KR20130044663A - 전하착체 화합물을 사용한 유기태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

전하착체 화합물을 사용한 유기태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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서강대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 태양전지의 플렉시블(flexible)한 장점을 극대화하기 위하여 열증착 공정 또는 용액공정으로 삽입된 DMDCNQI(dimmethyldicyanoquinonediimine) 버퍼층을 포함하는 유기 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광활성층과 음극전극 사이에 전하착체물 생성물질인 DMDCNQI를 유기 버퍼층으로 사용함으로써 광활성층과 음극전극 간의 접촉 저항을 감소시키고, 고 전도성을 갖는 전하착체화합물을 형성하여 단락전류 값을 상승시킬 수 있다. 또한 DMDCNQI 버퍼층의 열증착속도를 조절함으로써 높은 필팩터(fill factor) 값을 얻을 수 있게 되어 유기 태양전지의 효율을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 용액 공정으로 가능한 태양전지 제조방법을 제공함으로써 우수한 효율을 유지하면서 제조공정의 단순화와 제조단가의 저렴화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 높은 단락전류 값, 높은 개방전압 및 높은 필팩터(fill factor)를 갖게 되어 매우 우수한 효율을 나타낼 수 있다.

Description

전하착체 화합물을 사용한 유기태양전지 및 그 제조방법{ORGANIC PHOTOVOLTAIC CELL USING CHARGE TRANSFER COMPOUND AND METHODE FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 전하착체 화합물을 사용한 유기 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 태양전지의 플렉시블(flexible)한 장점을 극대화하기 위하여 열증착 공정 또는 용액공정으로 삽입된 전하착체 화합물 버퍼층을 포함하는 유기 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 화석연료의 소비가 급격히 늘어나면서 유가가 급격히 상승하고 있으며 지구 온난화 등의 환경문제로 청정 대체에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 세계 각국은 신재생 에너지원에 총력을 기울이고 있으며, 교토의정서 발효와 맞물려 친환경적인 무공해 에너지원으로 개발이 국가의 당면과제로 제기되고 있다.
무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생 에너지 기술 중에서도 가장 관심을 받는 분야이다. 현재 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 무기물 실리콘 태양전지는 상용화되어 시판되고 있다. 그러나 비싼 재료 가격과 재료공급의 한계성이라는 단점이 있다. 또한 복잡한 제작공정도 비용이 상승하는 요인이 된다.
따라서 이러한 무기물 실리콘 태양전지의 대안으로 유기 태양전지의 대한 관심이 모아지고 있다. 유기 태양전지는 유기 재료의 우수한 가공성, 다양성, 경량성 및 경제성(값싼 원재료)이라는 장점을 가지고 있다. 또한 기존 무기물 실리콘 태양전지에 비해 제작 공정이 간단하여 제작 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다. 현재 유기 태양전지는 롤 투 롤(ROLL TO ROLL) 대면적 박막 제작공정 기술이 개발되면서 더 주목받고 있다. 다만 이러한 유기 태양전지의 높은 효율을 위해서는 광활성층과 금속전극 계면의 접촉저항 개선이 필수적이다. 현재 자기조립단분자막, LiF층의 삽입, 버퍼층 삽입 등의 연구가 진행 중이다. N형 버퍼층으로는 주기 무기산화물계열이 개발되고 있으나 이는 공기중에서 O2를 흡수하여 낮은 전도도를 나타내는 문제가 있다. 또한 공정이 복잡하고 플렉시블(flexible)한 유기태양전지의 장점을 극대화하기에는 어려움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유기 태양전지의 플렉시블(flexible)한 물성에 손상을 주지 않으면서 전자수송층의 역할을 하며 인접한 금속전극과의 접촉저항을 줄여주는 역할을 복합적으로 할 수 있는 전하착체화합물을 새로운 유기 버퍼층으로 사용한 유기 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일구현예 따른 태양전지 제조방법은, 기판 위에 양극전극을 형성하는 단계; 상기 양극전극 상에 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 음극 전극을 형성하는 단계로서, 상기 단계에 의해 상기 버퍼층과 음극전극 사이의 계면에 유기-금속화합물층이 형성되는 단계를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기.
본 발명의 일구현예에 따른 태양전지는 기판 위에 형성된 양극전극; 상기 양극전극 상에 형성된 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층 ; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 음극 전극을 포함하되, 상기 버퍼층과 음극전극 사이의 계면에 형성된 유기-금속화합물층을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기.
본 발명에 따르면, 광활성층과 음극전극 사이에 전하착체물 생성물질인 DMDCNQI를 유기 버퍼층으로 사용함으로써 광활성층과 음극전극 간의 접촉 저항을 감소시키고, 고 전도성을 갖는 전하착체화합물을 형성하여 단락전류 값을 상승시킬 수 있다. 또한 DMDCNQI 버퍼층의 열증착속도를 조절함으로써 높은 필팩터(fill factor) 값을 얻을 수 있게 되어 유기 태양전지의 효율을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 용액 공정으로 가능한 태양전지 제조방법을 제공함으로써 우수한 효율을 유지하면서 제조공정의 단순화와 제조단가의 저렴화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 직렬저항, 단락전류 값, 개방전압 및 필팩터(fill factor)가 향상되어 매우 우수한 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 태양전지의 제조과정을 나타낸 것이다.
도 2는 DMDCNQI 층의 두께에 따른 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 DMDCNQI 층의 두께에 따른 개방전압(V), 단락전류(mA/cm2), 필팩터(fill factor) 및 에너지전환효율(%)을 나타낸 것이다.
