KR20170037175A - Method for Manufacturing Organic solar cell - Google Patents
Method for Manufacturing Organic solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170037175A KR20170037175A KR1020150136383A KR20150136383A KR20170037175A KR 20170037175 A KR20170037175 A KR 20170037175A KR 1020150136383 A KR1020150136383 A KR 1020150136383A KR 20150136383 A KR20150136383 A KR 20150136383A KR 20170037175 A KR20170037175 A KR 20170037175A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- group
- surface treatment
- forming
- fluorine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 162
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 5
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 25
- -1 fluorine- Polybutylene terephthalate Chemical class 0.000 claims description 19
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 16
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 claims description 10
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- WFLOTYSKFUPZQB-OWOJBTEDSA-N (e)-1,2-difluoroethene Chemical group F\C=C\F WFLOTYSKFUPZQB-OWOJBTEDSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000005456 alcohol based solvent Substances 0.000 claims description 3
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 3
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000005227 gel permeation chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 claims description 3
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 claims description 3
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 125000005373 siloxane group Chemical group [SiH2](O*)* 0.000 claims description 3
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N urethane group Chemical group NC(=O)OCC JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 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 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UEXCJVNBTNXOEH-UHFFFAOYSA-N Ethynylbenzene Chemical group C#CC1=CC=CC=C1 UEXCJVNBTNXOEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 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 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 3
- AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 Chemical compound C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N cyclopentanone Chemical compound O=C1CCCC1 BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000007787 electrohydrodynamic spraying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical class [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 2
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloroethane Chemical compound CC(Cl)Cl SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC(Cl)=C1Cl RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGSINQHSYQBZBN-UHFFFAOYSA-N 1-(2-phenylethynyl)-2-(trifluoromethyl)benzene Chemical group FC(F)(F)C1=CC=CC=C1C#CC1=CC=CC=C1 RGSINQHSYQBZBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CXBDYQVECUFKRK-UHFFFAOYSA-N 1-methoxybutane Chemical compound CCCCOC CXBDYQVECUFKRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOPDYTCCKSYLJG-UHFFFAOYSA-N 3,3,3-trifluoroprop-1-ynylbenzene Chemical group FC(F)(F)C#CC1=CC=CC=C1 IOPDYTCCKSYLJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQYWXQCOYRZFAV-UHFFFAOYSA-N 3-octylthiophene Chemical compound CCCCCCCCC=1C=CSC=1 WQYWXQCOYRZFAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKJRIVCXNKBSQQ-UHFFFAOYSA-N 9h-carbazole;2-phenylethynylbenzene Chemical group C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1.C1=CC=CC=C1C#CC1=CC=CC=C1 CKJRIVCXNKBSQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018134 Al-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018467 Al—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- PJRZTLOAUXSLQF-UHFFFAOYSA-N C[Si](C)(C)C1=C(C(=C(C=C1)C#CC1=CC=CC=C1)C(C1=CC=CC=C1)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1)C(C1=CC=CC=C1)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1 Chemical group C[Si](C)(C)C1=C(C(=C(C=C1)C#CC1=CC=CC=C1)C(C1=CC=CC=C1)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1)C(C1=CC=CC=C1)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1 PJRZTLOAUXSLQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920000291 Poly(9,9-dioctylfluorene) Polymers 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N Tetrahydroanthracene Natural products C1=CC=C2C=C(CCCC3)C3=CC2=C1 XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WBCLXFIDEDJGCC-UHFFFAOYSA-N hexafluoro-2-butyne Chemical group FC(F)(F)C#CC(F)(F)F WBCLXFIDEDJGCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000015 polydiacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N tetracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC=CC=C4C=C3C=C21 IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- UZIXCCMXZQWTPB-UHFFFAOYSA-N trimethyl(2-phenylethynyl)silane Chemical group C[Si](C)(C)C#CC1=CC=CC=C1 UZIXCCMXZQWTPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L51/44—
-
- H01L51/0007—
-
- 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
Abstract
Description
본 발명은 유기태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코팅시의 표면개질을 통하여 고효율 고품질 모듈을 생산 가능하게 하는 유기태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an organic solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing an organic solar cell that enables a high-efficiency high-quality module to be produced through surface modification at the time of coating.
최근 전세계적으로 화석연료의 소비가 급격히 늘어나면서 유가가 급격히 상승하고 있으며 지구 온난화 등의 환경문제로 청정 대체 에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 세계 각국은 신재생 에너지원에 총력을 기울이고 있다.Recently, consumption of fossil fuels has rapidly increased worldwide, and oil prices are rapidly rising, and the need for clean alternative energy is increasing due to environmental problems such as global warming. As a result, countries around the world are concentrating their efforts on renewable energy sources.
무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생에너지 기술 중에서도 가장 관심을 받는 분야이다. 태양전지는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 최근 들어 정보 전자산업의 급속한 발전과 함께 차세대 전기전자 소자로서 다양한 유연성(flexible) 소자가 주목받고 있으며, 유기박막 태양전지(이하, "유기태양전지"라고 한다)는 이와 같은 소자의 유연성을 충족시키며, 무기계 태양전지에 비해 소재 비용의 대폭적인 절감이 가능한 장점 또는 갖는다. Solar cell technologies that produce electricity from sunlight, which is an infinite energy source, are among the most interested in renewable energy technologies. Solar cells are devices that convert light energy into electrical energy using a photovoltaic effect. 2. Description of the Related Art In recent years, along with the rapid development of the information electronics industry, a variety of flexible devices have been attracting attention as next-generation electric and electronic devices. Organic thin film solar cells (hereinafter referred to as "organic solar cells" , It has the advantage or the advantage that the cost of material can be greatly reduced as compared with the inorganic solar cell.
유기 태양 전지는 이중 결합이 교대로 되어 있는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공액 고분자(conjugated polymer), CuPc, 페릴렌, 펜타센 등의 감광성 저분자, 또는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르(PCBM) 등의 유기 반도체 재료와 같은 유기물질을 활용하는 구조의 태양 전지이다.Organic solar cells can be classified into conjugated polymers such as polyparaphenylenevinylene (PPV) in which double bonds are alternated, photosensitive low molecules such as CuPc, perylene, pentacene, or (6,6) And organic semiconductor materials such as C61-butyric acid methyl ester (PCBM).
