KR20160067340A - Organic photovoltaic cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.Research on renewable and clean alternative energy sources such as solar energy, wind power, and hydro power is actively being conducted to solve the global environmental problems caused by depletion of fossil energy and its use. Among these, there is a great interest in solar cells that change electric energy directly from sunlight. Here, a solar cell refers to a cell that generates a current-voltage by utilizing a photovoltaic effect that absorbs light energy from sunlight to generate electrons and holes.
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.Solar cells are devices that can convert solar energy directly into electrical energy by applying a photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material constituting the thin film.
태양 전지는 설계에 따라 다양한 층 및 전극의 변화를 통하여, 에너지 변환 효율이 높이기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.Many researches have been conducted to improve the energy conversion efficiency of solar cells through various layers and electrodes according to their design.
본 명세서의 목적은 유기 태양 전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an organic solar cell.
본 명세서는 캐소드; 상기 캐소드와 대향하여 구비되는 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비되는 광활성층; 및 상기 캐소드와 상기 광활성층 사이에 구비되는 전자수송층을 포함하고, The present disclosure includes a cathode; An anode disposed opposite to the cathode; A photoactive layer disposed between the cathode and the anode; And an electron transport layer provided between the cathode and the photoactive layer,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다. The electron transport layer provides an organic solar cell comprising an oxidized non-conjugated polyelectrolyte.
또한, 본 명세서는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 및 상기 광활성층 상에 애노드 전극을 형성하는 단계를 포함하고, The present disclosure also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; Forming a cathode electrode on the substrate; Forming an electron transport layer on the cathode electrode; Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; And forming an anode electrode on the photoactive layer,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.Wherein the electron transport layer comprises an oxidized non-conjugated polyelectrolyte.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 다양한 재료의 광활성층을 사용할 수 있다. 또한, 높은 효율의 유기 태양 전지를 제공할 수 있다. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention can use a photoactive layer of various materials. Further, it is possible to provide a high efficiency organic solar cell.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 우수한 수명의 유기 태양 전지를 제공할 수 있다. In addition, the organic solar cell according to one embodiment of the present invention can provide an organic solar cell having an excellent lifetime.
도 1은 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 도시한 것이다.
도 2는 비공액 고분자 전해질과 산화된 비공액 고분자 전해질의 색 변화를 관찰한 것을 도시한 것이다.
도 3은 비공액 고분자 전해질과 산화된 비공액 고분자 전해질의 흡수 스펙트럼을 비교한 예이다.1 shows an organic solar cell according to one embodiment.
FIG. 2 shows the observation of the color change of the non-conjugated polyelectrolyte and the oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
3 is an example of comparison of absorption spectra of the non-conjugated polyelectrolyte and oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a member is referred to herein as being "on " another member, it includes not only a member in contact with another member but also another member between the two members.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Whenever a component is referred to as "comprising ", it is to be understood that the component may include other components as well, without departing from the scope of the present invention.
본 명세서는 본 명세서는 캐소드; 상기 캐소드와 대향하여 구비되는 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비되는 광활성층; 및 상기 캐소드와 상기 광활성층 사이에 구비되는 전자수송층을 포함하고, The present disclosure relates to a fuel cell including a cathode; An anode disposed opposite to the cathode; A photoactive layer disposed between the cathode and the anode; And an electron transport layer provided between the cathode and the photoactive layer,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다. The electron transport layer provides an organic solar cell comprising an oxidized non-conjugated polyelectrolyte.
본 명세서에서 비공액 고분자 전해질이란 공액(conjugated)기를 포함하지 않고, 전해질 기(electrolyte group)를 반복단위로 포함하고 있는 고분자를 의미하며, 수용액 내에서, 음이온 및 양이온으로 분리되어 전하를 갖는 염(salt)을 의미한다.The non-conjugated polyelectrolyte in the present specification refers to a polymer that does not contain a conjugated group but contains an electrolyte group as a repeating unit. The non-conjugated polymer electrolyte includes a salt having an electric charge separated from an anion and a cation in an aqueous solution salt.
