KR20140015180A - Organic solar cell - Google Patents

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KR20140015180A
KR20140015180A KR1020130069889A KR20130069889A KR20140015180A KR 20140015180 A KR20140015180 A KR 20140015180A KR 1020130069889 A KR1020130069889 A KR 1020130069889A KR 20130069889 A KR20130069889 A KR 20130069889A KR 20140015180 A KR20140015180 A KR 20140015180A
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention relates to an organic solar cell. According to one embodiment of the present invention, the organic solar cell includes a sub cell including a first active layer and a second sub cell including a second active layer. The first active layer or/and the second active layer include(s) electron accepters. An optical accepter is an optical asymmetry structure.

Description

유기 태양 전지{ORGANIC SOLAR CELL}Organic solar cell {ORGANIC SOLAR CELL}

유기 태양 전지에 관한 것이다.
It relates to an organic solar cell.

유기 태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.An organic solar cell is a photoelectric conversion element that converts solar energy into electrical energy, and has been spotlighted as a next generation energy source without pollution.

유기 태양 전지는 유기 반도체인 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하는 광 활성층을 포함하고, 광 활성층에서 태양 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.The organic solar cell includes a photoactive layer including an p-type semiconductor and an n-type semiconductor, which are organic semiconductors, and when the solar energy is absorbed by the photoactive layer, an electron-hole pair (EHP) is generated inside the semiconductor. The electrons and holes generated here are moved to the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, respectively, and they are collected by the electrodes, which can be used as electrical energy from the outside.

그러나 유기 반도체는 물질의 고유 특성에 따라 소정 파장 영역의 빛만 흡수하므로, 넓은 파장 영역의 빛을 흡수하는데 불리하다. However, since the organic semiconductor absorbs only light in a predetermined wavelength region according to the intrinsic properties of the material, it is disadvantageous in absorbing light in a wide wavelength region.

이를 해결하기 위하여 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 복수의 서브 태양 전지(이하 '서브 셀'이라 한다)를 적층한 탠덤(tandem) 유기 태양전지가 제안되었다. 탠덤 유기 태양전지는 넓은 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있어서 광 흡수도를 높일 수 있다.
In order to solve this problem, a tandem organic solar cell including a plurality of sub solar cells (hereinafter, referred to as 'sub cells') that absorb light in different wavelength ranges has been proposed. Tandem organic solar cells can absorb light in a wide wavelength range, thereby increasing light absorption.

그러나 탠덤 유기 태양전지의 전체 출력 전류는 복수의 서브 셀 중 출력 전류가 낮은 서브 셀을 기준으로 결정되므로, 출력 전류가 높은 서브 셀의 잉여 전하들은 출력에 기여하지 못하고 탠덤 유기 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있다.However, since the total output current of the tandem organic solar cell is determined based on the subcell with the lower output current among the plurality of subcells, surplus charges of the subcell with the high output current do not contribute to the output and degrade the performance of the tandem organic solar cell. You can.

일 구현예에 따르면, 잉여 전하에 의한 성능 저하를 방지할 수 있는 탠덤 유기 태양전지를 제공한다.
According to one embodiment, a tandem organic solar cell capable of preventing performance degradation due to surplus charge is provided.

일 구현예에 따르면, 제1 활성층을 포함하는 제1 서브 셀과 제2 활성층을 포함하는 제2 서브 셀을 포함하고, 상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층 중 적어도 하나는 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체를 포함하는 유기 태양전지를 제공한다.According to one embodiment, a first sub-cell comprising a first active layer and a second sub-cell comprising a second active layer, wherein at least one of the first active layer and the second active layer is at least different in light absorption An organic solar cell including two kinds of electron acceptors is provided.

상기 제1 활성층은 제1 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 전자 공여체, 그리고 제1 전자 수용체를 포함하고, 상기 제2 활성층은 제1 파장 영역보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 흡수하는 제2 전자 공여체, 그리고 광 흡수도가 상이한 제2 전자 수용체 및 제3 전자 수용체를 포함할 수 있다. The first active layer includes a first electron donor that absorbs light in a first wavelength region, and a first electron acceptor, and the second active layer absorbs light in a second wavelength region having a longer wavelength than the first wavelength region. And a second electron donor, and a second electron acceptor and a third electron acceptor having different light absorbances.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 실질적으로 동일한 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may absorb light in substantially the same wavelength region.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체와 다른 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may absorb light in a wavelength region different from that of the second electron donor.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 약 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be included in a weight ratio of about 1:99 to 99: 1.

상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭(optical symmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭(optical asymmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함할 수 있다.The second electron acceptor may include a compound having a light absorption moiety in an optical symmetry structure, and the third electron acceptor includes a compound having a light absorption moiety in an optical asymmetry structure. can do.

상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭 구조의 플러렌 코어에 가지는 플러렌 유도체를 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭 구조의 플러렌 코어를 가지는 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.The second electron acceptor may include a fullerene derivative having a fullerene core having an optically symmetric structure, and the third electron acceptor may include a fullerene derivative having a fullerene core having an optical asymmetric structure.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 공통적인 작용기를 가지는 플러렌 유도체에서 선택될 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be selected from a fullerene derivative having a common functional group.

상기 제2 전자 수용체는 C60, PC60BM, IC60BA 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 C70, PC70BM, IC70BA 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The second electron acceptor may comprise C 60 , PC 60 BM, IC 60 BA or a combination thereof, and the third electron acceptor may comprise C 70 , PC 70 BM, IC 70 BA or a combination thereof. have.

상기 제1 전자 공여체는 약 1.6 내지 2.2 eV의 밴드갭을 가지는 제1 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제2 전자 공여체는 약 0.6 내지 2.0 eV의 밴드갭을 가지는 제2 화합물을 포함할 수 있다.The first electron donor may comprise a first compound having a bandgap of about 1.6 to 2.2 eV, and the second electron donor may comprise a second compound having a bandgap of about 0.6 to 2.0 eV.

상기 제1 파장 영역은 약 200nm 내지 780nm 이고, 상기 제2 파장 영역은 약 400nm 내지 2000nm 일 수 있다.The first wavelength region may be about 200 nm to 780 nm, and the second wavelength region may be about 400 nm to 2000 nm.

상기 제1 서브 셀과 상기 제2 서브 셀은 직렬로 연결될 수 있다.The first subcell and the second subcell may be connected in series.

다른 구현예에 따르면, 제1 전극, 상기 제1 전극의 일면에 위치하는 제1 활성층, 상기 제1 활성층의 일면에 형성되어 있는 중간연결부(interconnection part), 상기 중간연결부의 일면에 형성되어 있고 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체를 포함하는 제2 활성층, 그리고 상기 제2 활성층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 제1 활성층 및 상기 중간연결부는 제1 출력전류를 생산하고, 상기 제2 전극, 상기 제2 활성층 및 상기 중간연결부는 상기 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체들의 조성비를 조절하여 상기 제1 출력전류와 실질적으로 동등한 제2 출력전류를 생산하는 유기 태양전지를 제공한다.According to another embodiment, a first electrode, a first active layer located on one surface of the first electrode, an interconnection part formed on one surface of the first active layer, and formed on one surface of the intermediate connection part A second active layer including at least two kinds of electron acceptors having different absorbances, and a second electrode formed on the second active layer, wherein the first electrode, the first active layer, and the intermediate connection part have a first output A current is generated, and the second electrode, the second active layer, and the intermediate connection portion adjust a composition ratio of at least two kinds of electron acceptors having different light absorbances to obtain a second output current that is substantially equal to the first output current. Provide organic solar cells to produce.

상기 제1 활성층은 제1 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 전자 공여체, 그리고 제1 전자 수용체를 포함할 수 있고, 상기 제2 활성층은 제1 파장 영역보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 흡수하는 제2 전자 공여체, 그리고 광 흡수도가 상이한 제2 전자 수용체 및 제3 전자 수용체를 포함할 수 있다.The first active layer may include a first electron donor that absorbs light in a first wavelength region, and a first electron acceptor, and the second active layer absorbs light in a second wavelength region having a longer wavelength than the first wavelength region. And a second electron donor, and a second electron acceptor and a third electron acceptor having different light absorbances.

상기 제1 파장 영역은 약 200nm 내지 780nm 일 수 있고, 상기 제2 파장 영역은 약 400nm 내지 2000nm 일 수 있다.The first wavelength region may be about 200 nm to 780 nm, and the second wavelength region may be about 400 nm to 2000 nm.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 약 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be included in a weight ratio of about 1:99 to 99: 1.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 실질적으로 서로 동일한 파장 영역의 광을 흡수할 수 있고, 상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체와 다른 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may absorb light in substantially the same wavelength region, and the second electron acceptor and the third electron acceptor may emit light in a wavelength region different from that of the second electron donor. It can absorb.

