KR20130138486A - Organic solar cell and preparing method of the same - Google Patents

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KR20130138486A
KR20130138486A KR1020120062111A KR20120062111A KR20130138486A KR 20130138486 A KR20130138486 A KR 20130138486A KR 1020120062111 A KR1020120062111 A KR 1020120062111A KR 20120062111 A KR20120062111 A KR 20120062111A KR 20130138486 A KR20130138486 A KR 20130138486A
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Abstract

Disclosed are an organic solar cell, which includes a transparent electrode and a metal electrode facing each other; and a photoelectric transformation layer between the transparent electrode and the metal electrode, wherein the photoelectric transformation layer includes metal nano places scattered in a blend of electron donors and electron acceptors, and a manufacturing method thereof.

Description

유기태양전지 및 그의 제조방법{ORGANIC SOLAR CELL AND PREPARING METHOD OF THE SAME}Organic solar cell and its manufacturing method {ORGANIC SOLAR CELL AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본원은, 유기태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 금속 나노플레이트가 분산되어 있는 광전변환층을 포함하는 유기태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present application relates to an organic solar cell and a method for manufacturing the same, and an organic solar cell including a photoelectric conversion layer in which metal nanoplates are dispersed, and a method for manufacturing the same.

태양전지는 반도체 원리를 기반으로 하는 디바이스로서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 사용된 물질에 따라 실리콘 태양전지와 유기태양전지로 분류가 가능하며, 실리콘 태양전지는 제작 및 공정 단가가 고가이기 때문에 거대 장치산업으로 알려져 있으며, 실리콘의 매장량 또한 제한적이기 때문에 장차 일반적인 응용에 제약을 받고 있다. 반면, 유기태양전지는 디바이스 제작 시 사용되는 비용이 실리콘 태양전지에 비해 현저히 낮을 뿐 아니라, 고가의 특별한 진공 장비 등이 필요하지 않아 제작공정의 용이성, 대면적화, 그리고 상온 공정이 가능하기 때문에 굽힘이나 휨이 가능한 디바이스 제작이 가능하게 된다. 위와 같은 장점 및 장래성 때문에 현재 전 세계적으로 수많은 연구소, 학교, 기업체 등에서 활발히 연구가 진행되고 있다.The solar cell is a device based on the semiconductor principle, and has a characteristic of converting solar energy into electrical energy. Depending on the materials used, it can be classified into silicon solar cell and organic solar cell.Silicone solar cell is known as a big device industry because of its high manufacturing and process cost.Since silicon reserves are limited, it is limited to general application in the future. I am getting it. On the other hand, organic solar cells are not only significantly lower than silicon solar cells, but do not require expensive special vacuum equipment, which makes them easy to fabricate, large area, and room temperature. The device which can bend becomes possible. Due to the above advantages and prospects, research is being actively conducted in numerous research institutes, schools, and corporations around the world.

유기태양전지의 효율을 높이기 위해서 태양광 흡수영역을 늘릴 수 있는 새로운 전도성 고분자 물질의 개발 및 효율적인 디바이스구조의 고안 등이 연구되어 왔는데, 특히 유기태양전지의 광전변환층을 이루고 있는 전자 공여체 (electron donor) 와 전자 수용체 (electron acceptor) 간 적절한 배합(blend)을 사용한 벌크 이종접합 (bulk heterojunction, BHJ) 구조가 태양전지의 광전변환층 내에서 전자-정공 전하를 생성할 수 있는 계면의 면적 (interfacial contact area)이 넓기 때문에 가장 우수한 구조로 알려져 있다. 상대적으로 전자 공여체 (하부) 층과 전자 수용체 (상부) 층 만으로 이루어진 이중층 (bilayer) 구조가 있는데, 이는 두 층 간의 계면적이 벌크 이종접합 구조에 비해 작고 접합계면이 늘어나는 단점이 존재하여 광전변환층 내부에서 전자-정공의 전하 생성이 벌크 이종접합 구조에 비해 낮아져 태양전지의 효율이 떨어지는 단점이 있다.In order to increase the efficiency of organic solar cells, researches have been made on the development of new conductive polymer materials capable of increasing the solar absorption region and the design of efficient device structures. In particular, the electron donor forming the photoelectric conversion layer of the organic solar cell has been studied. Bulk heterojunction (BHJ) structure using an appropriate blend between the electron acceptor and the electron acceptor allows the interfacial contact to generate electron-hole charges in the photovoltaic layer of the solar cell. It is known as the best structure because of its large area. There is a bilayer structure consisting of only the electron donor (bottom) layer and the electron acceptor (top) layer, which has a disadvantage that the interfacial area between the two layers is smaller than that of the bulk heterojunction structure and the bonding interface is increased. In the electron-hole charge generation is lower than the bulk heterojunction structure has a disadvantage in that the efficiency of the solar cell is reduced.

태양 빛을 받은 벌크 이종접합 구조는 광전변환층 내의 전자 공여체에서 형성된 전자와 정공 쌍인 여기자 (exciton)가 이동할 수 있는 확산거리가 광전변환층 안에서 10 nm 수준 밖에 되지 않기 때문에, 보통 이 거리 이내에서 전자 공여체와 전자 수용체의 계면까지 도달하지 못할 경우 다시 재결합 (recombination) 되어 소멸하는 문제가 존재한다. 따라서 이러한 재결합현상을 극복하고, 효율적인 전자 공여체/전자 수용체 구조를 제작하기 위해서는 광전변환층 내에서의 광 흡수량을 증가시킬 수 있는 새로운 물질의 합성 및 증가 방안에 대한 연구, 전자 공여체/전자 수용체 혼합물간 조성 변화, 스핀 코팅시 공정조건의 최적화, 열처리 (annealing) 환경변화, 용매조건 최적화 등이 요구된다. The bulk heterojunction structure, which receives solar light, usually has electrons within this distance because the diffusion distance between the electrons formed in the electron donor in the photoconversion layer and the exciton, the hole pair, can travel only 10 nm in the photoconversion layer. If the interface between the donor and the electron acceptor is not reached, there is a problem of recombination and extinction. Therefore, in order to overcome this recombination phenomenon and to manufacture an efficient electron donor / electron acceptor structure, a study on the synthesis and increase of new materials that can increase the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer, and between the electron donor / electron acceptor mixture Changes in composition, optimization of process conditions during spin coating, change of annealing environment, and optimization of solvent conditions are required.

태양전지의 구동상 전자 공여체와 전자 수용체의 계면에서 전자와 정공으로 분리된 후에 두 전하는 각각 음전극인 투명 전극과 양전극인 금속 전극으로 이동하게 된다. 일반적인 전자 공여체/전자 수용체 구조는 보통 바다-섬 (sea and island) 형태로 상이 분리되어 있는데, 태양전지의 원활한 구동을 위해서는 광전변환층 내부가 동시-연속 (co-continuous) 구조를 가져 전자 공여체는 음전극과 연결이 되어야 하고, 전자 수용체는 양전극과 닿아 있어야 한다. After being separated into electrons and holes at the interface between the electron donor and the electron acceptor in the solar cell, the two charges move to the transparent electrode, which is the negative electrode, and the metal electrode, which is the positive electrode, respectively. In general, the electron donor / electron acceptor structure is usually phase-separated in the form of a sea and island. For the smooth operation of the solar cell, the electron donor has a co-continuous structure inside the photoelectric conversion layer. The negative electrode must be connected, and the electron acceptor must be in contact with the positive electrode.

예를 들어, 태양전지의 투명 전극에 30 nm 이하의 사이즈를 갖는 금속 나노 막대 (nano-rod)를 열화 변형 (thermally transformed) 방법으로 적층 (layer-by-layer deposition) 시켜 효율적인 전하 이동 (charge transfer) 및 효율을 높이는 방법도 제안되었다 [J. H. Lee., Org. Electron. 10:416-420, 2009]. 그러나, 상기 종래 방법은 금속 나노입자를 태양전지의 투명 전극에 도입하는 과정의 어려움이 존재하며, 고온 증착 공정이 필수적이기 때문에 비용상의 문제가 심각하며, 작은 금속막대의 경우 및 한가지 고분자 물질의 경우로 국한되어 있다.For example, efficient charge transfer is possible by layer-by-layer deposition of metal nanorods having a size of 30 nm or less on a transparent electrode of a solar cell by thermally transformed methods. ) And a method of increasing the efficiency [J. H. Lee., Org. Electron. 10: 416-420, 2009. However, the conventional method has a difficulty in introducing the metal nanoparticles into the transparent electrode of the solar cell, the cost problem is serious because the high temperature deposition process is essential, the case of a small metal rod and one polymer material It is limited to

이와 같이 유기태양전지의 효율을 결정하는 변수는 굉장히 많지만, 기본적으로 유기태양전지의 효율을 높이기 위해서는 광전변환층 내의 광흡수 양을 처음부터 늘려주어 생성되는 전하의 양을 증가시키거나, 생성된 전하를 각 전극까지 효율적으로 이동시키는 것이 중요하다.As such, there are many variables that determine the efficiency of the organic solar cell, but basically, in order to increase the efficiency of the organic solar cell, the amount of charge generated is increased by increasing the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer from the beginning or the generated charge. It is important to efficiently move N to each electrode.

본원은, 서로 대향 배치되는 투명 전극과 금속 전극; 및 상기 투명 전극과 상기 금속 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하며, 상기 광전변환층은 전자 공여체 (electron donor)와 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드 (blend) 내에 분산된 금속 나노플레이트를 포함하는 것인, 유기태양전지를 제공하고자 한다.The present application, a transparent electrode and a metal electrode disposed opposite each other; And a photoelectric conversion layer positioned between the transparent electrode and the metal electrode, wherein the photoelectric conversion layer includes a metal nanoplate dispersed in a blend of an electron donor and an electron acceptor. That is, to provide an organic solar cell.

