KR20180047986A - 유기 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

유기 태양 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지는, 베이스층과, 상기 베이스층의 상부면에 미리 정해진 간격으로 배치되며, 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층이 순차적으로 적층된 복수의 단위 구조체 및 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 양 전극층과 상기 음 전극층을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층을 포함하며, 상기 복수의 단위 구조체는 각각, 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 태양 전지 및 그 제조 방법{Organic Photovoltaics and method for manufacturing thereof}
본 발명은 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 태양 전지의 효율을 증대시키고, 유기 태양 전지에 대한 제조 공정을 보다 단순화하여 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있는 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지를 의미하며, 이러한 태양 전지는 내부 구성 물질 중 광활설층을 기준으로 무기물을 이용한 태양 전지(Inorganic solar cell)와 유기물을 이용한 태양 전지(Organic solar cell)로 구분되고, 유기물을 이용한 태양 전지는 대표적으로 염료 감응 태양 전지(Dye-sensitized solar cell)와 유기 태양 전지(Organic photovoltaics, OPV)로 분류될 수 있다.
유기 태양 전지는 금속 물질로 이루어진 양극 층과 음극 층을 구성하는 양 전극층과 음 전극층, 양 전극층과 음 전극층의 사이에서 태양 복사에 의한 전하의 이동에 따라 전류가 발생하는 광활성층 등 다수의 층(Layer)으로 구성되며, 원하는 전압을 얻기 위해 양 전극층, 음 전극층, 광활성층 등 다수의 층으로 구성된 단위 구조체들이 직렬 또는 병렬로 연결된 구조로 이루어진다.
도 1은 일반적인 유기 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기 태양 전지(10)는 기판(11)의 상부면에 음 전극층(12), 전자 수송층(13), 광활성층(14), 정공 수송층(15) 및 양 전극층(16)이 각각 일정한 간격을 가지고 순차적으로 적층 형성된다. 따라서, 유기 태양 전지(10)는 일정한 간격으로 배치된 복수의 단위 유닛(E1, E2, E3)으로 형성되며, 복수의 단위 유닛(E1, E2, E3) 중 서로 인접하는 단위 구조체는 양 전극층(16)과 음 전극층(12)이 직렬로 연결된 구조를 가진다.
그러나, 종래에는 이러한 다층 구조의 유기 태양 전지를 제조하기 위해서, 포토리소그래피 공정(Photolithography process), 증착 공정(Evaporation process) 등을 이용하여 양 전극층과 음 전극층을 형성하며, 잉크 상태의 광활성층을 대기압 패턴 코팅 공정으로 일정한 패턴이 형성된 각각의 층을 적층하는 과정을 진행해야 했다. 이에 따라, 각각의 층마다 서로 다른 공정 장치를 구비해야 하므로 전체 제조 비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 유기 태양 전지를 제조하기 위해서는, 음 전극층(12), 전자 수송층(13), 광활성층(14), 정공 수송층(15) 및 양 전극층(16)을 각각 다른 공정에 의해 일정한 간격을 가지는 패턴으로 형성해야 하는데, 포토리소그래피 공정(Photolithography process), 증착 공정(Evaporation process), 대기압 패턴 코팅 공정 등에 의해 형성된 패턴의 두께가 균일하지 못하고, 각 패턴의 양 끝단 형상이 볼록하게 형성되어 불량율이 높아진다는 문제점이 있었다.
또한, 각각의 층에 대한 정확한 패턴 형성을 위해서는 각각의 층을 형성하기 전에 해당 공정 장치에 대한 정렬 공정(Align process)이 수반되므로, 유기 태양 전지(10)의 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있었다
한편, 유기 태양 전지(10)의 성능을 나타내는 에너지 전환 효율(Power Conversion Efficiency, PCE)은 태양으로부터 입사된 에너지에 대한 출력 에너지의 비로써 정의되는데, 유기 태앙 전지(10)의 전체 면적에 대한 복수의 단위 유닛(E1, E2, E3)이 차지하는 면적의 비율이 높을수록 에너지 전환 효율도 증가한다.
