characteristics is exhibited in the preedge portion, such as the characteristic peak of the metal foil, and the crystallinity of the desired phase is not formed.

또한, 열처리 전의 나노와이어의 경우 출발 물질과 비슷한 하나의 프리엣지 피크가 큰 테트라고날 구조를 가지고 있어, 아직 아나타제 상이 형성되지 않았음을 알 수 있다.In addition, in the case of the nanowires before heat treatment, one preedge peak similar to the starting material has a large tetragonal structure, indicating that no anatase phase has yet been formed.

그러나 열처리 후의 무기 나노 와이어는 아나타제 상의 특성 피크와 일치하는 프리엣지 부분의 3개의 약한 특성 피크와 프리엣지 이후의 특성 피크의 일치를 보여 좋은 결정성을 갖는 아나타제 타이타늄 산화물의 특성을 확인할 수 있다. However, the inorganic nanowires after heat treatment show the agreement between the three weak characteristic peaks of the preedge portion coincident with the characteristic peaks on the anatase phase and the characteristic peaks after the preedge, thereby confirming the properties of the anatase titanium oxide having good crystallinity.

다. All. SEMSEM 분석 analysis

제조예들 1 및 3에서 제조된 일정한 간격으로 배열된 일방향 또는 교차방향의 무기 나노 와이어들의 이미지를 나타낸다. Images of the inorganic nanowires in one direction or cross direction arranged at regular intervals prepared in Preparation Examples 1 and 3 are shown.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 무기 나노 와이어를 나타낸다. 6 illustrates a unidirectional inorganic nanowire according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 일방향 무기 나노 와이어는 평균 지름 45 nm의 나노선이 95 %이상이 5°범위 내에 한 방향으로 정렬되어 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that in the unidirectional inorganic nanowire, more than 95% of the nanowires having an average diameter of 45 nm are aligned in one direction within a 5 ° range.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교차형 무기 나노 와이어를 나타낸다. Figure 7 shows a cross-type inorganic nanowires according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 이용하여 형성한 무기 나노 와이어는 너비가 균일한 정도로 형성되었으며, 서로 교차되어 정렬되어 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the inorganic nanowires formed by using the electrospinning device and the rotary collecting device are formed to have a uniform width and are aligned with each other.

라. la. ImpedanceImpedance 분석 analysis

상기 제조예들 1 내지 2 및 비교예 2에서 제조된 무기 나노 와이어들의 전기 적 저항 및 이온의 이동도를 측정하였다. 상기 전기적 저항 및 이온의 이동도는 전기화학적 임피던스(AMETEK사의 solartron analytical 1400, 1400E)장비를 이용하여 수행되었다. Electrical resistance and mobility of ions of the inorganic nanowires prepared in Preparation Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 were measured. The electrical resistance and the mobility of the ions were performed using electrochemical impedance (solartron analytical 1400, 1400E, Inc. of the METEK) equipment.

도 8은 각각 무기 나노 와이어 전극의 임피던스 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing impedance measurement results of inorganic nanowire electrodes, respectively.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사 장치 및 회전포집장치를 이용하여 형성된 무기 나노 와이어의 경우, 전극의 전기적 저항이 3000 ohm·cm로 비슷하게 나타나는 반면 전기방사 장치 만을 이용하여 형성된 무기 나노 와이어의 경우, 4000 ohm·cm로 30 %이상의 전기적 저항 증가가 확인되었다. 따라서 전기방사 장치 및 회전포집 장치를 이용하여 간격이 일정한 무기 나노 와이어 구조를 제조하면, 전기적 저항을 감소시킬 수 있고, 전자의 이동 특성을 향상 시킬수 있다. Referring to FIG. 8, in the case of the inorganic nanowire formed by using the electrospinning apparatus and the rotary collecting apparatus according to an embodiment of the present invention, the electrical resistance of the electrode is similar to 3000 ohm · cm, whereas only the electrospinning apparatus is used. In the case of the formed inorganic nanowires, an electrical resistance increase of more than 30% was confirmed at 4000 ohmcm. Therefore, when the inorganic nanowire structure having a constant interval is manufactured using the electrospinning apparatus and the rotation trapping apparatus, the electrical resistance can be reduced and the electron transfer characteristics can be improved.

