KR20190002129A - Organic photovoltaics module and method for manufacturing organic photovoltaics module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자외선 차단에 의해 수명 특성이 개선된 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell having improved life characteristics by ultraviolet ray shielding and a method for 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. 최근에 태양전지에 관한 기술은 발전 단가를 낮추는 저가형 태양전지에 대한 연구와 변환 효율을 높이는 고효율 태양전지에 대한 연구가 동시에 진행되고 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. 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. 무기 태양전지는 단결정 실리콘이 주로 사용되는데, 이러한 단결정 실리콘계 태양 전지는 효율 및 안정성 면에서 우수하고 현재 양산이 이루어지고 있는 태양 전지의 대부분을 차지하고 있지만 현재 원자재 확보, 효율 향상 및 저가격화 기술의 개발에 한계점을 나타내고 있다. 이에 유기 태양전지는 저분자(small molecule; 단분자로도 표현)나 고분자(polymer)의 유기 반도체 재료와 같은 유기물을 사용하는데 무기 태양전지에 사용된 무기물에 비해 가격이 월등히 저렴하며 다양하게 합성과 가공이 가능하여 수급이 용이하다. 따라서 제조 공정을 단순화 및 고속화할 수 있고, 여러가지 재질, 형태로의 응용과 대량 생산이 가능하기 때문에 유기 태양전지에 대한 관심과 연구가 증폭되고 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. Monocrystalline silicon is mainly used for inorganic solar cells. Such monocrystalline silicon solar cells are excellent in terms of efficiency and stability and occupy most of the solar cells that are currently mass-produced. However, It shows the limit. Organic solar cells use organic materials such as small molecules (organic molecules) and polymers, which are much cheaper than the inorganic materials used in inorganic solar cells. It is possible to supply and receive easily. Therefore, the manufacturing process can be simplified and speeded up, and application and mass production of various materials and forms can be performed, and thus interest and research on organic solar cells are being amplified.
유기 태양전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 일반적으로 서로 대향하여 위치하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 위치하며, 공액 고분자와 같은 정공수용체(hole acceptor)과 플러렌 등의 전자수용체(electron acceptor)가 접합구조로 이루어진 유기물질을 포함하는 광활성층으로 이루어져 있으며, 필요에 따라 상기 광활성층의 상부 및 하부에 각각 정공수송층 및 전자전달층을 더 포함할 수 있다.The organic solar cell basically has a thin film structure, and is generally disposed between the anode and the cathode opposite to each other, and is disposed between the anode and the cathode. The organic solar cell includes a hole acceptor such as a conjugated polymer, And a photoactive layer including an organic material having an electron acceptor as a bonding structure, and may further include a hole transport layer and an electron transport layer on upper and lower portions of the photoactive layer, respectively, as needed.
이러한 다층 박막 구조를 갖는 유기 소자는 슬롯다이 코팅, 스핀코팅, 그라비어 코팅 등 다양한 코팅법을 이용하여 제조할 수 있으며, 이중에서도 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 슬롯다이 코팅법이 주로 이용된다.Organic devices having such a multilayer thin film structure can be manufactured by various coating methods such as slot die coating, spin coating and gravure coating, and a roll-to-roll slot die coating method is mainly used do.
전술한 바와 같이 유기 태양전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다.As described above, the organic solar cell can be mass-produced with ease of processability and low cost, and it is possible to manufacture a thin film by the roll-to-roll method, thereby making it possible to manufacture a large-area electronic device having flexibility.
그러나, 상기와 같은 기술적, 경제적 유리함에도 불구하고 유기 태양전지를 비롯한 유기 박막 디바이스의 경우, 태양광에 의해 내부의 구성층인 유기물층이 자외선에 의해 분해되어 그 수명이 단축되는 문제점이 발생한다. 따라서 이러한 유기 태양전지 제조에 사용되는 유기물의 광분해를 최소화할 수 있는 기술을 개발하고자 하는 연구가 지속되어 왔다.However, in spite of the above technical and economical advantages, the organic thin film device including the organic solar cell has a problem that the organic layer, which is a constituent layer of the inside due to sunlight, is decomposed by ultraviolet rays to shorten the lifetime. Therefore, research has been continued to develop a technique for minimizing photodegradation of the organic material used in the production of such an organic solar cell.
일 예로, 대한민국 공개특허 제2012-0097852호는 유기 태양전지의 자외선 차단용 조성물에 관한 것으로, 스핀코팅, 스크린 프린팅과 같은 증착법에 의해 자외선 차단층이 형성된 유기 태양전지가 개시되어 있으나, 유리 기판의 후면, 즉, 태양광선이 입사하는 표면에 자외선 차단층이 형성되어 있어 쉽게 광분해 되는 문제점이 있다.For example, Korean Laid-Open Patent Application No. 2012-0097852 discloses an organic solar cell having an ultraviolet barrier layer formed by a vapor deposition method such as spin coating or screen printing on an ultraviolet shielding composition of an organic solar cell. However, There is a problem that an ultraviolet blocking layer is formed on the rear surface, that is, the surface on which the sunlight is incident, so that the light is easily decomposed.
또한, 대한민국 공개특허 제2010-0010716호는 자외선 차단을 위해 태양전지의 후면에 백시트를 접착시킨 태양전지를 제시하나, 마찬가지로 태양광선이 입사하는 표면에 자외선 차단을 위한 백시트가 위치하여 태양광에 의해 유기물의 광분해라는 문제가 여전히 존재하며, 백시트를 부착시키기 위한 별도의 공정이 필요하여 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.Korean Patent Publication No. 2010-0010716 discloses a solar cell in which a back sheet is adhered to the back surface of a solar cell for blocking ultraviolet rays, but similarly, a back sheet for blocking ultraviolet rays is placed on a surface where sunlight is incident, There is still a problem of photodegradation of an organic material by a photolithography process, and a separate process for attaching the backsheet is required, thereby lowering the process efficiency.
