KR20150028289A - 대면적 유기 광전변환 소자 - Google Patents
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Abstract
본 원에서는, 기판과 기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하며, 공여체 및 수용체 물질이 유기 분자로 구성되고, 공여체 및 수용체 물질의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된 대면적 다층 솔라 디바이스가 개시된다. 입자상 물질은 초임계상, 기상, 고상 및 액상으로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 기판의 표면을 노출시킴으로써 제거될 수 있다. 또한, 기판을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 표면을 노출시킴으로써 기판의 표면을 세정하는 단계, 및 기판의 표면에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법이 개시된다.
Description
관련 출원 교차 참조
본 출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된 2012년 6월 25일자 출원된 미국 가출원 61/664,058호를 우선권 주장한다.
연방정부 지원 연구에 대한 진술
본 발명은 미국 에너지국에 의해 부여된 DE-EE0005310 및 미국 공군 과학연구소에 의해 부여된 FA9550-10-1-0339하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 일정 권리를 갖는다.
공동 연구 협약
당해 발명은 합동 산학 연구 협약에 따라 유니버시티 오브 미시간 및 글로벌 포토닉 에너지 코포레이션 당사자 중 하나 이상에 의하여, 이를 대신하여 및/또는 이와 연계하여 완성되었다. 협약은 당해 발명이 완성된 일자에 및 상기 일자 이전에 발효되었으며, 당해 발명은 협약서의 범주내에서 수행된 활동의 결과로서 완성되었다.
본 원은 일반적으로 대면적의 유기 분자층의 이용을 통한 태양 전지와 같은 유기 광전변환 소자(OPV)의 제조 방법에 관한 것이다.
감광성 광전자 소자는 전자기선을 전기로 변환시킨다. 태양 전지는 특별히 전력을 발생시키기 위하여 사용되는 감광성 광전자 소자의 한 유형이다.
내부적으로 발생되는 전기장을 생성하기 위하여, 통상의 방법은 특히 분자 양자 에너지 상태의 분포와 관련하여 적절히 선택된 전도성을 갖는 두 재료층을 병치하는 것이다. 이들 두 재료의 계면은 광전지 접합(photovoltaic junction)이라 불린다. 종래의 반도체 이론에서, PV 접합을 형성하는 재료는 일반적으로 n형 또는 p형으로서 명명되었다. 여기서 n형은 대부분의 캐리어 유형이 전자임을 의미한다. 이것은 다수의 전자가 비교적 자유 에너지 상태에 있는 재료로서 고찰될 수 있다. p형은 대부분의 캐리어 유형이 정공임을 의미한다. 이러한 재료는 다수의 정공이 비교적 자유 에너지 상태에 있다. 배경의, 즉 광비생성의 다수의 캐리어 농축물의 유형은 주로 의도하지 않게 결함 또는 불순물에 의해 도핑된다. 불순물의 유형 및 농도가 전도대 최소 에너지 및 가전자대 최대 에너지 사이의 갭 내에서 페르미 에너지 또는 레벨의 값을 결정한다. 페르미 에너지는 점유 확률이 1/2인 에너지값에 의하여 나타내어지는 분자 양자 에너지 상태의 통계적 점유를 특징짓는다. 전도대 최소 에너지 근처의 페르미 에너지는 전자가 지배적인 캐리어임을 나타낸다. 가전자대 최대 에너지 근처의 페르미 에너지는 정공이 지배적인 캐리어임을 나타낸다. 따라서, 페르미 에너지는 종래의 반도체의 일차적인 특징적 특성이고 원형(prototypical) PV 접합은 전형적으로 p-n 계면이었다.
OPV 소자는 저비용 태양 에너지 변환 가능성으로 인해 유망한 재생 그린 에너지 공급원이다.
광학 소자에 적합한 유기 재료가 적절한 광으로 조사될 때, 양자가 재료의 분자 성분에 의해 흡수되고 그 결과 분자 성분의 여기 상태가 발생되며, 전자가 분자의 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 상태에서 LUMO(최저준위 비점유 분자 궤도) 상태로 촉진되거나 또는 정공이 LUMO에서 HOMO로 촉진된다. 따라서, 엑시톤, 즉 전자-정공 쌍 상태가 발생된다. 이 엑시톤 상태는 전자 및 정공이 재조합하기 전의 자연적인 수명을 갖는다. 광전류를 생성하기 위하여 전자-정공 쌍의 성분들은 분리되어야 한다. 분리는 상이한 전도성을 갖는 두 재료층을 병치함으로써 달성될 수 있다. 층간 계면은 광전지 헤테로접합을 형성하고 비대칭 전도 특성을 가져야, 즉 바람직하게는 한 방향으로 전하 운반을 보조할 수 있어야 한다.
새로운 개념 및 방법이 OPV 소자 성능을 개선시키기 위하여 도입되었고, 종래의 OPV 소자는 상업적 개발에 필요한 임계치에 가까운 전력 변환 효율값을 달성한다. 그러나, 기판(예컨대, ITO-코팅된 유리) 상의 입자상 물질이 특히 대면적 전지에서 수율을 감소시키는 전극간 누전을 발생시킬 수 있다. 상업적으로 매력적인 OPV 모듈을 개발하기 위하여, 높은 수율 및 성능을 유지하면서 전지 면적을 증가시키는 것이 중요하다.
일 실시양태에서, 본 원은 기판 및 상기 기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하는 다층 솔라 디바이스를 제공하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 유기 분자로 구성되고, 공여체 및 수용체 물질의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된다.
다른 실시양태에서, 본 원은 입자상 물질을 실질적으로 포함하지 않는 미리 세정된 기판 및 상기 기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하는 다층 솔라 디바이스를 제공하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 유기 분자로 구성된다.
다른 실시양태에서, 본 원은 입자상 물질을 실질적으로 포함하지 않는 미리 세정된 기판, 상기 미리 세정된 기판의 표면에 위로 겹치는 식으로 배치된 2개의 전극, 및 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하는 다층 솔라 디바이스를 제공하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 상기 2개의 전극 사이에 위치된 유기 분자로 구성된다.
본 원의 추가의 실시양태는, 기판을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 표면을 노출시킴으로써 기판의 표면을 세정하는 단계, 및 기판의 표면에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 원의 다른 실시양태에서, 광전변환 소자의 제조 방법은, 제1 전극층을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 제1 전극층을 노출시킴으로써 상기 제1 전극층을 세정하는 단계, 제2 전극층을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 유기 활성층이 침착된다.