마. hemp. UVUV -- visvis 흡수 스펙트럼 분석 Absorption Spectrum Analysis

상기 제조예들 1 내지 3과 비교예들 1 내지 2에서 제조된 무기 나노와이어 및 무기박막에 광활성 유기막을 도포한 광활성층들을 상용화된 유기물 광활성층과 비교하여 광흡수 스펙트럼을 나타내었다. 상기 광흡수 스펙트럼은 UV-vis 스펙트로미터(Agilent 8435)를 사용하였다. The photoabsorption spectrums of the inorganic nanowires and the inorganic thin films prepared in Preparation Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were compared with those of commercially available organic photoactive layers. The light absorption spectrum was UV-vis spectrometer (Agilent 8435) was used.

도 9a 내지 도 9b는 각각 광활성층들의 광흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 구체적으로 도 9a는 무기 나노와이어들 및 유기막을 구비하는 광활성층의 광 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이고, 도 9b는 이들 내에 있는 광활성 유기물 만의 광흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 9A to 9B are graphs showing light absorption spectra of photoactive layers, respectively. Specifically, FIG. 9A is a graph showing the light absorption spectrum of the photoactive layer including inorganic nanowires and the organic film, and FIG. 9B is a graph showing the light absorption spectrum of only the photoactive organic material therein.

도 9a를 참조하면, 상용화된 유기물 광활성층의 경우, 파장에 따른 광흡수의 양이 적으며, 일부 파장(400 nm ~ 600 nm)에서 만의 흡수가 일어났다. Referring to FIG. 9A, in the case of a commercially available organic photoactive layer, the amount of light absorption according to the wavelength is small and only absorption occurs at some wavelengths (400 nm to 600 nm).

그러나 비교예 1 내지 2에 따른 무기 박막 및 무기 나노와이어를 구비하는 광활성층의 경우, 상기 유기물 광활성층에 비해 단파장 쪽의 광흡수가 증가함을 알 수 있다.However, in the case of the photoactive layer including the inorganic thin films and the inorganic nanowires according to Comparative Examples 1 to 2, it can be seen that the light absorption of the short wavelength side is increased compared to the organic photoactive layer.

본 발명에 따른 제조예들 1 내지 3에서 제조된 무기 나노 와이어에 광활성 유기막을 형성한 광활성층의 경우, 파장에 따른 광흡수의 양이 상당히 향상되었으며, 넓은 파장에서 흡수가 일어났다. In the photoactive layer in which the photoactive organic layer was formed on the inorganic nanowires prepared in Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention, the amount of light absorption was significantly improved according to the wavelength, and absorption occurred at a wide wavelength.

도 9b를 참조하면, 각각의 광활성층에서의 광활성 유기막은 모두 비슷한 정도의 흡수도를 나타내었다.9B, the photoactive organic layers in each photoactive layer showed similar absorption.

바. bar. PLPL 스펙트럼 분석 Spectral analysis

상기 제조예들 1 내지 3과 비교예들 1 내지 2에서 제조된 무기 나노와이어 및 무기박막에 광활성 유기막을 도포한 광활성층들을 상용화된 유기물 광활성층과 비교하여 PL 스펙트럼 분석을 수행하였다. 상기 PL 스펙트럼 분석은 590 nm로 광을 여기시킨후, 광발광 (photoluminescence)을 측정하였다. PL spectral analysis was performed by comparing the photoactive layers coated with the photoactive organic layer on the inorganic nanowires and the inorganic thin films prepared in Preparation Examples 1 to 2 and the commercially available organic photoactive layer. The PL spectral analysis excited light at 590 nm and then measured photoluminescence.

