KR20100132787A - Organic solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR20100132787A
KR20100132787A KR1020090051560A KR20090051560A KR20100132787A KR 20100132787 A KR20100132787 A KR 20100132787A KR 1020090051560 A KR1020090051560 A KR 1020090051560A KR 20090051560 A KR20090051560 A KR 20090051560A KR 20100132787 A KR20100132787 A KR 20100132787A
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photoelectric conversion
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solar cell
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김세훈
강경민
오용호
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An organic solar cell and a manufacturing method of the same are provided to increase power conversion efficiency by allowing a hole transformation layer to be contained in a photovoltaic layer. CONSTITUTION: An organic solar cell includes a first electrode(11), a photovoltaic layer(13), and a second electrode(15) which are successively formed on a transparent substrate. The first and second electrodes are easily formed through sputtering or the vacuum evaporation.

Description

유기 태양 전지 및 그 제조방법{Organic solar cell and manufacturing method of the same}Organic solar cell and manufacturing method thereof

본 발명은 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도너(p형 유기 반도체 재료)와 억셉터(n형 유기 반도체 재료)가 혼합된 광전변환층에 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 첨가하여 전력 변환 효율을 향상시킨 유기 태양 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, a hole transport material that is soluble in an organic solvent in a photoelectric conversion layer in which a donor (p-type organic semiconductor material) and an acceptor (n-type organic semiconductor material) are mixed. The present invention relates to an organic solar cell and a method for manufacturing the same, in which power conversion efficiency is improved by the addition thereof.

유기 태양 전지는 종래의 실리콘이나 화합물 반도체 태양 전지와 비교하여, 낮은 제조 비용으로 인해 장래의 태양 전지로 기대되고 있다.Organic solar cells are expected to be future solar cells due to low manufacturing costs compared to conventional silicon or compound semiconductor solar cells.

도너(p형 유기 반도체) 및 억셉터(n형 유기 반도체)에 의한 pn 헤테로 접합형의 유기 태양 전지에서는 유기 반도체가 광 흡수에 의하여 전자-정공쌍(electron-hole pair)의 여기자(exciton)를 형성하고, 이것이 pn 접합의 계면으로 확산 이동한다. 여기자는 계면에서의 전계에 의하여 전자와 정공으로 전하 분리되고, 분리된 전자와 정공은 각각 다른 전극으로 이동되어 기전력을 발생한다. In a pn heterojunction type organic solar cell using a donor (p type organic semiconductor) and an acceptor (n type organic semiconductor), the organic semiconductor absorbs excitons of electron-hole pairs by light absorption. It forms and diffuses to the interface of the pn junction. The excitons are charge-separated into electrons and holes by an electric field at the interface, and the separated electrons and holes are moved to different electrodes to generate electromotive force.

하지만 상기 구성의 유기 태양 전지는 여기자의 확산 길이가 수십 nm의 거리 범위에 있음으로, 이 거리 밖에서는 캐리어의 생성이 이루어 지지 않아 변화 효율이 매우 낮다는 문제점이 있다. However, the organic solar cell of the above configuration has a problem that the diffusion length of the excitons is in the range of several tens of nm, so that the generation of carriers is not performed outside this distance, so the change efficiency is very low.

이를 개선 하기 위하여 미국 특허 5,331,183호 및 대한 민국 특허 공개공보 2005-0087247호에서는 pn 접합면을 나노미터 레벨로 박막 내에 분산 시키는 벌크 헤테로 접합 구조로 제시하여 효율을 크게 향상 시켰다. In order to improve this, U.S. Patent No. 5,331,183 and Korean Patent Publication No. 2005-0087247 present a bulk heterojunction structure in which a pn junction surface is dispersed in a thin film at a nanometer level, thereby greatly improving efficiency.

종래의 벌크 헤테로 접합 구조의 태양 전지는 일반적으로 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 것으로서 주석 도핑 산화 인듐(ITO: tin doped indium oxide)박막과 같은 투명전극(양극)과 알루미늄 전극(음극) 및 상기 투명전극과 알루미늄 전극 사이에 도너(p형 유기 반도체) 및 억셉터(n형 유기 반도체)가 혼재된 광전변환층이 구비되어 있다.Conventional bulk heterojunction solar cells generally have a transparent substrate, a transparent electrode (anode) such as a tin doped indium oxide (ITO) thin film formed on the transparent substrate, an aluminum electrode (cathode), and A photoelectric conversion layer including a donor (p-type organic semiconductor) and an acceptor (n-type organic semiconductor) is provided between the transparent electrode and the aluminum electrode.

상기 도너로는 P3HT(poly(3-hexylthiophene)등과 같은 전도성 고분자가 사용되고, 억셉터로는 플러렌(fullerene, C60)이나 PCBM([6,6] phenyl-C61-butyric acid methyl ester)과 같은 플러렌 유도체가 사용된다. 억셉터(n형 유기 반도체)로서 플러렌을 사용한 유기 태양 전지는 높은 전력 변환 효율을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 그러나 대한 민국 공개공보 제2008-0104371호에서 알려진 바처럼 플러렌의 전자 수송 능력이 도너 재료(p형 유기 반도체)의 정공 수송 능력보다 좋음으로서 전자가 과잉으로 수송되어 정공 수송량이 발생 전류 전체를 제한하는 것으로 된다는 것이 알려져 있다. A conductive polymer such as poly (3-hexylthiophene) such as P3HT is used as the donor, and a fullerene derivative such as fullerene (C60) or PCBM ([6,6] phenyl-C61-butyric acid methyl ester) is used as an acceptor. Although organic solar cells using fullerene as an acceptor (n-type organic semiconductor) are known to exhibit high power conversion efficiency, however, fullerene's electron transport ability is not known as disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2008-0104371. It is known that electrons are excessively transported to limit the total amount of generated current by being better than the hole transporting capacity of the donor material (p-type organic semiconductor).

그에 따라 최근에는 도너(p형 유기 반도체)의 개발에 있어서 다양한 고이동 도 재료가 개발되고 있다. 상기 고이동도 재료로는 예를 들면, 올리고 티오펜이나 펜타센이 대표적인 재료이며, 1cm2/Vs 전후의 이동도를 얻을 수 있다. 그러나, 이를 유기 태양 전지에 적용시올리고 티오펜이나 펜타센의 경우 직선형으로 결합한 분자이므로, 응집하기 쉬우며, 나노미터 레벨로 균일하게 분산시키는 것이 곤란하여 전력 변환 효율을 향상시키는데 어려운 문제가 있다.Accordingly, various high mobility materials have recently been developed in the development of donors (p-type organic semiconductors). As the high mobility material, for example, oligo thiophene or pentacene are typical materials, and mobility of around 1 cm 2 / Vs can be obtained. However, since it is applied to an organic solar cell and thiophene or pentacene is a molecule bonded in a straight line, it is easy to aggregate, and it is difficult to uniformly disperse uniformly at the nanometer level, thus making it difficult to improve power conversion efficiency.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 유기 태양 전지의 광전변환층의 정공 수송 능력을 향상시켜 전력 변환 효율을 극대화시킨 유기 태양 전지를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object thereof is to provide an organic solar cell in which the hole transporting capacity of the photovoltaic layer of the organic solar cell is improved to maximize power conversion efficiency.