따라서, 유기 태양전지의 수명을 증가시키기 위한 자외선 차단층과 같은 구성을 적절한 위치에 효율적으로 형성할 수 있는 기술 개발에 대한 필요성이 커지고 있다.Accordingly, there is a growing need to develop a technique for effectively forming a structure such as an ultraviolet barrier layer for increasing the lifetime of an organic solar cell at an appropriate position.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 다각적으로 연구를 수행한 결과, 유기 태양전지에서 태양광이 입사하는 기판의 후면에 용액 공정에 의해 자외선 차단층을 형성함으로써, 태양광에 의한 유기물의 분해를 최소화하여 유기 태양전지의 수명을 증가시킬 수 있고, 또한, 유기 태양전지 전 공정을 용액 공정으로 수행할 수 있어 공정 비용 및 원가를 절감할 수 있음을 확인하였다.As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have found that, by forming a UV blocking layer on the back surface of a substrate on which sunlight is incident in a solution process, the decomposition of organic matter by sunlight is minimized It is possible to increase the lifetime of the organic solar cell, and it is also confirmed that the entire process of the organic solar cell can be performed by the solution process, thereby reducing the process cost and the cost.
따라서, 본 발명의 목적은 자외선 차단층을 포함하는 유기 태양전지를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic solar cell including an ultraviolet barrier layer.
본 발명의 다른 목적은 전 공정을 용액 공정으로 실시하는 유기 태양전지의 제조방법을 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an organic solar cell in which the whole process is performed by a solution process.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층되며,In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode are sequentially stacked,
상기 기판과 하부 전극 사이에 자외선 차단층을 포함하는 유기 태양전지를 제공한다.And an ultraviolet blocking layer between the substrate and the lower electrode.
또한, 상기 자외선 차단층은 벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 자외선 차단물질을 포함할 수 있다.In addition, the ultraviolet barrier layer may include at least one ultraviolet blocking material selected from the group consisting of benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, aryl cyanoacrylate, and triazine.
또한, 상기 자외선 차단층은 두께가 0.5 내지 16㎛ 일 수 있다.In addition, the ultraviolet barrier layer may have a thickness of 0.5 to 16 탆.
또한, 상기 하부 전극은 ITO(Indium Tin Oxide); OMO(Oxide-Metal-Oxide); Ag 나노와이어; PEDOT:PSS [{poly(3,4-ethylenedioxythiophene)}/(polystyrene sulfonate)]; 및 Ag 나노와이어와 PEDOT:PSS의 복합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The lower electrode may be formed of ITO (Indium Tin Oxide); OMO (Oxide-Metal-Oxide); Ag nanowires; PEDOT: PSS [{poly (3,4-ethylenedioxythiophene)} / (polystyrene sulfonate)]; And a complex of Ag nanowire and PEDOT: PSS.
또한, 상기 상부 전극은 Ag paste (열경화성, UV 경화성), Ag 나노와이어, PEDOT:PSS {poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate}, 및 Ag 나노와이어와 PEDOT:PSS 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The upper electrode is selected from the group consisting of Ag paste (thermosetting, UV curable), Ag nanowire, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate}, Ag nanowire and PEDOT: PSS complex It may be more than one kind.
본 발명은 또한, 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극; 순차적으로 적층된 유기 태양전지의 제조방법으로서, The present invention also provides a semiconductor device comprising: a substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode; A method of manufacturing an organic solar cell sequentially stacked,
상기 기판과 하부 전극 사이에 자외선 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다.And forming an ultraviolet blocking layer between the substrate and the lower electrode.
또한, 상기 자외선 차단층은 슬롯 다이 코팅법을 이용하여 형성될 수 있다.In addition, the ultraviolet barrier layer may be formed using a slot die coating method.
또한, 상기 자외선 차단층 형성용 코팅액은, 벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 자외선 차단물질; 및 알코올계 용매 및 유기 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매;를 포함할 수 있다.The coating solution for forming an ultraviolet barrier layer may further comprise at least one ultraviolet barrier material selected from the group consisting of benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, arylated cyanoacrylate, and triazine; And at least one solvent selected from the group consisting of an alcohol-based solvent and an organic solvent.
또한, 상기 기판 상의 자외선 차단층; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 및 전공수송층;은 슬롯 다이 코팅법에 의해 형성되며, 상부전극은 스크린 프린팅법으로 형성될 수 있다.An ultraviolet blocking layer on the substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; And the major transport layer may be formed by a slot die coating method, and the upper electrode may be formed by a screen printing method.
본 발명의 유기 태양전지에 따르면, 태양광이 입사하는 기판의 후면이 아닌 하부 전극과 마주보는 기판의 전면에 자외선 차단층을 형성함으로써, 태양광에 의한 유기물의 광분해 방지에 효과적이므로 유기 태양전지의 수명 연장에 유리하다.According to the organic solar cell of the present invention, since the ultraviolet ray blocking layer is formed on the entire surface of the substrate facing the lower electrode rather than the rear surface of the substrate on which sunlight is incident, it is effective for preventing photodegradation of organic substances by sunlight. It is advantageous to extend the service life.
또한, 본 발명의 유기 태양전지의 제조방법에 따르면, 기판 상에 형성되는 하부 전극; 자외선 차단층; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극;을 모두 코팅 공정과 같은 용액 공정에 의해 형성할 수 있어, 단일화된 공정으로 인하여 공정 비용을 절감할 수 있어, 결국 유기 태양전지의 원가를 절감할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an organic solar cell, including: forming a lower electrode on a substrate; An ultraviolet barrier layer; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And the upper electrode can all be formed by a solution process such as a coating process, so that a single process can reduce the process cost, thereby reducing the cost of the organic solar cell.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 유기 태양전지에서 기판과 자외선 차단층 또는 자외선 차단필름의 위치를 비교한 모식도이다.1 is a schematic diagram of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram comparing the positions of a substrate and an ultraviolet blocking layer or an ultraviolet blocking film in the organic solar cell of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed in an ordinary or dictionary sense and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
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.
유기 태양전지Organic solar cell
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명은 자외선 차단층을 포함하는 유기 태양전지로서, 상기 자외선 차단층의 위치가 태양광이 입사하는 기판의 후면이 아닌, 기판이 하부 전극과 마주보는 기판의 전면인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell including an ultraviolet blocking layer, wherein the position of the ultraviolet blocking layer is a front surface of a substrate facing the lower electrode, rather than a rear surface of the substrate on which sunlight is incident. .