도 10은 각각 광활성층들의 PL 스펙트럼 결과를 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing the PL spectral results of the photoactive layers, respectively.

도 10을 참조하면, 유기물 광활성층, 각각 무기물 박막 및 무질서한 무기 나 노와이어에 광활성 유기막을 도포한 광활성층들의 경우, 광발광이 크게 발생되는데 반해, 본 발명에 따른 일정 간격을 갖는 일방향 또는 교차방향의 무기 나노 와이어에 광활성 유기막을 형성한 광활성층은 무기 나노 와이어의 배향도 및 적층도가 증가됨에 따라 광발광의 상대적 세기가 작아져 유기물 광활성층에 대해 28% 정도까지 광발광이 감소하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 10, in the case of a photoactive layer coated with an organic photoactive layer, an inorganic thin film, and a disordered inorganic nanowire, respectively, photoluminescence is greatly generated, photoluminescence is greatly generated. In the photoactive layer in which the photoactive organic layer is formed on the inorganic nanowire, the relative intensity of the photoluminescence decreases as the orientation and lamination degree of the inorganic nanowire increases, thereby reducing photoluminescence by about 28% with respect to the organic photoactive layer. .

따라서 본 발명에 따른 무기 나노 와이어를 구비하는 태양전지의 경우 유무기 계면 특성이 우수해지고 빛의 흡수에 의해 형성된 엑시톤의 전하 분리 효율이 증대됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that in the solar cell having the inorganic nanowire according to the present invention, the organic-inorganic interface property is excellent and the charge separation efficiency of the excitons formed by absorption of light is increased.

사. four. 광유도Mineral induction 전압 및 전류밀도 분석 Voltage and current density analysis

상기 제조예들 1 내지 3 및 비교예들 1 내지 2에서 제조된 유무기 태양전지의 광변환 특성을 조사하였다. The light conversion characteristics of the organic-inorganic solar cells prepared in Preparation Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were investigated.

상기 유무기 태양전지의 전극들을 전류-전압 측정 장치(KEITHLY sourcemeter 4300)와 연결시키고, 빛을 조사하였다. 이때의 전압은 1V 에서 0V까지 점차 감소시키고 전류값을 측정하였다. The electrodes of the organic-inorganic solar cell were connected to a current-voltage measuring device (KEITHLY sourcemeter 4300) and irradiated with light. The voltage at this time was gradually reduced from 1V to 0V and the current value was measured.

도 11은 각각 유무기 태양전지의 광변환 특성을 나타내는 그래프이다. 11 is a graph showing the light conversion characteristics of organic-inorganic solar cells, respectively.

도 11을 참조하면, 비교예 1에서 제조된 무기 박막을 구비하는 태양전지의 경우, 전류 밀도값이 현저히 낮게 나타내었으며, 비교예 2에서 제조된 무질서한 나노와이어를 구비하는 태양전지의 경우, 상기 무기 박막을 구비하는 태양전지에 비해 전류 밀도값이 상승하기는 하였으나 여전히 낮은 전류밀도 값을 나타내었다. Referring to FIG. 11, in the case of the solar cell including the inorganic thin film manufactured in Comparative Example 1, the current density value was markedly low, and in the case of the solar cell including the disordered nanowires prepared in Comparative Example 2, the inorganic Although the current density increased compared to the solar cell having a thin film, the current density was still low.

반면에 제조예들 1 내지 3에서 제조된 일정한 간격을 갖는 무기 나노 와이어를 구비하는 태양전지의 경우, 비교예 1과 비교해 볼 경우, 최대 광변환 효율은 0.24%에서 0.41%로 70% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, in the case of a solar cell having an inorganic nanowire having a predetermined interval manufactured in Preparation Examples 1 to 3, compared with Comparative Example 1, the maximum light conversion efficiency is increased by more than 70% from 0.24% to 0.41% You can see that.