그러나, 종래의 유기 태양 전지(1)는 포토리소그래피 공정(Photolithography process), 증착 공정(Evaporation process) 등에 의해 제조되기 때문에, 유기 태앙 전지(10)의 전체 면적(A)에 대해 복수의 단위 유닛(E1, E2, E3)이 차지하는 면적(A1, A2, A3)이 제한적이므로, 유기 태양 전지의 효율을 증가시키는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 유기 태양 전지의 효율을 증대시키고, 유기 태양 전지에 대한 제조 공정을 보다 단순화하여 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있는 유기 태양 전지 및 그 제조 방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 순차적으로 적층된 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층을 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체를 형성함으로써, 유기 태양 전지의 효율을 증대시키고, 유기 태양 전지에 대한 제조 공정을 보다 단순화하여 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있는 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지는, 베이스층과, 상기 베이스층의 상부면에 미리 정해진 간격으로 배치되며, 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층이 순차적으로 적층된 복수의 단위 구조체 및 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 양 전극층과 상기 음 전극층을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층을 포함하며, 상기 복수의 단위 구조체는 각각, 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층은 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정(Coating process)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 단위 구조체는 각각 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성된 후, 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 상기 베이스층에 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 전도층 각각은 스크린 인쇄 공정(Screen printing process)에 의해 절연성 잉크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 복수의 전도층 각각은, 상기 복수의 단위 구조체 각각에 대해, 제1 단위 구조체를 구성하는 양 전극층과, 상기 제1 단위 구조체와 인접하는 제2 단위 구조체를 구성하는 음 전극층을 직렬로 연결하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 경우, 상기 복수의 단위 구조체는, 서로 인접하는 단위 구조체가 폭 방향을 따라 지그 재그 형태를 가지도록 미리 정해진 간격으로 배치되며, 상기 복수의 전도층 각각은, 상기 복수의 단위 구조체에 대해, 제1 단위 구조체를 구성하는 양 전극층의 일단과, 상기 제1 단위 구조체와 인접하는 제2 단위 구조체를 구성하는 음 전극층의 타단에 직렬로 연결되도록 서로 인접하는 단위 구조체의 양 끝단에 교대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지의 경우, 상기 복수의 전도층은, 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 음 전극층에 병렬로 연결되는 제1 전도층 및 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 양 전극층에 병렬로 연결되는 제2 전도층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지는, 베이스층과, 상기 베이스층의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 길이 방향을 따라 복수의 제1 슬릿 홈이 형성된 음 전극층과, 상기 음 전극층의 상부면에 상기 복수의 제1 슬릿 홈을 사이에 두고 미리 정해진 간격으로 배치되며, 전자 수송층, 광활성층 및 정공 수송층이 순차적으로 적층된 복수의 단위 구조체 및 상기 복수의 단위 구조체 각각에 구비된 정공 수송층의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 상기 복수의 제1 슬릿 홈에 대응하는 위치에 길이 방향을 따라 복수의 제2 슬릿 홈이 형성된 양 전극층을 포함하며, 상기 음 전극층 및 상기 양 전극층은 상기 전자 수송층, 상기 광활성층 및 상기 정공 수송층보다 길게 형성되고, 상기 복수의 제1 슬릿 홈, 상기 복수의 단위 구조체 및 상기 복수의 제2 슬릿 홈은 각각, 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 미리 정해진 길이 만큼 절단될 때에 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 유기 태양 전지는, 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층을 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체를 형성하는 단계와, 베이스층의 상부면에 상기 복수의 단위 구조체를 미리 정해진 간격으로 배치하는 단계 및 상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 양 전극층과 상기 음 전극층을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층은 각각 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 따르면, 순차적으로 적층된 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층을 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체를 형성함으로써, 유기 태양 전지에 대한 제조 공정을 보다 단순화하여 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 따르면, 복수의 전도층 중 서로 인접하는 전도층을 서로 인접하는 단위 구조체의 양 끝단에 교대로 형성함으로써, 복수의 단위 구조체를 베이스층의 상부면에 조밀하게 배치하여 유기 태앙 전지의 전체 면적에 대한 복수의 단위 구조체가 차지하는 면적의 비율을 높일 수 있으므로, 유기 태양 전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 따르면, 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층을 각각 한번에 형성하는 경우, 코팅 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 각 층의 두께를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 유기 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지를 구성하는 복수의 단위 구조체를 형성하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지를 구성하는 복수의 전도층을 형성하는 모습을 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 정면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는 베이스층(110), 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 및 복수의 전도층(130A 내지 130F)을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스층(110)은 기판(Substrate), 글래스(Glass), 필름(Film) 등을 사용할 수 있으나, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름 등 연성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 베이스층(110)의 상부면에 미리 정해진 간격으로 배치되며, 각각의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)이 순차적으로 적층될 수 있다.