도 4는 DMDCNQI 층의 두께에 따른 암(dark) 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 5는 증착속도에 따른 DMDCNQI층의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI(30 Å)/metal로 구성된 유기 태양전지 소자의 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 Al과 LiAl 기판위에 증착된 DMDCNQI 박막의 AFM images를 나타낸 것이다.
도 8은 여러 가지 금속기판위에 증착된 DMDCNQI 박막의 SEM images를 나타낸 것이다.
도 9는 딥 코팅(dip coating)된 DMDCNQI(0.1mM)로 제작된 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI/Al 소자의 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 10은 솔벤트 농도에 따른 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 11은 다양한 코솔벤트 하에서 제작된 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI/Al 소자의 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 12는 다양한 솔벤트를 이용한 DMDCNQI층의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 13은 다양한 솔벤트를 이용한 DMDCNQI층의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 태양전지를 제조하는 방법을 나타낸다. 도 1 을 참고하면, 본 발명의 제조방법은 기판(10) 위에 양극전극(20), 광활성층(30), 버퍼층(40) 및 음극전극(50)을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 기판(10) 위에 양극전극(20)을 형성하는 단계를 포함한다. 기판(10)으로는 유리, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타클릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에트르술폰 등의 투명재질이면 제한없이 사용할 수 있다.
양극전극(20)은 ITO(INdium Tin Oxide), SnO2, IZO(In2O3-ZnO), AZO(aluminum doped ZnO), GZO(gallium doped ZnO) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 높은 일함수를 갖는 ITO(INdium Tin Oxide)로 코팅하면 좋다. ITO를 스패터링 타겟(Spattering Target)으로 가공하여, 글래스판에 스패터링을 하면, 투명한 도전막을 얻을 수 있다. 또는 ITO를 용해하여 글래스판에 스프레이를 하거나, 글래스판을 용액에 침적시키는 방법으로 투명한 전극막을 얻을 수 있다.
본 발명은 양극전극(20) 상에 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층(30)을 형성하는 단계를 포함한다.
광활성층(30)은 상기 전자수용체와 상기 전자공여체가 더블 레이어(double layer)로 형성되거나 BHJ(bulk hetero-junction)구조로 형성될 수 있다. 더블 레이어 구조는 도너 물질과 억셉터 물질의 표면에서 전하의 분리가 일어나는 물리적 특성상 여기자의 이동거리의 한계가 있을 수 있다. 따라서 에너지 변환 효율에 있어서 BHJ 구조가 더 유리할 수 있다.
상기 전자공여체는 전도성 고분자, 저분자반도체 등이 사용될 수 있다. 다시 말해, PPV(poly(para-phenylene vinylene)계열의 물질, 폴리티오핀(polythiophene)유도체 및 프탈로시아닌(pthalocyanine)계 물질로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. 구체적으로 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), DMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene), 펜타센, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 일례로, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 등이 있다.
상기 전자 수용체로는 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C76, C78, C82, C90, C94, C96, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등과 같은 플러렌 유도체들을 사용할 수 있다.
광활성층(30) 형성방법은 종래 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 일예로 상기 전자수용체와 전자공여체를 소정 비율로 혼합하여 양극전극(20) 상에 스핀코팅하여 형성할 수 있다.
본 발명은 광활성층(30) 상에 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층(40)을 형성하는 단계를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기이다.
상기 화학시 1의 화합물은 금속과 전하 착체화합물을 생성하여 공기중 안정성과 접촉저항을 감소시켜 주며, 또한, 전자를 끌어당기는 성질과 다이폴 영향으로 활성층과 금속과의 에너지 차이를 낮춰주며 제 2 억셉터로 역재결합을 방지하는 역할을 한다. 또한 상기 화합물의 시안화기와 금속층과의 결합이 용이하여 고전도성을 나타낼 수 있으며, 측쇄기 도입으로 인하여 용매에 잘 녹을 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 상기 화학식1 의 화합물은 바람직하게는 탄소수 1 내지 12개, 가장 바람직하게는 탄소수 1 내지 8개를 가질 수 있다. 상기 화학식 1의 화합물이 (디)메틸디시아노퀴논이민(dimethyldicyanoquinonediimine, DMDCNQI), (디)에틸디시아노퀴노이민(diethyldicyanoquinonediimine, DEDCNQI) 또는 (디)헥실디시아노퀴노이민(dihethyldicyanoquinonediimine, DHDCNQI)것이 가장 바람직하다.
버퍼층(40)을 광활성층(30) 상에 형성하는 방법은 진공 열증착기를 이용하여 10-6torr 이하의 진공상태에서 열증착할 수 있다.
열증착 방법을 이용하면 소자의 표면을 보다 고르게 제조할 수 있어 우수한 필팩터 값에 기여할 수 있다.
버퍼층(40)의 두께는 5~45Å,바람직하게는 30Å전후가 좋다. 두께가 5Å미만이면 기대하는 효과를 발휘하기 어렵고, 45Å를 초과하면 버퍼층(40)이 벌크(bulk) 저항 역할을 하게 되어 오히려 광 전류-전압 특성이 나빠질 수 있다.