유기 태양 전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 일반적으로 서로 대향하여 위치하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 위치하며, 공액 고분자와 같은 정공수용체(hole acceptor)과 플러렌 등의 전자수용체(electron acceptor)가 접합구조로 이루어진 유기물질을 포함하는 광활성층으로 이루어져 있으며, 필요에 따라 상기 광활성층의 상부 및 하부에 각각 정공전달층 및 전자전달층의 유기막을 더 포함한다.The organic solar cell basically has a thin film structure, and is generally disposed between the anode and the cathode opposite to each other, and is disposed between the anode and the cathode. The organic solar cell includes a hole acceptor such as a conjugated polymer, The electron acceptor includes a photoactive layer including an organic material having a bonding structure, and further includes an organic layer of a hole transport layer and an electron transport layer on upper and lower portions of the photoactive layer, respectively.
유기태양전지에 외부 광원으로부터 빛이 입사되면, 빛은 양극을 통과하여 광활성층으로까지 입사하고, 입사된 빛을 이루는 광자가 광활성층의 전자수용체에 존재하는 가전자대의 전자와 충돌하게 된다. 가전자대의 전자는 충돌한 광자로부터 광자의 파장에 해당하는 에너지를 받아 전도대로 도약하게 되고, 가전자대에는 정공이 남게 된다. 전자수용체에 남겨진 정공은 양극으로 이동하게 되고, 전도대의 전자는 음극으로 이동하게 되며, 각 전극으로 이동된 전자와 정공에 의해 유기 태양 전지는 기전력을 갖게 되어 전원으로 동작하게 된다.When light is incident on the organic solar cell from an external light source, the light passes through the anode and enters the photoactive layer, and the photons that form the incident light collide with the electrons of the valence band existing in the electron acceptor of the photoactive layer. The electrons of the valence band take energy corresponding to the wavelength of the photon from the collided photon and jump to the conduction band, and holes are left in the valence band. The holes left in the electron acceptor move to the anode, the electrons in the conduction band move to the cathode, and the electrons and holes moved to each electrode cause the organic solar cell to have an electromotive force and operate as a power source.
이 같은 유기 태양 전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 상기와 같은 기술적, 경제적 유리함에도 불구하고 낮은 효율로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 광활성층, 전자전달층 및 정공전달층을 포함하는 유기막에서의 최적의 유기물질 선정이나 유기막 제조 공정 개발을 통해 흡수한 빛을 효율적으로 활용하는 방법, 유기막의 형태, 구조 그리고 결정성 증가 등을 통해 전하 이동도를 증가시키는 방법 등 유기 태양 전지의 효율 향상을 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.Such an organic solar cell is advantageous in that it can be mass-produced with ease of processability and low price, and it is possible to produce a thin film by a roll-to-roll method, thereby making it possible to fabricate a large-area electronic device having flexibility . However, despite the technical and economical advantages as described above, it is difficult to put it into practical use because of its low efficiency. Accordingly, a method for efficiently utilizing the absorbed light through the selection of an optimal organic material in the organic layer including the photoactive layer, the electron transport layer, and the hole transport layer, or the development of the organic layer manufacturing process, the shape, structure, A method of increasing the charge mobility through the increase of the electron mobility, and the like.
유기 태양 전지의 제조에 있어서, 광활성층을 포함하는 유기막을 원하는 패턴으로 형성하는 패터닝 방법은 특히 중요한 기술 중의 하나이다. 종래 유기막 패터닝 방법으로 진공증착법, 레이저 전사법(Laser induced thermal image, LITI), 잉크젯 프린팅법(Ink-Jet Printing), 슬롯 다이 코팅법(slot die coating), 메케니컬 스크라이빙법(Mechanical Scribing) 등이 사용되었다.In the production of an organic solar cell, a patterning method of forming an organic film containing a photoactive layer in a desired pattern is one of particularly important techniques. Conventional organic film patterning methods include vacuum vapor deposition, laser induced thermal imaging (LITI), ink jet printing, slot die coating, mechanical scribing ) Were used.
도 1은 유기태양전지의 기판에 롤투롤 방식으로 패턴층이 형성되는 상태를 나타내는 제조 공정도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 슬롯 다이(10)는 필름형태의 기판(1)이 롤투롤(roll-to-roll) 인라인 방식으로 연속 공급되는 기판(1) 이동 경로 상에 설치되어 기판(1)에 소재를 도포하여 소정의 패턴을 형성한다. 슬롯 다이(10)는 연속 공급되는 기판(1)의 이동 경로 상에 간격을 두고 설치되어 있다. 간격을 두고 설치된 슬롯 다이(10)에서는 소재가 배출되어 기판에 도포 된다. 간격을 두고 설치된 슬롯 다이(10)에서는 소재가 배출되어 기판에 도포 된다. 각 슬롯 다이(10)에서 배출되는 소재는 순차적으로 적층되어 하나의 기판(1) 위에 여러 패턴층(2)이 순차적으로 적층된다. 상부 전극은 실버 페이스트(Silver Paste)를 이용하여 스크린 프린팅으로 적층하게 된다.1 is a manufacturing process diagram showing a state in which a pattern layer is formed on a substrate of an organic solar battery in a roll-to-roll manner. As shown in Fig. 1, a
그런데, 서로 다른 소재로 복수의 적층부를 형성할 때 소재간의 표면 에너지 차이에 기인하는 계면의 불안정으로 인해 코팅 패턴을 균일하게 형성하기 어려우며, 특히 표면 에너지 차이에 의한 수축현상이 발생하여 목표로 하는 박막의 폭을 구현하기 어려우며, 이로 인해 건조 후 박막의 중앙과 가장자리 간의 두께 편차가 커서 제품 성능의 균일성을 확보하기가 어렵게 된다는 문제점이 있었다.However, when a plurality of laminated portions are formed from different materials, it is difficult to uniformly form a coating pattern due to the instability of the interface due to the difference in surface energy between the materials. In particular, shrinkage due to surface energy difference occurs, It is difficult to realize the uniformity of the product performance because of the large thickness deviation between the center and the edge of the dried film after drying.