상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭 구조의 플러렌 코어에 가지는 플러렌 유도체를 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭 구조의 플러렌 코어를 가지는 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.The second electron acceptor may include a fullerene derivative having a fullerene core having an optically symmetric structure, and the third electron acceptor may include a fullerene derivative having a fullerene core having an optical asymmetric structure.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 공통적인 작용기를 가지는 플러렌 유도체에서 선택될 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be selected from a fullerene derivative having a common functional group.

상기 중간연결부는 도전성 고분자, 절연성 고분자, 강유전성 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 복수 층을 포함할 수 있다.The intermediate connection part may include a plurality of layers including a conductive polymer, an insulating polymer, a ferroelectric polymer, a metal oxide, or a combination thereof.

상기 중간연결부는 상기 복수 층 사이에 위치하는 도전성 박막층을 포함할 수 있다.The intermediate connector may include a conductive thin film layer positioned between the plurality of layers.

상기 제2 출력전류는 상기 제1 출력전류 대비 약 0.9 내지 1.1배일 수 있다.
The second output current may be about 0.9 to 1.1 times the first output current.

복수의 서브 셀들이 적층된 탠덤 유기 태양전지에서, 활성층의 두께 제어 없이도 서브 셀들 사이의 전류 매칭을 구현할 수 있고 이로 인하여 출력 전류의 차이로 인한 잉여 전하의 발생을 줄여 잉여 전하로 인해 유기 태양전지의 성능에 악영향을 미치는 것을 줄일 수 있다.
In tandem organic solar cells in which a plurality of sub-cells are stacked, current matching between sub-cells can be implemented without controlling the thickness of the active layer, thereby reducing the occurrence of surplus charges due to the difference in output current, thereby reducing the occurrence of surplus charges. It can reduce the adverse effect on performance.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지를 도시한 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 태양전지를 도시한 단면도이고,
도 3은 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 광 흡수도를 보여주는 그래프이고,
도 4는 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 전류 밀도를 보여주는 그래프이고,
도 5는 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지의 파장에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 보여주는 그래프이고,
도 6은 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지의 누적 광 흡수도를 보여주는 그래프이고,
도 7는 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지에서 하부 서브 셀과 상부 서브 셀의 광 흡수도를 보여주는 그래프이고,
도 8 및 도 9는 각각 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지가 도 7의 'A' 지점일 때의 파장에 따른 외부양자효율(EQE) 및 누적 광 흡수도를 보여주는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing an organic solar cell according to one embodiment;
2 is a cross-sectional view showing an organic solar cell according to another embodiment;
3 is a graph showing the light absorption of the solar cell according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2,
4 is a graph showing current densities of solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;
5 is a graph showing an external quantum efficiency (EQE) according to the wavelength of the organic solar cell according to Examples 2-1 to 2-5,
6 is a graph showing the cumulative light absorbance of the organic solar cells according to Examples 2-1 to 2-5,
7 is a graph showing the light absorption of the lower subcell and the upper subcell in the tandem organic solar cell according to Example 3,
8 and 9 are graphs showing the external quantum efficiency (EQE) and the cumulative light absorbance according to the wavelength when the tandem organic solar cell according to Example 3 is the point 'A' of FIG. 7, respectively.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

이하 일 구현예에 따른 유기 태양전지에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, an organic solar cell according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 태양전지는 차례로 적층되어 있는 제1 서브 셀(C1)과 제2 서브 셀(C2)을 포함하고, 제1 서브 셀(C1)과 제2 서브 셀(C2)은 중간연결부(interconnection part)(130)로 연결되어 있다.Referring to FIG. 1, an organic solar cell according to an embodiment includes a first subcell C1 and a second subcell C2 that are sequentially stacked, and include a first subcell C1 and a second subcell. C2 is connected to an intermediate connection part 130.

제1 서브 셀(C1)은 제1 전극(110), 제1 활성층(120) 및 제1 중간연결부(130a)를 포함하고, 제2 서브 셀(C2)은 제2 중간연결부(130b), 제2 활성층(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.The first sub cell C1 includes the first electrode 110, the first active layer 120, and the first intermediate connector 130a, and the second sub cell C2 includes the second intermediate connector 130b and the first intermediate cell 130. And an active layer 140 and a second electrode 150.

기판(도시하지 않음)은 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120) 측에 위치할 수 있으며, 예컨대 투광성 물질로 만들어질 수 있다. 상기 투광성 물질은 예컨대 유리와 같은 무기 물질 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다.The substrate (not shown) may be located at the side of the first electrode 110 or the second electrode 120 and may be made of, for example, a light transmissive material. The light transmissive material may include an inorganic material such as glass or an organic material such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide, polyethersulfone or a combination thereof.

제1 전극(110)과 제2 전극(150) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다. 제1 전극(110)이 애노드인 경우 제1 중간연결부(130a)는 캐소드 역할을 할 수 있고, 제1 전극(110)이 캐소드인 경우 제1 중간연결부(130a)는 애노드 역할을 할 수 있다. 마찬가지로 제2 전극(150)이 애노드인 경우 제2 중간연결부(130b)는 캐소드 역할을 할 수 있고, 제2 전극(150)이 캐소드인 경우 제2 중간연결부(130b)는 애노드 역할을 할 수 있다.One of the first electrode 110 and the second electrode 150 may be an anode and the other may be a cathode. When the first electrode 110 is an anode, the first intermediate connector 130a may serve as a cathode, and when the first electrode 110 is a cathode, the first intermediate connector 130a may serve as an anode. Similarly, when the second electrode 150 is an anode, the second intermediate connector 130b may serve as a cathode, and when the second electrode 150 is a cathode, the second intermediate connector 130b may serve as an anode. .

제1 전극(110) 및 제2 전극(150) 중 하나는 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 도핑된 산화아연 (indium doped ZnO, IZO), 산화주석(SnO2), 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum doped ZnO, AZO), 갈륨 도핑된 산화아연(gallium doped ZnO, GZO)과 같은 도전성 산화물, 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT) 또는 그래핀(graphene)과 같은 도전성 탄소복합체 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있고, 다른 하나는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 리튬(Li) 등의 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. One of the first electrode 110 and the second electrode 150 is, for example, indium tin oxide (ITO), indium doped ZnO (IZO), tin oxide (SnO 2 ), aluminum doped zinc oxide ( made of transparent conductors such as conductive oxides such as aluminum doped ZnO, AZO), gallium doped ZnO, GZO, and conductive carbon composites such as carbon nanotubes (CNT) or graphene. The other may be made of an opaque conductor such as aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), lithium (Li), or the like.

중간연결부(130)는 제1 서브 셀(C1)의 제1 중간연결부(130a)와 제2 서브 셀(C2)의 제2 중간연결부(130b)를 포함하고, 제1 중간연결부(130a)와 제2 중간연결부(130b)의 계면은 제1 중간연결부(130a)의 전하들과 제2 중간연결부(130b)의 전하들의 재결합 센터(recombination center)가 될 수 있다.The intermediate connector 130 includes a first intermediate connector 130a of the first subcell C1 and a second intermediate connector 130b of the second subcell C2, and includes the first intermediate connector 130a and the first intermediate connector 130a. The interface of the two intermediate connectors 130b may be a recombination center of the charges of the first intermediate connector 130a and the charges of the second intermediate connector 130b.

제1 중간연결부(130a)와 제2 중간연결부(130b)는 예컨대 도전성 고분자, 절연성 고분자, 강유전성(ferroelectric) 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 각각 단일층 또는 복수층일 수 있다. 상기 도전성 고분자는 예컨대 PEDOT:PSS 일 수 있고 상기 금속 산화물은 예컨대 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 이리듐(Ir), 티타늄(Ti), 아연(Zn) 또는 이들 조합의 산화물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first intermediate connector 130a and the second intermediate connector 130b may include, for example, a conductive polymer, an insulating polymer, a ferroelectric polymer, a metal oxide, or a combination thereof, and may each be a single layer or a plurality of layers. The conductive polymer may be, for example, PEDOT: PSS and the metal oxide is, for example, nickel (Ni), ruthenium (Ru), tungsten (W), molybdenum (Mo), vanadium (V), iridium (Ir), titanium (Ti) , Zinc (Zn) or an oxide of a combination thereof, but is not limited thereto.

중간연결부(130)는 상기 복수 층의 중앙연결부(130a, 130b) 사이에 위치하는 도전성 박막(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 도전성 박막은 전하들의 효과적인 재결합 센터로서 역할을 할 수 있다. 상기 도전성 박막은 예컨대 빛의 투과에 영향을 미치지 않는 투광성 도전체일 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드와 같은 도전성 산화물 층 및/또는 얇은 두께의 금속층일 수 있다. The intermediate connector 130 may further include a conductive thin film (not shown) positioned between the central connectors 130a and 130b of the plurality of layers. The conductive thin film can serve as an effective recombination center of charges. The conductive thin film may be, for example, a light transmissive conductor that does not affect the transmission of light, and may be a conductive oxide layer such as indium tin oxide and / or a thin metal layer.