본 명세서에서 상기 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 전자수송층은 캐소드와 접하여 구비된다. 이 경우, 산화된 비공액 고분자 전해질이 쌍극자 모멘트에 의하여, 수 나노미터의 얇은 박막을 형성하여 캐소드의 일함수를 변화시킨다. In this specification, the electron transport layer containing the oxidized non-conjugated polyelectrolyte is provided in contact with the cathode. In this case, the oxidized non-conjugated polyelectrolyte forms a thin film of several nanometers by the dipole moment to change the work function of the cathode.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기 태양 전지는 종래에 산화되지 않았던 비공액 고분자 전해질을 포함하는 경우에 적용할 수 없었던 전자 주개 물질을 사용할 수 있어, 당업자가 필요에 따라 유기 태양 전지의 재료를 쉽게 조절할 수 있어, 유기태양 전지의 높은 효율을 기대할 수 있다. The organic solar cell including the oxidized non-conjugated polyelectrolyte according to one embodiment of the present invention can use an electron donor material that could not be applied in the case where the non-conjugated polymer electrolyte, which has not been oxidized in the prior art, is used, The material of the organic solar battery can be easily controlled according to the method of the present invention, and the high efficiency of the organic solar battery can be expected.
종래 유기 태양 전지에서는 전자수송층으로서 비공액 고분자 전해질(NPE: Non-conjugated polyelectrolyte)를 사용하였다. 상기 비공액 고분자 전해질은 비전도체이므로 1 nm 내지 2 nm의 초박막을 형성하여야 전류의 흐름의 방해없이 캐소드의 일함수를 변경할 수 있다. 다만, 종래에는 초박막 형성에 따른 시간 및/또는 비용상 비경제적인 문제가 있었다. Conventional organic solar cells use a non-conjugated polyelectrolyte (NPE) as an electron transporting layer. Since the non-conjugated polyelectrolyte is a nonconductive material, the work function of the cathode can be changed without interfering with the current flow by forming an ultra thin film of 1 nm to 2 nm. However, conventionally, there has been an uneconomical problem in time and / or cost due to the formation of an ultra thin film.
또한, 상기 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 경우, 산화로 인하여 형성된 다이폴의 특성을 가지고 있어, 초박막 이상의 두께에서도 전류 흐름에 방해없이 캐소드의 일함수를 변형시킬 수 있어, 경제적 비용적으로 유리하다. In addition, when the oxidized non-conjugated polymer electrolyte is included, the work function of the cathode can be modified without interfering with the current flow even if the thickness of the ultra-thin film is greater than that of the ultra-thin film, .
또한, 유기 태양 전지에서 자외선은 광활성층의 수명을 저해하는 요인이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 산화된 비공액 고분자 전해질은 자외선을 흡수하므로, 유기 태양 전지의 수명에 유리한 효과가 있다. In addition, ultraviolet rays in an organic solar cell are factors that hinder the life of the photoactive layer. The oxidized non-conjugated polyelectrolyte according to one embodiment of the present invention absorbs ultraviolet rays, and thus has an advantageous effect on the lifetime of the organic solar battery.
도 3은 비공액 고분자 전해질과 산화된 비공액 고분자 전해질의 흡수 스펙트럼을 비교한 예이다. 상기 도 3의 결과를 보아, 산화된 비공액 고분자 전해질이 자외선을 흡수하므로 광활성층의 수명에 있어서 유리함을 확인할 수 있다. 3 is an example of comparison of absorption spectra of the non-conjugated polyelectrolyte and oxidized non-conjugated polymer electrolyte. 3, it can be seen that the oxidized non-conjugated polyelectrolyte absorbs ultraviolet rays, which is advantageous in the lifetime of the photoactive layer.
도 2는 비공액 고분자 전해질과 산화된 비공액 고분자 전해질의 색 변화를 관찰한 것을 도시한 것이다. FIG. 2 shows the observation of the color change of the non-conjugated polyelectrolyte and the oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
상기 도 2 및 도 3과 같이, 색의 변화 및/또는 흡수 스펙트럼으로 산화 전과 후를 비교할 수 있다.As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the color change and / or the absorption spectrum can be compared before and after the oxidation.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 전자수송층으로서 산화된 비공액 고분자 전해질을 사용함으로써, 전자수송층의 두께를 필요에 따라서 조절할 수 있어 유기 태양 전지의 높은 효율을 유도할 수 있다. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention can oxidize the non-conjugated polymer electrolyte as the electron transporting layer, so that the thickness of the electron transporting layer can be adjusted as needed, and the high efficiency of the organic solar battery can be obtained.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화된 비공액 고분자 전해질은 과산화수소(H2O2)를 이용하여 산화된다. In one embodiment of the present invention, the oxidized non-conjugated polyelectrolyte is oxidized using hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
본 명세서에서 "산화"란 비공액 고분자 전해질 중 전자가 떨어져 나가면서 양이온이 형성되고, 산소의 음이온과 결합하는 것을 의미한다. 예를 들면, 아민기(-NR2, R은 수소 또는 1가의 유기기)를 포함하는 비공액 고분자 전해질에 과산화수소를 반응시켜 비공액 고분자 전해질이 -N+R2O-의 이온성 기를 포함하도록 변형(modified) 시킨 것을 의미한다. In the present specification, the term "oxidation" means that electrons are separated from the non-conjugated polyelectrolyte to form a cation and bind to an anion of oxygen. For example, hydrogen peroxide is reacted with a non-conjugated polyelectrolyte containing an amine group (-NR 2 , R is hydrogen or a monovalent organic group) so that the non-conjugated polymer electrolyte contains an ionic group of -N + R 2 O - Modified.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 전 비공액 고분자 전해질은 -NR2 및 -COOH 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 R은 수소; 또는 1가의 유기기이다. In one embodiment of the present specification, the non-aqueous liquid polymer electrolyte before oxidation comprises at least one of -NR 2 and -COOH, and R is hydrogen; Or a monovalent organic group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화된 비공액 고분자 전해질은 -NR2 +O- 및 -COOH+O- 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 R은 수소; 또는 1가의 유기기이다. In one embodiment of the present invention, the oxidized non-conjugated polyelectrolyte comprises at least one of -NR 2 + O - and -COOH + O - , wherein R is hydrogen; Or a monovalent organic group.
