KR20180064858A - Organic Solar Cells with Low-Temperature Processed Nanostructured Hole-Transfer Layer on Active Layer and Method for Fabricating the same - Google Patents

Organic Solar Cells with Low-Temperature Processed Nanostructured Hole-Transfer Layer on Active Layer and Method for Fabricating the same Download PDF

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Abstract

Proposed are an organic photovoltaic cell to which a hole transfer layer having a regular nanostructure through a low-temperature process on a photoactive layer is introduced and a fabrication method thereof. According to one embodiment of the present invention, the fabrication method comprises the steps of: forming a thin film type hole transfer layer on a photoactive layer using a solution for the hole transfer layer; forming a nanostructure having a predetermined period through a nanoimprinting process on the hole transfer layer; and performing heat treatment the hole transfer layer including the nanostructure having the predetermined period to dehydrate the hole transfer layer.

Description

광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 및 그 제조 방법{Organic Solar Cells with Low-Temperature Processed Nanostructured Hole-Transfer Layer on Active Layer and Method for Fabricating the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an organic solar cell including a hole transport layer having a regular nanostructure on a photoactive layer through a low temperature process, }

아래의 실시예들은 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 위 홀 수송층에 나노 임프린팅 및 저온 공정을 통해 나노 구조체가 형성된 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The following embodiments relate to an organic solar cell in which a nanostructure is formed through a nanoimprinting and a low temperature process on a hole transport layer on a photoactive layer in an inverse structure organic solar cell and a manufacturing method thereof.

현재 지구상의 연간 에너지 소비량이 약 13테라와트 정도로, 그 양은 2050년에는 약 30테라와트로 증가할 것으로 예상되고 있다. 그러나 현재 주에너지원인 화석연료의 생산량의 감소 및 이들 연료의 연소에 의한 이산화탄소 배출량의 증가에 기인하는 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되면서, 전 세계적으로 화석연료를 대체할 에너지 변환 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 더불어 현재 이슈가 되고 있는 지구환경문제를 해결하기 위하여 수력, 풍력, 바이오매스 및 태양광 등의 에너지원을 전기에너지로 변환하는 친환경적인 에너지 변환기술에 대한 연구가 집중되고 있다. At present, the annual energy consumption on the earth is about 13 terawatts, which is expected to increase to about 30 terawats in 2050. However, as environmental problems such as global warming caused by the decrease in the production of fossil fuels, which are the main energy sources, and the increase of carbon dioxide emissions due to the combustion of these fuels, researches on energy conversion technology to replace fossil fuels In order to solve the global environmental problems that are currently being discussed, research on environmentally friendly energy conversion technology that converts energy sources such as hydroelectric power, wind power, biomass, and solar energy into electric energy has been concentrated.

그 중에서도 연간 지구에 도달하는 태양광의 에너지양은 약 12만 테라와트로 무한한 태양광을 안전하고 친환경적으로 이용할 수 있는 태양 전지가 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다. 현재 실용화되어 있는 태양에너지의 대부분은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 및 무정형 실리콘을 이용한 무기 태양 전지다. Among them, the annual amount of solar energy reaching the Earth is about 120,000 terawatts, and solar cells that can use infinite solar energy safely and environmentally friendly are attracting attention as a new energy source. Most of the currently used solar energy is inorganic solar cells using monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.

그러나 이들 무기 실리콘계 태양 전지는, 그 제조에 있어서 프로세스가 복잡하고 비용이 높다는 단점을 가지고 있기 때문에 일반적인 가정용 에너지원으로 보급되기에는 어려운 점이 있다. However, these inorganic silicon-based solar cells have disadvantages in that they are complicated and expensive to manufacture, and thus they are difficult to be supplied as general household energy sources.

이와 같은 문제를 보완하기 위해서 유기 태양 전지가 실리콘 태양 전지의 대안으로 각광받고 있다. 유기 태양 전지는 제조 공정이 간단하여 제조 비용이 낮으며 넓은 면적을 코팅할 수 있고, 낮은 온도에서도 박막을 형성할 수 있으며 유리 기판을 비롯하여 플라스틱 기판 등 거의 모든 종류의 기판을 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 기판 형태에 제한 없이 곡면, 구면 등 다양한 형태로 구부리거나 접을 수 있어 휴대가 용이하다. 따라서 유기 태양 전지는 사람의 옷뿐만 아니라 옷, 가방 등에 부착하거나 휴대용 전지전자 제품에 부착하여 사용할 수 있으며, 고분자 블렌드 박막은 빛에 대한 투명도가 높아서 건물의 유리 창 또는 자동차의 유리창 등에 부착하여 건물 내외관 디자인용으로도 동시에 활용할 수 있어 응용 범위가 매우 넓을 것으로 예상되고 있다. In order to overcome such problems, organic solar cells are attracting attention as an alternative to silicon solar cells. The organic solar cell has a simple manufacturing process and low manufacturing cost. It can coat a large area, can form a thin film even at a low temperature, and can use almost any kind of substrate such as a glass substrate and a plastic substrate. In addition, it can be folded or folded in various forms such as curved surface and spherical shape without limitation to the substrate shape, and thus it is easy to carry. Therefore, the organic solar cell can be used not only in human clothes, but also in clothes, bags, or attached to portable electronic devices. The polymer blend thin film has high transparency to light and can be attached to a glass window of a building, It is expected that the application range will be very wide because it can be used simultaneously for design.

하지만 유기 태양 전지의 광활성층으로 사용되는 유기 물질들의 빛에 의해 형성된 엑시톤의 확산 거리가 수 나노미터로 매우 짧아 엑시톤이 생성 후, 확산되는 과정에서 대부분 소멸되어 전기적 특성의 저하뿐만 아니라, 광활성층의 낮은 흡광 계수로 인해 기존 무기 태양 전지들에 비해 효율이 낮은 문제점을 가지고 있다. 따라서 유기 태양 전지의 상용화를 위해서는 고효율화가 반드시 이루어져야 한다. However, since the diffusion distance of the excitons formed by the light of the organic materials used as the photoactive layer of the organic solar cell is very short as several nanometers, the excitons are mostly extinguished during the diffusion after the formation of the excitons, And has a low efficiency compared to conventional inorganic solar cells due to its low extinction coefficient. Therefore, in order to commercialize organic solar cells, high efficiency must be achieved.

한국공개특허 10-2012-0057174호는 이러한 1차원 나노 구조를 갖는 전하 수송층을 구비하는 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 전하전달능력이 향상된 전하 전달층을 구비하는 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 기재하고 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0057174 relates to an organic solar cell having such a charge transport layer having a one-dimensional nanostructure and a method of manufacturing the same, and relates to an organic solar cell having a charge transport layer with improved charge transfer capability, Method.

실시예들은 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 위 홀 수송층에 간단한 나노 임프린팅 및 저온 공정을 통해 나노 구조체를 형성시키는 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 유기 태양 전지의 광학적 특성 및 전기적 특성이 효과적으로 제어된 고효율의 유기 태양 전지를 구현하는 기술을 제공한다. Embodiments describe a method for forming a nanostructure through a simple nanoimprinting and a low-temperature process on a hole transporting layer above a photoactive layer in an inverted-structure organic solar cell, and more specifically, the optical and electrical characteristics of an organic solar cell are effectively And provides a technology for realizing a controlled and highly efficient organic solar cell.

실시예들은 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 상에 형성된 홀 수송층에 나노 임프린팅 및 저온 탈수화(dehydration) 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 도입함으로써, 하층의 유기 광활성층의 물질의 종류에 상관없이 후면 전극에 의한 반사 및 플라즈모닉 공명 현상에 의한 광학적 특성 및 홀 수송층과 후면 전극의 접촉 면적 증가에 의한 전기적 특성을 효과적으로 제어하여 고효율의 유기 태양 전지를 용이하게 제조하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다. Embodiments can be achieved by introducing a nanostructure having a certain period through a nanoimprinting and a low temperature dehydration process on a hole transport layer formed on a photoactive layer in an inverse structure organic solar cell, The present invention relates to a method of manufacturing an organic solar cell, which comprises: forming a photoactive layer on a surface of a photoactive layer to easily produce an organic solar cell with high efficiency by effectively controlling the optical characteristics of the organic EL device by reflection by the back electrode and plasmonic resonance, And a hole transport layer having a regular nanostructure through the process, and a method of manufacturing the organic solar cell.

일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법은, 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계; 형성된 상기 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하는 단계; 및 형성된 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. A method of fabricating an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nano structure through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment includes forming a thin film type hole transport layer on a photoactive layer using a solution for a hole transport layer ; Forming a nanostructure having a predetermined period through a nanoimprinting process on the hole transport layer; And a step of heat-treating the hole transport layer including the nanostructure having the constant period to dehydrate the hole transport layer.

여기에서, 상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계는, 제1 전극이 형성된 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 단계; 및 상기 전자 수송층 상에 유기 광활성층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Here, the step of forming a thin film-type hole transport layer on the photoactive layer using the solution for the hole transport layer may include: forming an electron transport layer on the substrate on which the first electrode is formed; And forming an organic photoactive layer on the electron transporting layer.

상기 광활성층은 정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질의 혼합 박막층의 단층구조 또는 상기 정공 수용체 물질과 상기 전자 수용체 물질이 각각 적층된 다층구조로 이루어질 수 있다. The photoactive layer may have a single layer structure of a mixed thin film layer of a hole receptor material and an electron acceptor material or a multi-layer structure in which the hole receptor material and the electron acceptor material are laminated.

