KR20160111850A - 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지 - Google Patents
금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160111850A KR20160111850A KR1020160028650A KR20160028650A KR20160111850A KR 20160111850 A KR20160111850 A KR 20160111850A KR 1020160028650 A KR1020160028650 A KR 1020160028650A KR 20160028650 A KR20160028650 A KR 20160028650A KR 20160111850 A KR20160111850 A KR 20160111850A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transparent electrode
- nanowire
- substrate
- surface treatment
- silane
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 title abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 54
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 30
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- -1 Methacryloxy propyl Chemical group 0.000 claims abstract description 27
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 108
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 65
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 claims description 52
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 48
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 48
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 8
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 8
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 7
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 4
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 4
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005264 aryl amine group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- GIFWAJGKWIDXMY-UHFFFAOYSA-N 2-octylthiophene Chemical compound CCCCCCCCC1=CC=CS1 GIFWAJGKWIDXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000280 Poly(3-octylthiophene) Polymers 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007611 bar coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)OC HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L51/442—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
-
- H01L51/0021—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L2031/0344—Organic materials
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지가 개시된다. 이는 은나노와이어 상부의 표면을 실란계열의 소수성 물질인 OTS(Octadecyltrichlorosilane) 또는 친수성 물질인 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 통해 개질함으로써 은나노와이어의 전사율을 제어하는 것으로, 30%의 신축성 조건에서도 전도성을 유지할 수 있는 투명전극 및 그 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 전사율 제어를 이용한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터, 각종 가전기기와 통신기기가 디지털화되고 급속히 고성능화 됨에 따라 다양한 디스플레이의 구현이 절실히 요구되고 있다. 다양한 디스플레이를 구현하기 위해서는, 디스플레이용 전극 재료는 투명하면서도 낮은 저항 값을 나타낼 뿐만 아니라, 고온인 경우에도 단락되거나 면 저항의 변화가 크지 않아야 한다.
이처럼, 디스플레이의 터치 패널, 태양전지, 표시소자 등과 같은 다양한 디바이스에서 사용되며 필수적인 구성요소로 투명전극이 사용되고 있는데, 최근에는 투명전극을 사용하여 휘어질 수 있는 (flexible) 휴대기기에 많은 관심을 가지고 있다. 더 나아가 유연하게 휘어지면서도 접을 수 있거나 (foldable) 잡아 늘릴 수 있는 (stretchable) 기기에 관심과 개발이 활발하게 진행되고 있다.
스트레처블 기판의 개발을 위해 종래에 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용하여 유기태양전지를 제작하는 연구가 보고된 바 있다. 이는 1.4μ의 두께를 갖는 PET foil상에 PDMS를 500nm를 형성하고, 스핀코팅 공정을 사용하여 형성한 유기분자 donor/acceptor의 광활성층 구조가 사용되었으며, ITO-coated 유리기판 소자와 효율도 비슷하고 압축 확장을 해도 동작하는 특성을 보인다.
또한, 유리나 PET 위에 은나노와이어(Ag nano-wire)를 배치한 후 전도성을 높이기 위해 PEDOT:PSS를 형성하고, 그 위에 PDMS를 형성하여 경화시킨 후 PDMS를 탈착시켜서 PDMS에 은나노와이어가 삽입된 전극을 제작하여 유기태양전지를 제작하는 연구가 보고된 바 있다.
현재 유기태양전지의 Donor/Acceptor는 여러 물질이 개발되었지만, 아직까지 이러한 많은 재료에 대해 PDMS와 같은 탄성기판을 사용하여 폴더블(foldable) / 스트레처블(strethable) 태양전지 소자가 활발히 보고된 적은 없다. 대표적으로 Donor/Acceptor인 P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCBM ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)를 이용해서 소자를 제작할 수 있으며, 버퍼층(buffer layer)으로는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polystyrene sulfonate)를 형성하고, 그 위로 P3HT:PCBM을 벌크 이종접합(Bulk heterojunction) 구조로 형성한 후, 상부에는 음극으로 리튬플로라이드(LiF), 알루미늄(Al)을 순차적으로 증착하여 제작한다.
이러한 전극 및 유기박막 기반의 소자를 스트레처블 기판 위에 제작하기 위해서는 전극형성 및 각 층간의 접착력, 표면 거칠기와 같은 형태적 물성, 코팅특성 등의 특성을 개선하기 위한 적절한 표면처리법이 반드시 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 은나노와이어(Ag nano-wire) 상부의 표면을 실란계열의 물질을 통해 개질함으로써 은나노와이어의 전사율을 제어하는 것으로, 30%의 신축성 조건에서도 전도성을 유지할 수 있는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통해 탄성 기판에 효율적으로 부착된 투명전극 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 투명전극에 있어서, 투명기판; 및 상기 투명기판 상에 삽입(embedding)되어 형성된 나노와이어를 포함한다.
