KR20170113194A - 유기 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기 태양전지는 광활성층과 정공수송층 간의 접합성을 개선하여 유기 태양전지의 성능, 수명 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

유기 태양전지 및 그 제조 방법{ORGANIC PHOTOVOLTAIC CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 성능, 수명 및 신뢰성이 향상된 유기 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 유가 상승, 지구환경문제, 화석에너지의 고갈, 원자력발전 폐기물 처리 등의 문제로 인하여 신ㆍ재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원으로서 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
태양전지는 크게 무기 태양전지와 유기 태양전지로 구분될 수 있다. 그 중에서도 유기 태양전지는, 고분자 혹은 저분자 유기 반도체를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 기술을 사용하며, 유기물의 가장 큰 장점인 저렴한 비용과 제조공정의 용이성을 가진다는 장점이 있다.
특히 ITO 등의 투명전극이 음극을 나타내고, 금속층이 양극을 나타내는 인버티드 전극 구조의 유기 태양전지의 경우, 산화 등에 따른 소자의 수명 단축 및 효율 저하를 방지할 수 있다는 점에서 장점을 갖는다.
통상적으로 인버티드 전극 구조의 유기 태양전지는 음극, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 양극과 같이 복수의 층이 적층된 다층 구조를 가지는 박막형 구조를 가지고 있다. 다층 박막 구조를 갖는 유기 태양전지는 슬롯 다이 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 코팅 등 다양한 코팅법을 이용하여 제조할 수 있다. 다만, 스핀 코팅법 등을 통하여 소수성을 가지는 광활성층 위에 친수성의 정공수송층을 적층하는 경우 박막의 품질이 저하되어 1~2%대의 낮은 에너지 변환효율을 보이는 문제가 발생할 수 있어, 보다 바람직하게는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 슬롯 다이 코팅법이 주로 이용된다.
그러나, 슬롯 다이 코팅법 등을 통하여 다층 박막 구조를 형성할 경우, 용액의 점도, 사용자 및 제조 환경 등에 따라 일정한 폭 및 두께의 박막을 반복적으로 생산하지 못하여, 원하는 설계치에 부합하는 유기 태양전지를 대량 생산하지 못하는 문제가 있다.
특히 소수성을 띄는 광활성층과 친수성을 띄는 정공수송층 사이의 접합 불량이 발생하고, 이로 인한 유기 태양전지의 성능 및 수명 저하 등의 문제가 발생한다.
Aung Ko Ko Kyaw et al., An inverted organic solar cell employing a sol-gel derived ZnO electron selective layer and thermal evaporated　MoO3　hole selective layer, Appl. Phys. Lett., 2008, 93, 221107
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 점도가 상이한 정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 서로 다른 면저항을 갖는 정공수송층을 2층으로 구비함으로써 정공수송층과 광활성층의 표면에너지 차이로 인한 계면의 불안정성을 개선하고, 공정성을 향상시켜 유기 태양전지의 성능, 수명 및 신뢰성이 개선됨을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 성능, 수명 및 신뢰성을 가지는 유기 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 제1정공수송층; 제2정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층되며;
상기 제1정공수송층은 제2정공수송층보다 높은 면저항을 갖는 유기 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
2) 상기 하부 전극 상에 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계;
3) 상기 전자수송층 상에 광활성층 형성용 조성물을 이용하여 광활성층을 형성하는 단계;
4) 상기 광활성층 상에 제1정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제1정공수송층을 형성하는 단계;
5) 상기 제1정공수송층 상에 제2정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제2정공수송층을 형성하는 단계; 및
6) 상기 제2정공수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1정공수송층은 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도의 조성물을 사용하여 형성하는 유기 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 유기 태양전지는 서로 다른 면저항을 제1 및 제2정공수송층을 구비하는데, 이들 각각을 서로 다른 용매를 사용하며, 점도가 상이한 각각의 정공수송층 형성용 조성물로 형성함으로써, 광활성층 상에 정공수송층 형성시 발생하는 계면의 불안정성을 최소화하고, 설계치에 부합하는 두께 및 선폭으로 제조할 수 있어 유기 태양전지의 성능, 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 단면도이다.
도 2는 유기태양전지에서 광활성층 및 정공수송층 사이의 건조 전후 패턴 변형을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 유기 태양전지의 시간 경과에 따른 전력변환효율 유지 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지는 기판(10) 상에 하부 전극(20), 전자수송층(30), 광활성층(40), 제1정공수송층(50), 제2정공수송층(51) 및 상부 전극(60)이 순차적으로 적층되어 있다.
이러한 다층 박막 구조를 갖는 유기 태양전지는 용액 기반의 코팅 공정을 통해 제조되는데 전술한 바와 같이, 광활성층과 정공수송층의 표면에너지가 상이하기 때문에 두 층간의 계면이 불안정하여 접합 불량 문제가 발생된다. 이러한 접합 불량 문제는 공정 균일성 및 공정 안정성을 제공하기 어려울 뿐만 아니라 유기 태양전지의 성능, 수명 및 신뢰성을 저하시킨다.