이 때, 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구성하는 음 전극층(121)은 ITO(Indium Tin Oxide), TCO(transparant conductive oxodes) 층 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구성하는 전자 수송층(122)은 광활성층(123)으로부터 받은 전자(Electron)를 음 전극층(121)으로 수송하는 역할을 수행하며, ZnO(Zinc oxide), TiO2(Titanium dioxide), PEIE(Polyethylenimine ethoxylated) 층 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구성하는 광활성층(123)은 전자 주개(Electron donor)인 P3HT(Poly-3-Hexyl thiophene)와 전자 받개(Electron acceptor)인 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester)가 증착된 P3HT:PCBM 층 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구성하는 정공 수송층(124)은 광활성층(123)으로부터 받은 정공(Positive hole)을 양 전극층(125)으로 수송하는 역할을 수행하며, PEDOT(Poly Ethylene Di Oxy Thiophene)과 PSS(Poly Styrene Sulfonate)의 복합체인 PEDOT:PSS 층 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구성하는 양 전극층(125)은 인접한 단위 구조체(120A 내지 120F)의 음 전극층(121)에 연결되며, 전도성이 높은 은 페이스트(Silver paste) 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에서는 1 개의 유기 태양 전지(100)가 일정한 간격을 가지고 교대로 배치된 6 개의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 구비한 예를 들고 있으나, 이러한 단위 구조체의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)를 구성하는 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는, 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)은 각각 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 순차적으로 형성되어 적층될 수 있다.
또한, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 각각 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성된 후, 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 베이스층(110)에 접합될 수 있다.
이와 같이, 순차적으로 적층된 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 형성함으로써, 유기 태양 전지(100)에 대한 제조 공정을 보다 단순화하여 전체 제조 공정에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
복수의 전도층(130A 내지 130F)은 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 양 전극층(125)과 음 전극층(121)을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 전도층(130A 내지 130F) 각각은 스크린 인쇄 공정(Screen printing process)에 의해 은 페이스트(Silver paste), 구리(Copper) 등의 절연성 잉크를 이용하여 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)를 구성하는 복수의 전도층(130A 내지 130F) 각각은, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각에 대해, 제1 단위 구조체(예를 들어, 도 2의 120A)를 구성하는 양 전극층(125)과, 제1 단위 구조체(120A)와 인접하는 제2 단위 구조체(예를 들어, 도 2의 120B)를 구성하는 음 전극층(121)을 직렬로 연결할 수 있다.
즉, 복수의 전도층(130A 내지 130F)은 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 중 서로 인접하는 단위 구조체(예를 들어, 도 2의 120A, 120B)의 양 전극층(125)과 음 전극층(121)을 전기적으로 연결하여, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 직렬로 연결할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)의 제조 방법에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지를 구성하는 복수의 단위 구조체를 형성하는 모습을 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지를 구성하는 복수의 전도층을 형성하는 모습을 나타내는 정면도이다.