상기 나노와이어 표면에는 표면에너지 제어를 통한 전사율 제어를 위해 표면처리가 수행될 수 있다.
상기 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질일 수 있다.
상기 실란계열의 물질은 소수성 또는 친수성 물질을 포함할 수 있다.
상기 소수성 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane), 상기 친수성 물질은 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함할 수 있다.
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기태양전지는 투명기판과 상기 투명기판 상에 삽입(embedding)되어 형성된 나노와이어를 포함하는 투명전극; 상기 투명전극 상에 형성된 정공수송층; 상기 정공수송층 상부에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상부에 형성된 상부전극을 포함한다.
상기 나노와이어 표면에는 표면에너지 제어를 통한 전사율 제어를 위해 표면처리가 수행될 수 있다.
상기 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질일 수 있다.
상기 실란계열의 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane)을 포함하는 소수성 물질 또는 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함하는 친수성 물질일 수 있다.
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법은 희생기판을 세정하는 단계; 상기 희생기판 상에 나노와이어를 형성하는 단계; 상기 나노와이어 표면에 표면처리를 수행하는 단계; 상기 희생기판 상에 상기 나노와이어가 삽입(embedding)되도록 투명기판을 위한 층을 적층하는 단계; 및 상기 희생기판을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 나노와이어는 상기 희생기판 상에 스핀코팅 또는 스프레이코팅을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 표면처리를 수행하는 단계에서 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질과 톨루엔을 혼합한 혼합물질일 수 있다.
상기 실란계열의 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane)을 포함하는 소수성 물질 또는 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함하는 친수성 물질일 수 있다.
상기 표면처리를 수행하는 단계에서 상기 혼합물질은 상기 은나노와이어 패턴층 상부에 스핀코팅 후 60℃~100℃에서 10분~30분 동안 열처리(thermal annealing)를 수행할 수 있다.
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 은나노와이어 상부의 표면을 실란계열의 물질을 통해 개질함으로써 은나노와이어의 전사율을 제어할 수 있고, 30%의 신축성 조건에서도 전도성을 유지할 수 있다.
또한, 스트레처블 기판에 형성되는 투명전극 형성 기술은 구부릴 수 있고(bendable), 접을 수 있고(foldable), 변형할 수 있는(deformable) 특성이 단계적으로 요구되어 최종적으로는 스트레처블(stretchable)과 같이 자유로운 변형 하에서도 원활하게 동작하는 유연전자소자, 태양전지 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 이는 플렉서블 기판 뿐 아니라 나아가서는 2차원 및 3차원으로의 신축이 가능한 다양하고 새로운 환경에서 구현할 수 있는 투명전극, 디스플레이 관련 소자기술과 신소재 기술 발전에 기여할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 표면처리가 포함된 투명전극 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 표면처리 실시예에 따른 표면거칠기 정도(RMS roughness)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 은나노와이어의 전사율 제어 정도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 표면처리가 포함된 투명전극 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예의 광학적 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 전류-전압 특성을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 표면처리 실시예에 따른 표면거칠기 정도(RMS roughness)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 은나노와이어의 전사율 제어 정도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 표면처리가 포함된 투명전극 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예의 광학적 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 전류-전압 특성을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 표면처리가 포함된 투명전극 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 투명전극(100)은 투명기판(140), 투명기판(140) 상에 삽입(embedding)되어 형성된 나노와이어(120)를 포함한다.
투명기판(140)은 PDMS (Polydimethylsiloxane), PET (Polyehtylene-terephthalate), PES (Polyether sulfone), PEN(Polyethylene naphthalate), PI (Polyimide), PMMA (PolymethymethAcrylate) 및 이들로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에 따른 투명기판(140)은 휘거나 접거나 늘어나는 것이 가능한 고분자 소재인 PDMS 기판일 수 있다.
나노와이어(120)는 투명기판(140) 상에 삽입되어 형성될 수 있다. 나노와이어(120)는 바람직하게는 은나노와이어(Ag nano-wire)를 이용하여 투명기판(140) 상에 삽입되어 형성될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스트레처블 기판의 투명전극(100)은 PDMS 기판 상에 은나노와이어가 삽입되어 형성될 수 있다.
이러한 투명전극(100) 및 유기박막 기반의 소자를 스트레처블 기판 위에 제작하기 위해서는 전극형성 및 각 층간의 접착력, 표면거칠기와 같은 형태적 물성, 코팅특성 등의 특성을 개선하기 위한 적절한 표면처리법이 반드시 필요하다.