이에 본 발명에서는 서로 다른 면저항을 갖는 정공수송층을 2층으로 구비하며, 이들 각각을 서로 다른 용매를 사용하며, 상이한 점도를 갖는 정공수송층 형성용 조성물을 통해 형성함으로써 기존 유기 태양전지에서 발생하는 광활성층과 정공수송층 사이의 접합성을 개선하여 유기 태양전지의 성능, 수명 및 신뢰성을 향상시킨다.
따라서, 본 발명에서 제시하는 유기 태양전지는 제1정공수송층(50) 및 제2정공수송층(51)으로 이루어진 다층 구조의 정공수송층을 포함하되, 상기 제1정공수송층(50)과 제2정공수송층(51)의 면저항을 달리하도록 한다.
면저항(sheet resistance, Rs)이란 박막의 물성, 그 중에서도 전도성을 측정하기 위한 파라미터로서, 오옴의 법칙에 따라 시료에 전류를 흘려주면 시료의 저항에 의한 전압 강하가 발생하고, 이때 전압을 측정하여 저항을 구하는 방식이 사용될 수 있다. 일례로, 동일한 간격(1㎜)의 4개 탐침(4-point probe)을 이용한 직접 접촉식 방법으로 사요하거나, 고주파 유도에 따른 와전류(Eddy current)를 측정하는 비접촉식 방법으로 측정이 가능하다. 본 발명에서는 4-프로브 탐침 방법을 이용한 직접 접촉식 방법을 통해 측정하였다. 상기 면저항은 소자의 전력, 투과도 및 동작 특성과 밀접한 관계를 가지고 있으며, 통상 낮은 면저항은 높은 전기전도도를 가짐을 의미한다.
정공수송층으로서의 기능을 위해 제2정공수송층(51)은 공지의 정공수송층의 재질 및 방법을 통해 제조하고 통상적인 전기전도도(또는 통상의 면저항) 범위를 갖도록 한다. 이때, 제1정공수송층(50)은 광활성층(40)과의 계면 특성을 높이기 위해, 높은 젖음성(wettability)을 갖도록 저점도의 용액을 사용하여 형성하되, 상기 용액 내 정공수송 물질의 낮은 함량으로 인해 제2정공수송층(51) 보다는 낮은 전기전도도, 즉 높은 면저항을 갖는다.
보다 자세히 설명하면 하기와 같다.
상기 두 층간의 면저항의 차이는 각각의 층을 형성하기 위한 조성물의 점도에서 야기된다. 구체적으로, 상기 제1정공수송층은 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도의 조성물로 형성한다. 이때 낮은 점도를 가진 조성물은 높은 점도의 조성물에 비해 정공수송물질을 적게 포함하므로 상대적으로 전도도가 낮고, 이에 따라 면저항의 차이가 발생한다. 이에 더해서, 광활성층에 대한 젖음성(wettability)이 우수하도록 점도가 낮으며 용매로 물을 사용한 조성물로 제1정공수송층을 형성함으로써 상기 제1정공수송층은 소수성을 나타내는 광활성층과의 접합성을 개선하고 건조시 발생하는 수축을 최소화하여 이후 적층되는 제2정공수송층이 앞서 적층된 층들과의 형태 균일성을 유지할 수 있도록 도모하는 중간층(interlayer) 역할을 한다. 또한, 상기 제1정공수송층 상에 제1정공수송층 형성용 조성물에 비해 높은 점도를 가지며 알코올계 용매를 사용한 조성물로 제2정공수송층을 형성하여 정공수송 역할과 함께 이후 적층되는 상부전극으로부터 발생하는 금속 이온 및 불순물의 확산을 막는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지는,
1) 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
2) 상기 하부 전극 상에 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계;
3) 상기 전자수송층 상에 광활성층 형성용 조성물을 이용하여 광활성층을 형성하는 단계;
4) 상기 광활성층 상에 제1정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제1정공수송층을 형성하는 단계;
5) 상기 제1정공수송층 상에 제2정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제2정공수송층을 형성하는 단계; 및
6) 상기 제2정공수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
이때 상기 제1정공수송층은 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도의 조성물을 사용하여 형성하는 유기 태양전지의 제조 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 기판(10)은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 사용할 수 있는 것으로 광이 투과될 수 있도록 투명성을 갖는 소재라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 기판(10)으로는 유리 또는 석영 등의 무기 기재 필름을 사용할 수 있다. 전술한 무기 기재 필름 외에도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI), 아크릴로니트릴스티렌(AS), 아크리로니트릴부타디엔스티렌(ABS 및 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 수지 등으로부터 선택되는 어느 하나의 플라스틱 기재 필름을 사용할 수도 있다.
