KR20140115515A - Multiple transparent electrode and organic solar cell using the same - Google Patents

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KR20140115515A
KR20140115515A KR1020130030000A KR20130030000A KR20140115515A KR 20140115515 A KR20140115515 A KR 20140115515A KR 1020130030000 A KR1020130030000 A KR 1020130030000A KR 20130030000 A KR20130030000 A KR 20130030000A KR 20140115515 A KR20140115515 A KR 20140115515A
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김한기
이주현
신현수
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a multiple transparent electrode. More particularly, the present invention relates to a multiple transparent electrode which comprises a first buffer layer, a metal nanowire layer formed on the upper surface of the buffer layer, and a second buffer layer formed on the upper surface of the metal nanowire layer; and improves the bonding properties of the metal nanowire layer and a substrate through the first buffer layer and the uniformity of the metal nanowire layer through the second buffer layer. The multiple transparent electrode according to the present invention can be used for organic solar cells and various electronic devices which require flexibility and low surface resistance.

Description

다층 투명 전극 및 이를 사용한 유기 태양전지{Multiple transparent electrode and organic solar cell using the same}[0001] The present invention relates to a multi-layer transparent electrode and an organic solar cell using the multi-

본 발명은 다층 투명 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제1 버퍼층, 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어 층 및 금속 나노와이어 층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층으로 구성되어 제1 버퍼층을 통해 기판과 금속 나노와이어 층의 접착성을 향상시키며 제2 버퍼층을 통해 금속 나노와이어 층의 균일도를 향상시킨 다층 투명 전극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 유기 태양전지뿐만 아니라 유연성과 낮은 면저항을 요구하는 다양한 전자 소자에 사용될 수 있다.The present invention relates to a multilayer transparent electrode, and more particularly, to a multilayer transparent electrode, which comprises a first buffer layer, a metal nanowire layer formed on the upper surface of the first buffer layer, and a second buffer layer formed on the upper surface of the metal nanowire layer, Layered transparent electrode that improves the adhesion between the substrate and the metal nanowire layer and improves the uniformity of the metal nanowire layer through the second buffer layer. The multilayer transparent electrode according to the present invention can be used not only for organic solar cells but also for various electronic devices requiring flexibility and low sheet resistance.

최근 지구온난화 등의 환경문제로 청정 대체에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 이유로 수소/연료전지, 태양전지, 풍력 등의 대체에너지원 개발에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 에너지 자원량이 가장 많은 태양전지에 대한 연구가 활발하다.Recently, the need for clean alternative energy is increasing due to environmental problems such as global warming. For this reason, much research has been conducted on the development of alternative energy sources such as hydrogen / fuel cells, solar cells, and wind power, and research on solar cells having the largest amount of energy resources is actively conducted.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 소자이다. 상용화 초기에는 결정질 실리콘 태양전지가 대부분이었으나, 결정질 실리콘의 높은 생산 단가 때문에, 무기박막 태양전지, 염료감응형 태양전지, 유기박막 태양전지 등의 상대적으로 저렴한 신규 태양전지로의 연구가 집중되고 있다. 실리콘을 중심으로 한 무기 태양전지는 높은 변환효율을 갖지만, 제작공정 과정에 높은 비용이 들며, 무게 및 유연성에 한계를 지닌다. 이러한 이유로 무기태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 유기 태양전지의 수요가 예상된다.Solar cells are devices that directly convert light energy into electrical energy. Crystalline silicon solar cells were mostly used at the beginning of commercialization, but due to the high production cost of crystalline silicon, research into relatively inexpensive new solar cells such as inorganic thin film solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic thin film solar cells has been concentrated. Silicon-based inorganic solar cells have high conversion efficiency, but they are expensive to manufacture and have limited weight and flexibility. For this reason, demand for organic solar cells is expected mainly in the markets where inorganic solar cells can not be used.

유기 태양전지는 값싼 유기물을 사용하기 때문에 높은 생산성을 기대할 수 있다. 또한, 전체 소자의 두께가 수백 nm에 불과하여 무게와 두께, 형태에 제약이 적어 초소형 혹은 이동통신용 기기 등의 새로운 용도의 전원으로 응용 가능성이 기대되고 있다.
Because organic solar cells use cheap organic materials, high productivity can be expected. In addition, since the thickness of the entire device is only a few hundred nanometers, it is limited in weight, thickness, and shape, and thus it is expected to be applied to a power supply for a new application such as an ultra small or mobile communication device.

도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general organic solar cell.

유기 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 투명기판(1) 위에 형성된 양극 전극(2)-버퍼층(3)-활성층(4)-음극 전극(5) 구조로 간단히 나타낼 수 있는데, 높은 일함수를 갖는 투명 전극인 ITO를 양극 전극(2)으로 하고, 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca 등을 음극 전극(5) 물질로 사용한다. 활성층(4)은 100nm 정도의 두께를 가진 전자주게 물질(Electron donor)과 전자받게 물질(Electron acceptor)의 2층 구조(D/A bi-layer structure) 혹은 bulk-heterojunction((D+A) blend) 구조를 이용하는데, 경우에 따라서는 전자의 두 donor-acceptor 층 사이에 후자의 bulk-heterojunction 구조가 끼어있는 혼합구조(D/(D+A)/A)를 이용하기도 한다. 활성층으로 사용되는 유기 반도체에는 유기 단분자와 고분자가 있다.The organic solar cell can be simply expressed by the structure of the anode electrode 2, the buffer layer 3, the active layer 4, and the cathode electrode 5 formed on the transparent substrate 1 as shown in FIG. 1, ITO, which is a transparent electrode having a low work function, is used as the anode electrode 2, and Al or Ca having a low work function is used as the cathode electrode 5 material. The active layer 4 has a two-layer structure (D / A bi-layer structure) or bulk-heterojunction (D + A) blend of an electron donor and an electron acceptor (D / (D + A) / A) where the latter bulk-heterojunction structure is interposed between the two donor-acceptor layers of the former. Organic semiconductors used as the active layer include organic monomers and polymers.

유기 태양전지에 광을 쬐어주면, 전자주게 물질에서 광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍(Exciton)이 형성된다. 여기 상태의 전자-정공 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자받게 물질과의 계면을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 계면에서 전자는 전자 친화도가 큰 전자받게 물질 쪽으로 이동하고 정공은 전자주게 물질 쪽에 남아 각각의 전하 상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동하여 수집되며, 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다.When an organic solar cell is irradiated with light, an electron-hole pair (Exciton) is formed by absorbing light from the electron-donating substance. The electron-hole pairs in the excited state diffuse in an arbitrary direction, and when they meet the interface with the electron-accepting material, they are separated into electrons and holes. That is, at the interface, electrons move toward the electron-accepting material having a high electron affinity, and the holes remain in the electron-donating substance to separate into the respective charge states. They are moved to the respective electrodes by the difference of the internal electric field formed by the work function difference of the both electrodes and the accumulated electric charge, and are finally collected in the form of current through the external circuit.