따라서, 본 발명에 따른 스트레처블 기판의 투명전극(100)은 나노와이어(120) 표면에 실란계열 소수성 물질인 OTS(Octadecyltrichlorosilane) 또는 친수성 물질인 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)를 이용하여 표면처리(130)함으로써, 표면에너지를 제어하여 투명기판(140)과의 접착력을 조절할 수 있다. 즉, 나노와이어(120) 상부의 표면을 실란계열의 물질을 통해서 개질하여 표면처리(130) 한 후, 표면처리(130) 된 나노와이어(120)를 PDMS 기판과 같은 투명기판(140)에 삽입하여 형성함으로써 나노와이어(120)의 전사율을 제어할 수 있고, 30%의 신축성 조건에서도 전도성을 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 표면처리 실시예에 따른 표면거칠기 정도(RMS roughness)의 변화를 나타내는 도면이다.
여기서 RMS(Root mean square)는 박막의 평탄도를 나타내는 값으로서, 박막의 균일도 또는 표면거칠기 정도를 관찰할 때 쓰이며, RMS 값이 작을수록, 박막의 균일도 및 표면거칠기 정도가 좋다는 것을 의미한다. 예를 들어, 나노와이어(120)의 표면위에 표면처리(130) 없이 유기태양전지가 제작되면 높은 RMS값을 갖는 나노와이어(120) 필름위의 소자는 전자, 정공의 이동이 원활하지 못하여 본래 재료의 소자 특성을 내지 못한다.
도 2는 실시예로써, 은나노와이어(120) 표면에 표면처리를 수행하지 않았을 때, 표면에 실란계열 소수성 물질인 OTS(Octadecyltrichlorosilane)로 표면처리(130)를 수행했을 때 및 친수성 물질인 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)로 표면처리(130)를 수행했을 때의 각각 RMS 변화를 나타낸다.
계속해서 도 2를 참조하면, 표면처리(130)를 수행하지 않았을 때의 은나노와이어(120)의 RMS는 22nm로 측정되었으나, 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 수행했을 때는 35nm로 오히려 표면처리(130)를 수행하지 않았을 때 보다 높은 RMS가 측정되었다. 하지만, 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 수행했을 때의 RMS는 13nm로 표면처리(130)를 수행하지 않았을 때 보다 낮은 RMS가 측정됨을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 은나노와이어의 전사율 제어 정도를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예는 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하지 않고 적층했을 때와 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하여 형성했을 때의 두께 차이를 나타내고, 은나노와이어(120) 표면에 표면처리(130)를 실시하지 않았을 때와 표면에 실란계열 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 수행했을 때 및 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 수행했을 때 각각의 두께(thickness), 전사율(transfer yield)을 나타낸다.
실시예에 따르면, 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하지 않고 220nm 적층했을 때와 비교했을 때, 은나노와이어(120)표면에 표면처리(130)를 수행하지 않고 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하여 형성했을 때의 두께는 70nm, 전사율은 31%를 보인 반면, PDMS 기판(140)을 삽입한 후 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 수행했을 때의 두께는 161nm, 전사율은 73%를 보이고, 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 수행했을 때의 두께는 37nm, 전사율은 17%를 보인다. 즉, 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 수행했을 때는 표면처리(130)를 수행하지 않았을 때 보다 전사율이 향상되어 전도성은 증가하지만, 은나노와이어(120)의 두께가 증가하기 때문에 투과율(transmittance)은 감소하게 된다. 또한, 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 수행했을 때는 표면처리(130)를 수행하지 않았을 때 보다 전사율은 낮아지지만 은나노와이어(120)의 두께가 감소하기 때문에 투과율이 증가하고, 은나노와이어(120)의 두께가 감소됨에 따라 스트레처블 특성이 향상된다.
또한, 은나노와이어(120)는 전사될 때 표면 에너지가 비슷한 쪽으로 더 많이 탈착되어 이동시킬 수 있다. 표 1은 유리기판(110), PDMS 기판(140) 및 은나노와이어(120)의 표면처리 전 후의 접촉각(Contact angle)을 나타낸다.
| Substrate | Glass | PDMS | AgNW Film | AgNW Film | AgNW Film |
| Treatment material | Non treated | Non treated | OTS | Non treated | MPS |
| Contact angle | 62° | 109° | 119° | 86° | 71° |
표 1에서와 같이, 스프레이 코팅으로 쌓은 은나노와이어(120) 자체의 표면은 86°의 접촉각을 갖는다. 따라서, 은나노와이어(120)의 표면에너지를 PDMS 기판(140)의 접촉각과 비슷하게 바꾸어 주면 PDMS 기판(140) 쪽으로 전사율을 높일 수 있으며, 반대로 유리기판(110)의 접촉각과 비슷하게 변화시키면 전사율을 낮출 수 있기 때문에 전사율을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 표면처리가 포함된 투명전극 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 표면처리(130)가 포함된 투명전극(100) 제조방법은 희생기판(110)을 세정하는 단계, 희생기판(110) 상에 나노와이어(120)를 형성하는 단계, 나노와이어(120) 표면에 표면처리(130)를 수행하는 단계, 희생기판(110) 상에 나노와이어(120)가 삽입되도록 투명기판(140)을 위한 층을 적층하는 단계 및 희생기판(110)을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 희생기판(110)은 유리(glass), PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PEN(polyethylene naphthalate), PI(polyimide), PA(poly acrylate), PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 PMMA(PolymethymethAcrylate) 중에서 어느 하나일 수 있으나, 바람직하게는 유리 기판일 수 있다.