본 명세서에서 상기 1가의 유기기는 수소가 아닌 작용기를 의미하며, 할로겐기; 니트로기; 시아노기; 카복실기; 히드록시기; 카보닐기; 술포기; 알킬기; 알릴기; 알콕시기; 시클로알킬기; 알케닐기; 에스터기; 에테르기; 술폰기; 술폭시기; 아릴알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 등이 있으며, 추가의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있으나, 이를 한정하지 않는다. In the present specification, the monovalent organic group means a functional group other than hydrogen, and includes a halogen group; A nitro group; Cyano; A carboxyl group; A hydroxy group; A carbonyl group; Sulfo group; An alkyl group; Allyl group; An alkoxy group; A cycloalkyl group; An alkenyl group; Ester group; Ether group; Sulfone group; Sparging time; Arylalkyl groups; An aryl group; And a heterocyclic group, which may be substituted or unsubstituted by additional substituents, but are not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 비공액 고분자 전해질은 폴리에테르이민(PEI); 폴리에틸렌이민에톡시레이트(PEIE); 또는 폴리아크릴산(PAA)으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택된다. In one embodiment of the present invention, the non-conjugated polymer electrolyte comprises a polyetherimine (PEI); Polyethylene imine ethoxylate (PEIE); Or polyacrylic acid (PAA).
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 산화 전 비공액 고분자 전해질의 중량평균 분자량은 600,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이다. In one embodiment of the present invention, the weight average molecular weight of the non-aqueous liquid polymer electrolyte prior to oxidation is 600,000 g / mol to 1,000,000 g / mol.
이 경우, 유기 태양 전지를 제조하는 데 있어서, 박막 형성이 용이할 수 있다. In this case, in the production of an organic solar cell, thin film formation may be easy.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층의 두께는 1 nm 내지 10nm 이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함함으로써, 효율을 유지하면서, 종래의 두께보다 다양한 두께로 적용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electron transporting layer has a thickness of 1 nm to 10 nm. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention includes the oxidized non-conjugated polymer electrolyte, so that it can be applied to various thicknesses than the conventional thickness while maintaining the efficiency.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조는 기판 상에 캐소드가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기태양전지가 인버티드 구조인 경우, 기판 상에 형성되는 전극이 캐소드일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the organic solar cell is an inverted structure. The inverted structure may mean that the cathode is formed on the substrate. Specifically, according to one embodiment of the present invention, when the organic solar cell is an inverted structure, the electrode formed on the substrate may be a cathode.
도 1은 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 도시한 것이다. 1 shows an organic solar cell according to one embodiment.
구체적으로 도 1에서는 기판(101), 캐소드(201), 전자수송층(401), 광활성층(501) 및 애노드(301)을 포함한다. 여기서 상기 전자수송층(401)은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함할 수 있다. 1 specifically includes a
상기 도 1은 본 명세서의 실시상태에 따른 예시적인 구조이며, 다른 유기물층을 더 포함할 수 있다. 1 is an exemplary structure according to an embodiment of the present invention, and may further include another organic layer.
