KR20120002583A - 공기 중에 안정한 유-무기 나노입자 하이브리드 태양전지 - Google Patents

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레이 퀴안
지훠 양
지안겡 수
폴 에이치. 홀로웨이
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Abstract

태양 전지는 낮은 일함수 캐소드, 유-무기 나노입자 합성물의 활성층, 캐소드 및 활성층 사이에 배치된 ZnO 나노입자 층 및 물리적으로 접촉된 ZnO 나노입자; 및 이중층 전극인 투명한 고 일함수 애노드를 포함한다. ZnO 나노입자 층의 함유는 변환 효율 증가를 보여주는 태양 전지를 야기하고, 장치의 분해 속도를 감소시킨다. 본 발명의 실시예는 신규한 태양 전지의 ZnO 나노입자 층으로서 사용하는 데에 이로운 신규한 ZnO 나노입자 및 상기 ZnO 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

공기 중에 안정한 유-무기 나노입자 하이브리드 태양전지{AIR STABLE ORGANIC-INORGANIC NANOPARTICLES HYBRID SOLAR CELLS}
본원은 2009년 3월 6일에 출원된 미국 가출원 번호 61/158,189에 대하여 우선권을 주장하며, 이에 포함되는 도표, 표, 도면을 포함하여 모든 것이 참조로 본 명세서에 포함된다.
유기 및 하이브리드 유-무기 나노입자 태양 전지는 간단한 코팅 및 프린팅 방법에 의해 제작될 수 있기 때문에, 저-비용, 광범위한 재활용 에너지원일 것이다. 특히, CdSe/폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)-기반 하이브리드 태양 전지는 약 2.8%의 전력 변환 효율을 보여주었다. 이러한 가능성에도 불구하고, 하이브리드 유기/무기 나노입자 광전지는 상업적 장치에 사용되지 않았다. 중요한 장애물은 하이브리드 유기/무기 나노입자 태양 전지가 공기 중에서 빠르게 분해되는 경향이었다. 태양 전지 분해 메커니즘은 활성 층에서 산소 및 물의 효과에 기여되며, 습기 및/또는 산소에 노출되는 경우에 반도체 중합체 물질이 가장 잘 분해된다. 게다가, 광-산화는 이러한 물질에서 중요한 문제일 수 있다.
유기 중합체 기반 광전지 장치의 분해는 산소 및 수증기에 노출을 막기 위해 유리 및/또는 금속을 사용하여 불침투성 패키지 안에 구성요소를 밀봉함으로써 적합한 수준으로 감소될 수 있다. 총 두께 5 내지 7 μm을 갖는 중합체 층에 의해 분리된 무기 산화물 층으로 구성된 하이브리드 다중 층 벽을 사용하여 유연한 패키지를 제조하는 시도는 일부 촉망되는 결과를 내보였지만, 산소 및 수분 침투를 감소시킬 수 있는 봉지화 방법은 비싸고 일반적으로 장치의 두께를 증가시키고 유연성을 손실시키는 결과를 가져온다. 유연성 및 플라스틱 전자소자를 프린트하기에 충분히 얇은 층을 달성하기 위해, 향상된 벽 물질이 필요하거나, 플라스틱 기판에 대한 대규모의 상업화를 가능하게 하기 위하여 수분 및 산소에 대해 선천적으로 감소된 반응성을 갖는 장치가 필요하다.
감소된 반응성을 갖는 장치에 대하여, 문헌[Lee 등, Adv . Mater . 2007, 19, 2445]은 ITO/PEDOT:PSS/활성층/TiOx 비정질 층/Al 장치(도 1)를 보고한다. 낮은 일함수(work function) 알루미늄 캐소드 및 중합체 태양 전지의 활성 층 사이에 티타늄 산화물 층은 장치 내구성을 현저히 향상시킬 수 있다. 실질적으로 산소/물 보호 및 포집 효과를 갖는 티타니아(TiO2)의 능력이 규명되었고, 상기 효과는 광촉매로서 작용하고 TiO2의 내재하는 산소 부족에 대하여 TiO2의 능력으로부터 유래된다. 일반적으로, 결정질 TiO2 층은 450 ℃를 초과하는 온도에서 제조되며, 이는 중합체 전기 장치의 제작을 위한 공정과 모순된다. Lee 등의 문헌은 중합체-기반 활성층 상에서 티타늄 아산화물(TiOx) 층을 중합 태양 전지를 위한 수집기 및 광학 스페이서로서 제작을 가능하게 하는 용액-기반 졸-겔(sol-gel) 공정을 개발했다. 불행하게도, 티나늄 아산화물(TiOx) 층을 갖는 태양 전지의 전력 변환 효율은 글러브 박스(glove box) 환경에서 6일 후에 약 50 %로 감소했다.