또한 본 발명은 상기 유기 태양 전지의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the organic solar cell.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 한쪽이 광투과성을 가지는 한 쌍의 전극 및 상기 전극 간에 배치되는 광전변환층을 포함하는 유기 태양 전지에 있어서, 상기 광전변환층은 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is an organic solar cell comprising a pair of electrodes having at least one light transmitting and a photoelectric conversion layer disposed between the electrodes, the photoelectric conversion layer is a hole transport melting in an organic solvent It provides an organic solar cell comprising a material.

상기 광전변환층은 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질이 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다. The photoelectric conversion layer is preferably formed by mixing a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent.

상기 광전변환층은 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드, 잉크젯 인쇄 중 어느 하나의 습식방법으로 형성될 수 있다. The photoelectric conversion layer may be formed by a wet method of any one of spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing.

상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. The hole transport material soluble in the organic solvent may be at least one selected from aryl amine compounds represented by the following Chemical Formulas 1 to 3.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009035146181-PAT00001
Figure 112009035146181-PAT00001

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112009035146181-PAT00002
Figure 112009035146181-PAT00002

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

[화학식 3](3)

Figure 112009035146181-PAT00003
Figure 112009035146181-PAT00003

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알 킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

상기 광전변환층의 두께는 80~150nm인 것이 바람직하다. It is preferable that the thickness of the photoelectric conversion layer is 80 to 150 nm.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명 기판상에 제1전극을 형성하는 단계와, 상기 제1전극 상에 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법을 제공한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a photoelectric conversion layer including forming a first electrode on a transparent substrate, and a hole transport material soluble in a donor, an acceptor, and an organic solvent on the first electrode. It provides a method of manufacturing an organic solar cell comprising the step of forming and forming a second electrode on the photoelectric conversion layer.

상기한 본 발명에 따른 유기 태양 전지는 정공 수송 능력을 향상시킬 수 있는 정공 수송 물질을 광전변환층에 함유시킴으로써 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 습식으로 도포가 가능함에 따라 공정의 단순화를 도모할 수 있는 효과가 있다. The organic solar cell according to the present invention can improve the power conversion efficiency by including the hole transport material in the photoelectric conversion layer that can improve the hole transport ability, as well as wet coating can simplify the process. It can work.

본 발명에 따른 유기 태양 전지는 적어도 한쪽이 광투과성을 가지는 한 쌍의 전극 및 상기 전극 간에 배치되는 것으로서 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층을 포함한다. 상기 광전변환층은 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질이 혼합되어 이루어진다. The organic solar cell according to the present invention includes a pair of electrodes having at least one light transmitting property and a photoelectric conversion layer including a hole transport material soluble in an organic solvent as disposed between the electrodes. The photoelectric conversion layer is formed by mixing a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent.

이하 본 발명에 따른 유기 태양 전지를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시된 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an organic solar cell according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the accompanying drawings are illustrated to help understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 다른 유기 태양 전지는 투명 기판(10)과, 상기 투명 기판(10)상에 제1전극(11), 광전변환층(13), 제2전극(15)이 순차적으로 구비된다. 상기 유기 태양 전지는 제1전극(11)과 광전변환층(13) 사이에 정공 주입층이, 상기 광전변환층(13)과 제2전극(15) 사이에는 전자 주입층(14)이 더 포함될 수 있다. 1 is a schematic cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an organic solar cell according to the present invention includes a transparent substrate 10, a first electrode 11, a photoelectric conversion layer 13, and a second electrode 15 on the transparent substrate 10. This is provided sequentially. The organic solar cell further includes a hole injection layer between the first electrode 11 and the photoelectric conversion layer 13, and an electron injection layer 14 between the photoelectric conversion layer 13 and the second electrode 15. Can be.

상기 투명 기판(10)은 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 적용할 수 있다. 구체적으로 상기 투명 기판(10)은 유리 혹은, 폴리이미드, 폴리스타이렌(PS), 폴리에스테르(PES) 또는 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱으로 구성된 플렉서블 기판이 바람직하게 적용될 수 있다.The transparent substrate 10 may be applied without limitation to those generally used in the solar cell field. Specifically, the transparent substrate 10 may be preferably a flexible substrate made of glass or plastic such as polyimide, polystyrene (PS), polyester (PES), or polycarbonate (PC).

상기 제1전극(11)으로는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 적용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1전극은(11) 투명한 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 불소 첨가 주석 산화물(FTO), 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 알루미늄 옥사이드, 및 티타늄 니트라이드 등의 금속 옥사이드 또는 금속 니트라이드계 혹은 폴리아닐린, 폴리티오핀, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리(3-메틸티오핀), 및 폴리페닐렌설파이드 등의 전도성 중합체가 사용될 수 있다. 상기 제1전극(11)은 전술한 재료들 중 한 가지 타입으로만 형성되거나 또는 복수개의 재료의 혼합물로도 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1전극(11)은 동일한 조성 또는 상이한 조성의 층이 복수개 적층되는 다층 구조로 형성될 수도 있다. Generally used in the solar cell field may be applied to the first electrode 11 without limitation. More specifically, the first electrode may include (11) transparent indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), fluorinated tin oxide (FTO), tin oxide, zinc oxide, zinc aluminum oxide, and titanium nitride. Conductive polymers such as metal oxide or metal nitride-based or polyaniline, polythiopine, polypyrrole, polyphenylenevinylene, poly (3-methylthiopine), and polyphenylene sulfide may be used. The first electrode 11 may be formed of only one type of the above materials or may be formed of a mixture of a plurality of materials. In addition, the first electrode 11 may have a multilayer structure in which a plurality of layers of the same composition or different compositions are stacked.

상기 제 2전극(15)으로는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한없이 적용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제2전극(15)는 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 리드, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등의 금속 혹은 이들 금속의 합금이 사용될 수 있다. As the second electrode 15, those generally used in the solar cell field may be applied without limitation. More specifically, the second electrode 15 may be a metal such as gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel, cobalt, lead, molybdenum, tungsten, tantalum, niobium, or an alloy thereof.

상기 제1전극(11)과 제2전극(15)은 스퍼터링이나 진공증착 등의 공지된 방법을 적용하면 용이하게 형성할 수 있으며, 이들의 두께는 10 ~ 500nm가 바람직하다. The first electrode 11 and the second electrode 15 can be easily formed by applying a known method such as sputtering or vacuum deposition, and the thickness thereof is preferably 10 to 500 nm.

상기 제1전극(11) 상부에는 필요에 따라 정공 주입층(12)이 형성될 수 있다. 상기 정공 주입층(12)은 태양 전지 분야에서 일반적으로 알려진 재료들이 사용될 수 있다. 제한되지 않으나 상기 정공 주입층(12)은 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 및 폴리(스타이렌술포네이드)(EDOT/PSS) 또는 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4'4"-트리스((N-(나프탈렌-2-일)-N-페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA) 등의 물질을 5nm~100nm 두께로 형성하여 이루어질 수 있다. 특히 PEDOT/PSS는 습식 공정에 의한 형성이 가능하므로 본 발명에서와 같이 습식 공정에 의해 광변환층을 형성하는 유기 태양 전지에 있어서 정공주입층(6)으로 매우 유용하게 사용될 수 있다. A hole injection layer 12 may be formed on the first electrode 11 as needed. The hole injection layer 12 may be made of materials generally known in the solar cell art. Although not limited, the hole injection layer 12 may be made of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrenesulfonide) (EDOT / PSS) or copper phthalocyanine (CuPc), 4,4 ', 4 "-. Tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), 4,4'4 "-tris ((N- (naphthalen-2-yl) -N-phenylamino) triphenylamine (2-TNATA) It can be formed by forming a material, such as 5nm ~ 100nm thickness, etc. Particularly, PEDOT / PSS can be formed by a wet process, so hole injection in the organic solar cell to form a light conversion layer by a wet process as in the present invention It can be very usefully used as the layer (6).