따라서, 본 발명에 따른 전기방사 장치 및 회전포집 장치를 이용하여 제조된 일정한 간격을 갖는 무기 나노 와이어를 구비하면 광흡수에 의한 전하분리 및 전하이동 특성을 향상시켜 태양전지의 효율 향상에 기여함을 알 수 있다. Therefore, when the inorganic nanowires having a predetermined interval manufactured by using the electrospinning device and the rotation trapping device according to the present invention contribute to the efficiency of the solar cell by improving the charge separation and charge transfer characteristics by light absorption. Able to know.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다. 1A is a cross-sectional view illustrating an organic-inorganic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다.1B is a cross-sectional view illustrating an organic-inorganic solar cell according to another embodiment of the present invention.

도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유무기 태양전지를 나타내는 단면도이다.Figure 1c is a cross-sectional view showing an organic-inorganic solar cell according to another embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 태양전지의 제조방법을 나타낸다.2a to 2c show a method of manufacturing an organic-inorganic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 나타내는 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing an electrospinning apparatus and a rotary collecting device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 각각의 방법을 통해 제조된 무기 나노 와이어 및 무기 나노 박막의 X선 회절에 의한 상분석 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the results of the phase analysis by X-ray diffraction of the inorganic nanowires and inorganic nano thin films prepared by the respective methods.

도 5는 제조예 1의 각각의 단계에서 형성된 물질의 상변화를 나타내는 X선 흡수 스펙트럼이다. 5 is an X-ray absorption spectrum showing a phase change of a material formed in each step of Preparation Example 1. FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 무기 나노 와이어를 나타낸다. 6 illustrates a unidirectional inorganic nanowire according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교차형 무기 나노 와이어를 나타낸다. Figure 7 shows a cross-type inorganic nanowires according to an embodiment of the present invention.

도 8은 각각 무기 나노 와이어 전극의 임피던스 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing impedance measurement results of inorganic nanowire electrodes, respectively.

도 9a 내지 9b는 각각 광활성층들의 광흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이 다. 9A to 9B are graphs showing light absorption spectra of photoactive layers, respectively.

도 10은 각각 광활성층들의 PL 스펙트럼 결과를 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing the PL spectral results of the photoactive layers, respectively.

도 11은 각각 유무기 태양전지의 광변환 특성을 나타내는 그래프이다. 11 is a graph showing the light conversion characteristics of organic-inorganic solar cells, respectively.

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

100: 기판 120: 제1 전극층100 substrate 120 first electrode layer

130: 제1 전하 전달층 140: 광활성층130: first charge transfer layer 140: photoactive layer

142: 무기 나노 와이어 144: 광활성유기막142: inorganic nanowire 144: photoactive organic film

150: 제2 전하 전달층 160: 제2 전극층150: second charge transfer layer 160: second electrode layer

210: 높낮이 조절 스탠드 220: 주사기펌프210: height adjustment stand 220: syringe pump

230: 주사기 310: 주파수 조절기230: syringe 310: frequency regulator

320: 모터 330: 그라운드 전극320: motor 330: ground electrode

340: 홀더 350: 포집 전극 구조물340: holder 350: collecting electrode structure

Claims (9)