먼저, 도 5 및 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 순차적으로 적층할 수 있다(S210).
바람직하게는, 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)은 각각 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 순차적으로 형성될 수 있다. 이 때, 음 전극층(121)은 ITO(Indium Tin Oxide), TCO(transparant conductive oxodes) 층 등으로 형성되고, 전자 수송층(122)은 ZnO(Zinc oxide), TiO2(Titanium dioxide), PEIE(Polyethylenimine ethoxylated) 층 등으로 형성되며, 광활성층(123)은 P3HT:PCBM 층 등으로 형성되고, 정공 수송층(124)은 PEDOT:PSS 층 등으로 형성되며, 양 전극층(125)은 은 페이스트(Silver paste) 등으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 각각 한번에 형성하는 경우, 코팅 공정 시간을 단축시킬 수 있을 뿐 아니라, 각 층의 두께를 균일하게 할 수 있다.
다시 도 5 및 도 6의 (b)를 참조하면, 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 순차적으로 적층한 후(S210), 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 형성할 수 있다(S220).
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)이 적층된 상태에서 서로 동일한 폭을 가지도록 절단될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 절단 공정은 필름 절단에 사용되는 전용 휠(Wheel)이나 커터(Cutter)를 사용할 수 있다.
다시 도 5 및 도 6의 (c)를 참조하면, 미리 정해진 간격으로 절단된 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 형성한 후(S220), 베이스층(110)의 상부면에 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 미리 정해진 간격으로 배치할 수 있다(S230). 즉, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 미리 정해진 간격으로 배치된 상태에서, 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 베이스층(110)에 접착될 수 있다.
마지막으로, 도 5 및 도 6의 (d)를 참조하면, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 미리 정해진 간격으로 배치한 후(S230), 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 양 전극층(125)과 음 전극층(121)을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층(130A 내지 130F)을 형성할 수 있다.
도 6의 (d)에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)에서, 복수의 전도층(130A 내지 130F)이 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 양 전극층(125)과 음 전극층(121)을 직렬로 연결하는 예를 도시하고 있다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 태양 전지(100) 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 7에 도시된 제1 실시예와 동일한 구조 및 과정에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 정면도이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는, 제1 실시예와는 달리, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 서로 인접하는 단위 구조체(예를 들어, 도 8의 120A, 120B)가 폭 방향을 따라 지그 재그 형태를 가지도록 미리 정해진 간격으로 배치되고, 복수의 전도층(130A 내지 130F) 각각은 서로 인접하는 단위 구조체(120A, 120B)의 양 끝단에 교대로 형성(예를 들어, 도 8의 130A, 130B)될 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 서로 직렬로 연결하되, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 따라 흐르는 전류(I)는 지그 재그 형태를 가질 수 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 전도층(130A 내지 130F) 각각은, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)에 대해, 제1 단위 구조체(예를 들어, 도 8의 120A)를 구성하는 양 전극층(125)의 일단과, 제1 단위 구조체(120A)와 인접하는 제2 단위 구조체(예를 들어, 도 8의 120B)를 구성하는 음 전극층(121)의 타단에 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 전도층(130A 내지 130F) 각각은 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)의 양 끝단에 교대로 형성될 수 있다.
이와 같이, 복수의 전도층(130A 내지 130F) 중 서로 인접하는 전도층을 서로 인접하는 단위 구조체(120A 내지 120F)의 양 끝단에 교대로 형성함으로써, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 베이스층(110)의 상부면에 조밀하게 배치하여 유기 태앙 전지의 전체 면적에 대한 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)가 차지하는 면적의 비율을 높일 수 있으므로, 유기 태양 전지(100)의 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지(100) 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 7에 도시된 제1 실시예, 도 8 내지 도 10에 도시된 제2 실시예와 동일한 구조 및 과정에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 평면도이며, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는, 제1 실시예 및 제2 실시예와는 달리, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 복수의 전도층(130)에 의해 병렬로 연결될 수 있다.
