KR20190016189A - An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same - Google Patents
An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190016189A KR20190016189A KR1020170100065A KR20170100065A KR20190016189A KR 20190016189 A KR20190016189 A KR 20190016189A KR 1020170100065 A KR1020170100065 A KR 1020170100065A KR 20170100065 A KR20170100065 A KR 20170100065A KR 20190016189 A KR20190016189 A KR 20190016189A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transition metal
- layer
- dimensional transition
- electrode
- transport layer
- Prior art date
Links
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 title 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 21
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 21
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 16
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 15
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 12
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 9
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 9
- -1 MoTe 2 ) Chemical compound 0.000 claims description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229910016001 MoSe Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KBPGBEFNGHFRQN-UHFFFAOYSA-N bis(selanylidene)tin Chemical compound [Se]=[Sn]=[Se] KBPGBEFNGHFRQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HITXEXPSQXNMAN-UHFFFAOYSA-N bis(tellanylidene)molybdenum Chemical compound [Te]=[Mo]=[Te] HITXEXPSQXNMAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MHWZQNGIEIYAQJ-UHFFFAOYSA-N molybdenum diselenide Chemical compound [Se]=[Mo]=[Se] MHWZQNGIEIYAQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- ROUIDRHELGULJS-UHFFFAOYSA-N bis(selanylidene)tungsten Chemical compound [Se]=[W]=[Se] ROUIDRHELGULJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 121
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N N-Butyllithium Chemical compound [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N dioxomolybdenum Chemical compound O=[Mo]=O QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 2
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 2,1,3-benzothiadiazole Chemical compound C1=CC=CC2=NSN=C21 PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VFMUXPQZKOKPOF-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21,23-dihydroporphyrin platinum Chemical compound [Pt].CCc1c(CC)c2cc3[nH]c(cc4nc(cc5[nH]c(cc1n2)c(CC)c5CC)c(CC)c4CC)c(CC)c3CC VFMUXPQZKOKPOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.024,32.026,31.034,38]tetraconta-1(36),2,4,6,8,10,12,16,18,20(37),21,23(38),24,26,28,30,34,39-octadecaene-15,33-dione 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.025,33.026,31.034,38]tetraconta-1(37),2,4,6,8,10,12,16,18,20,22,26,28,30,32,34(38),35,39-octadecaene-15,24-dione Chemical compound O=c1c2ccc3c4ccc5c6nc7ccccc7n6c(=O)c6ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c4c56.O=c1c2ccc3c4ccc5c6c(ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c46)c1nc2ccccc2n1c5=O XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 125000003707 hexyloxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])O* 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- YLFCXTJHZOZFFI-UHFFFAOYSA-N n'-ethoxyethane-1,2-diamine Chemical compound CCONCCN YLFCXTJHZOZFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
- PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N vertaline Natural products C1C2C=3C=C(OC)C(OC)=CC=3OC(C=C3)=CC=C3CCC(=O)OC1CC1N2CCCC1 PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
-
- H01L51/4206—
-
- H01L51/0003—
-
- H01L51/441—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/0248—Semiconductor 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
- H01L31/0256—Semiconductor 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
- H01L2031/0344—Organic materials
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 유기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 이차원 반도체 특성을 갖는 나노소재를 전자수송층으로 포함하는 유기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an organic solar cell including a nanomaterial having two-dimensional semiconductor characteristics as an electron transport layer and a method of manufacturing the same.
이차원 전이금속 디칼코게나이드(2D transition metal dichalcogenide)는 절연체, 직접 대역 간극 반도체로부터 금속까지 특유의 2차원 구속(confined) 화학적 구조와 관련된 우수한 광전 특성에 기인하여 최근 큰 관심을 끌고 있다. 이 소재는 전자공학, 광학, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한 첨단 응용 분야에서 매혹적인 전망을 제공하고 있다. 특히, 소재 의존적 에너지 대역 간극에 대응하는 특징적인 광자 에너지에서의 광전 변환은 유래없이 인상적이다.2D transition metal dichalcogenide has recently attracted a great deal of attention due to its excellent photoelectric properties associated with its two-dimensional confined chemical structure unique to the insulator, direct bandgap semiconductor to metal. The materials provide a fascinating perspective on a variety of advanced applications such as electronics, optics, energy conversion and storage. In particular, the photoelectric conversion in the characteristic photon energy corresponding to the material dependent energy band gap is intrinsically impressive.
Sun kook Kim et. al., High-mobility and low-power thin-film transistors based on multilayer MoS2 crystals. Nature Communications. 3, 1011 . 2012.는 트랜지스터의 채널로 이황화 몰리브덴(MoS2)을 사용하여 그 특성을 보고한바 있다.Sun kook Kim et. High-mobility and low-power thin-film transistors based on multilayer MoS 2 crystals. Nature Communications. 3, 1011. 2012. We have reported the properties of molybdenum disulfide (MoS 2 ) as a channel for transistors.
또한 한국공개특허 제10-2015-0004606호는 베이스 기판상에 형성되고, 표면이 요철 구조를 이루는 요철 구조물; 및 상기 요철 구조물 상에 형성되고, 이차원 물질(2-dimensional material)인 MoS2 등으로 이루어진 평탄화층;을 포함하는 광전소자용 기판을 제안하였다.Also, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0004606 discloses an uneven structure formed on a base substrate and having a concavo-convex structure on its surface; And a planarization layer formed of MoS 2 or the like, which is a two-dimensional material, formed on the uneven structure.
이와 같이 최근 이차원 전이금속 디칼코게나이드와 같은 2차원 구조를 갖는 소재를 광소자에 응용하는 것이 큰 화두가 되고 있으나, 현재까지 이 소재를 유기 태양전지에 응용한 기록은 전무하다.As described above, application of a material having a two-dimensional structure such as a two-dimensional transition metal dicalcogenide to an optical device has become a hot topic, but so far there has been no application of this material to an organic solar cell.
본 발명은 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 이용한 유기 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an organic solar cell using a two-dimensional transition metal dicalcogenide and a method for producing the same.
또한 본 발명은 이차원 전이금속 디칼코제나이드와 유도 쌍극자 고분자를 함께 적용한 유기 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an organic solar cell to which a two-dimensional transition metal dicalcogenide and an induced dipole polymer are applied together, and a method for manufacturing the same.