이런 문제는 특히 소수성층(예를 들면, 광활성층) 상에 친수성층(예를 들면, 정공수송층)을 도포할 때 심하게 발생하게 되며, 소수성층 상에 친수성층을 코팅할 시에는 수축(shrinkage)으로 인한 디웨팅(dewetting) 현상이 발생하게 된다. 디웨팅현상은 도포시 도포층이 불규칙한(쭈글쭈글한) 형태의 덩어리로 엉어리지는 현상이다. This problem occurs particularly when a hydrophilic layer (for example, a hole transport layer) is applied on a hydrophobic layer (for example, a photoactive layer) and shrinkage is caused when the hydrophilic layer is coated on the hydrophobic layer. A dewetting phenomenon occurs due to the presence of the catalyst. The dewetting phenomenon is a phenomenon in which the applied layer is entangled into irregularly shaped (lumpy) lumps during application.
한국공개특허 제2013-0121566호(공개일: 2013.11.06.)Korean Laid-Open Patent No. 2013-0121566 (published on November 11, 2013).
한국공개특허 제2013-0076609호(공개일: 2013.07.08.)Korean Laid-Open Patent No. 2013-0076609 (published on July 20, 2013).
본 발명은 종래 유기태양전지를 제조하는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 표면개질을 통하여 코팅층의 수축에 의한 디웨팅 현상을 최소화함으로써 고효율 고품질 모듈을 생산 가능하게 하는 유기태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional organic solar cell, and it is an object of the present invention to provide an organic solar cell which can produce a high-efficiency and high-quality module by minimizing the de- And a manufacturing method thereof.
본 발명에 의한 유기태양전지의 제조방법은 유기태양전지를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 적층된 제1전극층 상에 다수의 유기물층을 형성하는 단계와, 유기물층 상에 제2전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 다수의 유기물층을 형성하는 단계에서 코팅층을 형성하기 전에 코팅할 면에는 표면처리 용매를 분사하여 표면처리하는 표면처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention includes the steps of forming a plurality of organic layers on a first electrode layer laminated on a substrate and forming a second electrode layer on the organic layer And a surface treatment step of spraying a surface treatment solvent onto the surface to be coated before forming the coating layer in the step of forming a plurality of organic layers.
제1전극층은 음극으로 하고 제2전극층은 양극으로 하며, 유기물층을 형성하는 단계는 제1전극층 상에 전자전달층을 형성하는 단계와, 전자전달층 상에 광활성층을 형성하는 단계와, 광활성층의 표면을 표면처리 용매로 표면처리하는 단계와, 표면처리된 광활성층 상에 정공전달층을 형성하는 단계를 포함한다. 표면처리 용매는 정공전달층을 형성하기 전에 광활성층 상에 분사하여 코팅할 면을 표면처리한다.The first electrode layer may be a cathode and the second electrode layer may be an anode. The forming the organic layer may include forming an electron transport layer on the first electrode layer, forming a photoactive layer on the electron transport layer, A surface treatment with a surface treatment solvent, and a step of forming a hole transporting layer on the surface-treated photoactive layer. The surface treatment solvent is sprayed onto the photoactive layer to form a surface to be coated before forming the hole transport layer.
표면처리 단계에서는 전기방사법에 의해 표면처리 용매를 분사하여 코팅할 면을 표면처리한다. 전기방사법에서 표면처리 용매를 하전시키는 전압은 1~30 kV로 한다. 표면처리 용매 유속은 1~10 ml/min 으로 한다.In the surface treatment step, the surface to be coated is surface treated by spraying the surface treatment solvent by electrospinning. The voltage for charging the surface treatment solvent in the electrospinning method is 1 to 30 kV. The surface treatment solvent flow rate is 1 to 10 ml / min.
표면처리 용매는 알코올계 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 표면처리 용매는 불소계 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.The surface treatment solvent is preferably an alcohol-based solvent. The surface treatment solvent preferably contains a fluorine-based additive.
불소계 첨가제는, 불소계 고분자의 양 말단 중 적어도 하나의 말단이 카르복시기, 에스테르기, 아미드기, 알킬아미드기, 알코올기, 우레탄기, 실록산기, 인산기, 폴리에테르기, 음이온성 작용기, 양이온성 작용기, 비이온성 작용기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작용기로 치환된 것일 수 있다.The fluorine-based additive is a fluorine-based additive in which at least one end of the fluorine-containing polymer has a carboxyl group, an ester group, an amide group, an alkylamide group, an alcohol group, a urethane group, a siloxane group, a phosphate group, a polyether group, an anionic functional group, Nonionic functional groups, and combinations thereof. The term " functional group "
불소계 고분자는 퍼플루오로폴리에테르, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리-1,2-디플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The fluorine-based polymer may be at least one selected from the group consisting of perfluoropolyether, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, polytetrafluoroethylene, poly-1,2-difluoroethylene, . ≪ / RTI >
불소계 첨가제는 겔 투과 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량이 1,000 내지 2,000g/mol인 불소계 고분자일 수 있다. 불소계 첨가제는 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn)가 1 내지 4일 수 있다. 불소계 첨가제는 표면처리 용매 총 중량에 대하여 0.001 내지 5중량%로 포함될 수 있다.The fluorine-based additive may be a fluorine-based polymer having a polystyrene reduced weight average molecular weight of 1,000 to 2,000 g / mol by gel permeation chromatography. The fluorine-based additive may have a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight of 1 to 4. The fluorine-based additive may be contained in an amount of 0.001 to 5% by weight based on the total weight of the surface treatment solvent.
본 발명에 의한 유기태양전지의 제조방법에 의하면, 코팅 전에 표면개질을 통하여 코팅층의 수축에 의한 디웨팅 현상을 최소화함으로써 고효율 고품질 유기태양전지 모듈을 생산 가능하게 하는 효과가 있다.According to the method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention, it is possible to produce a high-efficiency high-quality organic solar cell module by minimizing the de-wedging phenomenon due to shrinkage of the coating layer through surface modification before coating.