상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계는, 상기 광활성층 상에 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 스핀코팅(spin coating)에 의해 상기 정공 수송층을 형성할 수 있다. The step of forming a thin film-type hole transport layer on the photoactive layer using the solution for the hole transport layer may include at least one of dissolving the photoactive layer in a solvent or preparing the suspension in a suspension state, The hole transport layer may be formed.

상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 된 물질로 이루어질 수 있다. The hole transport layer may be formed of poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ), PANI: PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: polyaniline: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], arylamine group ) And a material having at least one selected from the group consisting of a polymer, an aromatic amine group having a low molecular weight and a polymer, and a MoOx (Molybdenum Oxide) material.

상기 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하는 단계는, 상기 정공 수송층의 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 상기 나노 주형 사이로 스며들어 상기 나노 주형의 형태로 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 상기 정공 수송층 상에 패터닝될 수 있다. The step of forming the nanostructure having a predetermined period through the nano imprinting process on the hole transport layer may include forming a nanostructure patterned with a nanostructure having a predetermined period on the surface of the hole transport layer, A part of the solution penetrates between the nanostructures by the development and the nanostructure having the constant period in the form of the nanostructure may be patterned on the hole transport layer.

상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시키는 단계는, 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층을 80 내지 100

Figure pat00001
의 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화시키며, 고온의 열처리 과정을 수행하지 않아 고온에 취약한 유연 기판에도 적용이 가능하다. The step of heat-treating and dehydrating the hole transport layer including the nanostructure having a constant period may include: providing a hole transport layer containing the nanostructure having the constant period in a range of 80 to 100
Figure pat00001
And the substrate can be applied to a flexible substrate susceptible to high temperature because it is not subjected to a high temperature heat treatment process.

상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 상기 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하는 단계; 및 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 상기 정공 수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Removing the patterned nanostructures used for the nanoimprinting process after dehydrating the hole transport layer by heat treatment; And forming a second electrode on the hole transport layer including the nanostructure having the constant period.

다른 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지는, 전기 전도성을 가지며 투명 재질의 기판에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되는 전자 수소층; 상기 전자 수소층 상에 형성되는 광활성층; 상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 형성된 박막 형태의 정공 수송층; 및 상기 정공 수송층 상에 형성되는 제2 전극을 포함할 수 있다. 여기에서 상기 정공 수송층은 나노 임프린팅 공정을 통해 상부에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 형성될 수 있다. An organic solar cell to which a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to another embodiment includes a first electrode formed on a transparent substrate having electrical conductivity; An electron hydrogen layer formed on the first electrode; A photoactive layer formed on the electron hydrogen layer; A thin film-form hole transport layer formed on the photoactive layer using a solution for the hole transport layer; And a second electrode formed on the hole transport layer. Here, the hole transport layer may be formed with a nanostructure having a certain period on the upper part through a nanoimprinting process.

상기 광활성층은 정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질의 혼합 박막층의 단층구조 또는 상기 정공 수용체 물질과 상기 전자 수용체 물질이 각각 적층된 다층구조로 이루어질 수 있다. The photoactive layer may have a single layer structure of a mixed thin film layer of a hole receptor material and an electron acceptor material or a multi-layer structure in which the hole receptor material and the electron acceptor material are laminated.

상기 정공 수송층은 상기 광활성층 상에 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 스핀코팅(spin coating)에 의해 형성될 수 있다. The hole transport layer may be formed by spin coating on the photoactive layer to dissolve or suspend one or more materials in a solvent.

상기 정공 수송층은 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 된 물질로 이루어질 수 있다. The hole transport layer may be formed of poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ), PANI: PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: polyaniline: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], arylamine group ) And a material having at least one selected from the group consisting of a polymer, an aromatic amine group having a low molecular weight and a polymer, and a MoOx (Molybdenum Oxide) material.

상기 정공 수송층은 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 상기 나노 주형 사이로 스며들어 상기 나노 주형의 형태로 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 상기 정공 수송층 상에 패터닝될 수 있다. The hole transport layer is formed by arranging a nano template patterned with a nano grid pattern having a predetermined period on the surface, and applying a pressure, a part of the solution penetrates through the nano template by capillary phenomenon, The nanostructure may be patterned on the hole transport layer.

상기 정공 수송층은 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 80 내지 100

Figure pat00002
의 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화시켜 형성될 수 있다. Wherein the hole transport layer comprises the hole transport layer comprising the nanostructure having the constant period,
Figure pat00002
In a low-temperature vacuum chamber, and then dehydrating it.

상기 제2 전극은 상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 상기 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하고, 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 정공 수송층 상에 형성될 수 있다. The second electrode may be formed on the hole transport layer containing the nanostructure having the predetermined period by removing the patterned nanostructures used for the nanoimprinting process by heat treating the hole transport layer to dehydrate, .

실시예들에 따르면 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 상에 형성된 홀 수송층에 나노 임프린팅 및 저온 탈수화(dehydration) 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 도입함으로써, 하층의 유기 광활성층의 물질의 종류에 상관없이 후면 전극에 의한 반사 및 플라즈모닉 공명 현상에 의한 광학적 특성 및 홀 수송층과 후면 전극의 접촉 면적 증가에 의한 전기적 특성을 효과적으로 제어하여 고효율의 유기 태양 전지를 용이하게 제조하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. According to embodiments, a nano structure having a certain period is introduced into a hole transport layer formed on a photoactive layer in a reverse structure organic solar cell through a nanoimprinting process and a low temperature dehydration process, Regardless of the type of the light-emitting layer, the optical characteristics due to the reflection due to the back electrode and the plasmonic resonance phenomenon, and the electrical characteristics due to the increase in the contact area between the hole transport layer and the rear electrode, An organic solar cell into which a hole conductive layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process, and a method of manufacturing the same.

또한, 실시예들에 따르면 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화 공정을 수행함으로써, 고온의 열처리 과정을 거치지 않아 고온에 취약한 유연 기판에도 적용이 가능한 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the embodiments, the dehydrogenation process is performed in a low-temperature vacuum chamber to perform a dehydration process. Thus, the photoactive layer, which can be applied to a flexible substrate susceptible to high temperatures without being subjected to a high-temperature heat treatment process, An organic solar cell into which a hole conductive layer is introduced, and a manufacturing method thereof.

도 1은 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 일정한 나노 구조체가 형성된 PEDOT:PSS 정공 수송층 표면의 FE-SEM를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 실시예 1과 비교예 1을 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 실시예 2와 비교예 2를 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 실시예 3과 비교예 3을 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다.
1 is a view for explaining a method of manufacturing an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment.
FIG. 2 is a view illustrating a structure of an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment. Referring to FIG.
3 is a view showing an FE-SEM of a surface of a PEDOT: PSS hole transporting layer having a certain nanostructure formed according to an embodiment.
4 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell manufactured through Example 1 and Comparative Example 1 according to an embodiment.
5 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell manufactured through Example 2 and Comparative Example 2 according to one embodiment.
6 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell fabricated through Example 3 and Comparative Example 3 according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

아래의 실시예들은 역구조 유기 태양 전지 구조에서 정공 수송층에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성시킴으로써, 종래 플라즈모닉 유기 태양 전지에서의 광학적 효과와 더불어 금속 전극에 의한 플라즈모닉 공명 효과를 유도하여 흡광도를 증가시킬 수 있다. In the following embodiments, a nanostructure having a certain period in a hole transport layer is formed in a reverse structure organic solar cell structure, and a plasmonic resonance effect is induced by a metal electrode in addition to an optical effect in a conventional plasmonic organic solar cell, .

또한, 실시예들은 열처리 과정이 요구되지 않아 고온에 취약한 유기 광활성층 및 유연기판에도 적용이 가능하여 고효율의 유기 태양 전지 소자를 구현하는 제조 방안을 제공할 수 있다.
In addition, the embodiments can be applied to an organic photoactive layer and a flexible substrate that are not susceptible to heat at a high temperature because a heat treatment process is not required, thereby providing a manufacturing method for realizing a highly efficient organic solar cell device.

도 1은 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a method of manufacturing an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment.

일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법은 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계, 형성된 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하는 단계, 및 형성된 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A method of fabricating an organic solar cell in which a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment includes forming a thin film type hole transport layer on a photoactive layer using a solution for a hole transport layer Forming a nanostructure having a predetermined period through a nanoimprinting process on the formed hole transporting layer, and dehydrating the hole transporting layer including the nanostructure having a predetermined period by heat treatment.

또한, 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법은 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하는 단계, 및 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 정공 수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, a method of manufacturing an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure introduced through a low-temperature process on a photoactive layer according to an embodiment of the present invention is characterized in that the hole transport layer is dehydrated by heat treatment and then used for a nanoimprinting process Removing the patterned nanostructures, and forming a second electrode on the hole transport layer containing the nanostructure having a constant period.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법을 더 구체적으로 설명할 수 있다. Referring to FIG. 1, a method of fabricating an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure through a low temperature process on a photoactive layer according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 투명 전극을 포함하는 기판 상에 전자 수송층을 형성한 후, 전자 수송층 상에 유기 광활성층을 형성할 수 있다. First, an electron transport layer is formed on a substrate including a transparent electrode, and then an organic photoactive layer is formed on the electron transport layer.