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지(100)는 기판(10); 하부 전극(20); 전자수송층(30); 광활성층(40); 정공수송층(50); 및 상부 전극(60);이 순차적으로 적층되며, 기판(10)과 하부 전극(20) 사이에 자외선 차단층(UVL)을 포함할 수 있다. 이때, 하부 전극(20)은 음극이라고도 하며, 상부 전극(60)은 양극이라고도 한다.Referring to FIG. 1, an organic
자외선 차단층(UVL)은 기판(10) 상에 형성된 코팅층으로서, 구체적으로 기판(10)과 하부 전극(20) 사이에 위치한다. 이때, 자외선 차단층(UVL)이 형성된 기판(10)의 일면을 기판(10)의 전면이라고 하며, 태양광이 입사하는 반대면이므로 태양광에 의한 유기물의 분해를 최소화할 수 있다.The ultraviolet blocking layer (UVL) is a coating layer formed on the
자외선 차단층(UVL)은 자외선을 차단하여 유기물의 분해를 방지할 수 있는 기능을 할 수 있는 자외선 차단물질로 이루어질 수 있고, 구체적으로는, 벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 자외선 차단물질을 포함할 수 있다.The ultraviolet blocking layer (UVL) may be formed of a UV blocking material capable of blocking ultraviolet rays to prevent decomposition of organic substances. Specific examples thereof include benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, And at least one ultraviolet blocking material selected from the group consisting of cyanoacrylate and triazine.
또한, 상기 자외선 차단물질은 아래 예시의 물질들일 수도 있다.In addition, the ultraviolet screening material may be one of the following materials.
유기계로서 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 시남산 유도체, 벤조페논 유도체 및 벤조트리아졸 유도체 등으로 이루어진 군, 무기계로는 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS), 이산화티탄(TiO2), 금속성 실리콘(Si), 탄화실리콘(SiC), 산소가 결핍된 실리콘 산화물(SiO2 -x), 이산화세륨(CeO2), 삼산화이위트리아(Y2O3)와 같은 금속 또는 비금속 산화물 및 황화물과 그 복합체 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 복합 사용할 수 있으나 코어의 합성에 대한 용이성을 위하여 나노 사이즈로 조절된 것이 권장된다. 보다 자세하게, 벤조트리아졸계 자외선 차단제로는, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시메틸)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시프로필)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시헥실)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-tert-부틸-3'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-5-클로로-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-5-메톡시-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-5-시아노-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-5-tert-부틸-2H-벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-5'-(메타크릴로일옥시에틸)페닐]-5-니트로-2H-벤조트리아졸 등을 들 수 있다.Examples of the inorganic compound include zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), titanium dioxide (TiO 2), titanium oxide (TiO 2) 2 ), metallic silicon (Si), silicon carbide (SiC), oxygen-deficient silicon oxide (SiO 2 -x ), cerium dioxide (CeO 2 ), trivalent diatrix (Y 2 O 3 ) And sulfides and complexes thereof may be used in combination, but it is recommended that the nanosize is controlled to facilitate the synthesis of the core. More specifically, examples of the benzotriazole-based ultraviolet screening agent include 2- [2'-hydroxy-5 '- (methacryloyloxymethyl) phenyl] -2H-benzotriazole, 2- [2'- (Methacryloyloxyethyl) phenyl] -2H-benzotriazole, 2- [2'-hydroxy-5 '2'-hydroxy-5'- (methacryloyloxyhexyl) phenyl] -2H-benzotriazole, 2- [2'- Benzyltriazole, 2- [2'-hydroxy-5'-tert-butyl-3 '- (methacryloyloxyethyl) phenyl] -2H- [2'-hydroxy-5 '- (methacryloyloxyethyl) phenyl] -5-chloro-2H- benzotriazole, 2- [ ) Phenyl] -5-methoxy-2H-benzotriazole, 2- [2'-hydroxy-5 '- (methacryloyloxyethyl) - [2'-hydroxy-5 '- (methacryloyloxyethyl) phenyl] -5-tert-butyl-2H-benzotriazole , 2- [2'-hydroxy-5 '- (methacryloyloxyethyl) phenyl] -5-nitro-2H-benzotriazole and the like.
또한, 벤조페논계 자외선 차단제로는 2,2',4,4'-테트라히드록시벤조페논, 2,2'-[0029] 디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-아세톡시에톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시-5,5'-디술포벤조페논2나트륨염 등을 들 수 있다.Examples of the benzophenone ultraviolet screening agents include 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 2,2' - dihydroxy-4,4'-dimethoxybenzophenone, 2,2 ' Dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-acetoxyethoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, , 2'-dihydroxy-4-methoxybenzophenone, 2,2'-dihydroxy-4,4'-dimethoxybenzophenone, 2-hydroxy- 2'-dihydroxy-4,4'-dimethoxy-5,5'-disulfobenzophenone disodium salt and the like.
그리고, 환상 이미노에스테르계 자외선 차단제로는 2,2'-(1,4-페닐렌)비스(4H-3,1-벤조옥사진-4-온), 2-메틸-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-부틸-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-(1- 또는 2-나프틸)-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-(4-비페닐)-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-p-니트로페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-m-니트로페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-p-벤조일페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-p-메톡시페닐-3,1-벤솔옥사진-4-온, 2-o-메톡시페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-시클로헥실-3,1-벤조옥사진-4-온, 2-p-(또는 m-)프탈이미드페닐-3,1-벤조옥사진-4-온, 2,2'-(1,4-페닐렌) 비스(4H-3,1-벤즈옥사디논-4-온)2,2'-비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-에틸렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-테트라메틸렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-데카메틸렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-p-페닐렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-m-페닐렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(4,4'-디페닐렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(2,6- 또는 1,5-나프탈렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(2-메틸-p-페닐렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(2-니트로-p-페닐렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(2-클로로-p-페닐렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(1,4-시클로헥실렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 1,3,5-트리(3,1-벤조옥사진-4-온-2-일)벤젠 등을 들 수 있다.Examples of the cyclic imino ester ultraviolet light blocking agent include 2,2 '- (1,4-phenylene) bis (4H-3,1-benzoxazine-4-one) 3-benzoxazine-4-one, 2- (1- or 2-naphthyl) Benzooxazin-4-one, 2- (4-biphenyl) -3,1-benzoxazine-4-one, 2-p-nitrophenyl-3,1- 2-m-nitrophenyl-3,1-benzoxazine-4-one, 2-p-benzoylphenyl- , 2-o-methoxyphenyl-3,1-benzoxazine-4-one, 2-cyclohexyl-3,1-benzoxazine- benzooxazin-4-one, 2,2 '- (1,4-phenylene) bis (4H-3,1-benzoxadinone- (3-benzooxazin-4-one), 2,2'-ethylene bis (3,1- Methylenebis (3,1-benzoxazine-4-one), 2,2'-decamethylenebis (3,1-benzoxazine-4-one), 2,2'- , 1-benzoxazine-4-one), 2,2'-m-phen Benzooxazin-4-one), 2,2 '- (4,4'-diphenylene) bis (3,1- - (2,6- or 1,5-naphthalene) bis (3,1-benzoxazine-4-one), 2,2 ' (2-chloro-p-phenylene) bis (3,1-benzoxazine-4-one), 2,2 ' Phenylene) bis (3,1-benzoxazine-4-one), 2,2 '- (1,4-cyclohexylene) , 5-tri (3,1-benzoxazine-4-on-2-yl) benzene, and the like.