특히, 상기 기판(10)은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 기판(10)은 약 400 내지 750 ㎚의 가시광 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.
상기 기판(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며 사용 용도에 따라 적절히 결정될 수 있는데 일례로 1 내지 500 ㎛일 수 있다.
상기 하부 전극(20)은, 투명 전극으로서 상기 기판을 통과한 빛이 광활성층(30)에 도달할 수 있도록, 높은 투명도를 가지고 약 4.5 eV 이상의 높은 일함수와 낮은 저항을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 하부 전극(20)을 형성하는 물질로는, 예를 들면, 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물; 전도성 고분자, 그래핀(graphene), 그래핀 산화물 (graphene oxide) 및 탄소나노튜브와 같은 유기 투명 전극; 및 금속이 결합된 탄소나노튜브와 같은 유-무기 결합 투명 전극 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는 인듐주석산화물(ITO)을 사용하는 것이 좋다.
상기 하부 전극(20)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 10 내지 3000 ㎚일 수 있다.
상기 하부 전극(20)은 본 발명의 유기 태양전지에서 음극의 기능을 하는 부분으로, 스퍼터링법, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법 등을 사용하여 전술한 하부 전극 물질을 상기 기판(10)의 일면에 도포하거나 필름형태로 코팅함으로써 형성할 수 있다.
상기 하부 전극(20)을 형성하는 방법은 목적하는 하부 전극(20)의 패턴에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용하는 다양한 방법을 선택하여 사용할 수 있다. 일례로서 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 에치 레지스트(etch resist)를 스크린 프린팅하고, UV 경화시킨 후, 염화 구리 수용액 등의 에칭액을 이용하여 에칭하고, 수산화나트륨 등의 스트립핑제로 스트립핑하여 패턴을 형성시킨 후, 세척하고 건조함으로써 기판(10) 상에 패터닝된 하부 전극(20)을 형성할 수 있다.
상기 하부 전극(20) 상에 전자수송층(30)을 형성하는데, 상기 전자수송층(30)은 부전극으로서 전자의 이동 속도를 증가시켜 유기 태양전지의 작동을 활성화할 수 있다. 또한, 상기 전자수송층(30)은 외부로부터 침투하는 산소와 수분을 차단하여, 후술하는 광활성층(40)에 포함된 고분자가 산소와 수분에 의하여 열화되는 것을 방지하여 유기 태양전지의 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 전자수송층(30)을 형성하기 위한 일례로서 용액을 사용할 수 있다. 상기 전자수송층(30)은 전자수송층 형성용 조성물(이하 ‘제1용액’이라고도 함)로 형성되며, 본 발명이 속하는 기술분야에 알려져 있는 전자수송층을 형성하기에 적합한 용액을 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 전자수송층 형성용 조성물은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 규소(Si), 망간(Mn), 스트론튬(Sr), 인듐(In), 바륨(Ba), 칼륨(K), 니오븀(Nb), 철(Fe), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 세륨(Ce), 백금(Pt), 은(Ag), 로듐(Rh) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 바람직하게 산화아연(ZnO)이 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있어, 전술한 하부 전극(20)과 함께 사용하는 경우 전자의 이동을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 금속산화물은 평균 입경이 10 ㎚ 이하이고, 바람직하게 1 내지 8 ㎚이고, 더욱 바람직하게 3 내지 7 ㎚일 수 있다.
상기 전자수송층 형성용 조성물은 전술한 금속산화물을 용해시키기 위한 용매를 함께 포함하며 이를 도포하여 박막을 형성한다.
상기 용매는 전술한 금속산화물을 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매는 물; 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올; 또는 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 등의 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 전자수송층 형성용 조성물 제조시 대상 물질의 종류에 따라 상기한 용매 중에서 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 용매는 상기 전자수송층 형성용 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 전자수송층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 용매의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 원하는 코팅층의 기능을 얻기 어렵고, 용매의 함량이 1 중량% 미만일 경우 균일한 두께의 박막 형성이 어렵다.
상기 제1용액을 도포하는 방법은 당해 분야에 알려진 다양한 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 슬롯 다이 코팅법, 바 코팅법, 메이어바 코팅법, 스핀 코팅법, 콤마 코팅법, 커튼 코팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 잉크젯 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드 코팅법 등으로부터 선택되는 1종 이상의 방법을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 제1용액을 도포하는 단계에서 사용되는 제1용액의 조성은 형성하고자 하는 층의 두께를 고려하여 조절할 수 있다. 일례로서, 상기 제1용액이 전자수송층을 형성하기 위한 용액이라면, 전자수송층의 두께가 10 내지 50 ㎚, 바람직하게는 30 ㎚ 수준이 되도록 제1용액의 조성을 조절할 수 있다. 전자수송층의 두께가 상기 범위 이내인 경우 전자의 이동 속도를 향상시키면서도 외부로부터 산소와 수분이 침투하여 광활성층 및 정공수송층에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로 바람직하다.
