KR20150063705A - 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지 - Google Patents

유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20150063705A
KR20150063705A KR1020130148388A KR20130148388A KR20150063705A KR 20150063705 A KR20150063705 A KR 20150063705A KR 1020130148388 A KR1020130148388 A KR 1020130148388A KR 20130148388 A KR20130148388 A KR 20130148388A KR 20150063705 A KR20150063705 A KR 20150063705A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
substituted
unsubstituted
fullerene derivative
organic solar
Prior art date
Application number
KR1020130148388A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101923625B1 (ko
Inventor
장송림
이지영
배재순
이재철
이행근
최두환
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130148388A priority Critical patent/KR101923625B1/ko
Publication of KR20150063705A publication Critical patent/KR20150063705A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101923625B1 publication Critical patent/KR101923625B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H10K30/35—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising inorganic nanostructures, e.g. CdSe nanoparticles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 출원은 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지 {METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC SOLAR CELL AND ORGANIC SOLAR CELL MANUFACTURED BY THE SAME}
본 출원은 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.
미국 국립연구소인 NREL의 에너지 리뷰 자료에 따르면 현재 주로 사용되고 있는 에너지원은 석유, 석탄, 가스이다. 이는 전체 사용되고 있는 에너지원의 80 %에 달한다. 그러나, 현재 석유 및 석탄 에너지 고갈 상태가 점차 큰 문제가 되고 있으며, 증가하는 이산화탄소와 다른 온실가스들의 공기 중으로의 배출은 점차 심각한 문제를 발생시키고 있다. 그에 반하여, 무공해 그린 에너지인 재생 에너지의 이용은 아직까지 전체 에너지원의 약 2% 밖에 되지 않는다. 그래서 에너지원의 문제 해결을 위한 고민들은 더욱더 신재생 에너지 개발 연구에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 바람, 물, 태양 등 신재생 에너지 중에서도 가장 관심을 받고 있는 것은 태양에너지이다. 태양에너지를 이용한 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24 %정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
초기 유기 태양 전지는 미국 UCSB의 Heeger 교수 그룹에서 주도적으로 기술 개발을 이끌었다. 유기 태양 전지는 사용되는 단분자 유기물질 또는 고분자 재료는 쉽고, 빠르게 저가, 대면적 공정이 가능한 장점을 가지고 있다.
그러나, 현재까지의 연구에서는 아직 유기 태양 전지는 에너지 변환 효율이 낮은 단점이 있다. 그러므로 현 시점에서 다른 태양 전지와의 경쟁력을 확보하기 위해서는 효율 향상이 매우 중요하다고 할 수 있다.
Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1996)) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
본 출원은 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지를 제공하고자 한다.
본 출원은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계; 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체를 포함하는 플러렌 유도체 용액에 침지하여 형성되는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 출원은 상기 제조방법으로 제조된 유기 태양 전지를 제공한다.
본 출원에 따른 유기 태양 전지의 제조방법은 유기 태양 전지의 전자 전달 능력을 높이고, 광단락 전류밀도(J sc)의 증가 및 효율의 상승을 구현할 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 유기 태양 전지의 제조방법은 유기 태양 전지의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 유기 태양 전지의 제조방법은 간단한 제조 공정으로 인하여, 생산 원가의 단축 및/또는 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 유기 태양 전지를 도시한 것이다.
도 3은 본 출원에 따른 실시예 및 비교예의 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프이다.
도 4는 본 출원에 따른 실시예 및 비교예의 유기물층 형성에 있어서, 침지시간에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 출원에 따른 실시예 및 비교예의 유기물층 형성에 있어서, 침지 용액의 용매에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 출원은 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시상태들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 출원에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 출원에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 출원은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계; 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체를 포함하는 플러렌 유도체 용액에 침지하여 형성되는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
본 출원에서의 "상"은 하나의 층 위에 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다.
본 출원에 따른 유기 태양 전지의 제조방법에 있어서, 유기물층은 침지법으로 형성될 수 있다. 상기 침지법은 딥코팅(Dip Coating) 또는 디핑법(Dipping method) 등의 용어로 표현될 수 있다.
침지법은 코팅방법의 한 종류로서, 피(被)코팅재를 코팅용액 또는 슬러리에 담그어 피코팅재 표면에 전구체(precursor)층을 형성한 후 도막을 얻는 방법을 말한다. 침지법을 사용할 경우, 코팅을 형성하기 위한 용액이나 슬러리를 사용하기 때문에 다른 코팅법에 비해 코팅액의 이용효율을 높일 수 있다. 또한, 침지시간 등의 조건을 변화하여 형성되는 도막의 두께 등의 특성을 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 제조방법의 각 단계는 상온, 상압에서 실행될 수 있다. 이에 따라, 온도나 압력 등의 추가조건이 필요하지 않으므로, 공정상 유리한 장점이 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 제조방법은 용액이나 슬러리에 담가 두었다가 꺼내기만 하면 되는 침지법을 이용함으로써, 공정이 단순하며, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 라인에도 적용할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 플러렌 유도체 및 용매를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 플러렌 유도체를 용매에 용해 또는 분산시켜 제조될 수 있다.