본 발명에 따르면 광전변환층(13)과 제2전극(15) 사이에는 전자 주입층(14)이 형성될 수 있다. 상기 전자 주입층(14)은 태양 전지 분야에서 일반적으로 알려 진 재료들이 사용될 수 있다. 제한되지는 않지만 상기 전자 주입층(14)은 LiF를 사용할 수 있으며, 이를 공지된 두께로 스퍼터링 또는 진공증착 등의 공지된 방법에 따라 막을 형성하면 용이하게 형성할 수 있다. According to the present invention, an electron injection layer 14 may be formed between the photoelectric conversion layer 13 and the second electrode 15. The electron injection layer 14 may be made of materials generally known in the solar cell art. Although not limited, the electron injection layer 14 may use LiF, and may be easily formed by forming a film by a known method such as sputtering or vacuum deposition to a known thickness.

본 발명에 따른 유기 태양 전지는 제1전극(11)과 제2전극(15) 사이에 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층(13)이 포함한다. 상기 광전변환층(13)은 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질이 혼합되어 이루어진다. The organic solar cell according to the present invention includes a photoelectric conversion layer 13 including a hole transport material soluble in an organic solvent between the first electrode 11 and the second electrode 15. The photoelectric conversion layer 13 is formed by mixing a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent.

상기 광전변환층(13)에 유기 태양 전지의 정공 수송 능력을 향상 시키기 위하여 당해 분야에서 일반적으로 알려진 정공 수송 물질 또는 정공 주입 물질을 함유시키는 방법이 고려될 수 있다. 구체적으로 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4', 4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA) 및 4,4'4"-트리스((N-(나프탈렌-2-일)-N-페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(NPD), 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(TPD) 등의 정공 수송 또는 정공 주입 물질을 광전변환층(13)에 사용하는 것이다. 그러나 상기한 정공 수송 물질 또는 정공주입 물질들은 광전변환층(13)에 적용 시 응집하기 쉽고, 균일하게 나노미터 레벨로 분산시키는 것이 곤란하다는 문제점이 있다. 그에 따라 본 발명에서는 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 이용하여 습식방법으로 광전변환층(13)에 함유시켜 고르게 분산될 수 있도록 함으로서 전력 변환 효율을 극대화시켰다. In order to improve the hole transport capability of the organic solar cell in the photoelectric conversion layer 13, a method of containing a hole transport material or a hole injection material generally known in the art may be considered. Specifically copper phthalocyanine (CuPc), 4,4 ', 4 "-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine (m-MTDATA) and 4,4'4" -tris ((N- (naphthalene-2- Yl) -N-phenylamino) triphenylamine (2-TNATA), 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (NPD), or N, N A hole transport or hole injection material such as' -diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD) is transferred to the photoelectric conversion layer 13 However, the above-described hole transporting materials or hole injection materials are easily aggregated when applied to the photoelectric conversion layer 13, and have difficulty in uniformly dispersing them at the nanometer level. By using the hole transport material soluble in the wet method to be included in the photoelectric conversion layer 13 to be evenly dispersed to maximize the power conversion efficiency.

상기 습식방법은 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드, 잉 크젯 인쇄 중에서 선택되는 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다. The wet method may be applied to any one selected from spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing.

이때 상기 광전변환층(13)의 두께는 80~150nm가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 광전변환층(13)의 두께가 상기 범위 내에 포함될 경우 우수한 전력 변환 효율을 얻을 수 있다. At this time, the thickness of the photoelectric conversion layer 13 is preferably to be 80 ~ 150nm. When the thickness of the photoelectric conversion layer 13 is included in the range it can be obtained an excellent power conversion efficiency.

상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 반드시 제한되지는 않지만 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물 중에서 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다. The hole transport material soluble in the organic solvent is not necessarily limited, but is preferably at least one selected from aryl amine compounds represented by the following Chemical Formulas 1 to 3.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009035146181-PAT00004
Figure 112009035146181-PAT00004

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112009035146181-PAT00005
Figure 112009035146181-PAT00005

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

[화학식 3](3)

Figure 112009035146181-PAT00006
Figure 112009035146181-PAT00006

(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)

상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물 중에서 선택되는 적어도 하나의 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 예를 들어 하기 화학식 4 내지 7로 표시되는 화합물을 예시할 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The hole transport material soluble in at least one organic solvent selected from the aryl amine compounds represented by Formulas 1 to 3 may, for example, exemplify a compound represented by Formulas 4 to 7. However, it is not necessarily limited thereto.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112009035146181-PAT00007
Figure 112009035146181-PAT00007

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112009035146181-PAT00008
Figure 112009035146181-PAT00008

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112009035146181-PAT00009
Figure 112009035146181-PAT00009

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112009035146181-PAT00010
Figure 112009035146181-PAT00010

상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물은 공지된 기술을 적용하면 용이하게 제조할 수 있다. 예를 들어 한국등록특허 제10-0831510호에 기재된 방법이 참고로 사용될 수 있다. 그러나 본 발명은 그 제조방법을 한정하는 것은 아니다.The aryl amine compound represented by Chemical Formulas 1 to 3 may be easily prepared by applying known techniques. For example, the method described in Korean Patent No. 10-0831510 may be used as a reference. However, the present invention does not limit the production method.

상기 광전변환층(13)에 사용되는 도너와 억셉터는 당해 유기 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명이 습식방법에 의해 광전변환층(13)을 형성함에 따라 상기 도너와 억셉터는 습식방법에 의해 형성이 가능하도록 고분자 도너 및 고분자 억셉터를 사용하는 것이 바람직하다.The donors and acceptors used in the photoelectric conversion layer 13 may be generally used in the organic solar cell field. However, as the present invention forms the photoelectric conversion layer 13 by the wet method, it is preferable to use the polymer donor and the polymer acceptor so that the donor and the acceptor can be formed by the wet method.

상기 고분자 도너(p형 유기 반도체 재료)의 구체적인 예로는 하기 화학식 8로 표현되는 폴리(3-헥실티오펜-2,5-다이일)(P3HT), 하기 화학식 9로 표현되는 폴리[3-(포타시움-6-헥사노에이트)티오펜-2,5-다이일], 하기 화학식 10으로 표현되는 폴리(티오펜-2-5-다이일), 하기 화학식 11로 표현되는 폴리(3-오틸티오펜-2,5-다이 일)(P3OT), 하기 화학식 12로 표현되는 폴리(2-메톡시,5-2'-에틸-헥실옥시)-p-페닐렌(MEH-PPV), 하기 화학식 13으로 표현되는 폴리(9,9-다이옥틸플루오레닐-2,7-다이일), 하기 화학식 14로 표현되는 폴리(9,9-다이옥틸플루오레닐-2,7-다이일) 등을 들 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 고분자 도너 화합물이 예시된 화합물에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the polymer donor (p-type organic semiconductor material) are poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) represented by the following Chemical Formula 8, and poly [3- ( Potassium-6-hexanoate) thiophene-2,5-diyl], poly (thiophene-2-5-diyl) represented by the following formula (10), poly (3-obutyl tea) represented by the following formula (11) Offen-2,5-diyl) (P3OT), poly (2-methoxy, 5-2'-ethyl-hexyloxy) -p-phenylene (MEH-PPV), Poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) represented by 13, poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) represented by the following general formula (14), and the like. Can be mentioned. However, the polymer donor compound which can be used according to the present invention is not limited to the illustrated compound.