문헌[Hau 등, Appl . Phts . Lett . 2008 92, 253301]은 도 2에서 도시되는 바와 같이, ITO/ZnO NPs/활성층/PEDOT:PSS/Ag 역구조 장치를 보고하며, 여기서 ZnO NPs는 ZnO 나노입자이다. 열적 후처리 없이 ZnO NPs의 좋은 전자 이동성 때문에, ZnO NPs가 사용됐다. ITO/유리 상에서 ZnO 나노입자 층 뿐만 아니라, ITO-코팅된 플라스틱 기판상에서 ZnO NPs는 유리 기판상에서 LiF/Al을 전극으로 사용하는 종래의 장치의 안정성과 유사했다. 장치에 대한 향상된 안정성은 PEDOT:PSS 층 및 Ag 전극 때문이며, 여기서 PEDOT:PSS 층은 벽으로 작용하며, 상기 벽은 활성층에 진입하는 것을 막고, Ag 전극이 이의 효과적인 일함수를 증가시키는 은 산화물 층을 공기 중에서 형성하는 능력을 방지한다. 공기 중에서 40일 후에, 태양 전지는 전력 변환 효율의 20 % 손실만을 보였다. 불행하게도, 은의 가격 또는 그 이외의 다른 공기에 덜 민감한 고 일함수 금속, 예를 들어 금은 Al 전극을 대신하기에 엄청나게 비싸다.
따라서, 상업화가 가능하도록 실현 가능한 가격으로 좋은 효율 및 안정성을 보이는 하이브리드 유-무기 나노입자 태양 전지의 필요가 존재한다.
본 발명의 목적은 공기 중에 안정한 유-무기 나노입자 하이브리드 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 내공기성(air resistant) 광전지에 관한 것으로, 낮은 일함수 전극 및 반도체 성질을 나타내고 가시 또는 근적외선 전자기 복사를 흡수하는 유기 중합체를 포함하는 광활성층, 상기 낮은 일함수 전극 및 상기 광활성 층 사이에 위치되고 이들 중 적어도 일부분에 전기적으로 접촉하는 ZnO 나노입자, 상기 광활성층에 물리적으로, 전기적으로 접촉하는 이중층 전극을 포함하는 투명한 고 일함수 전극으로 구성되는 내공기성 광전지에 관한 것이다. 낮은 일함수 전극은 알루미늄일 수 있거나, 알류미늄으로 덮힌 마그네슘, 칼슘 또는 바륨일 수 있다. 상기 유기 중합체는 티오펜, 페닐렌 비닐렌, 페닐렌 에티닐렌, 플루오렌 또는 이들의 임의의 조합으로 치환된 또는 비치환된 다수의 반복 단위를 갖는 것 일 수 있다. 상기 광활성 층은 셀렌화 카드뮴 나노입자 폴리(3-헥실티오펜) 합성물(CdSe/P3HT)과 같은 유-무기 나노입자 합성물의 형태로 무기 나노입자를 더 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 무기 나노입자는 IV족, II-VI족, III-V족, IV-VI족, I-III-VI2족 반도체 또는 반도체 합금, 예를 들어 SixGe1 -X, ZnxCd1-xSeyTe1-y, PbS, PbSe, CdTe, CdTeySe1 -y, ZnxCd1 - xSzTeySe1 -y-z, InxGa1 - xAs 또는 Cu(InxGa1-x)Se2를 포함한다. 투명한 고 일함수 전극은 인듐-주석-산화물(ITO) 상의 폴리(3,4-에틸렌디옥실렌티오펜)-폴리스티렌 설폰산(PEDOT:PSS) 일 수 있다.