제1 활성층(120) 및 제2 활성층(140)은 각각 n형 반도체 물질로 만들어진 전자 수용체와 p형 반도체 물질로 만들어진 전자 공여체를 포함하는 광 활성물질을 포함할 수 있다. The first active layer 120 and the second active layer 140 may each include a photoactive material including an electron acceptor made of an n-type semiconductor material and an electron donor made of a p-type semiconductor material.

상기 전자 수용체와 상기 전자 공여체는 예컨대 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조를 이룰 수 있다. 상기 벌크 이종접합 구조인 경우, 제1 광 활성층(120) 및 제2 활성층(140)에 흡수된 빛에 의해 여기된 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 확산을 통해 전자 수용체와 전자 공여체의 계면에 도달하면 그 계면을 이루는 두 물질의 전자 친화도 차이에 의하여 전자와 정공으로 분리되고, 전자는 전자 수용체를 통해 캐소드로 이동하고 정공은 전자 공여체를 통해 애노드로 이동하여 광 전류(photocurrent)를 발생시킨다.The electron acceptor and the electron donor may have a bulk heterojunction structure, for example. In the bulk heterojunction structure, an electron-hole pair excited by light absorbed by the first photoactive layer 120 and the second active layer 140 is diffused to form an electron acceptor and an electron donor. When the interface is reached, electrons and holes are separated by the difference in electron affinity between the two materials forming the interface, electrons move to the cathode through the electron acceptor, and holes move to the anode through the electron donor, thereby generating photocurrent. Generate.

제1 활성층(120)과 제2 활성층(150)은 서로 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 전자 공여체를 포함한다. The first active layer 120 and the second active layer 150 include electron donors that absorb light in different wavelength regions.

제1 활성층(120)은 예컨대 약 200nm 내지 780nm의 비교적 단파장 영역의 광을 흡수하는 제1 전자 공여체를 포함할 수 있다. 비교적 단파장 영역의 광을 흡수하는 상기 제1 전자 공여체는 예컨대 약 1.6 내지 2.2 eV의 밴드갭을 가지는 제1 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 제1 화합물의 예로는 폴리아닐린; 폴리피롤; 폴리티오펜; 폴리(p-페닐렌비닐렌); 벤조디티오펜(benzodithiophene); 티에노티오펜(thienothiophene); MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene); MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene); 펜타센; 페릴렌(perylene); 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜); 폴리트라이페닐아민; 프탈로시아닌(phthalocyanine); 틴(Ⅱ) 프탈로시아닌(tin (Ⅱ) phthalocyanine, SnPc); 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine); 트리아릴아민(triarylamine); 벤지딘(bezidine); 피라졸린(pyrazoline); 스티릴아민(styrylamine); 하이드라존(hydrazone); 카바졸(carbazole); 티오펜(thiophene); 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethylenedioxythiophene, EDOT); 피롤(pyrrole); 페난트렌(phenanthrene); 테트라센(tetracence); 나프탈렌(naphthalene); 루브렌(rubrene); 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA); 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene, P3HT) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first active layer 120 may include, for example, a first electron donor that absorbs light in a relatively short wavelength region of about 200 nm to 780 nm. The first electron donor, which absorbs light in a relatively short wavelength region, may include, for example, a first compound having a bandgap of about 1.6 to 2.2 eV, examples of which include polyaniline; Polypyrrole; Polythiophene; Poly (p-phenylenevinylene); Benzodithiophene; Thienothiophene; MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene); MDMO-PPV (poly (2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene-vinylene); pentacene; perylene; poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ( PEDOT), poly (3-alkylthiophene); polytriphenylamine; phthalocyanine; tin (II) phthalocyanine (SnPc); copper phthalocyanine; triarylamine Bezidine; pyrazoline; styrylamine; hydrazone; carbazole; thiophene; 3,4-ethylenedioxythiophene (3,4 ethylenedioxythiophene (EDOT); pyrrole; phenanthrene; tetracene; natraceene; rubrene; 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride Ride (1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA); poly (3-hexylthiophene) (poly (3-hexylthiophene, P3HT)), but is not limited thereto.

제1 활성층(120)은 상기 제1 전자 공여체와 벌크 이종접합 구조를 이루는 제1 전자 수용체를 포함할 수 있다. 상기 제1 전자 수용체는 상기 제1 전자 공여체보다 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 레벨이 상대적으로 낮은 물질이 선택될 수 있으며, 예컨대 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM과 같은 플러렌 유도체일 수 있다. The first active layer 120 may include a first electron acceptor forming a bulk heterojunction structure with the first electron donor. The first electron acceptor may be selected from a material having a lower level of lower unoccupied molecular orbital (LUMO) than the first electron donor. For example, fullerene (C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 and the like); 1- (3-methoxy-carbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) C61 (1- (3-methoxy-carbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) C61), C71-PCBM, C84 And fullerene derivatives such as -PCBM, bis-PCBM.

제2 활성층(140)은 예컨대 약 400nm 내지 2000nm의 비교적 장파장 영역의 광을 흡수하는 제2 전자 공여체를 포함할 수 있다. 비교적 장파장 영역의 광을 흡수하는 상기 제2 전자 공여체는 약 0.6 내지 2.0 eV의 밴드갭을 가지는 제2 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 제2 화합물의 예로는 폴리((4,8-비스(옥틸옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜)-2,6-디일-알트-(2-((도데실옥시)카르보닐)티에노[3,4-b]티오펜)-3,6-디일)(poly((4,8-bis(octyloxy)benzo(1,2-b:4,5-b')dithiophene)-2,6-diyl-alt-(2-((dodecyloxy)carbonyl)thieno(3,4-b)thiophenediyl)-3,6-diyl), PTB1), 폴리((4,8-비스(2-에틸헥실옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜)-2,6-디일-알트-(2-((2-에틸헥실옥시)카르보닐)-3-플루오로티에노[3,4-b]티오펜)-3,6-디일)(poly((4,8-bis(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(2-((2-ethylhexyloxy)carbonyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophenediyl)-3,6-diyl)), PTB7), 사이클로펜타[2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자(cyclopenta[2,1-b:3,4-b′]dithiophene-based polymers), 실라플루오렌계 고분자(silafluorene-based polymer), 카바졸계 화합물, 플루오렌계 화합물, 할로겐화 축합된 티오펜(halogenated fused thiophene), 디테에노[3,2-b:2'3'-d]실롤(dithieno[3,2-b:2'3'-d]silole)계 화합물 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second active layer 140 may include, for example, a second electron donor that absorbs light in a relatively long wavelength region of about 400 nm to 2000 nm. The second electron donor, which absorbs light in a relatively long wavelength region, may include a second compound having a bandgap of about 0.6 to 2.0 eV, and examples of the second compound include poly ((4,8-bis (octyl) Oxy) benzo [1,2- b : 4,5- b ' ] dithiophene) -2,6-diyl-alt- (2-((dodecyloxy) carbonyl) thieno [3,4- b ] thiophene) -3,6-diyl) (poly ((4,8-bis (octyloxy) benzo (1,2- b: 4,5- b ') dithiophene) -2,6-diyl- alt - (2 -((dodecyloxy) carbonyl) thieno (3,4- b ) thiophenediyl) -3,6-diyl), PTB1), poly ((4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2- b : 4,5- b ' ] dithiophene) -2,6-diyl-alt- (2-((2-ethylhexyloxy) carbonyl) -3-fluorothieno [3,4- b ] Thiophene) -3,6-diyl) (poly ((4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2- b : 4,5- b ' ] dithiophene) -2,6-diyl-alt- (2-((2-ethylhexyloxy) carbonyl) -3-fluorothieno [3,4- b ] thiophenediyl) -3,6-diyl)), PTB7), cyclopenta [2,1- b : 3,4- b '] dithiophene-based polymer (cyclopenta [2,1- b: 3,4- b '] dithiophene-based polymers), La fluorene-based polymer (silafluorene-based polymer), Carbazole compounds, fluorene compounds, halogenated fused thiophene, dieteno [3,2-b: 2'3'-d] silol (dithieno [3,2-b: 2'3] '-d] silole) -based compounds, but is not limited thereto.

제2 활성층(140)은 상기 제2 전자 공여체와 벌크 이종접합 구조를 이루는 적어도 두 종류의 전자 수용체를 포함할 수 있다. 상기 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체보다 LUMO 레벨이 상대적으로 낮은 물질에서 선택될 수 있다.The second active layer 140 may include at least two kinds of electron acceptors forming a bulk heterojunction structure with the second electron donor. The electron acceptor may be selected from a material having a lower LUMO level than the second electron donor.