Figure 112009035146181-PAT00011
Figure 112009035146181-PAT00011

[화학식 8] [화학식 9] [화학식 10]    [Formula 8] [Formula 9] [Formula 10]

Figure 112009035146181-PAT00012
Figure 112009035146181-PAT00012

[화학식 11] [화학식 12]      [Formula 11] [Formula 12]

Figure 112009035146181-PAT00013
Figure 112009035146181-PAT00013

[화학식 13] [화학식 14]    [Formula 13] [Formula 14]

상기 고분자 억셉터(n형 유기 반도체 재료)의 구체적인 예로는 하기 화학식 15로 표현되는 폴리[2,5-다이헥실록시-1,4-(1-시아노비닐렌)페닐렌]을 예시할 수 있으나, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 고분자 억셉터 화합물이 예시된 화합물에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the polymer acceptor (n-type organic semiconductor material) exemplifies poly [2,5-dihexyloxy-1,4- (1-cyanovinylene) phenylene] represented by the following general formula (15). Although it may be, the polymer acceptor compound which can be used according to the present invention is not limited to the illustrated compound.

[화학식 15][Formula 15]

Figure 112009035146181-PAT00014
Figure 112009035146181-PAT00014

상기 억셉터로는 상기한 고분자 억셉터 이외에 저분자 억셉터(n형 유기 반도체 재료)로서 하기 화학식 16으로 표현되는 (6,6)-페닐-C61 부틸릭 액시드 메틸 에스터(PCBM)와 하기 화학식 17로 표현되는 [6,6]-페닐 C71 부틸릭 액시드 메틸 에스터(화합물10)등을 사용할 수 있으나, 저분자 억셉터 화합물이 예시된 화합물에 한정되는 것은 아니다.As the acceptor, a low molecular acceptor (n-type organic semiconductor material) other than the above-described polymer acceptor is (6,6) -phenyl-C61 butyric acid methyl ester (PCBM) represented by the following formula (16) and the following formula (17). [6,6] -phenyl C71 butyric acid methyl ester (Compound 10) and the like can be used, but the low molecular acceptor compound is not limited to the exemplified compounds.

Figure 112009035146181-PAT00015
Figure 112009035146181-PAT00015

[화학식 16] [화학식 17]        [Formula 16] [Formula 17]

이하에서는 상술한 구조의 유기 태양 전지를 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the organic solar cell having the above-described structure will be described in detail.

본 발명에 따른 유기 태양 전지의 제조방법은 투명 기판(10)상에 제1전극(11)을 형성하는 단계와, 상기 제1전극(11) 상에 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층(13)을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층(13) 상에 제2전극(15)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. The method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention includes forming a first electrode 11 on a transparent substrate 10, and transporting holes dissolved in a donor, an acceptor, and an organic solvent on the first electrode 11. Forming a photoelectric conversion layer 13 including a material and forming a second electrode 15 on the photoelectric conversion layer 13.

상기 투명 기판(10)상에 제1전극(11)을 형성하는 단계는 공지의 기술을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. 투명 기판(10)과 제1전극(11)의 재료는 전술한 유기 태양 전지에서 예시한 것을 적용하면 된다. 상기 제1전극(11)은 투명 기판(10)상에 스퍼터링이나 진공증착 등의 공지된 방법을 통해 제1전극(11) 재료를 10 ~ 500nm의 두께로 증착하면 용이하게 형성할 수 있다. Forming the first electrode 11 on the transparent substrate 10 can be easily performed by applying a known technique. The materials of the transparent substrate 10 and the first electrode 11 may be the ones exemplified in the above-described organic solar cell. The first electrode 11 can be easily formed by depositing the material of the first electrode 11 to a thickness of 10 to 500 nm through a known method such as sputtering or vacuum deposition on the transparent substrate 10.

제1전극(11)의 형성이 완료되면 상기 제1전극(11) 상에 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층(13)을 형성하는 단계를 거치게 된다. When the formation of the first electrode 11 is completed, a step of forming the photoelectric conversion layer 13 including a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent is performed on the first electrode 11.

이때, 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 전술한 유기 태양 전지에서 예시한 것을 적용하면 된다. In this case, the hole transport material that is soluble in the donor, the acceptor, and the organic solvent may be the one exemplified in the above-described organic solar cell.

상기 광전변환층(13)은 유기 용매에 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 용해시킨 용액을 습식으로 도포하면 용이하게 형성할 수 있다. 이때 습식 도포는 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드, 잉크젯 인쇄 중에서 선택되는 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다. 전력 변환 효율을 고려하였을 때 상기 광전변환층(13)은 80~150nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. The photoelectric conversion layer 13 may be easily formed by wet application of a solution obtained by dissolving a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent. At this time, the wet coating may be applied to any one selected from spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing. In consideration of power conversion efficiency, the photoelectric conversion layer 13 may be formed to a thickness of 80 to 150 nm.

상기 유기 용매는 정공 수송 물질을 용해시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하다. The organic solvent can be used without limitation so long as it can dissolve the hole transporting material.

이때, 상기 광전변환층(13)에서 사용되는 도너와 억셉터는 유기 태양 전지분야에서 일반적으로 사용하는 혼합비율로 혼합할 수 있다. 통상 도너와 억셉터는 1:0.7~1.0의 중량비율로 혼합하여 사용하게 된다. In this case, the donor and acceptor used in the photoelectric conversion layer 13 may be mixed in a mixing ratio generally used in the organic solar cell field. Usually, donors and acceptors are used by mixing in a weight ratio of 1: 0.7 to 1.0.

본 발명에 따르면 상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 도너에 대하여 1:0.001~0.05의 비율 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질이 상기 범위 내에서 포함되는 경우 광전변환층(13)의 정공 수송 능력을 충분히 향상시켜 주어 전력 변환 효율을 극대화실 수 있게 된다. According to the present invention, the hole transport material soluble in the organic solvent is preferably included in the ratio range of 1: 0.001 to 0.05 with respect to the donor. When the hole transporting material soluble in the organic solvent is included within the above range, the hole transporting capacity of the photoelectric conversion layer 13 may be sufficiently improved to maximize the power conversion efficiency.

유기 용매는 광전변환층(13)을 형성한 후 휘발되어 제거되는 것이므로, 그 함량은 제한할 필요는 없지만, 습식 도포시의 작업성을 고려하여 도너와 억셉터, 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질 및 유기 용매를 포함하는 광전변환층(13) 형성용 조성물 100중량부에 90~99중량부 포함되도록 하는 것이 바람직하다.Since the organic solvent is volatilized and removed after forming the photoelectric conversion layer 13, the content of the organic solvent need not be limited, but considering the workability during wet application, a donor and acceptor, a hole transport material soluble in an organic solvent, and It is preferable to include 90 to 99 parts by weight of 100 parts by weight of the composition for forming the photoelectric conversion layer 13 including an organic solvent.

광전변환층(13)의 형성이 완료되면, 상기 광전변환층(13) 상에 제2전극(15)을 형성하는 단계를 거치게 된다. When the formation of the photoelectric conversion layer 13 is completed, a step of forming the second electrode 15 on the photoelectric conversion layer 13 is performed.