희생기판(110)을 세정하는 단계에서 희생기판(110)을 세정하기 위해 세정제, 아세톤, 이소프로판올(IPA)를 이용하여 세정한 후, 가열판에서 100℃ ~ 180℃로 1 ~ 30분간, 바람직하게는 180℃에서 30분간 건조시킴으로써 잔류 용매를 제거한다. 잔류 용매가 제거된 희생기판(110)을 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하여 유리를 세척함으로써 고분자 박막 형성을 용이하게 하고, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
희생기판(110) 상에 나노와이어(120)를 형성하는 단계에서 나노와이어(120)는 바람직하게는 은나노와이어로 형성될 수 있다. 희생기판(110) 상에 나노와이어(120)를 형성하기 위해 세척된 희생기판(110)을 150℃의 플레이트 위에 놓고, 스프레이 건을 사용하여 은나노와이어 용액을 분사시켜 220nm의 은나노와이어 필름을 형성한 후 180℃에서 10분동안 소결시킨다.
나노와이어(120) 상부에 표면처리(130)를 수행하는 단계에서 표면처리(130)를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질과 톨루엔을 혼합한 혼합물질일 수 있다. 상기 실란계열의 물질은 소수성 물질인 OTS(Octadecyltrichlorosilane) 또는 친수성 물질인 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)이 사용될 수 있다. 표면처리(130)를 위해 OTS 또는 MPS 물질을 톨루엔과 일정비율 혼합한 후 혼합물질을 스핀코팅 한 후 가열판에서 60℃~100℃로 10분~30분간, 바람직하게는 80℃에서 20분간 열처리를 실시한다. 열처리 후에는 톨루엔으로 세정한 후 다시 80℃에서 20분간 열처리를 실시한다.
나노와이어(120) 상부에 표면처리(130)를 실시한 후, 희생기판(110) 상에 표면처리(130) 된 나노와이어(120)가 삽입되도록 투명기판(140)을 적층함으로써, 나노와이어(120)의 표면에너지 제어에 의해 투명기판(140)과 나노와이어(120)의 접착력을 조절할 수 있다. 여기서 투명기판(140)은 PDMS (Polydimethylsiloxane), PET (Polyehtylene-terephthalate), PES (Polyether sulfone), PEN(Polyethylene naphthalate), PI (Polyimide), PMMA (PolymethymethAcrylate) 및 이들로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 본 발명에 따른 투명기판(140)은 휘거나 접거나 늘어나는 것이 가능한 고분자 소재인 PDMS 기판일 수 있다.
희생기판(110)을 제거하는 단계에서는, 희생기판(110) 상에 표면처리(130) 된 나노와이어(120)가 삽입되도록 투명기판(140)이 적층되면, 투명기판(140) 하부의 희생기판(110)을 제거한다.
상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 투명전극(100)을 포함하는 유기태양전지의 구조는 투명전극(100), 투명전극(100) 상에 형성된 정공수송층, 정공수송층 상부에 형성된 활성층 및 활성층 상부에 형성된 상부전극을 포함한다.
투명전극(100)은 투명기판(140)과 상기 투명기판(140) 상에 삽입되어 형성된 나노와이어(120)를 포함하여 형성될 수 있으며, 양극일 수 있다. 상기 투명기판(140)은 바람직하게는 휘거나 접거나 늘어나는 것이 가능한 고분자 소재로 이루어 질 수 있으며, 바람직하게는 PDMS 기판일 수 있다. 또한 투명기판(140)에는 나노와이어(120), 바람직하게는 은나노와이어가 삽입되어 형성될 수 있으며, 나노와이어(120) 표면에 실란계열의 물질을 통해 표면처리(130)를 실시한 후 표면처리(130) 된 나노와이어(120) 상부에 투명기판(140)이 형성될 수 있다. 즉, 은나노와이어(120) 표면에 실란계열 소수성 물질인 OTS(Octadecyltrichlorosilane) 또는 친수성 물질인 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)를 이용하여 표면처리(130)를 수행함으로써 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 의해 PDMS 기판(140)과의 접착력을 조절할 수 있다.
정공수송층은 투명전극(100) 상부에 형성될 수 있으며, 활성층과 투명전극(100) 사이에 계면 특성을 개선하여 전하 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 정공수송층의 재료로는 정공을 수송하는 능력을 갖고, 전자를 차단하는 특성 뿐 아니라 박막 형성 능력이 우수한 화합물일 수 있다. 예를 들어, 정공수송층의 재료는 TPD, PEDOT:PSS, G-PEDOT, PANI:PSS, PANI:CSA, PDBT, NPB, 아릴아민기(arylamine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자 등일 수 있으나, 이제 한정하지는 않는다. 정공수송층의 형성방법으로는 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법 등이 적용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정공수송층은 PEDOT:PSS을 스핀 코팅을 이용하여 형성될 수 있다.
