KR20160133988A - 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
종래의 유기 태양전지의 정공 수송층으로 사용되는 금속 산화물(Metal oxdie)을 습식 공정으로 형성하는 경우에는 고온의 열처리가 필요하기 때문에 유기 태양전지에서는 적용 할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 개발된 저온 공정용 금속 산화물 정공 수송층은 대개 단일 금속 산화물로만 이루어져 있으며, 이는 전기 전도도가 낮기 때문에 태양 전지 특성의 저하 요인이 된다.
따라서, 저온 공정으로 정공 수송층의 전기 전도도를 향상시키기 위한 연구가 지속되고 있다.
본 명세서는 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물을 포함하는 정공 수송층을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 정공 수송층용 조성물을 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사하는 단계를 포함하는 정공 수송층의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 정공 수송층용 조성물을 이용하여 형성된 정공 수송층은 전기 전도도가 우수하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지는 전지 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 모식도를 나타내는 것이다.
도 2는 제조예 1 내지 6에 의하여 제조된 정공 수송층의 전기 전도도를 나타내는 그래프이다.
도 3는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 5 내지 8 및 비교예 2에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 제조예 1 내지 6에 의하여 제조된 정공 수송층의 전기 전도도를 나타내는 그래프이다.
도 3는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 5 내지 8 및 비교예 2에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
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.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바나듐 산화물 전구체는 최종적으로 바나듐 산화물을 형성할 수 있는 전 단계의 물질을 의미하며, 상기 바나듐 산화물 전구체는 바나듐 알콕사이드를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바나듐 알콕사이드는 바나듐(V)옥시트리에톡사이드(Vanadium(V) oxytriethoxide), 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드(Vanadium(V) oxytriisopropoxide), 바나듐(V)트리옥시프로폭사이드(Vanadium(V) oxytripropoxide), 바나듐(V) 이소프로폭사이드(vanadium(V) isopropoxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 티타늄 산화물 전구체는 최종적으로 티타늄 산화물을 형성할 수 있는 전 단계의 물질을 의미하며, 상기 티타늄 산화물 전구체는 티타늄 알콕사이드를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 티타늄 알콕사이드는 티타늄(IV) 메톡사이드(Titanium(IV) methoxide), 티타늄(IV) 프로폭사이드(Titanium(IV) propoxide), 티타늄(IV) 이소프로폭사이드(Titanium(IV) isopropoxide), 티타늄(IV) 부톡사이드(Titanium(IV) butoxide) 및 티타늄(IV) 에톡사이드(Titanium(IV) ethoxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아연 산화물 전구체는 최종적으로 아연 산화물을 형성할 수 있는 전 단계의 물질을 의미하며, 상기 아연 산화물 전구체는 아연 알콕사이드를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아연 알콕사이드는 아연(Ⅱ) 메톡사이드(Zinc(Ⅱ) methoxide), 아연(Ⅱ) 프로폭사이드(Zinc(Ⅱ) propoxide), 아연(Ⅱ) 이소프로폭사이드(Zinc(Ⅱ) isopropoxide), 아연(Ⅱ) 부톡사이드(Zinc(Ⅱ) butoxide) 및 아연(Ⅱ) 에톡사이드(Zinc(Ⅱ) ethoxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바나듐 산화물 전구체; 및 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체;의 몰비는 99:1 내지 70:30이며, 바람직하게는 95:5 내지 85:15이며, 더욱 바람직하게는 95:5 내지 90:10이다.
상기 바나듐 산화물 전구체; 및 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체;의 몰비가 99:1 내지 70:30일 경우에는 전기 전도도가 증가하는 장점이 있고, 몰비가 70:30을 초과하는 경우에는 박막의 표면 거칠기가 크게 증가되어 균일한 정공 수송층을 형성할 수 없다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공 수송층용 조성물 전체 부피에 대하여, 상기 용질의 함량은 0.1 내지 10 부피%이고, 상기 용매의 함량은 90 내지 99.9 부피%이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 증류수, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로판올(isopropanol), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol), 디메틸포름아미드(dimethylformamid), 부탄올(Butanol), 펜탄올(Pentanol), 헥산올(Hexanol) 및 헵탄올(Heptanol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물;을 포함하는 정공 수송층을 제공한다.