상기 광전변환층(13) 상에 제2전극(15)을 형성하는 단계는 공지의 기술을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. 제2전극(15)의 재료는 전술한 유기 태양 전지에서 예시한 것을 적용하면 된다. 상기 제2전극(15)은 스퍼터링이나 진공증착 등의 공지된 방법을 통해 제2전극(15)재료를 10 ~ 500nm의 두께로 증착하면 용이하게 형성할 수 있다. Forming the second electrode 15 on the photoelectric conversion layer 13 can be easily performed by applying a known technique. What is necessary is just to apply the material of the 2nd electrode 15 which was illustrated by the organic solar cell mentioned above. The second electrode 15 can be easily formed by depositing the material of the second electrode 15 to a thickness of 10 to 500 nm through a known method such as sputtering or vacuum deposition.

본 발명에 따르면 상기 제1전극(11) 형성단계와 광전변환층(13) 형성단계 사 이에 정공 주입층(12) 형성단계가 수행될 수 있다. 상기 정공 주입층(12) 형성단계는 공지의 기술을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. 정공 주입층(12) 형성 재료는 전술한 유기 태양 전지에서 예시한 것을 적용하면 된다. 상기 정공 주입층(12)은 공지된 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 특히 본 발명의 광전변환층(13)의 도포가 습식에 의해 이루어지므로 공정상의 용이성을 고려하여 습식방법으로 형성이 가능한 PEDOT/PSS를 사용하여 습식방법에 의해 5nm~100nm 두께로 도포하여 형성하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the hole injection layer 12 may be formed between the first electrode 11 and the photoelectric conversion layer 13. The hole injection layer 12 forming step can be easily performed by applying a known technique. The material for forming the hole injection layer 12 may be the one exemplified for the organic solar cell described above. The hole injection layer 12 may be formed by various known methods, and in particular, since the application of the photoelectric conversion layer 13 of the present invention is performed by wet, PEDOT / It is preferable to apply | coat and form in thickness of 5 nm-100 nm by the wet method using PSS.

이때 습식 도포는 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드, 잉크젯 인쇄 중에서 선택되는 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다. At this time, the wet coating may be applied to any one selected from spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing.

또한 본 발명에 따르면 상기 광전변환층(13) 형성단계와 제2전극(15) 형성단계 사이에 전자 주입층(14)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 전자 주입층(14) 형성단계는 공지의 기술을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. 전자 주입층(14) 형성재료는 전술한 유기 태양 전지에서 예시한 것을 적용하면 된다. 상기 전자 주입층(14)은 스퍼터링이나 진공증착과 같은 공지된 방법에 의해 막을 형성하면 용이하게 형성할 수 있다. 막형성 두께는 유기 태양 전지 분야에서 일반적으로 형성하는 두께인 0.5~30nm의 두께로 할 수 있다. According to the present invention, the step of forming the electron injection layer 14 may be performed between the photoelectric conversion layer 13 forming step and the second electrode 15 forming step. The electron injection layer 14 may be easily formed by applying a known technique. The material for forming the electron injection layer 14 may be the one described above for the organic solar cell described above. The electron injection layer 14 can be easily formed by forming a film by a known method such as sputtering or vacuum deposition. The film formation thickness can be made into the thickness of 0.5-30 nm which is the thickness generally formed in the field of an organic solar cell.

이하 본 발명을 하기의 실시 예를 통해 자세히 설명하도록 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, which are presented to aid the understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

<합성예 1>Synthesis Example 1

하기 반응식 1에서 보는 바와 같이 500ml의 3구 플라스크에 플루오렌 22g(0.13 mmole) 및 건조 테트라하이드로퓨란 100ml를 아르곤하에서 넣고 생성된 혼합물을 -78℃로 냉각하였다. 냉각된 혼합물에 n-부틸리튬(0.32 mole)의 헥산 용액(2.6M) 120ml를 적가하였다. 생성된 용액을 동일 온도에서 1시간동안 교반한 후, 옥틸 브로마이드 59g(0.3mole) 및 테트라하이드로퓨란 60ml로 제조한 용액을 -78℃에서 적가하였다. 생성된 용액의 온도를 서서히 실온으로 승온시키고 용액을 하룻밤 교반하였다. 반응이 완료된 후, 반응액을 물 1리터에 붓고 이소프로필 에테르로 추출하고 포화 염화 나트륨수용액으로 세척하고 무수 황산 마그네슘으로 건조하였다. 용매를 증류하여 제거하였다. 잔사를 실리카겔 크로마토그라피 전개용매 헥산으로 정제하여 중간체 화합물 (b) 45g (수율: 88%)을 수득하였다.As shown in Scheme 1 below, 22 g (0.13 mmole) of fluorene and 100 ml of dry tetrahydrofuran were placed under argon in a 500 ml three-necked flask, and the resulting mixture was cooled to -78 ° C. To the cooled mixture was added dropwise 120 ml of a hexane solution (2.6 M) of n-butyllithium (0.32 mole). After the resulting solution was stirred at the same temperature for 1 hour, a solution prepared with 59 g (0.3 mole) of octyl bromide and 60 ml of tetrahydrofuran was added dropwise at -78 ° C. The temperature of the resulting solution was slowly raised to room temperature and the solution was stirred overnight. After the reaction was completed, the reaction solution was poured into 1 liter of water, extracted with isopropyl ether, washed with saturated aqueous sodium chloride solution and dried over anhydrous magnesium sulfate. The solvent was distilled off. The residue was purified by silica gel chromatography developing solvent hexane to give 45 g (yield: 88%) of the intermediate compound (b).

빛을 차단한 1리터의 3구 플라스크에 상기에서 얻어진 중간체 화합물 (b) 20g(0.05mmole), 클로로포름 100ml 및 FeCl2 0.2g을 넣었다. 이어서, 브롬 24g(0.15mole)을 0℃에서 적가하였다. 수득한 혼합물을 실온에서 하룻밤 반응하도록 방치하였다. 반응이 완료된 후, 침전된 결정을 여과하여 분리하고 물 및 에탄올로 세척하고 가열건조하여 목적 화합물인 중간체 화합물 (c) 15g(수율: 55%)을 수득하였다.In a 1 liter three-necked flask with light blocking, 20 g (0.05 mmol) of the intermediate compound (b) obtained above, 100 ml of chloroform and 0.2 g of FeCl 2 were added. Then 24 g (0.15 mole) bromine were added dropwise at 0 ° C. The resulting mixture was allowed to react overnight at room temperature. After the reaction was completed, precipitated crystals were separated by filtration, washed with water and ethanol and dried under heat to obtain 15 g (yield: 55%) of the intermediate compound (c) as a target compound.

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009035146181-PAT00016
Figure 112009035146181-PAT00016

<합성예 2>Synthesis Example 2

하기 반응식 2에서 보는 바와 같이 250mL 3구 플라스크에 질소분위기 하에서 상기 합성예 1에서 제조한 화합물 (c) 21.93g(0.04mmol), 화합물 (d) 10.00g(0.02mmol) 및 촉매량의 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐을 투입하고 1,2-디메톡시에탄 80mL, 2M-탄산나트륨 수용액 40mL를 넣고 95℃에서 18시간 동안 환류시켰다. 반응 종료 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 에틸아세테이트와 헥산의 15:1부피비의 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화합물 (e)를 9g (수율: 52%)로 얻었다.As shown in Scheme 2, 21.93 g (0.04 mmol) of the compound (c) prepared in Synthesis Example 1, 10.00 g (0.02 mmol) of the compound (d) and a catalytic amount of tetrakis (Tri) in a 250 mL three-neck flask under nitrogen atmosphere. Phenylphosphine) palladium was added, and 80 mL of 1,2-dimethoxyethane and 40 mL of 2M sodium carbonate aqueous solution were added thereto, and the mixture was refluxed at 95 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and a solution of 15: 1 volume ratio of ethyl acetate and hexane was used as a developing solvent. Separation and purification by chromatography was performed. After the desired product was separated, 9 g (yield: 52%) of compound (e) was obtained by drying under reduced pressure.