활성층은 정공수송층 상부에 형성될 수 있으며, 빛 에너지로부터의 전자와 정공이 각각의 전극으로 분리되어 수송 및 주입된다. 그 재료는 고분자 재료의 경우 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), MDMOPPV(poly[2-methoxy-5-(3', 7'-dimethylocyloxy)-1, 4-phenylene vinylene]), CN-PPV(poly(2,5-hexyloxy-1,4-phenylene cyanovinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3HT(3-hexylthiophene), P3OT(poly-octylthiophene), PVK (poly(9-vinylcarbazole)) 중 어느 하나 및 그 유도체로 형성되거나, 효율을 증대시키기 위해 풀러린(fullerene)을 함유한 PCBM(phenyl-c61-butyric acid methyl ester)이 혼합되어 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 활성층은 PBDTTT-C/PC71BM(1:1.5)을 스핀 코팅을 이용하여 형성될 수 있다.
상부전극은 활성층 상부에 형성될 수 있으며, 음극일 수 있다. 상부전극은 전자를 수집하는 역할 즉, 활성층에서 분리된 전자를 받아들이는 역할을 수행한다. 이러한 상부전극의 재료는 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 구체적으로 상부전극의 재료는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타타늄(Ti), 인듐(In), 알칼리 금속, 나트륨-칼륨(Na:K)합금, 마그네슘-은(Mg:Ag)합금, 리튬-알루미늄(Li/Al)이층전극, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF/Al)이층전극 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부전극은 리튬-알루미늄(Li/Al)의 이층전극으로 증착될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예의 광학적 특성을 비교한 그래프이고, 이에 따른 결과 데이터는 표 2와 같다.
| 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | |
| Tdirect(%) | 36.97 | 70.68 | 50.92 | 12.5 |
| Ttotal(%) | 45.49 | 77.31 | 60.75 | 18.01 |
| Tdiffuse(%) | 8.52 | 6.63 | 9.83 | 5.51 |
| Haze(%) | 18.72 | 8.49 | 16.18 | 30.57 |
또한, 도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 전류-전압 특성을 비교한 그래프이며, 이에 따른 결과 데이터는 표 3과 같다.
| 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | |
| Jsc(mA/cm2) | 4.679 | 10.333 | 6.25 | 3.533 |
| FF | 0.455 | 0.438 | 0.427 | 0.416 |
| Voc(V) | 0.715 | 0.71 | 0.71 | 0.625 |
| EFF | 1.523 | 3.217 | 1.897 | 0.92 |
도 5 및 표 2와 도 6 및 표 3을 참조하여 실시예와 비교예의 구체적인 설명과 이에 따른 결과를 아래에 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위해 실란계열 물질 중 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 실시함으로써 표면에너지를 제어한다. 실시예1의 제작은 유리기판(110) 세척을 위해 아세톤과 IPA를 1:1로 혼합하여 30분간 소니케이션을 하고, 클로로포름과 IPA로 각각 30분씩 소니케이션을 한 후 180℃의 진공오븐에 30분간 방치하여 잔류 용매를 제거한다. 그 후 UV-O3를 10분동안 처리하여 유리기판(110)을 세척한다. 세척된 유리기판(110)을 150℃의 플레이트 위에 놓고, 스프레이 건을 사용하여 은나노와이어 용액을 분사시켜 220nm의 은나노와이어 필름(120)을 형성한 후 180℃에서 10분동안 소결시킨다. 그 위에 PDMS를 경화제와 10:1의 비율로 혼합하여 부어준 후 60℃의 오븐에 넣은 후 5시간동안 경화 시킨다.
여기서, 전사율을 제어하기위해서 은나노와이어 필름(120)을 만든 후 38mg의 OTS용액을 10ml의 톨루엔과 혼합하여 약 0.01mol 농도의 용액을 3000rpm에 30초동안 스핀코팅 하고, 80℃에서 20분동안 열처리하여 표면처리(130)를 실시한다. 그 후 톨루엔으로 세정하고 다시 80℃에서 20분동안 열처리를 한 후 PDMS를 경화한다.
경화된 PDMS를 유리기판(110)에서 탈착시킨 후 상부에 유기태양전지의 제작을 위해 경화된 PDMS위에 유기태양전지의 버퍼층(buffer layer)으로 PEDOT:PSS를 4000rpm에 30초로 스핀 코팅하여 적층 후 글로브 박스 안에서 100℃로 30분간 열처리를 실시한다. 열처리 실시 후 PBDTTT-C/PC71BM (1:1.5)을 1500rpm에 60초로 스핀코팅을 하고, 이후 글로브 박스 안에서 30분동안 잔류용매를 제거해준 후 1A로 LiF와 Al을 각각 0.7/100nm를 증착한다. 제작한 소자는 1sun의 조건하에 효율을 측정한다.