위에서 버퍼층(3)과 활성층(4)은 용액 공정을 통해 코팅 방식으로 형성되는데 반해, 양극 전극(2)은 스퍼터링 장치를 이용하여 투명기판(1)의 상면에 투명 전극(TCO, Transparent conductive oxide)을 증착하여 형성된다. 투명 전극 중 대표적인 ITO 투명 전극은 가시광선 영역에서 매우 높은 투과도(> 85%)와 매우 낮은 비저항(2~5×10-4 ohm-cm)등 매우 우수한 특성으로 평판 디스플레이 (LCD/AMOLED/E-ink/PDP, FED), 태양전지(DSSC/OSC/CIGS), 터치패널, 투명 TFT, 센서 뿐만 아니라 차세대 광전 소자로 각광받고 있는 디스플레이/태양전지 등에 널리 적용되고 있다. 그러나 ITO 투명 전극은 고가이며 양극 전극(2)을 형성하기 위하여 진공상태에서 스퍼터링 장비를 이용하여야 하기 때문에 공정이 복잡하고 오랜 시간이 소요된다는 문제점을 가졌다. The buffer layer 3 and the active layer 4 are formed in a coating manner through a solution process while the anode electrode 2 is formed by a transparent conductive oxide (TCO) film on the top surface of the transparent substrate 1 by using a sputtering apparatus, . A typical ITO transparent electrode among transparent electrodes is a flat panel display (LCD / AMOLED / E-) with a very high characteristic such as a very high transmittance (> 85%) and a very low specific resistance (2-5 × 10 -4 ohm- (DSSC / OSC / CIGS), touch panels, transparent TFTs and sensors, as well as displays / solar cells, which are attracting attention as next generation photoelectric devices. However, since the ITO transparent electrode is expensive and the sputtering equipment must be used in a vacuum state in order to form the anode electrode 2, the process is complicated and takes a long time.

또한, ITO와 같은 투명 전극의 경우, 투과율 및 전기적 특성을 향상시키기 위해 200도 이상의 고온에서 투명 전극을 열처리하는 공정이 필수적으로 요구되는데, 일반적인 투명 전극의 경우 유리 기판에 성막되기 때문에 공정 온도의 제한을 받지 않지만, 플렉서블 기판에 형성되는 유연 투명 전극의 경우에는 플렉서블 기판이 200도 이상의 공정 온도에서 쉽게 열화가 되기 때문에, 고품위의 유연 투명 전극 제작이 불가능하다.In addition, in the case of a transparent electrode such as ITO, a process of heat-treating the transparent electrode at a high temperature of 200 degrees or more is indispensably required in order to improve transmittance and electrical characteristics. In general, a transparent electrode is formed on a glass substrate, However, in the case of a flexible transparent electrode formed on a flexible substrate, the flexible substrate easily deteriorates at a process temperature of 200 degrees or more, and thus it is impossible to produce a high-quality transparent transparent electrode.

즉, 유연 투명 전극은 일반적인 투명 전극의 공정 방식에 의해서는 면저항이 높게 형성되어 전기적 특성이 저하된다. 이를 방지하기 위해 양극 전극(2)을 100nm 이상으로 두껍게 형성하거나 고온의 열처리 과정을 거쳐야 하지만, 양극 전극(2)을 두껍게 형성하는 경우 유연성이 부족하게 되며, 고온 열처리를 하는 경우 열처리 과정에서 플렉서블 기판이 열화되어 고품위의 투명 전극을 제작할 수 없다는 문제가 있었다.That is, the flexible transparent electrode is formed to have a high sheet resistance according to the process of a general transparent electrode, and the electrical characteristics are deteriorated. In order to prevent this, the anode electrode 2 must be thickly formed to a thickness of 100 nm or more or subjected to a heat treatment at a high temperature. However, when the anode electrode 2 is formed thick, flexibility is insufficient. In the case of a high temperature heat treatment, The transparent electrode can not be manufactured with a high quality.

이러한 ITO 투명 전극의 단점을 극복하기 위해 최근 은(Ag)를 포함한 금속 나노와이어를 이용한 투명 전극 제조에 관한 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 추세이다. 은 나노와이어는 박막과 달리 입자가 나노와이어 형태를 갖기 때문에 밀도가 낮아 투명하며 은 나노와이어끼리 서로 연결되어 전도성이 뛰어나고 유연성이 우수하다는 장점을 가진다. 그러나 현재 연구되고 있는 대부분의 금속 나노와이어 전극은 투명 플렉서블 기판에 금속 나노와이어를 코팅 제작하는 것으로, 투명 플렉서블 기판에 형성된 금속 나노와이어층의 표면 거칠기기 매우 높아 균일도(uniformity)을 가지는 소자에 적용하기 곤란하였으며, 투명 플렉서블 기판과의 접착성도 좋지 않아 투명 플렉서블 기판에 형성된 전극이 쉽게 벗겨지거나 전극 패터닝의 과정에서 식각액과 함께 금속 나노와이어층이 제거되어 전기적 특성이 우수하지 못하다는 문제점을 가졌다.In order to overcome the disadvantages of such ITO transparent electrodes, researches on the production of transparent electrodes using metal nanowires including silver (Ag) have been actively carried out in the world. Unlike thin films, silver nanowires are nanowire-shaped because they have a low density, so they are transparent and silver nanowires are connected to each other to have excellent conductivity and excellent flexibility. However, most of the currently studied metal nanowire electrodes are produced by coating metal nanowires on a transparent flexible substrate, and the surface roughness of the metal nanowire layer formed on the transparent flexible substrate is very high, so that it is applied to a device having uniformity And the adhesion to the transparent flexible substrate is poor, so that the electrode formed on the transparent flexible substrate is easily peeled off or the metal nanowire layer is removed together with the etchant in the process of electrode patterning, so that the electrical characteristics are not excellent.

본 발명은 위에서 언급한 종래 투명전극을 사용하는 유기 태양전지가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 전체 제조 공정을 용액 공정으로 일체화시켜 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 낮은 유기 태양전지를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the problems of conventional organic solar cells using transparent electrodes, and it is an object of the present invention to provide an organic solar cell, Thereby providing a solar cell.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 높은 유연성과 낮은 면저항을 가지며 별도의 열처리 공정이 필요하지 않아 다양한 투명 플렉서블 기판에서 제조할 수 있는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an organic solar cell which has high flexibility, low sheet resistance, and does not require a separate heat treatment process, and can be manufactured on various transparent flexible substrates.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 투명 플렉서블 기판과의 접착성이 좋으며 표면 균일도가 우수하여 높은 효율을 가지는 은 나노와이어 양극 전극을 구비하는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an organic solar cell having a silver nanowire anode electrode having good adhesion to a transparent flexible substrate and excellent surface uniformity and having high efficiency.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층 및 제2 버퍼층으로 이루어진 양극 전극을 이용하여 종래 유기 태양전기에서 요구되는 버퍼층을 양극 전극의 제2 버퍼층으로 대체함으로써, 별도의 버퍼층을 구비하지 않는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to replace the buffer layer required for conventional organic solar cells with the second buffer layer of the anode electrode by using the anode electrode composed of the first buffer layer, the metal nanowire layer and the second buffer layer, And to provide an organic solar battery which does not have such a structure.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유기 태양 전지는 투명 플렉서블 기판과, 투명 플렉서블 기판의 상면에 형성된 제1 버퍼층과 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층과 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 구비하는 양극 전극과, 양극 전극의 상면에 형성되는 활성층과, 활성층의 상면에 형성되는 음극 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the object of the present invention, an organic solar battery according to the present invention comprises a transparent flexible substrate, a first buffer layer formed on the transparent flexible substrate, a metal nanowire layer formed on the upper surface of the first buffer layer, An active layer formed on the upper surface of the anode electrode, and a cathode electrode formed on the upper surface of the active layer.