다른 실시양태에서, 본 원은, 기판을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 기판의 표면을 노출시킴으로써 상기 기판의 표면을 세정하는 단계, 상기 기판의 표면에 2개의 전극을 위로 겹치는 식으로 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법을 제공하며, 상기 2개의 전극 사이에 유기 활성층이 침착된다.
또 다른 실시양태에서, 본 원은 제1 전극층을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 제1 전극층을 노출시킴으로써 상기 제1 전극층을 세정하는 단계, 제2 전극층을 제공하는 단계, 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법을 제공하며, 여기서 유기층의 두께는 하나 이상의 화합물의 스트림으로 제1 전극층을 세정하지 않고 얻어지는 수율에 비하여 수율이 향상되도록 하는 두께이다.
도 1은 (a) CO2 스노우 클리닝 전 및 (b) CO2 스노우 클리닝 후 인듐 주석 산화물로 코팅된 유리 기판 표면의 대표적인 원자력 현미경 사진, 및 상이하게 처리된 두 표면 상의 입자 높이의 통계를 나타낸 것이다.
도 2는 (a) C60 수용체를 이용하는 SubPc계(흰 사각형 및 점선) 및 DPSQ계(검은 사각형 및 실선) OPV 전지에 대한 직렬 저항(RsA) 및 충전율(FF), (b) 상이한 면적을 갖는 SubPc 및 DPSQ OPV 소자에 대한 단락 전류(JSC) 및 전력 변환 효율(ηp)을 나타낸 것이다, (a)에서와 동일한 라인 기호가 사용된다.
도 3은 여러 활성 영역을 갖는 ITO/MoO3(15 nm)/DPSQ(13 nm)/C60(40 nm)/BCP(8 nm)/Al 소자에 대한 암 전류밀도 대 전압(J-V) 곡선을 나타낸다.
도 4는 RSA=50 Ωㆍcm2 및 가변 RP를 추정하는 계산된 암 J-V 곡선을 나타낸다. 삽도: 계산된 FF 및 션트 저항(shunt resistance)간 관계.
도 5는 서브전극의 효과를 나타내는, 6.25 cm2 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에 암실에서의 J-V 곡선을 나타낸다.
도 6은 각각 범례에서 사각형, 원형 및 삼각형으로 나타내어지는 3개의 소자 A, B 및 C에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
A: (대조군 소자): ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
B: ITO/PEDOT:PSS(50nm)/MoO3(5nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
C: ITO/MoO3(30nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
도 7은 여러 활성 영역 및 스노우 클리닝 및 용매 세정을 한 기판을 갖는 ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al의 구조를 갖는 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
도 8은 여러 활성 영역 및 스노우 클리닝만 한 기판을 갖는 ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al의 구조를 갖는 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
도 9는 CO2 공급원, 노즐 및 샘플 홀더를 포함하는 스노우 클리닝 장치를 도시한 것이다.
도 2는 (a) C60 수용체를 이용하는 SubPc계(흰 사각형 및 점선) 및 DPSQ계(검은 사각형 및 실선) OPV 전지에 대한 직렬 저항(RsA) 및 충전율(FF), (b) 상이한 면적을 갖는 SubPc 및 DPSQ OPV 소자에 대한 단락 전류(JSC) 및 전력 변환 효율(ηp)을 나타낸 것이다, (a)에서와 동일한 라인 기호가 사용된다.
도 3은 여러 활성 영역을 갖는 ITO/MoO3(15 nm)/DPSQ(13 nm)/C60(40 nm)/BCP(8 nm)/Al 소자에 대한 암 전류밀도 대 전압(J-V) 곡선을 나타낸다.
도 4는 RSA=50 Ωㆍcm2 및 가변 RP를 추정하는 계산된 암 J-V 곡선을 나타낸다. 삽도: 계산된 FF 및 션트 저항(shunt resistance)간 관계.
도 5는 서브전극의 효과를 나타내는, 6.25 cm2 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에 암실에서의 J-V 곡선을 나타낸다.
도 6은 각각 범례에서 사각형, 원형 및 삼각형으로 나타내어지는 3개의 소자 A, B 및 C에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
A: (대조군 소자): ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
B: ITO/PEDOT:PSS(50nm)/MoO3(5nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
C: ITO/MoO3(30nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al
도 7은 여러 활성 영역 및 스노우 클리닝 및 용매 세정을 한 기판을 갖는 ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al의 구조를 갖는 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
도 8은 여러 활성 영역 및 스노우 클리닝만 한 기판을 갖는 ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al의 구조를 갖는 소자에 대한 1 sun, AM 1.5G 조명하에서의 전류밀도 대 전압 곡선을 나타낸다.
도 9는 CO2 공급원, 노즐 및 샘플 홀더를 포함하는 스노우 클리닝 장치를 도시한 것이다.
본원에서 사용될 때, "층"이란 용어는 그 길이 및 폭을 따른 1차 치수가 X-Y이고 일반적으로 조명 입사 평면에 대하여 수직인 감광 소자의 부재 또는 부품을 의미한다. "층"이란 용어는 반드시 재료의 단일층 또는 단일시트에 한정되지 않는다. 층은 몇몇 재료 시트의 적층 또는 조합을 포함할 수 있다. 또한, 다른 재료(들) 또는 층(들)을 갖는 이러한 층들의 계면(들)을 포함한 어떤 층들의 표면은 불완전할 수 있으며, 상기 표면들이 다른 재료(들) 또는 층(들)과의 상호침투적인, 얽힌 또는 복잡한 네트워크를 나타낸다. 유사하게, 층이 불연속이어서, X-Y 차원을 따라 상기 층의 연속성이 다른 층(들) 또는 재료(들)에 의하여 방해 또는 개재될 수 있다.
본원에서 사용될 때, "상에 배치된다"는 표현은 배치된 재료 및 이것이 배치되는 재료 사이에 다른 재료 또는 층이 존재하는 것을 허용한다. 마찬가지로, "상에 침착된다"는 표현은 침착된 재료 및 이것이 침착되는 재료 사이에 다른 재료 또는 층이 존재하는 것을 허용한다. 따라서, 다른 재료 또는 층이 기판의 표면과 기판의 표면 "상에 배치된" 또는 기판의 표면 "상에 침착된" 재료 사이에 존재할 수 있다.
본원에서 사용될 때, "수율"이라는 용어는 주어진 범위의 사양 내에서 실시되는 공정에 의하여 제조 또는 제작된 소자의 비율(proportion)을 의미한다.