실시예1과 같이 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위해 실란계열 물질 중 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)를 실시한 소자는 표 3에서와 같이 4.679의 Jsc, 0.455의 Fill factor, 0.715의 Voc, 1.523의 효율이 측정됨을 확인할 수 있다.
실시예2
실시예2는 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위해 실란계열 물질 중 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 실시함으로써 표면에너지를 제어한다. 실시예2의 제작은 실시예1과 같은 소자구조로 제작 하였으며, 전사율을 제어하기위해서 은나노와이어 필름(120)을 형성한 후 12.5mg의 MPS용액을 10ml의 톨루엔과 혼합하여 약 0.01mol 농도의 용액을 3000rpm에 30초 동안 스핀코팅하고, 80℃에서 20분동안 열처리하여 표면처리(130)를 실시한다. 그 후 톨루엔으로 세정하고 다시 80℃에서 20분동안 열처리를 한 후 PDMS를 경화한다.
경화된 PDMS를 유리기판(110)에서 탈착시킨 후 상부에 유기태양전지의 제작은 실시예1과 동일한 소자 구조로 제작하였다.
실시예2와 같이 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위해 실란계열 물질 중 친수성 물질인 MPS로 표면처리(130)를 실시한 소자는 표 3에서와 같이 10.333의 Jsc, 0.438의 Fill factor, 0.71의 Voc, 3.217의 효율이 측정됨을 확인할 수 있다.
비교예1
비교예1은 실시예와 같은 동일한 소자구조로 제작 하였으며, 단지 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위한 어떠한 표면처리(130)도 실시하지 않았다.
비교예1과 같이 은나노와이어(120)에 표면 에너지 제어가 없는 소자는 표 3에서와 같이 6.25의 Jsc, 0.427의 Fill factor, 0.71의 Voc, 1.879의 효율이 측정됨을 확인할 수 있다.
비교예2
비교예2는 상기 실시예1, 실시예2 및 비교예1과 다르게 은나노와이어(120)가 삽입(embedding)되지 않고, 비교예1과 같이 은나노와이어(120)의 전사율 제어를 위한 어떠한 표면처리(130)도 실시하지 않았다. 이 외에는 실시예와 동일한 소자구조로 제작 되었다. 비교예2는 표 3에서와 같이 3.533의 Jsc, 0.416의 Fill factor, 0.625의 Voc, 0.92%의 효율이 측정됨을 확인할 수 있다.
비교예2에서처럼 PDMS 기판(140)위에 은나노와이어(120)를 220nm의 두께로 쌓았을 때, 도 4와같이 매우 낮은 투과율을 보이며, Haze값 또한 매우 크게 측정되는 것을 확인할 수 있다. 또한 은나노와이어(120)의 표면위에 바로 유기태양전지가 제작되기 때문에 높은 RMS값을 갖는다. 따라서, 은나노와이어(120) 위의 소자는 전자, 정공의 이동이 원활하지 못하며, 본래 재료의 소자특성을 내지 못한다.
낮은 RMS를 갖는 스트레처블 기판 전극을 만들기 위해서 본 발명에서는 PDMS 기판(140)안에 은나노와이어(120)를 삽입하여 투명전극(100)을 제작한다.
비교예1에서처럼 PDMS 기판(140)에 아무런 표면처리(130) 없이 은나노와이어(120)를 삽입하여 만든 소자는 표 3과 같이 6.25의 Jsc, 0.427의 Fill factor 특성을 갖는다. 비교예2와 비교해보면 약 18%였던 투과율이 약 60%로 증가하며, 이로 인해 광 활성층에 더 많은 빛이 투과되고, 그 결과 더 많은 엑시톤이 생성되어 Jsc가 상승함을 확인 할 수 있다.
또한, 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하여 발생되는 낮은 RMS에 의해 전자, 정공의 이동이 상승하게 되고, 전자, 정공의 이동이 상승됨에 따라 0.625의 Voc가 본 재료의 특성인 0.71로 증가하게 된다. 또한, Fill factor도 증가하게 된다.
실시예1에서처럼 실란계열 물질중 소수성 물질인 OTS로 표면처리(130)하여 표면에너지를 제어하면 은나노와이어(120)의 전사율이 향상되며, 이러한 효과로 인해 기판의 전도성은 증가하지만 투과율이 떨어지며, Haze또한 증가함을 확인할 수 있다. 비교예1과 비교하면 기판 전도성의 증가로 인해 Fill factor가 0.427에서 0.455로 증가 하지만, 투과율 감소로 Jsc가 6.25에서 4.679로 감소되어 효율이 감소됨을 확인 할 수 있다.