상기 제1용액의 건조 온도 및 시간은 사용된 제1용액의 조성에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 일례로서 1 내지 3분 동안, 100 내지 200℃의 온도에서 제1용액을 건조할 수 있다.
본 발명의 유기 태양전지는 복수의 층이 적층된 다층 구조를 가지므로, 상술한 과정을 반복하여 복수의 층을 형성할 수 있다.
상기 광활성층(40)은 전술한 전자수송층(30) 상에 위치하며, 정공수용체(hole acceptor)와 전자수용체(electron acceptor)가 혼합된 벌크 이종접합 구조를 가진다.
상기 광활성층(40)을 형성하기 위한 일례로서 용액을 사용할 수 있다. 상기 광활성층(40)은 광활성층 형성용 조성물(이하 ‘제2용액’이라고도 함)을 코팅 후 건조하여 형성할 수 있다. 상기 제2용액은 본 발명이 속하는 기술분야에 알려져 있는 광활성층을 형성하기에 적합한 용액을 제한 없이 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2용액은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종접합 구조의 광활성층을 형성하기 위한 용액일 수 있다.
상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체로서, 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 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.
바람직하게, 상기 정공수용체는 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-pphenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9′-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyle-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-phenylenevinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60), C70, C76, C78, C80, C82, C84 등의 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe, (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드메틸에스테르[(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.
바람직하게 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) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때 상기 광활성층 형성용 조성물은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율은 1:0.1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:2일 수 있다.
상기 광활성층 형성용 조성물은 전술한 정공수용체와 전자수용체와 더불어 용매를 포함한다. 이때 사용가능한 용매의 종류는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 광활성층(40)은 상기 광활성층 형성용 조성물을 도포하여 도막을 형성한다. 이때 도포는 슬롯 다이 코팅법, 바 코팅법, 메이어바 코팅법, 스핀 코팅법, 콤마 코팅법, 커튼 코팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 잉크젯 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드 코팅법 등으로부터 선택되는 1종 이상의 방법을 통하여 형성할 수 있다. 보다 바람직하게는 슬롯 다이 코팅법을 사용할 수 있다.
상기 광활성층 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400 ℃, 바람직하게는 70 내지 200 ℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.
상기 광활성층(40)의 두께는 10 내지 1000 ㎚, 바람직하게는 100 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 광활성층(40)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 태양빛을 충분히 흡수할 수가 없어, 광전류가 낮아져 효율 저하가 예상되며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 여기된 전자와 정공이 전극으로 이동할 수 없어 효율 저하 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1정공수송층(50) 및 제2정공수송층(51)은, 상기 광활성층(40)에서 발생된 정공을 후술하는 상부 전극(60)으로 이동시키는 것을 돕는 역할을 한다.
이때 제1정공수송층(50) 및 제2정공수송층(51)은 용액을 이용하여 형성된다. 상기 제1정공수송층(50) 및 제2정공수송층(51) 각각은 제1정공수송층 형성용 조성물(이하 ‘제3용액’이라고도 함) 및 제2정공수송층 형성용 조성물(이하 ‘제4용액’이라고도 함)을 도포 후 건조하여 박막을 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1정공수송층 형성용 조성물은 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도를 가진다. 앞서 설명한 바와 같이 조성물의 점도가 상이함에 의해 이로부터 형성된 박막의 전도 특성이 달라지기 때문에 상기 제1정공수송층(50) 및 제2정공수송층(51)은 서로 다른 면저항을 갖는다. 또한, 전술한 점도의 차이와 더불어 상기 제1정공수송층 형성용 조성물은 용매로 물을 사용하여 도막 형성시 광활성층(40)과의 표면 에너지 차이를 감소시켜 상기 광활성층(40)과의 접합 특성이 개선시킨다.