상기 바나듐 산화물은 V2O5, VO2, V2O, VO 및 V2O3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 티타늄 산화물은 TiO, Ti2O3 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아연 산화물은 ZnO, Zn2O3 및 ZnO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물의 몰비는 99:1 내지 70:30이며, 바람직하게는 95:5 내지 85:15이며, 더욱 바람직하게는 95:5 내지 90:10이다.
상기 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물;의 몰비가 99:1 내지 70:30일 경우에는 전기 전도도가 증가하는 장점이 있고, 몰비가 70:30을 초과하는 경우에는 박막의 표면 거칠기가 크게 증가되어 균일한 정공 수송층을 형성할 수 없다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공 수송층은 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물을 이용하여 형성된다.
상기 바나듐 산화물 전구체, 티타늄 산화물 전구체, 아연 산화물 전구체 및 용매에 대한 정의는 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공 수송층은 상기 정공 수송층은 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물의 담지, 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사에 의하여 형성된다.
상기 코팅은 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이드, 스프레이 코팅, 바 코팅, 슬롯 다이 코팅 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 인쇄는 그라비아 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 정공 수송층용 조성물을 담지, 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사하는 단계를 포함하는 정공 수송층의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 담지, 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사하는 단계 이후, 건조단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 공기 중에서 상온 내지 400℃로 진행할 수 있다. 구체적으로는 공기 중에서 80 내지 400℃로 진행할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 정공 수송층을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 태양 전지는 유기 태양 전지, 양자점 태양 전지 또는 페로브스카이트 태양 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 노말(mormal) 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극 에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극와 제2 전극 사이에 구비된 광활성층; 상기 제 1 전극과 광활성층 사이에 구비된 제1 버퍼층; 및 상기 광활성 층과 제2 전극 사이에 구비된 제2 버퍼층을 포함한다.
본 명세서의 일 실 시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 버퍼층은 전자 수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 버퍼층을 전술한 정공 수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(inverted) 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 광활성층; 상기 제1 전극과 상기 광활성층 사이에 구비된 제1 버퍼층; 및 상기 광활성층과 제2 전극 사이에 구비된 제2 버퍼층을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 버퍼층은 전술한 정공 수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 버퍼층을 전자 수송층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 광활성층; 상기 제1 전극과 상기 광활성층 사이에 구비된 전자 수송층; 및 상기 광활성층과 제2 전극 사이에 구비된 정공 수송층을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.
상기 유기 태양 전지는 기판; 및/또는 제1 전극과 광활성층 사이 또는 제2 전극과 광활성층 사이에 1층 이상의 유기물층을 더 포함할 수 있으며, 상기 유기물 층은 정공주입층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기 태양 전지는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 애노드, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 적층 순서를 나타낸 도이며, 도 1에 따르면, 유기 태양 전지는 제1 전극, 제1 버퍼층, 광활성층, 제2 전극 및 제2 전극순으로 배치된 구조이나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 재료는 정공 수송층으로 전술한 정공수송층용 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 당 기술분야에서 사용되는 재료를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 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.
상기 제1 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 제1 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100 내지 150℃에서 1 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
제1 전극의 위한 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 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 등이 있다.
제1 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 제1 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 제2 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극은 5x10-7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 전자 수송층 물질은 금속 산화물 계열 또는 고분자 전해질 계열이 될 수 있으며, 구체적으로, ZnO, TiO2, TiOx, PFN,PEI, PEIE 등이 될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 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. 본 명세서에서 광활성 물질은 상기 전자주개 물질 및 상기 전자받개 물질을 의미할 수 있다.