상기 전자 수용체는 실질적으로 동일한 파장 영역에서 광 흡수도가 상이한 전자 수용체들 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 실질적으로 동일한 파장 영역에서 광 흡수도가 낮은 제2 전자 수용체와 광 흡수도가 높은 제3 전자 수용체를 포함할 수 있다. The electron acceptor may be selected from electron acceptors having different light absorbances in substantially the same wavelength region, for example, a second electron acceptor having a low light absorbance and a third electron acceptor having a high light absorbance in substantially the same wavelength region. It may include.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체와 다른 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다. 여기서 다른 파장 영역의 광이라 함은 상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체의 최대 흡수 파장(λmax)과 상기 제2 전자 공여체의 최대 흡수 파장(λmax)의 차이가 약 70nm 이상인 것을 의미한다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may absorb light in a wavelength region different from that of the second electron donor. Here, the term light of different wavelength regions is meant the difference between the second electron acceptor and the third maximum absorption wavelength of an electron acceptor (λ max) and the maximum absorption wavelength (λ max) of the second electron donor at least about 70nm do.

상기 광 흡수도는 화합물 구조에 따라 결정될 수 있다. 상기 제2 전자 수용체는 광 흡수도가 낮은 구조의 광 흡수 모이어티(light absorbing moiety)를 가지는 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 광 흡수도가 높은 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭(optical symmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭(optical asymmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함할 수 있다. The light absorption may be determined according to the compound structure. The second electron acceptor may include a compound having a light absorbing moiety having a low light absorbing structure, and the third electron acceptor has a light absorbing moiety having a high light absorbing structure. It may include a compound. For example, the second electron acceptor may include a compound having a light absorption moiety having an optical symmetry structure, and the third electron acceptor may include a compound having a light absorption moiety having an optical asymmetry structure. It may include.

상기 광 흡수 모이어티는 예컨대 플러렌(fullerene)일 수 있으며, 상기 제2 전자 수용체는 예컨대 광학적 대칭 구조의 플러렌 코어를 가지는 플러렌 유도체일 수 있고 상기 제3 전자 수용체는 예컨대 광학적 비대칭 구조의 플러렌 코어에 가지는 플러렌 유도체일 수 있다.The light absorbing moiety can be, for example, fullerene, the second electron acceptor can be a fullerene derivative having, for example, a fullerene core of optically symmetrical structure and the third electron acceptor has for example an optically asymmetrical fullerene core. It may be a fullerene derivative.

한편 상기 제2 전자 수용체 및 상기 제3 전자 수용체가 측쇄를 가지는 경우, 상기 측쇄는 공통적인 작용기(functional group)를 가질 수 있다. 이와 같이 상기 제2 전자 수용체 및 상기 제3 전자 수용체가 공통적인 작용기를 가짐으로써 제2 활성층(140)의 모폴로지를 개선할 수 있다. Meanwhile, when the second electron acceptor and the third electron acceptor have side chains, the side chains may have a common functional group. As such, the morphology of the second active layer 140 may be improved by having a common functional group between the second electron acceptor and the third electron acceptor.

예컨대 상기 제2 전자 수용체는 하기 화학식 1로 표현되는 C60일 수 있고 상기 제3 전자 수용체는 하기 화학식 2로 표현되는 C70일 수 있다.For example, the second electron acceptor may be C60 represented by Chemical Formula 1, and the third electron acceptor may be C70 represented by Chemical Formula 2.

[화학식 1] [화학식 2][Formula 1] [Formula 2]

Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00001
Figure pat00002

예컨대 상기 제2 전자 수용체는 하기 화학식 3으로 표현되는 [6,6]-페닐-C60-부티르산 메틸에스테르([6, 6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester, PC60BM)일 수 있고 상기 제3 전자 수용체는 하기 화학식 4로 표현되는 [6,6]-페닐-C70-부티르산 메틸에스테르([6, 6]-Phenyl-C70-butyric acid methyl ester, PC70BM)일 수 있다.For example, the second electron acceptor may be [6,6] -phenyl-C60-butyric acid methyl ester ([6,6] -phenyl-C60-butyric acid methyl ester, PC 60 BM) represented by Formula 3, wherein The third electron acceptor may be [6,6] -phenyl-C70-butyric acid methyl ester ([6,6] -Phenyl-C70-butyric acid methyl ester, PC 70 BM) represented by Formula 4 below.

[화학식 3] [화학식 4][Formula 3] [Formula 4]

Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00003
Figure pat00004

예컨대 상기 제2 전자 수용체는 예컨대 각각 하기 화학식 5로 표현되는 인덴 C60 비스어덕트(Indene C60 bis-adduct, IC60BA)일 수 있고 상기 제3 전자 수용체는 하기 화학식 6로 표현되는 인덴 C70 비스어덕트(Indene C70 bis-adduct, IC70BA) 일 수 있다.For example, the second electron acceptor may be, for example, Indene C60 bis-adduct (IC 60 BA) represented by the following Chemical Formula 5, and the third electron acceptor may be represented by the following Chemical Formula 6 Duct (Indene C70 bis-adduct, IC 70 BA).

[화학식 5] [화학식 6][Formula 5] [Formula 6]

Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00005
Figure pat00006

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 소정의 혼합 비율(blending ratio)로 포함될 수 있으며, 상기 혼합 비율을 조절함으로써 제2 활성층(140)을 포함하는 제2 서브 셀(C2)이 원하는 출력 전류를 낼 수 있도록 제어할 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be included at a predetermined blending ratio, and the desired output of the second subcell C2 including the second active layer 140 may be adjusted by adjusting the blending ratio. It can be controlled to produce a current.

상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 예컨대 약 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있으며, 구체적인 혼합 비율은 제1 서브 셀(C1)과 제2 서브 셀(C2) 사이의 전류 매칭(current matching)에 따라 결정될 수 있다.The second electron acceptor and the third electron acceptor may be included, for example, in a weight ratio of about 1:99 to 99: 1, and the specific mixing ratio is a current between the first subcell C1 and the second subcell C2. It may be determined according to current matching.

이에 대하여 구체적으로 설명한다. This will be described in detail.

본 구현예에 따른 유기 태양전지는 서로 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 복수의 서브 셀을 포함함으로써 흡광 파장 영역을 넓혀 광 흡수도를 높일 수 있다. 예컨대 전술한 바와 같이 단파장 영역의 빛을 흡수하는 서브 셀과 장파장 영역의 빛을 흡수하는 서브 셀을 포함함으로써 단파장 및 장파장 영역의 빛을 모두 흡수하여 광 흡수도를 높일 수 있다.The organic solar cell according to the present exemplary embodiment includes a plurality of subcells absorbing light in different wavelength regions, thereby increasing light absorption by widening the absorption wavelength region. For example, as described above, by including a subcell that absorbs light in the short wavelength region and a subcell that absorbs light in the long wavelength region, light absorption may be increased by absorbing both light in the short wavelength region and the long wavelength region.

그러나 복수의 서브 셀은 직렬로 연결되어 있으므로, 유기 태양전지의 전체 출력 전류는 복수의 서브 셀 중 출력 전류가 낮은 서브 셀의 출력 전류에 의해 결정될 수 있다. 이 경우 출력 전류가 높은 서브 셀의 잉여 전하들은 출력에 기여하지 못하고 내부에 축적되면서 유기 태양전지의 성능에 영향을 미칠 수 있다.However, since the plurality of subcells are connected in series, the total output current of the organic solar cell may be determined by the output current of the subcell having the lower output current among the plurality of subcells. In this case, surplus charges of a subcell having a high output current do not contribute to the output and accumulate inside, which may affect the performance of the organic solar cell.

서브 셀의 출력 전류는 활성층의 광 흡수도에 따라 결정될 수 있는데, 특히 비교적 장파장 영역의 광을 흡수하는 전자 공여체를 포함한 서브 셀에서는 전자 수용체의 광 흡수도가 서브 셀의 출력 전류에 큰 영향을 미칠 수 있다.The output current of the subcell may be determined according to the light absorbance of the active layer. In particular, in a subcell including an electron donor which absorbs light in a relatively long wavelength region, the light absorbance of the electron acceptor may have a large influence on the output current of the subcell. Can be.