버퍼층(40)의 증착속도는 0.1~2.5 Å/s, 바람직하게는 0.5 Å/s 전후가 좋다. 2.5Å/s를 초과하면 계면 모폴로지 변화에 따른 계면 저항 상승에 따라 단락전류 값이나 필팩터(fill factor)값의 하락을 가져올 수 있고, 0.1Å/s미만에서는 효과의 변화가 미미하다.
한편, 버퍼층(40)을 형성하는 단계는 상기 화학식 1의 유기화합물을 용매에 혼합하여 스크린 인쇄법, 프린팅법, 스핀코팅법, 딥핑법(dipping) 및 잉크분사법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 용액공정으로 코팅할 수 있다.
용액공정 특히 디핑법은 진공 증착 및 포토 리소그래피와 같은 과정을 거치 않아도 되므로 제작과정이 간단하고 대면적 공정이 용이하며, 유연기판에 적용 가능할 뿐 만 아니라 초저가 제조가 가능하다는 장점이 있다.
상기 용액공정에서 가장 중요한 것은 솔벤트 선정이다. 일반적으로 유기 고분자 물질은 소수성을 띄며 비극성 물질에 용해도가 높은 특성이 있다. 따라서 극성도가 높으며 유기 고분자에 낮은 용해도를 보이는 것을 선정하는 것이 중요하다. 이와 같은 점을 고려할 때, 상기 용매는 메탄올, 부탄올, 프로판올, 아세토니트릴로 및 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트(co-solvent)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 용액공정(디핑법)은 10~50℃에서 딥핑 속도 1~100um/s에서 1~60분 디핑하고 60~120℃에서 10~60분 건조시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 용액공정은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 농도를 0.05~ 1.5mM, 바람직하게는 0.1mM로 하여 코팅할 수 있다. 0.1mM 전후의 농도일 때 가장 균일한 계면을 형성할 수 있어 높은 단락전류(Jsc)값을 나타낼 수 있기 때문이다.
본 발명은 버퍼층(40) 상에 음극전극(50)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 단계에 의해 버퍼층(40)과 음극전극(50) 사이의 계면에 유기-금속화합물층(60)이 형성된다.
음극전극(50)은 양극전극(20)보다 일함수가 낮으면 제한없이 사용될 수 있다. 금속, 금속 합금, 반금속(semimetal) 또는 광 투과성 투명 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 금속의 예로는 마그네슘(Mg) 등의 알칼리 토금속; 알루미늄(Al); 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 등의 전이금속; 희토류 원소; 셀렌(Se) 등의 반금속 등이 있다. 상기 금속 합금의 예로는 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘-인듐 합금, 알루미늄-리튬 합금 등이 있다.
본 발명에서는 음극 전극(50)으로 바람직하게는 Li, LiAl이 될 수 있다.
음극전극(50)은 공지의 방법으로 증착될 수 있으며, 일예로서 기상증착할 수 있다.
본 발명의 음극전극(50) 형성단계에 의해 음극전극(50)층과 버퍼층(40) 사이의 계면에 유기-금속화합물층(60)이 형성된다.
상기 유기-금속화합물층(60)은 유기-금속화합물이 소정 크기 및 두께로 음극전극(50)과 버퍼층(40)사이에 존재함에 따라 음극전극(50)층과 버퍼층(40)과는 구분되고, 이들 사이에 존재하는 나노사이즈 두께의 막으로 이해할 수 있다.
즉, 유기-금속화합물층(60)은 버퍼층(40)과 음극전극(50) 사이의 계면에 형성된 얇은 막으로서 그 두께는 1~30Å, 바람직하게는 1~10Å, 보다 바람직하게는 1~5Å이 될 수 있다.
유기-금속화합물층(60)은 상기 버퍼층의 화학식 1의 유기화합물과 음극 전극과의 결합에 의해 생성된 유기-금속화합물을 포함한다.
상기 유기-금속화합물은 상기 금속과 상기 화학식 1의 유기화합물이 1 : 2의 조성으로 결합하여 고전도성을 나타낸다.
상기 유기-금속화합물은 바람직하게는 LiAl(B)2 또는 Al(B)2이 될 수 있다. 여기서 B는 상기 화학식 1의 화합물을 나타낸다.
상기 LiAl(B)2 또는 Al(B)2는 바늘형태의 형상을 가지고 그 길이가 2~5㎛ 일 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 tetracyanoquinonediimine(TCNQ)와 달리 2개의 CN기를 가지고 있어 인접하는 금속과 2:1의 조성으로 결합할 수 있다. 따라서 TCNQ보다 높은 전도성을 갖는 유기-금속 화합물을 형성할 수 있다.
상기 유기-금속화합물은 바람직하게는 Al(DMDCNQI)2, LiAl(DMDCNQI)2, Al(DEDCNQI)2, LiAl(DEDCNQI)2, Al(DHDCNQI)2, LiAl(DHDCNQI)2가 될 수 있다. 이것은 상기 화합물이 가장 우수한 광 전류-전압특성을 나타내기 때문이다.
상기 유기-금속 화합물은 음극전극 증착시, CN기와 금속과의 반응이 크기 때문에 상온 상압에서 쉽게 생성될 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 기판 위에 형성된 양극전극; 상기 양극전극 상에 형성된 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 음극 전극을 포함하되, 상기 버퍼층과 음극전극 사이의 계면에 형성된 유기-금속화합물층을 포함하는 태양전지에 관계한다.
[화학식 1]
Figure pat00004
상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기이다.
본 발명의 태양전지는 앞에서 상술한 기판(10), 양극전극(20), 버퍼층(40) 및 음극전극(50)층을 참고할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 태양전지는 버퍼층(40)으로 상기 화학식 1을 포함한다.