구체적으로, 상기 제1정공수송층 형성용 조성물과 제2정공수송층 형성용 조성물의 점도비는 1:10 이상, 바람직하게는 1:10 내지 1: 50이다. 만약 점도비가 상기 범위 미만이면 형성되는 박막 간의 면저항 차이가 발생하지 않으며, 제조시 접합 특성 개선 효과를 얻을 수 없으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 미세두께 조절이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1정공수송층(50)은 상기 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도를 갖는 조성물로 형성된다. 본 발명에 있어서, 각각의 정공수송층 형성용 조성물은 후술하는 바와 같이 정공전달물질과 용매를 포함한다. 이때 상기 조성물의 점도가 낮다는 것은 점도가 높은 조성물에 비해 상대적으로 정공전달물질을 적게 포함하므로 전도도는 낮고 면저항은 높다. 따라서, 상기 제1정공수송층(50)은 점도가 낮은 조성물로부터 형성되어 후술하는 제2정공수송층(51)과 비교하여 높은 면저항을 나타내며, 구체적으로 상기 제1정공수송층(50)의 면저항은 1 ｘ104 내지 1 ｘ106 Ω/sq. 범위이다. 또한, 낮은 점도의 제1정공수송층 형성용 조성물은 물을 용매로 사용함에 따라 상기 광활성층(40) 상에 코팅시 상기 광활성층(40)과의 표면 에너지 차이를 최소화하여 젖음성(wettability)을 개선함으로써 소수성의 표면을 갖는 광활성층(40)과의 접합성을 개선하고 이후 형성되는 제2정공수송층(51)이 앞서 형성된 층들과의 형태 균일성을 유지할 수 있도록 하는 중간층(interlayer)로서의 역할을 한다. 이는 도 2의 설명을 통해 확인할 수 있다.
도 2는 유기태양전지에서 광활성층 및 정공수송층 사이의 건조 전후 패턴 변형을 설명하기 위한 모식도이다.
광활성층 상에 정공수송층을 형성할 경우, 도 2의 (a) 및 (b)에서 보여주는 바와 같이 점선(dot line)에 해당하는 영역에 정공수송층을 형성하도록 설계한다.
도 2(a)에 따르면, 종래의 경우 건조 이후에 설계 패턴(점선)보다 정공수송층의 폭방향(transeverse direction, TD) 수축이 발생하였다. 그러나, 도 2(b)에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따라 2층의 정공수송층을 형성할 경우 광활성층과 정공수송층 간의 단면이 동일하여 상기 수축과 같은 패턴 변형이 발생하지 않아, 설계치에 부합되는 패턴을 갖는 정공수송층의 형성이 가능하다. 이는 정공수송층으로 점도가 서로 다른 조성물을 이용하여 형성함으로써 얻어질 수 있다. 특히 광활성층과 직접 접하는 위치의 제1정공수송층을 낮은 점도를 갖는 조성물로 형성하고, 이의 상부에 이보다 높은 점도를 갖는 조성물을 이용하여 제2정공수송층을 형성함으로써 상기 효과를 확보할 수 있다.
상기 제2정공수송층(51)은 상기 제1정공수송층 형성용 조성물에 비해 높은 점도를 갖는 조성물로 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 정공수송층 형성용 조성물의 점도가 높으면 정공전달물질을 상대적으로 다량 포함하므로 전도도는 높고 면저항은 낮다. 따라서, 상기 제2정공수송층(51)은 전술한 제1정공수송층(50)에 비해 낮은 면저항을 나타내며, 1 ｘ102 내지 1 ｘ103 Ω/sq. 범위이다. 또한, 상기 제2정공수송층(51)은 정공수송 기능과 더불어 그 상부에 형성되는 상부 전극(70)으로부터 발생하는 불순물 및 금속 이온의 침투를 차단하는 역할을 한다.
상기 제3용액 및 제4용액은, 각각 독립적으로 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 및 이들의 유도체로부터 선택되는 1종 이상의 정공전달물질을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 제3용액 및 제4용액은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)과 폴리(스티렌설포네이트)(PSS)의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리(스티렌설포네이트)의 혼합물은 중량비가 1:1 내지 1:5, 바람직하게는 1:2 내지 1: 3일 수 있다.
상기 제3용액은 전술한 정공전달물질과 함께 이전 단계에서 형성된 광활성층과의 표면에너지 차이를 최소화하고 적층 및 건조 과정에서 발생할 수 있는 수축을 방지하기 위해 용매로서 물을 포함한다. 또한, 소수성의 표면에 박막 형성이 잘 되도록 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 광활성층과의 표면에너지를 차이를 줄이기 위한 것으로 표면 에너지 조절제, 코팅성 개선 첨가제, 계면 활성제 등 당해 분야에서 사용되는 첨가제이면 특별히 한정하지 않는다.
상기 제3용액은 점도(25℃)가 10 내지 30 cps, 바람직하게는 15 내지 25 cps일 수 있다. 만약 상기 제3용액의 점도가 10 cps 미만인 경우 퍼짐 현상이 발생하며, 목적한 면저항을 갖는 박막이 형성되기 어려우며, 이와 반대로 상기 점도가 30 cps를 초과하는 경우 박막의 면저항이 지나치게 높아 전지 성능에 악영향을 주고, 박막 접합성 및 균일성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
일례로서, 상기 제1정공수송층을 형성하기 위한 제3용액은 전도성 고분자인 PEDOT: PSS, 물을 포함하며 점도가 10 내지 30 cps가 되도록 제조하였으며, 소수성인 광활성층 위에 슬롯 다이 코팅할 수 있도록 PEDOT: PSS를 잉크화 하였다. 상기 잉크에 젖음성 및 슬립성을 개선시켜 모폴로지의 향상을 통한 에너지 변환효율 증대를 위해 첨가제 및 계면활성제를 사용하였다.