여기서 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층은 제1 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 제2 버퍼층 코팅액 및 활성층 코팅액을 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer are formed by coating the first buffer layer coating solution, the metal nanowire coating solution, the second buffer layer coating solution, and the active layer coating solution.

여기서 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the metal nanowire layer is formed of any one of Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, and Mo.

여기서 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 한다.Herein, the first buffer layer or the second buffer layer is characterized by being PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)).

본 발명에 따른 유기 태양전지의 제조 장치는 플렉서블 기판이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러와, 상기 릴리스 롤러에 권취된 플렉서블 기판을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러를 통해 플렉서블 기판을 연속적으로 이동 공급하는 공급 유닛과, 플렉서블 기판의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층을 브러쉬 모듈을 이용하여 순차적으로 칠하는 방식으로 코팅하는 브러쉬 코팅 유닛과, 브러쉬 코팅 유닛에 의해 플렉서블 기판의 표면에 형성되는 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층 코팅층을 순차적으로 건조시키는 건조 유닛과, 공급 유닛, 브러쉬 코팅 유닛 및 건조 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for manufacturing an organic solar battery according to the present invention comprises a release roller on which a flexible substrate is wound in a roll form and a flexible substrate on which a flexible substrate wound on the release roller is wound and moved by traction A brush coating unit coating the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer on the surface of the flexible substrate in a sequential manner using a brush module; A drying unit for sequentially drying the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer coating layer formed on the surface of the substrate; and a control unit for controlling the operation states of the supply unit, the brush coating unit, do.

여기서 브러쉬 모듈은 플렉서블 기판의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조와, 코팅액 공급 호스를 통해 연결되며 내부에는 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로가 형성되는 브러쉬 블록과, 코팅액 공급 유로로부터 코팅액이 흡수 전달되도록 브러쉬 블록의 하단에 장착되어 플렉서블 기판의 표면에 접촉하는 브러쉬 솔을 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the brush module is disposed in a direction perpendicular to the moving direction of the flexible substrate and is connected to a separate coating liquid reservoir and a coating liquid supply hose so that the coating liquid can be supplied, and a coating liquid supply flow path is formed so that the coating liquid can flow therein And a brush brush which is attached to a lower end of the brush block so that the coating liquid is absorbed and transferred from the coating liquid supply passage and contacts the surface of the flexible substrate.

여기서 코팅액 공급 호스에는 코팅액의 공급량을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착되고, 유량 조절 밸브는 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 한다. Here, the coating liquid supply hose is equipped with a flow control valve for controlling the supply amount of the coating liquid, and the flow control valve is controlled by the control unit.

여기서 브러쉬 코팅 유닛은 브러쉬 모듈을 플렉서블 기판의 이동 방향과 평행한 방향으로 왕복 직선 이동시키는 이송 모듈을 더 포함하고, 이송 모듈은 브러쉬 모듈의 이동 방향 및 이동 속도를 조절할 수 있도록 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 한다.Here, the brush coating unit may further include a transfer module for linearly reciprocating the brush module in a direction parallel to the direction of movement of the flexible substrate, and the transfer module may be operated and controlled by the controller to adjust the moving direction and the moving speed of the brush module .

본 발명에 따른 유기 태양전지는 종래 유기 태양전지와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.The organic solar cell according to the present invention has various effects as compared with conventional organic solar cells as follows.

첫째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 양극 전극을 투명 전극 대신 버퍼층과 금속 나노와이어층으로 제조함으로써, 전체 제조 공정을 용액 공정으로 일체화시켜 간단하고 낮은 비용으로 유기 태양전지를 제조할 수 있다.First, the organic solar cell according to the present invention can manufacture the organic solar cell by integrating the entire manufacturing process into the solution process by manufacturing the anode electrode as a buffer layer and a metal nanowire layer instead of the transparent electrode.

둘째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 양극 전극을 투명 전극 대신 버퍼층과 금속 나노와이어층으로 제조함으로써, 높은 유연성과 낮은 면저항을 가지며 별도의 열처리 공정이 필요하지 않아 다양한 투명 플렉서블 기판에서 제조할 수 있다.Second, the organic solar cell according to the present invention can be manufactured in various transparent flexible substrates since the anode electrode is made of a buffer layer and a metal nanowire layer instead of a transparent electrode, has a high flexibility and low sheet resistance, and does not require a separate heat treatment process .

셋째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 유연 투명기판의 상면에 순차적으로 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층 및 제2 버퍼층으로 양극 전극을 형성함으로써, 투명 플렉서블 기판과 금속 나노와이어층의 접착성을 좋게 하며 표면 균일도가 우수하여 높은 효율을 가질 수 있다. Thirdly, the organic solar cell according to the present invention is characterized in that the anode electrode is formed of the first buffer layer, the metal nanowire layer and the second buffer layer sequentially on the upper surface of the flexible transparent substrate, so that the adhesion between the transparent flexible substrate and the metal nanowire layer is improved And the surface uniformity is excellent, so that high efficiency can be obtained.

도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 브러쉬 코팅 유닛의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7는 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 표면 거칠기를 설명하는 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 구부림 전기 저항 특성을 설명하는 도면이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general organic solar cell.
2 is a view schematically showing the structure of an organic solar cell according to the present invention.
3 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of an apparatus for manufacturing an organic solar battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an embodiment of the brush coating unit according to the present invention.
5 is a perspective view schematically showing a configuration of a brush module according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph for explaining the surface roughness of the multilayer transparent electrode according to the present invention.
8 is a view for explaining bending electric resistance characteristics of the multilayer transparent electrode according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명에 따른 유기 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing the structure of an organic solar cell according to the present invention.

도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 양극으로 동작하는 다층 투명 전극(20)을 형성한다. 투명 플렉서블 기판(10)은 유동성을 가지는 기판으로서, 유연 기판 소재인 PET(polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(polyether sulfone), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide) 등이 적용될 수 있다. Referring to FIG. 2, a multilayer transparent electrode 20 that functions as an anode is formed on the transparent flexible substrate 10. The transparent flexible substrate 10 may be made of a flexible substrate such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), PC (polycarbonate) or PI (polyimide).

다층 투명 전극(20)의 상면에는 활성층(30)이 형성되며, 활성층(30)의 상면에는 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca의 음극 전극(40)이 형성된다. The active layer 30 is formed on the upper surface of the multilayered transparent electrode 20 and the cathode electrode 40 of Al or Ca having a low work function is formed on the upper surface of the active layer 30.