본 구현예에서는 출력 전류가 높은 서브 셀의 활성층에 복수 종류의 전자 수용체를 혼합하고 이들 사이의 혼합 비율을 조절함으로써 출력 전류가 낮은 서브 셀과 실질적으로 동등한 정도의 출력 전류를 내도록 광 흡수도를 조절할 수 있다. 여기서 '실질적으로 동등한 정도의 출력 전류를 가지도록 조절한다'는 것은 출력 전류가 높은 서브 셀의 출력 전류가 출력 전류가 낮은 서브 셀 대비 약 0.9 내지 1.1배가 되도록 조절하는 것을 의미할 수 있으나, 상기 기준은 경우에 따라 달라질 수 있다.In this embodiment, the light absorption is adjusted to produce a substantially equivalent output current to a subcell having a low output current by mixing a plurality of types of electron acceptors in an active layer of a subcell having a high output current and adjusting a mixing ratio therebetween. Can be. Herein, 'adjusting to have substantially the same level of output current' may mean adjusting the output current of a subcell having a high output current to be about 0.9 to 1.1 times that of a subcell having a low output current. May vary from case to case.

이와 같이 본 구현예에 따른 유기 태양전지는 실질적으로 동등한 정도의 출력 전류를 낼 수 있는 복수의 서브 셀을 구현함으로써 서브 셀들 사이의 출력 전류의 차이로 인한 잉여 전하의 발생을 줄일 수 있고 이에 따라 잉여 전하의 축적으로 인해 유기 태양전지의 성능에 악영향을 미치는 것을 줄일 수 있다. As described above, the organic solar cell according to the present embodiment may implement a plurality of subcells capable of generating substantially equivalent output currents, thereby reducing the occurrence of surplus charges due to the difference in the output currents between the subcells, and thus surpluses. Accumulation of charge can reduce the adverse effects on the performance of the organic solar cell.

한편, 상기와 같이 실질적으로 동등한 정도의 출력 전류를 낼 수 있는 복수의 서브 셀을 구현함으로써, 서브 셀들 사이의 출력 전류의 균형을 맞추기 위하여 활성층들의 두께를 조절할 필요가 없다. 따라서 각 서브 셀들의 활성층의 두께를 제어하기 위한 별도의 수단이 필요 없을 뿐만 아니라, 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정과 같이 박막 두께 제어가 어려운 공정도 적용 가능하다.On the other hand, by implementing a plurality of sub-cells capable of generating a substantially equivalent output current as described above, it is not necessary to adjust the thickness of the active layer to balance the output current between the sub-cells. Therefore, not only a separate means for controlling the thickness of the active layer of each subcell is required, but also a process that is difficult to control thin film thickness, such as a roll-to-roll process, is applicable.

이하 도 2를 참고하여 다른 구현예에 따른 유기 태양전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, an organic solar cell according to another embodiment will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 다른 구현예에 따른 유기 태양전지를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to another embodiment.

도 2를 참고하여, 다른 구현예에 따른 유기 태양전지는 전술한 구현예와 마찬가지로, 제1 전극(110) 및 제1 활성층(120)을 포함하는 제1 서브 셀(C1); 제2 활성층(140) 및 제2 전극(150)을 포함하는 제2 서브 셀(C2); 및 중간연결부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 2, an organic solar cell according to another embodiment may include a first sub cell C1 including a first electrode 110 and a first active layer 120, as in the above-described embodiment; A second sub cell C2 including a second active layer 140 and a second electrode 150; And an intermediate connector 130.

그러나 본 구현예에 따른 유기 태양전지는 전술한 구현예와 달리, 중간연결부(130)는 제1 중간연결부(130a)와 제2 중간연결부(130b) 외에 이들 사이에 위치하는 제3 중간연결부(135)를 더 포함한다. 제3 중간연결부(135)는 제1 중간연결부(130a)와 제2 중간연결부(130b) 사이에 개재될 수 있으며, 예컨대 금속 박막층일 수 있다. However, in the organic solar cell according to the present embodiment, unlike the above-described embodiment, the intermediate connector 130 is positioned between them in addition to the first intermediate connector 130a and the second intermediate connector 130b. More). The third intermediate connector 135 may be interposed between the first intermediate connector 130a and the second intermediate connector 130b, and may be, for example, a metal thin film layer.

또한 본 구현예에 따른 유기 태양전지는 전술한 구현예와 달리, 제1 전극(110)과 제1 활성층 (120) 사이에 보조층(115)을 더 포함하고 제2 전극(150)과 제2 활성층(140) 사이에 보조층(145)을 더 포함한다. 보조층(115)은 제1 활성층(120)과 제1 전극(115) 사이의 전하 이동성을 높이는 역할을 할 수 있고 버퍼층(145)은 제2 활성층(140)과 제2 전극(150) 사이의 전하 이동성을 높이는 역할을 할 수 있다. 보조층(115, 145)은 예컨대 전자 주입층, 전자 전달층, 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 차단층에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보조층(115, 145) 중 어느 하나는 생략될 수 있으며 경우에 따라 둘 다 생략될 수 있다.In addition, unlike the above-described embodiment, the organic solar cell according to the present embodiment further includes an auxiliary layer 115 between the first electrode 110 and the first active layer 120, and the second electrode 150 and the second electrode. The auxiliary layer 145 is further included between the active layers 140. The auxiliary layer 115 may serve to increase charge mobility between the first active layer 120 and the first electrode 115, and the buffer layer 145 may be disposed between the second active layer 140 and the second electrode 150. It may serve to increase charge mobility. The auxiliary layers 115 and 145 may be one or more selected from, for example, an electron injection layer, an electron transport layer, a hole injection layer, a hole transport layer, and a hole blocking layer, but are not limited thereto. Either one of the auxiliary layers 115 and 145 may be omitted and both may be omitted in some cases.

상기에서는 설명의 편의상 두 개의 서브 셀을 포함하는 태양 전지에 대하여 예시적으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 세 개 이상의 서브 셀을 포함하는 태양 전지에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
In the above description, a solar cell including two subcells has been exemplarily described for convenience of description, but the present invention is not limited thereto, and the same can be applied to a solar cell including three or more subcells.

이하 본 기재의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 기재의 일 실시예일 뿐이며, 본 기재가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Examples and comparative examples of the present invention will be described below. However, the following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

유기 태양전지의 제조 - 1Manufacturing of Organic Solar Cells-1

실시예Example 1 One

1mm 두께의 투명 유리기판 위에 스퍼터링 방법으로 150 nm 두께의 ITO 애노드를 형성한다. 이어서 ITO 애노드 위에 하기 화학식 A로 표현되는 전자 공여체(Mn=25,000)와 PC60BM/PC70BM 전자 수용체를 클로로벤젠(chlorobenzene)에서 용해한 혼합물을 적용하여 활성층을 형성한다. 이 때 화학식 A로 표현되는 전자 공여체:PC60BM:PC70BM=10:7.5:7.5(w/w)의 비율로 혼합한다. 이어서 상기 활성층 위에 80nm 두께의 알루미늄(Al) 캐소드를 형성하여 태양 전지를 제조한다.A 150 nm thick ITO anode is formed on a 1 mm thick transparent glass substrate by sputtering. Then, on the ITO anode, an electron donor (Mn = 25,000) The active layer is formed by applying a mixture of PC 60 BM / PC 70 BM electron acceptors dissolved in chlorobenzene. At this time, the electron donor represented by the formula (A) : PC 60 BM: PC 70 BM = 10: 7.5: 7.5 (w / w) in a ratio of mixing. Subsequently, an aluminum (Al) cathode having a thickness of 80 nm is formed on the active layer to manufacture a solar cell.

[화학식 A](A)

Figure pat00007

Figure pat00007

비교예Comparative Example 1 One

화학식 A로 표현되는 전자 공여체:PC60BM:PC70BM=10:15:0(w/w)으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지를 제조한다.
An electron donor represented by Chemical Formula A : PC 60 BM: PC 70 BM = 10: 15: 0 (w / w) A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that it was used.

비교예Comparative Example 2 2

화학식 A로 표현되는 전자 공여체:PC60BM:PC70BM=10:0:15(w/w)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지를 제조한다.
An electron donor represented by Chemical Formula A : PC 60 BM: PC 70 BM = 10: 0: 15 A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was used as (w / w).

평가 1: 광 흡수도Evaluation 1: Light Absorption

실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 광 흡수도를 평가한다.The light absorption of the solar cell according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is evaluated.

그 결과는 도 3과 같다.The results are shown in FIG.

도 3은 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 광 흡수도를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing light absorbance of the solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

도 3을 참고하면, 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지는 장파장 영역에서 실질적으로 동일한 광 흡수도를 나타내는 반면 단파장 영역에서 광 흡수도가 크게 차이나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 exhibit substantially the same light absorption in the long wavelength region, while the light absorption in the short wavelength region is significantly different.