상기 용매는 알코올계 용매일 수 있다. 휘발성이 높은 알코올계 용매를 사용하면 용매 제거 과정이 필요없이 상온, 상압의 조건에도 용매를 제거할 수 있다. 이로 인해 공정상 용이한 장점이 있다.
상기 알코올계 용매는 탄소수 1 내지 3의 알코올일 수 있다. 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 플러렌 유도체 용액의 농도는 0.01 mM 내지 5 mM, 바람직하게는 0.01 mM 내지 1 mM일 수 있다.
상기 플러렌 유도체 용액의 농도가 0.01 mM 내지 5 mM일 때, 플러렌 유도체의 응집(aggregation) 현상을 억제하고, 플러렌 유도체를 고르게 분산시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 묽은 용액을 사용함으로써 유기물층을 형성하는데 소비되는 플러렌 유도체의 양을 줄일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층의 형성을 위한 침지시간은 2시간 이상, 구체적으로 4시간 이상일 수 있다.
상기 침지시간이 2시간 미만인 경우, 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하기에 충분하지 않고, 오히려 용매의 영향만 받아 유기 태양 전지의 성능이 저하될 수 있다. 상기 침지시간이 2시간 이상인 경우, 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층이 형성되면서 유기 태양 전지의 성능이 향상 될 수 있다.
또한, 공정상의 효율을 위하여 상기 유기물층의 형성을 위한 침지시간은 5일 이내인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 침지시간은 당업자가 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 카르복실기; 히드록시기; 또는 카로복실기와 히드록시기가 동시에 치환된 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 카르복실기가 치환된 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 카르복실기 및/또는 히드록시기가 치환된 플러렌 유도체는 전자수송층에 포함된 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)과 화학적 결합이 가능하다. 따라서, 광활성층과 전자수송층 사이에 구비된 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 광활성층과 전자수송층의 접촉력을 향상시킨다. 또한, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 전자 받는 능력이 우수한 플러렌 유도체를 포함하여, 광활성층에서 전자수송층으로의 전자 전달 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 광활성층과 전자수송층 사이에 구비되어 광활성층과 전자수송층 사이의 에너지 장벽을 낮춘다. 따라서, 본 출원의 일 실시상태는 높은 효율의 유기 태양 전지를 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계에서 상기 전자수송층과 상기 유기물층이 접하도록 형성될 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계에서 상기 전자수송층과 상기 유기물층이 서로 화학적 결합을 하도록 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 플러렌 유도체 용액에 침지하여 플러렌 유도체가 전자수송층 상에 흡착되는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 상기 흡착된 플러렌 유도체가 전자수송층 상에서 화학적 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 플러렌 유도체의 히드록시기 또는 카르복실기의 수소와 물 또는 알코올의 히드록시기가 결합하여, 탈수 반응(dehydration)으로 플러렌 유도체와 전자수송층이 공유결합을 형성한다. 예컨대, 전자수송층의 금속산화물-O-(O=)C-플러렌의 구조일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 수송층의 계면과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층의 접하는 계면에서 화학적 결합이 형성된다. 이 경우, 물리적 및/또는 열적으로 안정성이 우수하여, 소자의 수명에서 우수한 효과를 얻을 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물 층의 형성 이후, 결합되지 않은 플러렌 유도체를 물 또는 알코올계의 용매로 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 플러렌 유도체 용액이 플러렌 유도체 및 알코올계 용매만을 포함하는 경우, 용매를 따로 제거하는 과정이 불필요하며, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체만을 함유할 수 있다. 즉, 유기물층에 플러렌(유도체)만을 포함하는 유기 태양 전지를 제조할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계 이후에 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층에 포함되는 플러렌 유도체는 열적으로 안정하기 때문에 유기물층이 형성된 이후에도 열처리 등의 공정을 용이하게 할 수 있다. 따라서 공정상에 유리한 장점이 있다.
상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층의 형성 이후에, 추가적으로 열처리를 할 경우, 플러렌 유도체와 전자수송층 사이의 결합력을 높일 수 있다.
상기 열처리의 온도는 50℃ 내지 200℃ 인 것이 바람직하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.
본 출원의 상기 제1 전극은 캐소드 전극일 수 있으며, 투명 전도성 산화물층 또는 금속 전극일 수 있다.