상기 단층 유기태양전지는 광활성층의 구조에 따라 바이레이어(bi-layer) 접합형 또는 벌크헤테로정션(bulk heterojunction) 접합형으로 될 수 있다. 바이레이어(bi-layer) 접합형은 전자받개층과 전자주개층의 두개의 층으로 이루어진 광활성층을 포함한다. 벌크 헤테로 정션(bulk heterojunction) 접합형은 전자주개 물질과 전자받개 물질이 블렌드된 광활성층을 포함한다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 벌크헤테로정션 (bulk heterojunction)을 형성할 수 있다.
상기 유기 태양 전지에 있어서, 광활성층 물질은 P3HT:PCBM, PCDTBT:PCBM, PTB7:PCBM 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 광활성층에는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 포함할 수 있다.
양자점 태양 전지에 있어서, 광활성층 물질은 CdSe QD, CdTe QD, ZnTe QD. PbS QD, PbSe QD, QD 등과 같은 전도성 고분자 복합체가 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
페르보스카이트 태양 전지에 있어서, 광활성층 물질은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbI(Br)3 등과 같은 전도성 고분자가 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 태양 전지의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 내지 6 : 정공 수송층의 제조
바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드를 이소프로판올에 10부피%로 희석시켰다. 바나듐 옥사이드에 티타늄을 도핑하기 위해 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드 용액과 같은 몰농도로 티타늄(IV) 이소프로폭사이드를 이소프로판올에 희석 한 후 0 내지 30 부피% 내외의 비율로 혼합하였다. 스핀 코팅 공정을 통해 정공 수송층 박막을 형성하였다.
바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드와 티타늄(IV) 이소프로폭사이드의 몰비는 하기 표 1과 같다.
| 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드: 티타늄(IV) 이소프로폭사이드 | |
| 제조예 1 | 99:1 |
| 제조예 2 | 95:5 |
| 제조예 3 | 90:10 |
| 제조예 4 | 85:15 |
| 제조예 5 | 70:30 |
| 제조예 6 | 100:0 |
도 2는 상기 제조예 1 내지 6에 의하여 제조된 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드와 티타늄(IV) 이소프로폭사이드의 혼합비에 따른 정공 수송층의 전기 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 2의 그래프에 따르면, 제조예 2에 의하여 제조된 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭사이드 및 티타늄(IV) 이소프로폭사이드의 몰비가 95:5 정공 수송층이 가장 전기 전도도가 우수함을 확인할 수 있었다.
유기 태양 전지의 제조
실시예 1
제1 전극으로서 ITO 글라스(glass) 상에 아연 산화물 전구체 용액을 스핀 코팅하여 이용하여 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상에 P3HT및 PC60BM으로 광활성층을 형성하였다. 상기 광활성층 상에 상기 제조예 1에 의하여 제조된 정공 수송층을 형성한 후, 상기 정공 수송층 상에 Ag로 제2 전극을 형성하여 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 2에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 3에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 4에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 6에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 5
제1 전극으로서 ITO 글라스(glass) 상에 아연 산화물 전구체 용액을 스핀 코팅하여 이용하여 제1 버퍼인 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상에 푸쉬-풀 타입(push-pull type)의 전자주개 물질을 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자 및 PC60BM으로 광활성층을 형성하였다. 상기 광활성층 상에 상기 제조예 1에 의하여 제조된 정공 수송층을 형성한 후, 상기 정공 수송층 상에 Ag로 제2 전극을 형성하여 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 5의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 2에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 5의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 3에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 5의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 4에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 5의 정공 수송층에 제조예 1 대신 제조예 6에 의하여 제조된 정공 수송층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 1
실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 측정하였다.
도 3은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 3의 그래프에 따르면, 제조예 3에 의하여 제조된 정공 수송층을 포함하는 실시예 3의 유기 태양 전지의 효율이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.
상기 실험예 1에 있어서, 제1 전극과 제2 전극의 말단으로 수송되는 전자와 정공의 개수는 한정되어 있고, 그 양은 동일하다. 따라서, 전자와 정공의 개수의 균형을 맞추기 위하여, 오히려 전도도가 약간 낮은 제조예 3에 의하여 제조된 정공 수송층을 포함하는 실시예 3의 유기 태양 전지의 효율이 우수하다.