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112009035146181-PAT00017
Figure 112009035146181-PAT00017

<합성예 3>&Lt; Synthesis Example 3 &

하기 반응식 3에서 보는 바와 같이 응축기가 장착된 300ml의 3구 플라스크에 상기 합성예 2에서 제조한 중간체 화합물 (e) 3.5g(0.004mmole), 화합물(f) 2.57g(0.008mmole), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐 0.27g(1.5몰%), 트리-o-톨릴포스핀 0.18g(3몰%), 소디움 t-부톡사이드 1.9g(20mmole) 및 건조 톨루엔 100ml를 아르곤하에서 넣고 생성된 혼합물을 100℃에서 하룻밤 가열 교반하였다. 반응이 완료된 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 헥산 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화학식 4의 화합물을 3g(수율: 67%) 얻었다.In the 300 ml three-necked flask equipped with a condenser as shown in Scheme 3 below, 3.5 g (0.004 mmol) of the intermediate compound (e) prepared in Synthesis Example 2, 2.57 g (0.008 mmol) of the compound (f), and tris Benzylidene acetone) dipalladium 0.27 g (1.5 mol%), tri-o-tolylphosphine 0.18 g (3 mol%), sodium t-butoxide 1.9 g (20 mmol) and 100 ml of dry toluene were added under argon. Was stirred at 100 ° C. overnight. After the reaction was completed, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and the hexane solution was used as a developing solvent, and then purified by chromatography using silica gel. . After the desired product was separated, 3 g (yield: 67%) of the compound of formula 4 was obtained by drying under reduced pressure.

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112009035146181-PAT00018
Figure 112009035146181-PAT00018

<합성예 4>&Lt; Synthesis Example 4 &

하기 반응식 4에서 보는 바와 같이 250mL 3구 플라스크에 질소분위기 하에서 화합물 (g) 5.8g(0.02mmol), 상기 합성예 1에서 제조한 화합물 (c) 21.93(0.04mmol), 그리고 촉매량의 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐을 투입하고 1,2-디메톡시에탄 80mL, 2M-탄산나트륨 수용액 40mL를 넣고 95℃에서 18시간동안 환류시켰다. 반응 종료 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 에틸아세테이트와 헥산의 15:1부피비의 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화합물 (h)를 10g (수율: 70%)로 얻었다.As shown in Scheme 4 below, the compound (g) 5.8 g (0.02 mmol), the compound (c) 21.93 (0.04 mmol) prepared in Synthesis Example 1, and a catalytic amount of tetrakis (tri) were added to a 250 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere. Phenylphosphine) palladium was added, and 80 mL of 1,2-dimethoxyethane and 40 mL of 2M-sodium carbonate aqueous solution were added thereto, and the mixture was refluxed at 95 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and a solution of 15: 1 volume ratio of ethyl acetate and hexane was used as a developing solvent. Separation and purification by chromatography was performed. The desired compound was separated and dried to obtain 10 g (yield: 70%) of compound (h) through vacuum drying.

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112009035146181-PAT00019
Figure 112009035146181-PAT00019

<합성예 5>&Lt; Synthesis Example 5 &

하기 반응식 5에서 보는 바와 같이 응축기가 장착된 300ml의 3구 플라스크에 상기 합성예 4에서 제조한 중간체 화합물 (h) 2.85g(0.004mmole), 화합물(i)1.35g(0.008mmole), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐 0.27g(1.5몰%), 트리-o-톨릴포스핀 0.18g(3몰%), 소디움 t-부톡사이드 1.9g(20mmole) 및 건조 톨루엔 100ml를 아르곤하에서 넣고 생성된 혼합물을 100℃에서 하룻밤 가열 교반하였다. 반응이 완료된 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 헥산 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화학식 5의 화합물을 2.5g(수율: 78%) 얻었다.As shown in Scheme 5, 2.85 g (0.004 mmol) of the intermediate compound (h) prepared in Synthesis Example 4 in a 300 ml three-necked flask equipped with a condenser, compound (i) 1.35 g (0.008 mmol), and Tris (D) Benzylidene acetone) dipalladium 0.27 g (1.5 mol%), tri-o-tolylphosphine 0.18 g (3 mol%), sodium t-butoxide 1.9 g (20 mmol) and 100 ml of dry toluene were added under argon. Was stirred at 100 ° C. overnight. After the reaction was completed, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and the hexane solution was used as a developing solvent, and then purified by chromatography using silica gel. . After the desired product was separated, 2.5 g (yield: 78%) of the compound of formula 5 was obtained by drying under reduced pressure.

[반응식 5]Scheme 5

Figure 112009035146181-PAT00020
Figure 112009035146181-PAT00020

<합성예 6>&Lt; Synthesis Example 6 &

250mL 3구 플라스크에 질소분위기 하에서 화합물 (d) 10.00g(0.02mmol), 상기 합성예 1에서 제조한 화합물 (c) 5.48g(0.04mmol), 그리고 촉매량의 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐을 투입하고 1,2-디메톡시에탄 80mL, 2M-탄산나트륨 수용액 40mL를 넣고 95℃에서 18시간동안 환류시켰다. 반응 종료 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 에틸아세테이트와 헥산의 15:1부피비의 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화학식 6의 화합물을 9g (수율: 76%)로 얻었다.In a 250 mL three-necked flask, 10.00 g (0.02 mmol) of compound (d) was prepared under nitrogen atmosphere, 5.48 g (0.04 mmol) of compound (c) prepared in Synthesis Example 1, and a catalytic amount of tetrakis (triphenylphosphine) palladium. 80 mL of 1,2-dimethoxyethane and 40 mL of 2M aqueous sodium carbonate solution were added thereto, and the mixture was refluxed at 95 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and a solution of 15: 1 volume ratio of ethyl acetate and hexane was used as a developing solvent. Separation and purification by chromatography was performed. After the desired product was separated, 9 g (yield: 76%) of the compound of formula 6 was obtained by drying under reduced pressure.

[반응식 6]Scheme 6

Figure 112009035146181-PAT00021
Figure 112009035146181-PAT00021

<합성예 7>Synthesis Example 7

하기 반응식 7에서 보는 바와 같이 250mL 3구 플라스크에 질소분위기 하에서 화합물 (g) 5.8g(0.02mmol), 상기 합성예 1에서 제조한 화합물 (c) 5.48g(0.01mmol), 그리고 촉매량의 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐을 투입하고 1,2-디메톡시에탄 80mL, 2M-탄산나트륨 수용액 40mL를 넣고 95℃에서 18시간동안 환류시켰다. 반응 종료 후 반응 온도를 상온으로 내린 후 증류수와 에틸아세테이트로 유기층을 추출한 후 황산마그네슘으로 건조시키고, 감압하에서 용매를 제거한 후 에틸아세테이트와 헥산의 15:1부피비의 용액을 전개용매로 하여 실리카겔을 이용한 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 하였다. 원하는 목적물을 분리한 후, 감압건조를 통하여 화학식 7의 화합물을 7g (수율: 80%)로 얻었다.As shown in Scheme 7 below, in a 250 mL three-necked flask under nitrogen atmosphere, 5.8 g (0.02 mmol) of compound (g), 5.48 g (0.01 mmol) of compound (c) prepared in Synthesis Example 1, and a catalytic amount of tetrakis ( Triphenylphosphine) palladium was added, and 80 mL of 1,2-dimethoxyethane and 40 mL of 2M-sodium carbonate aqueous solution were added thereto, and the mixture was refluxed at 95 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction temperature was lowered to room temperature, the organic layer was extracted with distilled water and ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and a solution of 15: 1 volume ratio of ethyl acetate and hexane was used as a developing solvent. Separation and purification by chromatography was performed. After the desired product was separated, 7 g (yield: 80%) of the compound of formula 7 was obtained by drying under reduced pressure.