본 출원의 상기 전극이 투명 전도성 산화물층인 경우, 상기 전극은 유리 및 석영판 이외에 PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthelate), PP (polyperopylene), PI(polyimide), PC (polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxyethlene), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC (Triacetyl cellulose), PAR (polyarylate)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다. 구체적으로, ITO (indium tin oxide), 플루오린이 도핑된 틴 옥사이드 (fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zink oxide, AZO), IZO (indium zink oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO (antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있으며, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 보다 더 구체적으로 상기 금속 전극은 은(Ag)일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 세정 후 표면을 친수성으로 개질하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 및/또는 제2 전극을 형성하는 단계는 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로판올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음 수분제거를 위해 가열판에서 100 ~ 250 ℃로 1 ~ 30분간, 구체적으로 250 ℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질할 수 있다. 이를 위한 전처리 기술로는 a) 평행평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등을 이용할 수 있다.
상기와 같은 표면 개질을 통하여 접합표면전위를 정공주입층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있으며, ITO 기판 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수 있다. 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택하게 되는데 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.
본 출원의 하기 기술한 실시예에서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용하였으며, 초음파 세정 후 패턴된 ITO 기판을 가열판 (hot plate)에서 베이킹 (baking)하여 잘 건조시킨 다음 챔버에 투입하고 UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV광과 반응하여 발생하는 오존에 의해 패턴된 ITO 기판을 세정하게 된다. 그러나, 본 출원에 있어서의 패턴된 ITO 기판의 표면 개질방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
본 출원의 상기 전자수송층은 캐소드 버퍼층일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층은 전도성 산화물 및 금속으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 전자수송층의 전도성 산화물은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 금속은 은 나노입자(Ag nanoparticle), 금 나노입자(Au nanoparticle), Ag-SiO2, Ag-TiO2, Au-TiO2 등의 금속 산화물을 포함한 코어쉘(core-shell)물질이 될 수 있다. 상기 코어쉘 물질은 코어로 금속을 포함하고, Ag-SiO2, Ag-TiO2, Au-TiO2 등의 금속 산화물을 쉘로서 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 전자수송층을 포함하여, 효율을 높이고, 플러렌 유도체를 포함하는 유기층과 화학적 결합을 하여, 소자의 안정성을 높이는 역할을 한다.
본 출원의 상기 전자수송층은 스핀 코팅, 딥 코팅(침지법), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 스퍼터링, E-Beam 또는 열증착법 등의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 전자수송층은 제1 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅되어 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 하기 화학식 1 내지 4 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
화학식 1 내지 4에 있어서,
n은 1 내지 10의 정수이고,
n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 동일하거나 상이하며,
Cn은 C60 내지 C120의 플러렌이고,
a, b, c 및 d는 각각 1 내지 4의 정수이며,
a가 2 이상인 경우, L1은 서로 동일하거나 상이하고,
b가 2 이상인 경우, L2는 서로 동일하거나 상이하며,
c가 2 이상인 경우, L3는 서로 동일하거나 상이하고,
d가 2 이상인 경우, L4는 서로 동일하거나 상이하며,
L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트로기; 니트릴기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 에스터기; 카보닐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
상기 괄호 내의 구조는 플러렌 유도체의 플러렌 골격을 구성하는 탄소 원자와 결합할 수 있으며, 결합 가능한 부위라면 그 위치를 한정하지 않는다.
또한, 본 출원에서 카르복실기 및/또는 히드록시기가 치환된 플러렌 유도체라면 그 구조를 한정하지 않는다. 플러렌 유도체와 카르복실기 및/또는 히드록시기를 연결하는 구조는 상기 화학식 1 및 2와 같이 단일 결합일 수 있고, 화학식 3 및 4와 같이 삼각 고리를 형성할 수 있다. 그 외에도, 4각 내지 8각 고리도 포함할 수 있으며, 이를 한정하지 않는다.
본 출원에서 상기 삼각 고리는
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
등의 구조일 수 있으며, 이를 한정하지 않는다.
상기 구조에서 *는 플러렌 유도체의 탄소 원자를 의미한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 내지 L4는 이중결합을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 내지 L4는 공액(conjugated) 구조를 포함한다.
이 경우, 전자수송층으로부터 전자를 받아 플러렌 유도체로 전달하는 전자수송능력이 높아질 수 있다.
구체적으로 하나의 실시상태에 있어서, L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 에스터기; 카보닐기; 카복실기; 히드록시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로아릴기; 카바졸기; 아릴아민기; 아릴기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 출원에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 출원에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00010
본 출원에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00011
본 출원에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00012
본 출원에 있어서, 카보닐기는
Figure pat00013
로 표시될 수 있다.