기판 상에 형성된 제1 전극층;A first electrode layer formed on the substrate; 상기 제1 전극 상에 형성되고, 복수 개의 무기 나노 와이어들 및 광활성 유기막을 구비하는 광활성층; 및A photoactive layer formed on the first electrode and having a plurality of inorganic nanowires and a photoactive organic layer; And 상기 광활성층에 형성되는 제2 전극층을 포함하는 유무기 태양전지. An organic-inorganic solar cell comprising a second electrode layer formed on the photoactive layer. 제 1 항에 있어서, 상기 무기 나노 와이어들은, The method of claim 1, wherein the inorganic nanowires, Ti 산화물, Zn 산화물, Sn 산화물, Nb 산화물, Ce 산화물, Ti 황화물, Zn 황화물, Sn 황화물, Nb 황화물, Cd 황화물 Ce 황화물, Ti 질화물, Zn 질화물, Sn 질화물, Nb 질화물, Ce 질화물, ZnSe, ZnTe, CdSe 및 CdTe로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 나노 와이어들인 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지. Ti oxide, Zn oxide, Sn oxide, Nb oxide, Ce oxide, Ti sulfide, Zn sulfide, Sn sulfide, Nb sulfide, Cd sulfide Ce sulfide, Ti nitride, Zn nitride, Sn nitride, Nb nitride, Ce nitride, ZnSe, ZnTe , CdSe and CdTe organic-inorganic solar cell, characterized in that one of the nanowires selected from the group consisting of. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 무기물 나노 와이어들은,The method of claim 1 or 2, wherein the inorganic nanowires, 일방향, 교차형 또는 적층형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지.Organic-inorganic solar cell, characterized in that formed in one direction, cross-type or stacked. 제 1 항에 있어서, 상기 광활성 유기막은,The method of claim 1, wherein the photoactive organic film, 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT]계 물질층, 폴리(2-메톡시, 5-(2,-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) [Poly(2-methoxy, 5-(2-ethyl-hexyloxy)- 1,4 -phenylenvinylene, MEH-PPV]계 물질층, 폴리(2-메틸, 5-(3‘, 7’-디메틸옥틸옥시))-1계 물질층 또는 4-페닐렌 비닐렌[poly(2-methyl, 5-(3', 7' -dimethyloctyloxy))-1, 4-phenylene vynylene, MDMO-PPV]계 물질층인 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지.Poly-3-hexylthiophene (P3HT) -based material layer, poly (2-methoxy, 5- (2, -ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) [ Poly (2-methoxy, 5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenvinylene, MEH-PPV] -based material layer, poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy)) -1-based material layer or 4-phenylene vinylene [poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy))-1, 4-phenylene vynylene, MDMO-PPV] based material layer Organic and inorganic solar cells. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 광활성 유기막은,The method according to claim 1 or 4, wherein the photoactive organic film, 스핀코팅, 딥코팅, 닥터블레이딩, 드롭잉, 브러싱 또는 스프레이코팅을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지.An organic-inorganic solar cell, which is formed using spin coating, dip coating, doctor blading, dropping, brushing or spray coating. 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계;Forming a first electrode layer on the substrate; 상기 제1 전극층 상에 무기 나노 와이어들을 형성하는 단계;Forming inorganic nanowires on the first electrode layer; 상기 무기 나노 와이어들 사이에 광활성 유기막을 형성하는 단계; 및Forming a photoactive organic layer between the inorganic nanowires; And 상기 광활성 유기막 상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 유무기 태양전지의 제조방법. Forming a second electrode layer on the photoactive organic film manufacturing method of an organic-inorganic solar cell. 제 6 항에 있어서, 상기 무기 나노 와이어들은,The method of claim 6, wherein the inorganic nanowires, 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지의 제조방법. Method for producing an organic-inorganic solar cell, characterized in that formed using an electrospinning device and a rotary collection device. 제 7 항에 있어서, 상기 무기 나노 와이어들은, The method of claim 7, wherein the inorganic nanowires, 전기방사 장치 및 회전 포집 장치를 이용하여 형성한 후에 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지의 제조방법.Method for producing an organic-inorganic solar cell, characterized in that the heat treatment is performed after the formation using an electrospinning device and a rotary collection device. 제 6 항에 있어서, 상기 광활성 유기막은,The method of claim 6, wherein the photoactive organic film, 스핀코팅, 딥코팅, 닥터블레이딩, 드롭잉, 브러싱 또는 스프레이코팅을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유무기 태양전지의 제조방법.Method of manufacturing an organic-inorganic solar cell, characterized in that formed using spin coating, dip coating, doctor blading, dropping, brushing or spray coating.
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