본 발명의 실시예는 결합된 ZnO 나노입자 및 이러한 ZnO 나노입자의 합성에 관한 것으로, 각각의 스피어(sphere)는 3 내지 4 nm의 평균 직경을 갖는다. 약 3 nm의 평균 표면 거칠기를 갖는 나노입자로 된 ZnO 층은 이러한 ZnO 나노입자로 제조될 수 있다.
도 1은 종래 기술, ITO/PEDOT:PSS/활성층/TiOx 비정질층/Al 태양광 전지 설계도를 도시한다.
도 2는 종래 기술, ITO/ZnO Nps/활성층/PEDOT:PSS/Ag 역구조 태양광 전지 설계도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ITO/PEDOT:PSS/활성층/ZnO NPs/Al 태양광 전지 설계도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 광전지 장치로, 활성층이 P3HT/CdSe인 광전지 장치를 도시한다.
도 5는 도 4의 설계도에 따른 두 개의 태양광 전지에 대하여 인가 전압에 따른 전류 밀도의 그래프이며, 하나는 본 발명의 실시예에 따른 ZnO 나노입자 층을 가지고, 다른 하나는 상기 층을 갖지 않고 나머지 구조는 동등하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 장치에 대한 에너지 수준 도해를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 a) ITO/PEDOT/CdSe:P3HT/Al 장치 및 b) ITO/PEDOT/CdSe:P3HT/ZnO/Al 장치의 표면에 대한 원자력현미경(AFM) 영상을 도시한다.
도 8은 도 7의 ITO/PEDOT/CdSe:P3HT/Al 장치에 대한 외부 양자 효율(EQE)의 복합 그래프(composite plot), 및 본 발명의 실시예에 따른 ITO/PEDOT/CdSe:P3HT/ZnO/Al 장치를 제조 시에 그리고 45일간 사용 후에 외부 양자 효율(EQE)의 복합 그래프(composite plot)이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 태양광 전지에 대한 인가 전압에 따른 전류 밀도의 그래프이며, 하나는 a) 상대적으로 얇은 ZnO 나노입자 층에 대한 것이고, 다른 것은 b) 상대적으로 두꺼운 ZnO 나노입자 층의 생산시 그리고 45일간 사용 후에 대한 것이다.
도 10은 도 7의 ITO/PEDOT/CdSe:P3HT/Al 장치에 대하여, 그리고 본 발명의 실시예에 따른 얇거나 두꺼운 ZnO층을 갖는 ITO/PEDOT/ CdSe:P3HT/ZnO/Al 장치에 대하여 6시간 동안 전력 변환 효율(PCE)을 측정한 복합 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 2량체로 결합된 ZnO 나노스피어의 형태인 ZnO 나노입자에 대한 5 nm 스케일 바(scale bar)를 갖는 투과형 전자 현미경 영상이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 ZnO 나노입자의 현탁액에 대하여 325 nm에서 들뜬 흡광 스펙트럼 및 광발광(photoluminescence) 스펙트럼의 복합 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 ITO/PEDOT:PSS/활성층/ZnO NPs/Al 태양광 전지는 도 3에서 도시된다. 신규한 하이브리드 유기 광전지는 알루미늄 전극 및 광활성 층(활성층) 사이에 ZnO 나노입자 층을 포함함으로써 증가된 효율성 및 안정성을 가진다. 활성층은 유기층 또는 유-무기 나노입자 층, 예를 들어 본 발명의 실시예에 따른 셀렌화 카드뮴 나노입자 폴리(3-헥실티오펜) 합성물(CdSe/P3HT)일 수 있다. 무기 나노입자의 포함은 유기 반도체보다 무기 반도체가 더 높은 전하 운반 이동도를 갖기 때문에 광생성(photogenerated) 전하의 향상된 수집을 야기할 수 있다. 다른 족-IV, II-VI, III-V, IV-VI, I-III-VI2 반도체뿐만 아니라 이러한 반도체의 합금도(예를 들어, SixGe1 -X, ZnxCd1 - xSeyTe1 -y, PbS, PbSe, CdTe, CdTeySe1 -y, ZnxCd1-xSzTeySe1-y-z, InxGa1 - xAs 또는 Cu(InxGa1 -x)Se2) 하이브리드 활성층에 사용하기 위한 나노입자로서 CdSe 대신에 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 유기 중합체 및 공중합체의 예는 하나 이상의 치환된 또는 비치환된 반복 단위, 예를 들어 티오펜, 페닐렌 비닐렌, 페닐렌 에티닐렌, 플루오렌, 또는 반도체 성질을 보이고 가시영역 및 근적외선 영역에서 흡수성을 보이는 다른 콘쥬게이션된 중합체를 포함하는 것들을 포함한다. 입사광의 충분한 흡수를 보장하기 위하여, 활성 층은 약 50 내지 약 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
ZnO 나노입자 층은 활성 층 및 낮은 일함수 전극 사이에 배치되고 전기적으로 접촉되며, 일반적으로 상기 활성 층 및 상기 전극 둘 중의 적어도 일부분에 물리적으로 접촉한다. 본 발명의 많은 실시예에서, 활성층은 ZnO 나노입자 층에 의해 완전히 덮인다. ZnO 나노임자 층은 5 내지 약 50 nm의 두께를 가지고, 당해 분야에 알려진 임의의 유체 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, ZnO 나노입자 층은 에탄올 현탁액 중의 20 내지 40 mg/ml 나노입자로 스핀코팅(spin coating) 또는 잉크 제트식 인쇄(ink-jet printing)하여 활성층의 표면상에 형성될 수 있다.