본원에 개시될 때, 초임계상, 기상, 고상 및 액상으로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 기판의 면을 노출하는 것은 수율 감소 없이 심지어 수율을 증가시키면서 예컨대 총 침착 두께 약 70 nm의 얇은 유기층을 갖는 대면적 솔라 디바이스를 제조할 수 있게 한다. 일부 실시양태에서, 기판은 ITO-코팅된 기판이다.
일 실시양태에서, 본 원은 기판 및 상기 기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하는 다층 솔라 디바이스를 제공하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 유기 분자로 구성되고, 공여체 및 수용체 물질의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된다. 다른 실시양태에서, 본 원은 입자상 물질을 실질적으로 포함하지 않는 미리 세정된 기판 및 상기 기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성층을 포함하는 다층 솔라 디바이스를 제공하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 유기 분자로 구성된다.
일부 실시양태에서, 기판의 표면은 애노드 또는 캐소드와 같은 전극을 포함한다. 다른 실시양태에서, 다층 솔라 디바이스는 기판 상에 침착된 전극을 추가로 포함하며, 여기서 전극의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된다.
다른 실시양태에서, 다층 솔라 디바이스는 입자상 물질을 실질적으로 포함하지 않는 표면을 갖는 미리 세정된 기판, 상기 미리 세정된 기판의 표면에 위로 겹치는 식으로 배치된 2개의 전극, 및 하나 이상의 공여체 물질과 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역을 포함하며, 여기서 공여체 및 수용체 물질은 상기 2개의 전극 사이에 위치된 유기 분자로 구성된다.
일부 실시양태에서, 입자상 물질은 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 기판의 표면을 노출시킴으로써 제거된다. 이 방법은 본원에서 "스노우 클리닝"이라고도 언급된다. 일부 실시양태에서, 기판은 스노우 클리닝에 의하여 미리 세정된다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 적어도 기상 및 고상을 함유한다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 기상, 고상 및 액상을 함유한다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 초임계 유체를 포함한다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물은 실온 및 대기압에서 기상이도록 선택된다. 추가의 실시양태에서, 하나 이상의 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성한다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림에 노출은 직류를 통해서이다. 특정 실시양태에서, 입자상 물질의 제거에 사용되는 하나 이상의 화합물은 CO2이다. 이 CO2를 기반으로 하는 세정 방법을 CO2 스노우 클리닝 또는 CO2 클리닝이라 한다. CO2 스노우 클리닝은 비파괴적이고, 마손을 일으키지 않고, 잔류물이 없으며, 환경 친화적이다.
일부 실시양태에서, CO2 이외의 또는 이것에 추가적인 화합물은 본원에 개시된 바와 같이 선택되고 사용된다. 선택되는 분자는 입자상 오염 물질의 용매화 특성을 기준으로 선택되거나 또는 기상, 액상, 고상 및 초임계상에서 선택되는 하나 이상의 상을 함유하는 스트림을 생성하도록 선택될 수 있다. 화합물의 예는 암모니아, 아산화질소, 아세틸렌, 프로판, 부탄 또는 다른 탄화수소와 같은 여러가지 탄화수소, 클로로에탄과 같은 여러가지 염화 탄화수소, 플루오로에탄과 같은 여러가지 불화 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예시적인 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성하는 것들을 포함한다.
일부 실시양태에서, 스노우 클리닝된 기판은 그 삼중점 근처, 즉 기상, 액상 및 고상이 존재하는 스트림의 여러 부분에서 CO2와 같은 하나 이상의 화합물에 기판의 표면을 노출시킴으로써 제조된다.
일반적으로, 스노우 클리닝은 예컨대 CO2와 같은 액상 또는 기상 화합물이 오리피스로부터 나올 때 이것이 팽창되는 것에 의존한다. 생성되는 물질 스트림, 예컨대 적어도 고상 및 기상의 조합은 기판에 입자상 물질을 결합시키는 접착력을 극복하는 충격 고체 입자의 모멘텀에 의하여 및/또는 기체의 모멘텀에 의하여 물리적으로 입자상 물질을 제거한다. 기판 상의 다른 잔류물은 오염 물질을 액체 또는 초임계 유체에 용해시킴으로서 제거될 수 있다.
본 원의 일부 실시양태에서, 솔라 디바이스의 활성 면적은 약 0.01 cm2 내지 약 1000 cm2, 약 0.1 cm2 내지 약 100 cm2, 약 0.5 cm2 내지 약 50 cm2, 약 1 cm2 내지 약 10 cm2, 약 2.56 cm2 내지 약 6.25 cm2의 범위이다. 또 다른 실시양태에서, 활성 면적은 약 0.1 cm2 내지 약 6.25 cm2의 범위이다.
일부 실시양태에서, 솔라 디바이스의 활성 면적은 적어도 약 0.25 cm2, 약 0.5 cm2, 약 1 cm2, 약 5 cm2, 약 6.25 cm2, 약 10 cm2, 약 50 cm2, 약 100 cm2, 또는 약 1000 cm2의 대면적이다.
제거되는 입자상 물질은 다양한 크기일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제거되는 입자상 물질의 직경은 약 5 nm 내지 약 1000 nm, 약 15 nm 내지 약 200 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 60 nm 범위이다.
일부 실시양태에서, 유기 활성층의 두께는 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 15 nm 내지 약 120 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 50 내지 약 80 nm의 범위이다.
일부 실시양태에서, 소자는 임의의 추가의 세정 기술을 이용함 없이 스노우 클리닝된 기판을 이용하여 제조된다. 다른 실시양태에서, 기판의 표면은 스노우 클리닝에 추가적인 기술을 이용하여 세정된다. 이러한 추가적 기술의 비제한적 예는 건식 또는 습식 클린 와이프를 이용한 와이핑, 세제-물 혼합물 중에서의 음파 처리, 및 예컨대 트리클로로에틸렌, 아세톤 및 이소프로판올과 같은 용매에의 침지를 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 스노우 클리닝은 효율의 감소 없이 수율을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 스노우 클리닝은 솔라 디바이스에서의 단락(short circuit)을 감소 또는 제거한다.
본 원의 추가의 실시양태는, 기판을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 기판의 표면을 노출시킴으로써 상기 기판의 표면을 세정하는 단계, 및 상기 기판의 표면에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림에 노출되는 기판의 표면은 애노드 또는 캐소드와 같은 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 광전변환 소자의 제조 방법은 기판의 세정된 표면에 위로 겹치는 식으로 2개의 전극을 침착시키는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 유기 활성층은 상기 2개의 전극 사이에 침착된다.
본 원의 다른 실시양태에서, 광전변환 소자의 제조 방법은, 제1 전극층을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 제1 전극층을 노출시킴으로써 상기 제1 전극층을 세정하는 단계, 제2 전극층을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 유기 활성층이 침착된다.