다시 말하면, 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성할 수 있다. 더 구체적으로, 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계는 제1 전극이 형성된 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 단계와, 상기 전자 수송층 상에 유기 광활성층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In other words, a hole transport layer in the form of a thin film can be formed on the photoactive layer using a solution for the hole transport layer. More specifically, the step of forming the thin film-type hole transport layer on the photoactive layer using the solution for the hole transport layer includes the steps of forming an electron transport layer on the substrate on which the first electrode is formed, and forming an organic photoactive layer on the electron transport layer To form a second layer.

기판은 태양 전지의 광입사면 측에 설치되는 경우 광투과성을 갖는 것으로 형성되며, 무색 투명한 것 이외에 다소 착색되어 있는 것이 사용되는 것도 무방하다. 예를 들어 기판은 소다라임 유리, 무알칼리 유리 등의 투명 유리 기판, 또는 폴리에스테르, 폴리아미드, 에폭시 수지 등으로부터 임의로 제작된 플라스틱 필름 등을 이용할 수 있다. When the substrate is provided on the side of the light incident surface of the solar cell, it is formed to have light transmittance, and it may be used that is slightly colored other than colorless transparent. For example, the substrate may be a transparent glass substrate such as soda lime glass or non-alkali glass, or a plastic film arbitrarily made of polyester, polyamide, epoxy resin or the like.

기판 상에 형성된 제1 전극, 투명 전극은 전기 전도성을 가지면서 투명한 물질이면 모두 가능하다. 예를 들어, 투명 전극은 In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zinc oxide), Ga2O3-In2O3, ZnO, ZnO-In2O3, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), Zn2In2O5-In4Sn3O12, SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합 산화물일 수 있다. The first electrode formed on the substrate, and the transparent electrode may be any material that is electrically conductive and transparent. For example, the transparent electrode is In 2 O 3, ITO (indium -tin oxide), IGZO (indium-gallium-zinc oxide), Ga 2 O 3 -In 2 O 3, ZnO, ZnO-In 2 O 3, AZO (Aluminium-zinc oxide; ZnO: Al), Zn 2 In 2 O 5 -In4Sn 3 O1 2, SnO 2, FTO (Fluorine-doped tin oxide; SnO 2: F), ATO (Aluminium-tin oxide; SnO 2: Al, or the like, or a composite oxide of a metal such as indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), zinc (Zn), and aluminum (Al)

투명 전극을 포함하는 기판 상에 전자 수송층을 형성할 수 있다. 이 때, 전자 수송층은 ZnO계 나노 입자, Doped-ZnO(ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N 등)계 나노 입자, SnO2 나노 입자, ITO 나노 입자, TiO2 나노 입자, TiOx(1<x<2) 졸, Cs2CO3 용액, titanium(diisoproxide)bis(2,4-pentadionate) 용액의 계로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것으로 이루어질 수 있다. An electron transporting layer can be formed on a substrate including a transparent electrode. At this time, the electron transporting layer may be formed of ZnO nanoparticles, Doped-ZnO (ZnO: Al, ZnO: B, ZnO: Ga, ZnO: N) nanoparticles, SnO 2 nanoparticles, ITO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, A solution of TiO x (1 <x <2) sol, a solution of Cs 2 CO 3, and a solution of titanium (diisoproxide) bis (2,4-pentadionate).

전자 수송층 상에 형성되는 광활성층은 다양한 형태로 구현이 가능하며, (1) 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질의 혼합박막[(D+A) blend]층의 단층구조를 취할 수도 있으며, (2) 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질이 각각 적층된 형태(D/A)의 다층구조를 취할 수도 있다.The photoactive layer formed on the electron transporting layer can be realized in various forms, and it can be realized by (1) taking a single layer structure of a mixed thin film [(D + A) blend] layer of a hole receptor (D) material and an electron acceptor (D / A) in which the hole receptor (D) material and the electron acceptor (A) material are laminated, respectively.

정공 수용체(D)는 폴리 벤조티오펜 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리 플로렌 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체와 같은 공액계 고분자 내지 공액계 저분자 등을 포함하는 전도성 고분자 및 저분자를 이용할 수 있다. The hole receptor (D) may be at least one selected from the group consisting of polybenzothiophene derivatives, polythiophene derivatives, poly (para-phenylene) derivatives, polyfluorene derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, And conductive polymers and small molecules including conjugated polymers such as vinylene derivatives and conjugated low molecular materials can be used.

전자 수용체(A)는 풀러렌(fullerene; C60), [6,6]-페닐-C61-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ether; PCBM), [6,6]-페닐-C71-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ether; PC70BM)와 같은 풀러렌 유도체, 페릴렌(perylene)과 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole; PTCBI)와 같은 페릴렌 저분자 고분자 화합물 유도체를 이용할 수 있다. The electron acceptor (A) is fullerene (C60), [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ether (PCBM), [6,6] , 6] -phenyl-C71-butyric acid methyl ether (PC70BM), perylene derivatives such as perylene and 3,4,9,10 Perylene polymeric compound derivatives such as 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI) may be used.

광활성층은 스핀코팅, 딥코팅, 화학적 기상 증착, 스프레이 코팅 등을 통해 정공 수송층을 형성할 수 있다.The photoactive layer may be formed by spin coating, dip coating, chemical vapor deposition, spray coating or the like.

예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 광활성층 상에 형성되는 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층은 스핀코팅에 의해 형성할 수 있다. For example, as shown in FIG. 1A, a hole transport layer including a nanostructure having a constant period formed on a photoactive layer according to an exemplary embodiment may be formed by spin coating.

정공 수송층 물질은 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The hole-transporting layer material is composed of poly (4-styrene sulfonate): poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ), PANI: PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: polyaniline: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], arylamine group ) And a polymer, an aromatic amine group having a low molecular weight and a polymer, and a MoOx (Molybdenum Oxide) material.

스핀코팅 방법을 통하여 광활성층 상에 정공 수송층을 형성하기 위해서 상기 물질들 중 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 사용할 수 있다. In order to form a hole transporting layer on the photoactive layer through a spin coating method, one or more of the above materials may be dissolved in a solvent or prepared in a suspension state.

다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 형성된 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 1B, a nanostructure having a constant period can be formed through a nano imprinting process on the formed hole transport layer.

스핀코팅된 정공 수송층 상에 나노 주형을 놓고 압력을 가하는 경우 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 주형 사이로 스며들면, 나노 주형의 형태로 정공 수송층 상에 음각이 형성되게 된다. 더 구체적으로, 정공 수송층의 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 상기 나노 주형 사이로 스며들어 상기 나노 주형의 형태로 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 상기 정공 수송층 상에 패터닝될 수 있다. When a nanostructure is placed on a spin-coated hole transport layer and pressure is applied, a part of the solution penetrates between the molds due to the capillary phenomenon, thereby forming a depression on the hole transport layer in the form of a nano-mold. More specifically, a nanostructure having a predetermined periodicity is patterned on the surface of the hole transport layer, and a pressure is applied to the nanostructure. As a result, a portion of the solution is permeated through the nanostructure by capillary action, A nanostructure having a constant period can be patterned on the hole transporting layer.

이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 형성된 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킬 수 있다. Then, as shown in FIG. 1C, the hole transport layer including the nanostructure having a constant periodicity can be dehydrated by heat treatment.

즉, 나노 구조체가 형성된 정공 수송층은 80 내지 100

Figure pat00003
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상된 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 가지는 정공 수송층을 형성할 수 있다. 이와 같이 고온의 열처리 과정을 수행하지 않고 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화시킴으로써 고온에 취약한 유연 기판에도 적용할 수 있다. That is, the hole transporting layer in which the nanostructure is formed is 80 to 100
Figure pat00003
The hole transport layer having a nanostructure having a constant period with improved optical and electrical characteristics can be formed through a dehydration process. By performing dehydration by heat treatment in a low-temperature vacuum chamber without performing a high-temperature heat treatment process, the present invention can be applied to a flexible substrate susceptible to high temperatures.

그리고 정공 수송층을 유기 태양 전지에 적용하였을 경우, 일정한 주기를 가지는 금속 나노 구조체의 형성이 가능해지므로 금속 전극에 의한 플라즈모닉 공명 효과를 유도함으로써 흡광도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나노 구조체 도입으로 인하여 접촉 면적의 증가 및 재결합 방지 등의 전기적 특성 향상에 의해 효율이 향상된 유기 태양 전지를 제공할 수 있다. In addition, when the hole transport layer is applied to an organic solar cell, it is possible to form a metal nanostructure having a constant period. Therefore, it is possible not only to increase the absorbance by inducing a plasmonic resonance effect by the metal electrode, It is possible to provide an organic solar cell whose efficiency is improved by improvement of electrical characteristics such as increase in area and prevention of recombination.

도 1d에 도시된 바와 같이, 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거할 수 있다. As shown in FIG. 1D, after the hole transport layer is dehydrated by heat treatment, a nano template patterned with nano meshes used for the nanoimprinting process can be removed.

그리고, 도 1e에 도시된 바와 같이, 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 정공 수송층 상에 제2 전극을 형성할 수 있다. As shown in FIG. 1E, the second electrode may be formed on the hole transport layer including the nanostructure having a constant period.

제2 전극은 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 도입된 정공 수송층 상에 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 금(Au)과 같은 금속 전극을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 은 전극을 사용할 수 있다.The second electrode may be formed of a metal electrode such as silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), and gold (Au) on the hole transport layer into which the nanostructure having the constant period is introduced. Electrodes can be used.

이와 같이, 일 실시예에 따르면 PEDOT:PSS 박막 형성 후, 나노 임프린팅 공정을 통해 열처리 없이 간단히 후면 전극에 나노 구조를 형성시킴으로써 광학적인 효과를 기대할 수 있다. As described above, according to one embodiment, after the PEDOT: PSS thin film is formed, the optical effect can be expected by simply forming the nano structure on the rear electrode without heat treatment through the nanoimprinting process.

또한, 광활성층 상 홀 수송층에 일정한 주기의 나노 구조체를 직접 형성시킴으로써, 전면 전극 상에 홀 수송층을 형성하여 나노 구조체를 형성 후 입사광을 굴절시킴으로써 상층 유기박막을 통과하는 빛의 경로를 늘려 상층 유기 박막층의 광흡수율을 향상시키는 효과뿐 아니라, 금속인 후면 전극에 의한 플라즈모닉 공명 효과를 유도함으로써 실질적인 흡광도를 증가시킬 수 있다.
In addition, by forming the nanostructure on the photoactive layer directly with a certain period of time, a hole transport layer is formed on the front electrode to form the nanostructure, and then the incident light is refracted to increase the path of light passing through the upper organic thin film, It is possible to increase the substantial absorbance by inducing the plasmonic resonance effect by the rear electrode which is a metal.

도 2는 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지의 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a view illustrating a structure of an organic solar cell having a hole transport layer having a regular nanostructure introduced through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment. Referring to FIG.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지(200)는 제1 전극(210), 전자 수소층(220), 광활성층(230), 정공 수송층(240), 및 제2 전극(250)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 일 실시예에 따른 광활성층(230) 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지(200)는 역구조의 유기 태양 전지를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2, an organic solar cell 200 including a hole transport layer having a regular nano structure through a low temperature process on a photoactive layer according to an embodiment includes a first electrode 210, an electron hydrogen layer 220 A photoactive layer 230, a hole transport layer 240, and a second electrode 250. Here, the organic solar cell 200 in which a hole conductive layer having a regular nanostructure is introduced through the low temperature process on the photoactive layer 230 according to an embodiment can form an organic solar cell having an inverted structure.

제1 전극(210)은 전기 전도성을 가지며 투명 재질의 기판에 형성될 수 있다. The first electrode 210 is electrically conductive and may be formed on a transparent substrate.

여기에서, 기판은 태양 전지의 광입사면 측에 설치되는 경우 광투과성을 갖는 것으로 형성되며, 무색 투명한 것 이외에 다소 착색되어 있는 것이 사용되는 것도 무방하다. 예를 들어 기판은 소다라임 유리, 무알칼리 유리 등의 투명 유리 기판, 또는 폴리에스테르, 폴리아미드, 에폭시 수지 등으로부터 임의로 제작된 플라스틱 필름 등을 이용할 수 있다. Here, the substrate is formed to have light transmittance when it is provided on the light incident surface side of the solar cell, and it may be used that is slightly colored other than colorless transparent. For example, the substrate may be a transparent glass substrate such as soda lime glass or non-alkali glass, or a plastic film arbitrarily made of polyester, polyamide, epoxy resin or the like.

기판 상에 형성된 제1 전극(210)을 투명 전극이라 할 수 있으며, 투명 전극은 전기 전도성을 가지면서 투명한 물질이면 모두 가능하다. 예를 들어, 투명 전극은 In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zinc oxide), Ga2O3-In2O3, ZnO, ZnO-In2O3, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), Zn2In2O5-In4Sn3O12, SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합 산화물일 수 있다. The first electrode 210 formed on the substrate may be referred to as a transparent electrode, and the transparent electrode may be any material that is electrically conductive and transparent. For example, the transparent electrode is In 2 O 3, ITO (indium -tin oxide), IGZO (indium-gallium-zinc oxide), Ga 2 O 3 -In 2 O 3, ZnO, ZnO-In 2 O 3, AZO (Aluminium-zinc oxide; ZnO: Al), Zn 2 In 2 O 5 -In4Sn 3 O1 2, SnO 2, FTO (Fluorine-doped tin oxide; SnO 2: F), ATO (Aluminium-tin oxide; SnO 2: Al, or the like, or a composite oxide of a metal such as indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), zinc (Zn), and aluminum (Al)

전자 수소층(220)은 제1 전극(210) 상에 형성될 수 있다. 이 때, 전자 수송층은 ZnO계 나노 입자, Doped-ZnO(ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N 등)계 나노 입자, SnO2 나노 입자, ITO 나노 입자, TiO2 나노 입자, TiOx(1<x<2) 졸, Cs2CO3 용액, titanium(diisoproxide)bis(2,4-pentadionate) 용액의 계로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것으로 이루어질 수 있다. The electron-hydrogen layer 220 may be formed on the first electrode 210. At this time, the electron transporting layer may be formed of ZnO nanoparticles, Doped-ZnO (ZnO: Al, ZnO: B, ZnO: Ga, ZnO: N) nanoparticles, SnO 2 nanoparticles, ITO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, A solution of TiO x (1 <x <2) sol, a solution of Cs 2 CO 3, and a solution of titanium (diisoproxide) bis (2,4-pentadionate).

광활성층(230)은 전자 수소층(220) 상에 형성될 수 있다. 이러한 전자 수송층 상에 형성되는 광활성층(230)은 다양한 형태로 구현이 가능하며, 광활성층(230)은 정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질의 혼합 박막층의 단층구조 또는 정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질이 각각 적층된 다층구조로 이루어질 수 있다. The photoactive layer 230 may be formed on the electron-hydrogen layer 220. The photoactive layer 230 formed on such an electron transport layer can be implemented in various forms, and the photoactive layer 230 can be formed by a single layer structure of a mixed thin film layer of a hole receptor material and an electron acceptor material, or a single layer structure of a hole receptor material and an electron acceptor material Layered structure.

더 구체적으로, 전자 수송층 상에 형성되는 광활성층(230)은 (1) 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질의 혼합 박막[(D+A) blend]층의 단층구조를 취할 수도 있으며, (2) 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질이 각각 적층된 형태(D/A)의 다층구조를 취할 수도 있다.More specifically, the photoactive layer 230 formed on the electron transporting layer may have a single layer structure of (1) a mixed thin film of a hole receptor (D) material and an electron acceptor (A) (D / A) in which a hole receptor (D) material and an electron acceptor (A) material are stacked, respectively.

정공 수용체(D)는 폴리 벤조티오펜 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리 플로렌 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체와 같은 공액계 고분자 내지 공액계 저분자 등을 포함하는 전도성 고분자 및 저분자를 이용할 수 있다. The hole receptor (D) may be at least one selected from the group consisting of polybenzothiophene derivatives, polythiophene derivatives, poly (para-phenylene) derivatives, polyfluorene derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, And conductive polymers and small molecules including conjugated polymers such as vinylene derivatives and conjugated low molecular materials can be used.

전자 수용체(A)는 풀러렌(fullerene; C60), [6,6]-페닐-C61-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ether; PCBM), [6,6]-페닐-C71-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ether; PC70BM)와 같은 풀러렌 유도체, 페릴렌(perylene)과 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole; PTCBI)와 같은 페릴렌 저분자 고분자 화합물 유도체를 이용할 수 있다. 광활성층(230)은 스핀코팅, 딥코팅, 화학적 기상 증착, 스프레이 코팅 등을 통해 형성할 수 있다.The electron acceptor (A) is fullerene (C60), [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ether (PCBM), [6,6] , 6] -phenyl-C71-butyric acid methyl ether (PC70BM), perylene derivatives such as perylene and 3,4,9,10 Perylene polymeric compound derivatives such as 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI) may be used. The photoactive layer 230 may be formed by spin coating, dip coating, chemical vapor deposition, spray coating, or the like.

정공 수송층(240)은 광활성층(230) 상에 정공 수송층(240)용 용액을 이용하여 형성된 박막 형태로 이루어질 수 있다. 여기에서 정공 수송층(240)은 나노 임프린팅 공정을 통해 상부에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 형성될 수 있다. The hole transport layer 240 may be formed as a thin film on the photoactive layer 230 using a solution for the hole transport layer 240. Here, the hole transport layer 240 may be formed with a nanostructure having a predetermined period on the top of the nanoimprinting process.

정공 수송층(240)은 광활성층(230) 상에 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 스핀코팅(spin coating)에 의해 형성될 수 있다. The hole transport layer 240 may be formed by spin coating on the photoactive layer 230 by dissolving one or more materials in a solvent or by preparing them in a suspension state.

예를 들어, 정공 수송층(240)은 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 된 물질로 이루어질 수 있다. For example, the hole transport layer 240 may be formed of a poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate) sulfonate): polyglycol (glycerol)], PANI: poly (4-styrene sulfonate), PANI: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene) A material having at least one selected from the group consisting of a low molecular substance having an aryl amine group and a polymer, a low molecular substance having an aromatic amine group and a polymer, and a MoOx (Molybdenum Oxide) substance.

나노 구조체가 형성된 정공 수송층(240)은 80 내지 100

Figure pat00004
의 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상된 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 가지는 정공 수송층(240)을 형성할 수 있다.The hole transport layer 240 formed with the nanostructure has a thickness of 80 to 100
Figure pat00004
And a hole transport layer 240 having a nanostructure having a constant period with improved optical characteristics and electrical characteristics can be formed through a dehydration process.

정공 수송층(240)은 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 나노 주형 사이로 스며들어 나노 주형의 형태로 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 정공 수송층(240) 상에 패터닝될 수 있다. The hole transport layer 240 is formed by arranging a nano template patterned with a nano grid having a predetermined period on the surface, and applying a pressure, a part of the solution penetrates between the nano template by capillary phenomenon, The nanostructure can be patterned on the hole transport layer 240. [

제2 전극(250)은 정공 수송층(240) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 전극(250)은 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 금(Au)과 같은 금속 전극을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 은 전극을 사용할 수 있다. The second electrode 250 may be formed on the hole transport layer 240. For example, the second electrode 250 may be a metal electrode such as silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), or gold (Au)

제2 전극(250)은 정공 수송층(240)을 열처리하여 탈수화시킨 후, 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하고, 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 정공 수송층(240) 상에 형성될 수 있다. The second electrode 250 is formed by dehydrating the hole transport layer 240 by heat treatment, removing the nano template patterned with the nano grid used for the nanoimprinting process, and forming the hole transport layer 240 including the nano structure having a constant period (Not shown).

이와 같이, 일 실시예에 따르면 역구조의 유기 태양 전지의 광활성층(230) 상부에 나노 임프린팅 공정과 저온 탈수화 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층(240)을 형성시킴으로써, 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상된 고효율의 유기 태양 전지를 구현하게 한다. As described above, according to one embodiment, a hole transport layer 240 including a nanostructure having a predetermined period is formed on the photoactive layer 230 of the reverse-structured organic solar cell through a nanoimprinting process and a low-temperature dehydration process , Thereby realizing a highly efficient organic solar cell with improved optical characteristics and electrical characteristics.

일 실시예에 따르면 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 도입함으로써 하층의 유기 광활성층(230)의 물질의 종류에 상관없이 후면 전극에 의한 반사 및 플라즈모닉 공명 현상에 의한 광학적 특성 및 홀 수송층과 후면 전극의 접촉 면적 증가에 의한 전기적 특성을 효과적으로 제어하여 고효율의 유기 태양 전지를 용이하게 제조할 수 있다. According to one embodiment, by introducing the nanostructure having a constant period, the optical characteristic due to the reflection by the back electrode and the plasmonic resonance phenomenon, and the characteristics of the hole transport layer and the rear electrode It is possible to easily manufacture a highly efficient organic solar cell by effectively controlling the electrical characteristics by increasing the contact area.

또한, 일 실시예에 따르면 고온의 열처리 과정이 없으므로 고온에 취약한 유연 기판에도 적용이 가능하여 고효율의 유연 유기 태양 전지의 제작을 구현할 수 있으며, 이는 나아가 유기 태양 전지의 상용화를 앞당길 수 있다.
In addition, according to one embodiment, because there is no heat treatment process at a high temperature, the present invention can be applied to a flexible substrate susceptible to high temperature, thereby realizing the production of a highly efficient flexible organic solar cell, and further promoting commercialization of the organic solar cell.

이하, 본 발명을 하기 실험예 및 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 하기의 실험예 및 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Experimental Examples and Examples. The following Experimental Examples and Examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following Examples.

실시예Example 1 One

도 1에 도시된 바와 같이, 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 사용하여 모세관 압을 이용한 나노 임프린팅 공정을 통한 정공 수송층으로 사용된 PEDOT:PSS 표면에 일정한 나노 격자를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 1, a uniform nano-grid can be formed on the surface of the PEDOT: PSS used as a hole transport layer through a nanoimprinting process using a capillary pressure using a nanotube having a constant periodicity.

혼합물인 PEDOT:PSS는 두 가지 종류의 고분자 물질, 즉 PEDOT과 PSS로 구성될 수 있다. PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅(spin coating)하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 그 위에 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 박막 위에 올려 놓고 80 내지 100

Figure pat00005
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 용매를 제거한 후, 나노 주형을 분리할 수 있다. The mixture PEDOT: PSS can be composed of two kinds of polymeric materials, PEDOT and PSS. A PEDOT: PSS thin film having a thickness of about 40 nm was spin-coated on a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds to form a nano-scale nano-scale with a certain period of time on the thin film. 80 to 100
Figure pat00005
To remove the solvent through the dehydration process, and then to separate the nanostructures.

이러한 과정 동안 모세관 현상에 의해 PEDOT:PSS 용액이 주형의 나노 구조물 사이로 들어가게 되어 PEDOT:PSS 표면상에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하게 된다.
During this process, the capillary phenomenon causes the PEDOT: PSS solution to enter between the nanostructures of the template, forming a nanostructure with a constant period on the PEDOT: PSS surface.

도 3은 일 실시예에 따른 일정한 나노 구조체가 형성된 PEDOT:PSS 정공 수송층 표면의 FE-SEM를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing an FE-SEM of a surface of a PEDOT: PSS hole transporting layer having a certain nanostructure formed according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 전술한 모세관 압을 이용한 나노 임프린팅 공정에 의해 만들어진 PEDOT:PSS 박막 표면의 FE-SEM 이미지를 나타내는 것으로, 더 구체적으로 PDMS 주형을 이용하여 모세관 압을 이용한 나노 임프리팅 공정에 의해 일정한 나노 구조체가 형성된 PEDOT:PSS 정공 수송층 표면의 FE-SEM 이미지를 나타낸다. 3, an FE-SEM image of the surface of a PEDOT: PSS thin film formed by the nanoimprinting process using the capillary pressure described above is shown. More specifically, a nanoimprinting process using a capillary pressure using a PDMS template Shows an FE-SEM image of the surface of a PEDOT: PSS hole transport layer where a certain nanostructure was formed.

일정한 나노 구조체가 형성된 PEDOT:PSS 정공 수송층 표면의 FE-SEM 이미지에서 확인할 수 있듯이, PEDOT:PSS 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 성공적으로 형성됨을 확인할 수 있다.As can be seen from the FE-SEM image of the surface of the PEDOT: PSS hole transport layer having a certain nanostructure formed, it can be confirmed that a nano grating having a constant period on the surface of the PEDOT: PSS is successfully formed.

실시예Example 2 2

일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층을 유기 태양 전지의 광활성층 상에 도입하기 위하여, 15

Figure pat00006
의 시트 저항을 가지는 ~1,500
Figure pat00007
두께의 투명 ITO를 기판으로 사용할 수 있다. In order to introduce a hole transport layer containing a nanostructure having a constant period on the photoactive layer of an organic solar cell, 15
Figure pat00006
~ 1500 with sheet resistance of
Figure pat00007
Transparent ITO can be used as the substrate.

제1 전극인 ITO가 형성된 유리 기판을 아세톤과 이소프로필 알코올으로 각 15 분간 초음파 세정을 행한 후, 건조시킬 수 있다. 다음으로, 대기압 플라즈마 표면처리 장치에서 10 분간, 상기 ITO 기판의 표면처리를 수행할 수 있다. ITO 기판 위에 ZnO 졸-겔 용액을 6000 rpm으로 30 초간 스핀코팅한 후, 200

Figure pat00008
에서 1 시간 건조시킬 수 있다. The glass substrate on which ITO as the first electrode is formed can be cleaned by ultrasonic cleaning with acetone and isopropyl alcohol for 15 minutes, and then dried. Next, the surface treatment of the ITO substrate can be performed in an atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus for 10 minutes. The ZnO sol-gel solution was spin-coated on the ITO substrate at 6000 rpm for 30 seconds, then 200
Figure pat00008
Lt; / RTI &gt; for 1 hour.

다음으로, PTB7와 PC70BM을 1 : 1.5의 중량비로 혼합하여 Dichlorobenzene와 1,8-diiodooctane의 혼합 용매(0.97 ml : 0.03 ml 부피비)에 용해시킨 광활성층용 용액을 질소 분위기 하에서 상기 ZnO 상에 2500 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 광활성층 박막을 형성시킨 후, 70

Figure pat00009
에서 20 분 건조시킬 수 있다. Next, a photoactive layer solution in which PTB7 and PC70BM were mixed in a weight ratio of 1: 1.5 and dissolved in a mixed solvent of dichlorobenzene and 1,8-diiodooctane (0.97 ml: 0.03 ml volume ratio) was added to the ZnO on the ZnO at 2500 rpm Spin coating for 30 seconds to form a photoactive layer thin film, and then 70
Figure pat00009
Lt; / RTI &gt; for 20 minutes.

광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 그 위에 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 박막 위에 올려 놓고 80 내지 100

Figure pat00010
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 용매를 제거 후, 나노 주형을 분리시킬 수 있다. Immediately after the PEDOT: PSS thin film with a thickness of about 40 nm was spin-coated on the photoactive layer on a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds on the photoactive layer, a nanotube with a predetermined period of nano grid was formed on the thin film 80 to 100
Figure pat00010
The solvent can be removed through a dehydration process, and then the nanostructure can be separated.

이러한 과정 동안 모세관 현상에 의해 PEDOT:PSS 용액이 주형의 나노 구조물 사이로 들어가게 되어 PEDOT:PSS 표면상에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성할 수 있다.During this process, the capillary phenomenon causes the PEDOT: PSS solution to enter between the nanostructures of the template, forming a nanostructure having a constant period on the surface of the PEDOT: PSS.

이후, 정공 수송층 상에 1 x 10- 7 의 진공 챔버에서 100 nm의 막 두께의 Ag 박막을, 진공 증착법을 이용해서 제2 전극을 형성하는 것에 의해 유기 태양 전지를 획득할 수 있다. Thereafter, an organic thin film can be obtained by forming an Ag thin film having a film thickness of 100 nm in a vacuum chamber of 1 x 10 &lt; -7 &gt; on the hole transporting layer and a second electrode using a vacuum deposition method.

이하, 이를 통해 본 발명의 실시예 및 비교예를 비교 설명한다.
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be compared and described.

도 4는 일 실시예에 따른 실시예 1과 비교예 1을 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다. 4 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell manufactured through Example 1 and Comparative Example 1 according to an embodiment.

먼저, 도 4를 참조하여 비교예를 설명한다.First, a comparative example will be described with reference to FIG.

비교예Comparative Example 1 One

일정한 나노 구조체가 도입되지 않은 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer in which a certain nanostructure is not introduced can be manufactured.

제1 전극은 15

Figure pat00011
의 시트 저항을 가지는 ~1,500
Figure pat00012
두께의 투명 ITO를 유리 기판 상에 제조할 수 있다. 양극 층인 ITO가 형성된 유리 기판을 아세톤과 이소프로필 알코올으로 각 15 분간 초음파 세정을 행한 후, 건조시킬 수 있다. 그리고 대기압 플라즈마 표면처리 장치에서 10 분간, 상기 ITO 기판의 표면처리를 수행할 수 있다. The first electrode is 15
Figure pat00011
~ 1500 with sheet resistance of
Figure pat00012
Transparent ITO can be manufactured on the glass substrate. The glass substrate on which ITO as the anode layer is formed can be ultrasonically washed with acetone and isopropyl alcohol for 15 minutes, and then dried. Then, the surface treatment of the ITO substrate can be performed in an atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus for 10 minutes.

다음으로, ITO 기판 위에 ZnO 졸-겔 용액을 6000 rpm으로 30 초간 스핀코팅한 후, 200

Figure pat00013
에서 1 시간 건조시킬 수 있다. Next, a ZnO sol-gel solution was spin-coated on the ITO substrate at 6000 rpm for 30 seconds,
Figure pat00013
Lt; / RTI &gt; for 1 hour.

이후, 산소 1 ppm 이하의 드라이 질소 분위기의 글러브 박스로 이송하고, PCDTBT와 PC70BM을 4 mg : 16 mg의 중량비로 혼합하여 Dichlorobenzene 용매(1 ml) 용해시킨 광활성층용 용액을 질소 분위기 하에서 상기 ZnO 상에 1100 rpm으로 60 초간 스핀코팅하여 광활성층 박막을 형성시킨 후, 80

Figure pat00014
에서 15 분 건조시킬 수 있다. Thereafter, the solution was transferred to a glove box with a dry nitrogen atmosphere of 1 ppm or less of oxygen and mixed with PCDTBT and PC70BM in a weight ratio of 4 mg: 16 mg to dissolve a dichlorobenzene solvent (1 ml) in a nitrogen atmosphere. And then spin-coated at 1100 rpm for 60 seconds to form a photoactive layer thin film. Then, 80
Figure pat00014
Lt; / RTI &gt; for 15 minutes.

광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 상기 기판을 80

Figure pat00015
에서 1 시간 건조시킬 수 있다. Immediately after the PEDOT: PSS thin film having a thickness of about 40 nm was spin-coated on the photoactive layer on the glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds,
Figure pat00015
Lt; / RTI &gt; for 1 hour.

이후, 정공 수송층 상에 1 x 10- 7 의 진공 챔버에서 100 nm의 막 두께의 Ag 박막을, 진공 증착법을 이용해서 제2 전극을 형성하는 것에 의해 유기 태양 전지를 획득할 수 있다. Thereafter, an organic thin film can be obtained by forming an Ag thin film having a film thickness of 100 nm in a vacuum chamber of 1 x 10 &lt; -7 &gt; on the hole transporting layer and a second electrode using a vacuum deposition method.

도 4를 참조하면, 비교예 1에서 제작된 일정한 나노 구조체가 도입되지 않은 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지소자의 전압-전류 밀도의 측정 결과를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, the measurement results of the voltage-current density of the organic solar cell device including the hole transport layer having no constant nanostructure prepared in Comparative Example 1 can be confirmed.

제작된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.86, Jsc 값은 9.97, FF는 58 %로 측정되며, 광전변환율은 4.95 %이다.
The VOC value of the fabricated organic solar cell is 0.86, the Jsc value is 9.97, the FF value is 58%, and the photoelectric conversion rate is 4.95%.

이하, 다시 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

실시예Example 1 One

일정한 나노 구조체가 도입된 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer into which a certain nano structure is introduced can be manufactured.

본 실시예는 전술한 비교예 1에서 제시한 태양 전지 제조 과정 중에서 광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 그 위에 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 박막 위에 올려 놓고 80 내지 100

Figure pat00016
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 용매를 제거한 후, 나노 주형을 분리시킬 수 있다. In this embodiment, a PEDOT: PSS thin film having a thickness of about 40 nm was prepared by spin coating a PEDOT: PSS aqueous solution on a photoactive layer on a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds in the solar cell manufacturing process described in Comparative Example 1 described above Immediately thereafter, a nano-scale mold having a predetermined period of a nano grid was placed on the thin film,
Figure pat00016
The solvent may be removed through a dehydration process, and the nanostructures may be separated.

이러한 과정 동안 모세관 현상에 의해 PEDOT:PSS 용액이 주형의 나노 구조물 사이로 들어가게 되어 PEDOT:PSS 표면상에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성한 것을 제외하고는 모두 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조할 수 있다.During this process, the organic solar cell can be manufactured in the same manner except that the PEDOT: PSS solution is introduced between the nanostructures of the template by the capillary phenomenon to form a nanostructure having a constant period on the surface of the PEDOT: PSS .

제작된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.87, Jsc 값은 11.24, FF는 59 %로 측정되며, 광전변환율은 5.75 %이다. 도 4를 참조하면 소자의 전압-전류 밀도 측정 결과를 확인할 수 있다.
The prepared organic solar cell has a Voc value of 0.87, a Jsc value of 11.24 and a FF of 59%, and a photoelectric conversion rate of 5.75%. Referring to FIG. 4, the voltage-current density measurement result of the device can be confirmed.

도 5는 일 실시예에 따른 실시예 2와 비교예 2를 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다. 5 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell manufactured through Example 2 and Comparative Example 2 according to one embodiment.

비교예Comparative Example 2 2

일정한 나노 구조체가 도입되지 않은 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer in which a certain nanostructure is not introduced can be manufactured.

제1 전극은 15

Figure pat00017
의 시트 저항을 가지는 ~1,500
Figure pat00018
두께의 투명 ITO를 유리 기판 상에 제조할 수 있다. 양극 층인 ITO가 형성된 유리 기판을 아세톤과 이소프로필 알코올으로 각 15 분간 초음파 세정을 행한 후, 건조시킬 수 있다. 그리고 대기압 플라즈마 표면처리 장치에서 10 분간, 상기 ITO 기판의 표면처리를 수행할 수 있다. The first electrode is 15
Figure pat00017
~ 1500 with sheet resistance of
Figure pat00018
Transparent ITO can be manufactured on the glass substrate. The glass substrate on which ITO as the anode layer is formed can be ultrasonically washed with acetone and isopropyl alcohol for 15 minutes, and then dried. Then, the surface treatment of the ITO substrate can be performed in an atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus for 10 minutes.

다음으로, ITO 기판 위에 ZnO 졸-겔 용액을 6000 rpm 으로 30 초간 스핀코팅한 후, 200

Figure pat00019
에서 1 시간 건조시킬 수 있다. Next, a ZnO sol-gel solution was spin-coated on the ITO substrate at 6000 rpm for 30 seconds,
Figure pat00019
Lt; / RTI &gt; for 1 hour.

이후, 산소 1 ppm 이하의 드라이 질소 분위기의 글러브 박스로 이송하고, PTB7-Th와 PC70BM을 1 : 1.5의 중량비로 혼합하여 Dichlorobenzene와 1,8-diiodooctane의 혼합 용매(0.97 ml : 0.03 ml 부피비)에 용해시킨 광활성층용 용액을 질소 분위기 하에서 ZnO 상에 2500 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 광활성층 박막을 형성시킨 후, 70

Figure pat00020
에서 20 분 건조시킬 수 있다. Then, PTB7-Th and PC70BM were mixed at a weight ratio of 1: 1.5, and the mixture was mixed with a mixed solvent of dichlorobenzene and 1,8-diiodooctane (0.97 ml: 0.03 ml volume ratio) The dissolved photoactive layer solution was spin coated on ZnO at 2500 rpm for 30 seconds under a nitrogen atmosphere to form a photoactive layer thin film,
Figure pat00020
Lt; / RTI &gt; for 20 minutes.

광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 상기 기판을 80

Figure pat00021
에서 1 시간 건조시킬 수 있다. Immediately after the PEDOT: PSS thin film having a thickness of about 40 nm was spin-coated on the photoactive layer on the glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds,
Figure pat00021
Lt; / RTI &gt; for 1 hour.

이후, 정공 수송층 상에 1 x 10- 7 의 진공 챔버에서 100 nm의 막 두께의 Ag 박막을, 진공 증착법을 이용해서 제2 전극을 형성하는 것에 의해 유기 태양 전지를 획득할 수 있다. Thereafter, an organic thin film can be obtained by forming an Ag thin film having a film thickness of 100 nm in a vacuum chamber of 1 x 10 &lt; -7 &gt; on the hole transporting layer and a second electrode using a vacuum deposition method.

도 5를 참조하면, 비교예 1에서 제작된 일정한 나노 구조체가 도입되지 않은 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지소자의 전압-전류 밀도의 측정 결과를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the measurement results of the voltage-current density of the organic solar cell device including the hole transport layer having no constant nanostructure prepared in Comparative Example 1 can be confirmed.

제작된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.78, Jsc 값은 15.70, FF는 65 %로 측정되며, 광전변환율은 7.94 %이다.
The prepared organic solar cell has a Voc value of 0.78, a Jsc value of 15.70 and a FF of 65%, and a photoelectric conversion rate of 7.94%.

이하, 다시 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

실시예Example 2 2

일정한 나노 구조체가 도입된 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer into which a certain nano structure is introduced can be manufactured.

본 실시예는 전술한 비교예 2에서 제시한 태양 전지 제조 과정 중에서 광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액을 유리 기판 위에 3000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 약 40 nm의 두께의 PEDOT:PSS 박막을 제작한 직후, 그 위에 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 박막 위에 올려 놓고 80 내지 100

Figure pat00022
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 용매를 제거한 후, 나노 주형을 분리시킬 수 있다. In this example, a PEDOT: PSS thin film having a thickness of about 40 nm was prepared by spin coating a PEDOT: PSS aqueous solution on a photoactive layer on a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds in the solar cell manufacturing process described in Comparative Example 2 described above Immediately thereafter, a nano-scale mold having a predetermined period of a nano grid was placed on the thin film,
Figure pat00022
The solvent may be removed through a dehydration process, and the nanostructures may be separated.

이러한 과정 동안 모세관 현상에 의해 PEDOT:PSS 용액이 주형의 나노 구조물 사이로 들어가게 되어 PEDOT:PSS 표면상에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하한 것을 제외하고는 모두 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조할 수 있다.During this process, the organic solar cell can be manufactured in the same manner except that the PEDOT: PSS solution enters the nanostructures of the template by capillary action to form a nanostructure having a constant period on the PEDOT: PSS surface .

제작된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.78, Jsc 값은 15.83, FF는 69 %로 측정되며, 광전변환율은 8.48 %이다. 도 5를 참조하면 소자의 전압-전류 밀도 측정 결과를 확인할 수 있다.
The prepared organic solar cell has a Voc value of 0.78, a Jsc value of 15.83 and a FF of 69%, and a photoelectric conversion rate of 8.48%. Referring to FIG. 5, the voltage-current density measurement result of the device can be confirmed.

도 6은 일 실시예에 따른 실시예 3과 비교예 3을 통해 제작된 유기 태양 전지의 전압-전류 곡선을 나타내는 도면이다. 6 is a graph showing a voltage-current curve of the organic solar cell fabricated through Example 3 and Comparative Example 3 according to an embodiment.

비교예Comparative Example 3 3

일정한 나노 구조체가 도입되지 않은 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer in which a certain nanostructure is not introduced can be manufactured.

비교예 2에서 제시한 태양 전지 제조 과정 중에서 광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액 대신 MoO3 수용액을 유리 기판 위에 1000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 MoO3 박막을 형성한 후, 100

Figure pat00023
의 저온에서 건조하여 약 20 nm의 두께의 MoO3 박막을 형성한 것을 제외하고는 모두 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조할 수 있다.In the solar cell manufacturing process shown in Comparative Example 2, a MoO 3 thin film was formed by spin-coating an aqueous solution of MoO 3 instead of the PEDOT: PSS aqueous solution on the photoactive layer for 30 seconds at 1000 rpm on a glass substrate,
Figure pat00023
To form a MoO 3 thin film having a thickness of about 20 nm. The organic solar cell can be manufactured in the same manner as described above.

제작된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.79, Jsc 값은 15.04, FF는 68 %로 측정되며, 광전변환율은 8.13 %이다. 도 6을 참조하면 소자의 전압-전류 밀도 측정 결과를 확인할 수 있다.
The prepared organic solar cell has a Voc value of 0.79, a Jsc value of 15.04 and a FF of 68%, and a photoelectric conversion rate of 8.13%. Referring to FIG. 6, the voltage-current density measurement result of the device can be confirmed.

실시예Example 3  3

일정한 나노 구조체가 도입된 정공 수송층을 포함하는 유기 태양 전지의 제작할 수 있다. An organic solar cell including a hole transport layer into which a certain nano structure is introduced can be manufactured.

실시예 2에서 제시한 태양 전지 제조 과정 중에서 광활성층 상에 PEDOT:PSS 수용액 대신 MoO3 수용액을 유리 기판 위에 1000 rpm으로 30 초간 스핀코팅하여 MoO3 박막을 제작한 직후, 그 위에 일정한 주기의 나노 격자가 형성된 나노 주형을 박막 위에 올려 놓고 100

Figure pat00024
의 저온에서 열처리하여 탈수화 공정을 통해 용매를 제거한 후, MoO3 표면상에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성한 것을 제외하고는 모두 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조할 수 있다.In the solar cell manufacturing process described in Example 2, a MoO 3 aqueous solution was spin-coated on a glass substrate at a rate of 1000 rpm for 30 seconds in place of the PEDOT: PSS aqueous solution on the photoactive layer to form a MoO 3 thin film, Was placed on the thin film and 100
Figure pat00024
The organic solar cell can be manufactured in the same manner except that the solvent is removed through a dehydration process and then a nanostructure having a certain period is formed on the MoO 3 surface.

제조된 유기 태양 전지의 Voc 값은 0.80, Jsc 값은 15.97, FF는 70 %로 측정되며, 광전변환율은 8.99 %이다. 도 6을 참조하면 소자의 전압-전류 밀도 측정 결과를 확인할 수 있다. The prepared organic solar cell has a Voc value of 0.80, a Jsc value of 15.97 and a FF of 70%, and a photoelectric conversion rate of 8.99%. Referring to FIG. 6, the voltage-current density measurement result of the device can be confirmed.

이와 같이, 실시예들은 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 상 정공 수송층에 나노 임프린팅 공정 및 저온 탈수화(dehydration) 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성시키는 방법에 대한 것으로, 광학적 특성 및 전기적 특성이 효과적으로 제어된 고효율의 유기 태양 전지를 구현할 수 있다. As described above, the embodiments are directed to a method for forming a nanostructure having a certain period through a nanoimprinting process and a low temperature dehydration process on a hole transport layer on a photoactive layer in an inverse structure organic solar cell, It is possible to realize a highly efficient organic solar cell in which electrical characteristics are effectively controlled.

종래에 유기 태양 전지에서 플라즈모닉 공명 현상을 유도하기 위한 일정한 주기를 가지는 나노 구조체 도입에 관한 연구가 대부분 유기 광활성층 표면에 직접적으로 나노 구조체를 도입하여 형성된 나노 구조체를 따라 금속 전극이 형성되는 것이 일반적이었다. 그러나 poly[N-9''-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7',-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT)와 같은 높은 유리 전이온도를 가지는 무정형 고분자 및 단분자 물질로 이루어진 유기 광활성층의 경우 나노 임프린팅 공정을 통해 나노 구조체를 형성시키기 어려울 뿐만 아니라 동반되는 고온의 건조 공정은 광활성층의 손상을 유도하므로, 이들 물질을 이용한 플라즈모닉 유기 태양 전지를 제작하는 것은 나노 입자를 합성하여 도입하는 것으로 제한되어 있다. Conventionally, studies on the introduction of nanostructures having a certain period to induce plasmonic resonance in an organic solar cell have been generally performed by forming a metal electrode along a nanostructure formed by directly introducing a nanostructure directly onto the surface of the organic photoactive layer . However, poly [N-9 '' - hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7', - di- 2 -thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole) In the case of an amorphous polymer having a high glass transition temperature such as PCDTBT, or an organic photoactive layer composed of a monomolecular material, it is difficult to form a nanostructure through a nanoimprinting process. In addition, a high temperature drying process accompanies damage of the photoactive layer Therefore, fabrication of a plasmonic organic solar cell using these materials is limited to synthesis and introduction of nanoparticles.

실시예들에 따르면 역구조의 유기 태양 전지에서 광활성층 상에 형성된 홀 수송층에 나노 임프린팅 및 저온 탈수화(dehydration) 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 도입함으로써, 하층의 유기 광활성층의 물질의 종류에 상관없이 후면 전극에 의한 반사 및 플라즈모닉 공명 현상에 의한 광학적 특성 및 홀 수송층과 후면 전극의 접촉 면적 증가에 의한 전기적 특성을 효과적으로 제어하여 고효율의 유기 태양 전지를 용이하게 제조할 수 있다. According to embodiments, a nano structure having a certain period is introduced into a hole transport layer formed on a photoactive layer in a reverse structure organic solar cell through a nanoimprinting process and a low temperature dehydration process, It is possible to easily manufacture a highly efficient organic solar cell by effectively controlling the optical characteristics by the reflection by the back electrode and the plasmonic resonance phenomenon, and the electric characteristics by the increase of the contact area between the hole transport layer and the back electrode,

또한, 실시예들에 따르면 고온의 열처리 과정이 없으므로 고온에 취약한 유연 기판에도 적용이 가능하다.In addition, according to the embodiments, since there is no heat treatment process at a high temperature, it is applicable to a flexible substrate susceptible to high temperature.

한편, 유기 태양 전지는 저렴한 가격과 가벼운 무게 때문에 휴대용 핸드폰 충전기나 군용 장비 등, 일상에서 에너지의 수확이 필요한 대부분의 분야에 응용이 가능하다. 또한 색상이 다양하고 외관이 아름다워 건물 외벽이나 자동차 천장 등에 설치하기에도 적합하다. 차세대 에너지원으로 크게 각광받고 있는 유기 태양 전지는 큰 상품성과 수많은 응용 가능성에도 불구하고 무기물 태양 전지에 비해 낮은 광전변환 효율 때문에 상용화가 실현되지 못하고 있다. 실시예들에 따르면 광학적 특성 및 전기적 특성이 효과적으로 제어된 고효율의 유기 태양 전지를 제작할 수 있으며, 이에 유기 태양 전지의 상용화를 앞당길 수 있다.
Organic solar cells, on the other hand, can be applied to most fields requiring energy harvesting in everyday life, such as mobile phone chargers and military equipment, due to their low cost and light weight. It is also suitable for installation on the outer wall of the building or on the ceiling of a car because the color is various and the appearance is beautiful. Organic solar cells, which are widely regarded as a next generation energy source, have not been commercialized because of their low photoelectric conversion efficiency compared to inorganic solar cells, despite their large commercialization and numerous applications. According to the embodiments, a highly efficient organic solar cell in which optical characteristics and electrical characteristics are effectively controlled can be manufactured, and commercialization of the organic solar battery can be accelerated.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (15)

광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계;
형성된 상기 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하는 단계; 및
형성된 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시키는 단계
를 포함하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
Forming a thin film-type hole transporting layer on the photoactive layer using a solution for the hole transporting layer;
Forming a nanostructure having a predetermined period through a nanoimprinting process on the hole transport layer; And
A step of heat-treating the hole transport layer including the nanostructure having the predetermined period to dehydrate
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계는,
제1 전극이 형성된 기판 상에 전자 수송층을 형성하는 단계; 및
상기 전자 수송층 상에 유기 광활성층을 형성하는 단계
를 포함하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming a thin film-type hole transport layer using the solution for the hole transport layer on the photoactive layer includes:
Forming an electron transport layer on the substrate on which the first electrode is formed; And
Forming an organic photoactive layer on the electron transporting layer
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 광활성층은,
정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질의 혼합 박막층의 단층구조 또는 상기 정공 수용체 물질과 상기 전자 수용체 물질이 각각 적층된 다층구조로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the photoactive layer comprises:
A single layer structure of a mixed thin film layer of a hole receptor material and an electron acceptor material or a multilayer structure in which the hole receptor material and the electron acceptor material are laminated
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process onto the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 박막 형태의 정공 수송층을 형성하는 단계는,
상기 광활성층 상에 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 스핀코팅(spin coating)에 의해 상기 정공 수송층을 형성하는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming a thin film-type hole transport layer using the solution for the hole transport layer on the photoactive layer includes:
One or more materials are dissolved in a solvent or a suspension state is formed on the photoactive layer, and the hole transport layer is formed by spin coating
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process onto the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 정공 수송층은,
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 된 물질로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
The hole-
Poly (4-styrene sulfonate): poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate) : PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: polyaniline: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], arylamine group And a material comprising at least one member selected from the group consisting of a polymer, an aromatic amine group, and a MoOx (Molybdenum Oxide) material
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process onto the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 정공 수송층 상에 나노 임프린팅 공정을 통해 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 형성하는 단계는,
상기 정공 수송층의 표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 상기 나노 주형 사이로 스며들어 상기 나노 주형의 형태로 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 상기 정공 수송층 상에 패터닝되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming a nanostructure having a predetermined period through the nanoimprinting process on the hole transport layer may include:
A nanostructure having a predetermined periodicity is patterned on the surface of the hole transport layer and a pressure is applied to the nanostructure to cause a part of the solution to permeate through the nanostructure by capillary phenomenon, And the nanostructure is patterned on the hole transport layer
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process onto the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시키는 단계는,
상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 정공 수송층을 80 내지 100
Figure pat00025
의 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화시키며, 고온의 열처리 과정을 수행하지 않아 고온에 취약한 유연 기판에도 적용이 가능한 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of dehydrating the hole transport layer including the nanostructure having the predetermined period by heat treatment may include:
Wherein the hole transport layer containing the nanostructure having the constant period is formed at a thickness of 80 to 100
Figure pat00025
And is applicable to a flexible substrate which is susceptible to high temperatures because it is not subjected to a high temperature heat treatment process
Wherein a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process onto the photoactive layer.
제1항에 있어서,
상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 상기 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하는 단계; 및
상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 상기 정공 수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계
를 더 포함하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지 제조 방법.
The method according to claim 1,
Removing the patterned nanostructures used for the nanoimprinting process after dehydrating the hole transport layer by heat treatment; And
Forming a second electrode on the hole transport layer including the nanostructure having the constant period
And a hole conduction layer having a regular nanostructure through a low temperature process is introduced onto the photoactive layer.
전기 전도성을 가지며 투명 재질의 기판에 형성되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 형성되는 전자 수소층;
상기 전자 수소층 상에 형성되는 광활성층;
상기 광활성층 상에 정공 수송층용 용액을 이용하여 형성된 박막 형태의 정공 수송층; 및
상기 정공 수송층 상에 형성되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 정공 수송층은, 나노 임프린팅 공정을 통해 상부에 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 형성되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
A first electrode formed on a transparent substrate having electrical conductivity;
An electron hydrogen layer formed on the first electrode;
A photoactive layer formed on the electron hydrogen layer;
A thin film-form hole transport layer formed on the photoactive layer using a solution for the hole transport layer; And
A second electrode formed on the hole transport layer,
/ RTI &gt;
The hole transport layer may be formed by a nanoimprinting process in which a nanostructure having a predetermined period is formed
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 광활성층은,
정공 수용체 물질과 전자 수용체 물질의 혼합 박막층의 단층구조 또는 상기 정공 수용체 물질과 상기 전자 수용체 물질이 각각 적층된 다층구조로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the photoactive layer comprises:
A single layer structure of a mixed thin film layer of a hole receptor material and an electron acceptor material or a multilayer structure in which the hole receptor material and the electron acceptor material are laminated
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 정공 수송층은,
상기 광활성층 상에 1종 이상의 물질을 용매에 용해하거나 서스펜션 상태로 제조하여 스핀코팅(spin coating)에 의해 형성되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
The hole-
One or more materials formed on the photoactive layer by dissolving in a solvent or in a suspension state and spin coating
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 정공 수송층은,
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate)], G-PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrene sulfonate) : polyglycol (glycerol)], PANI:PSS [polyaniline:poly(4-styrene sulfonate)], PANI:CSA (polyaniline: camphor sulfonic acid), PDBT [poly(4,4'-dimethoxy bithophene)], 아릴아민기(aryl amine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자, MoOx (Molybdenum Oxide) 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 된 물질로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
The hole-
Poly (4-styrene sulfonate): poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrene sulfonate) : PSS [polyaniline: poly (4-styrene sulfonate)], PANI: polyaniline: camphor sulfonic acid, PDBT [poly (4,4'-dimethoxy bithophene)], arylamine group And a material comprising at least one member selected from the group consisting of a low molecular substance having a polymer and an aromatic amine group, a polymer, and a MoOx (Molybdenum Oxide) substance
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 정공 수송층은,
표면에 일정한 주기를 가지는 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 배치하고 압력을 가함에 따라, 모세관 현상에 의해 용액의 일부가 상기 나노 주형 사이로 스며들어 상기 나노 주형의 형태로 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 상기 정공 수송층 상에 패터닝되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
The hole-
A nanostructure patterned with a nanostructured lattice pattern having a predetermined period on the surface is arranged and a part of the solution penetrates between the nanostructures due to capillary action as a result of applying pressure to form a nanostructure having the constant period in the form of the nanostructure The one patterned on the hole transport layer
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 정공 수송층은,
상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체를 포함하는 상기 정공 수송층을 80 내지 100
Figure pat00026
의 저온 진공 챔버에서 열처리하여 탈수화시켜 형성되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
The hole-
Wherein the hole transport layer including the nanostructure having the constant period is formed at a thickness of 80 to 100
Figure pat00026
Which is formed by dehydrating by heat treatment in a low-temperature vacuum chamber of
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
제9항에 있어서,
상기 제2 전극은,
상기 정공 수송층을 열처리하여 탈수화시킨 후, 상기 나노 임프린팅 공정을 위해 사용된 나노 격자가 패터닝된 나노 주형을 제거하고, 상기 일정한 주기를 가지는 나노 구조체가 포함된 정공 수송층 상에 형성되는 것
을 특징으로 하는 광활성층 상에 저온 공정을 통한 규칙적인 나노 구조를 가지는 홀 전도층이 도입된 유기 태양 전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the second electrode comprises:
The hole transport layer is dehydrated by heat treatment and then the nano grid used for the nanoimprinting process is removed to form a nanostructure on the hole transport layer containing the nanostructure having the constant period
And a hole conduction layer having a regular nanostructure is introduced through a low temperature process on the photoactive layer.
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