특히, 소수성층(광활성층 등) 상에 친수성층(정공전달층 등)을 코팅할 시에 표면처리 용매(고 웨팅 용매 또는 불소계 혼합용매)에 의해 표면처리되는 광활성층은 표면에너지가 높아지고 디웨팅(Dewetting)이 개선됨으로써, 상부전극층(제2전극층)과 광활성층의 접촉으로 인한 박막의 손상(demage)을 없애주며, 결과적으로 단락전류밀도, 개방전압, 필팩터가 증가하여 고효율 고품질의 유기태양전지 모듈을 제작할 수 있게 된다.Particularly, when the hydrophilic layer (hole transport layer or the like) is coated on the hydrophobic layer (photoactive layer or the like), the photoactive layer surface-treated by the surface treatment solvent (high wetting solvent or fluorinated mixed solvent) (Second electrode layer) and the photoactive layer due to the improvement of the dewetting, thereby eliminating the damages of the thin film due to the contact between the upper electrode layer (second electrode layer) and the photoactive layer. As a result, the short circuit current density, The battery module can be manufactured.
도 1은 종래 유기태양전지의 기판에 롤투롤 방식으로 패턴층이 형성되는 상태를 나타내는 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지의 제조방법으로 제조된 유기태양전지의 일예를 나타내는 적층구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유기태양전지를 제조하는 전체 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 슬롯다이 전에 설치되는 전기방사장치를 나타내는 구성도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 용매로 표면처리하기 전과 표면처리한 후에 정공전달층이 광활성층을 덮은 상태를 비교하여 나타낸 사진이다.FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a state in which a pattern layer is formed on a substrate of a conventional organic solar battery by a roll-to-roll method.
2 is a flowchart showing a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a stacked structure view showing an example of an organic solar cell manufactured by the method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of an overall system for manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a configuration diagram showing an electrospinning device installed before the slot die of Fig. 4; Fig.
6 (a) and 6 (b) are photographs showing a state in which the hole transport layer covers the photoactive layer before and after the surface treatment with a solvent.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지의 제조방법으로 제조된 유기태양전지의 일예를 나타내는 적층구조도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유기태양전지를 제조하는 전체 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 기판에 코팅되는 제1전극층이 음극(ITO 전극)인 인버티드(inverted) 유기태양전지를 제조하는 방법을 예로 들어 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 슬롯다이 및 스크린 프린팅기를 이용하여 롤투롤 방식으로 유기태양전지를 제조하는 방법에 대해 예로 들어 설명한다. 본 발명은 다양한 코팅방법에 의해 유기태양전지를 제조하는 방법에 적용될 수 있음은 물론이다.FIG. 2 is a flow chart showing a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a laminated structure showing an example of an organic solar cell manufactured by the method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention And FIG. 4 is a schematic view of an overall system for manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a method of manufacturing an inverted organic solar cell in which a first electrode layer coated on a substrate is a cathode (ITO electrode) will be described as an example. In addition, in this embodiment, a method of manufacturing an organic solar cell by a roll-to-roll method using a slot die and a screen printing machine will be described as an example. It goes without saying that the present invention can be applied to a method of manufacturing an organic solar cell by various coating methods.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예로서 유기태양전지는 제1전극층 형성단계(S110)와, 전자전달층 형성단계(S120)와, 광활성층 형성단계(S130)와, 표면처리 단계(S140)와, 정공전달층 형성단계(S150)과, 제2전극층 형성단계(S160)를 포함한다. 이에 따라 제조된 유기태양전지(100)는 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(P), 제1전극층(110), 전자전달층(120), 광활성층(130), 정공전달층(150, 정공수송층)과 제2전극층(160)을 포함한다. 전자전달층(120)과 광활성층(130)과 정공전달층(150)은 유기물층이다.As shown in FIG. 2, an organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first electrode layer forming step S110, an electron transport layer forming step S120, a photoactive layer forming step S130, (S140), a hole transport layer formation step (S150), and a second electrode layer formation step (S160). 3, the organic solar battery 100 manufactured according to the present invention includes a substrate P, a
도 4에 도시한 바와 같이 권출롤(R1)에서 공급된 기판(P)은 다수의 롤에 안내되어 이송되면서 다수의 슬롯 다이(SD1 ~ SD4) 및 프린팅기 및 건조기(Dryer)를 거치면서 소재가 도포되어 소정의 패턴층(110, 120, 130, 150, 160)을 형성하는 한편, 베리어 필름(BF)이 라미네이팅되어 밀봉층(PL)이 형성되어 유기태양전지가 완성된다. 광활성층(130)을 형성하는 슬롯 다이(SD3)와 정공전달층(140)을 형성하는 슬롯 다이(SD4) 사이에는 표면처리 단계(S140)를 행하는 전기방사장치(50, Electrospraying Device)가 설치된다. As shown in FIG. 4, the substrate P supplied from the unwinding roll R1 is guided and conveyed by a plurality of rolls, passes through a plurality of slot dies SD1 to SD4, a printing machine and a dryer, And the barrier layer BF is laminated to form the sealing layer PL to complete the organic solar cell. An
기판(P)은 석영 또는 유리와 같은 무기 기재 필름을 사용할 수 있고, 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 플라스틱 기재 필름을 사용할 수도 있다. 특히, 상기 플라스틱 기재 필름은 플렉시블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용할 수 있다.The substrate P may be an inorganic substrate film such as quartz or glass and may be formed of a material such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polypropylene And any one selected from the group consisting of polyimide (PI), polyethylene sulfonate (PES), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polyether sulfone (PES), and polyetherimide May be used. In particular, the plastic base film may be flexible and have high chemical stability, mechanical strength and transparency.