또 다른 실시양태에서, 본 원은, 제1 전극층을 제공하는 단계, 초임계상, 기상, 고상 및 액상 및 이들의 조합에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 제1 전극층을 노출시킴으로써 상기 제1 전극층을 세정하는 단계, 제2 전극층을 제공하는 단계, 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법을 제공하며, 여기서 유기 활성층의 두께는 하나 이상의 화합물의 스트림으로 제1 전극층을 세정하지 않고 얻어지는 수율에 비하여 수율이 향상되도록 하는 두께이다.
본원에서 사용되는 바와 같은 유기 활성층은 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 적어도 기상 및 고상을 함유한다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 기상, 고상 및 액상을 함유한다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 초임계 유체를 포함한다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물은 실온 및 대기압에서 기상이도록 선택된다. 추가의 실시양태에서, 하나 이상의 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성한다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 화합물에의 노출은 직류를 통해서이다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 화합물은 CO2이다.
일부 실시양태에서, CO2 이외의 또는 이것에 추가적인 화합물은 본원에 개시된 바와 같이 선택되고 사용된다. 선택되는 분자는 입자상 오염 물질의 용매화 특성을 기준으로 선택되거나 또는 기상, 액상, 고상 및 초임계상에서 선택되는 하나 이상의 상을 함유하는 스트림을 생성하도록 선택될 수 있다. 화합물의 예는 암모니아, 아산화질소, 아세틸렌, 프로판, 부탄 또는 다른 탄화수소와 같은 여러가지 탄화수소, 클로로에탄과 같은 여러가지 염화 탄화수소, 플루오로에탄과 같은 여러가지 불화 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예시적인 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성하는 것들을 포함한다.
특정 실시양태에서, 유기 활성층의 면적은 약 0.01 cm2 내지 약 1000 cm2, 약 0.1 cm2 내지 약 100 cm2, 약 0.5 cm2 내지 약 50 cm2, 약 1 cm2 내지 약 10 cm2, 약 2.56 cm2 내지 약 6.25 cm2의 범위이다. 특정 실시양태에서, 활성 면적은 약 0.1 cm2 내지 약 6.25 cm2의 범위이다.
일부 실시양태에서, 유기 활성층은 적어도 약 0.25 cm2, 약 0.5 cm2, 약 1 cm2, 약 5 cm2, 약 6.25 cm2, 약 10 cm2, 약 50 cm2, 약 100 cm2, 또는 약 1000 cm2의 큰 면적을 갖는다.
일부 실시양태에서, 유기 활성층의 두께는 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 15 nm 내지 약 120 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 50 내지 약 80 nm의 범위이다.
예컨대 버퍼층(buffer layer) 및 평탄화층(smoothing layer)과 같은 추가의 층은 2개의 전극 사이에 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 침착되는 층(예컨대, 버퍼층, 평탄화층 및/또는 활성층)의 두께는 수율을 향상시키도록 선택된다. 일부 실시양태에서, 침착되는 층(예컨대, 버퍼층, 평탄화층 및/또는 활성층)의 두께의 증가는 수율을 개선시킨다.
일 실시양태에서, 스노우 클리닝은 챔버에 로딩하기 전에 예컨대 주위 환경에서 실시된다. 다른 실시양태에서, 스노우 클리닝은 침착 툴의 로드 록에서 실시되며, 여기서 로드 록은 기판을 유지하는 챔버이다. 일부 실시양태에서, 챔버는 아래로 펌핑되고, 밸브는 챔버로 열리며, 기판은 챔버로 운반된다. 이로써 챔버를 상압 또는 대기압 가스에 노출시키지 않고 침착 챔버에 샘플이 로딩될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 스노우 클리닝은 침착 챔버에서 실시된다.
일 실시양태에서, 본 원은 풀러렌, C60 또는 C70, 또는 NTCDA, PTCDA, PTCBI, PTCDI 등과 같은 변성된 폴리아센과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 수용체 물질 및 공여체 물질로서 프탈로시아닌, 작용화된 스쿠아라인, 작용화된 폴리아센, 올리고티오펜, 메로시아닌 염료, 개질된 페릴렌(예컨대, DIP 또는 DBP), 전도성 폴리머, 저밴드갭 폴리머 등과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 다양한 공액 유기 분자를 포함하는 하나 이상의 물질을 포함하는 솔라 디바이스내 활성 영역에 관한 것이다.
일부 실시양태에서, 유기 활성층은 예컨대 유리 조각, 금속 또는 폴리머와 같은 기판 상에 침착된다. 예컨대, 태양 전지의 경우, 기판은 유리와 같이 투명할 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 전극을 포함한다. 특히, 하나 이상의 화합물의 스트림에 노출되는 기판의 표면이 전극을 포함할 수 있다. 전극은 유기 활성층에 적용되어 도전 접점(conducting contact)으로서 작용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 도전 전극층은 인듐/주석 산화물(ITO)과 같은 산화물을 포함한다.
다른 실시양태에서, OPV 소자는 2개의 금속 전도체, 일반적으로 일함수가 높은 ITO층과 Al, Mg 또는 Ag과 같이 일함수가 낮은 금속층 사이에 유기층을 삽입함으로써 제조된다.
일부 실시양태에서, 기판 표면은 세정되고, 기판 위에 층을 침착하기 전에 입자상 물질이 제거된다.
다른 실시양태에서, 침착된 층의 두께 증가는 수율 손실을 적어도 부분적으로 경감시킬 수 있다. 두께는 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS)와 같은 버퍼층 또는 예컨대 250 nm와 같이 두꺼운 폴리머 벌크 헤테로 접합 활성층 또는 통상보다 두꺼운(t=103 nm) 유기층, 예컨대 펜타센/C60/BCP를 이용함으로써 증가시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 두꺼운 MoO3 층이 ITO 표면과 같은 기판 표면 상에 침착될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 원의 방법에 따라 제작되고 세정된 태양 전지는 누전의 발생이 감소된다. 또한, 일부 실시양태에서는, 소자 저항을 감소시키기 위하여 서브전극 구조를 이용할 수 있다.
일부 실시양태에서, OPV 소자는 스노우 클리닝에 더하여 예컨대 용매 세정과 같은 하나 이상의 기판 세정 절차를 이용하여 제작될 수 있다. 스노우 클리닝, 특히 CO2 스노우 클리닝은 특히 대면적 소자에서 단락 및 소자 특성 변동을 유도하는 결함 밀도를 감소시키는 데 있어 종래의 용매 세정보다 더 효과적인 것으로 밝혀졌다.