본 발명의 태양전지는 버퍼층(40)과 음극전극(50) 사이의 계면에 형성된 유기-금속화합물층(60)을 포함한다.
유기-금속화합물층(60)은 상기 금속과 상기 화학식 1의 유기화합물이 1 : 2의 조성으로 결합된 유기-금속화합물을 포함한다.
상기 유기-금속 화합물은 LiAl(B)2 또는 Al(B)2이다(여기서 B는 상기 화학식 1의 화합물을 나타냄).
상기 LiAl(B)2 또는 Al(B)2는 바늘형태의 형상을 가지고 그 길이가 2~5㎛ 일 수 있다.
유기-금속 화합물층(60)은 두께가 1~30Å, 바람직하게는 1~10Å일수 있다.
유기-금속화합물층에(60) 대해서 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
BHJ(bulk hetero-junction) 구조의 유기 태양전지를 제작
1. 시약 및 소자 구성
양극전극(ITO)과 광활성층 사이에 삽입되는 PEDOT:PSS (Poly3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)는 Bayer사에서, 도너(donor) 물질로서 사용된 P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))는 Aldrich사에서, 억셉터(acceptor)물질로서 사용된 PCBM([6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester)은 Nano-c 社에서 구입하였다. 버퍼층으로 사용된 DMDCNQI(dimethyldicyanoquinonediimine)는 동경공업대의 Mori 연구실에서 하기 반응식 1과 같은 방법으로 합성되었다. 여타의 솔벤트들은 시약급(reagent grade)을 사용하였다.
[반응식 1]
Figure pat00005
2. 제조방법(도1 참조)
1) 열증착공정
유리 기판 위에 코팅된 ITO(Indium Tin Oxide) (15 Ω≤, 2000 Å) 를 원하는 패턴으로 염산(HCl)에 에칭(etching) 한 후, 증류수, 아세톤, 2-프로판올(2-propanol)에 60분 동안 초음파 세척하였다. 그 후 80℃ 진공오븐(vacuum oven)에 넣어 1시간 동안 건조시켰다. PEDOT:PSS 용액은 점성을 낮춰 코팅을 원활하게 하기 위해 메탄올(methanol)과 1:1로 혼합한 다음, 2500 rpm으로 40초간 스핀 코팅을 하여 300 Å 정도 두께의 PEDOT:PSS 층을 형성하였다. 광활성층으로 사용된 P3HT:PCBM(1:1)은 클로로벤젠(chlorobenzene, 40mg/ml)에 교반한 후, PEDOT:PSS 필름이 형성된 ITO 기판 위에 스핀코팅하여 2100 Å정도의 광활성층을 적층하였다. 그 후 120℃ 진공오븐(vacuum oven)에 넣어 10분 동안 건조시켰다. 진공 열증착기( ULVAC VTR-300M/1ERH evaporator, Japan)를 이용하여 10-6 torr 이하의 진공 상태에서 DMDCNQI와 금속전극을 순서대로 증착하였다. 음전극(cathode electrode)은 다양한 금속을 이용하여 1000 Å 두께로 증착하였다. 그 후 150℃에서 10분간 어닐링(annealing)하여 소자를 완성하였다.
2) 용액공정
유리 기판 위에 코팅된 ITO(Indium Tin Oxide) (15 Ω≤, 2000 Å) 를 원하는 패턴으로 염산(HCl)에 에칭(etching) 한 후, 증류수, 아세톤, 2-프로판올(2-propanol)에 60분 동안 초음파 세척하였다. 그 후 80℃ 진공오븐(vacuum oven)에 넣어 1시간 동안 건조시켰다. PEDOT:PSS 용액은 점성을 낮춰 코팅을 원활하게 하기 위해 메탄올(methanol)과 1:1로 혼합한 다음, 2500 rpm으로 40초간 스핀 코팅을 하여 300 Å 정도 두께의 PEDOT:PSS 층을 형성하였다. 광활성층으로 사용된 P3HT:PCBM(1:1)은 클로로벤젠(chlorobenzene, 40mg/ml)에 교반한 후, PEDOT:PSS 필름이 형성된 ITO 기판 위에 스핀코팅하여 2100 Å정도의 광활성층을 적층하였다. 그 후 120℃ 진공오븐(vacuum oven)에 넣어 10분 동안 건조시켰다. 여러 가지 솔벤트하에서 DMDCNQI층을 딥코팅하고 진공오븐에서 60℃에서 10분간 어닐링시켰다. 그 다음 진공 열증착기( ULVAC VTR-300M/1ERH evaporator, Japan)를 이용하여 10-6 torr 이하의 진공 상태에서 금속전극(1000 Å)을 증착하였다. 그 후 진공오븐에서 150℃에서 10분간 어닐링(annealing)하여 소자를 완성하였다.
3. 실험기기
유기 태양전지 소자의 전류-전압 특성은 뉴포트 솔라 시뮬레이터(Newport solar simulator)를 이용하여 AM 1.5, 1 SUN (100 mW/cm2)의 빛을 조사하면서 키슬리(KEITHLEY) 2400 소스미터(sourcemeter)를 이용하여 측정하였다. 포토루미네선스(Photoluminescence, PL) 스펙트럼은 스펙트라 프로(Spectra Pro) 300i를 이용하여 측정하였고, 원자간력 현미경(Atomic force microscope, AFM) 이미지(image)는 0.3 Hz 의 스캔속도로 XE-100을 통해, 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM) 이미지(image)는 히타치(Hitachi) S-4800을 통해 얻어졌다.