친수성 물질인 MPS로 표면제어를 한 실시예2의 경우 표 2에서와 같이 8.49의 낮은 Haze와 77%의 높은 투과특성을 확인 할 수 있으며, 표 3에서와 같이 3.217%의 효율이 측정됨을 확인 할 수 있다. 즉, 은나노와이어(120) 상부에 MPS로 표면처리(130)하여 표면제어를 실시하면 실시예1보다 전사율은 낮아지지만 은나노와이어(120)의 두께가 감소하기 때문에 투과율이 증가하고, 은나노와이어(120)의 두께가 감소됨에 따라 스트레처블 특성이 향상된다.
따라서, 본 실시예에서와 같이 은나노와이어(120)를 PDMS 기판(140)에 삽입하고, 은나노와이어(120) 표면에 실란계열 물질인 OTS 또는 MPS로 표면처리(130)를 실시함으로써 최적의 조건에서 유기태양전지의 기판을 제작할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 투명전극
110 : 희생기판
120 : 나노와이어 130 : 표면처리
140 : 투명기판
120 : 나노와이어 130 : 표면처리
140 : 투명기판
Claims (20)
- 투명전극에 있어서,
투명기판; 및
상기 투명기판 상에 삽입(embedding)되어 형성된 나노와이어를 포함하는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 나노와이어 표면에는 표면에너지 제어를 통한 전사율 제어를 위해 표면처리가 수행된 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제2항에 있어서,
상기 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질인 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제3항에 있어서,
상기 실란계열의 물질은 소수성 또는 친수성 물질을 포함하는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제4항에 있어서,
상기 소수성 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane), 상기 친수성 물질은 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함하는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성되는 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성된 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극. - 투명기판과 상기 투명기판 상에 삽입(embedding)되어 형성된 나노와이어를 포함하는 투명전극;
상기 투명전극 상에 형성된 정공수송층;
상기 정공수송층 상부에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상부에 형성된 상부전극을 포함하는 유기태양전지. - 제8항에 있어서,
상기 나노와이어 표면에는 표면에너지 제어를 통한 전사율 제어를 위해 표면처리가 수행된 것인 유기태양전지. - 제9항에 있어서,
상기 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질인 것인 유기태양전지. - 제10항에 있어서,
상기 실란계열의 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane)을 포함하는 소수성 물질 또는 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함하는 친수성 물질인 것인 유기태양전지. - 제8항에 있어서,
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성되는 것인 유기태양전지. - 제8항에 있어서,
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성된 것인 유기태양전지. - 투명전극 제조방법에 있어서,
희생기판을 세정하는 단계;
상기 희생기판 상에 나노와이어를 형성하는 단계;
상기 나노와이어 표면에 표면처리를 수행하는 단계;
상기 희생기판 상에 상기 나노와이어가 삽입(embedding)되도록 투명기판을 위한 층을 적층하는 단계; 및
상기 희생기판을 제거하는 단계를 포함하는 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 나노와이어는 상기 희생기판 상에 스핀코팅 또는 스프레이코팅을 이용하여 형성되는 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 표면처리를 수행하는 단계에서 표면처리를 위해 사용되는 물질은 실란계열 물질과 톨루엔을 혼합한 혼합물질인 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 실란계열의 물질은 OTS(Octadecyltrichlorosilane)을 포함하는 소수성 물질 또는 MPS(Methacryloxy propyl trimehoxysilane)을 포함하는 친수성 물질인 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 표면처리를 수행하는 단계에서 상기 혼합물질은 상기 은나노와이어 패턴층 상부에 스핀코팅 후 60℃~100℃에서 10분~30분 동안 열처리(thermal annealing)를 수행하는 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 투명기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane)로 형성되는 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 나노와이어는 은나노와이어(Ag nano-wire)로 형성된 것인 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150036650 | 2015-03-17 | ||
| KR20150036650 | 2015-03-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160111850A true KR20160111850A (ko) | 2016-09-27 |
Family
ID=57100972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160028650A KR20160111850A (ko) | 2015-03-17 | 2016-03-10 | 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160111850A (ko) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190020527A (ko) * | 2017-08-21 | 2019-03-04 | 금오공과대학교 산학협력단 | 패턴이 형성된 플렉서블 투명전극의 제조방법 |
| KR102111967B1 (ko) * | 2018-11-15 | 2020-05-18 | (주)아이테드 | 투명전극 제조 장치 및 투명전극 제조 방법 |
| WO2020101210A1 (ko) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | (주)아이테드 | 투명전극 제조 장치 및 투명전극 제조 방법 |
| KR102136397B1 (ko) | 2019-12-23 | 2020-07-21 | 주식회사 도프 | 나노실버 투명전극 필름의 제조방법 및 이로부터 제조된 나노실버 투명전극 필름 |
| CN111916260A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 南京大学 | 一种柔性电极及其制备方法 |
| KR20210085441A (ko) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 한국광기술원 | 다중접합 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20220167432A (ko) * | 2021-06-11 | 2022-12-21 | 동국대학교 산학협력단 | 폴리디메틸실록산 패터닝 방법 |