제1전극층 형성단계(S110)을 통해 형성되는 제1전극층(110)은 음극(cathode)층을 이루고, ITO(INdium Tin Oxide), SnO2, IZO(In2O3-ZnO), AZO(aluminum doped ZnO), GZO(gallium doped ZnO), Graphene, CNT, Nanowire, Ag grid, Conducting polymer (PEDOT:PSS) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 ITO(INdium Tin Oxide)로 코팅하면 좋다. The
음극은 기판(P) 상에 형성되고, 전도성 고분자 물질, SWCNT(single-walled carbon nanotubes) 또는 MWCNT(multi-walled carbon nanotubes)로 구성될 수 있다. 한편, 음극의 경우 ITO(indium tin oxide)라는 금속 산화물을 대부분 이용한다. 제1전극층(110)은 슬롯 다이(SD1)을 통해 소재가 기판(P)에 도포된 후, 건조기(Dryer)을 통해 건조된다.The cathode is formed on the substrate P and may be composed of a conductive polymer material, single-walled carbon nanotubes (SWCNT), or multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). On the other hand, in the case of the cathode, metal oxide such as ITO (indium tin oxide) is mostly used. The
전자전달층 형성단계(S120)을 통해 형성되는 전자전달층(120)은 광활성층(130)에서 분리된 전자가 이동하는 공간으로서 제1전극층(110) 상에 형성된다. 이때, 전자전달층(120)은, 용액화가 가능한 ZnO 나노파티클이나 TiOx 나노파티클을 포함한다. 전자전달층(120)은 전자의 이동 속도를 증가시켜 유기 태양 전지의 작동을 가능하게 하고, 외부로부터 침투하는 산소와 수분을 차단하여 광활성층(130)에 포함된 고분자가 산소와 수분에 의하여 열화되는 것을 방지하여 유기 태양 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.The
전자전달층(120)은 두께가 10 내지 500nm, 바람직하게 20 내지 300nm, 더욱 바람직하게 20 내지 200nm일 수 있다. 전자전달층(120)의 두께가 상기 범위 내인 경우 전자의 이동 속도를 향상시키면서도 외부로부터 산소와 수분이 침투하여 광활성층 및 정공전달층에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The
전자전달층(120)에는 금속산화물이 포함되며, 금속산화물은 평균 입경이 10nm 이하이고, 바람직하게 1 내지 8nm이고, 더욱 바람직하게 3 내지 7nm일 수 있다. 금속산화물은 Ti, Zn, Si, Mn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속의 산화물일 수 있으며, 바람직하게 ZnO일 수 있다. ZnO는 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있어, 음극(110)과 함께 사용하는 경우 전자의 이동을 더욱 향상시킬 수 있다. 전자전달층(120)은 슬롯 다이(도시안됨)을 통해 소재가 제1전극층(110)에 도포된 후, 건조기(Dryer)을 통해 건조된다.The
광활성층 형성단계(S130)를 통해 형성되는 광활성층(130)은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종 접합 구조를 가진다. 상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체를 포함한다. 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The
바람직하게는 상기 정공수용체는 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], 폴리(2-메틸-5-(3',7'-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl-5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.Preferably, the hole acceptor is selected from the group consisting of poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT), poly- p-phenylenevinylene, PPV], poly (9,9'-dioctylfluorene), poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) Poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] ) -1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV], and combinations thereof. The term " poly (2-methyl-5- It can be either.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60) 또는 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 전자수용체는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The electron acceptor may be any nanoparticle selected from the group consisting of fullerene (C60) or a fullerene derivative, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe, and combinations thereof. The electron acceptor is also (6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6) -phenyl-C71-butyric acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6) -thienyl-C61-butyric acid methyl ester [(6,6) -thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], carbon nanotubes, and combinations thereof.
광활성층(130)은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율을 1:0.1 내지 1:2일 수 있다. 광활성층(130)은 슬롯 다이(SD3)을 통해 소재가 전자전달층(120)에 도포된 후, 건조기(Dryer)을 통해 건조된다.The
광활성층(130)이 건조기를 통해 건조된 후, 광활성층(130)의 표면에는 표면처리 용매를 분사하여 표면처리하는 표면처리 단계(S140)를 거친다.After the
표면처리 단계(S140)에서는 전기방사 장치(ESD, Electrospraying Device)를 사용하여 전기방사법에 의해 표면처리 용매를 분사하여 표면처리한다. 전기방사법은 원래 전기장을 이용하여 ㎛~㎚ 스케일의 직경을 갖는 연속상의 섬유를 구현하는 방법으로서, 펌프를 통해 고분자 용액을 일정한 속도로 토출하고, 고전압을 가해주면 노즐끝에서 표면장력보다 강한 전압으로 인해 섬유가 형성되는 방법이다. 고분자 용액의 농도가 낮거나 용매만 사용할 경우에는 전기적 분무(Electrospraying)가 되어 표면처리용으로 사용이 가능하다. 종래에는 광활성층 위에 정공전달층을 형성할 시에 수축으로 인한 디웨팅 현상을 일어나는 문제점을 해결하기 위해, 정공전달층에 계면활성제를 첨가하는 기술이 개시되어 있지만, 완벽한 개선이 되지 않았다. 그러나, 이와 같이 본 발명에 의한 전기방사법에 의한 전기적 분무에 의해 고 웨팅(wetting) 용매로 표면처리하게 되면 디웨팅(dewetting)이 개선되어 고효율 고품질의 유기태양전지를 제조할 수 있게 된다.In the surface treatment step (S140), the surface treatment solvent is sprayed by electrospinning using an electrospraying device (ESD) to perform surface treatment. The electrospinning method is a method of realizing a continuous-phase fiber having a diameter of from 탆 to nm scale by using an electric field originally. The polymer solution is discharged at a constant rate through a pump, and when a high voltage is applied, This is how fibers are formed. When the concentration of the polymer solution is low or only the solvent is used, it can be used for surface treatment by electrospraying. Conventionally, a technique of adding a surfactant to a hole transport layer has been disclosed to solve the problem of de-wettling due to shrinkage in forming a hole transport layer on a photoactive layer, but this has not been completely improved. However, when the surface treatment is performed with a high wetting solvent by the electric spraying by the electrospinning method according to the present invention, dewetting is improved, and a high-efficiency and high-quality organic solar cell can be manufactured.