본 명세서의 상기 인버티드 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 명세서의 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. The organic solar cell of the inverted structure in this specification may mean that the anode and the cathode of the organic solar cell having a general structure are formed in the reverse direction. The Al layer used in organic solar cells of general structure is very vulnerable to oxidation reaction in the air and is difficult to be inked, so there is a limitation in commercialization through a printing process. However, since the organic solar cell of the above-described reverse structure can use Ag instead of Al, it is more stable than an organic solar cell having a general structure and is easy to produce Ag ink because it is stable in oxidation reaction. .
본 명세서에서 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. In the present specification, the substrate may be a glass substrate or a transparent plastic substrate having excellent transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness, but is not limited thereto, and any substrate commonly used in organic solar cells is not limited. Specific examples include glass or polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetyl cellulose (TAC) But is not limited thereto.
본 명세서에서 상기 캐소드는 투명 전도성 산화물층 또는 금속 전극일 수 있다. 본 명세서의 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.In this specification, the cathode may be a transparent conductive oxide layer or a metal electrode. When the electrode of the present invention is a transparent conductive oxide layer, the electrode may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyperopylene (PP), polyimide (PI), polycarbornate conductive material such as plastics such as polystyrene, polystyrene, POM (polyoxyethylene), acrylonitrile styrene copolymer (ABS), acrylonitrile butadiene styrene copolymer and TAC (triacetyl cellulose) Materials doped may be used. Specifically, a metal oxide such as ITO (indium tin oxide), fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zink oxide (AZO), IZO (indium zink oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 and ATO (antimony tin oxide), and more specifically ITO.
또한, 본 명세서에서 상기 애노드는 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. Also, in this specification, the anode may be a metal electrode. Specifically, the metal electrode may be formed of a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni) ) Or a combination thereof. More specifically, the metal electrode may be silver (Ag).
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함한다. 본 명세서에서 상기 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질은 광활성 물질을 의미할 수 있다 In one embodiment of the present disclosure, the photoactive layer comprises an electron donor material and an electron acceptor material. In this specification, the electron donor material and the electron acceptor material may mean a photoactive material
본 명세서에서 상기 광활승층 내의 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질의 비율은 당업자가 필요에 따라서 조절할 수 있다. In this specification, the ratio of the electron donor material and the electron acceptor material in the above-mentioned optically active layer can be adjusted as required by those skilled in the art.
상기 광활성층은 광 여기에 의하여 상기 전자 주개 물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자 주개/전자 받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 캐소드와 애노드에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.In the photoactive layer, the electron donor material forms excitons paired with electrons and holes by photoexcitation, and the excitons are separated into electrons and holes at the interface of the electron donor / electron acceptor. The separated electrons and holes are transferred to the electron donor material and the electron donor material, respectively, and they are collected in the cathode and anode, respectively, so that they can be used as electric energy from the outside.
또한, 본 명세서의 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. Further, in one embodiment of the present specification, the photoactive layer may be a bulk heterojunction structure or a double layer junction structure. The bulk heterojunction structure may be a bulk heterojunction (BHJ) junction type, and the bilayer junction structure may be a bi-layer junction type.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자 주개 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. According to one embodiment of the present disclosure, the electron donor material comprises at least one electron donor; Or a polymer of at least one electron acceptor and at least one electron donor. The electron donor may include at least one kind of electron donor. Further, the electron donor material includes a polymer of at least one kind of electron acceptor and at least one kind of electron donor.
구체적으로 상기 전자 주개 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. Specifically, the electron donor may be selected from the group consisting of thiophene, fluorene, carbazole, etc. based on MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) Of various polymeric and monomolecular materials.