상기 R은 수소; 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기; 탄소수 3 내지 60의 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 탄소수 7 내지 50의 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 탄소수 6 내지 60의 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 출원에 있어서, 이민기는
Figure pat00014
또는
Figure pat00015
로 표시될 수 있다. R 및R'는 서로 동일하거나 상이하고, 수소; 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 출원에 있어서, 상기 에테르기는
Figure pat00016
로 표시될 수 있다. R은 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다. 구체적으로 Z1 내지 Z3는 서로 동일하거나 상이하고, 탄소수 6 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 에테르기는 알킬에테르기이다.
본 출원에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 상기 아릴알킬기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 아릴알킬기의 탄소수는 7 내지 50이다. 구체적으로 아릴부분은 탄소수 6 내지 49이고, 알킬 부분은 탄소수 1 내지 44이다. 구체적인 예로는 벤질기기, p-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-에틸벤질기, m-에틸벤질기, 3,5-디메틸벤질기, α-메틸벤질기, α,α-디메틸벤질기, α,α-메틸페닐벤질기, 1-나프틸벤질기, 2-나프틸벤질기, p-플루오르벤질기, 3,5-디플루오르벤질기, α,α-디트리플루오로메틸벤질기, p-메톡시벤질기, m-메톡시벤질기, α-페녹시벤질기, α-벤질기옥시벤질기, 나프틸메틸기, 나프틸에틸기, 나프틸이소프로필기, 피롤릴메틸기, 피롤렐에틸기, 아미노벤질기, 니트로벤질기, 시아노벤질기, 1-히드록시-2-페닐이소프로필기, 1-클로로-2-페닐이소프로필기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 아릴기는 단환식일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 비페닐기, 트라이페닐기, 터페닐기, 스틸벤기 등의 단환식 방향족 및 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타센닐기, 트리페닐렌기, 플루오란텐(fluoranthene)기 등의 다환식 방향족등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 플루오레닐기는 열린 플루오레닐기의 구조를 포함하며, 여기서 열린 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조에서 한쪽 고리 화합물의 연결이 끊어진 상태의 구조이다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
,
Figure pat00019
및
Figure pat00020
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 헤테로 고리기 또는 헤테로 아릴기는 이종원자로 O, N 및 S를 1 이상 포함하는 헤테로 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline) 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 상기 헤테로아릴옥시기 중의 헤테로아릴은 전술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다. 본 출원에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, 알킬아민기 및 아랄킬아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 출원에 있어서, 알킬렌기, 아릴렌기는 각각 알킬기, 아릴기에 결합위치가 두 개 있는 것 즉, 2가기를 의미한다. 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기 및 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 출원의 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 광활성 물질로서, 전자주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함한다. 본 출원에서 광활성 물질은 상기 전자주개 물질 및 상기 전자받개 물질을 의미할 수 있다.
상기 광활성층은 광 여기에 의하여 상기 전자주개 물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자주개/전자받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자주개 물질 및 전자받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1 전극과 제2 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 벌크 이종 접합구조 또는 이중층 접합구조일 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조는 벌크 헤테로정션(BHJ: bulk heterojunction) 접합형일 수 있으며, 상기 이중층 접합구조는 바이레이어(bi-layer) 접합형일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:10 내지 10:1일 수 있다. 구체적으로 본 출원의 상기 전자받개 물질과 전자 주개 물질의 질량비는 1: 0.5 내지 1: 5일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질은 적어도 한 종의 전자 공여체; 또는 적어도 한 종의 전자수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 공여체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함한다.
구체적으로 상기 전자주개 물질은 MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene])를 시작으로 티오펜계, 플루오렌계, 카바졸계 등의 다양한 고분자 물질 및 단분자 물질일 수 있다.
구체적으로, 상기 단분자 물질은 구리(Ⅱ)프탈로시아닌(Copper(Ⅱ) phthalocyanine), 아연프탈로시아닌(zinc phthalocyanine), 트리스[4-(5-디사이노메틸이덴메틸-2-티에닐)페닐]아민(tris[4-(5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl)phenyl]amine), 2,4-비스[4-(N,N-디벤질아미노)-2,6-디히드록시페닐]스쿠아레인(2,4-bis[4-(N,N-dibenzylamino)-2,6-dihydroxyphenyl]squaraine), 벤즈[b]안트라센(benz[b]anthracene), 및 펜타센(pentacene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고분자 물질은 폴리 3-헥실 티오펜 (P3HT: poly 3-hexyl thiophene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'-7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2,ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benxothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7(Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PSiF-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole])로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자받게 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C60 내지 C90의 플러렌 유도체이다. 구체적으로, 상기 플러렌 유도체는 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러레 유도체일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다.