시험예 1
DMDCNQI 두께에 따른 전류-전압 특성
도 2는 ITO(2000Å)/PEDOT:PSS(300Å)/P3HT:PCBM(2100 Å)/DMDCNQI/Al(1000Å)의 소자에서 DMDCNQI층이 P3HT:PCBM층 사이에 각각 다양한 두께로 열증착되었을 때의 광 전류-전압 특성을 보여주고 있다.
개방전압, 단락전류, 필팩터(fill factor) 및 에너지전환효율이 DMDCNQI의 두께 30 Å까지 상승되는 것을 확인할 수 있다(도 3).
DMDCNQI의 두께가 30 Å일 때, 단락전류 값(mA/cm2)은 10.39mA/cm2로 급격히 상승하였고 개방전압(V)과 필팩터(fill factor)값도 다소 증가하였다. 이는 DMDCNQI 층이 유기-금속(organic-metal)간의 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다는 것을 의미한다.
개방전압은 일반적으로 도너(donor)의 HOMO(the highest occupied molecular orbital) 레벨(level)과 억셉터(acceptor)의 LUMO(the lowest unoccupied molecular orbital) 레벨(level)사이의 차이에 의해 결정된다. 이 뿐만 아니라 버퍼층의 삽입유무에 따라 개방전압이 상승될 수 있다. 본 실시예를 통해 소정 두께의 DMDCNQI층 삽입에 따라 개방전압이 상승되었음을 확인할 수 있다.
DMDCNQI가 30Å일 때 필팩터(fill factor)값 역시 상승이 있었다. 필팩터(fill factor)는 일반적으로 모폴로지 변화와 연관이 있는 바, 고분자의 러프(rough)한 표면이 전하착체화합물의 형성으로 인해 상당부분 smooth하게 개선되었기 때문이라고 판단된다. 본 발명의 일실시예에 따른 소자는 DMDCNQI가 30Å일 때 1.184 nm의 매우 작은 RMS 러프니스(roughness)값을 가졌다.
도 2의 광 전류-전압 특성에서의 DMDCNQI의 두께에 따른 단락전류 값 변화는 도 4에서 볼 수 있는 암(dark) 전류-전압 특성에서의 전류 값의 변화와 유사한 경향을 보였다. DMDCNQI이 삽입에 따라 30 Å까지 급격히 증가하던 전류값은 50 Å과 100 Å 이 삽입됨에 따라 다시 급격히 하락되는 경향을 보였다. 이 같은 하락은 두께가 두꺼워짐에 따라 DMDCNQI 층이 벌크(bulk) 저항 역할을 하기 때문이라고 판단된다. 또한 전류 값의 상승 현상은 DMDCNQI의 삽입에 따라 Al과 유기-금속 화합물이 형성되었기 때문이라고 판단된다. 일반적으로 TCNQ(Tetracyanoquinodimethane)같은 전하이동착물(charge transfer salt)에서 내부 치환기인 CN기는 인접한 Cu와 Ag등과 Ag(TCNQ) Cu(TCNQ)의 유기-금속 화합물을 형성한다. 하지만 이러한 화합물은 금속:TCNQ 에서 1:1 컴포지션(composition)으로 결합하는 특성이 있어 전도성이 높지 않다(10-2~10-5 Scm-1). 그러나 DMDCNQI는 Cu, Ag와 Ag(DMDCNQI)2, Cu(DMDCNQI)2의 2:1 컴포지션(composition)으로 결합하는 특성으로 고 전도성( 102-103 Scm-1)을 갖는 유기-금속 화합물을 형성한다. 본 발명의 일실시예에서 음극물질로 사용한 Al과의 유기-금속 화합물은 향후 기술할 AFM, SEM image 등을 근거로 볼 때 Al(DMDCNQI)2의 고전도성을 갖는 유기-금속 화합물의 형성한다고 판단되는 바, 이러한 화합물이 전류 값의 상승에 기여하는 것으로 볼 수 있다.
시험예 2
DMDCNQI 증착속도에 따른 AFM 측정 실험
필팩터(fill factor) 값과 관련하여, 계면 모폴로지 변화를 관찰하기 위하여 AFM 측정 실험이 수행되었다. 도 5는 P3HT:PCBM 기판 위에 증착된 DMDCNQI의 증착속도에 따른 AFM 이미지(image)를 보여주고 있다. 0.5/s의 속도로 증착된 소자에서는 3/s와 5/s로 증착된 소자에 비해 균일한 그레인(grain)이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 0.5/s의 속도로 증착된 소자는 3/s와 5 /s의 속도로 증착된 소자의 러프니스(root-mean-square roughness, 1.958 nm, 3.409 nm)에 비해 낮은 러프니스(roughness) 값(1.184 nm)을 나타내었다. 이러한 결과를 고려할 때, 0.5/s의 속도로 증착된 소자가 높은 필팩터(fill factor)값(0.51)을 갖는 것은 계면에서의 균일한 그레인(grain)형성과 낮은 러프니스(roughness)값에 기인한다고 판단된다.
시험예 3
금속전극 종류에 따른 광 전류-전압 특성 분석
도 6과 표 1은 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI(30 Å)/metal으로 구성된 유기 태양전지 소자의 광 전류-전압 특성을 보여주고 있다.
Configuration Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF PCE(%)
Al without DMDCNQI 0.5639 7.453 0.4857 2.04
Al with DMDCNQI 0.5814 9.891 0.5118 2.94
LiAl without DMDCNQI 0.6246 7.305 0.5560 2.60
LiAl with DMDCNQI 0.6062 9.561 0.5567 3.40
Cu without DMDCNQI 0.1312 4.180 0.2982 0.16
Cu with DMDCNQI 0.1245 3.404 0.2941 0.12
Au without DMDCNQI 0.1362 6.595 0.3026 0.27
Au with DMDCNQI 0.1108 6.190 0.2922 0.20
표 1에 나타나듯이, DMDCNQI를 버퍼층으로 사용한 소자 중 알루미늄 또는 리튬알루미늄을 금속전극으로 사용한 소자에서 우수한 광 전류-전압 특성을 보여주었다.
DMDCNQ 버퍼층의 유무에 따른 소자의 특성을 자세히 살펴보면(표 1 참조), 금속전극으로 리튬알루미늄을 사용한 소자에서 개방전압(Voc)은 각각 0.6246V(LiAl without DMDCNQI), 0.6062V(LiAl with DMDCNQI)로 오차범위 내의 변화를 나타내었고 필팩터(fill factor, FF) 역시 0.5560(LiAl without DMDCNQI), 0.5567(LiAl with DMDCNQI)로 별다른 변화를 나타내지 않았다. 하지만 단락전류값(Jsc)은 7.305 mA/cm2(LiAl without DMDCNQI)에서 9.561 mA/cm2 (LiAl with DMDCNQI)로 약 30%가량 향상되어 Al전극을 사용한 소자와 유사하게 극명한 상승효과를 나타내었다.
도 7은 알루미늄(Al)과 리튬알루미늄(LiAl) 기판 위에 증착된 DMDCNQI 박막의 AFM 이미지(images)를 보여주고 있다. 도 8는 여러 가지 금속으로 제작된 소자의 SEM 이미지를 보여주고 있다. 알루미늄(Al)과 리튬알루미늄(LiAl) 기판 위에서 형성된 바늘형태의 3 um 길이를 갖는 DMDCNQI-Al 화합물이 관측되었는 바, 이러한 3 um 길이의 바늘형태 Al(DMDCNQI)2의 화합물이 본 발명의 일실시예에 따른 소자의 우수한 광 전류-전압 특성에 기여한다고 판단된다.
시험예 4
접촉저항의 측정
접촉저항의 측정 방법으로는 국소포텐셜, 4단자법을 통한 트랜스퍼 라인법등이 활용되고 있다. 본 실시예에서는 J.AM.CHEM.SOC에 보고된 바 있는 metal-molecule-metal junction에서의 트랜스퍼 라인법(transfer line method)을 사용해 계면에서의 접촉저항을 측정하였다.
Al/P3HT:PCBM/Al 소자에서는 6115.2 Ohm 의 높은 접촉저항이 측정되었지만 Al/DMDCNQI/Al 소자에서는 3874.1 Ohm 으로 상당량 감소한 접촉저항이 측정되었다. 이 같은 접촉저항 하락의 원인은 유기/금속 계면의 계면 진공 에너지 이동(interfacial vacuum energy shift)에 기인한다고 판단된다. 즉 DMDCNQI가 작은 일함수 금속인 Ag, Cu 등과 접합하게 되면 계면 진공 에너지(interfacial vacuum energy)의 상승으로 DMDCNQI의 HOMO 준위와 LUMO 준위가 동시에 상승하게 되므로 일함수 값이 작은 Al 의해 DMDCNQI 진공 준위의 상승효과가 일어난다. 따라서 DMDCNQI의 본래 LUMO값(4.6 eV)의 상승으로 PCBM의 LUMO (3.7 eV)와 Al의 일함수 값(4.3 eV)사이에 DMDCNQI 상승된 LUMO 값이 위치하게 되어 PCBM/Al 계면에 비해 접촉저항의 하락 효과가 일어난 것으로 분석할 수 있다.
시험예 5
솔벤트 종류에 따른 광 전류-전압 특성
솔벤트 선정에 있어서 가장 중요한 것이 인접한 광활성층(P3HT:PCBM 층)과의 불용성이다. 일반적으로 P3HT:PCBM등의 고분자물질은 소수성을 띄며 비극성 물질에 용해도가 높은 특성을 보인다. 이 같은 면에서 극성도가 높으며 고분자 층과 낮은 용해도를 보이는 물질을 선정하는 것이 중요하다. 이와 같은 면을 고려하여 메탄올(methanol), 부탄올(butanol), 프로판올(propanol) 및 아세토니트릴(acetonitrile)의 네가지 용매를 선정 하였으며 이에 따른 광 전류-전압 특성을 분석해 보았다.
도 9과 표 2은 딥 코팅(dip coating)된 DMDCNQI (0.1 mM) 로 제작된 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI/Al 소자의 광 전류-전압 특성을 나타내고 있다.
개방전압(V)과 필팩터(fill factor) 값은 별다른 차이를 보이지 않았지만 메탄올(metanol)로 제작된 소자에서 가장 높은 Jsc값 (20.53 mA/cm2)과 광변환 효율 (3.8 %)을 나타내었다.