상기 제조된 제3용액은 광활성층 상에 슬롯다이 코팅하고, 120℃로 20분동안 열처리 하여, 100 ㎚ 내지 500 ㎚ 두께의 제1정공수송층을 제조하였다.
이때, 상기 PEDOT과 PSS는 1:2 내지 1:3의 중량비인 것이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1정공수송층(50)은 면저항이 1 ｘ104 내지 1 ｘ106 Ω/sq.이며, 상기 범위 내에 해당하는 경우 전지 성능 및 안정성 개선 효과를 확보할 수 있다.
상기 제1정공수송층(50)은 두께가 100 내지 500 ㎚인 것이 바람직하며, 200 내지 300 ㎚ 인 것이 보다 바람직할 수 있다. 상기 제1정공수송층(50)의 두께가 상기한 범위 이내인 경우, 하부 광활성층과의 접착성이 보다 개선되어 제2정공수송층이 균일하게 형성될 수 있다.
상기 제4용액은 전술한 정공전달물질을 균일하게 분산시키고 박막 형성을 건조 과정에서 휘발이 용이하도록 알코올계 용매를 사용할 수 있다.
상기 알코올계 용매는 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol), 2-부톡시헥산올(2-butoxyethanol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), n-프로필 알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 및 프로필렌글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 프로필렌글리콜 또는 이소프로필 알코올을 사용할 수 있다.
상기 제4용액의 점도(25℃)는 300 내지 500 cps, 바람직하게는 400 내지 450 cps일 수 있다. 만약 상기 제4용액의 점도가 300 cps 미만인 경우 박막의 면저항과 코팅시 퍼짐성이 증가하는 문제가 있으며, 이와 반대로 상기 점도가 500 cps를 초과하는 경우 면저항이 지나치게 낮아져 성능에 문제가 발생하며 정공수송 물질의 균일한 분산이 어려워 공정성이 저하된다.
일례로서, 상기 제2정공수송층을 형성하기 위한 제4용액은 전도성 고분자인 PEDOT: PSS, 유기계 용매를 포함하며 점도가 300 내지 500 cps가 되도록 제조하였으며, 상기에서 형성된 제1정공수송층 위에 슬롯 다이 코팅할 수 있도록 PEDOT: PSS를 잉크화 하였다.
이렇게 제조된 상기 제4용액은 상기 제1정공수송층 상에 슬롯다이 코팅하고, 120℃로 20분동안 열처리 하여, 1,000 내지 5,000 ㎚ 두께의 제2정공수송층을 제조하였다.
이때, 상기 PEDOT과 PSS는 1:2 내지 1:3의 중량비인 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2정공수송층(51)의 면저항은 1 ｘ102 내지 1 ｘ103 Ω이다. 만약 상기 면저항이 전술한 범위 미만인 경우 전지 구동을 위해 제2정공수송층의 두께가 증가되기 때문에 유기 태양전지의 박막화 및 유연화에 불리하다. 이와 반대로 전술한 범위를 초과하는 경우 저항이 증가하여 전지 성능이 저하된다.
상기 제2정공수송층(51)은 두께가 1,000 내지 5,000 ㎚인 것이 바람직하며, 2,000 내지 4,000 ㎚ 것이 보다 바람직할 수 있다. 상기 제2정공수송층(51)의 두께가 전술함 범위 이내인 경우, 상부 전극으로부터의 불순물, 금속 이온 등의 침투를 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 내구성이 우수하므로 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1정공수송층(50)과 제2정공수송층(51)의 두께비는 1:10 내지 1:50, 바람직하게는 1:10 내지 1: 20이다. 만약 상기 두께비가 상기 범위 미만이면 제2정공수송층(51)의 두께가 너무 얇아 정공 이동도가 저하되며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 제1정공수송층(50)이 너무 얇아 중간층으로서의 기능을 수행하지 못해 제2정공수송층(51)이 수축되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 정공수송층(50, 51)은 상기 제3용액 및 제4용액을 도포하여 도막을 형성한다. 이때 도포는 슬롯 다이 코팅법, 바 코팅법, 메이어바 코팅법, 스핀 코팅법, 콤마 코팅법, 커튼 코팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 잉크젯 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드 코팅법 등으로부터 선택되는 1종 이상의 방법을 통하여 형성할 수 있다. 바람직하게는 슬롯 다이 코팅법을 이용할 수 있다.