상기 플러렌 유도체는 비 플러렌유도체에 비하여, 전자-정공 쌍(exciton, electron- hole pair)을 분리하는 능력과 전하 이동도가 우수해 효율 특성에 유리하다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 벌크헤테로 정션(BHJ: bulk heterojunction)을 형성할 수 있다.
본 출원의 상기 광활성층은 상기 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 혼합된 후에 특성을 최대화 시키기 위하여 30 ℃ 내지 300 ℃에서 1 초 내지 24 시간동안 어닐링할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 폴리 3-헥실 티오펜 [P3HT: poly 3-hexyl thiophene]을 전자주개 물질로 하고, [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르 (PC61BM) 및/또는 [6,6]-페닐-C71-부틸산 메틸에스테르 (PC71BM)를 전자받개 물질로 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실사상태에 있어서, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1: 0.4 내지 1: 2일 수 있으며, 구체적으로 1: 0.7일 수 있다. 다만 상기 광활성층은 위 물질에만 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 광활성 물질을 포함하는 용액으로 50 nm에서 280 nm 범위의 두께로 광활성층을 형성할 수 있다.
광활성층은 스핀 코팅, 딥 코팅(침지법), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 스퍼터링, E-Beam 또는 열증착법 등의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전자수용체는 PC61BM을 포함하여, C70, C76, C78, C80, C82, C84등의 다른 플러렌 유도체를 사용할 수도 있으며, 코팅된 박막은 80 ℃ ~ 160 ℃에서 열처리하여 전도성 고분자의 결정성을 높여주는 것이 좋다. 구체적으로, 본 출원의 유기 태양 전지는 역방향(inverted) 구조이며, 이 경우 120 ℃로 어닐링 전처리(pre-annealing)를 할 수 있다.
본 출원의 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광활성층으로 효율적으로 전달시킴으로써, 생성되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.
본 출원의 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다.
상기 전처리된 광활성층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅(침지법), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 스퍼터링, E-Beam 또는 열증착법 등의 방법을 통해 도입될 수 있다. 이 경우, 주로 전도성 고분자 용액으로서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트) [PEDOT:PSS]이 사용되며, 정공추출금속 산화물(hole-extracting metal oxides) 물질로는 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(V2O5), 니켈 산화물(NiO), 텅스텐 산화물(WOx) 등을 사용할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층은 MoO3를 열증착 시스템을 통해 5 nm ~ 10 nm 의 두께로 형성될 수 있다.
본 출원에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 출원은 상기 제조방법으로 제조된 유기 태양 전지를 제공한다.
상기 유기 태양 전지는 전술한 바와 같다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 광활성층; 상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전자수송층; 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 정공수송층; 및 상기 광활성층과 상기 전자수송층 사이에 구비되는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지일 수 있다.
본 출원의 상기 역방향 구조의 유기 태양 전지는 일반적인 구조의 유기 태양 전지의 애노드와 캐소드가 역방향으로 구성된 것을 의미할 수 있다. 일반적인 구조의 유기 태양 전지에서 사용되는 Al층은 공기 중에서 산화반응에 매우 취약하고, 잉크화하기 곤란하여 이를 인쇄공정을 통하여 상업화하는데 제약이 있다. 그러나, 본 출원의 상기 역방향 구조의 유기 태양 전지는 Al 대신 Ag를 사용할 수 있으므로, 일반적인 구조의 유기 태양 전지에 비하여 산화반응에 안정적이고, Ag 잉크의 제작이 용이하므로 인쇄공정을 통한 상업화에 유리한 장점이 있다. 또한, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 전자수송층 상부에 화학적 결합으로 적층시키는 데 용이하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 상기 유기 태양 전지의 일 실시상태를 도 1에 도시하였다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 권취된 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 태양 전지는 유연한 필름 형태로 제조가 가능하며, 이를 원통형으로 말아 속이 비어 있는 권취된 구조의 태양전지로 만들 수 있다. 상기 유기 태양 전지가 권취된 구조인 경우, 이를 지면에 세워 놓는 방식으로 설치할 수 있다. 이 경우, 상기 유기 태양 전지를 설치한 위치의 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 동안, 빛의 입사각이 최대가 되는 부분을 확보할 수 있다. 따라서, 태양이 떠 있는 동안, 최대한 많은 빛을 흡수하여 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 출원의 상기 유기 태양 전지의 제조방법에 대한 이해를 돕기 위하여, 하기 실시예 및 비교예를 통하여 설명한다. 다만, 본 출원의 범위는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
(1) 패턴된 ITO 기판의 세정
패턴된 ITO glass (면저항: ~11.5 Ω/sq, 신안 SNP)기판의 표면을 세정하기 위하여, 세정제, 아세톤, 및 이소프로판올 (IPA)을 사용해 순차적으로 각각 20분씩 초음파 세정을 실시한 후, 질소로 물기를 완전히 불어낸 다음 가열판에서 250 ℃로 10분간 건조해 수분을 완전히 제거하였다. 패턴된 ITO 기판의 세정이 완료되면, UVO 세정기 (UVO cleaner, Ahtech LTS, 한국)에서 30분 동안 표면을 개질하였다.