또한 본 발명은 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 이용한 유기 태양전지를 비교적 쉽고 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an organic solar cell using a two-dimensional transition metal decanosinide comparatively easily and economically.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object. The object of the present invention will become more apparent from the following description, which will be realized by means of the appended claims and their combinations.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지는 제1전극; 상기 제1전극과 대향하여 구비된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비된 1층 이상의 중간층을 포함하고, 상기 중간층 중 1층 이상이 이차원 전이금속 디칼코제나이드(2D transition metal dichalcogenide)를 포함한다.An organic solar battery according to an embodiment of the present invention includes a first electrode; A second electrode facing the first electrode; And at least one intermediate layer disposed between the first electrode and the second electrode, wherein at least one of the intermediate layers includes a 2D transition metal dichalcogenide.
상기 중간층은 전자수송층을 포함하고, 상기 전자수송층이 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함할 수 있다.The intermediate layer may include an electron transporting layer, and the electron transporting layer may include the two-dimensional transition metal decanoside.
상기 전자수송층은 두께가 2㎚ 내지 15㎚일 수 있다.The electron transporting layer may have a thickness of 2 nm to 15 nm.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 이황화 몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 이셀레니드 몰리브덴(Molybdenum Diselenide, MoSe2), 이셀레니드 텅스텐(Tungsten Diselenide, WSe2), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 이셀레니드 주석(Tin Diselenide, SnSe2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The two-dimensional transition metal decalcineride may be selected from the group consisting of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), molybdenum ditelluride, MoTe 2 ), tin diselenide (SnSe 2 ), and combinations thereof.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 입경은 100㎚ 내지 200㎚일 수 있다.The particle diameter of the two-dimensional transition metal decalcineride may be 100 nm to 200 nm.
상기 유기 태양전지는 제1전극, 표면개질층, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 제2전극이 적층된 구조이고, 상기 표면개질층이 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI), 에톡시화된 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine-ethoxylated, PEIE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유도 쌍극자 고분자를 포함하고, 상기 전자수송층이 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함할 수 있다.The organic solar cell has a structure in which a first electrode, a surface modification layer, an electron transporting layer, a photoactive layer, a hole transporting layer, and a second electrode are laminated, and the surface modification layer is formed of polyethyleneimine (PEI), ethoxylated polyethyleneimine polyethyleneimine-ethoxylated, PEIE), and combinations thereof, and the electron transport layer may include the two-dimensional transition metal dicaloginide.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법은 제1전극을 제공하는 단계; 상기 제1전극 상에 표면개질층을 형성하는 단계; 상기 표면개질층 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함하는 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 정공수송층 상에 제2전극을 제공하는 단계;를 포함하고, 상기 전자수송층을 형성하는 단계는 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계; 상기 표면개질층 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계; 및 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes: providing a first electrode; Forming a surface modification layer on the first electrode; Forming an electron transport layer including a two-dimensional transition metal decanoside on the surface modification layer; Forming a photoactive layer on the electron transporting layer; Forming a hole transport layer on the photoactive layer; And providing a second electrode on the hole transport layer, wherein forming the electron transport layer comprises: providing the two-dimensional transition metal decal substrate; Providing a two-dimensional transition metal decalcogenide solution on the surface modification layer; And heat treating the two-dimensional transition metal decalcogenide solution.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계는 전이금속 디칼코제나이드의 벌크 분말을 준비하는 단계; 상기 벌크 분말을 용매에 투입하여 분산액을 얻는 단계; 상기 분산액에 초음파 처리를 하여 상기 벌크 분말로부터 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 박리하는 단계; 상기 분산액을 원심 분리하여 상기 벌크 분말이 침전되지 않은 상층 용액을 얻는 단계; 및 상기 상층 용액을 건조하여 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말을 얻는 단계;를 포함할수 있다.The step of providing the two-dimensional transition metal dicaloguanide comprises the steps of: preparing a bulk powder of a transition metal dicaloginide; Introducing the bulk powder into a solvent to obtain a dispersion; Subjecting the dispersion to ultrasonic treatment to peel off the two-dimensional transition metal decanoside from the bulk powder; Centrifuging the dispersion to obtain an upper layer solution in which the bulk powder is not precipitated; And drying the upper layer solution to obtain a nanopowder of a two-dimensional transition metal decalcogenide.
상기 용매는 리튬을 포함하는 용매일 수 있다.The solvent may be a solvent containing lithium.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계는 스핀코팅법으로 수행될 수 있다.The step of providing the two-dimensional transition metal decalogenide solution may be performed by a spin coating method.
상기 스핀코팅법은 2,000RPM 내지 6,000RPM 및 30초 내지 5분의 조건으로 수행될 수 있다.The spin coating may be performed at a temperature of 2,000 RPM to 6,000 RPM for 30 seconds to 5 minutes.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계는 대기 분위기하에서 100℃ 내지 140℃ 및 5분 내지 10분의 조건으로 수행될 수 있다.The step of heat-treating the two-dimensional transition metal decahydrocyanide solution may be performed at 100 ° C to 140 ° C and 5 minutes to 10 minutes under atmospheric conditions.
본 발명에 따르면 전자 이동도가 우수한 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 이용하여 전자수송층을 형성하므로 유기 태양전지의 광전 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the electron transport layer is formed using the two-dimensional transition metal decanoside having excellent electron mobility, the photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery can be greatly improved.
또한 본 발명에 따르면 유도 쌍극자 고분자로 이루어진 표면개질층 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드로 이루어진 전자수송층을 형성하므로 전극 상에 상기 표면개질층만 존재했을 때와 비교하여 일함수가 낮아져 유기 태양전지의 전자 수송 능력을 현저히 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since an electron transport layer composed of a two-dimensional transition metal decanoside is formed on a surface-modifiable layer made of an induction dipole polymer, the work function is lowered compared with the case where only the surface modification layer is present on the electrode, The electron transporting ability can be remarkably improved.