[반응식 7]Scheme 7

Figure 112009035146181-PAT00022
Figure 112009035146181-PAT00022

실시예1: 유기 태양 전지 제작 및 평가Example 1 Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16), 비스디페닐-4-일-(7-(4-일-비스디페닐-4-일-아미노)-페닐)-9,9-디옥틸-9H-플러렌-2-일)-아민(상기 합성예 3에서 제조한 화학식 4의 화합물)을 톨루엔에 1:0.8:0.018 의 비율(고형분 3.64%)로 녹인 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켜 광전변환층을 형성하였다. P3HT (Formula 8), PCBM (Formula 16), bisdiphenyl-4-yl- (7- (4-yl-bisdiphenyl-4-yl-amino) -phenyl) -9, on the hole injection layer, A solution obtained by dissolving 9-dioctyl-9H-fulleren-2-yl) -amine (compound of formula 4 prepared in Synthesis Example 3) in toluene at a ratio of 1: 0.8: 0.018 (solid content 3.64%) at 1,000 rpm. The film was spin-coated to a thickness of 100 nm to form a photoelectric conversion layer.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지를 제작하였다. Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to produce an organic solar cell.

실시예2: 유기 태양 전지 제작 및 평가Example 2 Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16), [7-(4-디페닐 아미노-페닐)-9,9-디옥틸-9H-플러렌-2-일]-디페닐-아민(합성예 5에서 제조한 화학식 5의 화합물)을 톨루엔에 1:0.8:0.018 의 비율(고형분 3.64%)로 녹인 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켜 광전변환층을 형성하였다. P3HT (Formula 8), PCBM (Formula 16), [7- (4-Diphenylamino-phenyl) -9,9-dioctyl-9H-fullen-2-yl] -diphenyl- on the hole injection layer A solution obtained by dissolving an amine (compound of Formula 5 prepared in Synthesis Example 5) in toluene at a ratio of 1: 0.8: 0.018 (solid content 3.64%) was spin-coated at 1,000 rpm to form a film at a thickness of 100 nm to form a photoelectric conversion layer.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지를 제작하였다.Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to produce an organic solar cell.

실시예3: 유기 태양 전지 제작 및 평가Example 3 Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16), 합성예 6에서 제조한 화학식 6으로 표시되는 정공 수송 물질을 톨루엔에 1:0.8:0.018 의 비율(고형분 3.64%)로 녹인 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켜 광전변환층을 형성하였다. A solution in which the hole transporting material represented by P3HT (Formula 8), PCBM (Formula 16), and Formula 6 prepared in Synthesis Example 6 was dissolved in toluene in a ratio of 1: 0.8: 0.018 (solid content 3.64%) on the hole injection layer. Was spin-coated at 1,000 rpm to form a film with a thickness of 100 nm to form a photoelectric conversion layer.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지를 제작하였다. Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to produce an organic solar cell.

실시예4: 유기 태양 전지 제작 및 평가Example 4 Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16), 합성예 7에서 제조한 화학식 7으로 표시되는 정공 수송 물질을 톨루엔에 1:0.8:0.018의 비율(고형분 3.64%)로 녹인 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켜 광전변환층을 형성하였다. A solution in which the hole transporting material represented by P3HT (Formula 8), PCBM (Formula 16), and Formula 7 prepared in Synthesis Example 7 was dissolved in toluene in a ratio of 1: 0.8: 0.018 (solid content 3.64%) on the hole injection layer. Was spin-coated at 1,000 rpm to form a film with a thickness of 100 nm to form a photoelectric conversion layer.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지 소자를 제작하였다. Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to fabricate an organic solar cell device.

비교예1: 유기 태양 전지 제작 및 평가Comparative Example 1: Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(NPD)(화학식 18; 유기용매에 녹지 않는 물질)을 톨루엔에 1:0.8:0.018 의 비율(고형분 3.64%)로 넣은 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켰다. P3HT (Formula 8), PCBM (Formula 16), 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (NPD) (Formula 18) on the hole injection layer; A substance insoluble in an organic solvent) was added to toluene in a ratio of 1: 0.8: 0.018 (solid content 3.64%) and spin-coated at 1,000 rpm to form a film having a thickness of 100 nm.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지를 제작하였다. Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to produce an organic solar cell.

[화학식 18][Formula 18]

Figure 112009035146181-PAT00023
Figure 112009035146181-PAT00023

비교예2: 유기 태양 전지 제작 및 평가Comparative Example 2: Fabrication and Evaluation of Organic Solar Cell

25mm×25mm×1.1mm 크기의 투명 유리 기판상에 ITO를 진공증착하여 150nm의 막두께를 갖는 제1전극을 형성한 다음 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다. ITO was vacuum-deposited on a 25 mm × 25 mm × 1.1 mm size transparent glass substrate to form a first electrode having a thickness of 150 nm, followed by ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and UV ozone cleaning for 30 minutes. It was.

세정 후의 투명 전극 부착 유리 기판을 스핀코터의 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극이 형성되어 있는 측의 면상에 정공 주입층으로서 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)) : PSS(폴리(스타이렌술포네이드))를 4500rpm으로 스핀코팅하여 30nm 두께로 형성시킨 후 150℃에서 10분간 베이킹하였다. The glass substrate with a transparent electrode after washing | cleaning was mounted in the holder of a spin coater, and PEDOT (poly (3, 4- ethylene dioxythiophene)): PSS (poly ( Styrene sulfonide)) was spin-coated at 4500 rpm to form a thickness of 30 nm, and then baked at 150 ° C. for 10 minutes.

상기 정공 주입층 상에 P3HT(화학식 8), PCBM(화학식 16)을 1:0.8의 비율(고형분 3.6%)로 녹인 용액을 1,000rpm으로 스핀코팅하여 100nm 두께로 성막시켜 광전변환층을 형성하였다. On the hole injection layer, a solution obtained by dissolving P3HT (Formula 8) and PCBM (Formula 16) in a ratio of 1: 0.8 (solid content of 3.6%) was spin-coated at 1,000 rpm to form a photoelectric conversion layer by forming a film at 100 nm thickness.

이어 기판을 진공 증착 장비의 홀더에 장착시키고 그 위에 LiF막을, 성막 속도 0.1Å/sec, 막 두께 1nm로 형성한 후 Al을 100nm 두께로 증착시켰다. Al 증착이 끝난 기판은 160℃에서 10분간 어닐링하여 유기 태양 전지를 제작하였다. Subsequently, the substrate was mounted on a holder of a vacuum deposition equipment, and a LiF film was formed thereon at a film formation rate of 0.1 s / sec and a film thickness of 1 nm, followed by evaporation of Al to a thickness of 100 nm. The substrate after Al deposition was annealed at 160 ° C. for 10 minutes to produce an organic solar cell.