또한, 1,3,5-트리(3,1-벤조옥사진-4-온-2-일)나프탈렌, 및 2,4,6-트리(3,1-벤조옥사진-4-온-2-일)나프탈렌, 2,8-디메틸-4H,6H-벤조(1,2-d;5, 4-d')비스-(1,3)-옥사진-4,6-디온, 2,7-디메틸-4H,9H-벤조(1,2-d;5,4-d')비스-(1,3)-옥사진-4,9-디온, 2,8-디페닐-4H,8H-벤조(1,2-d;5,4-d')비스-(1,3)-옥사진-4,6-디온, 2,7-디페닐-4H,9H-벤조(1,2-d;5,4-d')비스-(1,3) -옥사진-4,6-디온, 6,6'-비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-비스(2-에틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-메틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-메틸렌비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-에틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-에틸렌비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-부틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-부틸렌비스(2-페닐-4H, 3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-옥시비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-옥시비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-술포닐비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-술포닐비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-카르보닐비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,6'-카르보닐비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-메틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-메틸렌비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-에틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-옥시비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-술포닐비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 7,7'-카르보닐비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,7'-비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,7'-비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,7'-메틸렌비스(2-메틸-4H,3,1-벤조옥사진-4-온), 6,7'-메틸렌비스(2-페닐-4H,3,1-벤조옥사진-4-온) 등도 환상 이미노 에스테르계 자외선 차단물질로서 사용 가능하다Further, it is also possible to use 1,3,5-tri (3,1-benzoxazine-4-on-2-yl) naphthalene and 2,4,6- (1,3) -oxazine-4,6-dione, 2,7-dimethyl-4H, 6H-benzo (1,2- -Dimethyl-4H, 9H-benzo (1,2-d; 5,4-d ') bis- (1,3) Benzo (1,2-d; 5,4-d ') bis- (1,3) -oxazine-4,6-dione, 2,7- ; 5,4-d ') bis- (1,3) -oxazine-4,6-dione, 6,6'-bis (2- , 6,6'-bis (2-ethyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,6'- (2-methyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,6'-methylenebis (2-phenyl-4H, 3-benzooxazin-4-one), 6,6'-ethylene bis (2-methyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,6'-butylene bis (2- Phenyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,6'-oxybis (2-methyl-4H, 4-one), 6,6'-oxybis (2-phenyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,6'-sulfonylbis Benzooxazin-4-one), 6,6'-sulfonylbis (2-phenyl-4H, (2-phenyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 7,7 ' -Methylenebis (2-phenyl-4H, 3, 1-benzoxazine-4-one), methylenebis 7,7'-bis (2-methyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one) Benzooxazin-4-one), 7,7'-oxybis (2-methyl-4H, (2-methyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,7'-bis (2-phenyl-4H, 3,1-benzoxazine-4-one), 6,7'-methylenebis 4H, 3,1-benzoxazine-4-one) and 6,7'-methylenebis (2-phenyl- It can be used as an ultraviolet blocking material
또한, 자외선 차단층(UVL)은 두께가 0.5 ㎛ 내지 16 ㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 4 내지 12㎛, 가장 바람직하게는 8 내지 10㎛이다. 자외선 차단층(UVL)의 두께가 상기 범위 미만이면 자외선 차단 효과가 미미하고, 상기 범위 초과이면 유기 태양전지(100)가 두꺼워져 상용화에 제약이 있을 수 있다.In addition, the ultraviolet barrier layer (UVL) may have a thickness of 0.5 to 16 占 퐉, preferably 4 to 12 占 퐉, and most preferably 8 to 10 占 퐉. When the thickness of the ultraviolet blocking layer (UVL) is less than the above range, the effect of blocking ultraviolet rays is insignificant. If the thickness is more than the above range, the organic
또한, 본 발명에 따른 자외선 차단층(UVL)은 슬롯 다이 코팅법과 같은 코팅 공정과 같은 용액 공정에 의한 코팅층으로서, 유기 태양전지(100) 내의 하부 전극(20), 상부 전극(60)과 같은 전극의 선택 폭을 광범위하게 할 수 있다. 또한, 전극 뿐만 아니라 기판(10), 전자수송층(30), 광활성층(40), 정공수송층(50) 역시 그 선택의 폭이 넓어질 수 있다. 또한 용액 공정이 가능하기 때문에, 추가적인 1회 코팅을 통해 자외선 차단 효과를 가져올 수 있다. 추가로 그렇게 형성된 자외선 차단층 위에 전극층을 형성하기 때문에, 자외선 차단층에 화학적 Damage를 주지 않는 전극층 소재라면 어떤 소재든 적용이 가능하다. The ultraviolet barrier layer (UVL) according to the present invention is a coating layer formed by a solution process such as a coating process such as a slot die coating method. The ultraviolet barrier layer (UVL) Can be made wide. In addition, not only the electrode but also the
본 발명에서 기판(10)은 본 발명이 속하는 기술 분양에서 사용할 수 있는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 기판으로는 유리 또는 석영 등의 무기 기재 필름을 사용할 수 있다. 상기한 무기 기재 필름 외에도 폴리에틸렌테르탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI), 아크릴로니트릴스티렌(AS), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 및 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 수지 등으로부터 선택되는 어느 하나의 플라스틱 기재 필름을 사용할 수도 있다.In the present invention, the
특히, 기판(10)은 플렉서블(flexible) 하면서도 높은 화학적 안전성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 기판은 400 내지 750 nm의 가시광 파장에서 적어도 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.In particular, it may be desirable to use the
기판(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며 사용 용도에 따라 적절히 결정될 수 있는데 일례로 1 내지 500 ㎛일 수 있다.The thickness of the
본 발명에서 하부 전극(20)은 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐주석아연(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), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide; ZTO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속산화물 투명 전극; AgNW(은 나노와이어) 투명 전극; 전도성 고분자 박막, 그래핀(graphene) 박막, 그래핀 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 전도성 투명전극; 또는 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 AgNW 투명 전극은 AgNW와 같이 용액 공정이 가능한 소재라면 이에 제한되지 않는다. 또한, 하부 전극(20)의 형태는 메탈 메쉬(Metal Mesh) 또는 그리드(Grid)일 수 있으며, Ag, Cu, Al, Au와 같은 금속을 이용하여 도금, 인쇄, 코팅 공정으로 형성될 수 있다.In the present invention, the
하부 전극(20)의 두께는 10 내지 3000 ㎚일 수 있다.The thickness of the
본 발명에서 전자수송층(30)은 전술한 하부 전극(20) 상에 위치하며, 전자의 수송 능력을 높여 유기 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 외부로부터 유입된 산소와 수분을 차단하여 광활성층(40)에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, the