원 안에 확대되어 도시된 다층 투명 전극(20)을 참고로 살펴보면, 다층 투명 전극(20)은 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 형성되는 제1 버퍼층(21), 제1 버퍼층(21)의 상면에 형성되는 금속 나노와이어 층(23) 및 금속 나노와이어층(23)의 상면에 형성되는 제2 버퍼층(23)으로 구성된다. 여기서 제2 버퍼층(25)은 활성층(30)에서 여기된 정공이 금속 나노와이어 층(23)으로 용이하게 전달되도록 하는 전도성 고분자 물질로 이루어진다. 바람직하게, 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(stylensulfoonate))가 사용될 수 있다. The multilayer transparent electrode 20 includes a first buffer layer 21 formed on the upper surface of the transparent flexible substrate 10, a second buffer layer 21 formed on the upper surface of the first buffer layer 21, And a second buffer layer 23 formed on the upper surface of the metal nanowire layer 23. Here, the second buffer layer 25 is made of a conductive polymer material that allows the holes excited in the active layer 30 to be easily transferred to the metal nanowire layer 23. Preferably, the first buffer layer 21 or the second buffer layer 25 may be poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (poly (stylensulfoonate)).

금속 나노와이어 층(23)의 두께는 소자의 요구 저항을 기준으로 30nm~100nm정도이며, 이에 따른 저항은 10~200 Ohm/square이다. 본 특허에서 제1 버퍼층(21)의 역할은 금속 나노와이어의 표면 거칠기 완화 및 투명 플렉서블 기판(10)과의 접착성 증가이나, 이와 더불어 3층 구조의 하이브리드 투명 전극의 투과도와 면저항 특성 역시 만족시켜야 한다. 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 PEDOT:PSS는 전도성 고분자으로 제작되어 유연성 특성을 만족하므로, 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 유연성 특성보다 면저항과 투과도에 중점을 두고 두께를 설정하여야 한다.The thickness of the metal nanowire layer 23 is about 30 nm to 100 nm on the basis of the required resistance of the device, and the resistance is 10 to 200 Ohm / square. In this patent, the role of the first buffer layer 21 is to satisfy both the surface roughness of the metal nanowire and the adhesion to the transparent flexible substrate 10, as well as the transmittance and sheet resistance of the three-layered hybrid transparent electrode do. Since the first buffer layer 21 or the second buffer layer 25 is made of a conductive polymer and satisfies the flexibility property, the first buffer layer 21 or the second buffer layer 25 has a surface resistance and a permeability The thickness should be set at the center.

여기서 제1 버퍼층(21)의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며, 금속 나노와이어 층(23)은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는데 요구되는 저항값에 따라 30-100nm 두께로 형성되며, 제2 버퍼층(25)는 50~100nm의 두께로 형성된다. 금속 나노와이어와 투명 플렉서블 기판(10) 사이의 접착성을 증가시키기 위해 제1 버퍼층(21)의 두께는 최소 30nm 이상이어야 하며, 제1 버퍼층(21)의 두께가 증가할수록 투과도가 떨어지므로 100nm 이하로 한정하여 제조되어야 한다. 한편, 금속 나노와이어의 표면 거칠기를 극복하기 위하여 제2 버퍼층(25)의 두께는 최소 50nm 이상이어야 하며, 제2 버퍼층(25)의 두께가 증가할수록 투과도가 떨어지므로 100nm 이하로 한정하여 제조되어야 한다. The first buffer layer 21 has a thickness of about 30 to 100 nm and the metal nanowire layer 23 is formed of any one of Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, And the second buffer layer 25 is formed to a thickness of 50-100 nm. In order to increase the adhesion between the metal nanowire and the transparent flexible substrate 10, the thickness of the first buffer layer 21 should be at least 30 nm and the transmittance of the first buffer layer 21 should be less than 100 nm Should be limited. In order to overcome the surface roughness of the metal nanowire, the thickness of the second buffer layer 25 should be at least 50 nm and the transmittance of the second buffer layer 25 should be limited to 100 nm or less as the thickness of the second buffer layer 25 increases .

바람직하게, 제1 버퍼층(21)과 제2 버퍼층(25)의 두께는 가장 투과도가 높은 50nm-70nm로 설정하며, 다층 투명 전극(20) 두께를 고려하여 제1 버퍼층(21)과 제2 버퍼층(25)의 두께는 100nm를 넘지 않아야 한다.The thicknesses of the first buffer layer 21 and the second buffer layer 25 are set to 50 nm to 70 nm with the highest transmittance and the thicknesses of the first buffer layer 21 and the second buffer layer 25, (25) should not exceed 100 nm.

더욱 바람직하게, 금속 나노와이어 층(23)의 두께를 기준으로 제1 버퍼층(21)와 제2 버퍼층(25)의 두께 비율은 80%~110% 정도이다. More preferably, the thickness ratio of the first buffer layer 21 and the second buffer layer 25 is about 80% to 110% based on the thickness of the metal nanowire layer 23.

본 발명의 유기 태양전지에서 금속 나노와이어 층(23)은 ITO 투명 전극을 대신하여 사용되는데, 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 먼저 제1 버퍼층(21)을 형성한 후, 제1 버퍼층(21)의 상면에 금속 나노와이어 층(23)을 형성하여 제1 버퍼층(21)이 투명 플렉서블 기판(10)에 금속 나노와이어 층(23)을 견고하게 고정 지지하는 역활을 수행한다. 따라서 제1 버퍼층(21)은 투명 플렉서블 기판(20)과 금속 나노와이어 층(23)의 접착력을 강화시킨다.In the organic solar cell of the present invention, the metal nanowire layer 23 is used in place of the ITO transparent electrode. After forming the first buffer layer 21 on the upper surface of the transparent flexible substrate 10, the first buffer layer 21 The first buffer layer 21 serves to firmly support and support the metal nanowire layer 23 on the transparent flexible substrate 10. The metal nanowire layer 23 is formed on the upper surface of the transparent flexible substrate 10, Accordingly, the first buffer layer 21 strengthens the adhesive force between the transparent flexible substrate 20 and the metal nanowire layer 23.

한편, 금속 나노와이어 층(23)을 형성한 후, 금속 나노와이어 층(23)의 상면에 다시 제2 버퍼층(25)을 형성함으로써, 제2 버퍼층(25)은 투명 플렉서블 기판(10)에 형성된 금속 나노와이어 층(23)의 표면 거칠기기를 낮추며, 따라서 높은 균일도를 가진다. The second buffer layer 25 is formed on the transparent flexible substrate 10 by forming the second buffer layer 25 on the upper surface of the metal nanowire layer 23 after the metal nanowire layer 23 is formed. Lowering the surface roughness of the metal nanowire layer 23, and thus having a high uniformity.

본 발명에 따른 다층 투명 전극(20)은 종래 ITO 투명 전극 대신 은 나노와이어를 사용하여 구부림이 발생하는 경우에도 우수한 전기적 특성을 가지며 크랙이 발생하지 않아 유연성을 요구하는 유기 태양전지뿐만 아니라 다양한 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있다.The multilayer transparent electrode 20 according to the present invention has excellent electrical characteristics even when bending is caused by using silver nanowires instead of ITO transparent electrodes. In addition to organic solar cells requiring flexibility because no cracks are generated, As shown in FIG.