전기방사장치(50)는 도 5에 도시한 바와 같이, 고전압이 걸려 있고 표면처리 용매가 노즐을 통해 토출되는 노즐 용기(51)와, 표면처리 용매가 수용되는 원료용기(52)와, 원료용기(52)의 표면처리 용매를 노즐 용기(51)의 노즐로 압송하는 펌프(53)와, 이송되는 웹(web)의 기판(P)의 하측에 설치되어 노즐 용기(51)와 반대 전하를 띠는 고전압이 걸린 전극부(54)를 포함한다. 전기방사장치는 일반적인 전기방사장치와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다. As shown in FIG. 5, the
펌프(53)의 펌핑력에 의하여 원료용기(52)에 수용된 표면처리 용매가 일정한 속도로 노즐 용기(51)의 노즐로 공급되고, 노즐 용기(51)에 걸려 있는 고전압에 의해 표면처리 용매는 노즐에서 토출되어 컬렉터(54)의 상측에서 이송되는 웹의 광활성층(130) 상에 분사되어 광활성층이 표면처리된다. The surface treating solvent contained in the
표면처리 용매를 하전시키는 전압은 1~30kV이고, 용매 유속은 1~10ml/min 이며, 방사(분무) 높이는 5~30cm이고, 노즐 크기는 18~30G(Gauge) 내에서 표면처리를 하게 되는데, 용매의 유속, 전압의 세기, 방사(분무) 높이 및 노즐 크기를 조절하여 광활성층 위에 처리되는 용매의 양을 조절할 수 있다. 전압이 증가할수록 보다 넓은 면적 및 미세한 용매의 액적(droplet)으로 표면처리가 가능하다. 또한 용매 유속이 증가할수록, 노즐 크기가 커질수록(G값이 작아질수록) 보다 큰 용매 액적으로 처리가 가능하다. 방사(분무) 높이가 증가할수록 처리되는 면적이 증가하게 된다. 상기 조건을 바탕으로 표면처리 면적 및 처리되는 용매의 액적(droplet)의 크기를 조절하여 표면처리 상태를 최적화 할 수 있다.The spraying height is 5 ~ 30cm and the nozzle size is surface treated in 18 ~ 30G (Gauge). The spraying height is 5 ~ 30cm and the spraying height is 1 ~ 30kV, solvent flow rate is 1 ~ 10ml / The amount of solvent treated on the photoactive layer can be controlled by adjusting the flow rate of the solvent, the intensity of the voltage, the spinning (spraying) height and the nozzle size. As the voltage increases, the surface can be treated with droplets of a wider area and fine solvent. Also, as the solvent flow rate increases, the larger the nozzle size (the smaller the G value), the greater the solvent droplet size. As the radiation (spray) height increases, the area to be treated increases. Based on the above conditions, the surface treatment condition can be optimized by adjusting the surface treatment area and the size of the droplet of the treated solvent.
이러한 표면처리 용매(고 웨팅 용매 또는 불소계 혼합용매)에 의해 표면처리되는 광활성층은 표면에너지가 높아지고 디웨팅(Dewetting)이 개선됨으로써, 상부전극(제2전극층)과 광활성층의 접촉으로 인한 박막의 손상(demage)을 없애주며, 결과적으로 단락전류밀도, 개방전압, 필팩터가 증가하여 고효율 고품질의 유기태양전지 모듈을 제작할 수 있게 된다.The photoactive layer surface-treated with such a surface treatment solvent (a high-wetting solvent or a fluorine-based mixed solvent) has a high surface energy and improved dewetting so that the thin film due to the contact between the upper electrode (second electrode layer) Thereby eliminating the demage. As a result, the short circuit current density, the open-circuit voltage and the fill factor are increased, and thus a high-efficiency and high-quality organic solar cell module can be manufactured.
표면처리 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 등의 알코올; 또는 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF),디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸술폭사이드(DMSO), 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 등의 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 표면처리 용매는 특히 알코올계 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 표면처리 용매는 불소계 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.Examples of the surface treatment solvent include alcohols such as ethanol, methanol, propanol, isopropanol and butanol; (DMF), dimethylacetamide (DMAC), dimethylsulfoxide (DMF), tetrahydrofuran (DMF), or the like, or a solvent such as acetone, pentane, toluene, benzene, diethyl ether, methyl butyl ether, N-methylpyrrolidone (DMSO), carbon tetrachloride, dichloromethane, dichloroethane, trichlorethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol, methyl An organic solvent such as ether ketone, or a mixture thereof. The surface treatment solvent is preferably an alcohol-based solvent. The surface treatment solvent preferably contains a fluorine-based additive.
불소계 첨가제는, 불소계 고분자의 양 말단 중 적어도 하나의 말단이 카르복시기, 에스테르기, 아미드기, 알킬아미드기, 알코올기, 우레탄기, 실록산기, 인산기, 폴리에테르기, 음이온성 작용기, 양이온성 작용기, 비이온성 작용기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작용기로 치환된 것일 수 있다.The fluorine-based additive is a fluorine-based additive in which at least one end of the fluorine-containing polymer has a carboxyl group, an ester group, an amide group, an alkylamide group, an alcohol group, a urethane group, a siloxane group, a phosphate group, a polyether group, an anionic functional group, Nonionic functional groups, and combinations thereof. The term " functional group "
불소계 고분자는 퍼플루오로폴리에테르, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리-1,2-디플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The fluorine-based polymer may be at least one selected from the group consisting of perfluoropolyether, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, polytetrafluoroethylene, poly-1,2-difluoroethylene, . ≪ / RTI >
불소계 첨가제는 겔 투과 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량이 1,000 내지 2,000g/mol인 불소계 고분자일 수 있다. 불소계 첨가제는 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn)가 1 내지 4일 수 있다. 불소계 첨가제는 표면처리 용매 총 중량에 대하여 0.001 내지 5중량%로 포함될 수 있다.The fluorine-based additive may be a fluorine-based polymer having a polystyrene reduced weight average molecular weight of 1,000 to 2,000 g / mol by gel permeation chromatography. The fluorine-based additive may have a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight of 1 to 4. The fluorine-based additive may be contained in an amount of 0.001 to 5% by weight based on the total weight of the surface treatment solvent.
정공전달층 형성단계(S150)을 통해 형성되는 정공전달층(150)은 광활성층(130)에서 발생된 정공을 제2전극층(160, 양극)으로 이동시키는 것을 도와주는 층이다. 상기 정공전달층(150)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 포함할 수 있다. 정공전달층(150)은 슬롯 다이(SD4)을 통해 소재가 표면처리된 광활성층(130)에 도포된 후, 건조기(Dryer)을 통해 건조된다.The
제2전극층 형성단계(S160)을 통해 형성되는 제2전극층(160)은 양극(anode)층을 이루고, Au, Al, Ag, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg 또는 LiF-Al 층일 수 있고, 바람직하게는 Ag로 코팅하면 좋다. 본 실시예에서 제2전극층(160)은 실버 페이스트(Silver Paste)를 이용하여 스크린 프린팅으로 적층된 후, 건조기를 통해 건조된다.