또한, 본원은, 투명 기판 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 상기 투명 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계; 및 상기 광전변환층 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 광전변환층은 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액에 금속 나노플레이트를 혼합하여 분산시켜 제조되는 것인, 유기태양전지의 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention, forming a transparent electrode on a transparent substrate; Forming a photoelectric conversion layer on the transparent electrode; And forming a metal electrode on the photoelectric conversion layer, wherein the photoelectric conversion layer is prepared by mixing and dispersing a metal nanoplate in a solution including an electron donor and an electron acceptor. To provide a method.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems described above, and other problems not described can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 서로 대향 배치되는 투명 전극과 금속 전극; 및 상기 투명 전극과 상기 금속 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하며, 상기 광전변환층은 전자 공여체 (electron donor)와 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드 (blend) 내에 분산된 금속 나노플레이트를 포함하는 것인, 유기태양전지를 제공할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The first aspect of the present application, a transparent electrode and a metal electrode disposed opposite each other; And a photoelectric conversion layer positioned between the transparent electrode and the metal electrode, wherein the photoelectric conversion layer includes a metal nanoplate dispersed in a blend of an electron donor and an electron acceptor. That is, to provide an organic solar cell, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 공여체 (electron donor)는 전도성 유기 고분자를 포함하고, 상기 전자 수용체 (electron acceptor)는 풀러렌 (fullerene)계 화합물, 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노플레이트를 포함하는 것이며, 상기 전도성 유기 고분자와 상기 풀러렌계 화합물, 상기 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노플레이트는 벌크 이종접합 (bulk heterojunction = BHJ)을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the electron donor includes a conductive organic polymer, and the electron acceptor includes a fullerene compound, a perylene compound, or a semiconductor nanoplate. The conductive organic polymer and the fullerene-based compound, the perylene-based compound, or the semiconductor nanoplate may be bulk heterojunctions (BHJ), but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 유기 고분자는 비결정성 (amorphous) 유기 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the conductive organic polymer may include an amorphous organic polymer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal nanoplate is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), zinc ( Zn), iron (Fe), and may include a metal selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 은(Ag) 나노플레이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal nanoplate may include silver (Ag) nanoplates, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트의 두께가 약 200 nm 내지 약 500 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thickness of the metal nanoplate may be about 200 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 유기 고분자는, 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리(N-9"-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3')-벤조타이아다이아졸) {poly(N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, 폴리[(4, 4'-비스(2-에틸헥실)디티에노[3,2-b:2',3'-d]실롤)-2,6-디일-알트-(4,7-비스(2-티에닐)-2,1,3-벤조타이다이아졸)-5,5'-디일 {poly[(4, 4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conductive organic polymer is poly-3-hexylthiophene (poly-3-hexylthiophene = P3HT), poly (N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole- Alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) {poly (N-9 "-hepta-decanyl-2, 7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, poly [(4,4'-bis (2 -Ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silol) -2,6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1, 3-benzotaidiazole) -5,5'-diyl {poly [(4,4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2, 6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, and combinations thereof It may include, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 풀러렌계 화합물은 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester = PC60BM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester = PC70BM], (6,6)-페닐-C77-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C77-butyric acid methyl ester = PC76BM], (6,6)-페닐-C79-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C79-butyric acid methyl ester = PC78BM], (6,6)-페닐-C81-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C81-butyric acid methyl ester = PC80BM], (6,6)-페닐-C83-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C83-butyric acid methyl ester = PC82BM], (6,6)-페닐-C85-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C85-butyric acid methyl ester = PC84BM], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the fullerene compound is (6,6) -phenyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester = PC 60 BM] , (6,6) -phenyl -C 71 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester = PC 70 BM], (6,6) - phenyl -C 77 - Butyric acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 77 -butyric acid methyl ester = PC 76 BM], (6,6) -phenyl-C 79 -butyric acid methyl ester [(6,6)- phenyl-C 79 -butyric acid methyl ester = PC 78 BM], (6,6) - phenyl -C 81 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 81 -butyric acid methyl ester = PC 80 BM], (6,6) - phenyl -C 83 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 83 -butyric acid methyl ester = PC 82 BM], (6,6) - phenyl -C 85-butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 85 -butyric acid methyl ester = PC 84 BM], and, but could be to include those selected from the group consisting of the combinations thereof, whereby the It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 20 중량% 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the metal nanoplate may be 20 wt% or less with respect to the total weight of the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 5 중량% 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the metal nanoplate may be 5 wt% or less with respect to the total weight of the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 정공 수송층과, 상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 전자 수송층을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, a hole transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, and may further include an electron transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전변환층은 약 10 nm 내지 약 200 nm 두께의 박막 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present application, the photoelectric conversion layer may be in the form of a thin film having a thickness of about 10 nm to about 200 nm, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 투명 기판 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 상기 투명 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계; 및 상기 광전변환층 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 광전변환층은 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액에 금속 나노플레이트를 혼합하여 분산시켜 제조되는 것인, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 유기태양전지의 제조방법을 제공한다.A second aspect of the present invention, forming a transparent electrode on a transparent substrate; Forming a photoelectric conversion layer on the transparent electrode; And forming a metal electrode on the photoelectric conversion layer, wherein the photoelectric conversion layer is prepared by mixing and dispersing a metal nanoplate in a solution including an electron donor and an electron acceptor. It provides a method of manufacturing an organic solar cell according to the side.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 유기 고분자는 비결정성 (amorphous) 유기 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the conductive organic polymer may include an amorphous organic polymer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 금속 나노플레이트는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the metal nanoplate is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) ), Iron (Fe), and combinations thereof may include metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 플레이트는 은(Ag) 나노플레이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the metal plate may include silver (Ag) nanoplates, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 금속 나노플레이트의 두께가 약 200 nm 내지 약 500 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thickness of the metal nanoplate may be about 200 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 공여체 (electron donor)는 전도성 유기 고분자를 포함하고, 상기 전자 수용체 (electron acceptor)는 풀러렌 (fullerene)계 화합물, 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노플레이트를 포함하는 것이며, 상기 전도성 유기 고분자와 상기 풀러렌계 화합물, 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노플레이트는 벌크 이종접합 (bulk heterojunction = BHJ)을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the electron donor includes a conductive organic polymer, and the electron acceptor includes a fullerene compound, a perylene compound, or a semiconductor nanoplate. The conductive organic polymer and the fullerene-based compound, the perylene-based compound, or the semiconducting nanoplate may be bulk heterojunctions (BHJ), but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 유기 고분자는 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리(N-9"-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3')-벤조타이아다이아졸) {poly(N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, 폴리[(4, 4'-비스(2-에틸헥실)디티에노[3,2-b:2',3'-d]실롤)-2,6-디일-알트-(4,7-비스(2-티에닐)-2,1,3-벤조타이다이아졸)-5,5'-디일 {poly[(4, 4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conductive organic polymer is poly-3-hexylthiophene (poly-3-hexylthiophene = P3HT), poly (N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt -5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) {poly (N-9 "-hepta-decanyl-2,7 -carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, poly [(4,4'-bis (2- Ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silol) -2,6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3 -Benzotadiazole) -5,5'-diyl {poly [(4,4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2,6 -diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, and combinations thereof It may be included, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 풀러렌계 화합물은 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester = PC60BM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester = PC70BM], (6,6)-페닐-C77-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C77-butyric acid methyl ester = PC76BM], (6,6)-페닐-C79-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C79-butyric acid methyl ester = PC78BM], (6,6)-페닐-C81-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C81-butyric acid methyl ester = PC80BM], (6,6)-페닐-C83-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C83-butyric acid methyl ester = PC82BM], (6,6)-페닐-C85-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C85-butyric acid methyl ester = PC84BM], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the fullerene compound is (6,6) -phenyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester = PC 60 BM] , (6,6) -phenyl -C 71 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester = PC 70 BM], (6,6) - phenyl -C 77 - Butyric acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 77 -butyric acid methyl ester = PC 76 BM], (6,6) -phenyl-C 79 -butyric acid methyl ester [(6,6)- phenyl-C 79 -butyric acid methyl ester = PC 78 BM], (6,6) - phenyl -C 81 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 81 -butyric acid methyl ester = PC 80 BM], (6,6) - phenyl -C 83 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 83 -butyric acid methyl ester = PC 82 BM], (6,6) - phenyl -C 85-butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 85 -butyric acid methyl ester = PC 84 BM], and, but could be to include those selected from the group consisting of the combinations thereof, whereby the It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 약 20 중량% 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the metal nanoplate may be about 20 wt% or less with respect to the total weight of the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 약 5 중량% 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the metal nanoplate may be about 5 wt% or less with respect to the total weight of the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전변환층은 약 10 nm 내지 약 200 nm 두께의 박막 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoelectric conversion layer may be in the form of a thin film having a thickness of about 10 nm to about 200 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 정공 수송층과, 상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 전자 수송층을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, a hole transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, and may further include an electron transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액은 용매로서 상기 전자 공여체와 전자 수용체를 모두 용해할 수 있는 것이면 특별히 제한이 없으며, 예를 들어, 클로로벤젠 (chlorobenzene), 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 클로로포름(chloroform) , 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메틸 아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc), 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide; DMF), 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxise; DMSO), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 n-프로필 케톤(methyl n-propyl ketone), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 프로필렌 카보네이트(propylene carbornate), 니트로메탄(nitromethane), 설포란(sulforane), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphophoramide; HMP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solution including the electron donor and the electron acceptor is not particularly limited as long as it can dissolve both the electron donor and the electron acceptor as a solvent, for example, chlorobenzene, 1 1,2-dichlorobenzene, chloroform, acetone, acetonitrile, dimethylacetamide (DMAc), dimethyl formamide (DMF), dimethyl sulfoxide Dimethyl sulfoxise (DMSO), methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, N-methylpyrrolidone (NMP), propylene carbonate (propylene carbornate) It may include one or more selected from the group consisting of nitromethane, sulforane, ethylene glycol and hexamethylphophoramide (HMP). However, it is not limited thereto.

본원에 의하여, 금속 나노플레이트가 함유된 광전변환층을 포함하는 유기태양전지는, 상기 금속 나노플레이트에 의하여 하기의 효과를 가질 수 있다.According to the present application, an organic solar cell including a photoelectric conversion layer containing a metal nanoplate may have the following effects by the metal nanoplate.

구체적으로, 상기 금속 나노플레이트가 광전변환층 내에서 빛을 반사하거나 산란시켜, 빛의 이동경로를 증가시키고, 이는 광전변환층의 자외선 및 가시광선 흡수의 증가를 야기시킨다. 또한, 상기 금속 나노플레이트는 표면 플라즈몬 효과를 가지고 있다. 게다가, 상기 금속 나노플레이트가 광전변환층에 포함되게 되면, 전자 및 정공 전달 특성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 양 전극으로의 전기전도도가 증가한다. 또한, 상기 금속 나노플레이트의 두께가 약 200 nm 내지 약 500 nm인 크기를 가지게 되면, 금속 나노입자에 비해, 산란효과가 증가하고 광전변환층과 금속입자간 계면의 면적이 줄어들어, 보다 우수한 전하 전달 특성이 나타날 수 있다. 즉, 외부 양자 효율 (External quantum efficiency)이 증가한다. 나노플레이트의 산란 효과는 광학적 경로의 길이를 증가시키는데, 이는 전자-정공 쌍들(electron-hole pairs)의 생성을 증가시킬 수 있고. BHJ 활성 필름 내에서 광학적 경로 길이가 효율적인 분산 및 광-트랩핑에 의해 증가되었기 때문에, 활성층이 광 흡수가 향상된다는 사실에 기인한다. 결과적으로, 금속 나노플레이트가 광전변환층에 함유되면, 유기태양전지의 효율이 증가한다. Specifically, the metal nanoplates reflect or scatter light in the photoelectric conversion layer, thereby increasing the light path, which causes an increase in ultraviolet and visible light absorption of the photoelectric conversion layer. In addition, the metal nanoplate has a surface plasmon effect. In addition, when the metal nanoplate is included in the photoelectric conversion layer, it is possible to improve electron and hole transfer characteristics, and consequently, the electrical conductivity to both electrodes is increased. In addition, when the thickness of the metal nanoplate has a size of about 200 nm to about 500 nm, compared with the metal nanoparticles, the scattering effect is increased and the area of the interface between the photoelectric conversion layer and the metal particles is reduced, resulting in better charge transfer. Characteristics may appear. In other words, the external quantum efficiency is increased. The scattering effect of the nanoplates increases the length of the optical path, which can increase the generation of electron-hole pairs. Due to the fact that the optical path length within the BHJ active film has been increased by efficient dispersion and light-trapping, the active layer is due to the improved light absorption. As a result, when the metal nanoplate is contained in the photoelectric conversion layer, the efficiency of the organic solar cell increases.