실시예
이제 본원을 이하의 비제한적인 실시예에 의하여 더 상세히 설명한다. 당업자라면 본원에 제공된 개시 내용과 일치하는 추가의 실시양태를 구상할 수 있을 것이다.
실시예 1
스노우 클리닝을 이용하지 않는 기판의 제조: A>0.64 cm2의 면적을 갖는 SubPc/C60 소자는 입자상 물질에 의하여 야기되는 단락으로 인하여 수율이 낮다. 수율을 개선시키기 위하여, 활성층 침착 전에 두꺼운 버퍼층(PEDOT:PSS 또는 MoO3)을 이용하였다. 소자 구조는 ITO/버퍼층(들)/SubPc(13 nm)/C60(40 nm)/BCP(8 nm)/Al이었다. 재료들을 ITO-코팅된 유리 기판 상에 침착시켰는데, ITO 두께는 약 100 nm이고 시트 저항은 20±5 Ω/sq였다. MoO3, 붕소 서브프탈로시아닌 클로라이드(SubPc), C60, 및 바소쿠프로인(BCP)을 각각 0.05, 0.1, 0.1, 및 0.05 nm/s의 속도로 순차적으로 열증발시킨 다음, 섀도우 마스크를 통해 100 nm 두께의 Al 캐소드를 0.1 nm/s로 침착시켰다. 모든 침착 속도 및 두께는 석영 결정 모니터를 이용하여 측정하였고 다변각 분광 타원계에 의하여 보정하였다. MoO3(Acros, 99.999%) 및 BCP(Lumtec, 99.5%)를 받은대로 이용하고, SubPc(Lumtec, 99%) 및 C60(MER, 99.9%)을 열구배 승화에 의하여 단일 사이클로 추가 정제하였다. 한 실시예에서, PEDOT:PSS(H.G. Stark, Clevios PH 500)는 스핀 코팅하고, 반면에 MoO3는 진공에서 열증발시켰다.
제작된 소자 구조는 다음과 같았다:
소자 A (대조군): ITO/MoO3(10nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al);
소자 B: ITO/PEDOT:PSS(50nm)/MoO3(5nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al,
소자 C: ITO/MoO3(30nm)/SubPc(13nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al.
표 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 침착된 층 두께의 증가는 소자 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 소면적(0.00785 cm2)의 소자에 대하여, 대조군 구조(소자 A: MoO3(10 nm))의 동력 변환 효율은 ηp=2.69±0.03%로, PEDOT:PSS 평탄화층을 갖는 소자(소자 B: PEDOT:PSS(50 nm)/MoO3(5 nm))에 대하여 2.47±0.08% 감소하였고, 비교적 두꺼운 MoO3 층을 갖는 소자(소자 C: MoO3(30 nm))에 대하여 2.32±0.02% 감소하였다. 소자 A에 비하여 소자 B 및 C의 효율 감소는 주로 충전율(fill factor)의 감소로 인한 것이다. 단락을 가능한 한 최소화하기 위하여 스노우 클리닝하고 동시에 더 두꺼운 버퍼층을 사용하고자 할 것으로 예상된다.
문헌[C. Giebink, G.P. Wiederrecht, M.R. Wasielewski, and S.R. Forrest, Phys. Rev. B 82, 155305 (2010)]에 개시된 바와 같이 Giebink의 이론에 따라 암 J-V 특성 곡선을 피팅하면, 소자 C의 직렬 저항은 RSA = 5.4±0.1 Ωㆍcm2인 반면, 소자 A의 직렬 저항은 RSA = 0.77±0.02 Ωㆍcm2였다. RSA 증가는 증가된 MoO3층 두께로 인한 것인데, 이것은 FF 및 이에 따라 ηp를 감소시켰다. 또한, 소자 B는 암 포화 전류밀도가 더 크고 이상 계수(ideality factor)가 더 작았는데 이것이 또한 FF를 감소시켰다.
표 1 대표적 SubPc/C60 소자의 성능
실시예 2
더 두꺼운 버퍼층 또는 활성층에 대한 대안은 CO2 스노우 클리닝을 이용하여 ITO 표면으로부터 입자상 물질 및 다른 우툴두툴함(asperities)을 제거하는 것이다. 재료들을 ITO-코팅된 유리 기판에 침착시켰는데, ITO 두께는 약 100 nm이고 시트 저항은 20±5 Ω/sq였다. 필름 침착 전에, ITO를 다음과 같이 세정하였다: 먼저 기판을 건식 무입자 와이프로 온건하게 닦아낸 다음 터지톨-탈이온수 용액에서 5분간 음파 처리하고, 아세톤에서 5분간 음파 처리하고, 비등하는 트리클로로에틸렌에 10분간 침지하고, 아세톤에서 10분간 음파 처리하고, 비등하는 이소프로판올에 10분간 함침시켰다. 이어서 Applied Surface Technologies(미국 07974 뉴저지주 뉴프로방스 소재) 고순도 모델 K4 스노우 클리너를 이용하여 90초 동안 스노우 클리닝을 실시하였다. 기판에 대한 노즐각을 45°로 하고 노즐과 기판의 거리를 약 5 cm로 하여 기판을 50℃에서 유지하였다. 이어서 ITO를 고진공 챔버(기본압 < 2×10-7 Torr)에 로딩하기 전에 10분 동안 자외선-오존에 노출하였다. 이어서, MoO3, 붕소 서브프탈로시아닌 클로라이드(SubPc), C60, 및 바소쿠프로인(BCP)을 각각 0.05, 0.1, 0.1, 및 0.05 nm/s의 속도에서 순차적으로 열승화시킨 다음, 섀도우 마스크를 통해 100 nm 두께의 Al 캐소드를 0.1 nm/s로 침착시켰다. 모든 침착 속도 및 두께는 석영 결정 모니터를 이용하여 측정하였고 다변각 분광 타원계에 의하여 보정하였다. MoO3(Acros, 99.999%) 및 BCP(Lumtec, 99.5%)를 받은대로 이용하고, SubPc(Lumtec, 99%) 및 C60(MER, 99.9%)을 열구배 승화에 의하여 단일 사이클로 추가 정제하였다.
필터링된 Xe 램프로부터의 시뮬레이션된 1 sun AM 1.5G 솔라 조명하에 암실에서 전류밀도 대 전압(J-V) 특성 곡선은 고순도 N2 충전 글로브박스 내에서 측정되었다. 광학 강도는 NREL-보정된 Si 검출기를 이용하여 참조되었고, 스펙트럼 미스매치에 대하여 광전류 측정을 수정하였다. 언급된 에러는 3 이상의 소자 군에 대한 표준 편차에 상응한다.