(2) 전자수송층의 제조
미리 가수분해(hydrolysis) 반응을 이용하여 산화 아연 전구체(ZnO precursor solution)를 만들고, 이 산화아연(ZnO) 용액을 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다.
(3)플러렌 유도체를 포함하는 유기물층의 제조
0.3 mM의 하기 플러렌 1로 표시되는 플러렌 유도체를 이소프로판올(IPA)에 녹이거나 분산시켜 0.3 mM의 플러렌 유도체 용액을 만들었다. 전자수송층까지 제조된 필름을 상기 플러렌 유도체 용액에 침지시키고, 용매가 휘발되지 않게 공기 중에 장기간 놓아두었다. 이렇게 전자수송층에 플러렌 화합물을 붙인 필름을 다시 꺼내어 이소프로판올에 헹구고, 공기 중에서 건조시켰다.
[플러렌 1]
Figure pat00021
n: 1 내지 5
플러렌: C60의 플러렌
(4) 광활성층의 제조
P3HT와 PC61BM을 1:0.7의 중량비로 혼합한 광활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 2 중량% 농도로 용해시키고, 상기의 전자수송층이 도입된 ITO 기판에 스핀 코팅하여 각각 약 80 nm의 광활성층을 형성하였다.
(5) 정공수송층의 제조
열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 5 내지 10 nm의 다양한 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다.
(6) 역방향 구조의 유기 태양 전지의 제조
상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
[ 비교예 1]
상기 실시예 1에서 (3)의 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 제조하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
[ 비교예 2]
상기 실시예 1의 유기물층의 제조에 있어서, 침지법이 아닌 스핀 코팅법을 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 유기 태양 전지의 전기 광학적 특성을 측정하기 위하여 ABET solar simulator를 이용해 표준조건 (Air mass 1.5 Global, 100 mW/cm2)에서 전류-전압 밀도를 측정하였다.
상기 유기 태양 전지들의 광단락전류밀도(J sc), 광개방전압(V oc), 필팩터(Fill Factor; FF) 및 에너지 변환효율은 하기 표 1에 나타내었다.
이때, Fill Factor(FF)는 최대 전력점에서 전압값(V max) × 전류밀도(J max)/(V oc × J sc), 에너지 변환효율은 FF × (J sc × V oc)/Pin, Pin=100 [㎽/㎠]으로 계산하였다.
표 1에서는 비교예 1은 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 사용하지 않은 유기 태양 전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이고, 비교예 2는 전자수송층과 광활성층 사이에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 스핀 코팅법으로 형성하여 측정한 것이며, 실시예 1은 전자수송층과 광활성층 사이에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 침지법으로 형성하여 측정한 것이다.
J sc
(mA/cm2)		 V oc
(V)		 FF η
(%)
실시예 1 10.39 0.634 0.589 3.89
비교예 1 9.85 0.620 0.531 3.25
비교예 2 9.85 0.630 0.561 3.48
상기 표 1 및 도 3에서 알 수 있듯이, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 광단락전류밀도와 필팩터가 증가하여 효율은 약 20% 증가함을 확인할 수 있다. 즉, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하지 않는 유기 태양 전지에 비하여, 전자 전달 능력이 향상되어, 광단락전류밀도가 증가하고, 광활성층과 전자수송층 사이의 접촉 향상으로 필팩터도 증가한다. 이에 따라서, 높은 효율을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 유기물층을 형성하는 방법에 있어서 침지법을 이용한 실시예 1과 스핀 코팅법을 이용한 비교예 2를 비교하면, 침지법을 이용했을 때 단락전류밀도와 필팩터가 증가하여, 스핀 코팅법을 이용했을 때보다 효율이 약 12% 증가함을 알 수 있다. 즉, 침지법으로 형성된 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지는 스핀 코팅법으로 형성된 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지에 비하여, 전자 전달 능력이 향상되어, 광단락전류밀도가 증가하고, 광활성층과 전자수송층 사이의 접촉 향상으로 필팩터도 증가한다. 이에 따라서, 높은 효율을 구현할 수 있음을 확인 할 수 있다.
[ 실시예 2]
상기 실시예 1에서 유기물층의 형성단계에서 공기중에서 건조시킨 이후, 150℃에서 5분동안 열처리한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
[ 비교예 3]
상기 비교예 1에서 전자수송층까지 형성된 필름을 이소프로판올에 침지시키고, 용매가 휘발되지 않게 공기 중에 놓아두었다가, 다시 꺼내어 공기 중에서 건조시킨 이후, 150 ℃에서 5분 동안 열처리한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 2 및 비교예 3에서 제조한 유기 태양 전지의 전기 광학적 특성을 측정하기 위하여 ABET solar simulator를 이용해 표준조건 (Air mass 1.5 Global, 100 mW/cm2)에서 전류-전압 밀도를 측정하였다.
상기 유기 태양 전지들의 광단락전류밀도(J sc), 광개방전압(V oc), 필팩터(Fill Factor; FF) 및 에너지 변환효율은 하기 표 2에 나타내었다.
표 2에서는 비교예 3은 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하지 않는 유기 태양 전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이고, 실시예 2는 전자수송층과 광활성층 사이에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이다.
J sc
(mA/cm2)		 V oc
(V)		 FF η
(%)
실시예 2 9.55 0.650 0.609 3.78
비교예 3 5.83 0.095 0.303 0.16
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 비교예 3의 유기 태양 전지는 열처리에 의해서 효율이 급격히 감소하였으나, 실시예 2의 유기 태양 전지는 효율이 감소하지 않았다. 따라서, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지는 높은 온도에도 안정적인 것을 알 수 있다.
[ 실시예 3]
상기 실시예 1의 유기물층의 제조에 있어서, 플러렌 유도체 용액에 침지하는 시간을 0분, 5분, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간 및 17시간으로 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
[ 비교예 4]
상기 비교예 1에서, 전자수송층까지 형성된 필름을 이소프로판올에 침지하고, 용매가 휘발되지 않게 공기 중에 높아두었다가 다시 꺼내어 공기 중에서 건조시켰다. 이 때 이소프로판올에 침지하는 시간을 0분, 5분, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간 및 17시간으로 한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 3 및 비교예 4의 침지시간에 따른 효율변화를 도 4의 그래프로 나타내었다. 비교예 4는 침지 시간이 증가함에 따라 효율이 감소하는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 3는 침지 시간이 증가함에 따라 효율이 점차 감소하다가, 2시간 이상부터 효율이 다시 증가하는 것을 알 수 있다. 4시간 이상 침지했을 때는 유기물층을 포함하지 않은 유기 태양 전지보다 효율이 10% 내지 25%까지 증가하였다.
[ 실시예 4]
상기 실시예 1의 유기물층의 제조에 있어서, 플러렌 유도체를 다양한 용매에 용해시키거나 분산시켜 플러렌 유도체 용액을 제조하였다. 상기 용매로는 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 1-부탄올, 클로로벤젠 또는 물을 사용하였다. 이를 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
[ 비교예 5]
상기 비교예 1에서, 전자수송층까지 형성된 필름을 다양한 용매에 침지시켰다. 상기 용매로는 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 1-부탄올, 클로로벤젠 및 물을 사용하였다. 상기 용매가 휘발되지 않게 공기 중에 높아두었다가 다시 꺼내어 공기 중에서 건조시켰다. 이를 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 4 및 비교예 5의 용매에 따른 효율변화를 도 5의 그래프로 나타내었다. 비교예 5와 비교하여 실시예 4에서 용매로 각각 이소프로판올, 메탄올 및 에탄올을 사용했을 때, 비교예 5와 실시예 4가 동일 용매를 사용하더라도 실시예 4의 효율이 10% 내지 20% 높은 것을 알 수 있다.
그러나, 용매로 1-부탄올, 클로로벤젠 또는 물을 사용한 경우에는 오히려 비교예 5보다 실시예 4의 효율이 5% 내지 72% 감소하였다.
따라서, 본 출원에 따른 플러렌 유도체 용액의 용매로는 알코올계 용매가 바람직하며, 이 중 탄소수가 적을수록 효율을 증가시킬 수 있다.
이상 본 출원의 실시예들을 기술하였지만 본 출원이 속하는 분야의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이므로 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 출원의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;
    상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계;
    상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
    상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및
    상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체를 포함하는 플러렌 유도체 용액에 침지하여 형성되는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 플러렌 유도체 및 용매를 포함하고, 상기 용매는 알코올계 용매인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액은 플러렌 유도체 및 용매를 포함하고, 상기 용매는 탄소수 1 내지 3의 알코올인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 플러렌 유도체 용액의 농도는 0.01 mM 내지 5 mM인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 침지시간은 2시간 이상인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계 이후에 열처리하는 단계를 더 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  7. 청구항 7에 있어서, 상기 열처리 온도는 50℃ 내지 200℃ 인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 플러렌 유도체 용액은 카르복실기; 히드록시기; 또는 카르복실기와 히드록시기가 동시에 치환된 플러렌 유도체를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 플러렌 유도체 용액은 하기 화학식 1 내지 4 중 어느 하나로 표시되는 플러렌 유도체를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00022

    [화학식 2]
    Figure pat00023

    [화학식 3]
    Figure pat00024

    [화학식 4]
    Figure pat00025

    화학식 1 내지 4에 있어서,
    n은 1 내지 10의 정수이고,
    n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 동일하거나 상이하며,
    Cn은 C60 내지 C120의 플러렌이고,
    a, b, c 및 d는 각각 1 내지 4의 정수이며,
    a가 2 이상인 경우, L1은 서로 동일하거나 상이하고,
    b가 2 이상인 경우, L2는 서로 동일하거나 상이하며,
    c가 2 이상인 경우, L3는 서로 동일하거나 상이하고,
    d가 2 이상인 경우, L4는 서로 동일하거나 상이하며,
    L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트로기; 니트릴기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 에스터기; 카보닐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  10. 청구항 9에 있어서,
    L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기인 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계는 상기 전자수송층과 상기 유기물층이 접하도록 형성하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계는 상기 전자수송층과 상기 유기물층이 서로 화학적 결합을 하도록 형성하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자수송층은 전도성 산화물 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자수송층은 티타늄 산화물; 아연 산화물; 및 세슘 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조방법.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 유기 태양 전지.
KR1020130148388A 2013-12-02 2013-12-02 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지 KR101923625B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148388A KR101923625B1 (ko) 2013-12-02 2013-12-02 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148388A KR101923625B1 (ko) 2013-12-02 2013-12-02 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150063705A true KR20150063705A (ko) 2015-06-10
KR101923625B1 KR101923625B1 (ko) 2018-11-29

Family

ID=53505424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130148388A KR101923625B1 (ko) 2013-12-02 2013-12-02 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101923625B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110444670A (zh) * 2019-07-24 2019-11-12 暨南大学 一种钙钛矿型太阳电池及其制备方法
KR20200069608A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 주식회사 엘지화학 유기 광 다이오드용 정공수송층 제조방법 및 유기 광 다이오드 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3715935B2 (ja) * 2002-02-15 2005-11-16 栄一 中村 フラーレン誘導体の重合体の製造方法及びフラーレン誘導体の重合体
JP5229150B2 (ja) * 2009-07-31 2013-07-03 住友化学株式会社 フラーレン誘導体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200069608A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 주식회사 엘지화학 유기 광 다이오드용 정공수송층 제조방법 및 유기 광 다이오드 제조방법
CN110444670A (zh) * 2019-07-24 2019-11-12 暨南大学 一种钙钛矿型太阳电池及其制备方法
CN110444670B (zh) * 2019-07-24 2022-06-03 麦耀华 一种钙钛矿型太阳电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101923625B1 (ko) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6223558B2 (ja) 有機太陽電池およびその製造方法
KR101666745B1 (ko) 유기 태양 전지 및 이의 제조방법
KR101691293B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN106256029B (zh) 有机太阳能电池及其制造方法
KR101679965B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP2020520095A (ja) 有機電子素子およびその製造方法
KR101631757B1 (ko) 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR20150121673A (ko) 적층형 유기태양전지
KR102106669B1 (ko) 유기 태양 전지
KR20100091024A (ko) 발광특성을 가지는 유기 태양전지 및 그 제조방법
KR101563048B1 (ko) 광활성층, 이를 포함하는 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101923625B1 (ko) 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지
KR20190106709A (ko) 유기 태양 전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지
KR20150121407A (ko) 텐덤형 유기태양전지 및 이의 제조방법
KR20180124720A (ko) 광활성층 및 이를 포함하는 유기태양전지
KR101674297B1 (ko) 유기 태양 전지 및 이의 제조방법
KR20170106038A (ko) 유기 태양전지 및 이의 제조방법
KR101719028B1 (ko) 유기 태양 전지 및 이의 제조방법
KR20160061887A (ko) 유무기 태양전지
KR20130113229A (ko) 혼성 금속 산화물 및 그 형성 방법과 상기 혼성 금속 산화물을 포함하는 태양 전지
KR20160121171A (ko) 유기 태양 전지의 제조방법
KR20140139436A (ko) 적층 유기태양전지
KR20150143218A (ko) 유기태양전지
KR20180010065A (ko) 유기 태양 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2017101000691; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170213

Effective date: 20181023

S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)