또한 본 발명에 따르면 액상 박리법을 통해 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 얻고, 이를 스핀코팅하여 전자수송층을 형성하므로 유기 태양전지를 굉장히 쉽고 경제적으로 대량 생산할 수 있다.According to the present invention, a two-dimensional transition metal decanoside is obtained through a liquid phase stripping method and spin-coated to form an electron transport layer, so that an organic solar cell can be mass-produced in an extremely easy and economical manner.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all reasonably possible effects in the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 모식도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법의 개략적인 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예1 내지 실시예5 및 비교예에 따른 유기 태양전지의 전압과 전류 밀도 사이의 관계(current density-voltage curve, J-V curve)를 도시한 것이다.1 is a schematic diagram of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are schematic flowcharts of a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing current density-voltage curves (JV curves) between voltage and current density of organic solar cells according to Examples 1 to 5 and Comparative Example of the present invention.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. The embodiments of the present invention can be modified into various forms as long as the gist of the invention is not changed. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged from the actual for the sake of clarity of the present invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a portion such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, this includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part such as a layer, film, region, plate or the like is referred to as being "under" another part, it includes not only the case where it is "directly underneath" another part but also another part in the middle.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 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 실시예에 따른 유기 태양전지는 제1전극(10), 상기 제1전극(10)과 대향하여 구비된 제2전극(20) 및 상기 제1전극(10)과 상기 제2전극(20) 사이에 구비된 1층 이상의 중간층(30)을 포함하고, 상기 중간층(30) 중 1층 이상이 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함한다.Referring to FIG. 1, an organic solar battery according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 10, a
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1전극(10)은 음극이고, 상기 제2전극(20)은 양극이다. 또 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1전극(10)은 양극이고, 상기 제2전극(20)은 음극이다. 다만 설명의 편의를 위하여 이하에서는 상기 제1전극(10)이 음극, 상기 제2전극(20)이 양극인 유기 태양전지를 구체적으로 설명한다. 통상의 지식을 가진 자는 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)의 극이 변하였을 때에도 이들과 다른 구성요소와의 관계를 명확히 파악할 수 있을 것이다.In an embodiment of the present invention, the first electrode 10 is a cathode and the
도 1을 참조하면, 상기 중간층(30)은 상기 제1전극(10)으로부터 표면개질층(31), 전자수송층(32), 광활성층(33) 및 정공수송층(34)을 포함하고, 상기 전자수송층(32)이 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함한다.1, the
상기 제1전극(10)은 광 투과 기판(40)상에 형성된 투명전극일 수 있다.The first electrode 10 may be a transparent electrode formed on the
상기 광 투과 기판(40)은 유리 기판; 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리이마이드(polyimide) 등과 같이 광 투과율이 높은 수지 기판;일 수 있다.The light-transmitting
상기 제1전극(10)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluoride-doped Tin Oxide), ZnO(Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 AZO(Al-doped Zinc Oxide) 등의 금속 산화물계 투명 전극일 수 있다.The first electrode 10 may be formed of a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), FTO (Fluoride-doped Tin Oxide), ZnO (Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), or AZO It may be a transparent electrode.
상기 제2전극(20)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 탄소(C), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 전도성 고분자 등과 이들의 조합물로 이루어진 전극일 수 있다.The
상기 표면개질층(31)은 상기 제1전극(10) 상에 위치하고, 일함수를 낮춰 상기 제1전극(10)을 음극으로 치환하며, 소자의 안정성을 향상시키는 구성이다. 상기 표면개질층(31)은 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI), 에톡시화된 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine-ethoxylated, PEIE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유도 쌍극자 고분자를 포함한다.The
상기 전자수송층(32)은 광활성층(33)에서 형성된 전자들이 상기 제1전극(10)으로 수집될 수 있도록 상기 전자를 전달하는 구성이다. 본 발명은 상기 전자수송층(32)을 이차원 전이금속 디칼코제나이드로 구성한 것을 기술적 특징으로 한다.The
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 TMDs(transition metal dichalcogenides) 계열의 밴드갭을 갖는 물질로서, 이황화 몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 이셀레니드 몰리브덴(Molybdenum Diselenide, MoSe2), 이셀레니드 텅스텐(Tungsten Diselenide, WSe2), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 이셀레니드 주석(Tin Diselenide, SnSe2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 이황화 몰리브덴(MoS2)일 수 있다.The two-dimensional transition metal decalcogenide is a material having a band gap of TMDs (transition metal dichalcogenides) series. Molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), selenide tungsten Tungsten Diselenide, WSe 2 ), Molybdenum Ditelluride (MoTe 2 ), Tin Diselenide (SnSe 2 ), and combinations thereof, and preferably molybdenum disulfide (MoS 2 ).
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 층상구조를 갖는 물질로서, 대표적인 물질인 이황화 몰리브덴(MoS2)은 Mo 시트와 S 시트가 번갈아가며 쌓여있는 6방정(hexagonal)의 이차원 층상구조를 갖는다. 각 층은 반데르발스 힘(Van der Waals force)으로 약하게 결합되어 있다. 이황화 몰리브덴(MoS2)은 약 1.2 eV의 밴드갭을 갖는 간접 천이형 반도체 물질로, 두께가 줄어들게 되면 밴드갭의 위치가 이동하여 약 1.8 eV의 밴드갭을 갖는 직접 천이형 반도체로 변하게 된다. 그 중, 단일층의 이황화 몰리브덴(MoS2)은 그래핀과 유사한 구조를 갖기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 가장 큰 이유는 그래핀 자체는 에너지 밴드갭을 갖지 않기 때문에 기판으로 사용하기에 한계점이 있지만 이황화 몰리브덴(MoS2)은 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)에서 그래핀의 한계점을 보완하는 직접 천이형 반도체가 되기 때문이다.The two-dimensional transition metal decalcogenide is a material having a layered structure, and molybdenum disulfide (MoS 2 ), which is a representative material, has a hexagonal two-dimensional layer structure in which Mo sheet and S sheet are alternately stacked. Each layer is weakly bonded to Van der Waals force. Molybdenum disulfide (MoS 2 ) is an indirect transition type semiconductor material having a band gap of about 1.2 eV. When the thickness is reduced, the band gap is shifted to a direct transition semiconductor having a band gap of about 1.8 eV. Among them, molybdenum disulfide (MoS 2 ) in a single layer has attracted much attention because it has a structure similar to graphene. The major reason is that graphene itself has no energy bandgap and therefore has limitations in its use as a substrate. However, molybdenum disulfide (MoS 2 ) is a direct-current material that complements the limitations of graphene in field effect transistors This is because the semiconductor becomes a hetero semiconductor.