또한 본 발명에 따른 다층 투명 전극(20)은 종래 ITO 투명 전극이 우수한 전기적 특성을 확보하기 위하여 요구되는 열처리 공정이 필요하지 않아 저렴하고 다양한 플렉서블 기판에 적용 가능하며, 다층 투명 전극(20) 및 활성층(30)을 모두 용액 공정(solution process)을 통해 수행 가능하여 간소한 공정으로 제조 가능하다. 이하에서는 본 발명에 따른 유기 태양전지 제조 장치와 이를 이용한 유기 태양전지의 제조 공정에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
In addition, the multilayer transparent electrode 20 according to the present invention can be applied to various flexible and low-cost substrates because the conventional ITO transparent electrode does not require a heat treatment step required for securing excellent electrical characteristics, (30) can be performed through a solution process, so that it can be manufactured by a simple process. Hereinafter, an organic solar cell manufacturing apparatus according to the present invention and a manufacturing process of an organic solar cell using the same will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of an apparatus for manufacturing an organic solar battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지 장치는 금속 나노와이어가 포함된 코팅액을 플렉서블 기판의 표면에 브러쉬를 이용해 칠하는 방식으로 투명 전극을 형성하는 장치로서, 공급 유닛(100), 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400), 전극 인쇄 유닛(500) 및 제어부(600)를 포함하여 구성된다.An organic solar cell device according to an embodiment of the present invention is a device for forming a transparent electrode by coating a coating liquid containing a metal nanowire on a surface of a flexible substrate using a brush and includes a supply unit 100, 300, a brush coating unit 200, a drying unit 400, an electrode print unit 500, and a control unit 600.

공급 유닛(100)은 롤투롤(roll-to-roll) 시스템으로 플렉서블 기판(10)을 연속적으로 이동 공급시키는 구성으로, 플렉서블 기판(10)이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러(110)와, 릴리스 롤러(110)에 권취된 플렉서블 기판(10)을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러(120)를 포함하여 구성된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 견인 롤러(120)가 회전하게 되면, 플렉서블 기판(10)이 릴리스 롤러(110)로부터 권취 해제되며 수평 방향으로 견인 이동된다. The supply unit 100 is configured to continuously supply and move the flexible substrate 10 by a roll-to-roll system and includes a release roller 110 in which the flexible substrate 10 is wound in a roll form, And a pulling roller 120 for pulling and moving the flexible substrate 10 wound on the roller 110 by pulling it off. Accordingly, when the traction roller 120 is rotated as shown in Fig. 1, the flexible substrate 10 is unwound from the release roller 110 and pulled in the horizontal direction.

이러한 공급 유닛(100)은 플렉서블 기판(10)의 이동 속도를 조절하며 공급할 수 있도록 구성되는데, 이를 위해 견인 롤러(120)를 회전 구동하는 롤러 구동 모터(130)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 롤러 구동 모터(130)는 견인 롤러(120)의 회전 속도를 조절하도록 제어부(600)에 의해 동작 제어되는 방식으로 구성될 수 있다. 롤러 구동 모터(130)가 제어부(600)에 의해 견인 롤러(120)의 회전 속도를 조절하게 되면, 이에 따라 견인 롤러(120)에 의한 플렉서블 기판(10)의 견인 이동 속도가 조절되어 플렉서블 기판(10)의 공급 이동 속도가 조절된다.The feeding unit 100 may be configured to supply and regulate the moving speed of the flexible substrate 10. The feeding unit 100 may further include a roller driving motor 130 for rotating the traction roller 120, The roller driving motor 130 may be configured to be controlled by the controller 600 to adjust the rotational speed of the traction roller 120. When the roller driving motor 130 adjusts the rotation speed of the traction roller 120 by the control unit 600, the traction speed of the flexible substrate 10 by the traction roller 120 is adjusted, 10 is adjusted.

전처리 유닛(300)은 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되어 공급 유닛(100)에 의해 이동하는 플렉서블 기판(10)의 표면을 친수성 상태로 전처리하는 구성으로, 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액(21)을 코팅하는 공정 전에 코팅 작업이 원활하게 진행될 수 있도록 플렉서블 기판(10)의 표면을 전처리하도록 구성된다. 이러한 전처리 유닛(300)은 본 발명의 일 실시예에 따라 상압 플라즈마 처리 방식으로 플렉서블 기판(10)의 표면을 매끄럽게 하도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 플렉서블 기판(10)의 표면이 친수성 상태로 변화되어 제1 버퍼층(21) 코팅 작업이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다. The pretreatment unit 300 is configured to pre-treat the surface of the flexible substrate 10, which is disposed between the release roller 110 of the supply unit 100 and the traction roller 120, and which is moved by the supply unit 100, , The surface of the flexible substrate 10 is pre-treated so that the coating operation can proceed smoothly before the process of coating the buffer layer coating liquid 21 on the surface of the flexible substrate 10. The preprocessing unit 300 may be configured to smooth the surface of the flexible substrate 10 by an atmospheric plasma processing method according to an embodiment of the present invention, thereby changing the surface of the flexible substrate 10 to a hydrophilic state The coating operation of the first buffer layer 21 can be performed more smoothly.

브러쉬 코팅 유닛(200)은 전처리 유닛(300)에 의해 친수성 상태로 전처리된 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층, 금속 나노와이어층 또는 활성층이 형성되도록 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 활성층 코팅액을 브러쉬 모듈(210)을 이용해 칠하는 방식으로 코팅하는 구성으로, 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되며, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 전처리 유닛(300)의 후방에 위치하도록 배치된다. The brush coating unit 200 is provided with a buffer layer coating liquid, a metal nanowire coating liquid, and an active layer coating liquid so that a buffer layer, a metal nanowire layer or an active layer is formed on the surface of the flexible substrate 10 pretreated by the pretreatment unit 300 in a hydrophilic state, And is disposed between the release roller 110 and the traction roller 120 of the supply unit 100 and is arranged in a direction in which the flexible substrate 10 is moved by the preprocessing unit 300, respectively.

이러한 브러쉬 코팅 유닛(200)은 별도의 코팅액 저장조(240)(도 4 참조)로부터 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 활성층 코팅액을 공급받아 브러쉬 모듈(210)을 통해 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 순차적으로 코팅하도록 구성되며, 이때, 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액의 공급량을 조절하도록 구성될 수도 있고, 브러쉬 모듈(210)을 이송시킬 수 있도록 구성될 수도 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. The brush coating unit 200 receives a buffer layer coating solution, a metal nanowire coating solution, and an active layer coating solution from a separate coating solution reservoir 240 (see FIG. 4), and a buffer layer 210 is formed on the surface of the flexible substrate 10 through a brush module 210. The metal nanowire coating solution or the active layer coating solution may be controlled in order to control the supply amount of the buffer layer coating solution, the metal nanowire coating solution or the active layer coating solution, or may be configured to transfer the brush module 210 A detailed description thereof will be given later.