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.Specifically, the monomolecular material is selected from the group consisting of copper (II) phthalocyanine, zinc phthalocyanine, tris [4- (5-decynomethylidene methyl- Amine (tris [4- (5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl) phenyl] amine, 2,4-bis [4- (N, N- dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] (2,4-bis [4- (N, N-dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squaraine, benz [b] anthracene, and pentacene. ≪ / RTI >
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. Specifically, the polymer material may be poly-3-hexyl thiophene (P3HT), poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole- 2 ', 3'-benzothiadiazole)], PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2, ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ 1-b, 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7- (2,1,3-benxothiadiazole)], PFO-DBT (poly [2,7- (9,9- ) -tallow-5,5- (4,7-di2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)], PTB7 (Poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [ , 2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2- (2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4- b] thiophenediyl] DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctyl-dibenzosilole) -alt-4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole] Or more species.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 P3HT; 또는 하기 화학식 1로 표시되는 단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 단위로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 단위를 포함하는 중합체를 포함한다. In one embodiment of the present disclosure, the electron donor material is selected from the group consisting of P3HT; Or a polymer comprising one or two or more units selected from the group consisting of a unit represented by the following formula (1) and a unit represented by the following formula (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
화학식 1 및 2에 있어서, In formulas (1) and (2)
x는 몰분율로서, 0 < x < 1이고, x is a mole fraction, 0 < x < 1,
y는 몰분율로서, 0 < y < 1 이며, y is a molar fraction, 0 < y < 1,
x+y = 1이고,x + y = 1,
l은 몰분율로, 0 < l < 1 이며, l is the mole fraction, 0 < l < 1,
m은 몰 분율로, 0 < m < 1 이고, m is a mole fraction, 0 < m < 1,
l+m=1 이며, l + m = 1,
n 및 o는 각각 1 내지 10,000의 정수이고, n and o are each an integer of 1 to 10,000,
R1 내지 R9는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기이다. R1 to R9 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 치환 또는 비치환된 알콕시기이다. In one embodiment of the present invention, R 1 is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R1은 치환 또는 비치환된 옥톡시기이다. In one embodiment, R < 1 > is a substituted or unsubstituted octoxy group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 옥톡시기이다. In one embodiment of the present specification, R1 is an octoxy group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다. In one embodiment of the present specification, R 2 is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 옥톡시기이다. In another embodiment, R 2 is a substituted or unsubstituted octoxy group.
또 하나의 실시상태에 있어서, R2는 옥톡시기이다. In another embodiment, R2 is an octoxy group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는 치환 또는 비치환된 알킬기이다. In one embodiment of the present invention, R 3 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는 치환 또는 비치환된 도데카닐기이다. In one embodiment of the present specification, R 3 is a substituted or unsubstituted dodecanyl group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R3는 도데카닐기이다. In one embodiment, R < 3 > is a dodecanyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 치환 또는 비치환된 알킬기이다. In one embodiment of the present specification, R4 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다. In one embodiment, R4 is a linear or branched alkyl group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다. In one embodiment, R4 is a substituted or unsubstituted 2-ethylhexyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 2-에틸헥실기이다. In one embodiment of the present specification, R4 is a 2-ethylhexyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 치환 또는 비치환된 알킬기이다. In one embodiment of the present specification, R5 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다. In another embodiment, R5 is a linear or branched alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R5는 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다. In one embodiment of the present specification, R5 is a substituted or unsubstituted 2-ethylhexyl group.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 2-에틸헥실기이다.In another embodiment, R5 is a 2-ethylhexyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 치환 또는 비치환된 알킬기이다. In one embodiment of the present specification, R6 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 치환 또는 비치환된 도데카닐기이다. In one embodiment of the present specification, R6 is a substituted or unsubstituted dodecanyl group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R6는 도데카닐기이다. In one embodiment, R6 is a dodecanyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R7은 수소이다. In one embodiment of the present disclosure, R7 is hydrogen.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R8은 수소이다. In one embodiment, R8 is hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9는 치환 또는 비치환된 알킬기이다. In one embodiment of the present specification, R9 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9는 치환 또는 비치환된 도데카닐기이다. In one embodiment of the present specification, R9 is a substituted or unsubstituted dodecanyl group.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R9는 도데카닐기이다. In one embodiment, R9 is a dodecanyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 화학식 1-1로 표시된다. In one embodiment of the present invention, the unit represented by the formula (1) is represented by the following formula (1-1).
[화학식 1-1][Formula 1-1]
상기 화학식 1-1에 있어서, 상기 n은 전술한 바와 동일하다. In Formula 1-1, n is the same as described above.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 단위는 하기 화학식 2-1로 표시된다. In one embodiment of the present invention, the unit represented by the formula (2) is represented by the following formula (2-1).
[화학식 2-1] [Formula 2-1]
상기 화학식 2-1에 있어서, 상기 o는 전술한 바와 동일하다. In Formula 2-1, o is the same as described above.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기로는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다. In one embodiment of the present invention, the terminal group of the polymer is a substituted or unsubstituted heterocyclic group or a substituted or unsubstituted aryl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 4-(트리플루오로메틸)페닐기(4-(trifluoromethyl)phenyl)이다. In one embodiment of the present invention, the terminal group of the copolymer is a 4- (trifluoromethyl) phenyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electron acceptor material may be a fullerene derivative or a non-fullerene derivative.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C60 내지 C90의 플러렌 유도체이다. 구체적으로, 상기 플러렌 유도체는 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러레 유도체일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the fullerene derivative is a fullerene derivative of C60 to C90. Specifically, the fullerene derivative may be a C60 fullerene derivative or a C70 fullerene derivative.
상기 플러렌 유도체는 추가의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다. The fullerene derivative may be substituted or unsubstituted with an additional substituent.
상기 플러렌 유도체는 비 플러렌유도체에 비하여, 전자-정공 쌍(exciton, electron- hole pair)을 분리하는 능력과 전하 이동도가 우수해 효율 특성에 유리하다. The fullerene derivative has an ability to separate excitons (electron-hole pairs) and an excellent charge mobility as compared with the non-fullerene derivative, which is advantageous for the efficiency characteristics.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함한다. In one embodiment of the present invention, the organic solar cell includes one or more organic layers selected from the group consisting of a hole injecting layer, a hole transporting layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, .
본 명세서에서 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다. In this specification, the hole transport layer and / or the electron transport layer material efficiently transport electrons and holes separated from the photoactive layer to the electrode, and the material is not particularly limited.
본 명세서에서 상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. In this specification, the hole transporting layer material includes PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid)), molybdenum oxide (MoO x ); Vanadium oxide (V 2 O 5 ); Nickel oxide (NiO); And tungsten oxide (WO x ), but the present invention is not limited thereto.
상기 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.The electron transport layer material may be electron-extracting metal oxides, specifically a metal complex of 8-hydroxyquinoline; Complexes containing Alq 3 ; Metal complexes including Liq; LiF; Ca; Titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), but the present invention is not limited thereto.
본 명세서는 또한, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 및 상기 광활성층 상에 애노드 전극을 형성하는 단계를 포함하고, The disclosure also relates to a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; Forming a cathode electrode on the substrate; Forming an electron transport layer on the cathode electrode; Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; And forming an anode electrode on the photoactive layer,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. Wherein the electron transport layer comprises an oxidized non-conjugated polyelectrolyte.
본 명세서에서 상기 기판, 캐소드, 전자수송층, 광활성층 및 애노드 전극은 전술한 내용과 동일하다. In this specification, the substrate, the cathode, the electron transport layer, the photoactive layer, and the anode electrode are the same as described above.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층을 형성하는 단계는 비공액 고분자 전해질을 과산화수소로 산화시키는 단계; 및 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기물층을 형성하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the electron transport layer may include oxidizing the non-conjugated polymer electrolyte to hydrogen peroxide; And forming an organic material layer including the oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
본 명세서에서 비공액 고분자 전해질을 과산화 수소로 산화시키는 경우에는 상기 비공액 고분자 전해질의 용매로서, 물이 잔류하게 된다.In the present specification, when the non-conjugated polymer electrolyte is oxidized with hydrogen peroxide, water remains as a solvent of the non-conjugated polymer electrolyte.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 각 단계 사이에 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, one or two or more organic materials selected from the group consisting of a hole injecting layer, a hole transporting layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, an electron injecting layer, The method comprising:
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함한다는 것을 제외하고는 공지된 방법을 사용할 수 있다. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention can use a known method except that it includes an oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 및/또는 캐소드를 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.In one embodiment of the present invention, the step of forming the anode and / or the cathode comprises sequentially cleaning the patterned ITO substrate with a detergent, acetone, or isopropanol (IPA) The substrate is dried for 1 to 30 minutes, specifically at 250 ° C for 10 minutes, and the surface of the substrate can be modified to be hydrophilic when the substrate is completely cleaned. Pre-treatment techniques for this include a) surface oxidation using a parallel plate discharge, b) a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV ultraviolet radiation in vacuum, and c) using oxygen radicals generated by the plasma And a method of oxidizing it by the above method can be used. Through the surface modification as described above, the junction surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the hole injection layer, the formation of the polymer thin film on the ITO substrate is facilitated, and the quality of the thin film can be improved. It is possible to select one of the above methods depending on the state of the substrate. Regardless of which method is used, a substantial effect of the pretreatment can be expected in order to prevent oxygen escape from the surface of the substrate and to keep moisture and organic matter as much as possible.
본 명세서의 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 발명에 있어서의 패턴된 ITO 기판의 표면 개질방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.In an embodiment of the present invention described below, a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV is used. After the ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate is baked on a hot plate, The next chamber is filled with the UV lamp, and the ITO substrate patterned by the ozone generated by the reaction of the oxygen gas with the UV light is cleaned. However, the method for modifying the surface of the patterned ITO substrate in the present invention is not particularly limited, and any method may be used as long as it is a method for oxidizing the substrate.