도 1(a)에서 원자력 현미경(AFM) 이미지는 스노우 클리닝 이전에 표면에 분포된 많은 입자들을 나타내며, 반면에 도 1(b)는 군집을 이루는 최대 입자상 물질이 스노우 클리닝에 의하여 완전히 제거된 것을 나타낸다. ITO 기판의 자승 평균 평방근은 1.76 nm에서 1.21 nm로 감소되었으나, 더 중요한 것은, 최고 대 최저 거칠기가 84.2 nm에서 32.4 nm로 감소되었다. 최대 입자상 물질은 전체 유기층 두께보다 더 크고 빈번히 전체 활성 유기층 영역보다 더 두껍기 때문에 소자를 단락시키기 매우 쉽다. 도 1(c)에서 입도 계측 통계는 대부분의 중간 크기 입자 및 모든 큰 입자가 스노우 클리닝으로 제거된 것을 나타낸다.
얇은 유기층(즉, torg 약 75 nm)을 갖는 대면적의 스노우 클리닝된 소자도 제작하였다. 각각 ITO/MoO3(10 nm)/SubPc(13 nm)/C60(40 nm)/BCP(8 nm)/Al(소자 D) 및 ITO/MoO3(15 nm)/DPSQ(13 nm)/C60(40 nm)/BCP(8 nm)/Al(소자 E)의 구조를 갖는 열증발 및 용액 처리된 소자를 0.01∼6.25 cm2의 활성 면적을 갖도록 제조하였다. 부분 용액 처리된 DPSQ/C60 소자를 제조하였는데, 여기서 DPSQ는 30초간 3000 rpm의 속도로 1.6 mg/ml 클로로포름 용액으로부터 MoO3 표면에 스핀 코팅되었다.
도 2에 나타난 바와 같이 소자 D 및 E 둘다에 대하여 FF가 감소했을지라도, 면적이 증가함에 따라, 개방 회로 전압(VOC)에 유의적인 변화는 관찰되지 않았다. FF의 감소는 직렬 저항이 A=0.01 cm2 소자에 대하여 RSA는 약 1 Ωㆍcm2에서 A=6.25 cm2인 소자에 대하여 RSA는 약 180 Ωㆍcm2로 증가된 것에 기인하며, 이에 수반하여 단락 전류(JSC)가 감소된다. 도 2로부터, 소자 크기가 증가함에 따라 소면적 소자 성능을 유지하기 위하여 직렬 저항이 RSA<10 Ωㆍcm2일 필요가 있음은 분명하다.
RSA 증가에 더하여, 소자 면적이 클수록 높은 암전류를 또한 나타낼 수 있다. 도 3에서, 상이한 면적을 갖는 DPSQ/C60 전지에 대한 암 J-V 특성 곡선을 문헌[C. Giebink, G.P. Wiederrecht, M.R. Wasielewski, and S.R. Forrest, Phys. Rev. B 82, 155305 (2010)]에 개시된 Giebink의 분석을 이용하여 피팅하였다. 결과는 C60 수용체층에서 기인하는 누출로 인하여 암전류가 JsA=(5.7±1.7)×10-11 mA/cm2의 면적 의존적 포화 전류 및 nA=1.50±0.01의 해당 이상 계수를 가짐을 나타내었다. 그러나, 종종 공여체와 연관된 낮은 바이어스(예컨대 0.4 V 미만)에서 누전 암전류 JsD는 면적이 0.01 cm2에서 6.25 cm2로 증가함에 따라 (1.0±0.3)×10-7 mA/cm2에서 (0.9±0.1)×10-4 mA/cm2로 대략 3 디케이드(decade) 증가하여 대략 선형적인 대응이었다. 증가된 암전류는 스노우 클리닝에 의하여 제거되지 않은 입자상 물질에 의해 유도되는 분로(shunt path)로 인하여 공여체를 통해 증가된 누출을 나타내는 것이었다. 그러므로, ITO 표면에 직접 침착되는 것은 누출이 표면 상의 입자에 의하여 가장 직접적으로 영향을 받아 JsD의 관찰되는 면적 의존도를 유도하는 공여체였다.
암전류 및 직렬 저항 증가에 더하여, FF가 분로에 의해 감소되는 것도 또한 관찰되었다. 이것은 하기와 같이 Giebink의 엑시톤 반도체 이상 다이오드 방정식에 RpA를 포함시킨 것에 의한 것으로 이해된다:
간략히 나타내기 위하여, 전자 및 정공에 대한 이상적인 운반 특성 및 주입 배리어를 갖는 대칭 다이오드의 경우를 고려할 수 있다. 여기서, Js 및 n은 각각 대칭 소자 포화 전류 및 이상 계수이고, Jph는 광전류 밀도이며, kB는 볼츠만 상수이고, T는 온도이며, q는 전하이다. 최종적으로, ξ는 그 평형값에 대한 폴라론쌍 해리도이다.
도 4(삽도)는 RpA에 대한 FF의 의존도를 나타내며, 여기서 JSC = Jph = 4.5 mA/cm2, Js = 1×10-9 mA/cm2, n = 2, ξ = 1 및 RS = 0이다. 시뮬레이션은 FF가 Rp와 더불어 감소하고 RpA ≤ 2 kΩㆍcm2에 대하여 현저히 감소했음을 나타내었다. 우리는 또한 도 4의 몇몇 RpA의 값에 대하여 방정식(1)에 의하여 예측되는 J-V 특성 곡선을 플롯하였는데, 여기서 우리는 RSA=50 Ωㆍcm2로 가정하였다. RpA에 대한 FF의 의존도가 현저한데, 이것은 도 4의 데이터에 반영되어 있다. 예컨대, 션트 저항이 103 Ωㆍcm2일 때, RPA→∞인 경우 FF는 그 값으로부터 25% 감소되었다.