건조 유닛(400)은 브러쉬 코팅 유닛(200)에 의해 플렉서블 기판(10)의 표면에 형성된 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 건조시키기 위한 구성으로, 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되며, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 브러쉬 코팅 유닛(200)의 후방에 위치하도록 배치된다. 이러한 건조 유닛(400)에 의해 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액이 건조됨에 따라 플렉서블 기판(10)의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노 와이어층, 제2 버퍼층으로 이루어진 다층 투명 전극과 활성층이 모두 용액 공정(solution process)으로 형성 완료된다.The drying unit 400 is configured to dry the buffer layer coating liquid, the metal nanowire coating liquid or the active layer coating liquid formed on the surface of the flexible substrate 10 by the brush coating unit 200, And the trailing roller 120 and is arranged to be positioned behind the brush coating unit 200 along the moving direction of the flexible substrate 10. [ As the buffer layer coating solution, the metal nanowire coating solution, and the active layer coating solution are dried by the drying unit 400, a multilayer transparent electrode composed of a first buffer layer, a metal nanowire layer, and a second buffer layer and an active layer are formed on the surface of the flexible substrate 10 All are formed in a solution process.

전극 인쇄 유닛(500)은 건조 유닛(400)에 의해 건조된 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄 형성시키기 위한 구성으로, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 건조 유닛(400)의 후방에 위치하도록 배치된다. 이러한 전극 인쇄 유닛(500)은 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄하여 유기 태양전지를 제조 완료한다. 바람직하게, 전극 인쇄 유닛(500)은 오목 인쇄 방식(gravure)으로 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄한다.The electrode print unit 500 has a structure for printing the cathode electrode on the upper surface of the active layer dried by the drying unit 400 and is disposed behind the drying unit 400 along the moving direction of the flexible substrate 10 . The electrode print unit 500 prints a cathode electrode on the upper surface of the active layer to complete the manufacture of the organic solar cell. Preferably, the electrode print unit 500 prints a cathode electrode on the upper surface of the active layer in a concave manner.

이러한 건조 유닛(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액이 신속하게 건조될 수 있도록 플렉서블 기판(10)의 표면에 건조 바람을 송풍하는 건조 송풍기(410)와, 플렉서블 기판(10)에 열을 전달하는 가열 히터(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 건조 송풍기(410)와 플렉서블 기판(10)은 제어부(600)에 의해 동작 제어되도록 구성되며, 이를 통해 코팅층(11)의 건조 상태에 따라 건조 송풍기(410)의 풍량을 조절하거나 가열 히터(420)의 열 공급량을 조절할 수 있다.3, the drying unit 400 includes a dry blower 410 for blowing dry air to the surface of the flexible substrate 10 so that the buffer layer coating solution, the metal nanowire coating solution or the active layer coating solution can be dried quickly, And a heating heater 420 for transferring heat to the flexible substrate 10. The dry blower 410 and the flexible substrate 10 are configured to be operated and controlled by the controller 600. The blower 410 and the heating heater 420 ) Can be controlled.

제어부(600)는 공급 유닛(100), 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400) 및 전극 인쇄 유닛(500)의 동작 상태를 각각 동작 제어하도록 구성되며, 이러한 동작 제어를 통해 플렉서블 기판(10) 표면에 형성되는 다층 투명 전극, 활성층 및 음극 전극의 특성을 조절할 수 있다.The control unit 600 is configured to control operations of the supply unit 100, the preprocessing unit 300, the brush coating unit 200, the drying unit 400, and the electrode print unit 500, The characteristics of the multilayered transparent electrode, the active layer, and the cathode electrode formed on the surface of the flexible substrate 10 can be controlled.

한편, 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 플렉서블 기판(10)을 지지하도록 베이스 스테이지(700)가 구비되고, 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400) 및 전극 인쇄 유닛(500)은 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 순차적으로 위치하도록 베이스 스테이지(700)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 견인 롤러(120)에 의해 견인 이동되는 플렉서블 기판(10)이 릴리스 롤러(110)와의 사이 구간에서 느슨해져 플렉서블 기판(10) 표면에 대한 코팅 작업이 부정확해질 수 있으므로, 이를 보완하여 해당 구간에 베이스 스테이지(700)가 구비되고, 플렉서블 기판(10)이 이러한 베이스 스테이지(700)의 상면을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.1, a base stage 700 is provided between the release roller 110 and the traction roller 120 to support the flexible substrate 10, and a pretreatment unit 300, a brush coating unit 200 The drying unit 400 and the electrode print unit 500 may be disposed on the base stage 700 so as to be sequentially positioned along the moving direction of the flexible substrate 10. [ That is, since the flexible substrate 10 pulled by the pulling roller 120 is loosened in the interval between the flexible substrate 10 and the release roller 110, the coating operation on the surface of the flexible substrate 10 may become inaccurate, A base stage 700 is provided and the flexible substrate 10 can be configured to move along the upper surface of the base stage 700. [

이때, 건조 유닛(400)의 건조 송풍기(410)는 베이스 스테이지(700)의 상부에 이격되게 배치되고, 가열 히터(420)는 건조 송풍기(410)의 하부에 위치하도록 베이스 스테이지(700)의 내부에 배치되는 형태로 장착될 수 있다. 건조 송풍기(410)는 건조 바람을 송풍하도록 구성되는데, 이에 더하여 고온 건조 바람을 송풍하는 방식으로 구성될 수도 있으며, 이를 위해 별도의 히터 등이 내부에 장착될 수 있을 것이다.The drying blower 410 of the drying unit 400 is spaced apart from the upper portion of the base stage 700 and the heating heater 420 is disposed inside the base stage 700 so as to be positioned below the drying blower 410. [ As shown in FIG. The drying blower 410 is configured to blow dry wind, and in addition, it may be configured to blow hot dry wind, and a separate heater or the like may be installed therein.

플렉서블 기판(10)의 상면에 다층 투명 전극과 활성층을 형성하기 위한 브러쉬 코팅 유닛(200)의 일 실시예를 도 4를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 브러쉬 코팅 유닛(200)은 1개의 브러쉬 모듈(210), 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 저장하는 저장조(240) 및 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액 중 1개를 선택하여 코팅액을 공급 제어하는 코팅액 공급 제어부(250)을 구비하여 구성된다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 저장조(240)는 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 각각 개별적으로 저장하는 저장조로 구성될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 4, the brush coating unit 200 includes one brush module (not shown) for forming the multilayer transparent electrode and the active layer on the upper surface of the flexible substrate 10, And a coating liquid supply controller 250 for controlling the supply of a coating liquid by selecting one of a buffer layer coating solution, a metal nanowire coating solution, a metal nanowire coating solution, and an active layer coating solution, and a buffer layer coating solution, a metal nanowire coating solution and an active layer coating solution . According to the field to which the present invention is applied, the reservoir 240 may be configured as a reservoir for individually storing the buffer layer coating solution, the metal nanowire coating solution, and the active layer coating solution.