본 명세서의 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 슬롯-다이 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 캐소드의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.The electron transport layer in this specification may be formed on one side of the cathode using a sputtering method, an E-beam method, a thermal evaporation method, a spin coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, a doctor blade slot-die method or a gravure printing method, .
또한 본 명세서에서 상기 광활성층은 전술한 광활성 물질들은 유기 용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅 등의 방법으로 50 nm에서 280 nm 범위의 두께로 형성할 수 있다. 이때, 광활성층은 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법을 응용할 수 있다. In this specification, the photoactive layer may be formed by dissolving the photoactive materials described above in an organic solvent, and then spin-coating the solution to a thickness ranging from 50 nm to 280 nm. At this time, the photoactive layer may be applied by dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting or the like.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the drawings. However, the embodiments according to the present disclosure can be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present disclosure are provided to more fully describe the present disclosure to those of ordinary skill in the art.
실시예 1. Example 1.
기판 상에 제1 전극으로서 ITO를 형성하고, ITO 상에 폴리에테르이민(PEI)을 과산화수소에 산화시킨 물질을 스핀 코팅(Spin-coating) 이용하여 전자수송층을 형성하였다. PC61BM 및 상기 화학식 1-1을 이용하여 상기 전자수송층 상에 광활성층을 스핀 코팅(Spin-coating)을 이용하여 형성하고, 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층은 상기 광활성층 상에 MoO3(8 nm ~ 20 nm)층착 방법으로 형성하고 마지막으로 상기 정공수송층 상에 Ag (100nm ~ 200 nm)를 증착하는 방법으로 제2 전극을 형성하였다.ITO was formed as a first electrode on a substrate, and an electron transport layer was formed by spin-coating a material in which polyetherimine (PEI) was oxidized to hydrogen peroxide on ITO. A photoactive layer was formed on the electron transport layer by spin coating using PC 61 BM and the above Formula 1-1, and a hole transport layer was formed on the photoactive layer. The hole transport layer was formed on the photoactive layer by a deposition method of MoO 3 (8 nm to 20 nm), and finally a second electrode was formed by depositing Ag (100 nm to 200 nm) on the hole transport layer.
실시예 2. Example 2.
실시예 1에서 상기 광활성층을 상기 화학식 1-1과 PC71BM을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the photoactive layer of Formula 1 and the PC 71 BM were used.
실시예 3. Example 3.
실시예 1에서 상기 광활성층을 상기 화학식 2-1과 PC61BM을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the photoactive layer in Example 1 was used in the above Formula 2-1 and PC 61 BM.
비교예 1. Comparative Example 1
실시예 1에서 산화된 폴리에테르이민 대신에 폴리에테르이민(PEI)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyetherimine (PEI) was used instead of the oxidized polyetherimine in Example 1.
비교예 2. Comparative Example 2
실시예 2에서 산화된 폴리에테르이민 대신에 폴리에테르이민(PEI)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 2, except that polyetherimine (PEI) was used instead of the oxidized polyetherimine in Example 2.
비교예 3. Comparative Example 3
실시예 3에서 산화된 폴리에테르이민 대신에 폴리에테르이민(PEI)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 3, except that polyetherimine (PEI) was used instead of the oxidized polyetherimine in Example 3.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 에서 제조된 제조된 유기 태양전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were measured under the conditions of 100 mW / cm 2 (AM 1.5), and the results are shown in Table 1 below.
표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다. In Table 1, V oc is the open-circuit voltage, J sc is the short-circuit current, FF is the fill factor, and PCE is the energy conversion efficiency. The open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively. The higher the two values, the higher the efficiency of the solar cell. The fill factor is the width of the rectangle that can be drawn inside the curve divided by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. The energy conversion efficiency can be obtained by dividing these three values by the intensity of the irradiated light, and a higher value is preferable.
상기 표 1의 결과를 보아, 전자수송층으로서, 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 경우의 유기 태양 전지가 산화되지 않은 비공액 고분자 전해질을 포함하는 경우의 유기 태양 전지보다 우수한 효율을 갖는 것을 확인할 수있다. The results shown in Table 1 show that the organic solar cell including the oxidized non-conjugated polyelectrolyte as the electron transport layer has higher efficiency than that of the organic solar cell including the unoxidized polyelectrolyte not oxidized have.