태양광 전지는 본 발명에 따른 박막 장치이다. 일반적으로 도 3에서 도시된 장치는 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 기판상에 형성되며, 이때 투명한 고 일함수 전극은 기판상에 설치된다. 투명한 고 일함수 전극은 홀 캐리어(hole carrier)를 수집하기 위하여 제조된다. 이 전극은 인듐-주석-산화물(ITO) 상에 폴리(3,4-에틸렌디옥실렌티오펜)-폴리스티렌 설폰산(PEDOT:PSS)과 같은 홀 주입 층을 포함하는 이중층 전극일 수 있다. 이리듐-아연-산화물(IZO), 아연-주석-산화물(ZTO), 구리-인듐-산화물(CIO), 구리-아연-산화물(CZO), 갈륨-아연-산화물(GZO), 알루미늄-아연-산화물(AZO) 또는 탄소 나노튜브계 막을 포함하여, ITO 대신에 당해 분야에 알려진 다른 전도성 산화물 및 금속성 중합체와 같은 다른 물질이 투명한 전극에 대해 사용될 수 있다. 알루미늄과 같은 낮은 일함수 금속 대향 전극(counter electrode) 또는 본 발명의 또 다른 실시예에서, 알루미늄으로 덮힌 마그네슘, 칼슘, 바륨, LiF, CsF 또는 Cs2CO3의 박막 층은 전자 캐리어를 수집한다. 광활성 층, 예를 들어 Cd/Se/P3HT 층은 흡수성 및 전하 분리성 벌크(bulk) 이질 접합 층이며, 상기 층은 두 개의 전하 선택적 전극들 사이에 배치된다. 두 개의 전극들 사이에 일함수 차이는 반대편 전극을 향하여 광생성 전자 및 홀을 이동시키기 위한 추진력(driving force)를 제공한다.
놀랍게도, 발명자는 Al 전극 및 활성 층 사이에 ZnO 나노입자 층을 포함하는 것은 전력 변환 효율 증가를 촉진할 뿐만 아니라, 장치의 분해 속도를 현저히 감소시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, CdSe/P3HT-기반 하이브리드 태양광 전지의 전력 변환 효율은, ZnO 나노입자 층이 활성 CdSe/P3HT 층및 알루미늄 전극 사이에 삽입될 때보다 2.5의 비율만큼 증가한다. ZnO 나노입자 층을 갖는 및 갖지 않는 하이브리드 태양광 전지의 전압에 대한 전류 밀도는 최적화되지 않은 개발중인 태양광 전지에 대하여 도 5에서 도시된다. 1.4%로 4배의 전력 변환 효율의 증가는 ZnO 나노입자 층을 함유하는 태양광 전지에 대하여 관찰되었으며, 그렇지 않으면 ZnO 나노입자 층이 없는 동등한 태양광 전지에 대하여는 0.34%가 관찰되었다. 비록 메커니즘에 의해 결합되지는 않지만, 향상된 효율은 ZnO 나노입자 층에 의해 제공된 전자 이동을 위한 계면 벽(barrier)의 감소 때문일 수 있다. 도 4에서 도시된 에너지 레벨 도표는 도 6에 도시된다. 또한, ZnO 나노입자 층을 포함함으로써, 장치의 표면은 ZnO 나노입자 층이 없는 동등한 장치보다 더 매끄러운 것을 관찰할 수 있으며, 이는 도 7a 및 도 7b에서 도시된다.