대면적 OPV 성능을 떨어뜨리는 다른 인자는 ITO층에서 측면 저항에 의해 지배되는 직렬 저항의 증가였다. 대면적 OPV 전지에서 RS의 효과를 감소시키기 위하여, 소자 D 및 E에 대하여 서브전극 구조를 사용하였다(도 5 삽도). 서브전극은 캐리어가 금속 접점에서 수집되기 전에 그 발생점으로부터 더 짧은 거리를 이동하게 할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 1 sun, AM 1.5G 조명하에서, 서브전극을 갖지 않는 A=6.25 cm2 SubPc/C60 소자는 ηp =1.26±0.05%와 JSC=3.55±0.04 mA/cm2, FF=0.32±0.01, 및 RSA=179±4 Ωㆍcm2를 나타내었다. 단일 서브전극을 갖는 전지는 RSA=78±2 Ωㆍcm2의 감소된 직렬 저항을 가져, JSC=3.91±0.09 mA/cm2, FF=0.46±0.01, 및 ηp=2.02±0.08%를 나타내며, 반면에 4개의 서브전극을 갖는 전지는 저항을 RSA=56±3 Ωㆍcm2까지 더 감소시켜, JSC=3.95±0.05 mA/cm2, FF=0.50±0.01, 및 ηp=2.21±0.05%를 나타내었다. 이것은 서브전극이 없는 소자에 비하여 ηp의 거의 배가를 나타내었다. 마찬가지로, DPSQ/C60 소자에 대하여, 단일 서브전극을 갖는 구조는 RSA를 152±4 Ωㆍcm2에서 96±1 Ωㆍcm2로 감소시켜, JSC를 4.47 mA/cm2에서 4.76 mA/cm2로, FF를 0.29에서 0.40으로, ηp를 1.21%에서 1.78%로 증가시켰다.
실시예 3
1.44 cm2 소자의 군을 제작함으로써 수율을 조사하였다. 스노우 클리닝 및 용액 세정한 기판을 갖는 총 27개의 소자 중에서 19개의 1.44 cm2 및 (종래의 용액 세정 없이) 스노우 클리닝만 한 기판을 갖는 26개의 소자 중에서 16개의 1.44 cm2의 통계를 표 2에서 비교하였다.
표 2 용액 세정 유무의 1.44 cm2의 면적을 갖는 OPV의 매개변수
평균으로부터의 표준 편차는 SD이다.
CO2 스노우 클리닝만을 이용하여, 소면적 및 대면적 소자의 비교 수율을 얻었다(도 8). 대조적으로, 용매 세정만을 이용하면, >0.64 cm2의 면적을 갖는 모든 소자는 합선을 일으켰다. ITO 상에 PEDOT:PSS(소자 B) 및 더 두꺼운 MoO3(소자 C) 코팅을 사용하면, 2.56 cm2 소자의 수율은 각각 50% 및 67%였다. 그러나, 스노우 클리닝한 기판을 이용한 더 얇은 소자는 더 높은 수율(약 70%)을 가졌다. 이것은 CO2 스노우 클리닝이 두꺼운 버퍼층을 이용하거나 용매 세정만을 이용하는 것보다 표면 오염 물질을 감소시키는 데 상당히 더 효과적임을 나타낸다. 스노우 클리닝 및 용매 세정한(도 7), 및 스노우 클리닝만을 한 기판 둘다에서, 그 평균값으로부터 VOC 및 JSC의 표준 편차는 약 1%였다. 충전율 표준 편차는 약 4.0%였고 대부분의 소자 효율 변동의 원인이었다. FF 분산은 대면적 소자에서 맞닥뜨리게 되는 소립자의 확률 증가로 인한 암전류 변동 및 소자를 조사하는 동안 마주치게 되는 변동으로 인한 RSA 변동(41 Ωㆍcm2에서 69 Ωㆍcm2로)에 의하여 야기되었다.
ITO-코팅된 유리 기판의 스노우 클리닝은 오염 입자의 제거에 효과적이므로, 대면적 OPV 전지의 수율을 향상시킨다. 스노우 클리닝을 이용하면, 대면적 소자는 평균으로부터 4.0% 이하의 효율 표준 편차를 나타내었다. 또한, 종래의 용매 기판 세정만을 이용하는 경우 입자상 물질로 인한 션트 저항의 감소 및 암전류의 증가가 분명하다. 큰 입자상 물질의 존재는 또한 대면적 소자 효율, 충전율 및 수율을 저하시켰다. FF와 암전류 사이의 관계는 큰 입자에 의하여 야기되는 분로의 존재 (및 이에 따라 RpA)에 민감한 것으로 나타났다. 또한, 서브전극은 직렬 저항을 감소시킬 수 있어, 6.25 cm2의 면적을 갖는 SubPc/C60 소자의 2.21±0.05%의 파워 효율 또는 단지 0.00785 cm2의 면적을 갖는 유사 소자의 약 82%의 파워 효율을 유도하였다.
Claims (57)
- 기판; 및
기판의 표면에 침착된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 활성 영역
을 포함하는 다층 솔라 디바이스(solar device)로서,
공여체 및 수용체 물질이 유기 분자로 구성되고, 공여체 및 수용체 물질의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된 다층 솔라 디바이스. - 제1항에 있어서, 초임계상, 기상, 고상 및 액상으로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 기판의 표면을 노출시킴으로써 입자상 물질이 제거된 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 적어도 기상 및 고상을 함유하는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 기상, 고상 및 액상을 함유하는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 초임계 유체를 포함하는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 및 대기압에서 기상이도록 선택되는 것인 솔라 디바이스.
- 제6항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성하는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 알려진 오염 물질에 대한 용매로부터 선택되는 것인 솔라 디바이스.
- 제1항에 있어서, 기판의 표면은 전극을 포함하는 것인 솔라 디바이스.
- 제1항에 있어서, 기판 상에 침착된 전극을 추가로 포함하고, 전극의 침착 전에 기판의 표면으로부터 입자상 물질이 제거된 것인 솔라 디바이스.
- 제6항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 암모니아, 이산화탄소, 아산화질소, 탄화수소, 염화 탄화수소, 불화 탄화수소 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 솔라 디바이스.
- 제11항에 있어서, 탄화수소는 아세틸렌, 프로판 및 부탄에서 선택되고, 염화 탄화수소는 클로로에탄에서 선택되며, 불화 탄화수소는 플루오로에탄에서 선택되는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 CO2인 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 기판의 표면은 하나 이상의 화합물의 스트림에 기판의 표면을 노출시키는 것 외에 추가의 기술을 이용하여 세정되는 것인 솔라 디바이스.
- 제14항에 있어서, 추가의 기술은 용매 세정인 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 기판의 표면으로부터 입자상 물질의 제거로 수율이 증가되는 것인 솔라 디바이스.
- 제2항에 있어서, 제거된 입자상 물질은 직경이 약 5 nm 내지 약 1000 nm 범위인 것인 솔라 디바이스.
- 제17항에 있어서, 제거된 입자상 물질은 직경이 약 15 nm 내지 약 200 nm 범위인 것인 솔라 디바이스.