구체적으로, 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지는 공통적으로 적용된 전자 공여체에 의해 약 600 내지 780nm의 파장 영역에서 실질적으로 동일한 광 흡수도를 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 약 380 내지 600nm의 파장 영역에서는 전자 수용체로서 PC60BM와 PC70BM을 함께 사용한 실시예 1에 따른 태양 전지는 전자 수용체로서 PC60BM 만을 사용한 비교예 1에 따른 태양 전지의 광 흡수도와 전자 수용체로서 PC70BM 만을 사용한 비교예 2에 따른 태양 전지의 광 흡수도의 중간 정도의 광 흡수도를 나타내는 것을 알 수 있다.Specifically, it can be seen that the solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 exhibit substantially the same light absorbance in the wavelength region of about 600 to 780 nm by commonly applied electron donors. On the other hand, in the wavelength region of about 380 to 600nm, the solar cell according to Example 1 using PC 60 BM and PC 70 BM together as the electron acceptor has a light absorption degree of the solar cell according to Comparative Example 1 using only PC 60 BM as the electron acceptor. It can be seen that the light absorbency of the medium of the solar cell according to Comparative Example 2 using only PC 70 BM as the electron acceptor is shown.

이에 따라 PC60BM과 PC70BM의 혼합 비율을 조절함으로써 전자 수용체로서 PC60BM 만을 사용한 비교예 1에 따른 태양 전지의 광 흡수도와 전자 수용체로서 PC70BM 만을 사용한 비교예 2에 따른 태양 전지의 광 흡수도 사이에서 원하는 광 흡수도를 가지는 태양 전지를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
Accordingly, the light absorption of the solar cell according to Comparative Example 1 using only PC 60 BM as the electron acceptor by adjusting the mixing ratio of PC 60 BM and PC 70 BM of the solar cell according to Comparative Example 2 using only PC 70 BM as the electron acceptor It can be seen that it is possible to implement a solar cell having a desired light absorption between the light absorption.

평가 2: 전류 밀도Evaluation 2: current density

실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 전류 밀도를 평가한다.The current density of the solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is evaluated.

광원으로는 제논 램프(xenon lamp, Oriel, 01193)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건(AM 1.5)은 표준 태양 전지(Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si + KG 필터)를 사용하여 보정한다. A xenon lamp (Oriel, 01193) was used as the light source, and the solar condition (AM 1.5) of the xenon lamp was a standard solar cell (Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-). Si + KG filter) to calibrate.

그 결과는 도 4와 같다.The result is shown in Fig.

도 4는 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 태양 전지의 전류 밀도를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing current densities of solar cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

도 4를 참고하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지의 전류 밀도와 비교예 2에 따른 태양 전지의 전류 밀도의 중간 정도의 전류 밀도를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the solar cell according to Example 1 has a current density that is about the middle of the current density of the solar cell according to Comparative Example 1 and the current density of the solar cell according to Comparative Example 2.

이에 따라 PC60BM와 PC70BM의 혼합 비율을 조절함으로써 전자 수용체로서 PC60BM 만을 사용한 비교예 1에 따른 태양 전지의 전류 밀도와 전자 수용체로서 PC70BM 만을 사용한 비교예 2에 따른 태양 전지의 전류 밀도 사이에서 원하는 전류 밀도를 가지는 태양 전지를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
Accordingly, by adjusting the mixing ratio of PC 60 BM and PC 70 BM, the current density of the solar cell according to Comparative Example 1 using only PC 60 BM as the electron acceptor and the solar cell according to Comparative Example 2 using only PC 70 BM as the electron acceptor It can be seen that a solar cell having a desired current density can be implemented between current densities.

유기 태양전지의 제조 - 2 Manufacturing of Organic Solar Cells-2

실시예Example 2-1 2-1

1mm 두께의 투명 유리기판 위에 스퍼터링 방법으로 180 nm 두께의 ITO 애노드를 형성한다. 이어서 ITO 애노드 위에 PEDOT:PSS를 스핀 코팅으로 코팅하여 30 nm 두께의 하부 보조층을 형성한다. 이어서 상기 하부 보조층 위에 하기 화학식 B로 표현되는 전자 공여체(Mn=34,000)와 PC60BM/PC70BM 전자 수용체를 1:2(w/w)의 비율로 클로로벤젠:1,8-디아이오도옥탄(chlorobenzene:1,8-diiodooctane) (97:3, v/v)에 용해한 혼합물을 적용하여 85nm 두께의 활성층을 형성한다. 여기서 전자 수용체 PC60BM와 PC70BM는 99:1(w/w)의 비율로 혼합한다. 이어서 상기 활성층 위에 TiO2를 스핀 코팅으로 코팅하여 5nm 두께의 상부 보조층을 형성한다. 이어서 상부 보조층 위에 150 nm 두께의 알루미늄(Al) 캐소드를 형성하여 유기 태양 전지를 제조한다.A 180 nm thick ITO anode is formed on a 1 mm thick transparent glass substrate by sputtering. PEDOT: PSS is then spin coated onto the ITO anode to form a 30 nm thick lower auxiliary layer. Subsequently, on the lower auxiliary layer, the electron donor (Mn = 34,000) and the PC 60 BM / PC 70 BM electron acceptor represented by the following Chemical Formula B are 1: 2 (w / w) in ratio: A mixture dissolved in chlorobenzene: 1,8-diiodooctane (97: 3, v / v) was applied to form an 85 nm thick active layer. Here, the electron acceptor PC 60 BM and PC 70 BM are mixed in a ratio of 99: 1 (w / w). Subsequently, TiO 2 is coated on the active layer by spin coating to form an upper auxiliary layer having a thickness of 5 nm. Subsequently, an aluminum (Al) cathode having a thickness of 150 nm is formed on the upper auxiliary layer to manufacture an organic solar cell.

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00008

Figure pat00008

실시예Example 2-2 2-2

전자 수용체 PC60BM와 PC70BM를 9:1(w/w)의 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조한다.
An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the electron acceptor PC 60 BM and PC 70 BM were mixed in a ratio of 9: 1 (w / w).

실시예Example 2-3 2-3

전자 수용체 PC60BM와 PC70BM를 8:2(w/w)의 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조한다.
An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the electron acceptor PC 60 BM and PC 70 BM were mixed at a ratio of 8: 2 (w / w).

실시예Example 2-4 2-4

전자 수용체 PC60BM와 PC70BM를 7:3(w/w)의 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조한다.
An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the electron acceptor PC 60 BM and PC 70 BM were mixed in a ratio of 7: 3 (w / w).

실시예Example 2-5 2-5

전자 수용체 PC60BM와 PC70BM를 6:4(w/w)의 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조한다.
An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the electron acceptor PC 60 BM and PC 70 BM were mixed at a ratio of 6: 4 (w / w).

평가 3Rating 3

실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지의 외부 양자 효율(EQE) 및 누적 광 흡수도를 평가한다.The external quantum efficiency (EQE) and cumulative light absorption of the organic solar cells according to Examples 2-1 to 2-5 are evaluated.

그 결과는 도 5 및 도 6과 같다.The results are shown in FIGS. 5 and 6. FIG.

도 5는 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지의 파장에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 보여주는 그래프이고, 도 6은 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지의 누적 광 흡수도를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing external quantum efficiency (EQE) according to the wavelength of the organic solar cells according to Examples 2-1 to 2-5, Figure 6 is a graph of the organic solar cells according to Examples 2-1 to 2-5 A graph showing cumulative light absorbance.

도 5 및 도 6을 참고하면, 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 유기 태양 전지는 흡수 파장 영역은 그대로 유지하면서 활성층의 전자수용체의 혼합 비율에 따라 외부 양자 효율(EQE) 및 누적 광 흡수도를 미세하게 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
5 and 6, the organic solar cells according to Examples 2-1 to 2-5 have an external quantum efficiency (EQE) and cumulative light absorption according to the mixing ratio of the electron acceptor of the active layer while maintaining the absorption wavelength region. It can be seen that the degree can be finely adjusted.

탠덤 유기 태양전지의 제조 Fabrication of Tandem Organic Solar Cells

기준예Reference example

1mm 두께의 투명 유리기판 위에 스퍼터링 방법으로 180nm 두께의 ITO 애노드를 형성한다. 이어서 ITO 애노드 위에 PEDOT:PSS를 스핀 코팅으로 코팅하여 30 nm 두께의 하부 보조층을 형성한다. 이어서 상기 하부 보조층 위에 하기 화학식 C로 표현되는 전자 공여체(P3HT)와 하기 화학식 D로 표현되는 전자 수용체(ICBA)를 디클로로벤젠에서 용해한 혼합물을 적용하여 하부 활성층을 형성한다. 이 때 상기 화학식 B로 표현되는 전자 공여체와 상기 화학식 C로 표현되는 전자 수용체(ICBA)는 1:1 (w/w)의 비율로 혼합한다. 이어서 상기 하부 활성층 위에 산화티탄(TiO2)을 스핀 코팅으로 코팅하여 5nm의 하부 중간연결부를 형성하여 하부 서브 셀을 준비한다.A 180 nm thick ITO anode is formed on a 1 mm thick transparent glass substrate by sputtering. PEDOT: PSS is then spin coated onto the ITO anode to form a 30 nm thick lower auxiliary layer. Subsequently, a lower active layer is formed on the lower auxiliary layer by applying a mixture obtained by dissolving an electron donor (P3HT) represented by Formula C and an electron acceptor (ICBA) represented by Formula D below in dichlorobenzene. At this time, the electron donor represented by Chemical Formula B and the electron acceptor (ICBA) represented by Chemical Formula C are mixed at a ratio of 1: 1 (w / w). Subsequently, a titanium oxide (TiO 2) is coated on the lower active layer by spin coating to form a lower intermediate connection portion of 5 nm to prepare a lower sub cell.