Configuration Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF PCE(%)
without DMDCNQI 0.5485 8.3437 0.4791 2.11
DMDCNQI in methanol 0.5445 20.53 0.3785 3.8
DMDCNQI in buthanol 0.4389 16.013 0.4481 2.77
DMDCNQI in propanol 0.4437 15.534 0.4021 2.78
DMDCNQI in acetoitrile 0.5308 10.20 0.4540 2.54
시험예 6
솔벤트 농도에 따른 광 전류-전압 특성
도 10와 표 3은 메탄올(methanol) 용매 하에서 다양한 DMDCNQI 농도를 사용한 ITO/PEDOT-PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI/Al 소자의 광 전압-전류 특성을 보여주고 있다.
photovoltaic cells Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF PCE(%)
without DMDCNQI 0.569 7.47 0.483 2.05
thermal evaporated DMDCNQI (3 nm) 0.581 10.04 0.512 2.90
dip coated DMDCNQI (0.1 mM) 0.5445 20.53 0.3785 3.80
dip coated DMDCNQI (0.5 mM) 0.576 8.78 0.467 2.41
dip coated DMDCNQI (1 mM) 0.580 8.75 0.405 2.06
DMDCNQI를 버퍼층으로 삽입한 소자에서 삽입하지 않은 소자에 비해 높은 단락전류밀도 상승을 확인 할 수 있었다. 이와 같은 면은 전술한 열증착된 DMDCNQI관련 실험에서 증명되었듯 계면 진공 에너지 레벨(interfacial vacuum energy level) 상승, 이에 따른 접촉저항 하락 및 고 전도성을 갖는 전하착체화합물의 생성 때문이라고 판단된다.
솔벤트 농도에 따른 소자의 특성을 살펴보면, 개방전압은 별다른 차이를 보이지 않았으나 단락전류와 광전환효율은 0.1mM DMDCNQI에서 가장 우수한 수치를 나타내었다.
시험예 7
표 4는 TiOx층 삽입한 ITO/PEDOT-PSS/P3HT:PCBM/TiOx/DMDCNQI/Al 소자의 광 전압-전류 특성을 보여주고 있다. TiOx층은 TiOx 전구체 솔루션을 P3HT:PCBM층 상에 스핀 코팅한 후, 80℃에서 10분간 건조하여 형성하였다.
photovoltaic cells Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF PCE(%)
without DMDCNQI 0.569 7.47 0.483 2.05
thermal evaporated DMDCNQI (3 nm) 0.581 10.04 0.512 2.90
dip coated DMDCNQI (0.1 mM) 0.5445 20.53 0.379 3.80
dip coated DMDCNQI (0.5 mM) 0.576 8.78 0.467 2.41
dip coated DMDCNQI (1 mM) 0.580 8.75 0.405 2.06
TiOx layer 0.601 9.01 0.457 2.50
dip-coated DMDCNQI (0.1 mM) onto
TiOx layer		 0.607 9.82 0.512 3.10
Thermally evaporated DMDCNQI
(3 nm) onto TiOx layer		 0.610 10.44 0.523 3.33
표 4에서 보는 바와 같이 산화티타늄(TiOx)층 삽입하는 경우 더 우수한 광 전류-전압 특성을 나타내고 있다. 이는 산화티타늄(TiOx)이 옵티컬 스페이서(optical spacer)역할을 하여 입사광 이용률을 증가시키며 n-type반도체로 전하 분리 후 홀(hole)을 블로킹(blocking)하여 광전변환 효율을 높이기 때문이다. 다만, 산화티타늄(TiOx)은 친수성으로서 금속과 접촉할 때 금속을 산화시키는 성질이 있다. 따라서 산화티타늄(TiOx)과 금속전극 사이의 습윤성(wettabilty)이 문제되는데, 소수성을 갖는 DMDCNQI를 버퍼층으로 삽입함으로써 이를 개선시킬 수 있다.
시험예 8
용매(메탄올과 메틸렌클로라이드) 혼합 비율에 따른 단락전류 값 및 개방전압 측정
메탄올(methanol)과 메틸렌클로라이드(methylenechloride)가 3:1의 부피비로 혼합된 경우 가장 우수한 단락전류 값(30.43 mA/cm2)과 개방전압(4.9V)을 나타내었다. 다만 메틸렌클로라이드(methylenechloride) 함량이 25vol%를 초과하는 경우 태양전지의 성능이 급격히 하락하는 것으로 확인되었다.
시험예 9
코솔벤트 하에서의 광 전류- 전압 특성
도 11은 다양한 코솔벤트 하에서 제작된 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/DMDCNQI/Al 소자의 광 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 메탄올-메틸클로라이드 코솔벤트 하에서 제작된 소자에서 가장 우수한 단락전류 값을 나타내었고 메탄올-헥산 코솔벤트 하에서 제작된 소자가 가장 낮은 단락전류값을 나타내었다. 이는 메탄올-헥산 코솔벤트 하에서 DMDCNQI가 낮은 용해도를 나타내기 때문이라고 판단된다.
시험예 10
다양한 솔벤트 하에서의 DMDCNQI의 AFM 이미지
필팩터(fill factor)값과 관련된 계면 모폴로지 변화를 관찰하기 위하여 AFM 측정 실험을 수행하였다. 도 12은 P3HT:PCBM 기판 위에 다양한 솔벤트에 의해 코팅된 DMDCNQI의 AFM 이미지(image)를 보여주고 있다. 솔벤트마다 AFM 이미지(image)가 다르게 나타나는 것은 솔벤트의 점성과 증기압이 다르기 때문이고 일반적으로 낮은 점성과 낮은 증기압을 갖는 일반적으로 AFM 이미지(image)상에서 균일한 그레인을 형성한다. 도 12에서 보듯이 메탄올 또는 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트에 의해 코팅된 소자에서 균일한 그레인(grain)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 균일한 그레인은 높은 필팩터 값에 관여하는 바, 메탄올 또는 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트에 의해 코팅된 소자는 고성능의 유기 태양전지를 가능하게 할 것으로 판단된다.