<실험예>Experimental Example

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조한 유기 태양 전지를 아래와 같은 방법으로 효율성 평가를 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. The organic solar cells prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated for efficiency in the following manner, and the results are shown in Table 1 below.

- 효율성 평가 --Efficiency evaluation-

광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel, 92199A)을 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건 (AM 1.5)은 표준 태양전지(Furnhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si KG 필터)를 사용하여 보정하였다. 측정된 광전류 전압 곡선으로부터 계산된 광전류밀도(Jsc), 개방전압(Voc) 및 충진계수(fill factor, FF)를 하기식에 대입하여 산출한 광전효율(η%)을 하기 표 1에 나타내었다.Xenon lamp (Oriel, 92199A) was used as a light source, and the solar condition (AM 1.5) of the xenon lamp was a standard solar cell (Furnhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-). Si KG filter). The photocurrent efficiency (η%) calculated by substituting the photocurrent density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), and the fill factor (FF) calculated from the measured photocurrent voltage curves is shown in Table 1 below.

η = (Voc·Jsc·FF)/(Pinc)η = (VocJscFF) / (Pinc)

상기 식에서, Pinc는 100 mW/cm2(1sun)을 나타낸다.In the above formula, Pinc represents 100 mW / cm 2 (1 sun).

유기 태양 전지 효율Organic solar cell efficiency 태양 전지Solar cell Voc[V]Voc [V] Jsc[mA/cm2]Jsc [mA / cm2] F.F[%]F.F [%] 광전환효율[%]Optical conversion efficiency [%] 실시예1Example 1 0.60.6 12.7212.72 42.7342.73 3.293.29 실시예2Example 2 0.60.6 11.4911.49 47.747.7 3.333.33 실시예3Example 3 0.60.6 12.0312.03 48.4748.47 3.543.54 실시예4Example 4 0.60.6 11.9211.92 44.1244.12 3.133.13 비교예1Comparative Example 1 0.580.58 10.610.6 43.8543.85 2.682.68 비교예2Comparative Example 2 0.60.6 12.4412.44 39.1439.14 2.942.94

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함시킨 실시예 1 내지 4의 경우 유기 용매에 녹지 않는 정공 수송 물질을 포함시킨 비교예 1 및 정공 수송 물질을 포함하지 않는 비교예 2에 비하여 월등하게 향상된 광전환효율을 보여줌을 알 수 있다. As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 including the hole transporting material soluble in the organic solvent according to the present invention, Comparative Example 1 and the hole transporting material including the hole transporting material insoluble in the organic solvent are not included. It can be seen that the light conversion efficiency is significantly improved compared to Comparative Example 2.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 투명 기판 11 : 제1전극층10 transparent substrate 11 first electrode layer

12 : 정공 주입층 13 : 광전변환층12 hole injection layer 13 photoelectric conversion layer

14 : 전자 주입층 15 : 제2전극14 electron injection layer 15 second electrode

Claims (13)

적어도 한쪽이 광투과성을 가지는 한 쌍의 전극 및 상기 전극 간에 배치되는 광전변환층을 포함하는 유기 태양 전지에 있어서, An organic solar cell comprising a pair of electrodes having at least one light transmitting property and a photoelectric conversion layer disposed between the electrodes, 상기 광전변환층은 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.The photovoltaic layer is an organic solar cell comprising a hole transport material soluble in an organic solvent. 청구항 1에 있어서, 상기 광전변환층은 도너(p형 유기 반도체 재료)와 억셉터(n형 유기반도체 재료) 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.The organic solar cell of claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is a mixture of a donor (p-type organic semiconductor material), an acceptor (n-type organic semiconductor material), and a hole transport material soluble in an organic solvent. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지. The organic solar cell of claim 1, wherein the hole transport material soluble in the organic solvent comprises at least one selected from aryl amine compounds represented by the following Chemical Formulas 1 to 3. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009035146181-PAT00024
Figure 112009035146181-PAT00024
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알 킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.) [화학식 2][Formula 2]
Figure 112009035146181-PAT00025
Figure 112009035146181-PAT00025
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.) [화학식 3](3)
Figure 112009035146181-PAT00026
Figure 112009035146181-PAT00026
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)
청구항 1에 있어서, 상기 광전변환층은 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드, 잉크젯 인쇄 중에서 선택되는 어느 하나의 습식방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.The organic solar cell of claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is formed by any one wet method selected from spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing. 청구항 1에 있어서, 상기 광전변환층의 두께가 80 ~ 150nm 인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.The organic solar cell of claim 1, wherein the photoelectric conversion layer has a thickness of 80 to 150 nm. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극층과 광전변환층 사이에는 정공 주입층이 더 포함되고, 상기 광전변환층과 제2전극층 사이에는 전자 주입층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지. The organic solar cell of claim 1, further comprising a hole injection layer between the first electrode layer and the photoelectric conversion layer, and an electron injection layer between the photoelectric conversion layer and the second electrode layer. 투명 기판상에 제1전극을 형성하는 단계와; Forming a first electrode on the transparent substrate; 상기 제1전극 상에 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질을 포함하는 광전변환층을 형성하는 단계; 및 Forming a photoelectric conversion layer on the first electrode, the photoelectric conversion layer including a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent; And 상기 광전변환층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법. And forming a second electrode on the photoelectric conversion layer. 청구항 7에 있어서, 상기 광전변환층을 형성하는 단계는: 도너와 억셉터 및 유기 용매에 녹는 정공 수송물질을 포함하는 용액을 습식방법으로 도포하여 형성하는 것임을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법. The method of claim 7, wherein the forming of the photoelectric conversion layer is performed by applying a wet method to a solution including a donor, an acceptor, and a hole transport material soluble in an organic solvent. 청구항 8에 있어서, 상기 습식방법은 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인 쇄, 닥터 블레이드, 잉크젯 인쇄 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법. The method of claim 8, wherein the wet method is any one selected from among spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade, and inkjet printing. 청구항 7에 있어서, 상기 유기 용매에 녹는 정공 수송 물질은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아릴 아민 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법. The method of claim 7, wherein the hole transport material soluble in the organic solvent comprises at least one selected from aryl amine compounds represented by Formulas 1 to 3 below. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009035146181-PAT00027
Figure 112009035146181-PAT00027
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.) [화학식 2][Formula 2]
Figure 112009035146181-PAT00028
Figure 112009035146181-PAT00028
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.) [화학식 3](3)
Figure 112009035146181-PAT00029
Figure 112009035146181-PAT00029
(상기에서 R은 각각 독립적으로 선형 또는 비선형의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기에서 선택된다.)(In the above, R is each independently selected from a linear or nonlinear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms.)
청구항 7에 있어서, 상기 광전변환층의 두께는 80~150nm가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein the thickness of the photoelectric conversion layer is 80 ~ 150nm. 청구항 7에 있어서, 상기 제1전극을 형성하는 단계와 상기 광전변환층을 형성하는 단계 사이에 상기 제1전극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법.The method of claim 7, further comprising forming a hole injection layer on the first electrode between the step of forming the first electrode and the step of forming the photoelectric conversion layer. Way. 청구항 7에 있어서, 상기 광전변환층을 형성하는 단계와 상기 제2전극을 형성하는 단계 사이에 상기 광전변환층 상에 전자 주입층을 형성하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조방법.The method of claim 7, further comprising forming an electron injection layer on the photoelectric conversion layer between the forming of the photoelectric conversion layer and the forming of the second electrode. Way.
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