본 발명은 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 유기 태양전지의 전자수송층(32)으로 적용함으로써, 이차원에서 기인하는 전자 이동도의 증가를 통해 광전 변환 효율을 현저히 향상시킨 것을 기술적 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the photoelectric conversion efficiency is remarkably improved by increasing the electron mobility attributable to the two-dimensional source by applying the two-dimensional transition metal decalcogenide to the electron transport layer (32) of the organic solar battery.
또한 본 발명은 유도 쌍극자 고분자로 이루어진 표면개질층(31) 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드로 이루어진 전자수송층(32)을 형성하여 표면개질층(31)만 있을 때보다 일함수를 낮춘 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 따른 유기 태양전지는 한층 더 향상된 전자 수송 능력을 보인다.Further, the present invention is characterized in that an
상기 광활성층(33)은 전자 주개(electron donor, D) 물질과 전자 받개(electron acceptor, A) 물질로 이루어지며, 빛을 받아 전자 주개 물질에서 생성된 엑시톤(exciton)을 전자와 정공으로 분리시켜 전류를 만들어내는 광전변환층으로서의 역할을 수행한다. The
상기 광활성층(33)의 전자 주개 물질은 서로에 관계없이, 고분자 유기반도체 화합물 또는 저분자 유기 반도체 화합물에서 적절하게 선택될 수 있다. 상기 고분자 유기반도체 화합물은 P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PCDTBT(poly[N-9″-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PFDTBT(poly(2,7-(9-(2'-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole))), MEHPPV(poly-[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]) 또는 MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]) 등 일 수 있다. 상기 저분자 유기반도체 화합물은 CuPc(copper phthalocyanine), ZnPc(zinc phthalocyanine), PtOEP((2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23Hporphyrin)platinum(Ⅱ)) 등 일 수 있다. 그러나 상기 유기 반도체 화합물이 이에 한정되는 것은 아니다.The electron-donating material of the
상기 광활성층(33)의 전자 받개 물질로는 플러렌(fullerene, C60) 또는 플러렌이 유기 용매에 잘 녹도록 설계된 PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 PC70BM((6,6)-phenyl-C70-butyric acid methyl ester) 등이 사용될 수 있으며, 그 외 단분자로 페릴렌(perylene), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole) 등이 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.(6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester) or PC70BM ((6,6) -phenyl-C60-butyric acid methyl ester) designed to dissolve fullerene or fullerene in an organic solvent may be used as the electron acceptor material of the
상기 정공수송층(34)은 상기 광활성층(33)에서 형성된 정공들을 제2전극(20)으로 전달하는 구성이다. 상기 정공수송층(34)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌설폰산(PEDOT:PSS), 산화몰리브덴(MoO3) 및 이들의 조합으로부터 선택된 소재를 포함할 수 있다.
The
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법의 개략적인 순서도이다. 2A to 2C are schematic flowcharts of a method of manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조방법은 제1전극(10)을 제공하는 단계(S1), 상기 제1전극(10) 상에 표면개질층(31)을 형성하는 단계(S2), 상기 표면개질층(31) 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함하는 전자수송층(32)을 형성하는 단계(S3), 상기 전자수송층(32) 상에 광활성층(33)을 형성하는 단계(S4), 상기 광활성층(33) 상에 정공수송층(34)을 형성하는 단계(S5), 상기 정공수송층(34) 상에 제2전극(20)을 제공하는 단계(S6)를 포함한다.Referring to FIG. 2A, a method of fabricating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes providing a first electrode 10, a
참고로 유기 태양전지의 각 구성요소에 대한 구체적인 설명은 전술하였으므로 중복을 피하기 위하여 이하 생략하기로 한다. 따라서 이하 설명하지 않는 구성은 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지에 대한 설명에서 대응되는 구성과 동일한 것으로 이해하고 본 발명을 파악해야 할 것이다.For the sake of simplicity, detailed description of each constituent element of the organic solar battery has been described above, so that the following description will be omitted in order to avoid redundancy. Therefore, it is understood that the constitution which is not described below is the same as the corresponding structure in the description of the organic solar battery according to the embodiment of the present invention, and the present invention should be grasped.
상기 제1전극(10) 상에 표면개질층(31)을 형성하는 단계(S2)는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI), 에톡시화된 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine-ethoxylated, PEIE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유도 쌍극자 고분자를 소정의 용매에 분산시킨 뒤 스핀코팅법 등의 통상적인 방법으로 코팅하는 단계일 수 있다.The step S2 of forming the
도 2b를 참조하면, 상기 표면개질층(31) 상에 전자수송층(32)을 형성하는 단계(S3)는 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계(S31), 상기 표면개질층(31) 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계(S32), 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계(S33)를 포함한다.Referring to FIG. 2B, step S3 of forming an
도 2c를 참조하면, 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계(S31)는 전이금속 디칼코제나이드의 벌크 분말을 준비하는 단계(S311), 상기 벌크 분말을 용매에 투입하여 분산액을 얻는 단계(S312), 상기 분산액에 초음파 처리를 하여 상기 벌크 분말로부터 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 박리하는 단계(S313), 상기 분산액을 원심 분리하여 상기 벌크 분말이 침전되지 않은 상층 용액을 얻는 단계(S314), 상기 상층 용액을 건조하여 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말을 얻는 단계(S315)를 포함한다.Referring to FIG. 2C, the step (S31) of providing the two-dimensional transition metal decalcogenide comprises the steps of preparing a bulk powder of a transition metal decanoside (S311), introducing the bulk powder into a solvent to obtain a dispersion S312), a step (S313) of separating the two-dimensional transition metal decanoside from the bulk powder by ultrasonication to the dispersion, a step (S314) of obtaining an upper layer solution in which the bulk powder is not precipitated by centrifuging the dispersion, And drying the upper layer solution to obtain a nanopowder of a two-dimensional transition metal decanoside (S315).
도 2c와 같이 본 발명은 액상 박리법을 통해 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는바, 기존의 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 따른 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 제조방법과 달리 공정이 간단하고, 경제적이라는 장점이 있다.As shown in FIG. 2C, the present invention provides a two-dimensional transition metal decanoside through a liquid phase stripping method. Unlike the conventional method of preparing a two-dimensional transition metal decanoside by chemical vapor deposition (CVD) Simple, and economical.