기존의 유기 태양전지의 제조 방법에서 각 층의 패턴 및 두께는, 용액의 토출하는 방법에 의존하였다. 따라서, 기존의 유기 태양 전지의 제조 방법에서는 일정한 패턴 및 두께의 층을 형성하기 위하여 슬롯 다이 코팅 방식을 주로 사용하였다. 그러나, 슬롯 다이 코팅 방식의 경우, 용액의 점도, 제조 환경 및 사용자의 숙련도에 따라 반복적으로 균일한 패턴 및 두께를 가지는 층을 형성하기가 어려워 대량 생산이 어렵다는 문제가 있다(도 2 참조).
그러나 본 발명은 슬롯 다이 코팅법 등을 통해 비접촉식으로 상기 광활성층 및 정공수송층을 형성하는 경우에도, 층의 계면이 우수한 접합성을 가지며, TD 수축 및 두께 수축이 발생하지 않는 장점을 제공한다. 이에 따라 본 발명의 유기 태양전지를 제조함에 있어 원하는 설계치의 패턴 폭, 두께를 갖는 층을 형성할 수 있다.
상기 상부 전극(60)은 전술한 제2정공수송층(51) 상에 위치하며, 양극 역할을 한다.
상기 상부 전극(60)은 통상적으로 낮은 일함수를 갖는 금속 전극층으로, 상기 금속은 예를 들면, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 망간(Mn) 등의 금속 입자; 또는 상기 금속원소를 포함하는 전구체, 예를 들면 질산은(AgNO3), Cu(HAFC)2 (Cu(hexafluoroacetylacetonate)2,), Cu(HAFC)(1,5-Cyclooctanediene), Cu(HAFC)(1,5-Dimethylcyclooctanediene), Cu(HAFC)(4-Methyl-1-pentene), Cu(HAFC)(Vinylcyclohexane), Cu(HAFC)(DMB), Cu(TMHD)2(Cu (tetramethylheptanedionate)2), DMAH(dimethylaluminum hydride), TMEDA(tetramethylethylenediamine), DMEAA(dimethylethylamine alane, NMe2Et·AlH3), TMA(trimethylaluminum), TEA(triethylaluminum), TBA(triisobutylaluminum), TDMAT(tetra(dimethylamino)titanium), TDEAT(tetra(dimethylamino)titanium) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 상부 전극(60)의 두께는 10 내지 5000 ㎚일 수 있다.
이러한 상부 전극(60)은 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 통상의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 프린팅, 그라비어 프린팅, 그라비어 오프셋(Gravure-offset) 프린팅, 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1: 유기 태양전지의 제조
[실시예 1]
ITO층이 형성된 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 ITO층 위에 산화아연 함유 코팅액(Zn(OAC)22H2O 247 ㎎, KOH 126 ㎎및 1-부탄올(1-Butanol) 1 ㎖를 혼합하여 제조함)을 스트라이프 패턴(패턴폭: 8,500 ㎛)으로 슬롯다이 코팅한 후 120 ℃에서 건조하여 0.03 ㎛ 두께로 전자수송층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도(line speed)는 12 mm/sec, 슬롯다이 높이는 1300 ㎛, 코팅액 유량(flow rate)은 0.4 ㎖/min으로 하였다.
이어서 상기 전자수송층 위에 광활성층 형성용 코팅용액(lisicon® SP001(머크사제) 15 ㎎, lisicon® A-600(머크사제) 12 ㎎ 및 1,2-디클로로벤젠(Dichlorobenzene) 1 ㎖를 혼합하여 제조함)을 슬롯 다이 코팅하고 120℃에서 건조하여 0.3 ㎛ 두께로 광활성층을 제조하였다. 상기 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 12 mm/sec, 슬롯다이 높이는 1500 ㎛, 코팅액 유량은 1.2 ㎖/min로 하였다.
상기 광활성층 위에 PEDOT:PSS(HTL-solar®, heraeus사제)와 물을 포함하는 제1정공수송층 형성용 조성물을 슬롯 다이 코팅하고, 120 ℃에서 건조하여 0.5 ㎛ 두께로 제1정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 제1정공수송층 형성용 조성물의 점도는 20 cps이었다.
이어서, 상기 제1정공수송층 상에 PEDOT:PSS(Orgacon® EL-P 5010, agfa사제)와 이소프로필 알코올을 포함하는 제2정공수송층 형성용 조성물을 슬롯 다이 코팅하고, 120 ℃에서 건조하여 5 ㎛ 두께로 제2정공수송층을 형성하였다. 이때 상기 제2정공수송층 형성용 조성물의 점도는 1,000 cps이었다. 상기 제1정공수송층 및 제2정공수송층의 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 5 mm/sec, 슬롯다이 높이는 800 ㎛, 코팅액 유량은 3.0 ㎖/min로 하였다.