감소된 분해 속도는 도 8에서 볼 수 있듯이, ZnO 나노입자 층을 갖는 하이브리드 태양광 전지에서도 발생하며, 외부 양자 효율(EQE)은 파장에 대하여 그래프를 그렸고, ZnO 나노입자 층을 갖지 않는 전지에 관하여는 새로운 및 사용된 태양광 전지에 대하여 도시했다. 비록 메커니즘에 의해 결합되지 않지만, 내분해성(degradation resistance)은 ZnO 나노 층에 의한 UV의 흡수 및/또는 공기로부터의 산소 및 물이 활성층과 반응할 수 있는 CdSe/P3HT 층으로 확산되는 것을 감소시킴으로써 얻을 수 있다. 또, 향상된 안정성은 봉합제의 사용 없이 관찰되었다. ZnO-기반 하이브리드 태양광 전지의 수명이 봉지화(encapsulation) 또는 다른 외부 패키지(package)에 의해 더 향상될 수 있다는 것이 합당하다. 이런 하이브리드 유기/무기 나노입자 태양광 전지 장치는 신뢰할 만한, 효율적인 상품을 가능케 한다.
이런 하이브리드 장치의 분해는 도 9a 및 도 9b에서 보여질 수 있듯이 인상적으로 억제되었으며, 전류 밀도는 전압에 대하여 도시되는데, 얇은 및 두꺼운 ZnO 나노입자 층을 갖는 전지에 대하여 도시된다. 공기 중에서 45일 후에, 얇은 ZnO 나노입자 층을 갖는 태양광 광전지는 이의 최초 전력 변환 효율의 64 %를 보유했다(도 9a). 공기 중에서 45일 후에, 두꺼운 ZnO 나노입자 층을 갖는 태양관 전지는 상기 최초 전력 변환 효율의 84 %를 보유했다(도 9b). 상기 태양광 전지 둘 모두는 주변 공기의 존재 하에서 봉지화 없이 사용되었다. ZnO 나노입자 층이 없는 전지에 대하여, 얇은 및 두꺼운 ZnO 나노입자 층을 갖는 전지에 대한 시간에 따른 태양 전지의 전력 변환 효율(PCE)의 그래프는 도 10에서 도시되며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 ZnO 나노입자 층을 갖는 장치의 우수한 PCE를 보여준다.
본 발명의 실시예에서, ZnO 나노입자는 디메틸설폭사이드(DMSO)와 같은 극성 비양성자성 용매에 카복실산 중 아연 염, 예를 들어 아세트산 아연을 용해시키고, 아연 염 용액을 알콜 중의 수산화 테트라알킬암모늄, 예를 들어 에탄올 중의 수산화 테트라에틸암모늄과 혼합시킴으로써 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 극성 비양성자성 용매는 디메틸포름아미드(DMF) 및 아세토니트릴(MeCN)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 다른 수산화 테트라알킬암모늄 염은 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄, 다른 대칭적인 수산화 테트라알킬암모늄 및 비대칭적인 수산화 테트라알킬암모늄을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 다른 알콜은 이소프로판올 및 부탄올을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일반적이지만 필수적이지 않게, 수산화 테트라알킬암모늄의 농도는 아연 염 농도를 초과한다. 혼합한 후에, ZnO 나노입자는 6 nm 미만, 예를 들어 2 내지 6 nm 또는 3 내지 4 nm의 평균 직경을 갖도록 형성된다. 일반적이지만 필수적이지 않게, 용액은 교반하며 혼합된다. 용액은 혼합될 수 있고 일반적인 실온에서 유지될 수 있다. 소정의 시간 후에, 예를 들어 1시간 후에, ZnO 나노입자가 형성되고 적절한 기술로 분리될 수 있다. 예를 들어, 초과한 시약은 알콜 및 탄화수소의 혼합물, 예를 들어 에탄올 및 헵탄의 혼합물에 의해 ZnO 나노입자로부터 세척될 수 있으며, 상기 에탄올-헵탄 비율은, 예를 들어 1 내지 4 부피 부이다.