이어서 상기 하부 중간연결부 위에 산화텅스텐(WO3)을 진공 증착하여 7nm의 상부 중간연결부를 형성한다. 이어서 상기 상부 중간연결부 위에 하기 화학식 E로 표현되는 전자 공여체(Mn=34,000)와 PC70BM 전자 수용체를 1:1.5 (w/w)로 클로로벤젠:1,8-디아이오도옥탄(97:3, v/v)에서 용해한 혼합물을 적용하여 상부 활성층을 형성한다. 이어서 상기 상부 활성층 위에 TiO2를 스핀 코팅으로 코팅하여 5nm 두께의 상부 보조층을 형성한다. 이어서 상부 보조층 위에 150 nm 두께의 알루미늄(Al) 캐소드를 형성하여 상부 서브 셀을 준비한다. 이에 따라 하부 서브 셀과 상부 서브 셀을 포함하는 탠덤 유기 태양 전지를 제조한다.Subsequently, tungsten oxide (WO 3 ) is vacuum deposited on the lower intermediate interconnection to form an upper intermediate interconnection of 7 nm. Subsequently, the electron donor (Mn = 34,000) PC 70 BM electron acceptor at 1: 1.5 (w / w) A mixture dissolved in chlorobenzene: 1,8-dioodooctane (97: 3, v / v) is applied to form the top active layer. Subsequently, TiO 2 is coated on the upper active layer by spin coating to form an upper auxiliary layer having a thickness of 5 nm. Subsequently, a 150 nm thick aluminum (Al) cathode is formed on the upper auxiliary layer to prepare an upper subcell. Accordingly, a tandem organic solar cell including a lower subcell and an upper subcell is manufactured.

[화학식 C]≪ RTI ID = 0.0 &

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 D][Chemical Formula D]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 E] (E)

Figure pat00011

Figure pat00011

실시예Example 3 3

상기 상부 서브 셀의 상기 전자수용체를 PC70BM 단독으로 사용하는 대신 PC60BM과 PC70BM을 99:1(w/w), 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9 및 1:99 의 비율로 포함한 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 기준예와 동일한 방법으로 탠덤 유기 태양 전지를 제조한다.
Instead of using the electron acceptor of the upper subcell alone as PC 70 BM alone, PC 60 BM and PC 70 BM are used as 99: 1 (w / w), 9: 1, 8: 2, 7: 3, 6: 4, A tandem organic solar cell was manufactured in the same manner as the reference example, except that a mixture including the ratio of 5: 5, 4: 6, 3: 7, 2: 8, 1: 9, and 1:99 was used.

평가 4Rating 4

실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지의 광 흡수도를 평가한다.The light absorbency of the tandem organic solar cell according to Example 3 is evaluated.

도 7는 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지에서 하부 서브 셀과 상부 서브 셀의 광 흡수도를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing light absorbance of the lower subcell and the upper subcell in the tandem organic solar cell according to Example 3. FIG.

도 7에서 보는 바와 같이, 하부 서브 셀은 상대적으로 낮은 광 흡수도를 나타내어 출력 전류가 낮은 서브 셀이고 상부 서브 셀은 상대적으로 높은 광 흡수도를 나타내어 출력 전류가 높은 서브 셀이다.As shown in FIG. 7, the lower subcell shows a relatively low light absorbency and thus has a low output current, and the upper subcell shows a relatively high light absorbency and thus has a high output current.

도 7을 참고하면, 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지는, 기준예에 따른 탠덤 유기 태양 전지의 광 흡수도 및 전류량으로부터 시작하여, 상부 서브 셀의 PC60BM/PC70BM의 혼합 비율에 따라 상부 서브 셀과 하부 서브 셀의 광 흡수도 및 전류량의 차이를 줄일 수 있고 상부 서브 셀과 하부 서브 셀의 광 흡수도 및 전류량이 실질적으로 동일하게 매칭된 지점을 찾을 수 있음을 확인할 수 있다. 도 7의 'A'는 하부 서브 셀과 상부 서브 셀의 광 흡수도 및 전류량이 동일하게 매칭된 지점을 가리킨다.Referring to FIG. 7, the tandem organic solar cell according to Example 3 is applied to the mixing ratio of PC 60 BM / PC 70 BM of the upper subcell, starting from the light absorbance and current amount of the tandem organic solar cell according to the reference example. Accordingly, it can be seen that the difference between the light absorbance and the current amount of the upper subcell and the lower subcell can be reduced, and a point where the light absorbance and the current amount of the upper subcell and the lower subcell are substantially equally matched can be found. 'A' of FIG. 7 indicates a point where the light absorbance and the current amount of the lower subcell and the upper subcell are equally matched.

이로부터 상부 서브 셀의 전자 수용체의 혼합 비율을 조절함으로써 상부 서브 셀과 하부 서브 셀이 실질적으로 동일한 광 흡수도 및 전류량을 가지도록 제어하여 하부 서브 셀과 상부 서브 셀이 실질적으로 동등한 정도의 출력 전류를 가지도록 구현할 수 있다. 이에 따라 출력 전류가 높은 상부 서브 셀의 잉여 전하들이 유기 태양 전지의 내부에 축적되어 성능에 영향을 미치는 것을 줄일 수 있다.From this, by controlling the mixing ratio of the electron acceptor of the upper subcell, the upper subcell and the lower subcell are controlled to have substantially the same light absorbance and current amount, so that the lower subcell and the upper subcell have substantially the same output current. It can be implemented to have As a result, the excess charges of the upper subcell having the high output current may be accumulated inside the organic solar cell, thereby affecting the performance.

도 8 및 도 9는 각각 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지가 도 7의 'A' 지점일 때의 파장에 따른 외부양자효율(EQE) 및 누적 광 흡수도를 보여주는 그래프이다.8 and 9 are graphs showing the external quantum efficiency (EQE) and the cumulative light absorbance according to the wavelength when the tandem organic solar cell according to Example 3 is the point 'A' of FIG. 7, respectively.

도 8 및 도 9를 참고하면, 실시예 3에 따른 탠덤 유기 태양 전지는 하부 서브 셀과 상부 서브 셀이 각각 단파장 영역과 장파장 영역의 광을 흡수하면서 넓은 파장 영역의 광을 흡수할 수 있어 광 흡수율을 개선할 수 있는 동시에, 하부 서브 셀과 상부 서브 셀의 누적 광 흡수도를 실질적으로 동등하게 제어함으로써 광 흡수도가 높은 서브 셀에서 발생하는 잉여 전하들을 줄여 잉여 전하들에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.8 and 9, in the tandem organic solar cell according to Example 3, the lower subcell and the upper subcell absorb light in a wide wavelength region while absorbing light in a short wavelength region and a long wavelength region, respectively. At the same time, by controlling the cumulative light absorbance of the lower subcell and the upper subcell to be substantially equal, it is possible to reduce the surplus charges generated in the high light absorbing subcell to prevent performance degradation due to the surplus charges. Can be.

또한 상기와 같이 출력 전류가 높은 서브 셀의 전자수용체의 혼합 비율의 조절만으로 상기 효과를 기대할 수 있으므로, 복수의 서브 셀들 사이의 출력 전류의 균형을 맞추기 위하여 광 활성층의 두께를 인위적으로 제어할 필요가 없어서 텐덤 유기 태양 전지의 공정성을 개선할 수 있다.
In addition, since the above effects can be expected only by adjusting the mixing ratio of the electron acceptor of the subcell having a high output current, it is necessary to artificially control the thickness of the photoactive layer in order to balance the output current among the plurality of subcells. Can improve the fairness of the tandem organic solar cell.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

C1: 제1 서브 셀 C2: 제2 서브 셀
110: 제 1 전극 120: 제1 활성층
130: 중간연결부 130a: 제1 중간연결부
130b: 제2 중간연결부 135: 제3 중간연결부
140: 제2 활성층 115, 145: 보조층
150: 제2 전극
C1: first subcell C2: second subcell
110: first electrode 120: first active layer
130: intermediate connector 130a: first intermediate connector
130b: second intermediate connector 135: third intermediate connector
140: second active layer 115, 145: auxiliary layer
150: second electrode

Claims (22)

제1 활성층을 포함하는 제1 서브 셀과 제2 활성층을 포함하는 제2 서브 셀을 포함하고,
상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층 중 적어도 하나는 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체를 포함하는
유기 태양전지.
A first subcell including a first active layer and a second subcell including a second active layer,
At least one of the first active layer and the second active layer includes at least two kinds of electron acceptors having different light absorbances.
Organic solar cells.
제1항에서,
상기 제1 활성층은
제1 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 전자 공여체, 그리고
제1 전자 수용체
를 포함하고,
상기 제2 활성층은
제1 파장 영역보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 흡수하는 제2 전자 공여체, 그리고
광 흡수도가 상이한 제2 전자 수용체 및 제3 전자 수용체
를 포함하는 유기 태양전지.
In claim 1,
The first active layer is
A first electron donor that absorbs light in the first wavelength region, and
First electron acceptor
Lt; / RTI >
The second active layer is
A second electron donor that absorbs light in a second wavelength region that is longer than the first wavelength region, and
Second electron acceptor and third electron acceptor having different light absorbances
Organic solar cell comprising a.
제2항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 실질적으로 동일한 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
And the second electron acceptor and the third electron acceptor absorb light in substantially the same wavelength region.
제2항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체와 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
And the second electron acceptor and the third electron acceptor absorb light in a wavelength region different from that of the second electron donor.
제2항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함되어 있는 유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
The second electron acceptor and the third electron acceptor is an organic solar cell is included in a weight ratio of 1:99 to 99: 1.
제2항에서,
상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭(optical symmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함하고,
상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭(optical asymmetry) 구조의 광 흡수 모이어티를 가지는 화합물을 포함하는
유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
The second electron acceptor includes a compound having a light absorption moiety of the optical symmetry structure,
The third electron acceptor includes a compound having a light absorption moiety of an optical asymmetry structure
Organic solar cells.
제6항에서,
상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭 구조의 플러렌 코어에 가지는 플러렌 유도체를 포함하고,
상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭 구조의 플러렌 코어를 가지는 플러렌 유도체를 포함하는
유기 태양전지.
The method of claim 6,
The second electron acceptor includes a fullerene derivative having a fullerene core of an optical symmetric structure,
The third electron acceptor includes a fullerene derivative having a fullerene core having an optical asymmetric structure.
Organic solar cells.
제7항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 공통적인 작용기를 가지는 플러렌 유도체에서 선택되는 유기 태양 전지.
In claim 7,
And the second electron acceptor and the third electron acceptor are selected from a fullerene derivative having a common functional group.
제7항에서,
상기 제2 전자 수용체는 C60, PC60BM, IC60BA 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 제3 전자 수용체는 C70, PC70BM, IC70BA 또는 이들의 조합을 포함하는
유기 태양전지.
In claim 7,
The second electron acceptor comprises C 60 , PC 60 BM, IC 60 BA, or a combination thereof,
The third electron acceptor comprises C 70 , PC 70 BM, IC 70 BA or a combination thereof.
Organic solar cells.
제2항에서,
상기 제1 전자 공여체는 1.6 내지 2.2 eV의 밴드갭을 가지는 제1 화합물을 포함하고,
상기 제2 전자 공여체는 0.6 내지 2.0 eV의 밴드갭을 가지는 제2 화합물을 포함하는
유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
The first electron donor comprises a first compound having a bandgap of 1.6 to 2.2 eV,
The second electron donor comprises a second compound having a bandgap of 0.6 to 2.0 eV
Organic solar cells.
제2항에서,
상기 제1 파장 영역은 200nm 내지 780nm 이고, 상기 제2 파장 영역은 400nm 내지 2000nm인 유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
The first wavelength region is 200nm to 780nm, the second wavelength region is 400nm to 2000nm organic solar cell.
제1항에서,
상기 제1 서브 셀과 상기 제2 서브 셀은 직렬로 연결되어 있는 유기 태양전지.
In claim 1,
And the first subcell and the second subcell are connected in series.
제1 전극,
상기 제1 전극의 일면에 위치하는 제1 활성층,
상기 제1 활성층의 일면에 형성되어 있는 중간연결부(interconnection part),
상기 중간연결부의 일면에 형성되어 있고 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체를 포함하는 제2 활성층, 그리고
상기 제2 활성층 위에 형성되어 있는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 전극, 상기 제1 활성층 및 상기 중간연결부는 제1 출력전류를 생산하고,
상기 제2 전극, 상기 제2 활성층 및 상기 중간연결부는 상기 광 흡수도가 상이한 적어도 두 종류의 전자 수용체들의 조성비를 조절하여 상기 제1 출력전류와 실질적으로 동등한 제2 출력전류를 생산하는
유기 태양전지.
The first electrode,
A first active layer positioned on one surface of the first electrode,
An intermediate connection part formed on one surface of the first active layer,
A second active layer formed on one surface of the intermediate connector and including at least two kinds of electron acceptors having different light absorbances, and
A second electrode formed on the second active layer
/ RTI >
The first electrode, the first active layer and the intermediate connection portion produces a first output current,
The second electrode, the second active layer, and the intermediate connection part adjust a composition ratio of at least two kinds of electron acceptors having different light absorbances to produce a second output current substantially equal to the first output current.
Organic solar cells.
제13항에서,
상기 제1 활성층은
제1 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 전자 공여체, 그리고
제1 전자 수용체
를 포함하고,
상기 제2 활성층은
제1 파장 영역보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 흡수하는 제2 전자 공여체, 그리고
광 흡수도가 상이한 제2 전자 수용체 및 제3 전자 수용체
를 포함하는 유기 태양전지.
The method of claim 13,
The first active layer is
A first electron donor that absorbs light in the first wavelength region, and
First electron acceptor
Lt; / RTI >
The second active layer is
A second electron donor that absorbs light in a second wavelength region that is longer than the first wavelength region, and
Second electron acceptor and third electron acceptor having different light absorbances
Organic solar cell comprising a.
제14항에서,
상기 제1 파장 영역은 200nm 내지 780nm 이고, 상기 제2 파장 영역은 400nm 내지 2000nm인 유기 태양전지.
The method of claim 14,
The first wavelength region is 200nm to 780nm, the second wavelength region is 400nm to 2000nm organic solar cell.
제14항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함되어 있는 유기 태양전지.
The method of claim 14,
The second electron acceptor and the third electron acceptor is an organic solar cell is included in a weight ratio of 1:99 to 99: 1.
제14항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 실질적으로 서로 동일한 파장 영역의 광을 흡수하고
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 상기 제2 전자 공여체와 다른 파장 영역의 광을 흡수하는
유기 태양전지.
The method of claim 14,
The second electron acceptor and the third electron acceptor absorb light of substantially the same wavelength region and
The second electron acceptor and the third electron acceptor absorb light in a wavelength region different from that of the second electron donor.
Organic solar cells.
제14항에서,
상기 제2 전자 수용체는 광학적 대칭 구조의 플러렌 코어에 가지는 플러렌 유도체를 포함하고,
상기 제3 전자 수용체는 광학적 비대칭 구조의 플러렌 코어를 가지는 플러렌 유도체를 포함하는
유기 태양전지.
The method of claim 14,
The second electron acceptor includes a fullerene derivative having a fullerene core of an optical symmetric structure,
The third electron acceptor includes a fullerene derivative having a fullerene core having an optical asymmetric structure.
Organic solar cells.
제18항에서,
상기 제2 전자 수용체와 상기 제3 전자 수용체는 공통적인 작용기를 가지는 플러렌 유도체에서 선택되는 유기 태양전지.
The method of claim 18,
And the second electron acceptor and the third electron acceptor are selected from a fullerene derivative having a common functional group.
제13항에서,
상기 중간연결부는 도전성 고분자, 절연성 고분자, 강유전성 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 복수 층을 포함하는 유기 태양전지.
The method of claim 13,
The intermediate connecting portion includes a plurality of layers including a conductive polymer, an insulating polymer, a ferroelectric polymer, a metal oxide, or a combination thereof. Organic solar cells.
제22항에서,
상기 중간연결부는 복수층을 포함하고,
상기 복수 층 사이에 위치하는 도전성 박막을 포함하는
유기 태양전지.
The method of claim 22,
The intermediate connector includes a plurality of layers,
Containing a conductive thin film located between the plurality of layers
Organic solar cells.
제13항에서,
상기 제2 출력전류는 상기 제1 출력전류 대비 0.9 내지 1.1배인 유기 태양 전지.


The method of claim 13,
The second output current is 0.9 to 1.1 times the organic solar cell than the first output current.


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