전자수송층(30)은 금속산화물과 유기물로 형성될 수 있으며, 상기 금속산화물은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 규소(Si), 망간(Mn), 스트론튬(Sr), 인듐(In), 바륨(Ba), 칼륨(K), 니오븀(Nb), 철(Fe), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 세륨(Ce), 백금(Pt), 은(Ag) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속산화물 박막층은 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있는 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수 있으며, 유기물은 PEI(polyethyleneimine), PEIE(ethoxylated-polyethylenimine) 등일 수 있다.The
또한, 전자수송층(30)에 포함되는 금속산화물은 평균 입경이 10 nm 이하이고, 구체적으로 1 내지 8 nm이고, 더욱 구체적으로 3 내지 7 nm일 수 있다.The average particle diameter of the metal oxide contained in the
전자수송층(30)은 코팅을 통해 형성될 수 있으며, 코팅 과정은 슬롯다이 코팅,스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법 등을 사용할 수 있으나, 금속 산화물을 코팅할 수 있는 방법이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다. 특히, 전자수송층(30)은 슬롯다이 코팅을 이용하는 것이 유리할 수 있다.The
전자수송층(30)의 두께는 1 내지 100 nm일 수 있으며, 이와 같이 규정된 두께 범위를 벗어날 경우 전자의 수송 능력이 저하될 수 있다.The
본 발명에서 광활성층(40)은 전술한 전자수송층(30) 상에 위치하며, 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종접합 구조를 가진다.In the present invention, the photoactive layer (40) is located on the electron transport layer (30) 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), 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 a poly-3-hexylthiophene (P3HT), a poly-3-octylthiophene (P3OT), a poly- polyvinylidene fluoride (PPV), poly (9,9'-dioctylfluorene), poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) , 2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV) -Dimethyloctyloxy)) - 1,4-phenylene vinylene (MDMOPPV), which is a compound selected from the group consisting of poly (2-methyl-5- And may include one or more species.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60), C70, C76, C78, C80, C82, C84 등의 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; C70-PCBM), (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the electron acceptor is (6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester ((6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM) Butyric acid methyl ester ((6,6) -thienyl (C7-PCBM), (6,6) -thienyl-C61- -C6-butyric acid methyl ester (ThCBM), and carbon nanotubes.
이때 광활성층(40)은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율은 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.More preferably, the photoactive layer 40 comprises a mixture of P3HT and PCBM as a hole acceptor, wherein the mixing weight ratio of P3HT and PCBM may be 1: 0.1 to 1: 2.
광활성층(40)의 두께는 10 내지 1000 ㎚, 구체적으로는 100 내지 500 ㎚일 수 있다. 광활성층(40)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 태양빛을 충분히 흡수할 수가 없어, 광전류가 낮아져 효율 저하가 예상되며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 여기된 전자와 정공이 전극으로 이동할 수 없어 효율 저하 문제가 발생할 수 있다.The thickness of the photoactive layer 40 may be 10 to 1000 nm, specifically 100 to 500 nm. When the thickness of the photoactive layer 40 is less than the above range, it is impossible to sufficiently absorb the sunlight, and the photocurrent is lowered and the efficiency is expected to decrease. Conversely, when the thickness exceeds the above range, excited electrons and holes can not move to the electrode, Problems can arise.
본 발명에서 정공수송층(50)은 전술한 광활성층(30) 상에 위치하며, 광활성층(30)의 전면에 걸쳐 형성될 수 있다. In the present invention, the
또한, 정공수송층(50)은 광활성층(30)에서 발생된 정공이 보다 원활하게 후술하는 상부 전극(60)으로 이동될 수 있도록 하며, 양극(50)으로부터의 불순물, 금속 이온 등의 침투를 방지하여 광활성층(30)을 보호할 수 있다. The
정공수송층(50)은 전지의 효율을 고려하여 광투과도가 70 ~ 90% 일 수 있다.The
정공수송층(50)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene; PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트) (poly(styrene sulfonate); 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 및 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 제1정공수송층(51)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리(스티렌설포네이트)의 혼합물을 포함할 수 있다.The
정공수송층(50)의 두께는 0.1 내지 10 ㎚, 구체적으로는 500 내지 1000 ㎚일 수 있다. 정공수송층(50)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 정공수송 특성 개선 효과를 얻을 수 없으며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 유기 태양전지의 투과도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.The thickness of the
본 발명에서 상부 전극(60)은 전술한 정공수송층(50), 즉, 제1정공수송층(1) 및 제2정공수송층(52) 상에 위치하며, 구체적으로는, 패턴화된 제2정공수송층(52) 영역과 제1정공수송층(1) 중 제2정공수송층(52)의 패턴이 형성되지 않은 영역 상에 위치할 수 있다.In the present invention, the
상부 전극(60)은 낮은 일함수를 갖는 통상의 금속을 포함하며, 예를 들어 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. The
상부 전극(60)의 투과도는 전지의 효율을 고려하여 50 ~ 90%일 수 있다.The transmittance of the
상부 전극(60)의 두께는 0.01 내지 20 ㎛일 수 있다.The thickness of the
유기 태양전지의 제조방법Manufacturing method of organic solar cell
본 발명은 또한, 전술한 바와 같은, 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극; 순차적으로 적층된 유기 태양전지의 제조방법으로서, 상기 기판과 하부 전극 사이에 자외선 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a substrate, as described above, comprising: a substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode; The present invention relates to a method of manufacturing an organic solar cell comprising sequentially forming an ultraviolet blocking layer between the substrate and a lower electrode.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 제조 공정에 대한 모식도이다.2 is a schematic view illustrating a process of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 유기 태양전지의 제조 방법은 하기 (S1) 내지 (S6) 단계를 포함할 수 있다:Referring to FIG. 2, the manufacturing method of the organic solar cell may include the following steps (S1) to (S6):
(S1) 기판 상에 자외선 차단층을 형성하는 단계;(S1) forming an ultraviolet barrier layer on the substrate;
(S2) 상기 자외선 차단층 상에 하부 전극을 형성하는 단계;(S2) forming a lower electrode on the ultraviolet blocking layer;
(S3) 상기 하부 전극 상에 전자수송층(ETL)을 형성하는 단계;(S3) forming an electron transport layer (ETL) on the lower electrode;
(S4) 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;(S4) forming a photoactive layer on the electron transporting layer;
(S5) 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및(S5) forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
(S6) 상기 정공수송층 상에 상부 전극을 형성하는 단계.(S6) forming an upper electrode on the hole transport layer.
이때, 상기 (S1) 내지 (S6)은 모두 코팅 공정과 같은 용액 공정으로 수행될 수 있으며, 이하, 각 단계별로 본 발명을 보다 상세히 설명한다.At this time, all of the steps (S1) to (S6) may be performed by a solution process such as a coating process. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(S1) 단계(S1)
(S1) 단계에서는 기판 상에 자외선 차단층을 형성할 수 있다.(S1), an ultraviolet blocking layer may be formed on the substrate.
구체적으로, 상기 자외선 차단층 형성용 코팅액을 슬롯 다이 코팅법에 의해 상기 기판 상에 코팅하여 형성할 수 있다. Specifically, the coating liquid for forming an ultraviolet blocking layer may be coated on the substrate by a slot die coating method.
이때, 상기 자외선 차단층 형성용 코팅액은 자외선 차단물질을 용매에 용해시켜 형성된 것일 수 있으며, 상기 자외선 차단물질은 벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상기 용매는 알코올계 용매 및 유기 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 코팅액의 농도는 1 내지 50%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 코팅액의 농도가 1 % 미만이면 자외선 차단물질의 함량이 감소되어 자외선 차단효과가 미미하고, 50% 초과이면 자외선 차단층 형성 공정을 진행하기가 어려울 수 있다.At this time, the coating solution for forming an ultraviolet barrier layer may be formed by dissolving an ultraviolet barrier material in a solvent, and the ultraviolet barrier material may be at least one selected from the group consisting of benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, arylated cyanoacrylate and triazine And the solvent may be at least one selected from the group consisting of an alcohol-based solvent and an organic solvent. When the concentration of the coating solution is less than 1%, the content of the ultraviolet screening material is decreased, and the ultraviolet screening effect is insufficient. When the concentration of the coating solution is more than 50%, the ultraviolet screening layer The process may be difficult to proceed.
또한, 상기 자외선 차단층의 형성에 앞서 선택적으로 상기 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 기판의 표면을 전처리할 수도 있다.In addition, prior to the formation of the ultraviolet barrier layer, at least one selected from the group consisting of an O 2 plasma treatment method, a UV / ozone cleaning, a surface cleaning using an acid or an alkali solution, a nitrogen plasma treatment method and a corona discharge cleaning The surface of the substrate can be pretreated by the method of FIG.
(S2) 단계(S2)
(S2) 단계에서는 상기 자외선 차단층 상에 하부 전극을 형성할 수 있다.(S2), a lower electrode may be formed on the ultraviolet blocking layer.
상기 하부 전극 역시 슬롯 다이 코팅에 의해 형성될 수 있으며, 이 외에도 하부 전극 형성용 조성물을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통해 형성할 수 있다. The lower electrode may also be formed by a slot die coating, and the composition for forming the lower electrode may be formed by thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF or magnetron sputtering, chemical vapor deposition or the like.
(S3) 단계(S3)
(S3) 단계에서는, 하부 전극(20) 상에 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층(30)을 형성할 수 있다.In the step (S3), the
상기 전자수송층 형성용 조성물은 전술한 금속산화물을 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming an electron transport layer is prepared by dissolving the above-mentioned metal oxide in a solvent, and applying the composition to form a coating film.
상기 용매는 금속산화물을 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어, Water, 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리코르, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌 글리콜으로 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. Examples of the solvent include water, 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol, n-propyl alcohol, At least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol and dipropylene glycol can be used.
상기 용매는 상기 전자수송층 형성용 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 상기 전자수송층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 용매의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 원하는 코팅층의 기능을 얻기 어렵고, 용매의 함량이 1 중량% 미만일 경우 균일한 두께의 박막 형성이 어렵다.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 슬롯다이 코팅에 의해 수행될 수 있다.The application may be performed by slot die coating.
상기 전자수송층 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.
(S4) 단계(S4)
(S4) 단계에서는, 상기 전자수송층 상에 광활성층 형성용 조성물을 이용하여 광활성층을 형성할 수 있다.(S4), a photoactive layer may be formed on the electron transporting layer using a 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 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매는 물; 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올; 또는 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 등의 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 전자수송층 형성용 조성물 제조시 대상 물질의 종류에 따라 상기한 용매 중에서 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.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, It is preferable that the electron transport layer is appropriately selected from the above-mentioned solvents depending on the kind of the target material when the composition for forming an electron transport layer is prepared.
상기 도포는 슬롯다이 코팅에 의해 수행될 수 있다.The application may be performed by slot die coating.
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. 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.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. 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 .
(S5) 단계(S5)
(S5) 단계에서는, 상기 광활성층 상에 정공수송층 형성용 조성물을 이용하여 정공수송층을 형성할 수 있다.(S5), a hole transporting layer may be formed on the photoactive layer using a composition for forming a hole transporting layer.
상기 정공수송층 형성용 조성물은 정공수송 물질 및 용매를 포함하는 페이스트일 수 있다.The composition for forming a hole transport layer may be a paste including a hole transport material and a solvent.