The
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
[제조예: 유기 태양 전지의 제조][Production Example: Production of Organic Solar Cell]
(실시예)(Example)
ITO층이 형성된 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 ITO층 위에 ZnO 함유 코팅액을 스트라이프 형태로 슬롯다이 코팅한 후 건조하여 ZnO의 전자전달층을 형성하였다. 이어서 상기 ZnO 전자전달층 위에 광활성층 형성용 코팅용액을 슬롯 다이 코팅 후 건조하여 광활성층을 제조하였다. A ZnO-containing coating solution was slot-die-coated on the ITO layer in a stripe form while the base film on which the ITO layer was formed was transferred in a roll-to-roll manner, and then dried to form an electron transport layer of ZnO. Then, a coating solution for forming a photoactive layer was coated on the ZnO electron transport layer by slot die coating and dried to prepare a photoactive layer.
다음으로, 이소프로필 알코올을 포함한 표면처리 용액을 분사시켜 광활성층의 표면에 처리한 후, 표면처리된 광활성층 위에 정공수송층 코팅액을 슬롯 다이 코팅하고, 건조하여 정공전달층을 형성하였다. 이후, 스크린 프린터를 이용하여 상기 정공전달층 위에 Ag 전극을 프린팅하여 유기 태양 전지를 제작하였다.Subsequently, a surface treatment solution containing isopropyl alcohol was sprayed onto the surface of the photoactive layer. Then, the hole transport layer coating liquid was coated on the surface-treated photoactive layer by slot die coating and dried to form a hole transport layer. Then, an Ag electrode was printed on the hole transport layer using a screen printer to produce an organic solar cell.
(비교예)(Comparative Example)
정공전달층을 형성하기 전에 표면처리 용매로 표면처리 하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 실시하여 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in the above example except that the surface treatment with a surface treatment solvent was not performed before forming the hole transport layer.
[시험예: 정공전달층이 광활성층을 덮은 커버 면적 평가][Test example: evaluation of the cover area in which the hole transport layer covers the photoactive layer]
상기 실시예 및 비교예에서의 유기 태양 전지 제조과정 중 정공전달층이 광활성층을 덮은 면적을 관찰하였다. 그 결과는 도 6의 (a) 및 (b)의 사진과 같다.The area of the hole transport layer covering the photoactive layer was observed during the manufacturing process of the organic solar cell in the above Examples and Comparative Examples. The results are shown in the photographs of FIGS. 6 (a) and 6 (b).
도 6의 (a)는 용매로 표면처리하지 않은 예(비교예)에서 정공전달층이 광활성층을 덮은 상태를 나타낸 사진이고, 도 6의 (b)는 용매로 표면처리한 예(실시예)에서 정공전달층이 광활성층을 덮은 상태를 나타낸 사진이다.6 (a) is a photograph showing a state in which the hole transporting layer is covered with the photoactive layer in the example (comparative example) in which the surface treatment with a solvent is not performed, and Fig. 6 (b) In which the hole transport layer covers the photoactive layer.
나타난 바와 같이 도 6의 (a)에서 정공전달층이 광활성층을 덮은 커버 면적(폭)은 약 6mm임에 반해, 도 6의 (b)에서 정공전달층이 광활성층을 덮은 커버 면적(폭)은 약 9mm로 나타났다.6 (a), the cover area (width) in which the hole transport layer covers the photoactive layer is about 6 mm, whereas the hole transport layer in FIG. 6 (b) Was about 9 mm.
정공전달층(정공수송층)이 광활성층을 90%이상 커버하면, 상부전극으로 인한 손상(demage)이나 마이그레이션(migration) 현상을 막아 주게 되어 수명향상에 도움을 주게 된다.If the hole transport layer (hole transport layer) covers 90% or more of the photoactive layer, it prevents the demage or migration due to the upper electrode and thus helps to improve the lifetime.
이와 같이 본 발명에 의하면, 소수성인 광활성층 상에 친수성인 정공전달층을 도포할 때 수축(shrinkage)되는 현상을 방지하여 디웨팅(Dewetting)을 개선하므로써, 유효한 광활성 면적이 증가되어 고효율 고품질의 유기태양전지를 얻을 수 있다.
As described above, according to the present invention, when a hydrophilic hole transport layer is coated on a hydrophobic photoactive layer, the phenomenon of shrinkage is prevented, thereby improving the dewetting. As a result, the effective photoactive area is increased and high- Solar cells can be obtained.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
50 : 전기방사 장치
51 : 노즐 용기
52 : 원료용기
53 : 펌프
54 : 전극부
110 : 제1전극층
120 : 전자전달층
130 : 광활성층
150 : 정공전달층
160 : 제2전극층
BF : 베리어 필름
P : 기판
PL : 밀봉층
R1 : 권출롤
SD1~SD4 : 슬롯 다이50: electrospinning device 51: nozzle vessel
52: raw material container 53: pump
54:
110: first electrode layer 120: electron transport layer
130: photoactive layer 150: hole transport layer
160: Second electrode layer
BF: barrier film P: substrate
PL: sealing layer R1: take-off roll
SD1 to SD4: Slot die
Claims (13)
기판에 적층된 제1전극층 상에 다수의 유기물층을 형성하는 단계와,
상기 유기물층 상에 제2전극층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 다수의 유기물층을 형성하는 단계에서, 코팅층을 형성하기 전에 코팅할 면에는 표면처리 용매를 분사하여 표면처리하는 표면처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.A method of manufacturing an organic solar cell,
Forming a plurality of organic layers on a first electrode layer stacked on a substrate,
And forming a second electrode layer on the organic material layer,
And a surface treatment step of spraying a surface treatment solvent onto the surface to be coated before forming the coating layer to form a surface treatment in the step of forming the plurality of organic layers.
상기 표면처리 용매는 정공전달층을 형성하기 전에 광활성층 상에 분사하여 코팅할 면을 표면처리하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the surface treatment solvent is sprayed onto the photoactive layer prior to forming the hole transporting layer, and the surface to be coated is surface-treated.
상기 제1전극층은 음극으로 하고 상기 제2전극층은 양극으로 하며,
상기 유기물층을 형성하는 단계는 상기 제1전극층 상에 전자전달층을 형성하는 단계와, 상기 전자전달층 상에 광활성층을 형성하는 단계와, 상기 광활성층의 표면을 표면처리 용매로 표면처리하는 단계와, 표면처리된 광활성층 상에 정공전달층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode layer is a cathode and the second electrode layer is an anode,
The forming of the organic material layer may include forming an electron transport layer on the first electrode layer, forming a photoactive layer on the electron transport layer, surface-treating the surface of the photoactive layer with a surface treatment solvent And a step of forming a hole transporting layer on the surface-treated photoactive layer.