이후, 스크린 프린터를 이용하여 상기 정공전달층 위에 Ag 전극(두께 10 ㎛)을 프린팅하여 유기 태양전지를 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1의 제2정공수송층을 형성하지 않고, 제1정공수송층 형성용 조성물만으로 0.5㎛ 두께의 정공수송층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 1: 박막 특성 평가
상기 실시예 1에서 사용한 제1정공수송층 형성용 조성물 및 제2정공수송층 형성용 조성물 각각을 이용하여 기판 상에 코팅한 후, 120 ℃의 조건으로 핫 플레이트(hot plate)에서 건조하여 각각의 박막을 형성하였다.
형성된 각각의 박막에 대해 4-프로브 탐침법(Keithley 2400 Source Meter)을 이용하여 면저항을 측정하였다.
그 결과, 제1정공수송층의 면저항은 1 ｘ106 Ω/sq., 제2정공수송층의 면저항은 1 ｘ102 Ω/sq.이며, 이를 통해 상기 제1정공수송층과 제2정공수송층 각각의 박막 특성이 상이함을 알 수 있다.
실험예 2: 유기 태양전지의 수명 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 유기 태양전지의 수명을 평가하기 위해 유기 태양전지에 동일한 태양광을 조사하고, 시간 경과에 따른 전력변환효율(PCE)능을 평가하였다.
평가는 초기 전력변환효율 E0로 하고, 시간 경과 후의 효율을 E1이라 하였을 때, (E1/E0)*100 값으로 측정하였으며, 초기 전력변환효율이 장시간 유지되는 것이 바람직한 것이며, 평가 결과는 도 3에 나타내었다.
도 3의 결과를 통해 알 수 있듯이, 정공수송층으로서 저점도의 조성물로부터 형성된 정공수송층 단일층만을 포함하는 비교예 1은 시간에 따른 전력변환효율 감소 폭이, 실시예 1의 유기 태양전기에 비해 현격하게 크다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1의 유기태양전지의 초기 전력변환효율은 약 100 시간 이상 유지됨을 확인하였다.
즉, 본 발명의 유기 태양전지는 정공수송층으로서 저점도 및 고점도의 정공수송층 형성용 조성물로부터 제조된 2층 구조의 서로 다른 면저항을 나타내는 정공수송층을 포함함으로써, 광활성층과의 접합성 및 균일성이 우수하고 상부 전극으로부터의 불순물 유입을 효과적으로 차단하여 우수한 성능을 장시간 유지할 수 있음을 알 수 있다.
10: 기판
20: 하부 전극
30: 전자수송층
40: 광활성층
50: 제1정공수송층
51: 제2정공수송층
60: 상부 전극

Claims (17)

  1. 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 제1정공수송층; 제2정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층되며;
    상기 제1정공수송층은 제2정공수송층보다 높은 면저항을 갖는 유기 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1정공수송층의 면저항은 1 ｘ104 Ω/sq. 내지 1 ｘ106 Ω/sq.인 유기 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2정공수송층의 면저항은 1 ｘ102 Ω/sq. 내지 1 ｘ103 Ω/sq.인 유기 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1정공수송층의 두께는 100 내지 500 ㎚인 유기 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2정공수송층의 두께는 1,000 내지 5,000 ㎚인 유기 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 및 제2정공수송층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌 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 및 이들의 유도체로부터 선택되는 1종 이상의 정공전달물질을 포함하는 유기 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극은 음극이며, 상기 상부 전극은 양극인 유기 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 태양전지는 인버티드 전극 구조를 갖는 유기 태양전지.
  9. 1) 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
    2) 상기 하부 전극 상에 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계;
    3) 상기 전자수송층 상에 광활성층 형성용 조성물을 이용하여 광활성층을 형성하는 단계;
    4) 상기 광활성층 상에 제1정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제1정공수송층을 형성하는 단계;
    5) 상기 제1정공수송층 상에 제2정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 제2정공수송층을 형성하는 단계; 및
    6) 상기 제2정공수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1정공수송층은 제2정공수송층 형성용 조성물보다 낮은 점도의 조성물을 사용하여 형성되는 유기 태양전지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 형성용 조성물과 제2정공수송층 형성용 조성물의 점도비는 1:10 이상인 유기 태양전지의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 형성용 조성물과 제2정공수송층 형성용 조성물의 점도비는 1:10 내지 1:50인 유기 태양전지의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 형성용 조성물의 점도(25℃)는 10 내지 30 cps인 유기 태양전지의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2정공수송층 형성용 조성물의 점도(25℃)는 300 내지 500 cps인 유기 태양전지의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 형성용 조성물은 용매로 물을 포함하는 유기 태양전지의 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제2정공수송층 형성용 조성물은 용매로 알코올계 용매를 포함하는 유기 태양전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 알코올계 용매는 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, 디프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올 및 프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 유기 태양전지의 제조 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제1정공수송층 및 제2정공수송층은 슬롯 다이 코팅법을 이용하여 형성되는 유기 태양전지의 제조 방법.
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