시험예 11
솔벤트 종류에 따른 전하착체화합물 생성
도 13은 다양한 솔벤트를 이용한 DMDCNQI층(onto 알루미늄 기판)의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 12에서 보는 바와 같이 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트 하에서의 DMDCNQI 박막이 가장 우수한 전하착체 효과를 나타내었다.
본 발명의 일실시예에 따라 부피비 3:1의 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트 하에서 디핑(dipping) 프로세스를 이용하여 DMDCNQI를 버퍼층으로 삽입한 태양전지는 최대 광전환효율 4.53%를 나타내었다. 특히 단락전류 값은 30.43mA/cm2 까지 증가하였는데, 이는 DMDCNQI의 우수한 전자 수용 능력과 DMDCNQI 버퍼층이 광활성층과 알루미늄 전극사이의 접촉저항을 감소시켰기 때문이라고 판단된다.
본 발명은 DMDCNQI 버퍼층 삽입을 통해 개방전압, 단락전류, 필팩터(fill factor)의 복합적 향상을 통한 고효율의 유기 태양전지 소자 제작을 가능하게 하고, 공정 비용 절감이라는 측면에서 DMDCNQI의 딥(dip) 코팅 공정을 활용해 완전 용액 공정을 통한 유기 태양전지 소자를 제작을 가능하게 한다. 이 같은 고 효율의 완전 용액 공정 소자는 저온 상압 제작 공정이 가능하고 재료가 저렴하다는 이점으로 대량 생산 및 대형 모듈에 이용할 있으며 첨단의류, 디스플레이, 자동차, 항공/우주 등의 첨단 기술 산업 분야에도 적용 가능하여 새로운 산업의 창출에 크게 기여할 수 있을 것이므로 그 기대 효과는 상당히 높을 것으로 예상된다.
지금까지 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 기판 20 : 양극전극
30 : 광활성층 40 : 버퍼층
50 : 음극전극 60 : 유기-금속화합물층

Claims (17)

  1. 기판 위에 양극전극을 형성하는 단계;
    상기 양극전극 상에 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층을 형성하는 단계;
    상기 광활성층 상에 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계 ; 및
    상기 버퍼층 상에 음극 전극을 형성하는 단계로서, 상기 단계에 의해 상기 버퍼층과 음극전극 사이의 계면에 유기-금속화합물층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00006

    상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 음극전극은 알루미늄, 리튬알루미늄, 구리, 금 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 방법은 상기 금속과 상기 화학식 1의 유기화합물을1 : 2의 조성으로 결합하여 고전도성의 상기 유기-금속화합물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 유기-금속 화합물층은 LiAl(B)2 또는 Al(B)2를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
    여기서 B는 상기 화학식 1의 화합물을 나타냄.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 LiAl(B)2 또는 Al(B)2는 바늘형태의 형상을 가지고 그 길이가 2~5㎛ 인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 유기-금속 화합물층은 두께가 1~10Å인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층을 형성하는 단계는 진공 열증착기를 이용하여 10-6torr 이하의 진공상태에서 열증착하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 버퍼층은 그 두께를 5~35 Å 으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 버퍼층은 증착속도를 0.1~2.5 Å/s 로 하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  10. 1항에 있어서, 상기 버퍼층을 형성하는 단계는 상기 화학식 1의 유기화합물을 용매에 혼합하여 스크린 인쇄법, 프린팅법, 스핀코팅법, 딥핑법(dipping) 및 잉크분사법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 용액공정으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 용매는 메탄올, 부탄올, 프로판올, 아세토니트릴로 및 메탄올-메틸렌클로라이드 코솔벤트(co-solvent)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 용액공정은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 농도를 0.05~1.5mM로 코팅하는 것을 특징으로 하는 것을 유기 태양전지 제조방법.
  13. 기판 위에 형성된 양극전극 ;
    상기 양극전극 상에 형성된 전자수용체와 전자공여체를 갖는 광활성층 ;
    상기 광활성층 상에 형성된 하기 화학식 1로 표현되는 유기화합물을 포함하는 버퍼층 ; 및
    상기 버퍼층 상에 형성된 음극 전극을 포함하되,
    상기 버퍼층과 음극전극 사이의 계면에 형성된 유기-금속화합물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.
    [화학식 1]
    Figure pat00007

    상기 화학식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 H, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C2~C20 직쇄 또는 분쇄 알케닐기, C1~C20 직쇄 또는 분쇄 알키닐기.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 유기-금속화합물층은 상기 금속과 상기 화학식 1의 유기화합물이 1 : 2의 조성으로 결합된 유기-금속화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 유기-금속 화합물은 LiAl(B)2 또는 Al(B)2인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.
    여기서 B는 상기 화학식 1의 화합물을 나타냄.
  16. 15항에 있어서, 상기 LiAl(B)2 또는 Al(B)2는 바늘형태의 형상을 가지고 그 길이가 2~5㎛ 인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 유기-금속 화합물층은 두께가 1~10Å인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.
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