| KR20230067798A (ko) * | 2021-11-09 | 2023-05-17 | 부경대학교 산학협력단 | 생체 고분자를 포함하는 신축성 전극 및 이의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120016377A (ko) | 2010-08-16 | 2012-02-24 | 건국대학교 산학협력단 | 플렉서블 유기태양전지 및 그 제조방법 |
-
2016
- 2016-03-10 KR KR1020160028650A patent/KR20160111850A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120016377A (ko) | 2010-08-16 | 2012-02-24 | 건국대학교 산학협력단 | 플렉서블 유기태양전지 및 그 제조방법 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190020527A (ko) * | 2017-08-21 | 2019-03-04 | 금오공과대학교 산학협력단 | 패턴이 형성된 플렉서블 투명전극의 제조방법 |
| KR102111967B1 (ko) * | 2018-11-15 | 2020-05-18 | (주)아이테드 | 투명전극 제조 장치 및 투명전극 제조 방법 |
| WO2020101210A1 (ko) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | (주)아이테드 | 투명전극 제조 장치 및 투명전극 제조 방법 |
| KR102136397B1 (ko) | 2019-12-23 | 2020-07-21 | 주식회사 도프 | 나노실버 투명전극 필름의 제조방법 및 이로부터 제조된 나노실버 투명전극 필름 |
| KR20210085441A (ko) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 한국광기술원 | 다중접합 태양전지 및 그 제조방법 |
| CN111916260A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 南京大学 | 一种柔性电极及其制备方法 |
| KR20220167432A (ko) * | 2021-06-11 | 2022-12-21 | 동국대학교 산학협력단 | 폴리디메틸실록산 패터닝 방법 |
| KR20230067798A (ko) * | 2021-11-09 | 2023-05-17 | 부경대학교 산학협력단 | 생체 고분자를 포함하는 신축성 전극 및 이의 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20160111850A (ko) | 금속메쉬의 표면에너지 제어를 통한 투명전극 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 유기태양전지 | |
| Qian et al. | Stretchable organic semiconductor devices | |
| Wang et al. | Intrinsically stretchable organic solar cells beyond 10% power conversion efficiency enabled by transfer printing method | |
| Yu et al. | Highly efficient polymer-based optoelectronic devices using PEDOT: PSS and a GO composite layer as a hole transport layer | |
| Hsieh et al. | Realization of intrinsically stretchable organic solar cells enabled by charge-extraction layer and photoactive material engineering | |
| EP2965366B1 (en) | Methods for producing thin film charge selective transport layers | |
| KR100986159B1 (ko) | 에너지 전환 효율이 향상된 유기 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Qian et al. | Thin-film organic semiconductor devices: from flexibility to ultraflexibility | |
| Shao et al. | Interface-induced crystalline ordering and favorable morphology for efficient annealing-free poly (3-hexylthiophene): fullerene derivative solar cells | |
| JP2011528511A (ja) | 光電池モジュールの作成方法 | |
| Aslan et al. | Sol–gel derived In2S3 buffer layers for inverted organic photovoltaic cells | |
| Park et al. | An Alternative Hole Transport Layer for Both ITO-and Graphene-Based Organic Solar Cells. | |
| Heo et al. | Enhanced stability in polymer solar cells by controlling the electrode work function via modification of indium tin oxide | |
| Lee et al. | Fabrication of Stretchable and Transparent Core–Shell Polymeric Nanofibers Using Coaxial Electrospinning and Their Application to Phototransistors | |
| KR20150124913A (ko) | 유기태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Fan et al. | PEDOT: PSS materials for optoelectronics, thermoelectrics, and flexible and stretchable electronics | |
| CN110931645B (zh) | 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| Arbab et al. | Ternary molecules blend organic bulk heterojunction solar cell | |
| Chen et al. | Surfactant-enriched ZnO surface via sol–gel process for the efficient inverted polymer solar cell | |
| Wang et al. | Solution-processed electron-transport layer-free organic photovoltaics with liquid metal cathodes | |
| KR101127226B1 (ko) | 플렉서블 유기태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101189664B1 (ko) | 고전도성 버퍼층 및 저 일함수 금속 버퍼층을 도입한 유기 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| KR100830637B1 (ko) | Ｇｚｏ를 이용한 고분자-풀러린 이종접합 태양전지 및 그제조방법 | |
| Zhou et al. | Intrinsically stretchable low-dimensional conductors for wearable organic light-emitting diodes | |
| Hirata et al. | Nanomembranes as a substrate for ultra-thin lightweight devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment |