KR20190001126A - Organic photovoltaics and method for manufacturing the same - Google Patents

Organic photovoltaics and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190001126A
KR20190001126A KR1020170080626A KR20170080626A KR20190001126A KR 20190001126 A KR20190001126 A KR 20190001126A KR 1020170080626 A KR1020170080626 A KR 1020170080626A KR 20170080626 A KR20170080626 A KR 20170080626A KR 20190001126 A KR20190001126 A KR 20190001126A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxide
transport layer
layer
electron
coating
Prior art date
Application number
KR1020170080626A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최윤영
문정열
박홍관
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020170080626A priority Critical patent/KR20190001126A/en
Publication of KR20190001126A publication Critical patent/KR20190001126A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • H01L51/44
    • H01L51/4206
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/451Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L2031/0344Organic materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an organic solar cell which includes: a substrate; a lower electrode formed on the substrate; an electron transport layer formed on the lower electrode; a photoactive layer formed on the electron transport layer; a hole transport layer formed on the photoactive layer, and an upper electrode formed on the hole transport layer. The electron transport layer comprises a metal oxide and an induced dipole polymer. The organic solar cell of the present invention can improve performance by improving the migration characteristics of electrons, thereby enabling the application to various fields.

Description

유기 태양전지 및 이의 제조방법{ORGANIC PHOTOVOLTAICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}≪ Desc / Clms Page number 1 > ORGANIC PHOTOVOLTAICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 유기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.

일반적으로 태양전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로, 태양으로부터 생성된 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 반도체 소자를 의미한다. 이러한 태양전지는 공해가 적고 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. Generally, a solar cell is a photovoltaic cell designed to convert solar energy into electrical energy, which means a semiconductor device that converts light energy generated from the sun into electrical energy. Such a solar cell is expected to be an energy source capable of solving future energy problems because it has low pollution, has an infinite resource, and has a semi-permanent life span.

최근에 태양전지에 관한 기술은 발전 단가를 낮추는 저가형 태양전지에 대한 연구와 변환 효율을 높이는 고효율 태양전지에 대한 연구가 동시에 진행되고 있다.In recent years, research on low-cost solar cells that reduce power generation costs and research on high-efficiency solar cells that improve conversion efficiency are under way at the same time.

태양전지는 내부 구성 물질 중 광활성층을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나뉠 수 있다. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material constituting the photoactive layer among the internal constituent materials.

무기 태양전지는 무기물, 주로 단결정 실리콘이 사용되는데, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 효율 및 안정성 면에서 우수하고 현재 양산이 이루어지고 있는 태양전지의 대부분을 차지하고 있지만 현재 원자재 확보, 경량화, 유연화, 고효율화 및 저가격화 기술의 개발에 한계를 나타내고 있다.Inorganic solar cells are mainly made of monocrystalline silicon. Monocrystalline silicon solar cells are superior in terms of efficiency and stability, and account for most of the solar cells that are currently mass-produced. However, they are currently used for securing raw materials, lightening, softening, And it shows limitations in the development of painting technology.

한편, 유기 태양전지는 저분자(small molecule; 단분자로도 표현)나 고분자(polymer)의 유기 반도체 재료와 같은 유기물을 이용하기 때문에 무기 태양전지에 사용된 무기물에 비해 가격이 월등히 저렴하고 다양한 합성과 가공이 가능하여 생산성 향상이 용이하다. 또한, 여타 반도체 기술에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 용액 기반의 공정으로 진행되기 때문에 제조과정의 단순화, 고속화 및 대면적화가 가능하다. 특히, 고온처리시 문제가 될 수 있는 저가형 유리 또는 플라스틱 등 다양한 기판에 적용될 수 있는 이점을 가진다.On the other hand, since organic solar cells use organic materials such as a small molecule (expressed as a single molecule) or a polymer as an organic semiconductor material, they are much cheaper than the inorganic materials used in inorganic solar cells, It is possible to process and improve the productivity easily. In addition, since the process proceeds to a solution-based process at a relatively low temperature as compared with other semiconductor technologies, the manufacturing process can be simplified, high-speed, and large-sized. In particular, it has an advantage that it can be applied to various substrates such as low-priced glass or plastic which can be a problem in high-temperature processing.

도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general organic solar cell.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유기 태양전지(100)는 기판(10) 상에 하부 전극(11), 전자 수송층(12), 광활성층(13), 정공 수송층(14) 및 상부 전극(15)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 일반적으로 인버티드(inverted) 구조의 유기 태양전지의 경우 하부 전극(11)은 음극이고, 상부 전극(15)은 양극이다.1, the organic solar cell 100 includes a lower electrode 11, an electron transport layer 12, a photoactive layer 13, a hole transport layer 14, and an upper electrode 15 on a substrate 10 And have sequentially stacked structures. Generally, in the case of an inverted structure organic solar cell, the lower electrode 11 is a cathode and the upper electrode 15 is a cathode.

상기 유기 태양전지(100)에서 광이 입사되는 면인 하부 전극(11)에는 높은 투명도와 일함수를 갖는 투명 전도성 산화물(Transparent conductive oxide; TCO)을 포함하는 투명 전극이, 광이 출사되는 면인 상부 전극(15)에는 낮은 일함수를 갖는 금속 전극이 사용된다. 또한, 광활성층은 유기 반도체 물질을 포함하며, 전자주게 물질(Electron donor)과 전자받게 물질(Electron acceptor)의 2층 구조(D/A bi-layer structure) 또는 벌크 이종접합(bulk heterojunction)((D+A) blend) 구조를 가지며, 경우에 따라서는 전자의 두 donor-acceptor 층 사이에 후자의 벌크 이종접합 구조가 끼어있는 혼합구조(D/(D+A)/A)를 이용하기도 한다.A transparent electrode including a transparent conductive oxide (TCO) having a high transparency and a work function is formed on the lower electrode 11, which is a surface where the light is incident on the organic solar cell 100, A metal electrode having a low work function is used for the electrode 15. In addition, the photoactive layer includes an organic semiconductor material, and may have a double-layer structure (D / A bi-layer structure) or an electron acceptor (bulk heterojunction) or an electron donor D + A) blend structure. In some cases, a mixed structure (D / (D + A) / A) in which the latter bulk heterojunction structure is interposed between two donor-acceptor layers of electrons may be used.

유기 태양전지에 광을 쬐어주면, 전자주게 물질에서 광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍(Exciton)이 형성된다. 여기 상태의 전자-정공 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자받게 물질과의 계면을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 계면에서 전자는 전자 친화도가 큰 전자받게 물질 쪽으로 이동하고 정공은 전자주게 물질 쪽에 남아 각각의 전하 상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동하여 수집되며, 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다.When an organic solar cell is irradiated with light, an electron-hole pair (Exciton) is formed by absorbing light from the electron-donating substance. The electron-hole pairs in the excited state diffuse in an arbitrary direction, and when they meet the interface with the electron-accepting material, they are separated into electrons and holes. That is, at the interface, electrons move toward the electron-accepting material having a high electron affinity, and the holes remain in the electron-donating substance to separate into the respective charge states. They are moved to the respective electrodes by the difference of the internal electric field formed by the work function difference of the both electrodes and the accumulated electric charge, and are finally collected in the form of current through the external circuit.

이러한 유기 태양전지의 광전변환 효율을 증대시키기 위하여 구조와 재질에 관하여 다양한 연구가 진행되고 있다. Various studies have been carried out on the structure and materials in order to increase the photoelectric conversion efficiency of such organic solar cells.

그 중에서 투명 전극인 하부 전극과 광활성층 사이에 전자주입 장벽이 크게 존재하기 때문에 광활성층에서 분리된 전자의 이동도가 저하되므로 유기 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키는 원인으로 지적되고 있다. 이를 위해 최근 일함수를 낮추어 전자의 이동도를 높임으로써 광전변환 효율을 증가시키는 유도 쌍극자 고분자를 사용한 유기 태양전지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Among them, the electron injection barrier exists between the lower electrode, which is a transparent electrode, and the photoactive layer, so that the mobility of electrons separated from the photoactive layer is lowered, which is pointed out as a cause of lowering the photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell. Recently, research on organic solar cells using an inductive dipole polymer that increases the photoelectric conversion efficiency by increasing the mobility of electrons by lowering the work function has been actively carried out.

일례로, 대한민국 공개특허 제2016-0067340호는 과산화수소를 이용하여 산화된 비공액 고분자 전해질로 전자 수송층을 형성함으로써 유기 태양전지의 광전변환 효율을 높일 수 있음을 개시하고 있다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0067340 discloses that the photoelectric conversion efficiency of an organic solar cell can be increased by forming an electron transport layer with a non-conjugated polymer electrolyte oxidized using hydrogen peroxide.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1607478호는 ITO 전극과 광활성층 사이에 표면개질 고분자층과 기능화된 금속산화물-그래핀의 핵-껍질 나노입자를 포함하는 전자 수송층을 도입하여 전극과 광활성층 사이의 밴드갭을 최적화하여 유기 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있음을 개시하고 있다.Korean Patent No. 10-1607478 discloses a technique of introducing an electron transport layer containing a surface-modified polymer layer and a functionalized metal oxide-graphene core-shell nanoparticle between an ITO electrode and a photoactive layer, And the photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be improved by optimizing the band gap.

이들 특허들은 유기 태양전지의 광전변환 효율을 어느 정도 개선하였으나 그 효과가 충분치 않고 수 나노미터의 얇은 박막으로의 형성이 어렵다. 또한, 재질 또는 구조를 변경하거나 추가함으로 인하여 유기 태양전지의 성능 또는 수명 저하가 야기된다. 이에 더해서, 이러한 종래 기술은 대부분 스핀 코팅 공정에 적합하며 대량 및 대면적 생산을 위한 공정에는 적용이 어렵다. 따라서, 우수한 광전변환 효율을 나타내며, 대면적 및 대량 생산이 가능한 유기 태양전지의 개발이 더욱 필요한 실정이다.These patents have improved the photoelectric conversion efficiency of organic solar cells to some extent, but their effect is not sufficient and it is difficult to form them into thin films of several nanometers. In addition, changing or adding the material or the structure causes degradation of performance or lifetime of the organic solar battery. In addition, these conventional techniques are mostly suitable for spin coating processes and are difficult to apply to processes for mass production and large area production. Therefore, development of an organic solar cell that exhibits excellent photoelectric conversion efficiency, and is capable of large-area and mass production is further required.

대한민국 공개특허 제2016-0067340호(2016.06.14), 유기 태양 전지 및 이의 제조방법Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0067340 (June 06, 2014), Organic solar cell and manufacturing method thereof 대한민국 등록특허 제10-1607478호(2016.03.24), 핵-껍질 구조의 나노입자를 이용한 역구조 유기태양전지 소자와 그 제조방법Korean Patent No. 10-1607478 (Feb. 26, 2014), a reverse-structured organic solar cell device using nanoparticles of nuclear-shell structure and a manufacturing method thereof

이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 전자 수송층에 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 경우 전자의 이동 특성이 향상되어 유기 태양전지의 광전변환 효율을 높일 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have conducted various studies to solve the above-mentioned problems. As a result, they have found that when the electron transport layer contains a metal oxide and an induced dipolar polymer, the electron transporting property is improved and the photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be enhanced And completed the present invention.

이에 본 발명의 목적은 우수한 광전변환 효율을 갖는 유기 태양전지를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성된 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 정공 수송층 및 상기 정공 수송층 상에 형성된 상부 전극을 포함하고,In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; A lower electrode formed on the substrate; An electron transport layer formed on the lower electrode; A photoactive layer formed on the electron transporting layer; A hole transport layer formed on the photoactive layer, and an upper electrode formed on the hole transport layer,

상기 전자 수송층은 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 유기 태양전지를 제공한다. The electron transport layer provides an organic solar cell including a metal oxide and an induced dipole polymer.

상기 금속산화물은 티타늄, 아연, 규소, 망간, 주석, 갈륨, 알루미늄, 바나듐, 스트론튬, 인듐, 바륨, 칼륨, 니오븀, 철, 탄탈럼, 텅스텐, 비스무트, 니켈, 크롬, 지르코늄, 구리, 몰리브데넘, 안티몬, 세륨, 백금, 은 및 로듐으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함한다.Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of titanium, zinc, silicon, manganese, tin, gallium, aluminum, vanadium, strontium, indium, barium, potassium, niobium, iron, tantalum, tungsten, bismuth, nickel, chromium, zirconium, , Antimony, cerium, platinum, silver and rhodium.

상기 금속산화물은 평균입경이 0.1 내지 10 ㎚이다.The metal oxide has an average particle diameter of 0.1 to 10 nm.

상기 유도 쌍극자 고분자는 폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌이민에톡시레이트, 폴리 2-에틸-옥사졸린 및 폴리알릴아민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다.The inductive dipole polymer includes at least one member selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyethyleneimine ethoxylate, poly 2-ethyl-oxazoline, and polyallylamine.

상기 유도 쌍극자 고분자는 중량평균 분자량이 1,000 내지 2,000,000 g/mol 이다.The inductively coupled dipole polymer has a weight average molecular weight of 1,000 to 2,000,000 g / mol.

상기 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자의 중량비는 1:0.01 내지 1:1이다.The weight ratio of the metal oxide to the induced dipole polymer is 1: 0.01 to 1: 1.

상기 전자 수송층은 두께가 1 내지 100 ㎚이다.The electron transporting layer has a thickness of 1 to 100 nm.

또한, 본 발명은 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 전자 수송층을 형성하는 단계; 상기 전자 수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계 및 상기 정공 수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a lower electrode on a substrate; Forming an electron transport layer including a metal oxide and an induced dipole polymer on the lower electrode; Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; Forming a hole transporting layer on the photoactive layer, and forming an upper electrode on the hole transporting layer.

본 발명에 따른 유기 태양전지는 전자 수송층에 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자를 사용함으로써 하부 전극의 높은 일함수를 감소시켜 전자의 이동 특성을 개선함에 따라 유기 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 유기 태양전지는 슬롯다이 코팅을 통한 롤투롤 공정으로의 적용이 용이하며, 이는 소형의 유기 태양전지뿐만 아니라 대면적의 유기 태양전지의 생산을 가능케 한다.The organic solar cell according to the present invention can improve the photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell by using the metal oxide and the induced dipole polymer in the electron transport layer to reduce the high work function of the lower electrode and improve the electron transporting property. In addition, the organic solar cell can be easily applied to a roll-to-roll process through slot die coating, which enables the production of small-sized organic solar cells as well as large-area organic solar cells.

도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 유기 태양전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 신뢰성 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general organic solar cell.
2 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic solar cell according to Experimental Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing a reliability evaluation result according to Experimental Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a member is referred to herein as being " on " another member, it includes not only a member in contact with another member but also another member between the two members.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Whenever a component is referred to as " comprising ", it is to be understood that the component may include other components as well, without departing from the scope of the present invention.

종래 유기 태양전지는 하부 전극과 광활성층 사이에 전자의 원활한 이동을 도모하기 위해 전자 수송층을 포함하며, 주로 금속산화물 또는 유기물이 사용된다. 그러나, 하부 전극으로 사용되는 투명 전도성 산화물과 광활성층을 구성하는 유기 반도체 물질 사이에 존재하는 높은 전자주입 장벽으로 인해 광활성층에서 전자의 분리가 원활하지 않고, 분리된 전자의 전극으로의 이동 특성이 저하되어 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 이에 전자 수송층을 기존에 사용되는 금속산화물 아닌 일함수를 낮춰 전자의 이동을 원활하게 하는 특성을 가지는 유도 쌍극자 고분자로 형성하거나 기존의 전자 수송층 상에 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 층을 추가로 형성하여 전자주입 장벽을 줄임으로써 전자와 정공의 분리를 원활하게 함과 동시에 분리된 전자의 이동도를 향상시켜 광전변환 효율을 증가시키는 기술 등이 제안되었다. 그러나, 이러한 종래 기술에서는 전자 수송층을 균일한 두께의 박막의 형성이 어렵고, 충분한 성능 개선 효과를 얻을 수가 없을 뿐 아니라 전자 수송층 형성시 사용되는 조성물이 스핀 코팅 공정에 최적화되어 있기 때문에 대량 및 대면적 생산을 위한 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 슬롯다이 코팅 공정에는 적용이 어렵다.Conventionally, an organic solar cell includes an electron transport layer for smooth transfer of electrons between a lower electrode and a photoactive layer, and a metal oxide or an organic material is mainly used. However, due to the high electron injection barrier existing between the transparent conductive oxide used as the lower electrode and the organic semiconductor material composing the photoactive layer, the separation of electrons from the photoactive layer is not smooth, And the efficiency is lowered. Therefore, the electron transport layer may be formed of an induction dipole polymer having a property of lowering the work function of the electron transport layer by lowering the work function of the electron transport layer, or a layer containing an induction dipole polymer may be additionally formed on the electron transport layer, And a technique of increasing the photoelectric conversion efficiency by improving the mobility of the separated electrons while facilitating the separation of electrons and holes by reducing the injection barrier. However, in such a conventional technique, it is difficult to form a thin film having a uniform thickness in the electron transport layer, a sufficient performance improvement effect can not be obtained, and since a composition used for forming an electron transport layer is optimized for a spin coating process, It is difficult to apply it to a roll-to-roll slot die coating process.

이에 본 발명에서는 기판 상에 하부 전극, 전자 수송층, 광활성층, 정공 수송층 및 상부 전극이 순차적으로 적층된 유기 태양전지에 있어서, 유도 쌍극자 고분자와 금속산화물을 포함하는 전자 수송층을 구비함으로써 전자의 이동 특성을 개선하여 유기 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 전자 수송층은 슬롯다이 코팅을 통해 10 ㎚ 이하의 두께의 균일한 박막의 형성이 가능하기 때문에 롤투롤 공정을 통해 유기 태양전지의 대면적화, 대량생산 및 상용화에 유리하다.Accordingly, the present invention provides an organic solar cell in which a lower electrode, an electron transporting layer, a photoactive layer, a hole transporting layer, and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate, wherein an electron transporting layer including an inductive dipole polymer and a metal oxide is provided, The photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be improved. In addition, since the electron transporting layer can form a uniform thin film having a thickness of 10 nm or less through slot die coating, it is advantageous for large-scale production, mass production and commercialization of organic solar cells through a roll-to-roll process.

본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성된 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 정공 수송층 및 상기 정공 수송층 상에 형성된 상부 전극을 포함한다.An organic solar battery according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A lower electrode formed on the substrate; An electron transport layer formed on the lower electrode; A photoactive layer formed on the electron transporting layer; A hole transport layer formed on the photoactive layer, and an upper electrode formed on the hole transport layer.

상기 기판은 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. The substrate is not particularly limited as long as it has transparency.

일례로 상기 기판은 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 이중에서 유연하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 광투과도를 가지는 필름 형태의 투명 플라스틱 기판을 사용하는 것이 바람직하다.For example, the substrate may be a transparent inorganic substrate such as quartz or glass or a transparent inorganic substrate such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polypropylene (PP) ), A transparent plastic substrate selected from the group consisting of polyethylene sulfonate (PES), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polyethersulfone (PES), and polyetherimide Can be used. It is preferable to use a transparent plastic substrate in the form of a film which is flexible and has high chemical stability, mechanical strength and light transmittance.

또한, 상기 기판은 약 400 내지 750 ㎚의 가시광 파장에서 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 광투과도를 갖는 것이 좋다. Further, it is preferable that the substrate has a light transmittance of at least 70% or more, preferably 80% or more at a visible light wavelength of about 400 to 750 nm.

상기 기판의 두께는 특별히 한정되지 않으며 사용 용도에 따라 적절히 결정될 수 있는데 일례로 1 내지 500 ㎛일 수 있다.The thickness of the substrate is not particularly limited and may be suitably determined according to the intended use, for example, 1 to 500 탆.

상기 하부 전극은 음극으로, 전술한 기판 상에 형성된다.The lower electrode is formed as a cathode on the above-described substrate.

상기 하부 전극은 기판을 통과한 빛이 광활성층에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 광투과도를 가지고 약 약 4.5 eV 이상의 높은 일함수와 낮은 저항을 갖는 전도성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.Since the lower electrode is a path for allowing light passing through the substrate to reach the photoactive layer, it is preferable to use a conductive material having a high light transmittance and a high work function and a low resistance of about 4.5 eV or more.

상기 하부 전극을 구성하는 재질로는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐 갈륨 아연 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 인듐 주석 아연 산화물(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 갈륨도핑 산화아연(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 알루미늄도핑 산화아연(Al-doped Zinc Oxide; AZO), 불소도핑 산화주석(F-doped Tin Oxide; FTO), 아연 주석 산화물(Zinc Tin Oxide; ZTO), 인듐 갈륨 산화물(Indium Gallium Oxide; IGO), 안티몬 주석 산화물 (Antimony Tin Oxide; ATO), 산화아연(ZnO), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화바나듐(V2O5), 산화몰리브덴(MoO3) 및 산화텔루륨(TeO2)을 포함하는 전기 전도성 산화물; 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 및 질화알루미늄인듐갈륨(AlInGaN)을 포함하는 전기 전도성 질화물; 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜], 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 전도성 고분자 및 그래핀(graphene) 박막, 그래핀 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막 등의 탄소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 전기 전도성 산화물 및 전기 전도성 질화물은 높은 광투과도를 갖는다는 이점이 있으며, 금속은 전기 전도도가 우수하다는 이점이 있고, 상기 전도성 고분자 및 탄소재는 유연 특성이 우수하다는 이점이 있다. As a material for forming the lower electrode, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), indium tin zinc oxide Doped zinc oxide (AZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc (ZnO), zinc-doped zinc oxide (Zinc Tin Oxide), indium gallium oxide (IGO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide An electrically conductive oxide including SnO 2 , tungsten oxide (WO 3 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), and tellurium oxide (TeO 2 ); (GaN), indium nitride (InN), aluminum gallium nitride (AlGaN) and aluminum nitride indium gallium (AlInGaN). Nitride; (Au), Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Ti, Al, Pd, Rh, Metals including iridium (Ir), cobalt (Co), tin (Sn), zinc (Zn), and molybdenum (Mo); Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene], polypyrrole and polyaniline, and graphene thin films, graphene oxide ) Thin films, and carbon materials such as carbon nanotube thin films. The electroconductive oxide and the electrically conductive nitride have an advantage of high light transmittance. The metal has an advantage of excellent electrical conductivity, and the conductive polymer and the carbon material have an advantage of excellent flexibility property.

상기 하부 전극은 전술한 재질 각각을 사용하거나 산화물/금속/산화물, 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같이 이들을 조합한 형태로도 사용이 가능하다.The lower electrode may be formed of any of the above-described materials, or a combination of oxide / metal / oxide and metal-bonded carbon nanotube thin films.

상기 하부 전극의 두께는 10 내지 3000 ㎚일 수 있다.The thickness of the lower electrode may be 10 to 3000 nm.

상기 전자 수송층은 전술한 하부 전극 상에 위치하며, 전자의 이동 특성을 높여 유기 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 외부로부터 유입되는 산소와 수분을 차단하여 후술하는 광활성층에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.The electron transporting layer is positioned on the lower electrode and enhances the efficiency of the organic solar cell by increasing the electron transporting property. In addition, it is possible to prevent oxygen and moisture introduced from the outside from affecting the later-described photoactive layer.

본 발명에 있어서, 상기 전자 수송층은 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함한다.In the present invention, the electron transporting layer includes a metal oxide and an induced dipole polymer.

금속산화물 또는 유도 쌍극자 고분자를 단독 또는 다층 구조로 포함하는 기존 전자 수송층과는 달리 본 발명에 따른 전자 수송층은 금속산화물과 유도 쌍극자를 동시에 포함함으로써 하부 전극인 투명 전극의 높은 일함수를 효과적으로 낮추어 전자의 이동이 보다 원활해짐에 따라 유기 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 스핀 코팅과 더불어 슬롯다이 코팅에 적용이 용이하기 때문에 롤투롤 방식을 통한 대량 및 대면적 생산이 가능하다는 이점을 가진다.The electron transport layer according to the present invention includes a metal oxide and an induced dipole at the same time, thereby effectively lowering the high work function of the transparent electrode, which is the lower electrode, As the movement becomes more smooth, the photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be improved. In addition, since it is easy to apply to the slot die coating in addition to the spin coating, it has an advantage that mass production and large area production are possible through the roll-to-roll method.

상기 금속산화물은 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지므로 전자 수송 능력이 우수하며, 나아가 공기나 수분에 반응성이 없고 가시광선 영역에서 광투과도가 우수한 물질이 사용될 수 있다.The metal oxide has a broad bandgap and a semiconductor property, and thus has excellent electron transporting ability. Further, the metal oxide has excellent reactivity to air or moisture and has excellent light transmittance in the visible light region.

상기 금속산화물은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 규소(Si), 망간(Mn), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 스트론튬(Sr), 인듐(In), 바륨(Ba), 칼륨(K), 니오븀(Nb), 철(Fe), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 구리(Cu), 몰리브데넘(Mo), 안티몬(Sb), 세륨(Ce), 백금(Pt), 은(Ag) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다.The metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Ti, Zn, Si, Mn, Sn, Ga, Al, V, (Ti), tungsten (W), bismuth (Bi), nickel (Ni), chromium (Cr), nickel (Ni) At least one selected from the group consisting of zirconium (Zr), copper (Cu), molybdenum (Mo), antimony (Sb), cerium (Ce), platinum (Pt), silver (Ag) And may include an oxide of a metal.

구체적으로, 상기 금속산화물은 산화티타늄(TiO2), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화갈륨(Ga2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화바나듐(V2O5, VO2, V4O7, V5O9, 또는 V2O3), 산화몰리브데늄(MoO3), 산화구리(CuO), 산화니켈(NiO), 산화구리알루미늄(CuAlO2), 산화아연로듐(ZnRh2O4), 산화철(FeO), 산화크롬(Cr2O3), 산화비스무스(Bi2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 알루미늄 도핑된 산화아연(Al-ZnO), 리튬 도핑된 산화아연(Li-ZnO), 갈륨 도핑된 산화아연(Ga-ZnO), 니오븀이 도핑된 산화티타늄(Nb-TiO2) 및 안티몬이 도핑된 산화티타늄(Sb-TiO2)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 금속산화물은 산화아연 및 산화티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 보다 바람직하게는 산화아연일 수 있다.Specifically, the metal oxide is titanium oxide (TiO 2), indium oxide (In 2 O 3), tin oxide (SnO 2), zinc (ZnO), gallium oxide (Ga 2 O 3), tungsten oxide (WO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3), vanadium oxide (V 2 O 5, VO 2 , V 4 O 7, V 5 O 9, or V 2 O 3), oxide molybdenum (MoO 3), copper oxide (CuO), nickel (NiO), copper aluminum oxide (CuAlO 2), zinc rhodium oxide (ZnRh 2 O 4), iron oxide (FeO), chrome (Cr 2 O 3), bismuth oxide (Bi 2 O 3) oxide (ZrO 2 ), aluminum-doped zinc oxide (Al-ZnO), lithium-doped zinc oxide (Li-ZnO), gallium-doped zinc oxide (Ga-ZnO), niobium-doped titanium oxide TiO 2 ) and antimony-doped titanium oxide (Sb-TiO 2 ). Preferably, the metal oxide is at least one selected from the group consisting of zinc oxide and titanium oxide, more preferably zinc oxide.

상기 금속산화물은 평균입경이 0.1 내지 10 ㎚ 이하, 바람직하게는 1 내지 9 ㎚이고, 보다 바람직하게는 3 내지 8.5 ㎚일 수 있다. 상기 금속산화물의 평균입경이 전술한 범위 미만인 경우 전자 이동도 개선 효과를 얻을 수 없으며, 이와 반대로 전술한 범위를 초과하는 경우 유기 태양전지 구동에 악영향을 줄 수 있다.The metal oxide may have an average particle diameter of 0.1 to 10 nm or less, preferably 1 to 9 nm, and more preferably 3 to 8.5 nm. When the average particle diameter of the metal oxide is less than the above-mentioned range, the electron mobility improving effect can not be obtained. On the other hand, if the average particle diameter exceeds the above range, the organic solar battery can be adversely affected.

상기 유도 쌍극자 고분자는 상기 금속산화물의 산소와 결합하여 유도 쌍극자를 유발할 수 있는 고분자로, 쌍극자 모멘트가 0이 아니며, 질소 원자를 포함하는 작용기를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 질소 원자를 포함하는 작용기로는 아민기, 아조기, 암모늄기 등을 들 수 있으며, 이러한 작용기는 고분자의 주쇄 또는 측쇄에 포함될 수 있다.The inductive dipole polymer may be a polymer capable of inducing an induced dipole by bonding with oxygen of the metal oxide, and may include a functional group including a nitrogen atom and not a dipole moment. Examples of the nitrogen-containing functional group include an amine group, an azo group, and an ammonium group. These functional groups may be included in the main chain or side chain of the polymer.

전술한 바와 같이, 상기 유도 쌍극자 고분자 내 질소 원자는 상기 금속 산화물의 산소와 결합하여 유도 쌍극자를 형성하며, 이러한 유도 쌍극자에 의해 일함수가 낮아짐에 따라 전자주입 장벽을 낮춰 개방 전압을 감소시킴으로써 전자의 이동이 원활해지기 때문에 유기 태양전지의 광전변환 효율을 개선시킬 수 있다.As described above, nitrogen atoms in the inductive dipole polymer combine with oxygen of the metal oxide to form an induced dipole. By lowering the electron injection barrier and lowering the open voltage as the work function is lowered by the induced dipole, The photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be improved.

상기 유도 쌍극자 고분자는 폴리에틸렌이민계 고분자 또는 폴리알릴아민계 고분자일 수 있다.The inductive dipole polymer may be a polyethyleneimine-based polymer or a polyallyl amine-based polymer.

구체적으로, 상기 유도 쌍극자 고분자는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine; PEI), 폴리에틸렌이민에톡시레이트(polyethyleneimine ethoxylated; PEIE), 폴리 2-에틸-옥사졸린(poly(2-ethyl-2-oxazoline) 및 폴리알릴아민(polyallylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 상기 유도 쌍극자 고분자는 폴리에틸렌이민 및 폴리에틸렌이민에톡시레이트으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 보다 바람직하기로는 폴리에틸렌이민일 수 있다.Specifically, the inductively coupled dipole polymer may be selected from the group consisting of polyethyleneimine (PEI), polyethyleneimine ethoxylated (PEIE), poly (2-ethyl-2-oxazoline) polyallylamine, etc. Preferably, the inductively coupled dipole polymer is at least one member selected from the group consisting of polyethyleneimine and polyethyleneimine ethoxylate, and more preferably at least one member selected from the group consisting of polyethylene It can be an immigration.

상기 유도 쌍극자 고분자는 중량평균 분자량(MW)이 1,000 내지 2,000,000 g/mol, 바람직하게는 5,000 내지 1,000,000 g/mol, 보다 바람직하게는 10,000 내지 30,000 g/mol일 수 있다. 상기 유도 쌍극자 고분자의 중량평균 분자량이 전술함 범위 내에 해당하는 경우 박막 형성에 용이할 수 있다.The induced dipole polymer may be a weight-average molecular weight (M W) of 1,000 to 2,000,000 g / mol, preferably from 5,000 to 1,000,000 g / mol, more preferably 10,000 to 30,000 g / mol. If the weight average molecular weight of the inductively coupled dipole polymer is within the range described above, it may be easy to form a thin film.

이때 상기 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자의 중량비는 1:0.01 내지 1:1, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.5, 보다 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.05일 수 있다. 상기 2가지 물질의 중량비가 상기 범위 미만인 경우 전자 이동도 향상 효과가 미비하며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 절연 성질이 증가되어 전자 이동이 방해가 되는 문제가 발생할 수 있다.The weight ratio of the metal oxide and the induction dipole polymer may be 1: 0.01 to 1: 1, preferably 1: 0.01 to 1: 0.5, more preferably 1: 0.01 to 1: 0.05. If the weight ratio of the two materials is less than the above range, the effect of improving the electron mobility is insufficient. On the contrary, when the weight ratio of the two materials is more than the above range, the insulating property is increased and the electron mobility may be disturbed.

상기 전자 수송층은 두께가 1 내지 100 ㎚, 바람직하게는 1 내지 50 ㎚, 보다 바람직하게는 1 내지 30 ㎚일 수 있다. 본 발명에 따른 전자 수송층은 상기 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자를 포함함으로써 광전변환 효율을 향상시킴과 더불어 수 나노미터의 얇은 박막으로 균일하게 형성시킬 수 있어 유기 태양전지의 박막화에도 유리하다.The electron transporting layer may have a thickness of 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 30 nm. The electron transport layer according to the present invention improves the photoelectric conversion efficiency by including the metal oxide and the induced dipole polymer, and can be formed uniformly with a thin film of several nanometers, which is advantageous for thinning the organic solar cell.

상기 광활성층은 전술한 전자 수송층 상에 위치하며, 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종접합 구조를 가진다.The photoactive layer is located on the electron transport layer and has a bulk heterojunction structure in which a hole receptor and an electron acceptor are mixed.

상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체를 포함한다. 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The hole acceptor includes an organic semiconductor such as an electrically conductive polymer or an organic low-molecular semiconductor material. The electrically conductive polymer may be at least one member selected from the group consisting of polythiophene, polyphenylenevinylene, polyfulorene, polypyrrole, and copolymers thereof. The organic low-molecular semiconductor material may include one or more selected from the group consisting of pentacene, anthracene, tetracene, perylene, oligothiophene, and derivatives thereof. can do.

구체적으로 상기 정공수용체는 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophene; P3HT), 폴리-3-옥틸티오펜(poly-3-octylthiophene; P3OT), 폴리({4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b´]디티오펜-2,6-디일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카르보닐]티에노[3,4-b]티오펜디일})( Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b´]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}); PTB7), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene; PPV), 폴리(9,9′- 디옥틸플루오렌)(poly(9,9′-dioctylfluorene)), 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene; MEH-PPV) 및 폴리(2-메틸-5-(3′, 7′-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌(poly(2-methyl-5-(3′, 7′-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene; MDMOPPV)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the hole acceptor may be at least one selected from the group consisting of poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT) 2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl} (3,4-b] thiophene}) (Poly ({4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [ -diyl} {3-fluoro-2 - [(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl}); PTB7, poly-p-phenylenevinylene (9,9'-dioctylfluorene), poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene MEH-PPV) and poly (2-methyl-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy)) - (poly (2-methoxy- And 1,4-phenylene vinylene (MDMOPPV), which may be used alone or in combination of two or more selected from the group consisting of poly (2-methyl-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) have.

상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60), C70, C76, C78, C80, C82, C84등의 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe 및 ZnSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The electron acceptor may include at least one selected from the group consisting of fullerene (C60), fullerene derivatives such as C70, C76, C78, C80, C82 and C84, CdS, CdSe, CdTe and ZnSe.

구체적으로 상기 전자수용체는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM), (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; PC71BM), (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the electron acceptor is (6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester ((6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM) butyric rigs Acid methyl ester ((6,6) -phenyl-C71- butyric acid methyl ester; PC 71 BM), (6,6) - thienyl -C61- butynyl rigs Acid methyl ester ((6,6) -thienyl -C6-butyric acid methyl ester (ThCBM), and carbon nanotubes.

일례로, 상기 광활성층은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율은 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.For example, the photoactive layer preferably comprises a mixture of P3HT as a hole acceptor and PCBM as an electron acceptor, wherein the mixing weight ratio of P3HT and PCBM may be from 1: 0.1 to 1: 2.

상기 광활성층의 두께는 10 내지 1000 ㎚, 구체적으로는 100 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 광활성층의 두께가 상기 범위 미만인 경우 태양빛을 충분히 흡수할 수가 없어, 광전류가 낮아져 효율 저하가 예상되며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 여기된 전자와 정공이 전극으로 이동할 수 없어 효율 저하 문제가 발생할 수 있다.The thickness of the photoactive layer may be 10 to 1000 nm, specifically 100 to 500 nm. If the thickness of the photoactive layer is less than the above range, sunlight can not be sufficiently absorbed and the photocurrent is lowered and the efficiency is expected to decrease. Conversely, when the thickness of the photoactive layer exceeds the above range, excited electrons and holes can not move to the electrode, Lt; / RTI >

상기 정공 수송층은 전술한 광활성층 상에 위치하며, 후술하는 상부 전극으로의 원활한 정공 이동을 도모하는 역할을 한다. 또한, 상기 전자 수송층과 동일하게 산소, 수분, 불순물 등의 단위 셀 내부로 유입을 방지한다.The hole transport layer is positioned on the above-described photoactive layer and plays a role in ensuring smooth hole transport to the upper electrode, which will be described later. In addition, like the above-described electron transporting layer, it is prevented from flowing into the unit cell such as oxygen, moisture, impurities, and the like.

상기 정공 수송층은 정공의 생성 및 전달을 위해 사용되며, 고분자; 유기 화합물; 무기물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하다.The hole transport layer is used for the production and transport of holes, and includes a polymer; Organic compounds; And at least one selected from the group consisting of inorganic materials.

구체적으로, 정공 수송을 위한 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(t-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 포함할 수 있다.Specifically, the polymers for hole transport include poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (styrenesulfonate) (PSS), polyaniline, phthalocyanine, pentacene, polydiphenylacetylene, Butyl) diphenylacetylene, poly (trifluoromethyl) diphenylacetylene, copper phthalocyanine (Cu-PC) poly (bistrifluoromethyl) acetylene, polybis (t- butyldiphenyl) acetylene, poly (trimethylsilyl) (Meth) acrylates, such as diphenylacetylene, diphenylacetylene, poly (carbazole) diphenylacetylene, polydiacetylene, polyphenylacetylene, polypyridine acetylene, polymethoxyphenylacetylene, polymethylphenylacetylene, (Trifluoromethyl) phenylacetylene, poly (trimethylsilyl) phenylacetylene, derivatives thereof, and combinations thereof. In the case of the bar Preferably a mixture of PEDOT and PSS.

또한, 정공 수송을 위한 유기 화합물은 NPB(4,4´-bis(N-phenyl-1-naphthylamino)biphenyl, 4,4´-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐); TPD(N,N´-Bis(3-methylphenyl)-N,N´-diphenylbenzidine, N,N´-비스(3-메틸페닐)-N,N´-디페닐벤지딘), MTDATA(4,4´,4˝-Tris[phenyl(m-tolyl)amino]triphenylamine, 4,4´,4˝-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]트라이페닐아민), TAPC(4,4´-Cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine], 4,4´-사이클로헥실리덴 비스[N,N-비스(4-메틸페닐)벤젠아밀]), TCTA(Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine, 트리스(4-카바조일-9-일페닐)아민), CBP(4,4´-Bis(N-carbazolyl)-1,1´-biphenyl, 4,4´-비스(N-카바졸릴)-1,1´-바이페닐), Alq3, mCP(9,9´-(1,3-Phenylene)bis-9H-carbazol, 9,9´-(1,3-페닐렌)비스-9H-카바졸) 및 2-TNATA(4,4´,4˝-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine, 4,4´,4˝-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)트리페닐아민) 중 적어도 1종을 사용할 수 있다.The organic compound for hole transporting may be NPB (4,4'-bis (N-phenyl-1-naphthylamino) biphenyl, 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) Phenyl); TPD (N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenylbenzidine, N, N'- Tris [phenyl (m-tolyl) amino] triphenylamine, 4,4'-tetramethyl- (4-methylphenyl) benzeneamine, 4,4'-cyclohexylidenebis [N, N-bis (4-methylphenyl) Bis (N-carbazolyl) -1,1'-biphenyl, 4,4'-bis (N-carbazolyl) -1 , 1'-biphenyl), Alq3, mCP (9,9'- (1,3-Phenylene) bis-9H-carbazol, 9,9'- (1,3- And 2-TNATA (4,4 ', 4'-Tris [2-naphthyl (phenyl) amino] triphenylamine, Phenylamine) may be used.

또한, 정공 수송을 위한 무기물은 MoO3, MoO2, WO3, V2O5, ReO3, NiO, Mo(tfd)3, HAT-CN(Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile, 헥사아자트리페닐렌 헥사카르보니트릴) 및 F4-TCNQ(7,7,8,8-Tetracyano-2,3,5,6-tetrafluoroquinodimethane, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하고, 바람직하기로 MoO3를 사용한다.Inorganic materials for hole transport include MoO 3 , MoO 2 , WO 3 , V 2 O 5 , ReO 3 , NiO, Mo (tfd) 3 , HAT-CN (hexaazatriphenylenehexacarbonitrile, -TCNQ (7,7,8,8-tetracyano-2,3,5,6-tetrafluoroquinodimethane, 7,7,8,8-tetracyano-2,3,5,6-tetrafluoroquinodimethane) At least one selected from the group consisting of MoO 3 and MoO 3 is preferably used.

상기 정공 수송층의 두께는 200 내지 800 ㎚, 바람직하게는 300 내지 500 ㎚일 수 있다.The thickness of the hole transporting layer may be 200 to 800 nm, preferably 300 to 500 nm.

상기 상부 전극은 양극으로, 전술한 정공 수송층상에 형성된다.The upper electrode is formed as an anode on the above-described hole transporting layer.

상기 상부 전극은 낮은 일함수를 갖는 통상의 금속을 포함한다.The upper electrode includes a conventional metal having a low work function.

일례로, 상기 상부 전극으로는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 망간(Mn) 등의 금속 입자; 또는 상기 금속원소를 포함하는 전구체, 예를 들면 질산은(AgNO3), Cu(HAFC)2(Cu(hexafluoroacetylacetonate)2,), Cu(HAFC)(1,5-Cyclooctanediene), Cu(HAFC)(1,5-Dimethylcyclooctanediene), Cu(HAFC)(4-Methyl-1-pentene), Cu(HAFC)(Vinylcyclohexane), Cu(HAFC)(DMB), Cu(TMHD)2(Cu(tetramethylheptanedionate)2), DMAH(dimethylaluminum hydride), TMEDA(tetramethylethylenediamine), DMEAA(dimethylethylamine alane, NMe2Et·AlH3), TMA(trimethylaluminum), TEA(triethylaluminum), TBA(triisobutylaluminum), TDMAT(tetra(dimethylamino)titanium), TDEAT(tetra(dimethylamino)titanium) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the upper electrode may be formed of at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Au, Pt, Ti, Al, Ni, Zr, Fe), manganese (Mn) and the like; Or a precursor containing the metal element, for example, silver nitrate (AgNO 3), Cu (HAFC ) 2 (Cu (hexafluoroacetylacetonate) 2,), Cu (HAFC) (1,5-Cyclooctanediene), Cu (HAFC) (1 , 5-Dimethylcyclooctanediene), Cu (HAFC) (4-Methyl-1-pentene), Cu (HAFC) (Vinylcyclohexane), Cu (HAFC) (dimethylaluminum hydride), TMEDA (tetramethylethylenediamine ), DMEAA (dimethylethylamine alane, NMe 2 Et · AlH 3), TMA (trimethylaluminum), TEA (triethylaluminum), TBA (triisobutylaluminum), TDMAT (tetra (dimethylamino) titanium), TDEAT (tetra (dimethylamino) titanium), but is not limited thereto.

상기 상부 전극의 두께는 10 내지 5000 ㎚일 수 있다.The thickness of the upper electrode may be 10 to 5000 nm.

전술한 바의 본 발명에 따른 유기 태양전지는 공지된 바의 방법에 따라 제조가 가능하다.The above-described organic solar cell according to the present invention can be manufactured by a known method.

본 발명의 유기 태양전지의 제조방법은 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 코팅 용액으로 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때 상기 박막층은 전자 수송층, 광활성층 및 정공 수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 코팅 용액은 상기한 박막층 형성용 조성물 및 용매를 포함한다. 이하 본 설명에서는 하부 전극은 음극이다.The method for manufacturing an organic solar cell of the present invention includes a step of forming a thin film layer by coating a substrate with a coating solution while transferring the substrate by a roll-to-roll method. At this time, the thin film layer may be at least one selected from the group consisting of an electron transport layer, a photoactive layer and a hole transport layer, and the coating solution includes the composition and the solvent for forming the thin film layer. Hereinafter, the lower electrode is a cathode.

본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 제조방법은 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 전자 수송층을 형성하는 단계; 상기 전자 수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계 및 상기 정공 수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of fabricating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes: forming a lower electrode on a substrate; Forming an electron transport layer including a metal oxide and an induced dipole polymer on the lower electrode; Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; Forming a hole transport layer on the photoactive layer, and forming an upper electrode on the hole transport layer.

우선, 기판을 준비하고 상기 기판 상에 하부 전극으로 음극을 형성한다. First, a substrate is prepared and a cathode is formed as a lower electrode on the substrate.

준비된 기판 상에 음극은 통상의 방법에 따라 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 음극은 기판의 일면에 음극 형성용 조성물을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통해 형성할 수 있다.The cathode on the prepared substrate can be formed according to a conventional method. Specifically, the negative electrode may be formed on one side of the substrate by thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF or magnetron sputtering, chemical vapor deposition, or the like.

이때 상기 음극의 형성에 앞서 선택적으로 기판에 대하여 O2 플라즈마 처리법, UV/오존 세척, 산 또는 알칼리 용액을 이용한 표면 세척, 질소 플라즈마 처리법 및 코로나 방전 세척으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 기판의 표면을 전처리할 수도 있다.At least one method selected from the group consisting of O 2 plasma treatment, UV / ozone cleaning, surface cleaning using an acid or an alkali solution, nitrogen plasma treatment, and corona discharge cleaning may be selectively performed on the substrate prior to the formation of the cathode The surface of the substrate may be pre-treated.

이어서 상기 하부 전극이 형성된 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 코팅 용액을 도포하여 박막층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때 상기 박막층은 전자 수송층, 광활성층 및 정공 수송층이다.And then applying a coating solution while transferring the substrate on which the lower electrode is formed by a roll-to-roll method to form a thin film layer. At this time, the thin film layer is an electron transporting layer, a photoactive layer, and a hole transporting layer.

상기 코팅 용액은 각 박막층에 포함되는 물질 및 용매를 포함한다.The coating solution includes a substance and a solvent contained in each thin film layer.

구체적으로 상기 코팅 용액은 전자 수송층 형성용 조성물, 광활성층 형성용 조성물 및 정공 수송층 형성용 조성물일 수 있다.Specifically, the coating solution may be a composition for forming an electron transport layer, a composition for forming a photoactive layer, and a composition for forming a hole transport layer.

이하, 각각의 박막층을 형성하는 단계를 상세히 설명한다.Hereinafter, the step of forming each thin film layer will be described in detail.

다음으로, 하부 전극 상에 전자 수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자 수송층을 형성할 수 있다.Next, an electron transporting layer can be formed using a composition for forming an electron transporting layer on the lower electrode.

본 발명의 전자 수송층 형성용 조성물은 전술한 바와 같이 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하며, 이를 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming an electron transport layer of the present invention comprises a metal oxide and an inductively dipolar polymer as described above, and is prepared by dissolving the metal oxide and the dipolar polymer in a solvent, and applying the coating to form a coating film.

상기 용매는 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자를 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어, 물, 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the metal oxide and the induction dipole polymer. Examples thereof include water, 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol, At least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol and dipropylene glycol can be used.

상기 용매는 상기 전자 수송층 형성용 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 상기 전자 수송층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 용매의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 원하는 코팅층의 기능을 얻기 어렵고, 용매의 함량이 1 중량% 미만일 경우 균일한 두께의 박막 형성이 어렵다.The solvent may be contained in an amount of the remainder in the composition for forming an electron transport layer, specifically, 1 to 95% by weight based on the total weight of the composition for forming an electron transport layer. When the content of the solvent exceeds 95 wt%, it is difficult to obtain the function of the desired coating layer. When the content of the solvent is less than 1 wt%, it is difficult to form a thin film having a uniform thickness.

상기 도포는 바(Bar)코팅, 그라비아 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 플렉소 코팅, 나이프 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이 코팅, 롤 코팅, 스크린 코팅, 잉크젯 프린팅, 캐스팅, 딥(Dip) 코팅, 플로우 코팅, 커튼 코팅, 콤마 코팅, 키스 코팅 및 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방법에 의해 실시될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 전자 수송층은 슬롯다이 코팅을 이용하는 것이 바람직하다.The application may be carried out by various methods such as bar coating, gravure coating, microgravure coating, flexo coating, knife coating, spray coating, slot die coating, roll coating, screen coating, inkjet printing, casting, dip coating, Curtain coating, comma coating, kiss coating, and spin coating. In particular, the electron transport layer according to the present invention preferably uses a slot die coating.

상기 전자 수송층 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400℃, 구체적으로는 70 내지 200℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.After the coating film is formed by the composition for forming an electron transport layer, a post-treatment process of drying or heat-treating the coated substrate may be selectively performed. The drying may be performed by hot air drying, NIR drying, or UV drying at 50 to 400 ° C, specifically, at 70 to 200 ° C for 1 to 30 minutes.

다음으로, 전자 수송층 상에 광활성층 형성용 조성물을 이용하여 광활성층을 형성할 수 있다.Next, the photoactive layer can be formed on the electron transporting layer using the composition for forming a photoactive layer.

상기 광활성층 형성용 조성물은 전술한 정공수용체와 전자수용체를 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming a photoactive layer is prepared by dissolving the above-described hole receptor and electron acceptor in a solvent, and applying the composition to form a coating film.

상기 용매는 전자수용체와 정공수용체를 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이 라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매는 물; 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올; 또는 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 등의 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 전자 수송층(102,202) 형성용 조성물 제조시 대상 물질의 종류에 따라 상기한 용매 중에서 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.The solvent can be used without particular limitation as long as it can dissolve or disperse the electron acceptor and the hole acceptor. In one example, the solvent is water; Alcohols such as ethanol, methanol, propanol, isopropyl alcohol and butanol; Or an organic solvent such as acetone, pentane, toluene, benzene, diethyl ether, methyl butyl ether, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, carbon tetrachloride, dichloromethane, Organic solvents such as trichlorethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol and methyletherketone, or mixtures thereof, The composition for forming the electron transport layer (102, 202) is preferably suitably selected from the above-described solvents depending on the kind of the target substance.

상기 도포는 바(Bar)코팅, 그라비아 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 플렉소 코팅, 나이프 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이 코팅, 롤 코팅, 스크린 코팅, 잉크젯 프린팅, 캐스팅, 딥(Dip) 코팅, 플로우 코팅, 커튼 코팅, 콤마 코팅, 키스 코팅 및 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방법에 의해 실시될 수 있으며, 구체적으로는 슬롯다이 코팅 또는 스핀 코팅이 수행될 수 있다.The application may be carried out by various methods such as bar coating, gravure coating, microgravure coating, flexo coating, knife coating, spray coating, slot die coating, roll coating, screen coating, inkjet printing, casting, dip coating, Curtain coating, comma coating, kiss coating, and spin coating. Specifically, slot die coating or spin coating may be performed.

상기 광활성층 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400℃, 구체적으로는 70 내지 200℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.After the coating layer is formed with the composition for forming a photoactive layer, a post-treatment process of drying or heat-treating the coated substrate may be selectively performed. The drying may be performed by hot air drying, NIR drying, or UV drying at 50 to 400 ° C, specifically, at 70 to 200 ° C for 1 to 30 minutes.

일례로, 광활성층의 경우 코팅 공정 후 25 내지 150℃에서 5 내지 145분 동안 건조 및 열처리하는 후처리 공정을 실시할 수 있다. 상기 건조 공정과 열처리 공정의 적절한 조절에 의하여 상기 전자수용체와 상기 정공수용체 사이에 적절한 상분리를 유도할 수 있고, 상기 전자수용체의 배향을 유도할 수 있다. For example, in the case of a photoactive layer, post-treatment may be performed after drying and heat treatment at 25 to 150 ° C for 5 to 145 minutes after the coating process. By appropriately controlling the drying step and the heat treatment step, appropriate phase separation can be induced between the electron acceptor and the hole acceptor, and the orientation of the electron acceptor can be induced.

상기 열처리 공정의 경우, 온도가 25℃ 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 온도가 150℃를 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 열처리 시간이 5분 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 시간이 145분을 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다.If the temperature is less than 25 ° C, the mobility of the electron acceptor and the hole acceptor may be low and the heat treatment effect may be insignificant. If the annealing temperature exceeds 150 ° C, Can be degraded. If the heat treatment time is less than 5 minutes, the mobility of the electron acceptor and the hole acceptor may be low and the heat treatment effect may be insufficient. If the heat treatment time exceeds 145 minutes, the performance deteriorates due to deterioration of the electron acceptor .

다음으로, 상기 광활성층 상에 정공 수송층 형성용 조성물을 이용하여 정공 수송층을 형성한다. Next, a hole transport layer is formed on the photoactive layer using a composition for forming a hole transport layer.

상기 정공 수송층 형성용 조성물은 전술한 정공 수송 물질을 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming a hole transport layer is prepared by dissolving the hole transport material described above in a solvent and applying the composition to form a coat.

상기 정공 수송층 형성용 조성물에 포함되는 용매는 정공 수송 물질을 균일하게 혼합하고 분산시키기 위해 사용되며 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다.The solvent contained in the composition for forming a hole transport layer is used for uniformly mixing and dispersing the hole transport material and is not particularly limited as long as it is commonly used in the related art.

바람직하기로, 상기 용매로는 물; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등의 알코올 용매; 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 부틸에틸에테르, 테트라하이드로퓨란 등의 에테르 용매; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 알콜 에테르 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤 용매; N-메틸-2-피릴리디논, 2-피릴리디논, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드 용매; 디메틸술폭사이드, 디에틸술폭사이드등의 술폭사이드 용매; 디에틸술폰, 테트라메틸렌 술폰등의 술폰 용매; 아세토니트릴, 벤조니트릴등의 니트릴 용매; 알킬아민, 사이클릭아민, 아로마틱아민 등의 아민 용매; 메틸부티레이트, 에틸부티레이트, 프로필프로피오네이트 등의 에스테르 용매; 에틸 아세테이트, 부틸아세테이트 등의 카르복실산 에스테르 용매; 벤젠, 에틸벤젠, 클로로벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소 용매; 헥산, 헵탄, 시클로헥산 등의 지방족 탄화수소 용매; 클로로포름, 테트라클로로에틸렌, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄과 같은 할로겐화된 탄화수소 용매; 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸카보네이트, 디부틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디부틸카보네이트, 니트로메탄, 니트로벤젠 등의 유기 용매;로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 그 이상의 혼합 용매가 사용될 수 있다. Preferably, the solvent includes water; Alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol and isobutanol; Ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, butyl ethyl ether and tetrahydrofuran; Alcohol ether solvents such as ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether and ethylene glycol monobutyl ether; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; Amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, 2-pyrrolidinone, N-methylformamide and N, N-dimethylformamide; Sulfoxide solvents such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; Sulfone solvents such as diethyl sulfone and tetramethylene sulfone; Nitrile solvents such as acetonitrile and benzonitrile; Amine solvents such as alkyl amines, cyclic amines, and aromatic amines; Ester solvents such as methyl butyrate, ethyl butyrate and propyl propionate; Carboxylic acid ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, toluene and xylene; Aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane and cyclohexane; Halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, tetrachlorethylene, carbon tetrachloride, dichloromethane and dichloroethane; An organic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dibutyl carbonate, nitromethane, nitrobenzene and the like can be used.

상기 용매는 상기 정공 수송층 형성용 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 상기 정공 수송층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 용매의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 원하는 코팅층의 기능을 얻기 어렵고, 용매의 함량이 1 중량% 미만일 경우 균일한 두께의 박막 형성이 어렵다.The solvent may be contained in an amount of the remainder of the composition for forming a hole transport layer, and may be specifically included in an amount of 1 to 95% by weight based on the total weight of the composition for forming the hole transport layer. When the content of the solvent exceeds 95 wt%, it is difficult to obtain the function of the desired coating layer. When the content of the solvent is less than 1 wt%, it is difficult to form a thin film having a uniform thickness.

상기 도포는 바(Bar)코팅, 그라비아 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 플렉소 코팅, 나이프 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이 코팅, 롤 코팅, 스크린 코팅, 잉크젯 프린팅, 캐스팅, 딥(Dip) 코팅, 플로우 코팅, 커튼 코팅, 콤마 코팅, 키스 코팅 및 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방법에 의해 실시될 수 있으며, 구체적으로는 슬롯다이 코팅 또는 스핀 코팅이 수행될 수 있다.The application may be carried out by various methods such as bar coating, gravure coating, microgravure coating, flexo coating, knife coating, spray coating, slot die coating, roll coating, screen coating, inkjet printing, casting, dip coating, Curtain coating, comma coating, kiss coating, and spin coating. Specifically, slot die coating or spin coating may be performed.

상기 정공 수송층 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400℃, 구체적으로는 70 내지 200℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.After the coating film is formed using the composition for forming a hole transport layer, a post-treatment process of drying or heat-treating the coated substrate may be selectively performed. The drying may be performed by hot air drying, NIR drying, or UV drying at 50 to 400 ° C, specifically, at 70 to 200 ° C for 1 to 30 minutes.

다음으로, 상기 상기 정공 수송층 상에 상부 전극으로 양극을 형성한다.Next, an anode is formed as an upper electrode on the hole transport layer.

상기 양극 형성용 조성물은 전술한 상부 전극의 재질을 포함하는 페이스트이며, 이를 인쇄 방법을 이용하여 소정의 패턴 형태로 형성한다.The composition for forming an anode is a paste containing the material of the upper electrode described above, and is formed into a predetermined pattern using a printing method.

본 발명에서 인쇄 방법은 통상적으로 사용되는 다양한 인쇄 공정이 적용될 수 있다. 예를 들어 상기 인쇄는 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, EHD젯 인쇄, 그라비아 인쇄, 그라비어 오프셋(Gravure-offset) 인쇄, 임프린팅, 플렉소 인쇄 또는 스크린 인쇄 중 어느 하나의 방법이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 스크린 인쇄이다.In the present invention, a variety of commonly used printing processes can be applied to the printing method. For example, the printing may be performed by any one of ink jet printing, aerosol jet printing, EHD jet printing, gravure printing, gravure-offset printing, imprinting, flexographic printing or screen printing, Is screen printing.

상기 인쇄 공정을 수행한 후, 당분야에서 통상적으로 사용되는 건조 및 소성 방법에 따라 소성될 수 있으며, 바람직하게는 질소, 산소 또는 아르곤 열풍 단독, MIR(Middle Infra-Red) 램프, 또는 열풍과 MIR 램프를 동시에 사용하여 건조 및 소성될 수 있다.After the printing process is performed, it may be fired according to a drying and firing method commonly used in the art, preferably a nitrogen, oxygen, or argon hot air alone, a Middle Infra-Red (MIR) lamp, The lamp can be dried and fired simultaneously.

상기한 단계를 거쳐 본 발명에 따른 유기 태양전지를 제작한다. The organic solar cell according to the present invention is manufactured through the above steps.

이때 기판 상에 각층의 적층은 롤투롤 방식으로 진행될 수 있다.At this time, the lamination of each layer on the substrate can proceed in a roll-to-roll manner.

구체적으로, 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 0.01 m/min 내지 20 m/min일 수 있고, 바람직하게 0.1 m/min 내지 5 m/min 일 수 있다. 상기 이송 속도는 롤투롤 장비를 이용한 개별층의 코팅 및 건조 속도에 따라 최적화하여 사용할 수 있다.Specifically, the speed at which the substrate is transported by the roll-to-roll method may be from 0.01 m / min to 20 m / min, and preferably from 0.1 m / min to 5 m / min. The conveying speed can be optimally used according to the coating and drying speed of the individual layers using the roll-to-roll equipment.

이러한 롤투롤 장비를 이용한 공정은 유기 태양전지의 대량 생산이 용이하고, 연속 공정이 가능하다는 이점과 함께 대면적의 기판에도 용이하게 적용이 가능함에 따라 그 크기에 상관없이 소형에서부터 대형의 유기 태양전지를 제작할 수 있다.Since the process using the roll-to-roll equipment is easy to mass-produce organic solar cells and can be continuously processed, it can be easily applied to a large-sized substrate. Therefore, regardless of the size thereof, .

또한, 상기 단계를 거쳐 제조된 본 발명의 유기 태양전지는 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 전자 수송층을 포함함으로써 전자의 원활한 이동이 가능함에 따라 우수한 광전변환 효율을 나타내는 유기 태양전지를 구현할 수 있다.In addition, the organic solar cell of the present invention manufactured through the above steps includes an electron transporting layer including a metal oxide and an inductively coupled dipole polymer, so that electrons can be smoothly moved, thereby realizing an organic solar cell exhibiting excellent photoelectric conversion efficiency .

이러한 유기 태양전지는 건물 외장재, 예를 들어 외벽, 지붕, 창문뿐만 아니라 의류, 포장지, 벽지, 자동차 유리 등 다양한 분야에 적용 가능하다.Such an organic solar cell is applicable to a variety of applications such as building exterior materials such as outer walls, roofs, and windows, as well as clothes, wrapping paper, wallpaper, and automobile glass.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

실시예Example  And 비교예Comparative Example : 유기 태양전지의 제조: Manufacture of Organic Solar Cells

[실시예 1][Example 1]

ITO층이 형성된 기판 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 ITO층 위에 산화아연과 폴리에틸렌이민(MW=25,000 g/mol)을 1: 0.01 중량비로 포함하는 전자 수송층 형성용 코팅용액을 스트라이프 형태로 슬롯다이 코팅한 후 120℃에서 건조하여 30 ㎚ 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도(line speed)는 5㎜/sec, 슬롯다이 높이는 100 ㎛, 코팅액 유량(flow rate)은 0.4 ㎖/min으로 하였다. While transferring the substrate film, the ITO layer formed in a roll-to-roll method immigration zinc and polyethylene oxide on the ITO layer (M W = 25,000 g / mol ) 1: 0.01 slot the coating solution for an electron transport layer formed in a weight ratio in the form of stripes Followed by drying at 120 캜 to form an electron transporting layer having a thickness of 30 nm. The slot die coating was performed at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 100 m, and a coating liquid flow rate of 0.4 ml / min.

이어서 상기 전자 수송층 위에 광활성층 형성용 코팅용액 (PTB7(Sigma aldrich사) 12 ㎎, PC71BM(Sigma aldrich사) 18 ㎎ 및 자일렌 1㎖ 비율로 혼합하여 제조함)을 슬롯다이 코팅하고 80℃에서 건조하여 300 ㎚ 두께의 광활성층을 제조하였다. 상기 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 5㎜/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량은 0.5㎖/min로 하였다.(Prepared by mixing 12 mg of PTB7 (Sigma aldrich), 18 mg of PC 71 BM (Sigma aldrich) and 1 ml of xylene) on the electron transport layer, To form a 300 nm thick photoactive layer. The slot die coating was performed at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 100 m, and a coating liquid flow rate of 0.5 ml / min.

상기 광활성층 위에 정공 수송층 형성용 코팅용액 Clevios HTL Solar (Heraeus사)을 슬롯다이 코팅하고, 120℃에서 건조하여 500 ㎚ 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도는 5 ㎜/sec, 슬롯다이 높이는 100 ㎛, 코팅액 유량은 1.0 ㎖/min으로 슬롯 다이 코팅하고, 120℃에서 건조하였다.A coating solution for forming a hole transport layer Clevios HTL Solar (Heraeus Co.) was coated on the photoactive layer by slot die coating and dried at 120 ° C to form a 500 nm thick hole transport layer. The slot die coating was performed by slot die coating at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 100 m, and a coating liquid flow rate of 1.0 ml / min, followed by drying at 120 ° C.

이어서, 상기 광활성층 위에 10 torr 진공 하에서 열증착기(thermal evaporator)를 이용하여 두께 120 ㎚인 은을 성막하여 양극을 형성함으로써 유기 태양전지를 제조하였다.Subsequently, a 120 nm thick silver layer was formed on the photoactive layer using a thermal evaporator under a vacuum of 10 torr to form an anode, thereby preparing an organic solar cell.

[실시예 2][Example 2]

전자수송층 형성용 코팅용액 제조시 산화아연과 폴리에틸렌이민을 1:0.02의 중량비로 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that zinc oxide and polyethyleneimine were contained in a weight ratio of 1: 0.02 in the preparation of a coating solution for forming an electron transport layer.

[실시예 3][Example 3]

전자수송층 형성용 코팅용액 제조시 산화아연과 폴리에틸렌이민을 1:0.03의 중량비로 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that zinc oxide and polyethyleneimine were contained in a weight ratio of 1: 0.03 in the preparation of a coating solution for forming an electron transport layer.

[실시예 4][Example 4]

ITO층이 형성된 기재 필름 상에 산화아연과 폴리에틸렌이민을 1:0.03의 중량비로 포함하는 전자수송층 형성용 코팅용액을 스핀 코팅한 후 200 ℃에서 2분간 열처리 후 건조하여 40 ㎚ 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 상기 스핀 코팅시 속도(speed)는 4000 rpm으로 하였다.A coating solution for forming an electron transport layer containing zinc oxide and polyethyleneimine in a weight ratio of 1: 0.03 was spin-coated on a base film on which an ITO layer was formed, and then heat-treated at 200 ° C for 2 minutes and dried to form a 40 nm thick electron transport layer Respectively. The spin coating speed was 4000 rpm.

이어서 상기 전자 수송층 위에 광활성층 형성용 코팅용액 (PTB7(Sigma aldrich사) 12 ㎎, PC71BM(Sigma aldrich사) 18 ㎎ 및 자일렌 1 ㎖ 비율로 혼합하여 제조함)을 스핀 코팅하고 80 ℃에서 2분간 열처리하여 300 ㎚ 두께의 광활성층을 제조하였다. 상기 스핀 스핀 코팅시 속도(speed)는 1000 rpm으로 하였다.(Prepared by mixing 12 mg of PTB7 (Sigma aldrich), 18 mg of PC 71 BM (Sigma aldrich) and 1 ml of xylene) on the electron transport layer, and the mixture was spin-coated at 80 ° C Treated for 2 minutes to prepare a 300 nm thick photoactive layer. The spin speed of the spin-spin coating was 1000 rpm.

상기 광활성층 위에 정공 수송층 형성용 코팅용액(Clevios HTL Solar (Heraeus사)을 스핀 코팅하고 120 ℃에서 건조하여 200 ㎚ 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 스핀 스핀 코팅시 속도(speed)는 1000 rpm으로 하였다.A coating solution (Clevios HTL Solar (Heraeus)) for forming a hole transport layer was spin-coated on the photoactive layer and dried at 120 ° C to form a 200 nm thick hole transport layer. The spin speed was 1000 rpm Respectively.

이어서, 상기 광활성층 위에 10 torr 진공 하에서 열증착기(thermal evaporator)를 이용하여 두께 120 ㎚인 은을 성막하여 양극을 형성함으로써 유기 태양전지를 제조하였다.Subsequently, a 120 nm thick silver layer was formed on the photoactive layer using a thermal evaporator under a vacuum of 10 torr to form an anode, thereby preparing an organic solar cell.

[비교예 1][Comparative Example 1]

전자수송층 형성용 코팅용액 제조시 산화아연을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that zinc oxide was used in preparing a coating solution for forming an electron transport layer.

[비교예 2][Comparative Example 2]

전자수송층 형성용 코팅용액 제조시 산화아연을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 4 except that zinc oxide was used in the preparation of a coating solution for forming an electron transport layer.

[비교예 3][Comparative Example 3]

전자수송층 형성용 코팅용액 제조시 폴리에틸렌이민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 4 except that polyethyleneimine was used in the preparation of a coating solution for forming an electron transport layer.

실험예Experimental Example 1: 유기 태양전지의 성능 평가 1 1: Performance evaluation of organic solar cell 1

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 유기 태양전지의 광전변환 특성, 전류-전압 특성 및 신뢰성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics, the current-voltage characteristics and the reliability of the organic solar cells prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Tables 1, 2 and 3.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 태양전지를 태양모사장치(solar simulator, Newport사 94083) 를 이용하여 전류-전압 특성을 측정하였다. 상기 태양 모사장치는 1600W 제논램프(Newport사 62726)와 AM1.5G 필터(Newport사 81088A)를 사용하였고, 빛의 세기는 100 ㎽/cm2 로 설정하였다. The current-voltage characteristics of the organic solar cells prepared in the Examples and Comparative Examples were measured using a solar simulator (Newport 94083). The solar simulator used was a 1600 W Xenon lamp (Newport 62726) and an AM 1.5G filter (Newport 81088A), and the intensity of light was set to 100 mW / cm 2 .

또한, 신뢰성 평가는 1200 시간동안 진행하였다.The reliability evaluation was conducted for 1200 hours.

Voc1 )(V)Voc 1 ) (V) Isc2 )(㎃)Isc 2 ) (㎃) Jsc3 )(㎃/cm2)Jsc 3 ) (mA / cm 2 ) FF4)(%)FF 4) (%) PCE5 )(%)PCE 5 ) (%) 실시예 1Example 1 7.887.88 83.1083.10 1.141.14 51.5651.56 4.644.64 실시예 2Example 2 7.917.91 85.9685.96 1.181.18 51.6451.64 4.824.82 실시예 3Example 3 7.897.89 87.6887.68 1.201.20 52.2052.20 4.964.96 비교예 1Comparative Example 1 7.937.93 81.8081.80 1.121.12 49.7849.78 4.444.44 1) Voc: open-circuit voltage, 개방전압
2) Isc: short-circuit current, 단락전류
3) Jsc: short-circuit photocurrent density, 단락전류밀도
4) FF: fill factor, 충전율
5) PCE: Power Conversion Efficiency, 에너지 전환 효율
1) Voc: open-circuit voltage, open-circuit voltage
2) Isc: short-circuit current, short-circuit current
3) Jsc: short-circuit photocurrent density, short-circuit current density
4) FF: fill factor, charge rate
5) PCE: Power Conversion Efficiency, Energy Conversion Efficiency

상기 표 1에서 개방전압(Voc)와 단락전류밀도(Jsc)는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축 및 Y축 절편이며, 충전율(FF)는 상기 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 개방전압(Voc)와 단락전류밀도(Jsc)의 곱으로 나눈 값이다. 또한, 이 세가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 전환 효율(PCE)를 구할 수 있다. 이들 광전변환 특성을 나타내는 수치들은 높을수록 태양전지의 효율 및 성능이 우수함을 나타내는데 실시예의 경우 비교예와 비슷하거나 향상된 값을 가짐을 확인할 수 있다.In Table 1, the open-circuit voltage (Voc) and the short-circuit current density (Jsc) are X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively, and the filling rate (FF) Divided by the product of the open-circuit voltage (Voc) and the short-circuit current density (Jsc). Also, the energy conversion efficiency (PCE) can be obtained by dividing these three values by the intensity of the irradiated light. The higher the numerical values showing the photoelectric conversion characteristics, the better the efficiency and performance of the solar cell. In the case of the embodiment, it can be confirmed that the solar cell has a similar or improved value to that of the comparative example.

상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자 수송층을 포함하는 실시예 1 내지 3의 유기 태양전지의 경우 비교예 1에 대비 전반적인 광전변환 특성이 우수하며 구체적으로, 개방전압은 낮으며, 에너지 전환 효율은 높음을 알 수 있다.Referring to Table 1, the organic solar cell of Examples 1 to 3 including the electron transport layer according to the present invention has excellent overall photoelectric conversion characteristics as compared with Comparative Example 1, specifically, the open-circuit voltage is low, The efficiency is high.

또한, 도 2에 나타낸 전류-전압 특성에 있어서도 실시예 1 내지 3의 유기 태양전지가 종래 전자 수송층을 포함하는 비교예 1에 비해 향상된 결과를 보였다.In addition, in the current-voltage characteristics shown in FIG. 2, the organic solar cells of Examples 1 to 3 showed improved results as compared with Comparative Example 1 including the conventional electron transporting layer.

이에 더해서, 도 3의 신뢰성 평가 결과에 따르면 실시예 3이 비교예 1 대비 평가를 진행한 시간 내내 현저히 높은 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.In addition, according to the reliability evaluation result of FIG. 3, it can be confirmed that Example 3 exhibits a remarkably high efficiency over the evaluation time of Comparative Example 1.

실험예Experimental Example 2: 유기 태양전지 단위 소자의 성능 평가 2: Performance evaluation of organic solar cell unit device

상기 실시예 4, 비교예 2 및 비교예 3에서 제조된 유기 태양전지 단위 소자의 광전변환 특성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics of the organic solar cell unit devices manufactured in Example 4, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 were measured, and the results are shown in Table 2 below.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 태양전지 단위 소자를 태양모사장치(solar simulator, Newport사 94083) 를 이용하여 전류-전압 특성을 측정하였다. 상기 태양 모사장치는 1600W 제논램프(Newport사 62726)와 AM1.5G 필터(Newport사 81088A)를 사용하였고, 빛의 세기는 100 ㎽/cm2 로 설정하였다.The current-voltage characteristics of the organic solar cell unit devices manufactured in the above Examples and Comparative Examples were measured using a solar simulator (Newport 94083). The solar simulator used was a 1600 W Xenon lamp (Newport 62726) and an AM 1.5G filter (Newport 81088A), and the intensity of light was set to 100 mW / cm 2 .

Voc1 )(V)Voc 1 ) (V) Isc2 )(㎃)Isc 2 ) (㎃) Jsc3 )(㎃/cm2)Jsc 3 ) (mA / cm 2 ) FF4)(%)FF 4) (%) PCE5 )(%)PCE 5 ) (%) 실시예 4Example 4 0.790.79 0.630.63 15.7415.74 71.5871.58 8.938.93 비교예 2Comparative Example 2 0.790.79 0.600.60 14.8814.88 69.4869.48 8.158.15 비교예 3Comparative Example 3 0.760.76 0.680.68 16.8816.88 68.6368.63 8.858.85 1) Voc: open-circuit voltage, 개방전압
2) Isc: short-circuit current, 단락전류
3) Jsc: short-circuit photocurrent density, 단락전류밀도
4) FF: fill factor, 충전율
5) PCE: Power Conversion Efficiency, 에너지 전환 효율
1) Voc: open-circuit voltage, open-circuit voltage
2) Isc: short-circuit current, short-circuit current
3) Jsc: short-circuit photocurrent density, short-circuit current density
4) FF: fill factor, charge rate
5) PCE: Power Conversion Efficiency, Energy Conversion Efficiency

상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 4는 비교예 2 및 3에 비해 우수한 광전변환 특성을 나타내며, 특히 실시예 4의 경우 에너지 전환 효율이 향상됨을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that Example 4 according to the present invention exhibits excellent photoelectric conversion characteristics as compared with Comparative Examples 2 and 3, and in particular, energy conversion efficiency is improved in Example 4.

본 발명에 따른 유기 태양전지는 우수한 광전변환 효율을 나타내며, 제조 공정을 단순화하여 유기 태양전지의 대량 및 대면적 생산이 가능하기 때문에 건물 외장재, 예를 들어 외벽, 지붕, 창문 뿐만 아니라 패션 아웃도어 용품, 포장지, 벽지, 자동차 유리 등 다양한 분야에 적용 가능하다.The organic solar cell according to the present invention exhibits excellent photoelectric conversion efficiency and can simplify the manufacturing process and enable mass production and large area production of the organic solar battery, , Wrapping paper, wallpaper, automobile glass, and the like.

10: 기판 11: 하부 전극
12: 전자 수송층 13: 광활성층
14: 정공 수송층 15: 상부 전극
100: 유기 태양전지
10: substrate 11: lower electrode
12: electron transport layer 13: photoactive layer
14: hole transport layer 15: upper electrode
100: Organic solar cell

Claims (10)

기판;
상기 기판 상에 형성된 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 형성된 전자 수송층;
상기 전자 수송층 상에 형성된 광활성층;
상기 광활성층 상에 형성된 정공 수송층 및
상기 정공 수송층 상에 형성된 상부 전극을 포함하고,
상기 전자 수송층은 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 유기 태양전지.
Board;
A lower electrode formed on the substrate;
An electron transport layer formed on the lower electrode;
A photoactive layer formed on the electron transporting layer;
A hole transporting layer formed on the photoactive layer and
And an upper electrode formed on the hole transport layer,
Wherein the electron transport layer comprises a metal oxide and an induced dipole polymer.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물은 티타늄, 아연, 규소, 망간, 주석, 갈륨, 알루미늄, 바나듐, 스트론튬, 인듐, 바륨, 칼륨, 니오븀, 철, 탄탈럼, 텅스텐, 비스무트, 니켈, 크롬, 지르코늄, 구리, 몰리브데넘, 안티몬, 세륨, 백금, 은 및 로듐으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of titanium, zinc, silicon, manganese, tin, gallium, aluminum, vanadium, strontium, indium, barium, potassium, niobium, iron, tantalum, tungsten, bismuth, nickel, chromium, zirconium, , At least one metal selected from the group consisting of antimony, cerium, platinum, silver and rhodium.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물은 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화아연, 산화갈륨, 산화텅스텐, 산화알루미늄, 산화바나듐, 산화몰리브데늄, 산화구리, 산화니켈, 산화구리알루미늄, 산화아연로듐, 산화철, 산화크롬, 산화비스무스, 산화지르코늄, 알루미늄 도핑된 산화아연, 리튬 도핑된 산화아연, 갈륨 도핑된 산화아연, 니오븀이 도핑된 산화티타늄 및 안티몬이 도핑된 산화티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of titanium oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium oxide, tungsten oxide, aluminum oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, copper oxide, nickel oxide, At least one selected from the group consisting of chromium, bismuth oxide, zirconium oxide, aluminum-doped zinc oxide, lithium-doped zinc oxide, gallium-doped zinc oxide, niobium-doped titanium oxide and antimony-doped titanium oxide Organic solar cell.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물은 평균입경이 0.1 내지 10 ㎚인 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide has an average particle diameter of 0.1 to 10 nm.
제1항에 있어서,
상기 유도 쌍극자 고분자는 폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌이민에톡시레이트, 폴리 2-에틸-옥사졸린 및 폴리알릴아민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the inductive dipole polymer comprises at least one member selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyethyleneimine ethoxylate, poly 2-ethyl-oxazoline, and polyallylamine.
제1항에 있어서,
상기 유도 쌍극자 고분자는 중량평균 분자량이 1,000 내지 2,000,000 g/mol인 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the inductive dipole polymer has a weight average molecular weight of 1,000 to 2,000,000 g / mol.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물과 유도 쌍극자 고분자의 중량비는 1:0.01 내지 1:1인 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the metal oxide and the induction dipole polymer is 1: 0.01 to 1: 1.
제1항에 있어서,
상기 전자 수송층은 두께가 1 내지 100 ㎚인 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electron transporting layer has a thickness of 1 to 100 nm.
기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 상에 금속산화물 및 유도 쌍극자 고분자를 포함하는 전자 수송층을 형성하는 단계;
상기 전자 수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계 및
상기 정공 수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.
Forming a lower electrode on the substrate;
Forming an electron transport layer including a metal oxide and an induced dipole polymer on the lower electrode;
Forming a photoactive layer on the electron transporting layer;
Forming a hole transport layer on the photoactive layer, and
And forming an upper electrode on the hole transport layer.
제9항에 있어서,
상기 전자 수송층은 슬롯다이 코팅 공정에 의해 형성되는 유기 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the electron transport layer is formed by a slot die coating process.
KR1020170080626A 2017-06-26 2017-06-26 Organic photovoltaics and method for manufacturing the same KR20190001126A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080626A KR20190001126A (en) 2017-06-26 2017-06-26 Organic photovoltaics and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080626A KR20190001126A (en) 2017-06-26 2017-06-26 Organic photovoltaics and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190001126A true KR20190001126A (en) 2019-01-04

Family

ID=65017961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170080626A KR20190001126A (en) 2017-06-26 2017-06-26 Organic photovoltaics and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190001126A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102227722B1 (en) * 2019-11-22 2021-03-16 한국재료연구원 Electron transport material for optoelectronic devices and optoelectronic devices comprising same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102227722B1 (en) * 2019-11-22 2021-03-16 한국재료연구원 Electron transport material for optoelectronic devices and optoelectronic devices comprising same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kang et al. Bulk‐heterojunction organic solar cells: five core technologies for their commercialization
US9722197B2 (en) Inverted organic electronic device and method for manufacturing the same
US20150144195A1 (en) Perovskite and other solar cell materials
JP6142870B2 (en) Organic photoelectric conversion device and solar cell using the same
KR102242602B1 (en) Metal oxide nanoparticle ink and manufacturing method thereof, metal oxide nanoparticle thin film manufactured therefrom, photoelectric device using the same
KR101691293B1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
CN106256029B (en) Organic solar cell and method for manufacturing same
KR101666745B1 (en) Organic solar cell and method for manufacturing the same
KR20190020978A (en) Organic photovoltaics
JP2013254912A (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same
JP5862189B2 (en) Organic photoelectric conversion device and solar cell using the same
KR20180076202A (en) Organic photovoltaics and method for manufacturing the same
KR20190000174A (en) Organic photovoltaics
KR20180035057A (en) Organic photovoltaics and method for manufacturing the same
JP5298961B2 (en) Manufacturing method of organic photoelectric conversion element
KR102582635B1 (en) Omxene complex film, high durability perovskite photoelectric element comprising the same and method for manufacturing the same
KR102243003B1 (en) Composition for forming hole transport layer and semitransparent organic photovoltaics comprising the same
KR20190001126A (en) Organic photovoltaics and method for manufacturing the same
KR102113536B1 (en) Semitransparent organic photovoltaics module
JP2014090093A (en) Tandem type organic thin-film solar cell
WO2011101993A1 (en) Solar cell and method for manufacturing same
JP2016149505A (en) Composition, photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module
KR102327598B1 (en) Perovskite Light Absorbing Layer with Wide Band-Gap
KR20130076392A (en) Method for manufacturing polymer solar cell and the polymer solar cell manufacturing by using the same
KR101923625B1 (en) Method for manufacturing organic solar cell and organic solar cell manufactured by the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application