또한 본원은, 광전변환층에 사용되는 전자 공여체인 결정형 P3HT 유기 고분자 및 비결정형 유기 고분자인 PCDTBT에 각각 상기 본원에 따른 금속 나노플레이트를 도입하여 유기태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, the present application may improve the efficiency of the organic solar cell by introducing the metal nanoplate according to the present application to the crystalline P3HT organic polymer which is an electron donor used in the photoelectric conversion layer and PCDTBT which is an amorphous organic polymer, respectively.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지의 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지의 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서 유기태양전지의 두 개의 다른 Ag 물질을 갖는 디바이스의 모형도와 전자 공여체와 전자 수용체의 화학 구조도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서 (a) Ag NPs, 및 (b) Ag 나노플레이트의 SEM 이미지이고, 각 삽도는 에탄올 용매 중에 분산된 Ag 물질을 나타낸 것이다 (Ag NPs : 암녹색 ; Ag 나노플레이트 : 연회색). (c) Ag NPs, 및 Ag 나노플레이트의 자외선-가시광선 흡광도 스펙트럼으로, 합성된 Ag NPs이 420 nm 부근의 최대 흡광도 피크를 가지고, 나노플레이트는 400 nm 내지 800 nm의 매우 넓은 범위의 피크를 확인할 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 있어서 0.5 중량% 비율을 가지는 Ag 나노 플레이트의 도 5a는 SEM 이미지이고, 도 5b는 EDS 그래프를 나타낸 분석이미지이다(상기 EDS 분석은 플레이트의 형태는 Ag 원소로 구성된다는 것을 나타낸다).
도 6은 본원의 일 실시예에 있어서 (a) Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ, 0.5 중량% 비율의 Ag NPs를 포함한 BHJ, 및 0.5 중량% 비율의 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ를 이용한 디바이스의 J-V 곡선, (b) 암 전류에서 Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ, 및 Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 BHJ를 이용한 디바이스의 J-V 곡선, (c) 파장(nm)의 함수로서 Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ, Ag NPs(0.5 중량%)를 포함한 BHJ, 및 Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 BHJ의 확산 반사 스펙트럼, (d) 0.5 중량% 비율에 대해 Ag NPs를 포함한 BHJ 및 나노플레이트를 포함한 BHJ를 이용한 디바이스의 J-V 곡선을 나타낸 것이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 있어서 Ag을 포함하지 않는 BHJ(기준 디바이스), Ag NPs 을 포함한 BHJ, 및 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 의 평균 P3HT/PC71BM 디바이스 효율을 나타낸 것이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 있어서 (a) Ag을 포함하지 않는 P3HT/PCBM BHJ, 및 Ag 나노입자를 포함한 BHJ, (b) Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC61BM BHJ 및 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ를 이용한 디바이스(예비시험)의 J-V 곡선을 나타낸 것이다. 상기 결과는 P3HT/PCBM 및 Ag 물질(Ag 나노입자 및 Ag 나노플레이트)의 여러 중량 비율에 따라 결정된다. 하기의 표는 Ag 나노물질을 포함한 또는 포함하지 않는 P3HT/PCBM BHJ 태양전지의 Voc, Jsc, FF, 및 Eff.(%) 값들을 나타낸 것이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 있어서 (a) Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ, 및 (b) Ag NPs (0.5 중량%)을 포함한 BHJ의 활성층의 SEM 이미지이고; Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 BHJ의 (c) 저해상도 SEM 이미지 및 (d) 고해상도 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 있어서 Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ (a) 및 Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 BHJ (b)의 AFM 2D 이미지이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 있어서 Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ 필름 및 Ag 나노입자(0.5 중량%) 또는 Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 BHJ 필름의 파장의 함수로서 자외선-가시광선 스펙트럼이다.
도 12는 본원의 일 실시예에 있어서 Ag을 포함하지 않는 BHJ (기준 디바이스), Ag NPs을 포함한 BHJ, 및 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ의 평균 PCDTBT/PC71BM 디바이스 효율을 나타낸 것이다.
도 13은 본원의 일 실시예에 있어서 활성층의 두께 100 nm 내지 200 nm의 함수로서 Ag을 포함하지 않는 PCDTBT/PC71BM BHJ, Ag NPs를 포함한 BHJ, 및 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ를 이용하여 제조된 태양전지 디바이스의 결과들로서, 도 13a 내지 도 13d는 각각 활성층 두께(active layer thickness)에 대한 (a) PCE (%), (b) V oc (V), (c)J sc (mA/cm2), 및 (d) FF (%)로 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram of an organic solar cell according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a flowchart of a method of manufacturing an organic solar cell according to one embodiment of the present application.
FIG. 3 is a schematic diagram of a device having two different Ag materials of an organic solar cell and a chemical structure diagram of an electron donor and an electron acceptor in an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is an SEM image of (a) Ag NPs, and (b) Ag nanoplates in one embodiment of the present application, each inset shows Ag material dispersed in ethanol solvent (Ag NPs: dark green; Ag nanoplates) : Light gray). (c) Ag NPs, and ultraviolet-visible absorbance spectra of Ag nanoplates, show that the synthesized Ag NPs have a maximum absorbance peak around 420 nm, and the nanoplates identify a very wide range of peaks from 400 nm to 800 nm. Can be.
FIG. 5 is an SEM image of an Ag nanoplate having a proportion of 0.5 wt% according to one embodiment of the present application. FIG. 5A is an SEM image, and FIG. 5B is an analysis image showing an EDS graph. To be used).
FIG. 6 shows (a) P3HT / PC 71 BM BHJ without Ag, BHJ with 0.5 wt% Ag NPs, and BHJ with 0.5 wt% Ag nanoplate in one embodiment of the present disclosure. JV curve of the device, (b) P3HT / PC 71 BM BHJ free of Ag at dark current, and JV curve of the device using BHJ containing Ag nanoplates (0.5 wt.%), (C) of wavelength (nm) Diffuse reflection spectra of P3HT / PC 71 BM BHJ without Ag as a function, BHJ with Ag NPs (0.5 wt%), and BHJ with Ag nanoplates (0.5 wt%), (d) at 0.5 wt% ratio JV curves of the device using BHJ containing Ag NPs and BHJ containing nanoplates.
FIG. 7 shows the average P3HT / PC 71 BM device efficiency of BHJ (reference device) without Ag, BHJ with Ag NPs, and BHJ with Ag nanoplates in one embodiment of the present disclosure.
FIG. 8 shows (a) P3HT / PCBM BHJ without Ag, and BHJ with Ag nanoparticles, (b) P3HT / PC 61 BM BHJ without Ag and Ag nanoplates in one embodiment of the present disclosure JV curve of the device (preliminary test) using the included BHJ is shown. The results are determined according to different weight ratios of P3HT / PCBM and Ag materials (Ag nanoparticles and Ag nanoplates). The table below shows the V oc , J sc , FF, and Eff. (%) Values of P3HT / PCBM BHJ solar cells with or without Ag nanomaterials.
FIG. 9 is an SEM image of an active layer of BHJ comprising (a) P3HT / PC 71 BM BHJ without Ag, and (b) Ag NPs (0.5 wt.%) In one embodiment of the present application; (C) Low resolution SEM images of BHJ including Ag nanoplates (0.5 wt.%) And (d) high resolution SEM images.
FIG. 10 is an AFM 2D image of BHJ (b) comprising P3HT / PC 71 BM BHJ (a) and Ag nanoplates (0.5 wt%) without Ag in one embodiment of the present disclosure.
FIG. 11 shows ultraviolet light as a function of wavelength of a P3HT / PC 71 BM BHJ film containing no Ag and a BHJ film containing Ag nanoparticles (0.5 wt%) or Ag nanoplates (0.5 wt%) in one embodiment of the present disclosure. Visible light spectrum.
FIG. 12 shows the average PCDTBT / PC 71 BM device efficiencies of BHJ (reference device) without Ag, BHJ with Ag NPs, and BHJ with Ag nanoplates in one embodiment of the present disclosure.
FIG. 13 is prepared using PCDTBT / PC 71 BM BHJ without Ag, BHJ with Ag NPs, and BHJ with Ag nanoplates in one embodiment of the present application as a function of 100 nm to 200 nm thick of the active layer. As a result of the solar cell device described above, FIGS. 13A-13D show (a) PCE (%), (b) V oc for the active layer thickness, respectively. (V), (c) J sc (mA / cm 2 ), and (d) FF (%).

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 디바이스를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another device in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, "BHJ w Ag Plate" 및 "BHJ w Ag NPs"로 사용되는 용어는 각각 "Ag 플레이트를 포함한 BHJ" 및 "Ag 나노입자(NPs)를 포함한 BHJ"를 의미하며, 도면, 표 및 명세서 전체에 있어서 이와 유사한 부호를 이용하여 표시하였다.
Throughout this specification, the terms used as "BHJ w Ag Plate" and "BHJ w Ag NPs" mean "BHJ with Ag plate" and "BHJ with Ag nanoparticles (NPs), respectively, and a drawing, a table. And like numerals throughout the specification.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지는 서로 대향 배치되는 투명 전극(110)과 금속 전극(150); 및 상기 투명 전극(110)과 상기 금속 전극(150) 사이에 위치하는 광전변환층(130)을 포함하며, 상기 광전변환층은 전자 공여체 (electron donor)와 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드 (blend) 내에 분산된 금속 나노플레이트를 포함하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.As shown in FIG. 1, an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes a transparent electrode 110 and a metal electrode 150 disposed to face each other; And a photoelectric conversion layer 130 positioned between the transparent electrode 110 and the metal electrode 150, wherein the photoelectric conversion layer is a blend of an electron donor and an electron acceptor. It includes, but is not limited to, metal nanoplates dispersed within.

도 1에서, 상기 투명 전극(110)은 유리 또는 플라스틱 투명 기재 상에 형성된 투명 전도성 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 투명 전도성 금속 산화물은 낮은 일함수를 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 인듐틴산화물(indium tin oxide, ITO), 플루오르틴산화물(fluorine tin oxide, FTO), 인듐아연산화물(indium zinc oxide, IZO), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3) 등의 투명한 전도성 금속의 산화물을 함유하여 광이 입사될 수 있다. 상기 투명전극 형성물질로서 보다 바람직하게는 전도성, 투명성 및 내열성이 우수한 SnO2 또는 비용면에서 저렴한 ITO를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 투명 전극(110)으로서, ITO 유리 기판 (Indium tin oxide glass substrate) 또는 FTO 유리 기판 (Fluorine-doped tin oxide glass substrate)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In FIG. 1, the transparent electrode 110 may include a transparent conductive metal oxide formed on a glass or plastic transparent substrate, but is not limited thereto. The transparent conductive metal oxide may include a material having a low work function, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), indium zinc oxide (indium zinc oxide) light may be incident by containing an oxide of a transparent conductive metal such as oxide, IZO), ZnO- (Ga 2 O 3 or Al 2 O 3 ). As the transparent electrode forming material, SnO 2 having excellent conductivity, transparency and heat resistance, or ITO, which is inexpensive in terms of cost, may be used. For example, an ITO glass substrate or an FTO glass substrate may be used as the transparent electrode 110, but is not limited thereto.

상기 플라스틱 기판으로서, 폴리에테르설폰 (polyethersulfone = PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate = PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate = PEN), 폴리이미드 (polyimide = PI), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone = PEEK), 폴리노보넨 (polynorbonene = PNR), 폴리카보네이트 (polycarbonate = PC), 폴리아릴레이트 (polyarylate = PAR), 폴리에테르이미드 (polyetherimide = PEI), 폴리아미드이미드 (polyamideimide = PAI), 폴리아미드 (polyamide = PA), 및 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide = PPS)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As the plastic substrate, polyethersulfone (polyethersulfone = PES), polyethylene terephthalate (polyethyleneterephthalate = PET), polyethylenenaphthalate (polyethylenenaphthalate = PEN), polyimide (polyimide = PI), polyetheretherketone (PEEK), Polynorbonene (polynorbonene = PNR), polycarbonate (polycarbonate = PC), polyarylate (polyarylate = PAR), polyetherimide = PEI, polyamideimide = PAI, polyamide (polyamide = PA ), And polyphenylene sulfide (PPS) may be used, but is not limited thereto.

상기 광전변환층(130)은 상기 전자 공여체와 상기 전자 수용체의 블렌드 내에 분산된 금속 나노플레이트를 포함하며, 상기 전자 공여체와 상기 전자 수용체가 무작위 (random)로 혼합되어 형성되는 벌크 이종접합 (bulk heterojunction, BHJ)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The photoelectric conversion layer 130 includes a metal nanoplate dispersed in a blend of the electron donor and the electron acceptor, and a bulk heterojunction is formed by randomly mixing the electron donor and the electron acceptor. , BHJ), but is not limited thereto.

상기 전자 공여체는 전도성 유기 고분자를 포함하며, 예를 들어, 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리(N-9"-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3')-벤조타이아다이아졸) {poly(N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, 폴리[(4, 4'-비스(2-에틸헥실)디티에노[3,2-b:2',3'-d]실롤)-2,6-디일-알트-(4,7-비스(2-티에닐)-2,1,3-벤조타이다이아졸)-5,5'-디일 {poly[(4, 4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 유기 고분자는 비결정성 (amorphous) 유기 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 비결정성 전도성 유기 고분자는 PCDTBT, 또는 Si-PCPDTBT를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electron donor comprises a conductive organic polymer, for example poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly (N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole -Alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) {poly (N-9 "-hepta-decanyl-2 , 7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2', 1 ', 3')-benzothiadiazole) = PCDTBT}, poly [(4,4'-bis ( 2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silol) -2,6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1 , 3-benzotaidiazole) -5,5'-diyl {poly [(4, 4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -2 , 6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl = Si-PCPDTBT}, and combinations thereof It includes, but is not limited to. In one embodiment, the conductive organic polymer may include an amorphous organic polymer, but is not limited thereto. For example, the amorphous conductive organic polymer may include PCDTBT or Si-PCPDTBT, but is not limited thereto.

상기 전자 수용체는, 풀러렌 (fullerene)계 화합물, 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노입자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 풀러렌계 화합물은 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester = PC60BM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester = PC70BM], (6,6)-페닐-C77-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C77-butyric acid methyl ester = PC76BM], (6,6)-페닐-C79-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C79-butyric acid methyl ester = PC78BM], (6,6)-페닐-C81-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C81-butyric acid methyl ester = PC80BM], (6,6)-페닐-C83-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C83-butyric acid methyl ester = PC82BM], (6,6)-페닐-C85-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C85-butyric acid methyl ester = PC84BM], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 반도체성 나노플레이트는 CdTe, CdTe 등과 같은 반도체성 나노플레이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electron acceptor may include, but is not limited to, a fullerene-based compound, a perylene-based compound, or semiconducting nanoparticles. The fullerene-based compound (6,6) -phenyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester = PC 60 BM], (6,6) - phenyl -C 71 -butyric acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester = PC 70 BM], (6,6) -phenyl-C 77 -butyric acid methyl ester [(6 , 6) -phenyl-C 77 -butyric acid methyl ester = PC 76 BM], (6,6) - phenyl -C 79 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 79 -butyric acid methyl ester = PC 78 BM], ( 6,6) - phenyl -C 81 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 81 -butyric acid methyl ester = PC 80 BM], (6,6) -phenyl -C 83 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 83 -butyric acid methyl ester = PC 82 BM], (6,6) - 85 -C-phenyl-butyric rigs Acid methyl ester [ (6,6) -phenyl-C 85 -butyric acid methyl ester = PC 84 BM], and combinations thereof, but is not limited thereto. The semiconducting nanoplate may include a semiconducting nanoplate such as CdTe, CdTe, etc., but is not limited thereto.

상기 금속 나노플레이트는, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 구현예에 있어서, 상기 금속 나노플레이트는 은(Ag) 나노플레이트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The metal nanoplate is, for example, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), Iron (Fe), and may be a metal selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto. In another embodiment, the metal nanoplate may include silver (Ag) nanoplates, but is not limited thereto.

상기 금속 나노플레이트의 두께가 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 450 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 약 250 nm 내지 약 500 nm, 약 250 nm 내지 약 450 nm, 약 200 nm 내지 400 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 450 nm, 또는 약 300 nm 내지 400 nm 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 구현예에 있어서, 상기 금속 나노플레이트가 나노 입자에 비해 활성층과 나노플레이트들 간의 접촉 표면적이 증가하기 때문에 유기태양전지의 활성층에서 산란효과가 금속을 포함하지 않거나 금속 나노입자인 경우에 비해 우수하다. 예를 들어, 상기 크기 범위를 가지는 은 나노플레이트의 경우 우수한 전자 전도도(electron conductor)를 가질 수 있어, 이러한 금속 나노플레이트가 활성층에 도입된 태양전지의 경우 향상된 전하 이동 특성 (charge transporting property)를 가져오게 되어 광전변환 효율이 증가하게 된다. The metal nanoplates have a thickness of about 200 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 450 nm, about 200 nm to about 400 nm, about 250 nm to about 500 nm, about 250 nm to about 450 nm, about 200 nm To 400 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 450 nm, or about 300 nm to 400 nm, but is not limited thereto. In the exemplary embodiment of the present invention, since the contact surface area between the active layer and the nanoplates is increased compared to the nanoparticles, the scattering effect in the active layer of the organic solar cell is superior to the case of not containing metal or the metal nanoparticles. Do. For example, silver nanoplates having the size range may have excellent electron conductors, and thus, in the case of solar cells in which the metal nanoplates are introduced into the active layer, they have improved charge transporting properties. The photoelectric conversion efficiency is increased.

본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 금속 나노플레이트로서 은 나노플레이트를 광전변환층에 첨가한 경우의 은 나노플레이트의 두께가 약 200 nm 내지 500 nm일 때, 상기 유기태양전지의 효율 향상이 가장 현저하게 나타나지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present application, when the silver nanoplate thickness is about 200 nm to 500 nm when the silver nanoplate is added to the photoelectric conversion layer as the metal nanoplate, the efficiency improvement of the organic solar cell is most remarkable. Appears, but is not limited thereto.

상기 금속 나노플레이트의 함량은 상기 전자 공여체와 상기 전자 수용체의 총중량에 대하여 약 20 중량% 이하, 약 15 중량% 이하, 약 10 중량% 이하, 약 5 중량% 이하, 또는 약 1 중량%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The content of the metal nanoplate may be about 20 wt% or less, about 15 wt% or less, about 10 wt% or less, about 5 wt% or less, or about 1 wt% based on the total weight of the electron donor and the electron acceptor. However, the present invention is not limited thereto.

상기 유기태양전지는 상기 투명 전극(110)과 상기 광전변환층(130) 사이에 형성된 정공 수송층(120)과, 상기 광전변환층(130)과 상기 금속 전극(150) 사이에 형성된 전자 수송층(140)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The organic solar cell includes a hole transport layer 120 formed between the transparent electrode 110 and the photoelectric conversion layer 130, and an electron transport layer 140 formed between the photoelectric conversion layer 130 and the metal electrode 150. ) May be additionally included, but is not limited thereto.

상기 정공 수송층(120)은 고분자 분산액을 이용하여 스핀코팅, 딥코팅, 랭미어-블로짓, 스크린프린팅, 또는 잉크젯프린팅 등을 통해 형성할 수 있다. 상기 정공수송층(120)의 재료로서, 당업계에 알려진 물질들을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌 설포네이트) {poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(strene sulfonate) = PEDOT:PSS}와 같은 고분자 물질을 포함하는 분산액을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 정공 수송층(120)은 몰리브덴 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 또는 아연 옥사이드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hole transport layer 120 may be formed by spin coating, dip coating, Langmere-Bridget, screen printing, or inkjet printing using a polymer dispersion. As the material of the hole transport layer 120, materials known in the art may be used without particular limitation, for example, poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate) {poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (strene sulfonate) = PEDOT: may include a dispersion containing a polymer material, such as, but not limited to. The hole transport layer 120 may include molybdenum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, or zinc oxide, but is not limited thereto.

상기 전자 수송층(140)은 금속전구체 졸(혹은 용액)을 이용하여 스핀코팅, 딥코팅, 스크린프린팅, 잉크젯프린팅, 또는 스프레이 등의 방법으로 형성할 수 있다. 상기 정공 수송층(120)은 티타늄 옥사이드(TiOx), 텅스텐 옥사이드(WOx), 산화 아연(ZnOx), 산화 철(FeOx), 산화 구리(CuOx), 산화 지르코늄(ZrOx), 산화 크롬(CrOx), 산화 바나듐(VOx), 산화 망간(MnOx), 산화 코발트(CoOx), 산화 니켈(NiOx), 산화 주석(SnOx), 산화 이리듐(IrOx) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electron transport layer 140 may be formed by spin coating, dip coating, screen printing, ink jet printing, or spraying using a metal precursor sol (or solution). The hole transport layer 120 is titanium oxide (TiOx), tungsten oxide (WOx), zinc oxide (ZnOx), iron oxide (FeOx), copper oxide (CuOx), zirconium oxide (ZrOx), chromium oxide (CrOx), oxide It can be used including those selected from the group consisting of vanadium (VOx), manganese oxide (MnOx), cobalt oxide (CoOx), nickel oxide (NiOx), tin oxide (SnOx), iridium oxide (IrOx), and combinations thereof. However, it is not limited thereto.

상기 금속 전극(150)은 열증착, 화학기상증착법 (chemical vapor deposition), 물리기상증착법 (physical vapor deposition), 또는 스퍼터링법 (sputtering) 등을 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 전극(150)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하여 사용할 수 있다.The metal electrode 150 may be formed using thermal deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or sputtering, but is not limited thereto. In addition, the metal electrode 150 is aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), copper (Cu), tungsten (W), iron (Fe), nickel It may be used including those selected from the group consisting of (Ni), zinc (Zn), and combinations thereof.

상기 유기태양전지는 상기 투명 전극(110)을 광원방향으로, 상기 금속 전극(150)을 광원의 반대 방향으로 위치시키면, 광원으로부터 오는 빛을 전기로 변환할 수 있다. 이 때, 상기 광전변환층(130)에 포함된 금속 나노플레이트가 빛을 산란 또는 반사시켜 빛의 이동 경로를 증가시키게 되고, 상기 광전변환층(130)의 전기전도도를 증가시키며, 생성된 전자-홀의 이동을 증대시키는 등에 의해, 광전변환 효율이 증가할 수 있다.In the organic solar cell, when the transparent electrode 110 is positioned in the light source direction and the metal electrode 150 is disposed in the opposite direction of the light source, light from the light source may be converted into electricity. At this time, the metal nanoplates included in the photoelectric conversion layer 130 scatters or reflects the light to increase the movement path of the light, increase the electrical conductivity of the photoelectric conversion layer 130, and generate the electron- By increasing the movement of the holes, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

상기 광전변환층은 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 350 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 250 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 150 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 400 nm, 약 30 nm 내지 약 350 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 250 nm, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 약 30 nm 내지 약 150 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 350 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 250 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 150 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm , 약 80 nm 내지 약 400 nm, 약 80 nm 내지 약 350 nm, 약 80 nm 내지 약 300 nm, 약 80 nm 내지 약 250 nm, 약 80 nm 내지 약 200 nm, 약 80 nm 내지 약 150 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 350 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 250 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 100 nm 내지 약 150 nm 두께의 박막 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 예시적 구현예들에 있어서, 상기 광전변환층의 두께는 약 50 nm 내지 약 400 nm일 수 있으며, P3HT/PCBM의 경우 약 50 nm 내지 약 400 nm, PCDTBT/PCBM의 경우 약 50 nm 내지 약 300 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The photoelectric conversion layer is about 10 nm to about 400 nm, about 10 nm to about 350 nm, about 10 nm to about 300 nm, about 10 nm to about 250 nm, about 10 nm to about 200 nm, about 10 nm to about 150 nm, about 10 nm to about 100 nm, about 30 nm to about 400 nm, about 30 nm to about 350 nm, about 30 nm to about 300 nm, about 30 nm to about 250 nm, about 30 nm to about 200 nm , About 30 nm to about 150 nm, about 30 nm to about 100 nm, about 50 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 350 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 50 nm to about 250 nm, about 50 nm to about 200 nm, about 50 nm to about 150 nm, about 50 nm to about 100 nm, about 80 nm to about 400 nm, about 80 nm to about 350 nm, about 80 nm to about 300 nm, about 80 nm To about 250 nm, about 80 nm to about 200 nm, about 80 nm to about 150 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 350 nm, about 100 nm to about 300 nm, about 100 nm to about 250 nm, about 100 nm to about 200 nm, about 100 nm to about 150 nm thick Be one having a film form, but is not limited to this. In exemplary embodiments of the present disclosure, the thickness of the photoelectric conversion layer may be about 50 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 400 nm for P3HT / PCBM, about 50 nm to about 400 nm for PCDTBT / PCBM. It may be about 300 nm, but is not limited thereto.

상기 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지는 광전변환층의 낮은 이동도로 인해, 빌트-인 포텐셜(built-in potential)과 광발전된 캐리어(photogenerated carrier)의 재결합(recombination)간의 경쟁으로 인해, 필름 두께가 제한된다. 즉, 광전변환층의 두께가 증가하는 것과 비례하여 광전변환 효율이 증가하지 않는다. 왜냐하면 광전변환층 내에서 빛에 의해 여기되어 생성되는 전자 또는 정공을 포함하는 캐리어의 재결합 현상이 증가하여, 캐리어의 이동이 제한되기 때문이다.
In the organic solar cell according to the embodiment of the present application, due to the low mobility of the photoelectric conversion layer, due to the competition between the built-in potential (built-in potential) and the recombination of the photogenerated carrier (film), The thickness is limited. That is, the photoelectric conversion efficiency does not increase in proportion to the increase in the thickness of the photoelectric conversion layer. This is because a recombination phenomenon of a carrier including electrons or holes generated by being excited by light in the photoelectric conversion layer is increased, thereby restricting the movement of the carrier.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 2를 참조하면, 상기 본원에 따른 유기태양전지는 하기의 단계를 포함하여 제조될 수 있다:In one embodiment of the present application, referring to FIG. 2, the organic solar cell according to the present application may be prepared including the following steps:

투명 기판 상에 투명 전극을 형성하는 단계(S1); Forming a transparent electrode on the transparent substrate (S1);

상기 투명 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계(S2); 및Forming a photoelectric conversion layer on the transparent electrode (S2); And

상기 광전변환층 상에 금속 전극을 형성하는 단계(S3).Forming a metal electrode on the photoelectric conversion layer (S3).

상기 광전변환층은 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액에 금속 나노플레이트를 혼합하여 분산시켜 제조되는 것이나, 이에 한정되지는 않는다.The photoelectric conversion layer is prepared by mixing and dispersing a metal nanoplate in a solution containing an electron donor and an electron acceptor, but is not limited thereto.

먼저, 투명 기판 상에 투명 전극을 형성한다(S1). 상기 투명 기판은 앞서 설명한 바와 같다. 상기 투명 전극 상에 앞서 설명한 바와 같은 투명 전도성 금속 산화물을 증착 또는 코팅 등의 통상의 박막 형성 방법에 의해 투명 전극을 형성하거나, 투명 전극이 유기 기판 상에 형성되어 있는 기존의 ITO 또는 FTO 투명 기재를 사용할 수 있다.First, a transparent electrode is formed on a transparent substrate (S1). The transparent substrate is as described above. The transparent electrode may be formed on the transparent electrode by a conventional thin film forming method such as depositing or coating a transparent conductive metal oxide as described above, or by using an existing ITO or FTO transparent substrate having a transparent electrode formed on an organic substrate. Can be used.

이어서, 상기 투명 전극 상에 광전변환층을 형성한다(S2). 상기 광전변환층은 전자 공여체 및 전자 수용체를 포함하는 용액에 금속 나노플레이트를 첨가하여 형성된 용액을 상기 투명 전극 상에 도포 후 건조하여 형성할 수 있다. 상기 용액은 용매를 추가로 포함할 수 있다. 상기 전자 공여체, 전자 수용체 및 금속 나노플레이트는 앞서 설명한 바와 동일하다.Subsequently, a photoelectric conversion layer is formed on the transparent electrode (S2). The photoelectric conversion layer may be formed by applying a solution formed by adding a metal nanoplate to a solution including an electron donor and an electron acceptor on the transparent electrode and then drying it. The solution may further comprise a solvent. The electron donor, electron acceptor and metal nanoplate are the same as described above.

상기 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 상기 용액은 상기 용매로서 클로로벤젠 (chlorobenzene), 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 클로로포름(chloroform) , 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메틸 아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc), 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide; DMF), 디메틸 설폭사이드(dimetheyl sulfoxise; DMSO), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 n-프로필 케톤(methyl n-propyl ketone), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 프로필렌 카보네이트(propylene carbornate), 니트로메탄(nitromethane), 설포란(sulforane), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphophoramide; HMP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이나, 이에 제한되지는 않는다.The solution containing the electron donor and the electron acceptor is chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, chloroform, acetone, acetonitrile as the solvent. , Dimethylacetamide (DMAc), dimethyl formamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone ), N-methylpyrrolidone (NMP), propylene carbonate (propylene carbornate), nitromethane (nitromethane), sulfolane (sulforane), ethylene glycol and hexamethylphosphoramide (hexamethylphophoramide; HMP), but not limited to one or more selected from the group consisting of.

상기 도포 공정은 조성물의 점성과 조성물의 구성 요소에 따라 딥코팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드를 이용한 코팅, 그라비아 코팅, 스크린 코팅, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이나, 이에 제한되지는 않는다.The application process includes one or more selected from the group consisting of dip coating, spray coating, doctor blade coating, gravure coating, screen coating, and combinations thereof, depending on the viscosity of the composition and the components of the composition, It is not limited to this.

상기 도포 공정 이후에, 필요한 경우, 추가적인 건조 공정이나 열처리 공정을 할 수 있다. 상기 건조 공정 또는 상기 열처리 공정은 열풍 오븐 또는 전기로 등에서 실시될 수 있으며, 건조시 온도는 약 60℃ 내지 약 150℃, 열처리시 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.After the coating step, if necessary, an additional drying step or heat treatment step may be performed. The drying process or the heat treatment process may be carried out in a hot air oven or an electric furnace, the drying temperature may be about 60 ℃ to about 150 ℃, the heat treatment temperature may be about 80 ℃ to about 200 ℃, but is not limited thereto. no.

이어서, 상기 광전변환층 상에 금속 전극을 형성한다(S3). 상기 금속 전극은 열증착법, 화학기상증착법 (chemical vapor deposition), 물리기상증착법 (physical vapor deposition), 또는 스퍼터링법 (sputtering) 등을 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 전극은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하여 사용할 수 있다.Subsequently, a metal electrode is formed on the photoelectric conversion layer (S3). The metal electrode may be formed using thermal deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or sputtering, but is not limited thereto. In addition, the metal electrode may be aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), copper (Cu), tungsten (W), iron (Fe), nickel (Ni). , Zinc (Zn), and combinations thereof may be used, including those selected from the group.

또한, 상기 본원에 따른 유기태양전지는 상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 정공 수송층과, 상기 광전변환층과 상기 금속 전극 사이에 형성된 전자 수송층을 추가 포함할 수 있다.In addition, the organic solar cell according to the present application may further include a hole transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, and an electron transport layer formed between the photoelectric conversion layer and the metal electrode.

상기 정공 수송층의 형성은 상기 S1과 S2 사이에 수행될 수 있다. 상기 정공 수송층은 앞서 설명한 바와 동일하다.Formation of the hole transport layer may be performed between the S1 and S2. The hole transport layer is the same as described above.

상기 전자 수송층의 형성은 상기 S2와 S3 사이에 수행될 수 있다. 상기 전자 수송층은 앞서 설명한 바와 동일하다.Formation of the electron transport layer may be performed between the S2 and S3. The electron transport layer is the same as described above.

상기와 같은 제조방법에 의해 유기태양전지를 제조 할 수 있다.The organic solar cell can be manufactured by the above manufacturing method.

상기 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지에 대하여 기술된 내용은 모두 상기 본원의 일 구현예에 따른 유기태양전지의 제조 방법에 적용될 수 있다.
All of the contents described for the organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present application may be applied to the method of manufacturing the organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present application.

이하에서는 실시예를 이용하여 본원에 대하여 좀더 자세히 설명한다. 그러나, 본원이 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present application will be described in more detail with reference to Examples. However, the present application is not limited to these examples.

[[ 실시예Example ]]

<< 실험예Experimental Example 1> 은 나노입자의 합성  1> Synthesis of Silver Nanoparticles

Ag NPs의 전구체로서 AgNO3(Aldrich) 및 계면활성제로서 폴리-비닐피롤리돈[poly-(vinylpyrrolidone) = PVP] (Aldrich, Mw = 55,000)을 사용했다. 전형적인 합성법에 있어서, AgNO3의 94 mM 샘플 3.0 mL, PVP의 147 mM 샘플 3.0 mL, 및 폴리올(polyol) 6 mL를 혼합했다. 그리고 나서, 1 시간 동안 140℃에서 상기 혼합물을 가열했다. 30 nm 크기의 Ag NPs로 조절하기 위해서, 최적화된 1,5-펜탄디올(Pentanediol ; PtD: Aldrich) 용매를 사용했다. 더 작은 NPs이 좀 더 점성 있는 매질에서 합성되었다. 예를 들어, 폴리올 점성도는 탄화수소 체인이 길어짐에 따라 PtD > 1,4-Butanediol (BD: Sigma Aldrich) > PrD 1,2-Propanediol (PrD: Sigma Aldrich)의 순으로 증가된다. 상기 합성된 NPs의 크기는 PrD (60 nm) > BD (40 nm) > PtD (30 nm) 순으로 감소한다. 최종적으로, 원심분리 과정 동안에 에탄올을 첨가했고, 그리고 나서 합성된 Ag을 NPs 바이알에 수집하였다.
AgNO 3 (Aldrich) as precursor of Ag NPs and poly- (vinylpyrrolidone) = PVP] (Aldrich, Mw = 55,000) were used as surfactant. In a typical synthesis, 3.0 mL of 94 mM sample of AgNO 3 , 3.0 mL of 147 mM sample of PVP, and 6 mL of polyol were mixed. Then, the mixture was heated at 140 ° C. for 1 hour. In order to control 30 nm size Ag NPs, an optimized 1,5-pentanediol (Pentanediol; PtD: Aldrich) solvent was used. Smaller NPs were synthesized in more viscous media. For example, polyol viscosity increases in the order of PtD> 1,4-Butanediol (BD: Sigma Aldrich)> PrD 1,2-Propanediol (PrD: Sigma Aldrich) as the hydrocarbon chain lengthens. The size of the synthesized NPs decreases in the order of PrD (60 nm)> BD (40 nm)> PtD (30 nm). Finally, ethanol was added during the centrifugation process, and then the synthesized Ag was collected in NPs vials.

<< 실험예Experimental Example 2> 은 나노플레이트의 합성 2> Synthesis of Silver Nanoplate

Ag 나노플레이트는, 기존에 보고된 것처럼, 수성-상 경로(aqueous-phase route)를 통해 합성되었다. 전형적인 합성에 있어서, PVP (Mw = 29,000, 100 mg, Aldrich)-함유 수성 용액의 8 mL를 마그네틱 교반 하에 60℃에서 가열하였다. 추가적으로, AgNO3(95.8 mg, Aldrich)는 실온에서 탈이온수의 3 mL로 용해시켰다. 상기 AgNO3의 수용액이 상기 PVP 용액에 첨가되었고, 그리고 나서 상기 반응 혼합물은 21 시간 동안 공기 중에서 60℃에서 숙성되었다. 합성 후에, 상기 생성물은 원심분리에 의해 수집되었고, 과잉의 PVP를 제거하기 위하여 에탄올을 이용하여 세척하고 나서, 물에 재-분산시켰다.
Ag nanoplates were synthesized via an aqueous-phase route, as previously reported. In a typical synthesis, 8 mL of PVP (Mw = 29,000, 100 mg, Aldrich) -containing aqueous solution was heated at 60 ° C. under magnetic stirring. Additionally, AgNO 3 (95.8 mg, Aldrich) was dissolved in 3 mL of deionized water at room temperature. The aqueous solution of AgNO 3 was added to the PVP solution and then the reaction mixture was aged at 60 ° C. in air for 21 hours. After synthesis, the product was collected by centrifugation, washed with ethanol to remove excess PVP and then re-dispersed in water.

<< 실시예Example > > 디바이스device 제조 Produce

P3HT, PCBM 및 PCDTBT은 Rieke Metal, Nano-C 및 1-Material사로부터 각각 구매되었다. NPs 또는 나노플레이트로부터 Ag 물질의 혼합을 함으로써 P3HT/PC61BM, P3HT/PC71BM 또는 PCDTBT/PC71BM을 기반으로 하는 고분자 태양 전지가 도 3에 보여진 것처럼 제조되었다. 표면 불순물 때문에, 상기 ITO 유리 기판이 용매(클로로포름, 아세톤 및 이소프로판올) 및 초음파 세척 과정을 조합하여 세척되었다. 그리고 나서, 상기 ITO 유리는 PEDOT:PSS(Baytron PH)의 스핀 캐스팅 전에 표면을 개질(reform)하기 위하여 15 분 동안 UV 에 노출되었다. PEDOT:PSS의 스핀-캐스팅 후에, 상기 기판을 10 분 동안 140℃에서 베이크 하여 용매를 증발시켰다. PEDOT/PSS 층의 상부에, 각각 클로로벤젠 용매 중 P3HT/PCBM (1:0.8) 또는 1,2-디클로벤젠:클로로벤젠 (3:1) 중 PCDTBT/PC71BM(1:4) 의 혼합 용액에 0.1 중량%, 0.5 중량%, 및 1 중량%의 중량비율을 갖는 Ag NPs 또는 나노플레이트를 함유한 120 nm (P3HT/PCBM) 또는 100 nm (PCDTBT/PC71BM)BHJ 활성층을 제조하였다. 기준 디바이스는 Ag 물질을 포함하지 않는 순수 공여체-수용체 BHJ로 구성되었다. 상기 BHJ 필름은 글로브 박스에서 10 분 동안 80 ℃에서 건조되었다. 그리고 나서 상기 TiOx 중간층은 10 nm의 두께까지 실온에서 대기 중에 스핀-코팅되었다. Al 금속 캐소드는 5.0×10-6 Torr의 압력에서 100 nm의 두께까지 증발기를 이용하여 열증착되었다. 디바이스 효율 수준은 솔라 시뮬레이터(Air Mass 1.5 Global)를 이용하여 1000 Wm-2의 강도에서 측정되었다. Keithley 236 소스 측정 단위가 또한 각 디바이스의 전압-전류 밀도를 측정하는 데 사용되었다. 모든 셀(cell) 면적들은 SV-35 비디오 마이크로스코프 시스템(SOMETECH)에 의해 정확하게 측정되었다. 상기 BHJ 필름의 표면 형태는 주사전자 현미경(SEM, FEI Sirion XL 30) 및 원자간력현미경(Veeco, USA; D3100)을 이용하여 분석되었다.
P3HT, PCBM and PCDTBT were purchased from Rieke Metal, Nano-C and 1-Material, respectively. Polymer solar cells based on P3HT / PC 61 BM, P3HT / PC 71 BM, or PCDTBT / PC 71 BM were prepared as shown in FIG. 3 by mixing Ag material from NPs or nanoplates. Because of surface impurities, the ITO glass substrates were washed in combination with a solvent (chloroform, acetone and isopropanol) and an ultrasonic cleaning procedure. The ITO glass was then exposed to UV for 15 minutes to reform the surface before spin casting of PEDOT: PSS (Baytron PH). After spin-casting of PEDOT: PSS, the substrate was baked at 140 ° C. for 10 minutes to evaporate the solvent. At the top of the PEDOT / PSS layer, a mixture of PCDTBT / PC 71 BM (1: 4) in P3HT / PCBM (1: 0.8) or 1,2-dichlorobenzene: chlorobenzene (3: 1), respectively, in chlorobenzene solvent 120 nm (P3HT / PCBM) or 100 nm (PCDTBT / PC 71 BM) BHJ active layer was prepared containing Ag NPs or nanoplates having a weight ratio of 0.1%, 0.5%, and 1% by weight in the solution. The reference device consisted of pure donor-receptor BHJ which did not contain Ag material. The BHJ film was dried at 80 ° C. for 10 minutes in a glove box. Then the TiO x The interlayer was spin-coated in air at room temperature up to a thickness of 10 nm. Al metal cathode was thermally deposited using an evaporator to a thickness of 100 nm at a pressure of 5.0 × 10 −6 Torr. Device efficiency levels were measured at an intensity of 1000 Wm -2 using a solar simulator (Air Mass 1.5 Global). Keithley 236 source measurement units were also used to measure the voltage-current density of each device. All cell areas were accurately measured by the SV-35 video microscope system (SOMETECH). The surface morphology of the BHJ film was analyzed using a scanning electron microscope (SEM, FEI Sirion XL 30) and an atomic force microscope (Veeco, USA; D3100).

<결과 및 고찰><Results and Discussion>

고분자 플러렌을 기반으로 한 벌크 이중접합 (Bulk heterojunction ; BHJ) 태양전지 디바이스는 많은 장점들 때문에 널리 연구되어 왔다. 특별히, 이들은 간단한 방법을 이용하여 대면적으로 제조될 수 있으며; 이들은 롤투롤(roll-to-roll) 제조 공정을 수반하는 유연성 있는 저비용 디바이스들이다; 그리고 이들의 산업적인 응용은 미래에 커다란 잠재력을 가진다. 태양전지 디바이스의 효율성은 다양한 의미 있는 연구의 결과로서 2%부터 8%까지 점차적으로 증가되어 왔다. 상기 연구들은 용매 첨가제, 열처리, 새로 고안된 공여체-수용체 고분자, 공여체-수용체 혼합비율, 효율적인 나노패턴화된 구조적 효과들(탠덤형 또는 규칙형 패턴), 플라즈모닉 포접된 나노입자(NPs) 효과, 및 다른 신규 공정들(전사 및 프린팅 포함)같은 다양한 측면에 주력해 왔다. Bulk heterojunction (BHJ) solar cell devices based on polymer fullerenes have been widely studied because of many advantages. In particular, they can be produced in large areas using simple methods; These are flexible low cost devices that involve a roll-to-roll manufacturing process; And their industrial applications have great potential in the future. The efficiency of solar cell devices has gradually increased from 2% to 8% as a result of various meaningful studies. The studies include solvent additives, heat treatment, newly designed donor-receptor polymers, donor-receptor mix ratios, efficient nanopatterned structural effects (tandem or regular patterns), plasmonic clathrate nanoparticles (NPs) effects, and It has focused on various aspects such as other new processes (including transcription and printing).

은 (Ag) 금속 나노입자(NPs)는 입사광과 함께 강하게 커플링 되는 국지화된 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 나타낸다. 더욱이, 10 nm보다 큰 금속성 나노입자는 상기 입사광을 스캐터링하고 반사시킬 수 있다. 그렇기 때문에, BHJ 활성층 필름(막) 내에 광학적 경로(optical path)의 길이를 증가시킨다. 따라서, BHJ 필름 내에 금속 나노입자들의 포함은 향상된 광학 흡수의 가능성을 제공한다. 그리고 에너지 변환 효율(power conversion efficiency ; PCE (%))은 이동 캐리어(mobile carriers)의 광-생성의 상응하는 향상을 유도한다. 그러므로, Ag이 BHJ 필름에 포함될 때, 상기 Ag 입자들의 상이한 형태는 상이한 흡수 성질 및 상이한 수준의 반사율을 생성한다. Silver (Ag) metal nanoparticles (NPs) exhibit localized surface plasmon resonance (LSPR) that is strongly coupled with incident light. Moreover, metallic nanoparticles larger than 10 nm can scatter and reflect the incident light. As such, the length of the optical path in the BHJ active layer film (film) is increased. Thus, the inclusion of metal nanoparticles in the BHJ film offers the possibility of improved optical absorption. And the power conversion efficiency (PCE (%)) leads to a corresponding improvement in the photo-generation of mobile carriers. Therefore, when Ag is included in the BHJ film, different forms of the Ag particles produce different absorption properties and different levels of reflectance.

BHJ 태양 전지에 있어서, (최대효율을 가지는) 활성층은 일반적으로 200 nm보다 작은 두께를 가진다. BHJ 태양 전지에 있어서 은 나노물질의 주요 역할 중의 하나는 효과적인 빛 산란 효과이다. Ag 나노 물질의 효율을 최대화하기 위해서는, 연구자들은 일반적으로 작은 물질 보다 큰 물질을 사용하기를 선호한다. 불행하게도 BHJ 필름의 제한된 필름 두께는 200 nm보다 큰 Ag 나노 물질을 사용하는 것을 불가능하도록 만든다. 그래서, 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 2D 나노구조는, 상기 물질이 스핀-코팅 공정 중에 타겟 기판 상에 수평적으로 스프레드(spread)되면 이러한 제한사항은 극복될 수 있다. 상기 Ag 나노플레이트 표면과 타겟 표면 사이의 반 데르 발스 상호작용(van der Waals interactions)의 강화는 주로 상기 2D 나노시트의 구조적인 특징에서부터 일어나기 때문에 이러한 가정은 합리적이다. 그렇기 때문에, Ag 나노플레이트가 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜:폴리(스틸렌 설폰네이트) (PEDOT:PSS) 표면의 스핀-코팅 중에 전단(sheared)될 때, 상기 PEDOT:PSS 표면 상에 수평적으로 배향되기 쉽다.In BHJ solar cells, the active layer (with maximum efficiency) generally has a thickness of less than 200 nm. One of the major roles of silver nanomaterials in BHJ solar cells is the effective light scattering effect. To maximize the efficiency of Ag nanomaterials, researchers generally prefer to use larger materials than smaller ones. Unfortunately, the limited film thickness of BHJ films makes it impossible to use Ag nanomaterials larger than 200 nm. Thus, 2D nanostructures with high aspect ratios can be overcome if the material is spread horizontally on the target substrate during the spin-coating process. This assumption is reasonable because the enhancement of van der Waals interactions between the Ag nanoplate surface and the target surface arises primarily from the structural features of the 2D nanosheets. As such, when Ag nanoplates are sheared during spin-coating of poly (3,4-ethylene dioxythiophene: poly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) surface, it is horizontal on the PEDOT: PSS surface. Easy to be oriented.

이러한 연구는 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene))/[6,6]-페닐 C71 부티르산 메틸-에스테르([6,6]-phenyl C71 butyricacidmethyl-ester = PC71BM ) 또는 폴리[N-9"-헵타-데카닐-2,7-카바졸]-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸) {poly[N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole]-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole) = PCDTBT }/[6,6]-페닐 C71 부티르산 메틸-에스테르{[6,6]-phenyl C71 butyricacidmethyl-ester = PC71BM }중의 어느 하나를 가지고 제조된 BHJ 태양전지에 2 개의 상이한 형태로 조절된 Ag 물질(Ag NPs 및 Ag 나노플레이트)이 포함된 것을 비교했다. 상기 물질이 BHJ에 포함될 때, Ag NPs 및 나노플레이트는 상이한 흡수 스펙트럼 및 광반사 수준을 가질 수 있고, 이들의 차이점은 셀에 강하게 영향을 끼칠 수 있다. Ag 물질들의 형태가 태양전지 디바이스의 성능에 어떻게 영향을 끼치는지를 비교 및 연구하기 위하여, 본원에서는 0.1 중량% 내지 1 중량%의 여러가지의 중량비율을 가지고 BHJ 용액 내에서 Ag NPs 및 Ag 나노플레이트를 혼합했다. Ag 나노플레이트는 또한 스핀-코팅 공정 후에 BHJ 필름 내에서 잘 분산된다. BHJ 필름 내에서 Ag 나노플레이트를 포함하는 0.5 중량%의 최적화된 혼합비율에서는 활성층에서 광-트랩핑(trapping) 효과 및 향상된 광학적 경로(optical path length) 길이 때문에, PCE가 P3HT/PC71BM에 대해 3.2 % 내지 4.4 % 및 PCDTBT/PC71BM에 대해 5.9 % 내지 6.6 %까지 증가했다. This study involved poly (3-hexylthiophene) / [6,6] -phenyl C 71 butyric acid methyl-ester ([6,6] -phenyl C 71 butyricacidmethyl-ester = PC 71 BM) or poly [N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole] -alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole) {poly [N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole] -alt-5,5- (4 ', 7'-di-2-thienyl -2 ', 1', 3'-benzothiadiazole) = PCDTBT} / [6,6] -phenyl C 71 Butyric acid methyl-ester {[6,6] -phenyl C 71 BHJ solar cells prepared with any of butyricacidmethyl-ester = PC 71 BM} included two different forms of controlled Ag material (Ag NPs and Ag nanoplates). When the material is included in the BHJ, Ag NPs and nanoplates can have different absorption spectra and light reflection levels, the difference of which can strongly affect the cell. To compare and study how the morphology of Ag materials affects the performance of solar cell devices, we herein mix Ag NPs and Ag nanoplates in BHJ solution with various weight ratios from 0.1% to 1% by weight. did. Ag nanoplates are also well dispersed in the BHJ film after the spin-coating process. The optimized mixing ratio of 0.5% by weight containing Ag nanoplates in the BHJ film allows PCE to P3HT / PC 71 BM due to the light-trapping effect and the improved optical path length in the active layer. Increased from 3.2% to 4.4% and from 5.9% to 6.6% for PCDTBT / PC 71 BM.

도 3(a)는 Ag NPs 및 나노플레이트의 Ag 물질의 두 개의 상이한 형태를 갖는 디바이스의 모형도를 나타낸 것이다. 도 3(b) 전자 공여체 고분자인 P3HT, PCDTBT 및 전자 수용체 고분자인 PC71BM의 화학적 구조를 나타낸 것이다. 합성된 Ag 물질의 형태는 SEM 이미지로 확인하였다. 도 4(a) 및 도 4(b)에서 보여지는 것처럼, 상기 나노입자 직경은 약 40 nm 및 상기 플레이트 두께가 200 nm 내지 500 nm이다. 도 4(c)의 자외선-가시광선 흡광도 스펙트럼은 합성된 Ag NPs이 420 nm 부근의 최대 흡광도 피크를 가진다는 것을 확인하였다; 또한, 나노플레이트는 400 nm 내지 800 nm의 매우 넓은 범위의 피크를 확인할 수 있다. 도 5의 에너지 분산 스펙트럼의 분석 결과는 합성된 나노플레이트가 Ag 원소로 구성되었다는 것을 나타낸 것이다. 더욱이, 상기 Ag 물질의 상이한 형태는 Ag이 에탄올 용매 중에 분산될 때, 상이한 색깔을 가졌다. 상기 Ag NPs는 암녹색이고 상기 Ag 나노플레이트는 연회색이었다. 이들의 이유에 대해, 합성된 Ag 물질의 상이한 형태는 다른 흡광도 형태를 생성하고 상기 반사 현상은 Ag의 형태와 크기에 따라 결정되는 것처럼 보인다. 상기 입자들은 크고 종횡비(aspect ratio)가 50 보다 크기 때문에, Ag 나노플레이트는 입사 태양광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 3 (a) shows a schematic diagram of a device having two different forms of Ag material of Ag NPs and nanoplates. Figure 3 (b) shows the chemical structure of the electron donor polymer P3HT, PCDTBT and electron acceptor polymer PC 71 BM. The morphology of the synthesized Ag material was confirmed by SEM image. As shown in FIGS. 4A and 4B, the nanoparticle diameter is about 40 nm and the plate thickness is 200 nm to 500 nm. The ultraviolet-visible absorbance spectrum of FIG. 4 (c) confirmed that the synthesized Ag NPs had a maximum absorbance peak around 420 nm; In addition, the nanoplates can identify a very wide range of peaks from 400 nm to 800 nm. Analysis of the energy dispersion spectrum of FIG. 5 shows that the synthesized nanoplates were composed of Ag elements. Moreover, different forms of the Ag material had different colors when Ag was dispersed in ethanol solvent. The Ag NPs were dark green and the Ag nanoplates were light gray. For these reasons, different forms of synthesized Ag material produce different absorbance forms and the reflection phenomenon appears to be determined by the shape and size of Ag. Since the particles are large and have an aspect ratio of greater than 50, Ag nanoplates can efficiently reflect incident sunlight.

도 6(a)는 Ag을 포함하지 않는 순수 BHJ (P3HT/PC71BM) 디바이스 및 공여체-수용체 고분자 혼합물의 총중량에 비해 0.5 중량% 비율을 갖는 Ag NPs 또는 Ag 나노플레이트가 포함된 BHJ 디바이스의 광전류-전압 (J-V)곡선을 나타낸 것이다. Ag 물질을 갖지 않는 P3HT/PC71BM BHJ 디바이스는 PCE가 3.2 %, 오픈회로전압(open-circuit voltage ;Voc)이 0.60 V, 단락 전류(short-circuit current ; Jsc)가 11.93 mA/cm2, 및 필팩터(fill factor ; FF)가 0.44의 값을 가졌다. 대조적으로, Ag NPs 또는 Ag 나노플레이트의 0.5 중량%의 최적화된 비율을 갖는 BHJ 디바이스는 각각 4.0 % 및 4.4 %의 개선된 PCE 값을 가졌다. 광-전류밀도(photo-current density ; Jsc)는 Ag을 포함하지 않는 순수 BHJ에 대해 11.93 mA/cm2 내지 Ag 나노플레이트에 대해 13.85 mA/cm2까지 증가되었다는 사실은 디바이스 성능의 향상에 있어서 중요한 요소이다. Ag을 포함하지 않는 BHJ의 직렬저항은 8.95 Ωcm2이었고, 반면에 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ의 직렬저항은 더 낮은 수준인 2.94 Ωcm2이었다. 도 6(b)에서 보여지는 것처럼, 이러한 감소는 더 높은 단락 전류와 관련이 있는 것처럼 보인다. 전체적인 디바이스 효율 및 평균 값은 표 1 및 도 7에 각각 요약되어 있다. Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ 또는 Ag 물질(0.5 중량%의 비율을 가지는 Ag 나노입자 또는 Ag 나노플레이트)을 포함한 BHJ, 및 Ag을 포함하지 않는 PCDTBT/PC71BM BHJ 또는 Ag 나노플레이트(0.5중량%)를 포함한 BHJ를 이용한 디바이스의 효율을 하기 표 1에 표시하였다.FIG. 6 (a) shows the photocurrent of a BHJ device containing Ag NPs or Ag nanoplates having a ratio of 0.5% by weight relative to the total weight of pure BHJ (P3HT / PC 71 BM) devices without Ag and the donor-receptor polymer mixture This shows the voltage (JV) curve. P3HT / PC 71 BM BHJ devices without Ag material have 3.2% PCE, 0.60 V open-circuit voltage (V oc ) and 11.93 mA / cm short-circuit current (J sc ) 2 , and a fill factor (FF) had a value of 0.44. In contrast, BHJ devices with optimized proportions of 0.5% by weight of Ag NPs or Ag nanoplates had improved PCE values of 4.0% and 4.4%, respectively. The fact that the photo-current density (J sc ) was increased from 11.93 mA / cm 2 for pure BHJ without Ag to 13.85 mA / cm 2 for Ag nanoplates was improved in device performance. It is an important factor. The series resistance of BHJ containing no Ag was 8.95 Ωcm 2 , whereas the series resistance of BHJ containing Ag nanoplates was 2.94 Ωcm 2 , which is a lower level. As shown in Fig. 6 (b), this decrease seems to be related to higher short circuit current. Overall device efficiency and average values are summarized in Table 1 and FIG. 7, respectively. BHJ with P3HT / PC 71 BM BHJ or Ag material without Ag (Ag nanoparticles or Ag nanoplates with a proportion of 0.5% by weight), and PCDTBT / PC 71 BM BHJ or Ag nanoplate without Ag The efficiency of the device with BHJ including (0.5 wt.%) Is shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

도 7은 상기 실시예에 있어서 상기 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 디바이스(4.41%, 0.61 V, 13.96 mA/cm2, 0.51)는 Ag을 포함하지 않는 BHJ를 이용한 디바이스 (3.12%, 0.60 V, 12.33 mA/cm2, 0.42) 및 Ag NPs을 포함한 BHJ(3.94%, 0.61 V, 13.11 mA/cm2, 0.49)보다 증가된 평균 에너지 변환 효율, 개방회로전압 (V), 광전류 밀도(mA/cm2), 및 FF를 나타내었다.FIG. 7 shows that the BHJ device (4.41%, 0.61 V, 13.96 mA / cm 2 , 0.51) containing the Ag nanoplate in the above embodiment is a device using BHJ without Ag (3.12%, 0.60 V, 12.33 mA). / cm 2 , 0.42) and increased average energy conversion efficiency, open circuit voltage (V), photocurrent density (mA / cm 2 ) over BHJ (3.94%, 0.61 V, 13.11 mA / cm 2 , 0.49) including Ag NPs , And FF.

BHJ 활성층 및 Ag 물질의 비율은 0.1 중량% 내지 1 중량%까지 농도를 변화시킴으로써 최적화했다. 활성 물질과 Ag 물질간의 최적화된 0.5 중량% 비율을 사용했다. 도 8 및 각 삽도표에서 보여지는 것처럼, 0.5 중량%보다 많은 비율에서 Ag NPs 또는 나노플레이트를 포함한 P3HT/PC61BM BHJ 활성층이 배합 최적화된 디바이스의 FF 값보다 적은 FF 값을 보였다. 도 9는 BHJ 활성층의 3 가지 종류의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 9(a)는 깨끗한 표면 형태를 갖는 Ag을 포함하지 않은 P3HT/PC71BM BHJ를 나타낸 것이다. 도 9(b) 및 도 9(c)는 각각 40 nm Ag NPs (0.5 중량%)를 포함한 BHJ 및 Ag 나노플레이트 (0.5 중량%)를 포함한 BHJ를 나타낸 것이다. 이러한 이미지는 Ag NPs 및 Ag 나노플레이트가 잘 분산될 수 있으나, BHJ 필름 내에서 그들의 특정 형태와 크기를 여전히 유지한다는 것을 확인했다. 도 9(d)는 BHJ 용액과 함께 혼합될 때 또는 스핀-코팅 과정 후에 Ag 나노플레이트가 약하게 기울어지거나 또는 꼬였음을 확인할 수 있었다. 흥미롭게도, 혼합된 필름의 표면 거칠기(surface roughness)는 BHJ가 Ag 나노플레이트와 결합할 때 변하지 않았다. 도 10에서 원자간력현미경(atomic force microscopy ; AFM) 결과는 Ag을 포함하지 않는 BHJ(6.9 nm)의 표면거칠기의 제곱평균근(root mean square ; rms)이 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ(5.9 nm)의 표면거칠기의 제곱평균근( rms)과 유사한 것으로 측정되었다. The proportion of BHJ active layer and Ag material was optimized by varying the concentration from 0.1% to 1% by weight. An optimized 0.5% by weight ratio between active material and Ag material was used. As shown in FIG. 8 and in each inset, the P3HT / PC 61 BM BHJ active layer containing Ag NPs or nanoplates at a ratio greater than 0.5 wt% showed less FF values than the FF values of the compound optimized device. 9 shows three kinds of SEM images of the BHJ active layer. 9 (a) shows P3HT / PC 71 BM BHJ without Ag with a clean surface morphology. 9 (b) and 9 (c) show BHJ with 40 nm Ag NPs (0.5 wt%) and BHJ with Ag nanoplates (0.5 wt%), respectively. These images confirmed that Ag NPs and Ag nanoplates can be well dispersed but still retain their specific shape and size within the BHJ film. FIG. 9 (d) shows that the Ag nanoplates are slightly tilted or twisted when mixed with the BHJ solution or after the spin-coating process. Interestingly, the surface roughness of the mixed film did not change when BHJ combined with Ag nanoplates. In FIG. 10, atomic force microscopy (AFM) results showed that the root mean square (RMs) of the surface roughness of BHJ (6.9 nm) without Ag contained BHJ (5.9 nm) with Ag nanoplates. It was measured to be similar to the root mean square (RMs) of the surface roughness of).

Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 필름은 그들의 큰 입자 크기로 인하여 입사광을 좀 더 효과적으로 산란시킬 수 있기 때문에 Ag을 포함하지 않는 순수 BHJ 및 Ag NPs을 포함한 BHJ보다 우수한 흡수를 가졌다. 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼(도 11)에서 표시된 것처럼, 상기 Ag 나노플레이트의 형태는 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 필름이 순수 BHJ 필름 또는 Ag NPs을 포함한 BHJ 필름보다 좀 더 향상된 광흡수를 나타낸다. 파장의 함수로서 입사광의 확산 반사 스펙트럼은 도 6(c)에서 흡수 스펙트럼과 유사하다. 이러한 유사점은 BHJ 필름 내에서 광학적 경로의 길이가 향상될 수 있다는 것을 제시한다. 따라서, Ag 나노플레이트(0.5 중량%)를 포함한 P3HT/PC71BM BHJ 디바이스는 400 nm 내지 500 nm 부근의 반사 파장에서 Ag을 포함하지 않는 P3HT/PC71BM BHJ 또는 Ag NPs을 포함한 BHJ보다 더 높은 광흡수를 가졌다. Ag 나노플레이트의 산란 효과는 광학적 경로의 효과적인 길이를 증가시키는데, 이어서, 전자-정공 쌍들(electron-hole pairs)의 생성을 증가시킨다. 상기 향상된 광흡수는 BHJ 디바이스에 있어서 증가된 J sc 및 PCE 수준과 밀접하게 연관되어 있다. Ag 나노플레이트의 비율은 또한 보편적인 BHJ 디바이스에서 Ag 나노플레이트의 긍정적인 효과를 입증하기 위하여 다른 PCDTBT/PC71BM BHJ 활성층에서 최적화했다. FF값이 0.57을 유지했고, J sc 값이, 도 6(d)에서 보여진 것처럼, 11.63 mA/cm2 내지 13.19 mA/cm2의 상당한 크기까지 증가되었다. Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 디바이스는 Ag NPs을 포함한 또는 Ag 물질을 포함하지 않는 BHJ 디바이스 보다 증가된 평균 에너지 변환 효율을 보여주었다(도 12에 보여진 것처럼 10개 이상의 샘플을 시험하였다). 추가적으로, 도 13a 내지 도 13d에서 보여준 것처럼, Ag 나노플레이트를 포함한 두꺼운 활성층 및 얇은 활성층의 BHJ 태양 전지의 모든 경우가 Ag을 포함하지 않는 BHJ 디바이스보다 증가된 FF 및 PCE (%)를 나타냈다.BHJ films containing Ag nanoplatelets had better absorption than BHJ containing pure Ag and Ag NPs containing no Ag because they could scatter incident light more effectively due to their large particle size. As shown in the ultraviolet-visible absorption spectrum (FIG. 11), the shape of the Ag nanoplates shows that the BHJ film containing Ag nanoplates has improved light absorption more than the pure BHJ film or BHJ film containing Ag NPs. The diffuse reflection spectrum of the incident light as a function of wavelength is similar to the absorption spectrum in FIG. 6 (c). This similarity suggests that the length of the optical path in the BHJ film can be improved. Thus, P3HT / PC 71 BM BHJ devices containing Ag nanoplates (0.5 wt.%) Are higher than P3HT / PC 71 BM BHJ containing Ag or BHJ containing Ag NPs at a reflection wavelength around 400 nm to 500 nm. Light absorption. The scattering effect of Ag nanoplates increases the effective length of the optical path, which in turn increases the production of electron-hole pairs. The enhanced light absorption is closely associated with increased J sc and PCE levels for BHJ devices. The ratio of Ag nanoplates was also optimized in other PCDTBT / PC 71 BM BHJ active layers to demonstrate the positive effect of Ag nanoplates on universal BHJ devices. The FF value remained 0.57 and the J sc value was 11.63 mA / cm 2 , as shown in FIG. 6 (d). To a significant size of 13.19 mA / cm 2 . BHJ devices with Ag nanoplates showed increased average energy conversion efficiency over BHJ devices with Ag NPs or without Ag material (more than 10 samples were tested as shown in FIG. 12). Additionally, as shown in FIGS. 13A-13D, all cases of BHJ solar cells with thick active layers and thin active layers including Ag nanoplates showed increased FF and PCE (%) than BHJ devices without Ag.

결론적으로 말해서, 본원에서는 P3HT/PC71BM 및 PCDTBT/PC71BM BHJ 태양 전지 디바이스에서 Ag 나노플레이트의 긍정적인 효과를 입증했다. Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ는 Ag을 포함하지 않는 BHJ 및 Ag NPs를 포함한 BHJ보다 더 큰 J sc , 및 PCE 값을 가진다. 이러한 결과는 BHJ 활성 필름 내에서 효율적인 분산 및 광트랩핑에 의해 광학적 경로의 길이가 증가되었기 때문에, 활성층은 광흡수가 향상된다는 사실에 기인한다. 금속 NPs의 형태는 BHJ 태양전지의 도핑 효과를 최대화 하는데 중요한 요소라고 생각한다. 최종적으로, 0.5 중량% 비율의 Ag 나노플레이트를 포함한 BHJ 활성층은 PCE가 P3HT/PC71BM BHJ 디바이스에서 3.2 % 내지 4.4 %이었고 PCDTBT/PC71BM BHJ 디바이스에서 5.9 % 내지 6.6 %로 증가되었다.
In conclusion, we demonstrated the positive effects of Ag nanoplates in P3HT / PC 71 BM and PCDTBT / PC 71 BM BHJ solar cell devices. BHJ containing Ag nanoplates has a larger J sc , and PCE value than BHJ containing Ag and BHJ containing Ag NPs. This result is due to the fact that the active layer has improved light absorption because the length of the optical path is increased by efficient dispersion and light trapping in the BHJ active film. The shape of metal NPs is considered to be an important factor in maximizing the doping effect of BHJ solar cells. Finally, the BHJ active layer containing 0.5 wt% Ag nanoplates had a PCE of 3.2% to 4.4% for P3HT / PC 71 BM BHJ devices and an increase of 5.9% to 6.6% for PCDTBT / PC 71 BM BHJ devices.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

110: 투명 전극
120: 정공 수송층
130: 광전변환층
140: 전자 수송층
150: 금속 전극
110: transparent electrode
120: hole transport layer
130: photoelectric conversion layer
140: electron transport layer
150: metal electrode

Claims (14)

서로 대향 배치되는 투명 전극과 금속 전극; 및
상기 투명 전극과 상기 금속 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하며,
상기 광전변환층은 전자 공여체 (electron donor)와 전자 수용체 (electron acceptor)의 블렌드 (blend) 내에 분산된 금속 나노플레이트를 포함하는 것인,
유기태양전지.
A transparent electrode and a metal electrode disposed to face each other; And
It includes a photoelectric conversion layer positioned between the transparent electrode and the metal electrode,
The photoelectric conversion layer comprises a metal nanoplate dispersed in a blend of an electron donor and an electron acceptor,
Organic solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 전자 공여체는 전도성 유기 고분자를 포함하고,
상기 전자 수용체는 풀러렌 (fullerene)계 화합물, 페릴렌계 화합물 또는 반도체성 나노플레이트를 포함하는 것이며,
상기 전도성 유기 고분자와 상기 풀러렌계 화합물은 벌크 이종접합 (bulk heterojunction = BHJ)을 형성하는 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The electron donor comprises a conductive organic polymer,
The electron acceptor includes a fullerene compound, a perylene compound, or a semiconductor nanoplate,
The conductive organic polymer and the fullerene-based compound is to form a bulk heterojunction (bulk heterojunction = BHJ), an organic solar cell.
제 2 항에 있어서,
상기 전도성 유기 고분자는 비결정성 (amorphous) 유기 고분자를 포함하는 것인, 유기태양전지.
3. The method of claim 2,
The conductive organic polymer is an organic solar cell comprising an amorphous organic polymer.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노플레이트는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The metal nanoplate is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe), And metals selected from the group consisting of combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노플레이트는 은(Ag) 나노플레이트를 포함하는 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The metal nanoplate is an organic solar cell comprising silver (Ag) nanoplates.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노플레이트의 두께는 200 nm 내지 500 nm인 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The thickness of the metal nanoplate is 200 nm to 500 nm, an organic solar cell.
제 2 항에 있어서,
상기 전도성 유기 고분자는 폴리-3-헥실티오펜, 폴리(N-9"-헵타-데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3')-벤조타이아다이아졸) , 폴리(4, 4'-비스(2-에틸헥실)디티에노[3,2-b:2',3'-d]실롤)-2,6-디일-알트-(4,7-비스(2-티에닐)-2,1,3-벤조타이다이아졸)-5,5'-디일, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 유기태양전지.
3. The method of claim 2,
The conductive organic polymer is poly-3-hexylthiophene, poly (N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole-al-5,5- (4 ', 7'-di-2-thier Nyl-2 ', 1', 3 ')-benzothiadiazole), poly (4, 4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2', 3'-d ] Silol) -2,6-diyl-alt- (4,7-bis (2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole) -5,5'-diyl, and combinations thereof The organic solar cell comprising one selected from the group consisting of.
제 2 항에 있어서,
상기 풀러렌계 화합물은 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C77-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C79-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C81-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C83-부티릭에시드 메틸에스테르, (6,6)-페닐-C85-부티릭에시드 메틸에스테르, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 유기태양전지.
3. The method of claim 2,
The fullerene-based compound is (6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester, (6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester, (6,6) -phenyl-C 77- Butyric Acid Methyl Ester, (6,6) -Phenyl-C 79 -Butyric Acid Methyl Ester, (6,6) -Phenyl-C 81 -Butyric Acid Methyl Ester, (6,6) -Phenyl-C 83 An organic solar cell comprising one selected from the group consisting of -butyric acid methyl ester, (6,6) -phenyl-C 85 -butyric acid methyl ester, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 20 중량% 이하인 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The metal nanoplate is less than 20% by weight relative to the total weight of the photoelectric conversion layer, an organic solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노플레이트는 상기 광전변환층의 총중량에 대하여 5 중량% 이하인 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The metal nanoplate is less than 5% by weight relative to the total weight of the photoelectric conversion layer, an organic solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 투명 전극과 상기 광전변환층 사이에 형성된 정공 수송층과, 상기 광전변환층과 상기 금속 전극 사이에 형성된 전자 수송층을 추가 포함하는, 유기태양전지.
The method of claim 1,
An organic solar cell further comprising a hole transport layer formed between the transparent electrode and the photoelectric conversion layer, and an electron transport layer formed between the photoelectric conversion layer and the metal electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 광전변환층은 10 nm 내지 200 nm 두께의 박막 형태를 가지는 것인, 유기태양전지.
The method of claim 1,
The photovoltaic layer is an organic solar cell having a thin film form of 10 nm to 200 nm thickness.
투명 기판 상에 투명 전극을 형성하는 단계;
상기 투명 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계; 및
상기 광전변환층 상에 금속 전극을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 광전변환층은 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액에 금속 나노플레이트를 혼합하여 분산시켜 제조되는 것인,
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 유기태양전지의 제조방법.
Forming a transparent electrode on the transparent substrate;
Forming a photoelectric conversion layer on the transparent electrode; And
Forming a metal electrode on the photoelectric conversion layer
Including;
The photoelectric conversion layer is prepared by mixing and dispersing a metal nanoplate in a solution containing an electron donor and an electron acceptor,
The method of manufacturing an organic solar cell according to any one of claims 1 to 12.
제 13 항에 있어서,
상기 전자 공여체와 전자 수용체를 포함하는 용액은 용매로서 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 클로로포름, 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸 아세트아미드, 디메틸 포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 메틸 에틸 케톤, 메틸 n-프로필 케톤, N-메틸피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 니트로메탄, 설포란, 에틸렌글리콜, 및 헥사메틸포스포아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 유기태양전지의 제조방법.
The method of claim 13,
The solution containing the electron donor and the electron acceptor is chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, chloroform, acetone, acetonitrile, dimethyl acetamide, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl as a solvent. Ketone, N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, nitromethane, sulfolane, ethylene glycol, and one or more selected from the group consisting of hexamethylphosphoramide, method for producing an organic solar cell.
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