101: 기판
201: 캐소드
301: 애노드
401: 전자수송층
501: 광활성층
601: 정공수송층101: substrate
201: cathode
301: anode
401: electron transport layer
501: photoactive layer
601: hole transport layer
Claims (14)
상기 캐소드와 대향하여 구비되는 애노드;
상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비되는 광활성층; 및
상기 캐소드와 상기 광활성층 사이에 구비되는 전자수송층을 포함하고,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기 태양 전지. Cathode;
An anode disposed opposite to the cathode;
A photoactive layer disposed between the cathode and the anode; And
And an electron transport layer provided between the cathode and the photoactive layer,
Wherein the electron transport layer comprises an oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
상기 산화된 비공액 고분자 전해질은 과산화수소를 이용하여 산화된 것인 유기 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the oxidized non-conjugated polyelectrolyte is oxidized using hydrogen peroxide.
상기 산화 전 비공액 고분자 전해질은 -NR2 및 -COOH 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 R은 수소; 또는 1가의 유기기인 것인 유기 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the non-aqueous liquid polymer electrolyte before oxidation comprises at least one of -NR 2 and -COOH,
R is hydrogen; Or a monovalent organic group.
상기 산화된 비공액 고분자 전해질은 -NR2 +O- 및 -COOH+O- 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 R은 수소; 또는 1가의 유기기인 것인 유기 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the oxidized non-conjugated polyelectrolyte comprises at least one of -NR 2 + O - and -COOH + O -
R is hydrogen; Or a monovalent organic group.
상기 비공액 고분자 전해질은 폴리에테르이민(PEI); 폴리에틸렌이민에톡시레이트(PEIE); 또는 폴리아크릴산(PAA)으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택되는 것인 유기 태양 전지. The method according to claim 1,
The non-conjugated polymer electrolyte may include polyetherimine (PEI); Polyethylene imine ethoxylate (PEIE); Or polyacrylic acid (PAA).
상기 산화 전 비공액 고분자 전해질의 중량평균 분자량은 600,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol인 것인 유기 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the weight average molecular weight of the non-aqueous liquid polymer electrolyte prior to oxidation is 600,000 g / mol to 1,000,000 g / mol.
상기 유기 태양 전지는 인버티드(inverted) 구조인 것인 유기 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the organic solar cell is an inverted structure.
상기 전자수송층은 상기 광활성층과 접하여 구비되는 것인 유기 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the electron transporting layer is provided in contact with the photoactive layer.
상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하는 것인 유기 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the photoactive layer comprises an electron donor material and an electron acceptor material.
상기 전자 받개 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체를 포함하는 것인 유기 태양 전지. The method of claim 9,
Wherein the electron acceptor material comprises a fullerene derivative or a non-fullerene derivative.
상기 전자 주개 물질은 P3HT; 또는 하기 화학식 1로 표시되는 단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 단위로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지:
[화학식 1]
[화학식 2]
화학식 1 및 2에 있어서,
x는 몰분율로서, 0 < x < 1이고,
y는 몰분율로서, 0 < y < 1 이며,
x+y = 1이고,
l은 몰분율로, 0 < l < 1 이며,
m은 몰 분율로, 0 < m < 1 이고,
l+m=1 이며,
n 및 o는 각각 1 내지 10,000의 정수이고,
R1 내지 R9는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기이다. The method of claim 9,
Wherein the electron donor material is selected from the group consisting of P3HT; Or a polymer comprising one or two or more units selected from the group consisting of a unit represented by the following formula (1) and a unit represented by the following formula (2):
[Chemical Formula 1]
(2)
In formulas (1) and (2)
x is a mole fraction, 0 < x < 1,
y is a molar fraction, 0 < y < 1,
x + y = 1,
l is the mole fraction, 0 < l < 1,
m is a mole fraction, 0 < m < 1,
l + m = 1,
n and o are each an integer of 1 to 10,000,
R1 to R9 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group.
상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the organic solar cell further comprises one or more organic layers selected from the group consisting of a hole injecting layer, a hole transporting layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, an electron injecting layer and an electron transporting layer. .
상기 기판 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계;
상기 캐소드 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 광활성층 상에 애노드 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전자수송층은 산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.Preparing a substrate;
Forming a cathode electrode on the substrate;
Forming an electron transport layer on the cathode electrode;
Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; And
And forming an anode electrode on the photoactive layer,
Wherein the electron transport layer comprises an oxidized non-conjugated polyelectrolyte.
상기 전자수송층을 형성하는 단계는
비공액 고분자 전해질을 과산화수소로 산화시키는 단계; 및
산화된 비공액 고분자 전해질을 포함하는 유기물층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지. 14. The method of claim 13,
The step of forming the electron transport layer
Oxidizing the non-conjugated polyelectrolyte with hydrogen peroxide; And
And forming an organic material layer including an oxidized non-conjugated polymer electrolyte.
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