수산화 테트라알킬암모늄 및 아연 염의 비율을 조절함으로써, 결과물인 ZnO 나노입자는 분리된 나노스피어의 형태이며, 또 상기 나노스피어는 융합된 2량체, 3량체, 4량체 또는 이 이상의 집합체 ZnO 나노입자로서 결합될 수 있다. 2량체 결합 ZnO 나노스피어는 도 11에서 도시된다. 광전지의 성질 및 안정성에 대한 최고급 ZnO 나노입자 층은 2량체 결합 ZnO 나노스피어의 높은 비율을 갖는 ZnO 나노입자로부터 얻어질 수 있다. ZnO 나노스피어의 선택적인 성질은 도 12에서 도시되며, 매우 적은 흡수가 370 nm 파장 이상에서 관찰되었고, 근자외선의 흡수에 의한 광발광은 가시영역에서 방출한다.
물질 및 방법
일반적으로 3 내지 4 nm의 평균 직경을 갖는 ZnO 나노입자를 졸-겔(sol-gel) 방법을 사용하여 합성했다. 일반적인 합성을 위해, 디메틸설폭사이드(DMSO)(0.1 M, 30 mL) 중의 아세트산 아연 및 에탄올 중의 수산화 테트라메틸암모늄(0.55 M, 30 mL)를 혼합했고, 실온에서 한 시간 동안 교반했으며, 에탄올:헵탄(1:4 부피비)로 2회 세척했고, 에탄올에 저장했다. 활성 층 상에 스핀-코팅(spin-coating)한 후에, 용액의 농도 및 스핀 속도에 따라서, ZnO 나노입자 층의 두께는 5 내지 50 nm였다. ZnO 나도입자 층의 평균 거칠기(Ra)는 약 3 nm였다.
모조된 AM1.5 직사일광 조도가 제공되는 Oriel Xe-arc 램프를 사용하여 하이브리드 태양 전지의 광전지 특징을 측정했다. PV 장치의 전류-밀도-전압(J-V) 특징을 측정하기 위하여 어둠 속, 모조된 AM1.5 직사일광 조도하에서 Agilent 4155C 반도체 파라미터 분석장치를 사용했다. KG1 필터를 갖는 보정된 단일-결정질 실리콘 대조 전지를 사용하여 광 강도를 측정했고, 스펙트럼의 부조화 양을 ASTM 표준 E973에 따라 보정했다.
본 명세서에서 언급하거나 인용한, 상기 또는 하기, 모든 특허, 특허 출원서, 가출원서 및 공개문헌은 모든 도면 및 표를 포함하여 전체가 참조로 포함되며, 나아가 본원에서 개시하는 교시와 모순되지 않는다.
본 명세서에서 설명된 예 및 실시예는 예시의 목적일 뿐이고, 다양한 변형 또는 이들의 약간의 변화는 당해 분야의 통상의 기술자에게 시사될 것이고, 본원의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있다고 이해되어야 한다.

Claims (30)

  1. 내공기성(air resistant) 광전지에 있어서:
    낮은 일함수(work function) 전극;
    유기 중합체를 포함하되, 반도체 성질을 나타내고 가시 또는 근적외선 전자기 복사를 흡수하는 광활성층;
    상기 낮은 일함수 전극 및 상기 광활성 층 사이에 위치되고 이들 중 적어도 일부분에 전기적으로 접촉하는 ZnO 나노입자 층; 및
    상기 광활성층에 물리적으로, 전기적으로 접촉하는 이중층 전극을 포함하는 투명한 고 일함수 전극을 포함하는 내공기성 광전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 낮은 일함수 전극은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 낮은 일함수 전극은 알루미늄으로 덮힌 박막층을 포함하는데, 상기 박막층은 마그네슘, 칼슘, 바륨, LiF, CsF 또는 Cs2CO3로 이루어진 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광활성 층은 무기 나노입자 또는 유-무기 나노입자 합성물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유-무리 나노입자 합성물은 셀렌화 카드뮴 나노입자 폴리(3-헥실티오펜) 합성물(CdSe/P3HT)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 무기 나노입자는 IV족, II-VI족, III-V족, IV-VI족, I-III-VI2족 반도체 또는 반도체 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 IV족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 탄소계 물질을 포함하되, 상기 탄소계 물질은 그라핀, 탄소 나노튜브, 풀러렌 또는 이들의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 반도체 합금은 SixGe1 -X, ZnxCd1 - xSeyTe1 -y, PbS, PbSe, CdTe, CdTeySe1 -y, ZnxCd1-xSzTeySe1-y-z, InxGa1 - xAs 또는 Cu(InxGa1 -x)Se2를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 중합체는 치환된 또는 비치환된 티오펜, 페닐렌 비닐렌, 페닐렌 에티닐렌, 플루오렌 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다수의 반복 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 고 일함수 전극은 이리듐-주석-산화물(ITO) 상에 폴리(3,4-에틸렌디옥실렌티오펜)-폴리스티렌 설폰산(PEDOT:PSS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 고 일함수 전극은 이리듐-주석-산화물(ITO), 이리듐-아연-산화물(IZO), 아연-주석-산화물(ZTO), 구리-인듐-산화물(CIO), 구리-아연-산화물(CZO), 갈륨-아연-산화물(GZO), 알루미늄-아연-산화물(AZO) 또는 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnO 나노입자 층은 5 nm 내지 50 nm 두께인 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnO 나노입자 층에서, ZnO 나노입자는 2 내지 6 nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnO 나노입자 층은 약 3 nm의 평균 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnO 나노입자 층은 LiF, CsF, Cs2CO3, CsOH와 혼합된 것 또는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중합체는 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리[9,9-비스(6'(디에탄올아미노)헥실)-플루오렌](PFO-OH) 또는 이의 사차(quaternized) 염, 또는 폴리[9,9-비스(3'-(N,N-디메틸아미노)프로필)-2,7-플루오렌]-알트-2,7-(9,9-디옥틸플루오렌)](PF-NR2) 또는 이의 사차 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnO 나노입자 층은 금속 원자가 도핑된 ZnO 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 원자 도판트(dopants)는 Al, In, Sb, Mg, Gd, Ga, Cu 또는 이들의 임의의 조합인 것을 특징으로 하는 내공기성 광전지.
  19. ZnO 나노입자를 제조하는 방법에 있어서,
    극성 비양성자성 용매에 카복실산 중 아연 염 용액을 제공하는 단계;
    알콜에 수산화 테트라알킬암모늄 용액을 제공하는 단계;
    상기 아연염 용액을 상기 수산화 테트라알킬암모늄 용액과 혼합하는 단계;
    상기 방법에 의해 ZnO가 형성되는 단계; 및
    생성된 ZnO 나노입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 아연 염은 아세트산 아연인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 수산화 테트라알킬암모늄은 수산화 테트라메틸암모늄인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 극성 비양성자성 용매는 디메틸설폭사이드(DMSO)인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 알콜은 에탄올인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합은 실온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 분리하는 단계는 알콜-탄화수소 혼합물로 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 알콜-탄화수소 혼합물은 에탄올 및 헵탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 알콜-탄화수소 혼합물은 탄화수소 약 4 부피 부에 대하여 알콜 약 1 부피 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자 제조 방법.