실험예 2
실시예 5 내지 8 및 비교예 2에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 측정하였다.
도 4는 실시예 5 내지 8 및 비교예 2에 의하여 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 4의 그래프에 따르면, 제조예 4에 의하여 제조된 정공 수송층을 포함하는 실시예 8의 유기 태양 전지의 효율이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.
상기 실험예 2에 있어서, 도핑에 의하여 생성된 에너지 상태(state)가 정공 추출에 관여하기 때문에, 제조예 4에 의하여 제조된 정공 수송층을 포함하는 실시예 8의 유기 태양 전지의 효율이 가장 우수하다.
100: 제1 전극
200: 제1 버퍼층
300: 광활성층
400: 제2 버퍼층
500: 제2 전극
200: 제1 버퍼층
300: 광활성층
400: 제2 버퍼층
500: 제2 전극
Claims (14)
- 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 바나듐 산화물 전구체는 바나듐 알콕사이드를 포함하는 것인 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 티타늄 산화물 전구체는 티타늄 알콕사이드를 포함하는 것인 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 아연 산화물 전구체는 아연 알콕사이드를 포함하는 것인 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 바나듐 산화물 전구체; 및 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체;의 몰비는 99:1 내지 70:30인 것인 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 정공 수송층용 조성물 전체 부피에 대하여, 상기 용질의 함량은 0.1 내지 10 부피%이고, 상기 용매의 함량은 90 내지 99.9 부피%인 것인 정공 수송층용 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 증류수, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로판올(isopropanol), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol), 디메틸포름아미드(dimethylformamid), 부탄올(Butanol), 펜탄올(Pentanol), 헥산올(Hexanol) 및 헵탄올(Heptanol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것인 정공 수송층용 조성물.
- 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물;을 포함하는 정공 수송층.
- 청구항 8에 있어서, 상기 바나듐 산화물; 및 티타늄 산화물 또는 아연 산화물;의 몰비는 99:1 내지 70:30인 것인 정공 수송층.
- 청구항 8에 있어서, 상기 정공 수송층은 바나듐 산화물 전구체를 포함하고, 티타늄 산화물 전구체 또는 아연 산화물 전구체를 포함하는 용질; 및 용매를 포함하는 용액을 포함하는 정공 수송층용 조성물을 이용하여 형성된 것인 정공 수송층.
- 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 정공 수송층용 조성물을 담지, 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사하는 단계를 포함하는 정공 수송층의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 담지, 코팅, 도포, 인쇄, 분무 또는 분사하는 단계 이후, 건조단계를 더 포함하는 것인 정공 수송층의 제조방법.
- 청구항 8에 따른 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지.
- 청구항 13에 있어서, 상기 유기 태양 전지는
제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 광활성층; 상기 제1 전극과 상기 광활성층 사이에 구비된 제1 버퍼층; 및 상기 광활성층과 제2 전극 사이에 구비된 제2 버퍼층을 포함하고,
상기 제2 버퍼층이 상기 정공 수송층인 것인 유기 태양 전지.
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| KR1020150067305A KR20160133988A (ko) | 2015-05-14 | 2015-05-14 | 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 |
Publications (1)
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| KR1020150067305A KR20160133988A (ko) | 2015-05-14 | 2015-05-14 | 정공 수송층용 조성물, 정공 수송층 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20160133988A (ko) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20220062827A (ko) | 2020-11-09 | 2022-05-17 | 한화솔루션 주식회사 | 역구조 페로브스카이트 태양전지의 전자전달층용 코팅제 및 역구조 페로브스카이트 태양전지 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110029751A (ko) | 2009-09-16 | 2011-03-23 | 주식회사 엘지화학 | 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 |
-
2015
- 2015-05-14 KR KR1020150067305A patent/KR20160133988A/ko not_active Application Discontinuation
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