상기 정공수송 물질은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene; PEDOT) 및 폴리(스티렌설포네이트)(poly(styrene sulfonate); PSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The hole transporting material may be one selected from the group consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly (styrene sulfonate) (PSS) And at least one selected from the group consisting of these.
상기 정공수송층 형성용 조성물에 포함되는 용매는 정공수송 물질을 균일하게 혼합하고 점도를 조절하기 위해 사용되며 해당 기술분야에서 페이스트 형성시 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매로는 알코올계 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리코르, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌 글리콜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.The solvent contained in the composition for forming a hole transport layer is not particularly limited as long as it is used for uniformly mixing the hole transport material and controlling the viscosity and is generally used in the art. Specific examples of the solvent include alcohols. Examples of the solvent include alcohols such as 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene Glycols, tetraethylene glycol, propylene glycol, and dipropylene glycol.
(S6) 단계(S6)
(S6) 단계에서는, 상기 정공수송층 상에 상부 전극을 형성할 수 있다.(S6), an upper electrode may be formed on the hole transport layer.
상기 상부 전극은 도포가 아닌 상부 전극(양극) 형성 물질을 스크린 프린팅, 그라비어 프린팅, 그라비어 오프셋(Gravure-offset) 프린팅, 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다.The upper electrode may be formed by a method such as screen printing, gravure printing, gravure-offset printing, thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF or magnetron sputtering, chemical vapor deposition .
본 발명에 있어서, 상기 기판에 대한 각각의 층 형성시, 상기 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 0.01 m/min 내지 20 m/min일 수 있고, 구체적으로 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.In the present invention, at the time of forming each layer on the substrate, the speed at which the substrate is transported by the roll-to-roll method may be 0.01 m / min to 20 m / min, specifically 0.1 m / min to 5 m / min Lt; / RTI > The conveying speed can be optimally used according to the coating and drying speed of the individual layers using the roll-to-roll equipment.
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 및 And 비교예Comparative Example : 유기 태양전지의 제조: Manufacture of Organic Solar Cells
[실시예 1][Example 1]
PET 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 PET 필름 상면에 자외선 차단층 형성용 코팅액을 스트라이프 형태로 슬롯다이 코팅한 후 120℃에서 건조하여 10 ㎛ 두께의 자외선 차단층을 형성하였다, 이때 자외선 차단층 형성용 코팅액은 알코올에 벤조트리아졸 유도체를 용해시켜 1% 농도로 제조한 것이다. The PET film was transported in a roll-to-roll manner, and a coating liquid for forming an ultraviolet blocking layer was coated on the top surface of the PET film in a stripe form and then dried at 120 ° C. to form a UV blocking layer having a thickness of 10 μm. Was prepared by dissolving a benzotriazole derivative in alcohol at a concentration of 1%.
이후, 상기 자외선 차단층 상에 역시 슬롯 다이 코팅법에 의해 하부 전극으로서, 하부전극층으로 ITO층을 형성하였다. Then, an ITO layer was formed as a lower electrode and a lower electrode layer on the ultraviolet blocking layer by a slot die coating method.
하부전극층이 형성된 기판 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 ITO층 위에 산화아연과 폴리에틸렌이민을 1: 0.1 중량비로 포함하는 전자 수송층 형성용 코팅용액을 스트라이프 형태로 슬롯다이 코팅한 후 140℃에서 건조하여 30 ㎚ 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도(line speed)는 5mm/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량(flow rate)은 0.2ml/min으로 하였다. A coating solution for forming an electron transport layer containing zinc oxide and polyethyleneimine at a weight ratio of 1: 0.1 was slot-coated on the ITO layer in a striped form while the substrate film having the lower electrode layer was transferred in a roll-to-roll manner, An electron transporting layer having a thickness of 30 nm was formed. 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 0.2 ml / min.
이어서 상기 전자 수송층 위에 광활성층 형성용 코팅용액(PV-D4610(Merck사) 15mg, PV-A700(Merck사) 30mg 및 자일렌:1-메틸나프탈렌=85:15(부피비)를 혼합하여 제조함)을 슬롯다이 코팅하고 80℃에서 건조하여 300 ㎚ 두께의 광활성층을 제조하였다. 상기 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 8mm/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량은 0.5ml/min로 하였다.(Manufactured by mixing 15 mg of PV-D4610 (Merck), 30 mg of PV-A700 (Merck), and xylene: 1-methylnaphthalene = 85: 15 (volume ratio)) on the electron transporting layer, Was coated on a slot die and dried at 80 DEG C to prepare a 300 nm thick photoactive layer. The slot die coating was performed at a line speed of 8 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, 150℃에서 건조하여 800 ㎚ 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도는 5mm/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량은 1.5ml/min으로 슬롯 다이 코팅하고, 150℃에서 건조하였다.A coating solution for forming a hole transport layer (Clevios HTL Solar (Heraeus)) was coated on the photoactive layer by slot die coating and dried at 150 ° C to form a 800 nm thick hole transport layer. , A slot die height of 100 탆, a coating fluid flow rate of 1.5 ml / min, and dried at 150 캜.
이어서, 전공수송층 위에 스크린 프린터를 이용하여 두께 15 ㎛인 은 페이스트를 박막화하여 상부전극을 형성함으로써 유기 태양전지를 제조하였다.Subsequently, an organic solar cell was prepared by forming a silver electrode having a thickness of 15 占 퐉 thinner on a major-transportation layer using a screen printer to form an upper electrode.
마지막으로 전 구성층이 형성된 유기태양전지를 10 x 10 cm 크기의 단위모듈로 제단한 후에 베리어 필름으로 양면 합지함으로 최종적인 유기 태양전지가 제조될 수 있다.Finally, the organic solar cell having the entire constituent layer formed thereon is cut into a unit module having a size of 10 x 10 cm, and then double-side-coated with a barrier film to produce a final organic solar cell.
[비교예 1][Comparative Example 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 다만, 자외선 차단층을 형성하지 않고, 베리어 필름의 입사면에 필름 형태의 자외선 차단필름(3M)을 부착하여 유기 태양전지를 제조하였다.Except that a UV-blocking film (3M) in the form of a film was attached to the incident surface of the barrier film without forming an ultraviolet blocking layer to prepare an organic solar cell.