  28. 결합된 ZnO 나노스피어(nanosphere) 다수를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 결합된 ZnO 나노스피어는 2량체, 3량체, 4량체 또는 5량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 결합된 ZnO 나노스피어 중 대부분은 2량체인 것을 특징으로 하는 ZnO 나노입자.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101400902B1 (ko) * 2012-11-21 2014-05-30 한국기계연구원 유기 태양전지 및 그 제조방법
KR101445024B1 (ko) * 2013-02-01 2014-09-26 경북대학교 산학협력단 수분제거막이 형성된 광활성층을 가지는 유기태양전지 및 이의 제조방법
KR20150078968A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 연세대학교 산학협력단 복합재를 이용한 열전 소재 및 그 제조방법

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2483053A (en) * 2010-08-18 2012-02-29 Mantis Deposition Ltd Photoelectric device with a nanoparticle textured layer
CA2812559A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 University Of South Florida All spray see-through organic solar array with encapsulation
JP4993018B2 (ja) * 2010-12-07 2012-08-08 大日本印刷株式会社 有機薄膜太陽電池および有機薄膜太陽電池の製造方法
WO2012096359A1 (ja) * 2011-01-14 2012-07-19 住友化学株式会社 有機光電変換素子
EP2779262A4 (en) * 2011-11-07 2015-10-07 Jx Nippon Oil & Energy Corp PHOTOVOLTAIC CONVERSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US9508944B2 (en) * 2012-04-11 2016-11-29 The Boeing Company Composite organic-inorganic energy harvesting devices and methods
CN102751242B (zh) * 2012-07-27 2015-04-29 深圳市华星光电技术有限公司 具有嵌入式光伏电池的阵列基板的制作方法及其制得的阵列基板
CN103824945A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 海洋王照明科技股份有限公司 太阳能电池器件及其制备方法
CN102965105B (zh) * 2012-11-21 2014-12-03 中国科学院等离子体物理研究所 一种石墨烯-CuInS2量子点复合物及其制备方法
CN103050627B (zh) * 2012-11-29 2016-03-16 中国乐凯集团有限公司 一种有机太阳能电池及其制备方法
CN103413892B (zh) * 2013-07-17 2016-08-10 苏州大学 一种合金量子点PbSxSe1-x及其制备方法和在太阳能电池中的应用
US9139908B2 (en) 2013-12-12 2015-09-22 The Boeing Company Gradient thin films
CN104576788B (zh) * 2014-12-29 2017-03-29 浙江大学 一种硒化镉增强的石墨烯/碲化镉太阳电池及其制备方法
CN111969070B (zh) * 2020-08-17 2021-10-26 中国科学院电工研究所 一种太阳电池及其制备方法
CN113270551A (zh) * 2021-05-20 2021-08-17 上海大学 一种直接型柔性x射线探测器及其制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7790979B2 (en) * 2004-09-24 2010-09-07 Plextronics, Inc. Heteroatomic regioregular poly(3-substitutedthiophenes) for photovoltaic cells
US20060211272A1 (en) 2005-03-17 2006-09-21 The Regents Of The University Of California Architecture for high efficiency polymer photovoltaic cells using an optical spacer
US20060292736A1 (en) 2005-03-17 2006-12-28 The Regents Of The University Of California Architecture for high efficiency polymer photovoltaic cells using an optical spacer
US20070169816A1 (en) 2005-03-17 2007-07-26 The Regents Of The University Of California Passivating layer for photovoltaic cells
CN101321816A (zh) * 2005-10-03 2008-12-10 株式会社钟化 含纳米颗粒的透明聚合物纳米复合材料及其制备方法
EP1974386A4 (en) 2006-01-04 2010-11-17 Univ California PASSIVATION LAYER FOR FLEXIBLE ELECTRONIC ARRANGEMENTS
TWI312531B (en) * 2006-06-30 2009-07-21 Nat Taiwan Universit Photoelectric device and fabrication method thereof
US20080303432A1 (en) * 2006-10-05 2008-12-11 Shao Yan G Systems and methods for improving the qualities of polymer light-emitting electrochemical cells
KR101312269B1 (ko) 2007-01-05 2013-09-25 삼성전자주식회사 고분자 태양전지 및 그의 제조방법
US7923801B2 (en) * 2007-04-18 2011-04-12 Invisage Technologies, Inc. Materials, systems and methods for optoelectronic devices
ATE498203T1 (de) * 2007-07-23 2011-02-15 Basf Se Photovoltaische tandem-zelle
JP5830243B2 (ja) * 2007-09-28 2015-12-09 ナノコ テクノロジーズ リミテッド ナノ粒子
JP4951497B2 (ja) * 2007-12-27 2012-06-13 株式会社日立製作所 有機薄膜太陽電池およびその製造方法
KR101423911B1 (ko) * 2007-12-28 2014-07-28 쌩뜨레 나티오날 데 라 르세르쉬 생띠끄 (씨. 엔. 알. 에스) 하이브리드 나노복합체
KR20090108476A (ko) * 2008-04-11 2009-10-15 광주과학기술원 유기 태양전지 및 이의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101400902B1 (ko) * 2012-11-21 2014-05-30 한국기계연구원 유기 태양전지 및 그 제조방법
KR101445024B1 (ko) * 2013-02-01 2014-09-26 경북대학교 산학협력단 수분제거막이 형성된 광활성층을 가지는 유기태양전지 및 이의 제조방법
KR20150078968A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 연세대학교 산학협력단 복합재를 이용한 열전 소재 및 그 제조방법

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