코팅액 공급 제어부(250)는 제어부(600)의 제어에 따라 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액 중 1개를 브러쉬 모듈(210)로 공급하는데, 가장 먼저 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 플렉서블 기판(10)의 상면에 버퍼층 코팅액을 코팅하여 제1 버퍼층을 형성한다. 제1 버퍼층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되며, 전조 유닛(400)은 제1 버퍼층을 건조시킨다. 다음으로 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며 브러쉬 모듈(210)은 금속 나노와이어 코팅액을 공급받아 제1 버퍼층의 상면에 금속 나노와이어 코팅액을 코팅하여 금속 나노와이어 층을 형성한다. 금속 나노와이어 층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다. 다음으로 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 금속 나노와이어 층의 상면에 버퍼층을 코팅하여 제2 버퍼층을 형성한다. 제2 버퍼층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다. 이로써 제1 버퍼층, 금속 나노와이어 층 및 제2 버퍼층으로 구성되는 다층 투명 전극이 용액 공정으로 완성된다. The coating liquid supply control unit 250 supplies one of the buffer layer coating liquid, the metal nanowire coating liquid and the active layer coating liquid to the brush module 210 under the control of the controller 600. First, the brush module 210 supplies the buffer layer coating liquid And a buffer layer coating liquid is coated on the upper surface of the flexible substrate 10 to form a first buffer layer. The flexible substrate 10 on which the first buffer layer is formed is transferred to the drying unit 400, and the rolling unit 400 dries the first buffer layer. Next, the flexible substrate 10 is transferred to a position where the brush module 210 is disposed. The brush module 210 receives the metal nanowire coating solution, coating the top surface of the first buffer layer with the metal nanowire coating solution, Layer. The flexible substrate 10 on which the metal nanowire layer is formed is transferred to the drying unit 400 and dried. Next, the flexible substrate 10 is transferred to a position where the brush module 210 is disposed. The brush module 210 receives the buffer layer coating liquid and forms a second buffer layer by coating a buffer layer on the upper surface of the metal nanowire layer. The flexible substrate 10 on which the second buffer layer is formed is transferred to the drying unit 400 and dried. As a result, a multi-layer transparent electrode composed of the first buffer layer, the metal nanowire layer, and the second buffer layer is completed by a solution process.

한편, 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며, 브러쉬 모듈(210)은 활성층 코팅액을 공급받아 다층 투명 전극의 상면에 활성층 코팅액을 코팅하여 활성층을 형성한다. 활성층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다. Meanwhile, the flexible substrate 10 is transferred to a position where the brush module 210 is disposed. The brush module 210 receives the active layer coating liquid and forms an active layer by coating the active layer coating liquid on the upper surface of the multilayered transparent electrode. The flexible substrate 10 on which the active layer is formed is transferred to the drying unit 400 and dried.

본 발명이 적용되는 분야에 따라 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 코팅하는 버퍼층 브러쉬 모듈, 금속 나노와이어 코팅액을 공급받아 코팅하는 금속 나노와이어 브러쉬 모듈 및 활성층 코팅액을 공급받아 코팅하는 활성층 브러쉬 모듈을 개별적으로 구비하여 구성될 수 있다. 코팅액 공급 제어부(250)는 제어부(600)의 제어에 따라 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 각각 버퍼층 브러쉬 모듈, 금속 나노와이어 브러쉬 모듈 및 활성층 브러쉬 모듈로 공급 제어한다.
The brush module 210 includes a buffer layer brush module for supplying and coating a buffer layer coating solution, a metal nanowire brush module for supplying and coating the metal nanowire coating solution, and an active layer brush module May be separately provided. The coating liquid supply controller 250 supplies and controls the buffer layer coating liquid, the metal nanowire coating liquid, and the active layer coating liquid to the buffer layer brush module, the metal nanowire brush module, and the active layer brush module, respectively, under the control of the controller 600.

본 발명에 따른 브러쉬 코팅 유닛(200)은 전술한 바와 같이 브러쉬 모듈(210)을 이용하여 칠하는 방식으로 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 코팅하도록 구성되는데, 브러쉬 모듈(210)은 브러쉬 블록(211)과 브러쉬 솔(213)을 포함하여 구성될 수 있다.The brush coating unit 200 according to the present invention is configured to coat a buffer layer coating liquid, a metal nanowire coating liquid or an active layer coating liquid on the surface of the flexible substrate 10 in such a manner that the brush coating unit 200 is painted using the brush module 210 as described above And the brush module 210 may include a brush block 211 and a brush brush 213.

브러쉬 블록(211)은 플렉서블 기판(10)의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조(240)와 코팅액 공급 호스(230)를 통해 연결되며, 내부에는 코팅액 저장조(240)로부터 공급된 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로(212)가 형성된다.The brush block 211 is disposed in a direction perpendicular to the moving direction of the flexible substrate 10 and is separated from the coating liquid reservoir 240 and the coating liquid supply hose 230 to be supplied with the buffer layer coating liquid, the metal nanowire coating liquid, And a coating liquid supply passage 212 is formed therein so that the buffer layer coating liquid, the metal nanowire coating liquid or the active layer coating liquid supplied from the coating liquid reservoir 240 can flow.

브러쉬 솔(213)은 코팅액 공급 유로(212)로부터 코팅액이 흡수 전달되도록 브러쉬 블록(211)의 하단에 장착되며, 그 하단부가 플렉서블 기판(10)의 표면에 접촉하도록 형성된다.
The brush brush 213 is attached to the lower end of the brush block 211 so that the coating liquid is absorbed and transferred from the coating liquid supply passage 212. The lower end of the brush is connected to the surface of the flexible substrate 10.

도 5(a)는 금속 나노와이어 층에 제2 버퍼층이 코팅되지 않은 상태의 표면 거칠기 상태도를 촬영한 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 사진이며, 도 5(b)는 금속 나노와이어 층에 제2 버퍼층이 코팅된 상태의 표면 거칠기 상태도를 촬영한 FE-SEM 사진이다. 제2 버퍼층이 코팅되지 않은 상태의 표면 거칠기는 최저 RMS(Root mean Square) 값이 13.331nm인 반면 제2 버퍼층이 코팅된 상태의 표면 거칠기는 최저(Root mean Square)값이 6.491 nm로 표면 균일도가 향상되었음을 확인할 수 있다.
5 (a) is a FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) photograph of a state of a surface roughness state in which a second buffer layer is not coated on a metal nanowire layer, and FIG. 5 2 is an FE-SEM photograph of a surface roughness state diagram in a state where the second buffer layer is coated. The surface roughness at the lowest RMS (root mean square) value of 13.331 nm while the surface roughness of the second buffer layer was not coated was 6.491 nm at the surface roughness of the second buffer layer coated surface. .

도 6은 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 유연성을 버퍼층의 유연성과 비교 실험한 결과를 도시하고 있다.6 shows the results of a comparison of the flexibility of the multilayer transparent electrode according to the present invention with the flexibility of the buffer layer.

도 6(a)는 본 발명에 다층 투명 전극과 버퍼층을 외부로 구부릴 경우 발생하는 전기 저항의 특성을 도시하고 있는데, 도 8(a)에 도시되어 있는 바와 같이 다층 투명 전극과 버퍼층은 거의 동일한 전기 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 외부 구부림에 대해 우수한 전기적 특징으로 가진다.6A shows characteristics of electric resistance generated when the multilayer transparent electrode and the buffer layer are bent outward. As shown in FIG. 8A, the multilayer transparent electrode and the buffer layer are electrically connected to each other, Resistance characteristics. That is, the multilayer transparent electrode according to the present invention has excellent electrical characteristics with respect to external bending.