실험예Experimental Example : 유기 태양전지의 수명 평가: Life Evaluation of Organic Solar Cells
유기 태양전지는 항상 태양광을 받고 있어야 하므로, 태양광 내 자외선 또는 열 발생을 통한 성능저하를 최소화시켜 전지의 수명을 연장시키는 것이 요구된다. 전지에 태양광 조사 시, 태양광에 의해 유기물이 분해되어 전지의 수명이 저하되는 문제가 있다.Since the organic solar cell must always receive the sunlight, it is required to minimize the deterioration of performance through ultraviolet rays or heat generation in the sunlight to prolong the life of the battery. There is a problem that when the battery is irradiated with sunlight, the organic material is decomposed by the sunlight and the lifetime of the battery is lowered.
이에 따라, 본 발명의 유기 태양전지의 수명을 평가하기 위해 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 유기 태양전지에 대하여 태양광을 조사하여 시간 경과에 따른 전력변환효율(PCE)능을 평가하였다.Accordingly, in order to evaluate the lifetime of the organic solar cell of the present invention, the power conversion efficiency (PCE) performance over time was evaluated by irradiating sunlight to the organic solar cell manufactured in each of Example 1 and Comparative Example 1 .
평가는 초기 전력변환효율 E0로 하고, 시간 경과 후의 효율을 E1이라 하였을 때 (E1/E0)*100 값으로 측정하였으며, 초기 전력변환효율이 장시간 유지되는 것이 바람직한 것이다.The evaluation is performed by setting the initial power conversion efficiency E0 to (E1 / E0) * 100 when the efficiency after elapsing time is E1, and it is preferable that the initial power conversion efficiency is maintained for a long time.
그 결과, 실시예 1의 경우, 유기 태양전지의 초기 전력변환효율이 1000 시간 이상 유지되었으나, 비교예 1의 경우, 700 시간을 넘어가면서 초기 전력변환효율이 급격히 감소하였다.As a result, in the case of Example 1, the initial power conversion efficiency of the organic solar battery was maintained for 1000 hours or more, but in the case of Comparative Example 1, the initial power conversion efficiency sharply decreased over 700 hours.
이와 같은 결과는, 실시예 1의 유기 태양전지의 자외선 차단층의 위치, 즉, 태양광이 입사하는 기판의 후면이 아닌 하부 전극과 마주하는 기판의 전면에 위치하며, 자외선 차단층이 필름 형태가 아닌 용액 공정에 의해 형성된 코팅층인 것에 기인하는 것을 알 수 있다 (도 2).The results are similar to those of Example 1 except that the position of the ultraviolet blocking layer of the organic solar cell of Example 1, that is, the front side of the substrate facing the lower electrode, Which is a coating layer formed by a non-solution process (FIG. 2).
100: 유기 태양전지
10: 기판
20: 하부 전극(음극)
UVL: 자외선 차단층
30: 전자수송층
40: 광활성층
50: 정공수송층
60: 상부 전극(양극) 100: Organic solar cell
10: substrate
20: Lower electrode (cathode)
UVL: UV protection layer
30: electron transport layer
40: photoactive layer
50: hole transport layer
60: upper electrode (anode)
Claims (10)
상기 기판과 하부 전극 사이에 자외선 차단층을 포함하는 유기 태양전지.Board; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode are sequentially stacked,
And an ultraviolet blocking layer between the substrate and the lower electrode.
상기 자외선 차단층은 벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 자외선 차단물질을 포함하는 유기 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ultraviolet blocking layer comprises at least one ultraviolet blocking material selected from the group consisting of benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, arylated cyanoacrylate, and triazine.
상기 자외선 차단층은 두께가 0.5 내지 16㎛ 인 유기 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ultraviolet blocking layer has a thickness of 0.5 to 16 占 퐉.
상기 하부 전극은 ITO(Indium Tin Oxide); OMO(Oxide-Metal-Oxide); Ag 나노와이어; PEDOT:PSS [{poly(3,4-ethylenedioxythiophene)}:(polystyrene sulfonate)]; 및 Ag 나노와이어와 PEDOT:PSS의 복합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 유기 태양전지.The method according to claim 1,
The lower electrode may be formed of indium tin oxide (ITO); OMO (Oxide-Metal-Oxide); Ag nanowires; PEDOT: PSS [{poly (3,4-ethylenedioxythiophene)}: (polystyrene sulfonate)]; And a complex of Ag nanowire and PEDOT: PSS.
상기 상부 전극은 Ag 페이스트(paste), Ag 나노와이어, PEDOT:PSS [{poly(3,4-ethylenedioxythiophene)}:(polystyrene sulfonate)]; 및 Ag 나노와이어와 PEDOT:PSS의 복합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 유기 태양전지.The method according to claim 1,
The upper electrode may be formed of Ag paste, Ag nanowire, PEDOT: {poly (3,4-ethylenedioxythiophene)} (polystyrene sulfonate)]; And a complex of Ag nanowire and PEDOT: PSS.
상기 기판과 하부 전극 사이에 자외선 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.Board; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode; A method of manufacturing an organic solar cell sequentially stacked,
And forming an ultraviolet blocking layer between the substrate and the lower electrode.
상기 자외선 차단층은 슬롯 다이 코팅법을 이용하여 형성되는 유기 태양전지의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the ultraviolet blocking layer is formed using a slot die coating method.
상기 자외선 차단층 형성용 코팅액은
벤조트리아졸, 벤조페논, 환상 이미노에스테르, 아릴화 시아노아크릴레이트 및 트리아진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 자외선 차단물질; 및
알코올계 용매 및 유기 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매;를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.The method according to claim 6,
The coating liquid for forming an ultraviolet blocking layer
At least one ultraviolet blocking material selected from the group consisting of benzotriazole, benzophenone, cyclic imino ester, arylated cyanoacrylate, and triazine; And
And at least one solvent selected from the group consisting of alcohol solvents and organic solvents.
상기 자외선 차단층 형성용 코팅액의 농도는 1 내지 50%인 유기 태양전지의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the concentration of the coating liquid for forming an ultraviolet blocking layer is 1 to 50%.
상기 기판 상의 자외선 차단층; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 및 전공수송층;은 슬롯 다이 코팅법에 의해 형성되며, 상부전극은 스크린 프린팅법으로 형성되는 유기 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
An ultraviolet blocking layer on the substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; Wherein the upper electrode and the upper electrode are formed by a slot die coating method and the upper electrode is formed by a screen printing method.
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