상기 표면처리 단계에서는 전기방사법에 의해 상기 표면처리 용매를 분사하여 코팅할 면을 표면처리하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the surface treatment step comprises spraying the surface treatment solvent by an electrospinning method to surface-treat the surface to be coated.
상기 전기방사법에서 상기 표면처리 용매를 하전시키는 전압은 1~30KV로 하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 4,
Wherein the voltage for charging the surface treatment solvent in the electrospinning method is 1 to 30 KV.
상기 전기방사법에서 상기 표면처리 용매의 유속은 1~10ml/min로 하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 4,
Wherein the flow rate of the surface treatment solvent in the electrospinning process is 1 to 10 ml / min.
상기 표면처리 용매는 알코올계 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the surface treatment solvent is an alcohol-based solvent.
상기 표면처리 용매는 불소계 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the surface treatment solvent comprises a fluorine-based additive.
상기 불소계 첨가제는,
불소계 고분자의 양 말단 중 적어도 하나의 말단이 카르복시기, 에스테르기, 아미드기, 알킬아미드기, 알코올기, 우레탄기, 실록산기, 인산기, 폴리에테르기, 음이온성 작용기, 양이온성 작용기, 비이온성 작용기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작용기로 치환된 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
The fluorine-
Wherein at least one terminal of the fluorine-containing polymer has at least one terminal group selected from the group consisting of a carboxyl group, an ester group, an amide group, an alkylamide group, an alcohol group, a urethane group, a siloxane group, a phosphoric acid group, a polyether group, an anionic functional group, a cationic functional group, And a functional group selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 불소계 고분자는
퍼플루오로폴리에테르, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리-1,2-디플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 9,
The fluorine-
Polybutylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, poly-1,2-difluoroethylene, and mixtures thereof, which is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, perfluoropolyether, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, ≪ / RTI >
상기 불소계 첨가제는 겔 투과 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량이 1,000 내지 2,000g/mol인 불소계 고분자인 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the fluorine-based additive is a fluorine-based polymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 2,000 g / mol by gel permeation chromatography.
상기 불소계 첨가제는 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn)가 1 내지 4인 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the fluorine-based additive has a ratio (Mw / Mn) of a weight-average molecular weight to a number-average molecular weight of 1 to 4.
상기 불소계 첨가제는 표면처리 용매 총 중량에 대하여 0.001 내지 5중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the fluorine-based additive is contained in an amount of 0.001 to 5 wt% based on the total weight of the surface treatment solvent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150136383A KR20170037175A (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for Manufacturing Organic solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150136383A KR20170037175A (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for Manufacturing Organic solar cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170037175A true KR20170037175A (en) | 2017-04-04 |
Family
ID=58588365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150136383A KR20170037175A (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for Manufacturing Organic solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20170037175A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11171289B2 (en) | 2017-05-02 | 2021-11-09 | Lg Chem, Ltd. | Method for manufacturing organic solar cell and organic solar cell manufactured using same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130076609A (en) | 2011-12-28 | 2013-07-08 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Manufacturing for polymer solar cell |
KR20130121566A (en) | 2012-04-27 | 2013-11-06 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Slot die and method for manufacturing organic solar cell |
-
2015
- 2015-09-25 KR KR1020150136383A patent/KR20170037175A/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130076609A (en) | 2011-12-28 | 2013-07-08 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Manufacturing for polymer solar cell |
KR20130121566A (en) | 2012-04-27 | 2013-11-06 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Slot die and method for manufacturing organic solar cell |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11171289B2 (en) | 2017-05-02 | 2021-11-09 | Lg Chem, Ltd. | Method for manufacturing organic solar cell and organic solar cell manufactured using same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8728848B2 (en) | Solution processing method for forming electrical contacts of organic devices | |
EP2803095B1 (en) | Patterned organic semiconductor layers | |
US20120118368A1 (en) | Method for Increasing the Efficiency of Organic Photovoltaic Cells | |
EP2443683B1 (en) | Wrapped optoelectronic devices and methods for making same | |
US8071414B2 (en) | Organic photovoltaic device with improved power conversion efficiency and method of manufacturing same | |
Etxebarria et al. | Surface treatment patterning of organic photovoltaic films for low-cost modules | |
KR101565338B1 (en) | Organic solar cell and method for manufacturing the same | |
KR102060805B1 (en) | Photovoltaic Yarn and Manufacturing Method | |
KR20170037175A (en) | Method for Manufacturing Organic solar cell | |
KR20180105985A (en) | Organic photovoltaics and method for manufacturing the same | |
KR101414011B1 (en) | Polymer solar cell and method for manufacturing the same | |
Singh et al. | Organic Photovoltaic Cells: Opportunities and Challenges | |
KR20160080591A (en) | Method for Manufacturing Organic solar cell | |
KR101564969B1 (en) | Structure of polymer solar cell module and method for manufacturing the same | |
KR101564226B1 (en) | A method of preparing metal thin film | |
Liu et al. | Enhanced performance of bulk heterojunction solar cells fabricated by polymer: Fullerene: Carbon-nanotube composites | |
한주원 | Organic Electronic Devices with Highly Conductive Polymers | |
Po et al. | Interfacial Layers | |
KR20150001956A (en) | Method for manufacturing organic solar cell and an organic solar cell manufacturing by using the same | |
KR101470816B1 (en) | Photovoltaic cell comprising nano-particle layer and method for producing the same | |
Fasihbeiki et al. | Performance improvement of polymer solar cells using SWCNT as a buffer layer and solvent engineering | |
KR20180033916A (en) | Method for manufacturing organic photovoltaics and organic photovoltaics manufactured by the same | |
KR20170113233A (en) | Organic solar cell and method for manufacturing the same | |
Gupta | DESIGNING AND FABRICATION OF PLASMONIC SOLAR CELLS BY INCORPORATING MWTAL NANOPARTICLES | |
KR20170141407A (en) | Organic photovoltaics and method for manufacturing the same |