한편, 도 6(b)는 본 발명에 따른 다층 투명 전극과 버퍼층을 내부로 구부릴 경우 발생하는 전기 저항의 특성을 도시하고 있는데, 도 6(b)에 도시되어 있는 바와 같이 다층 투명 전극과 버퍼층은 거의 동일한 전기 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 내부 구부림에 대해 우수한 전기적 특징으로 가진다.
6 (b) shows the electrical resistance characteristics when the multilayer transparent electrode and the buffer layer according to the present invention are bent inward. As shown in FIG. 6 (b), the multilayer transparent electrode and the buffer layer It can be seen that they have almost the same electric resistance characteristics. That is, the multilayer transparent electrode according to the present invention has excellent electrical characteristics with respect to internal bending.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 투명 플렉서블 기판 20: 다층 투명 전극
30: 활성층 40: 음극 전극
100: 공급 유닛 200: 브러쉬 코팅 유닛
300: 전처리 유닛 400: 건조 유닛
500: 전극 인쇄 유닛 600: 제어부
700: 베이스 스테이지10: transparent flexible substrate 20: multilayer transparent electrode
30: active layer 40: cathode electrode
100: supply unit 200: brush coating unit
300: Pretreatment unit 400: Drying unit
500: Electrode printing unit 600:
700: Base stage

Claims (14)

제1 버퍼층;
상기 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층; 및
상기 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극.A first buffer layer;
A metal nanowire layer formed on an upper surface of the first buffer layer; And
And a second buffer layer formed on the upper surface of the metal nanowire layer. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층은 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극.The method according to claim 1,
Wherein the first buffer layer, the metal nanowire layer, and the second buffer layer are coated by a coating method. 제 2 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극.3. The method of claim 2,
Wherein the metal nanowire layer is formed of any one of Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, and Mo. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극.The method according to claim 1,
Wherein the first buffer layer or the second buffer layer is PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)). 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며,
상기 금속 나노와이어 층은 30-100nm 두께로 형성되며,
상기 제2 버퍼층(25)은 50~100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The thickness of the first buffer layer is about 30 to 100 nm,
The metal nanowire layer is formed to a thickness of 30-100 nm,
Wherein the second buffer layer (25) is formed to a thickness of 50 to 100 nm. 투명 플렉서블 기판;
상기 투명 플렉서블 기판의 상면에 형성된 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층과, 상기 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 구비하는 다층 양극 전극;
상기 다층 양극 전극의 상면에 형성되는 활성층; 및
상기 활성층의 상면에 형성되는 음극 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지. Transparent flexible substrate;
A multilayered positive electrode comprising a first buffer layer formed on an upper surface of the transparent flexible substrate, a metal nanowire layer formed on an upper surface of the first buffer layer, and a second buffer layer formed on an upper surface of the metal nanowire layer;
An active layer formed on the upper surface of the multi-layer anode electrode; And
And a cathode electrode formed on an upper surface of the active layer. 제 6 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층, 상기 활성층은 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer are formed by coating. 제 7 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.8. The method of claim 7,
Wherein the metal nanowire layer is formed of any one of Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, and Mo. 제 6 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.The method according to claim 6,
Wherein the first buffer layer or the second buffer layer is PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)). 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며,
상기 금속 나노와이어 층은 30-100nm 두께로 형성되며,
상기 제2 버퍼층(25)은 50~100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지.10. The method according to any one of claims 5 to 9,
The thickness of the first buffer layer is about 30 to 100 nm,
The metal nanowire layer is formed to a thickness of 30-100 nm,
Wherein the second buffer layer (25) is formed to a thickness of 50 to 100 nm. 플렉서블 기판이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러와, 상기 릴리스 롤러에 권취된 플렉서블 기판을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러를 통해 상기 플렉서블 기판을 연속적으로 이동 공급하는 공급 유닛;
상기 플렉서블 기판의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층을 브러쉬 모듈을 이용하여 순차적으로 칠하는 방식으로 코팅하는 브러쉬 코팅 유닛;
상기 브러쉬 코팅 유닛에 의해 상기 플렉서블 기판의 표면에 형성되는 상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층, 상기 활성층 코팅층을 순차적으로 건조시키는 건조 유닛;
상기 활성층 코팅층의 상면에 음극 전극을 형성하는 전극 인쇄 유닛; 및
상기 공급 유닛, 브러쉬 코팅 유닛, 건조 유닛 및 전극 인쇄 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치.A feeding roller for continuously feeding and moving the flexible substrate through a pulling roller for pulling and pulling the flexible substrate wound on the release roller and pulling the flexible substrate;
A brush coating unit coating the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer on the surface of the flexible substrate in a sequential manner using a brush module;
A drying unit for sequentially drying the first buffer layer, the metal nanowire layer, the second buffer layer, and the active layer coating layer formed on the surface of the flexible substrate by the brush coating unit;
An electrode printing unit for forming a cathode electrode on an upper surface of the active layer coating layer; And
And a control unit for controlling an operation state of the supply unit, the brush coating unit, the drying unit, and the electrode print unit. 제 11 항에 있어서, 상기 브러쉬 모듈은
상기 플렉서블 기판의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조;
코팅액 공급 호스를 통해 연결되며, 내부에는 상기 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로가 형성되는 브러쉬 블록; 및
상기 코팅액 공급 유로로부터 상기 코팅액이 흡수 전달되도록 상기 브러쉬 블록의 하단에 장착되어 상기 플렉서블 기판의 표면에 접촉하는 브러쉬 솔을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치.The brush module according to claim 11, wherein the brush module
A separate coating liquid reservoir arranged in a direction perpendicular to the moving direction of the flexible substrate to receive a coating liquid;
A brush block connected through a coating liquid supply hose and having a coating liquid supply passage formed therein so that the coating liquid can flow; And
And a brush brush mounted on a lower end of the brush block to contact the surface of the flexible substrate so that the coating liquid is absorbed and transferred from the coating liquid supply passage. 제 12 항에 있어서,
상기 코팅액 공급 호스에는 상기 코팅액의 공급량을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착되고, 상기 유량 조절 밸브는 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the coating liquid supply hose is equipped with a flow control valve for controlling the supply amount of the coating liquid, and the flow control valve is controlled by the control unit. 제 12 항에 있어서, 상기 브러쉬 코팅 유닛은
상기 브러쉬 모듈을 상기 플렉서블 기판의 이동 방향과 평행한 방향으로 왕복 직선 이동시키는 이송 모듈을 더 포함하고, 상기 이송 모듈은 상기 브러쉬 모듈의 이동 방향 및 이동 속도를 조절할 수 있도록 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 장치.13. The method of claim 12, wherein the brush coating unit
And a transfer module for reciprocatingly moving the brush module in a direction parallel to the moving direction of the flexible substrate, wherein the transfer module is operated and controlled by the controller so as to adjust the moving direction and the moving speed of the brush module Wherein the organic photovoltaic cell is a photovoltaic cell.
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