- 제18항에 있어서, 제거된 입자상 물질은 직경이 약 20 nm 내지 약 100 nm 범위인 것인 솔라 디바이스.
- 제1항에 있어서, 활성 면적이 약 0.01 cm2 내지 약 1000 cm2 범위인 것인 솔라 디바이스.
- 제1항에 있어서, 활성 면적이 약 0.25 cm2 이상의 큰 면적인 것인 솔라 디바이스.
- 기판을 제공하는 단계;
초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 표면을 노출시킴으로써 기판의 표면을 세정하는 단계; 및
기판의 표면에 유기 활성층을 침착시키는 단계
를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법. - 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 적어도 기상 및 고상을 함유하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 기상, 고상 및 액상을 함유하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 초임계 유체를 포함하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 및 대기압에서 기상이도록 선택되는 것인 방법.
- 제26항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 알려진 오염 물질에 대한 용매로부터 선택되는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 암모니아, 이산화탄소, 아산화질소, 탄화수소, 염화 탄화수소, 불화 탄화수소 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 방법.
- 제29항에 있어서, 탄화수소는 아세틸렌, 프로판 및 부탄에서 선택되고, 염화 탄화수소는 클로로에탄에서 선택되며, 불화 탄화수소는 플루오로에탄에서 선택되는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 CO2인 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림에 노출되는 기판의 표면은 전극을 포함하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 세정된 기판의 표면 상에 위에 겹치는 식으로 2개의 전극을 침착시키고, 상기 두 전극 사이에 유기 활성층을 침착시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 유기 활성층의 침착 전에 추가의 세정 기술을 이용하여 기판의 표면을 세정하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 추가의 기술은 용매 세정인 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 유기 활성층은 약 0.01 cm2 내지 약 1000 cm2 범위의 면적을 갖는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 유기 활성층은 약 0.25 cm2 이상의 큰 면적을 갖는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 유기 활성층은 총 두께가 약 10 nm 내지 약 400 nm 범위인 것인 방법.
- 제38항에 있어서, 상기 두께는 약 15 nm 내지 약 120 nm 범위인 것인 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 두께는 약 20 nm 내지 약 100 nm 범위인 것인 방법.
- 제40항에 있어서, 상기 두께는 약 50 nm 내지 약 80 nm 범위인 것인 방법.
- 제38항에 있어서, 유기 활성층의 두께는 수율을 향상시키도록 선택되는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 노출은 하나 이상의 화합물의 직류 스트림을 통해서인 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 침착 챔버에 기판을 로딩하기 전에 세정을 실시하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 세정은 침착 툴의 로드 록(load lock)에서 실시되는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 세정은 침착 챔버 내에서 실시되는 것인 방법.
- 제1 전극층을 제공하는 단계;
초임계상, 기상, 고상 및 액상에서 선택된 하나 이상의 상을 포함하는 하나 이상의 화합물의 스트림에 상기 제1 전극층을 노출시킴으로써 상기 제1 전극층을 세정하는 단계;
제2 전극층을 제공하는 단계
를 포함하는 광전변환 소자의 제조 방법으로서,
상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 유기 활성층을 침착시키는 것인 제조 방법. - 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 적어도 기상 및 고상을 함유하는 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 기상, 고상 및 액상을 함유하는 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물의 스트림은 초임계 유체를 포함하는 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 및 대기압에서 기상이도록 선택되는 것인 방법.
- 제51항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 실온 미만으로 냉각시 액체 또는 고체를 형성하는 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 알려진 오염 물질을 용해시키는 용매로부터 선택되는 것인 방법.
- 제51항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 암모니아, 이산화탄소, 아산화질소, 탄화수소, 염화 탄화수소, 불화 탄화수소 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 방법.
- 제54항에 있어서, 탄화수소는 아세틸렌, 프로판 및 부탄에서 선택되고, 염화 탄화수소는 클로로에탄에서 선택되며, 불화 탄화수소는 플루오로에탄에서 선택되는 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 하나 이상의 화합물은 CO2인 것인 방법.
- 제47항에 있어서, 유기 활성층은 약 0.25 cm2 이상의 큰 면적을 갖는 것인 방법.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006147654A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Tokyo Electron Ltd | 基板洗浄方法、基板洗浄装置、基板処理システム、基板洗浄プログラム及び記憶媒体 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0679744U (ja) * | 1993-04-15 | 1994-11-08 | カシオ計算機株式会社 | ロードロック装置 |
| JP3692380B2 (ja) * | 1998-07-03 | 2005-09-07 | Ａｚエレクトロニックマテリアルズ株式会社 | 容器の洗浄方法および装置 |
| WO2001000336A1 (fr) * | 1999-06-24 | 2001-01-04 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Procede et dispositif de lavage par pulverisation d'un fluide |
| JP2003209088A (ja) * | 2002-01-10 | 2003-07-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | エアロゾル洗浄方法及び装置 |
| US6843855B2 (en) * | 2002-03-12 | 2005-01-18 | Applied Materials, Inc. | Methods for drying wafer |
| KR100459717B1 (ko) * | 2002-08-23 | 2004-12-03 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 금속 콘택 형성 방법 |
| US20070111519A1 (en) * | 2003-10-15 | 2007-05-17 | Applied Materials, Inc. | Integrated electroless deposition system |
| US7326955B2 (en) * | 2004-08-05 | 2008-02-05 | The Trustees Of Princeton University | Stacked organic photosensitive devices |
| US7375370B2 (en) * | 2004-08-05 | 2008-05-20 | The Trustees Of Princeton University | Stacked organic photosensitive devices |
| KR100698472B1 (ko) * | 2005-07-21 | 2007-03-22 | 주식회사 진우엔지니어링 | 표면세정용 노즐구조체 |
| KR100707881B1 (ko) * | 2005-09-23 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 기판이송시스템 및 방법, 그리고 기판 정렬 방법 |
| FR2892563B1 (fr) * | 2005-10-25 | 2008-06-27 | Commissariat Energie Atomique | Reseau de nanofibrilles polymeriques pour cellules photovoltaiques |
| KR20070047440A (ko) * | 2005-11-02 | 2007-05-07 | 삼성전자주식회사 | 평판 표시 장치의 제조 시스템 및 제조 방법 |
| US20100084011A1 (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | The Regents Of The University Of Michigan | Organic tandem solar cells |
| JP5609008B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2014-10-22 | コニカミノルタ株式会社 | 透明導電フィルム、透明導電フィルムの製造方法及び電子デバイス用透明電極 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2011205075A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-10-13 | Kyushu Univ | 有機薄膜太陽電池 |
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