본 발명은 리튬 삽입을 통해 전이금속 디칼코제나이드를 박리하여 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 수득한다. 구체적으로 먼저 전이금속 디칼코제나이드의 벌크 분말을 n-부틸 리튬(n-butyl lithium) 등의 리튬을 포함하는 용매에 투입하여 상기 벌크 분말의 분산액을 제조한다.The present invention separates the transition metal decanoside through lithium insertion to obtain a two-dimensional transition metal decanoside. Specifically, first, a bulk powder of the transition metal decanoside is introduced into a solvent containing lithium such as n-butyl lithium to prepare a dispersion of the bulk powder.
상기 분산액에 1시간 내지 2시간 동안 초음파 처리를 수행하여 상기 벌크 분말로부터 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 박리한다.The dispersion is ultrasonicated for 1 to 2 hours to separate the two-dimensional transition metal decalcogenide from the bulk powder.
이후 상기 분산액을 원심 분리하여 박리되지 않은 상기 벌크 분말이 침전된 하층 용액과 상기 벌크 분말이 침전되지 않은 상층 용액으로 분리한 뒤, 상기 상층 용액만을 취한다. 이후 상기 상층 용액을 건조하여 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말을 얻는다. Thereafter, the dispersion is centrifuged to separate the lower layer solution into which the bulk powder has not been separated and the upper layer solution into which the bulk powder has not been precipitated, and then only the upper layer solution is taken. Thereafter, the upper layer solution is dried to obtain a nano powder of the two-dimensional transition metal decalcogenide.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말의 입경은 약 100㎚ 내지 200㎚이다. The particle size of the nanopowder of the two-dimensional transition metal decalcogenide is about 100 nm to 200 nm.
상기 표면개질층(31) 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계(S32)는 위와 같이 제조한 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말을 소정의 용매에 분산시킨 뒤 특정 조건의 스핀코팅법으로 수행된다.The step (S32) of providing the two-dimensional transition metal decalcogenide solution on the
구체적으로 상기 스핀코팅법은 2,000RPM 내지 6,000RPM, 상세하게는 2,000RPM 내지 5,000RPM, 더욱 상세하게는 3,000RPM 내지 5,000RPM 및 30초 내지 5분의 조건으로 수행된다. 상기 전자수송층의 두께는 상기 스핀코팅법의 조건에 의존하는데, 위와 같은 수치범위를 만족할 때 상기 전자수송층의 두께가 약 2㎚ 내지 15㎚ 가 되어 종래에 비해 향상된 광전 변환 효율을 보이는 유기 태양전지를 얻을 수 있다.Specifically, the spin coating method is performed under the conditions of 2,000RPM to 6,000RPM, specifically, 2,000RPM to 5,000RPM, more specifically, 3,000RPM to 5,000RPM and 30 seconds to 5 minutes. The thickness of the electron transporting layer depends on the conditions of the spin coating process. When the thickness of the electron transporting layer is in the above range, the thickness of the electron transporting layer is about 2 nm to 15 nm, Can be obtained.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계(S33)는 표면개질층 상에 코팅된 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 대기 분위기하에서 100℃ 내지 140℃ 및 5분 내지 10분의 조건으로 열처리하여 전자수송층(32)을 형성하는 단계일 수 있다. 리튬 삽입을 통해 박리된 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 2H 구조의 반도체 물질과 달리 1T 구조의 금속 상태이므로 반도체의 성질을 부여하기 위하여 위와 같은 조건으로 열처리하는 단계를 수행한다.The step (S33) of heat-treating the two-dimensional transition metal dicarcogenide solution comprises heat-treating the two-dimensional transition metal decalcogenide solution coated on the surface-modifying layer at 100 ° C to 140 ° C for 5 minutes to 10 minutes under atmospheric conditions The
상기 전자수송층(32) 상에 광활성층(33)을 형성하는 단계(S4)는 P3HT:PC60BM, PTB7:PC70BM, PTB7-th:PC70BM 등의 물질을 소정의 용매에 분산시킨 뒤 스핀코팅법 등의 통상적인 방법으로 코팅하는 단계일 수 있다.Step (S4) of forming the optically
상기 광활성층(33) 상에 정공수송층(34)을 형성하는 단계(S5)는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌설폰산(PEDOT:PSS), 산화몰리브덴(MoO3) 및 이들의 조합으로부터 선택된 소재를 열증착(thermal evaporation)하는 단계일 수 있다.The step S5 of forming the
또한 상기 정공수송층(34) 상에 제2전극을 제공하는 단계(S6)는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 탄소(C), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 전도성 고분자 등을 열증착(thermal evaporation)하는 단계일 수 있다.
The step S6 of providing the second electrode on the
유기 태양전지에 빛이 조사되면 쿨롱력(coulomb's force)으로 결합된 엑시톤(exciton)이 형성된다. 상기 엑시톤은 광활성층의 전자 주개와 전자 받개의 계면으로 확산되고, 상기 계면에서 결합되었던 엑시톤이 분리된다. 분리된 전자와 정공은 각각 제1전극과 제2전극으로 수집되어 전류를 발생시킨다. When an organic solar cell is irradiated with light, an exciton coupled with a coulomb's force is formed. The exciton is diffused to the interface between the electron injection layer of the photoactive layer and the electron acceptor, and the exciton which has been bonded at the interface is separated. The separated electrons and holes are collected as a first electrode and a second electrode, respectively, to generate a current.
본 발명은 이차원 반도체 특성을 갖는 나노소재인 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 전자수송층으로 포함하는 유기 태양전지에 관한 것이다. 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 전자 이동도가 굉장히 우수하므로 상기 광활성층으로부터 나오는 전자를 제1전극으로 효과적으로 이동시켜 줄 수 있고, 그에 따라 표면개질층만 존재하는 유기 태양전지에 비하여 전류밀도가 현저히 높은 유기 태양전지를 구현할 있다. 전류밀도의 향상은 결과적으로 유기 태양전지의 광전 변환 효율의 증가에 기여를 한다.
The present invention relates to an organic solar cell including a two-dimensional transition metal decanoside, which is a nanomaterial having two-dimensional semiconductor characteristics, as an electron transport layer. Since the electron mobility of the two-dimensional transition metal dicalcogenide is extremely excellent, electrons emitted from the photoactive layer can be effectively transferred to the first electrode, and thus the current density is remarkably higher than that of the organic solar cell having only the surface- High organic solar cells. The improvement of the current density consequently contributes to the increase of the photoelectric conversion efficiency of the organic solar battery.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, these examples are for illustrating the present invention and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예1Example 1
(1) 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 제조(1) Preparation of two-dimensional transition metal dicaloguanide
5g의 MoO2 벌크 분말을 40㎖의 리튬을 포함하는 용매인 헥산(hexane)에 투입하여 분산액을 얻었다. 상기 분산액을 얼음 반응조 내에서 선단 초음파기를 사용하여 50%의 진폭, 10-s의 온 펄스 및 5-s의 오프 펄스 조건으로 약 60분간 음파 처리하여 상기 벌크 분말을 박리하였다. 상기 분산액을 약 24시간 동안 방치한 뒤, 상층 용액을 옮겨 붓고 약 45초간 약 1,500RPM으로 원심 분리하여 비박리된 벌크 분말을 제거하였다.5 g of MoO 2 The bulk powder was added to hexane as a solvent containing 40 mL of lithium to obtain a dispersion. The dispersion was sonicated in an ice reaction tank under the conditions of 50% amplitude, 10-s on-pulse and 5-s off-pulse for about 60 minutes using a sonicator to peel off the bulk powder. The dispersion was allowed to stand for about 24 hours, and then the upper layer solution was transferred and centrifuged at about 1,500 RPM for about 45 seconds to remove non-peeled bulk powder.
이후 상층 용액(방치 후 옮긴 상층 용액과 비박리된 벌크 분말을 제거한 상층 용액)을 50℃, 48시간의 조건으로 건조하여 약 100㎚ ~ 200㎚인 이차원 구조의 MoO2 나노 분말을 얻었다.Thereafter, the upper layer solution (the upper layer solution transferred after being left standing and the upper layer solution from which the unbranched bulk powder was removed) was dried at 50 DEG C for 48 hours to obtain a two-dimensional structure MoO2 Nano powder was obtained.
(2) 유기 태양전지의 제조(2) Production of organic solar cell
ITO(Indium Tin Oxide)가 패터닝(Patterning)된 유리 기판을 초음파 세척기를 사용하여 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 에탄올(ethanol), 아세톤(acetone) 및 이소프로필알콜 순으로 각각 약 20분씩 세척한 뒤, 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE)로 상기 ITO 상에 고밀도의 플라즈마를 방출시켜 상기 ITO의 표면을 친수성으로 개질하였다.The glass substrate patterned with ITO (Indium Tin Oxide) was cleaned with isopropyl alcohol, ethanol, acetone and isopropyl alcohol in the order of 20 minutes each using an ultrasonic cleaner , And the surface of the ITO was modified to be hydrophilic by releasing a high-density plasma on the ITO with an inductively coupled plasma reactive ion etching equipment (ICP-RIE).
에톡시화된 폴리에틸렌이민(PEIE)을 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)과 0.08 : 24의 중량비로 혼합하고, 상기 ITO 상에 4,000RPM으로 스핀코팅한 뒤, 약 110℃에서 약 10분간 열처리하여 10㎚ 두께의 표면개질층을 형성하였다.Ethoxyethylenediamine (PEIE) was mixed with 2-methoxyethanol in a weight ratio of 0.08: 24, spin-coated on the ITO at 4,000 RPM, and heat-treated at about 110 캜 for about 10 minutes A surface modification layer having a thickness of 10 nm was formed.
전술한 방법으로 제조한 이차원 구조의 MoO2 나노 분말을 에탄올과 0.4 : 1의 중량비로 혼합하고, 상기 표면개질층 상에 약 2,000RPM 및 약 40초의 조건으로 스핀코팅한 뒤, 약 120℃ 및 약 10분간 열처리하여 15㎚ 두께의 전자수송층을 형성하였다.The two-dimensional structure MoO 2 The nano powder was mixed with ethanol at a weight ratio of 0.4: 1, spin-coated on the surface-modified layer at about 2,000 RPM for about 40 seconds, and heat-treated at about 120 ° C for about 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 15 nm .
P3HT:PC60BM를 에탄올과 0.4 : 1의 중량비로 혼합하고, 상기 전자수송층 상에 약 4,000RPM으로 스핀코팅한 뒤, 질소분위기에서 약 30분간 건조하여 150㎚ 두께의 광활성층을 형성하였다.P3HT: PC 60 BM was mixed with ethanol at a weight ratio of 0.4: 1, spin-coated on the electron transport layer at about 4,000 RPM, and dried in a nitrogen atmosphere for about 30 minutes to form a photoactive layer having a thickness of 150 nm.
열증착 장비 내의 3V, 25A 조건으로 산화몰리브덴(MoO3)을 상기 광활성층 상에 열증착하여 약 10㎚ 두께의 정공수송층을 형성하였다. 이후 열증착 장비 내의 4V, 40A 조건으로 은(Ag)을 상기 정공수송층 상에 열증착하여 약 80㎚ 두께의 제2전극을 형성하였다.
Molybdenum oxide (MoO 3 ) was thermally deposited on the photoactive layer at 3 V and 25 A in a thermal evaporation apparatus to form a hole transport layer having a thickness of about 10 nm. Then, silver (Ag) was thermally deposited on the hole transport layer at 4V and 40A in a thermal evaporation apparatus to form a second electrode having a thickness of about 80 nm.
실시예2Example 2
상기 전자수송층을 형성함에 있어서, 스핀코팅의 조건을 약 3,000RPM 및 약 40초로 변경하여 상기 전자수송층의 두께를 약 10㎚로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 구성 및 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
In the same manner as in Example 1 except that the thickness of the electron transport layer was changed to about 10 nm by changing the spin coating condition to about 3,000 RPM and about 40 seconds in forming the electron transport layer, A battery was prepared.
실시예3Example 3
상기 전자수송층을 형성함에 있어서, 스핀코팅의 조건을 약 4,000RPM 및 약 40초로 변경하여 상기 전자수송층의 두께를 약 7㎚로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 구성 및 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
In the same manner as in Example 1 except that the electron transport layer was formed by changing the spin coating conditions to about 4,000 RPM and about 40 seconds so that the electron transport layer had a thickness of about 7 nm, A battery was prepared.