즉, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 전도층(130)은, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 음 전극층(121)에 병렬로 연결되는 제1 전도층(130A)과, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각을 구성하는 양 전극층(125)에 병렬로 연결되는 제2 전도층(130B)을 포함할 수 있다.
이러한 제1 전도층(130A) 및 제2 전도층(130B)은 복수의 단위 구조체(120A)와 베이스층(110)이 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 서로 접합된 후, 음 전극층(121) 및 양 전극층(125)에 병렬로 연결될 수 있다. 그러나, 이와 반대로, 제1 전도층(130A) 및 제2 전도층(130B)은, 복수의 단위 구조체(120A)와 베이스층(110)이 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 서로 접합되기 전에, 먼저 음 전극층(121) 및 양 전극층(125)에 병렬로 연결될 수도 있다.
한편, 베이스층(110), 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)의 구조 및 제조 과정은 도 1 내지 도 7에 도시된 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
이하, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지(100) 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 7에 도시된 제1 실시예, 도 8 내지 도 10에 도시된 제2 실시예, 도 11 및 도 12에 도시된 제3 실시예와 동일한 구조 및 과정에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 사시도이며, 도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 분해 사시도이며, 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 13 내지 도 15에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는, 제3 실시예와는 달리, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 전자 수송층(122), 광활성층(123) 및 정공 수송층(124)만 포함하고, 제1 전도층(130A) 및 제2 전도층(130B)은 생략되는 대신, 음 전극층(121) 및 양 전극층(125)이 연장 형성되어 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)가 병렬로 연결될 수 있다.
즉, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 태양 전지(100)는, 베이스층(110), 음 전극층(121), 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 및 양 전극층(125)을 포함할 수 있다.
음 전극층(121)은 베이스층(110)의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 길이 방향을 따라 복수의 제1 슬릿 홈(121a)이 형성될 수 있다.
또한, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)는 음 전극층(121)의 상부면에 복수의 제1 슬릿 홈(121a)을 사이에 두고 미리 정해진 간격으로 배치되며, 전자 수송층(122), 광활성층(123) 및 정공 수송층(124)이 순차적으로 적층될 수 있다.
또한, 양 전극층(125)은 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F) 각각에 구비된 정공 수송층(124)의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 복수의 제1 슬릿 홈(121a)에 대응하는 위치에 길이 방향을 따라 복수의 제2 슬릿 홈(125a)이 형성될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)의 상하부면에 적층되는 음 전극층(121) 및 양 전극층(125)은 각각 전자 수송층(122), 광활성층(123) 및 정공 수송층(124)보다 길게 형성될 수 있다.
또한, 음 전극층(121)에 형성된 복수의 제1 슬릿 홈(121a), 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F), 양 전극층(125)에 형성된 복수의 제2 슬릿 홈(125a)은 각각, 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 미리 정해진 길이 만큼 절단될 때에 형성될 수 있다.
즉, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 순차적으로 적층된 음 전극층(121), 전자 수송층(122), 광활성층(123), 정공 수송층(124) 및 양 전극층(125)을 미리 정해진 길이(도 15의 L) 만큼 절단하는 경우, 전자 수송층(122), 광활성층(123) 및 정공 수송층(124)보다 길게 형성된 음 전극층(121) 및 양 전극층(125)에는 복수의 제1 슬릿 홈(121a) 및 복수의 제2 슬릿 홈(125a)이 형성되고, 전자 수송층(122), 광활성층(123) 및 정공 수송층(124)은 전체적으로 절단되므로 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)가 형성될 수 있다.
따라서, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)로부터 일측(도 15의 좌측)으로 연장 형성된 음 전극층(121)은 제3 실시예에서의 제1 전극층(130A)의 역할을 수행하고, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)로부터 타측(도 15의 우측)으로 연장 형성된 양 전극층(125)은 제3 실시예에서의 제2 전극층(150A)의 역할을 수행하며, 복수의 단위 구조체(120A 내지 120F)를 서로 병렬로 연결할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 유기 태양 전지
110: 베이스층 120: 단위 구조체
121: 음 전극층 122: 전자 수송층
123: 광활성층 124: 정공 수송층
125: 양 전극층 130: 전도층

Claims (10)

  1. 베이스층;
    상기 베이스층의 상부면에 미리 정해진 간격으로 배치되며, 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층이 순차적으로 적층된 복수의 단위 구조체; 및
    상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 양 전극층과 상기 음 전극층을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층을 포함하며,
    상기 복수의 단위 구조체는 각각,
    상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층은 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정(Coating process)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조체는 각각 미리 정해진 간격으로 절단되어 형성된 후, 라미네이션(Lamination) 공정에 의해 상기 베이스층에 접합되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도층 각각은 스크린 인쇄 공정(Screen printing process)에 의해 절연성 잉크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도층 각각은,
    상기 복수의 단위 구조체 각각에 대해, 제1 단위 구조체를 구성하는 양 전극층과, 상기 제1 단위 구조체와 인접하는 제2 단위 구조체를 구성하는 음 전극층을 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조체는,
    서로 인접하는 단위 구조체가 폭 방향을 따라 지그 재그 형태를 가지도록 미리 정해진 간격으로 배치되며,
    상기 복수의 전도층 각각은,
    상기 복수의 단위 구조체에 대해, 제1 단위 구조체를 구성하는 양 전극층의 일단과, 상기 제1 단위 구조체와 인접하는 제2 단위 구조체를 구성하는 음 전극층의 타단에 직렬로 연결되도록 서로 인접하는 단위 구조체의 양 끝단에 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도층은,
    상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 음 전극층에 병렬로 연결되는 제1 전도층; 및
    상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 양 전극층에 병렬로 연결되는 제2 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  8. 베이스층;
    상기 베이스층의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 길이 방향을 따라 복수의 제1 슬릿 홈이 형성된 음 전극층;
    상기 음 전극층의 상부면에 상기 복수의 제1 슬릿 홈을 사이에 두고 미리 정해진 간격으로 배치되며, 전자 수송층, 광활성층 및 정공 수송층이 순차적으로 적층된 복수의 단위 구조체; 및
    상기 복수의 단위 구조체 각각에 구비된 정공 수송층의 상부면에 배치되며, 폭 방향을 따라 상기 복수의 제1 슬릿 홈에 대응하는 위치에 길이 방향을 따라 복수의 제2 슬릿 홈이 형성된 양 전극층을 포함하며,
    상기 음 전극층 및 상기 양 전극층은 상기 전자 수송층, 상기 광활성층 및 상기 정공 수송층보다 길게 형성되고,
    상기 복수의 제1 슬릿 홈, 상기 복수의 단위 구조체 및 상기 복수의 제2 슬릿 홈은 각각,
    상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층이 순차적으로 적층된 후, 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 미리 정해진 길이 만큼 절단될 때에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  9. 음 전극층, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 양 전극층을 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층을 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 절단하여 복수의 단위 구조체를 형성하는 단계;
    베이스층의 상부면에 상기 복수의 단위 구조체를 미리 정해진 간격으로 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 단위 구조체 각각을 구성하는 상기 양 전극층과 상기 음 전극층을 직렬 또는 병렬로 연결하는 복수의 전도층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 음 전극층, 상기 전자 수송층, 상기 광활성층, 상기 정공 수송층 및 상기 양 전극층은 각각 슬롯 다이(Slot die)를 이용한 코팅 공정에 의해 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지 제조 방법.
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