실시예4Example 4
상기 전자수송층을 형성함에 있어서, 스핀코팅의 조건을 약 5,000RPM 및 약 40초로 변경하여 상기 전자수송층의 두께를 약 4㎚로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 구성 및 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
In the same manner as in Example 1 except that the electron transport layer was formed to a thickness of about 4 nm by changing the spin coating conditions to about 5,000 RPM and about 40 seconds, A battery was prepared.
실시예5Example 5
상기 전자수송층을 형성함에 있어서, 스핀코팅의 조건을 약 6,000RPM 및 약 40초로 변경하여 상기 전자수송층의 두께를 약 2㎚로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 구성 및 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
The electron transport layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the electron transport layer was changed to about 2 nm by changing the spin coating conditions to about 6,000 RPM and about 40 seconds. A battery was prepared.
비교예Comparative Example
상기 전자수송층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 구성 및 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다.
An organic solar cell was prepared by the same constitution and method as in Example 1 except that the electron transport layer was not formed.
실험예Experimental Example : 유기 태양전지의 특성 및 : Characteristics of Organic Solar Cells
상기 실시예1 내지 실시예5 및 비교예에 따른 유기 태양전지의 개방회로전압(open-circuit voltage, Voc), 단락전류밀도(short-circuit current, Jsc), 필 팩터(fill factor, FF) 및 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 측정하였다. 그 결과는 이하의 표 1과 같다. The open-circuit voltage (Voc), the short-circuit current (Jsc), the fill factor (FF) and the open circuit voltage of the organic solar battery according to Examples 1 to 5 and Comparative Example The power conversion efficiency (PCE) was measured. The results are shown in Table 1 below.
또한 각각의 유기 태양전지의 전압과 전류 밀도 사이의 관계(current density-voltage curve, J-V curve)를 도 3에 도시하였다.FIG. 3 shows the current density-voltage curve (J-V curve) between the voltage and current density of each organic solar cell.
표 1을 참조하면, 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 전자수송층으로 포함하는 실시예1 내지 실시예5의 유기 태양전지가 모든 측면에서 비교예의 유기 태양전지보다 우수함을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be confirmed that the organic solar cells of Examples 1 to 5 including the two-dimensional transition metal decalinogen as an electron transport layer are superior to the organic solar cells of Comparative Examples in all respects.
또한 상기 전자수송층의 두께(스핀코팅의 조건에 의존)에 따라 유기 태양전지의 광전 변환 효율(PCE)이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있고, 4,000RPM 및 40초의 조건으로 스핀코팅한 실시예3의 경우 가장 우수한 특성을 보이며, 비교예에 비하여 단락전류밀도(Jsc)가 약 5.2%, 광전 변환 효율이 약 52% 향상되었음을 알 수 있다.
In addition, it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the organic solar cell was different depending on the thickness of the electron transport layer (depending on the spin coating condition). In the case of Example 3 in which spin coating was performed under conditions of 4,000 RPM and 40 seconds, The short circuit current density (Jsc) was improved by about 5.2%, and the photoelectric conversion efficiency was improved by about 52% compared with the comparative example.
이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Various modifications and improvements of those skilled in the art are also within the scope of the present invention.
10: 제1전극
20: 제2전극
30: 중간층
40: 광 투과 기판
31: 표면개질층
32: 전자수송층
33: 광활성층
34: 정공수송층10: first electrode 20: second electrode 30: intermediate layer 40:
31: surface modifying layer 32: electron transporting layer 33: photoactive layer
34: hole transport layer
Claims (14)
상기 중간층 중 1층 이상이 이차원 전이금속 디칼코제나이드(2D transition metal dichalcogenide)를 포함하는 유기 태양전지.
A first electrode; A second electrode facing the first electrode; And at least one intermediate layer provided between the first electrode and the second electrode,
Wherein at least one of the intermediate layers comprises a 2D transition metal dichalcogenide.
상기 중간층은 전자수송층을 포함하고,
상기 전자수송층이 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the intermediate layer comprises an electron transporting layer,
Wherein the electron transport layer comprises the two-dimensional transition metal decanoside.
상기 전자수송층은 두께가 2㎚ 내지 15㎚인 유기 태양전지.
3. The method of claim 2,
Wherein the electron transporting layer has a thickness of 2 nm to 15 nm.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 이황화 몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 이셀레니드 몰리브덴(Molybdenum Diselenide, MoSe2), 이셀레니드 텅스텐(Tungsten Diselenide, WSe2), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 이셀레니드 주석(Tin Diselenide, SnSe2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
The two-dimensional transition metal decalcineride may be selected from the group consisting of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), molybdenum ditelluride, MoTe 2 ), tin diselenide (SnSe 2 ), and combinations thereof.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 입경이 100㎚ 내지 200㎚인 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the two-dimensional transition metal decalcene nitride has a particle diameter of 100 nm to 200 nm.
제1전극, 표면개질층, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 제2전극이 적층된 구조이고,
상기 표면개질층이 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI), 에톡시화된 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine-ethoxylated, PEIE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유도 쌍극자 고분자를 포함하고,
상기 전자수송층이 상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
A structure in which a first electrode, a surface modification layer, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and a second electrode are laminated,
Wherein the surface modification layer comprises an inductively coupled dipole polymer selected from the group consisting of polyethyleneimine (PEI), polyethyleneimine-ethoxylated (PEIE), and combinations thereof,
Wherein the electron transport layer comprises the two-dimensional transition metal decanoside.
상기 제1전극 상에 표면개질층을 형성하는 단계;
상기 표면개질층 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 포함하는 전자수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및
상기 정공수송층 상에 제2전극을 제공하는 단계;를 포함하고,
상기 전자수송층을 형성하는 단계는
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계;
상기 표면개질층 상에 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계; 및
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계;를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.
Providing a first electrode;
Forming a surface modification layer on the first electrode;
Forming an electron transport layer including a two-dimensional transition metal decanoside on the surface modification layer;
Forming a photoactive layer on the electron transporting layer;
Forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
And providing a second electrode on the hole transport layer,
The step of forming the electron transport layer
Providing said two-dimensional transition metal dicaloginide;
Providing a two-dimensional transition metal decalcogenide solution on the surface modification layer; And
And heat treating the two-dimensional transition metal decalcogenide solution.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드는 이황화 몰리브덴(Molybdenum Disulfide, MoS2), 이셀레니드 몰리브덴(Molybdenum Diselenide, MoSe2), 이셀레니드 텅스텐(Tungsten Diselenide, WSe2), 이텔루리드 몰리브덴(Molybdenum Ditelluride, MoTe2), 이셀레니드 주석(Tin Diselenide, SnSe2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 유기 태양전지의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The two-dimensional transition metal decalcineride may be selected from the group consisting of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), molybdenum ditelluride, MoTe 2 ), tin diselenide (SnSe 2 ), and combinations thereof.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 제공하는 단계는
전이금속 디칼코제나이드의 벌크 분말을 준비하는 단계;
상기 벌크 분말을 용매에 투입하여 분산액을 얻는 단계;
상기 분산액에 초음파 처리를 하여 상기 벌크 분말로부터 이차원 전이금속 디칼코제나이드를 박리하는 단계;
상기 분산액을 원심 분리하여 상기 벌크 분말이 침전되지 않은 상층 용액을 얻는 단계; 및
상기 상층 용액을 건조하여 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말을 얻는 단계;를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step of providing the two-dimensional transition metal dicaloguanide
Preparing a bulk powder of transition metal dicalcogenide;
Introducing the bulk powder into a solvent to obtain a dispersion;
Subjecting the dispersion to ultrasonic treatment to peel off the two-dimensional transition metal decanoside from the bulk powder;
Centrifuging the dispersion to obtain an upper layer solution in which the bulk powder is not precipitated; And
And drying the upper layer solution to obtain a nano powder of a two-dimensional transition metal decalcineride.
상기 용매는 리튬을 포함하는 용매인 유기 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the solvent is a lithium-containing solvent.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드의 나노 분말의 입경이 100㎚ 내지 200㎚인 유기 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the nano powder of the two-dimensional transition metal decalcogenide has a particle diameter of 100 nm to 200 nm.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 제공하는 단계는 스핀코팅법으로 수행되는 유기 태양전지의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step of providing the two-dimensional transition metal dicalcogenide solution is carried out by a spin coating method.
상기 스핀코팅법은 2,000RPM 내지 6,000RPM 및 30초 내지 5분의 조건으로 수행되는 유기 태양전지의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the spin coating process is performed under the conditions of 2,000 RPM to 6,000 RPM and 30 seconds to 5 minutes.
상기 이차원 전이금속 디칼코제나이드 용액을 열처리하는 단계는 대기 분위기하에서 100℃ 내지 140℃ 및 5분 내지 10분의 조건으로 수행되는 유기 태양전지의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step of heat-treating the two-dimensional transition metal decalcogenide solution is performed under an atmosphere of 100 占 폚 to 140 占 폚 for 5 minutes to 10 minutes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170100065A KR20190016189A (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170100065A KR20190016189A (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190090879A Division KR102151403B1 (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | A method for preparing an organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190016189A true KR20190016189A (en) | 2019-02-18 |
Family
ID=65561459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170100065A KR20190016189A (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20190016189A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021040117A (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 学校法人明治大学 | Photoelectric conversion element |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150004606A (en) | 2013-07-03 | 2015-01-13 | 코닝정밀소재 주식회사 | Substrate for optoelectronics and optoelectronics including the same |
-
2017
- 2017-08-08 KR KR1020170100065A patent/KR20190016189A/en active Search and Examination
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150004606A (en) | 2013-07-03 | 2015-01-13 | 코닝정밀소재 주식회사 | Substrate for optoelectronics and optoelectronics including the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Sun kook Kim et. al., High-mobility and low-power thin-film transistors based on multilayer MoS2 crystals. Nature Communications. 3, 1011 . 2012. |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021040117A (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 学校法人明治大学 | Photoelectric conversion element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Manipulating regioregular poly (3-hexylthiophene):[6, 6]-phenyl-C 61-butyric acid methyl ester blends—route towards high efficiency polymer solar cells | |
Huang et al. | Well-aligned single-crystalline silicon nanowire hybrid solar cells on glass | |
Oseni et al. | Properties of functional layers in inverted thin film organic solar cells | |
US20140318627A1 (en) | Highly efficient polymer solar cell by polymer self-organization | |
US20140190550A1 (en) | Tandem solar cell with graphene interlayer and method of making | |
US8866265B2 (en) | Carbon-based semiconductors | |
US20080142079A1 (en) | Photovoltaic cell | |
KR101087911B1 (en) | Organic-inorganic hybrid solar cell and method for fabricating the same | |
KR100986159B1 (en) | Organic solar cell enhancing energy conversion efficiency and method for preparing the same | |
Liu et al. | Annealing-free ZnO: PEI composite cathode interfacial layer for efficient organic solar cells | |
CN106256029B (en) | Organic solar cell and method for manufacturing same | |
KR100927721B1 (en) | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
AU2013296423A1 (en) | Organic optoelectronics with electrode buffer layers | |
KR101334222B1 (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
Park et al. | Water-processable electron-collecting layers of a hybrid poly (ethylene oxide): Caesium carbonate composite for flexible inverted polymer solar cells | |
KR20130094719A (en) | Organic heterojunction solar cell in a space including an electrically active layer and having vertical segregation | |
JP2010141165A (en) | Method of manufacturing organic photoelectric conversion element, and organic photoelectric conversion element | |
KR20190016189A (en) | An organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide and a method for preparing the same | |
KR101889920B1 (en) | Method of forming a thin film and electronic device and method of manufacturing the same | |
KR102151403B1 (en) | A method for preparing an organic photovoltaic device using two dimensional transition metal dichalcogenide | |
TW201535814A (en) | Photovoltaic cells with a graded active region achieved using stamp transfer printing | |
KR101942008B1 (en) | Bulk hetero-junction solar cell and manufacturing the same | |
KR20120000409A (en) | Organic solar cell and method of manufacturing the same | |
Sharma et al. | Efficient bulk heterojunction photovoltaic devices based on modified PCBM | |
Galindo Lorente | Studies on organic solar cells based on small-molecules: tetraphenyldibenzoperiflanthene and fullerene C70 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment |