KR20190024589A - Organic solar cell including color filtering electrode, and smart window including the same - Google Patents
Organic solar cell including color filtering electrode, and smart window including the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190024589A KR20190024589A KR1020180035990A KR20180035990A KR20190024589A KR 20190024589 A KR20190024589 A KR 20190024589A KR 1020180035990 A KR1020180035990 A KR 1020180035990A KR 20180035990 A KR20180035990 A KR 20180035990A KR 20190024589 A KR20190024589 A KR 20190024589A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- opv
- color
- solar cell
- color filter
- Prior art date
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000004984 smart glass Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 40
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 10
- -1 Hf 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical group O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 21
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 192
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 170
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 41
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 34
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 27
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 25
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 19
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 18
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 13
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 13
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 Chemical compound C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 1
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012885 constant function Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- IDLFZVILOHSSID-OVLDLUHVSA-N corticotropin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1NC=NC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(O)=O)NC(=O)[C@@H](N)CO)C1=CC=C(O)C=C1 IDLFZVILOHSSID-OVLDLUHVSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 125000000446 sulfanediyl group Chemical group *S* 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 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
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/87—Light-trapping means
-
- H01L51/447—
-
- H01L51/442—
-
- 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
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
본원은 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지, 및 상기 유기 태양전지를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell including a color filtering electrode, and a smart window including the organic solar cell.
컬러 반투명 유기 태양 전지 (OPV)는 심미적으로 만들어진 발전(power-generation) 윈도우(window)에서의 적용 가능성으로 인해 수요가 증가하고 있다. OPV에서 상이한 색을 생성하는 종래 방법은 별개의 흡수 스펙트럼을 나타내는 상이한 활성 물질을 사용하는 것이다. 이것은 생산 제조 공정을 복잡하게 할 수 있고, 상이한 색상의 OPV 사이에서 소자 성능의 편차를 야기할 수 있다. Color translucent organic solar cells (OPV) are in increasing demand due to their applicability in aesthetically made power-generation windows. Conventional methods of producing different colors in OPV use different active materials that exhibit distinct absorption spectra. This can complicate the production process and can lead to deviations in device performance between OPVs of different colors.
기후 변화에 의해 야기되는 환경 문제에 대한 대응 노력에서, 발전 윈도우를 구비한 제로-에너지 빌딩의 건설은 정부의 보조금과 규제에 힘입어 세계적인 관심 및 필요성이 높아지고 있다. 컬러 윈도우와 디스플레이를 지지하는 심미적 건축물은 이러한 움직임의 활동의 일환으로서 지난 10 년에 걸쳐 반투명의 컬러 태양 전지의 틈새 시장을 확대시켰다. 일반적으로, 반투명 OPV로부터의 색상은 활성 물질에 의해 결정되는 반면, 투명성은 흡수를 희생하여 활성층 두께에 의해 제어된다. 지난 20 년 동안 컬러 OPV를 만들기 위한 다양한 연구 노력은 활성 물질의 흡수 스펙트럼을 제어하는 유기 합성 프로토콜을 수립하는데 초점을 맞추어왔다. 이러한 노력으로 활성 물질의 라이브러리가 만들어졌지만, 상이한 색을 표시하기 위해 별개의 활성 물질을 사용하는 것과 관련된 상이한 공정 및 비용으로 인해 상업적 이용가능성에 대한 도전이 제기되었다. 이들의 사용은 상이한 색들의 디바이스들 간에 다양한 성능의 결과를 또한 가져왔고, 이것은 실제 구현의 곤란성을 가중시켰다. 또한, 유기 합성에서의 도전은 달성 가능한 색의 유형과 스펙트럼 순도를 제한하였다. In response to the environmental problems caused by climate change, the construction of zero-energy buildings with power windows is increasing worldwide attention and necessity due to government subsidies and regulations. Aesthetic architecture supporting color windows and displays has expanded the niche of translucent color solar cells over the past decade as part of this movement. In general, the hue from the translucent OPV is determined by the active material, while the transparency is controlled by the active layer thickness at the expense of absorption. Over the past two decades, various research efforts to create color OPVs have focused on establishing organic synthesis protocols that control the absorption spectrum of active materials. This effort has created a library of active materials, but challenges to commercial availability have arisen due to the different processes and costs associated with using different active materials to display different colors. Their use has also resulted in varying performance between devices of different colors, which added to the actual implementation difficulties. In addition, the challenge in organic synthesis has limited the types of colors and spectral purity achievable.
대한민국 공개특허공보 번호 10-2011-0071660Korean Patent Publication No. 10-2011-0071660
본원은 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지, 및 상기 유기 태양전지를 포함하는 스마트 윈도우를 제공한다.The present invention provides an organic solar cell including a color filtering electrode, and a smart window including the organic solar cell.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지로서, 상기 컬러 필터링 전극은, 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이에 형성된 유전체 층을 포함하는 컬러 필터를 포함하는 것인, 유기 태양전지를 제공한다.According to a first aspect of the invention, there is provided an organic solar cell comprising a color filtering electrode, wherein the color filtering electrode comprises a color filter comprising a dielectric layer formed between a first metal layer and a second metal layer. Provide solar cells.
본원의 제 2 측면은, 컬러 필터링 전극을 포함하는 상기 본원의 제 1 측면에 따른 유기 태양전지를 포함하는, 스마트 윈도우를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a smart window comprising an organic solar cell according to the first aspect of the present invention comprising a color filtering electrode.
본원의 구현예들에 따르면, 컬러 필터 (CF = color filter)를 사용하여 고정된 두께의 단일 광대역 흡수 활성 물질을 이용한 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지에 의하여 반투명 컬러 유기 태양전지(OPV)를 제시한다. 상기 컬러 필터는, OPV가 25%를 초과하는 피크 투과 효율로 스펙트럼적으로 순수한 색이 투과될 수 있게 해주며, 디바이스 성능이 일정하게 유지되도록 전하 수송 특성을 방해하지 않고 상기 색들을 자유롭게 조정할 수 있게 한다. 상기 CF는 효과적인 전극으로서의 기능뿐만 아니라 분광 투명 윈도우의 외부 빛에 대한 거울 기능을 한다.According to embodiments of the present invention, a semitransparent color organic solar cell (OPV) is formed by an organic solar cell including a color filtering electrode using a single wide band absorptive active material with a fixed thickness using a color filter (CF = color filter) present. The color filter allows spectrally pure color to be transmitted with an OPV of greater than 25% and is capable of freely tuning the colors without interfering with charge transport properties such that device performance remains constant do. The CF functions as an effective electrode as well as a mirror for the external light of the spectral transparent window.
본원의 구현예들에 따르면, 종래 투명한 OPV와 비교할 때, 상기 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지는 더 많은 단락 전류를 생성하는 것이 발견되었다. 이러한 결과는, 종래 투명한 OPV에 비해, 본원의 구현예들에 따른 상기 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지가 컬러 반투명 발전 윈도우에서 스펙트럼적으로 순수한 색, 적당한 투과 효율, 분리된 광학 및 전하 수송 특성, 및 향상된 전하 생성을 달성하기 위한 간단하고 편리한 해결책을 제공한다는 것을 의미한다.According to embodiments of the present invention, organic solar cells including the color filtering electrode have been found to generate more short-circuit current compared to conventional transparent OPV. These results show that the organic solar cell comprising the color filtering electrode according to embodiments of the present invention, compared to conventionally transparent OPV, exhibits spectrally pure color, proper transmission efficiency, separate optical and charge transport properties , And a simple and convenient solution for achieving improved charge generation.
도 1a는, 본원의 일 구현예에 따른 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지 [컬러 필터(CF)-통합 유기 태양전지(OPV)]의 개략도이다.
도 1b는, 본원의 일 실시예에 따른 CF-통합 OPV의 개략도이다.
도 1c는, 비교예로서 투명 OPV의 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 100(±10) nm 두께의 PTB7-Th:PC71BM 필름의 고유 흡수 및 투과 스펙트럼이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 투명 OPV의 투과 스펙트럼이다.
도 4a는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, 파장 및 TiOx 두께의 함수로서 계산된 CF-통합 OPV의 투과이다.
도 4b는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, 투명한 OPV 및 청색, 녹색, 적색 CF 통합 OPV의 계산된 투과 스펙트럼 (상단) 및 측정된 투과 스펙트럼 (하단)이다.
도 4c는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, 대학 로고가 인쇄된 백색 시트 용지를 통해 광조사된 투명 OPV(ref) 및 청색, 녹색, 적색 CF-통합 OPV의 디지털 사진이다.
도 5a는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF들의 광학 특성을 확인하기 위한, 파장 및 TiOx 두께의 함수로서 CF의 계산된 투과이다.
도 5b는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF들의 광학 특성을 확인하기 위한, 청색, 녹색, 및 적색 CF의 계산된 투과 스펙트럼 (상부) 및 측정된 투과 스펙트럼 (하부)이다.
도 5c는, 본원의 일 실시예에 있어서, CF들의 광학 특성을 확인하기 위한, 백색 광원 전단에서 촬영된 청색, 녹색, 및 적색 CF의 디지털 사진이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 25 nm, 30 nm, 및 35 nm 두께의 내부 Ag 층을 갖는 청색 (상), 녹색 (중), 및 적색 (하) CF-통합 OPV의 투과 스펙트럼이다.
도 7a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 면외 Z-위치를 따라 계산된, 소스 전력에 의해 정규화된 CF-통합 OPV의 흡수 밀도 (컬러 선) 및 투명 OPV의 흡수 밀도 (흑색 선)로서, 정규화된 흡수 밀도는 계산된 흡수 스펙트럼에서 최소를 나타내는 476 nm(좌측), 533 nm(중앙) 및 637 nm(우측)의 파장에서 계산된다.
도 7b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 투명 OPV(흑색 곡선) 및 청색, 녹색, 적색 CF-통합 OPV (컬러 곡선)에 대하여 계산된 흡수 스펙트럼이다.
도 7c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 파장의 함수로서, CF-통합 OPV와 투명 OPV 사이의 계산된 흡수 향상이다.
도 7d, 본원의 일 실시예에 있어서, CF 공명 위치 또는 TiOx 두께의 함수로서 CF-통합 OPV와 투명 OPV 사이에 계산된 Jsc 향상이다.
도 8a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 하부와 상부로부터 수직 입사되는 빛에 대한 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV로부터의 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 8b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 하부와 상부로부터 수직 입사되는 빛에 대한 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV로부터의 측정된 투과 스펙트럼이다.
도 9a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV에 대하여 0°, 25°, 50° 및 75°에서 입사된 횡자 자기 (Transverse Magnetic, TM)이다.
도 9b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV에 대하여 0°, 25°, 50° 및 75°에서 입사된 횡 전계 (Transverse Electric, TE)이다.
도 9c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV에 대하여 0°, 25°, 50° 및 75°에서 입사된 비편광의 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 10a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 투명 OPV(흑색 선) 및 청색, 녹색, 적색 CF 통합 OPV(컬러 선)로부터 측정된 J-V 곡선이다.
도 10b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 투명 OPV(흑색 선) 및 청색, 녹색, 적색 CF 통합 OPV(컬러 선)로부터 측정된 EQE 스펙트럼이다.
도 10c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 투명 OPV(흑색 선) 및 청색, 녹색, 적색 CF 통합 OPV(컬러 선)로부터 측정된 EQE 향상 스펙트럼이다.
도 11a는, 본원의 일 실시예에 있어서, OPV의 개략도이다.
도 11b는, 본원의 일 실시예에 있어서, TiOx/Ge/Ag 층의 전자빔 증발 전후에 측정된 J-V 곡선으로서, TiOx/Ge/Ag 층 증착 후의 OPV는 CF-통합 OPV에 해당한다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, ~ 30 nm 두께 Ag 필름의 투과 스펙트럼 측정이다.
도 13a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 1 내지 6의 다양한 색상의 CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, 대학 로고가 인쇄된 백색 시트를 통해 나타난, 다양한 색상의 CF-통합 OPV의 디지털 사진이다.
도 13b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 1 내지 6의 다양한 색상의 CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, 다양한 색상들의 CF-통합 OPV의 투과 스펙트럼이다.
도 13c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 1 내지 6의 다양한 색상의 CF-통합 OPV의 광학 특성을 확인하기 위한, CIE 색도계에 대한 CF-통합 OPV로부터의 색상 맵핑으로서, 백색 삼각형은 sRGB 영역을 나타낸다.
도 13d는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각의 CF-통합 OPV과 대응하는 불투명 OPV의 Jsc 비율이다.
도 13e는, 본원의 일 실시예에 있어서, 불투명 OPV 및 2 개의 대표적인 CF-통합 OPV(디바이스 4 및 6) 의 계산된 흡수 스펙트럼이다.
도 13f는, 본원의 일 실시예에 있어서, 불투명 OPV 및 2 개의 대표적인 CF-통합 OPV(디바이스 4 및 6) 의 측정된 EQE 스펙트럼이다.
도 14a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 불투명 OPV 및 두 개의 대표적인 CF-통합 OPV (디바이스 4 및 6)의 계산된 투과 스펙트럼이다.
도 14b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 불투명 OPV 및 두 개의 대표적인 CF-통합 OPV (디바이스 4 및 6)의 측정된 투과 스펙트럼이다.1A is a schematic diagram of an organic solar cell (color filter (CF) -integrated organic solar cell (OPV)) comprising a color filtering electrode according to an embodiment of the present invention.
1B is a schematic diagram of a CF-integrated OPV according to one embodiment of the present application.
1C is a schematic view of a transparent OPV as a comparative example.
Figure 2 shows the intrinsic absorption and transmission spectra of a 100 (± 10) nm thick PTB7-Th: PC 71 BM film in one embodiment of the invention.
3 is a transmission spectrum of a transparent OPV in one embodiment of the present invention.
4A is the transmission of a CF-integrated OPV calculated as a function of wavelength and TiO x thickness, in order to verify the optical properties of the CF-integrated OPV, in one embodiment of the present invention.
Figure 4b shows, in one embodiment of the present invention, the calculated transmission spectra (upper) and the measured transmission spectra of the transparent OPV and blue, green, red CF integrated OPV )to be.
Figure 4c shows, in one embodiment of the present invention, a transparent OPV (ref) illuminated through a white sheet of paper printed with a university logo and a blue, green, red CF- It is a digital photo of integrated OPV.
5A is a calculated transmission of CF as a function of wavelength and TiO x thickness, in order to identify the optical properties of the CFs, in one embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a calculated transmission spectrum (upper) and a measured transmission spectrum (lower) of blue, green, and red CF, to confirm the optical properties of the CFs in one embodiment of the present invention.
Figure 5c is a digital photograph of blue, green, and red CFs taken at the front of a white light source to identify the optical properties of the CFs, in one embodiment of the invention.
Figure 6 shows that in one embodiment of the present invention, the transmission spectra of blue (top), green (middle), and red (bottom) CF-integrated OPV with 25 nm, 30 nm, to be.
7A is a graph of the absorption density (color line) of the CF-integrated OPV normalized by the source power (black line) and the absorption density (black line) of the transparent OPV, calculated along the out-of-plane Z- Normalized absorption densities are calculated at wavelengths of 476 nm (left), 533 nm (center) and 637 nm (right), representing the minimum in the calculated absorption spectrum.
7B is an absorption spectrum calculated for a transparent OPV (black curve) and a blue, green, red CF-integrated OPV (color curve) in one embodiment of the present invention.
Figure 7c is a calculated absorption enhancement between the CF-integrated OPV and the transparent OPV as a function of wavelength, in one embodiment of the invention.
7d, J sc improvement calculated between CF-integrated OPV and transparent OPV as a function of CF resonance position or TiO x thickness, in one embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a calculated transmission spectrum from blue, green, and red CF-integrated OPV for light vertically incident from bottom and top, in one embodiment of the present invention.
8B is a measured transmission spectrum from blue, green, and red CF-integrated OPVs for light perpendicular to the bottom and top, in one embodiment of the present invention.
Figure 9a is Transverse Magnetic (TM) incident at 0 °, 25 °, 50 °, and 75 ° for blue, green, and red CF-integrated OPVs in one embodiment of the invention.
Figure 9b is a transverse electric field (TE) incident at 0 °, 25 °, 50 °, and 75 ° for blue, green, and red CF-integrated OPVs in one embodiment of the invention.
Figure 9c is a calculated transmission spectrum of unpolarized light incident at 0 °, 25 °, 50 °, and 75 ° for blue, green, and red CF-integrated OPVs in one embodiment of the invention.
10A is a JV curve measured from a transparent OPV (black line) and a blue, green, red CF integrated OPV (color line), in one embodiment of the present invention.
10B is an EQE spectrum measured from a transparent OPV (black line) and a blue, green, red CF integrated OPV (color line), in one embodiment of the present invention.
Figure 10c is an EQE enhancement spectrum measured from a transparent OPV (black line) and a blue, green, red CF integrated OPV (color line), in one embodiment of the present invention.
11A is a schematic diagram of an OPV in one embodiment of the invention.
FIG. 11B is a JV curve measured before and after electron beam evaporation of the TiO x / Ge / Ag layer in one embodiment of the present invention, wherein the OPV after TiO x / Ge / Ag layer deposition corresponds to a CF-integrated OPV.
12 is a transmission spectrum measurement of a ~ 30 nm thick Ag film in one embodiment of the present invention.
13A is a graphical representation of the CF-integrated OPV of various colors, shown through a white sheet printed with a university logo, to confirm the optical properties of the CF-integrated OPVs of various colors of 1 to 6 in one embodiment of the present invention. It is a digital photo.
13B is a transmission spectrum of the CF-integrated OPV of various colors to confirm the optical characteristics of CF-integrated OPVs of
13C is a color mapping from the CF-integrated OPV for the CIE colorimeter to verify the optical properties of the CF-integrated OPVs of various colors of 1 to 6 in one embodiment, wherein the white triangles represent the sRGB regions < RTI ID = .
Figure 13d is, in one embodiment of the invention, the J sc ratio of each CF-integrated OPV to the corresponding opaque OPV.
FIG. 13E is a calculated absorption spectrum of an opaque OPV and two representative CF-integrated OPVs (
13F is a measured EQE spectrum of the opaque OPV and two representative CF-integrated OPVs (
14A is a calculated transmission spectrum of an opaque OPV and two representative CF-integrated OPVs (
14B is a measured transmission spectrum of the opaque OPV and two representative CF-integrated OPVs (
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 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.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다. Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, "컬러 필터링 전극"은 "컬러 필터 전극" 또는 "CF 전극"으로도 표시될 수 있다.Throughout the specification, the term "color filtering electrode" may also be referred to as "color filter electrode" or "CF electrode".
본원 명세서 전체에서, "유기 태양전지"는 "OPV (organic photovoltaics)" 로도 표시될 수 있다.Throughout the specification, the term "organic solar cell" may also be referred to as "OPV (organic photovoltaics)".
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, 컬러 필터링 전극을 포함하는 유기 태양전지로서, 상기 컬러 필터링 전극은, 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이에 형성된 유전체 층을 포함하는 컬러 필터를 포함하는 것인, 유기 태양전지를 제공한다.According to a first aspect of the invention, there is provided an organic solar cell comprising a color filtering electrode, wherein the color filtering electrode comprises a color filter comprising a dielectric layer formed between a first metal layer and a second metal layer. Provide solar cells.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 태양전지는 반투명인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the organic solar cell may be translucent, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층은 각각 독립적으로 Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, Al, W, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것이고, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층은 티타늄 산화물, 아연 산화물, 바륨티타네이트 산화물 (비제한적 예: BaTiO3, BaTi2O5 등), MnO3, ZrO2, VO3, Y2O3, IrO, RuO, RhO, TaO, In2O3, Al2O3, Hf2O3, SiO2, SrTiO3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 유전체 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first metal layer and the second metal layer included in the color filter are independently formed of Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Al, W, and combinations thereof, wherein the dielectric layer included in the color filter is selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, barium titanate oxide (including but not limited to BaTiO 3 , BaTi 2 O 5, etc.), MnO 3 , ZrO 2 , VO 3 , Y 2 O 3 , IrO, RuO, RhO, TaO, In 2 O 3 , Al 2 O 3 , Hf 2 O 3 , SiO 2 , SrTiO 3 , WO 3 , and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 각각의 두께는 독립적으로 약 10 nm 내지 약 50 nm이고, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 각각의 두께는 독립적으로 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm, 이고, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the thickness of each of the first metal layer and the second metal layer included in the color filter is independently about 10 nm to about 50 nm, and the thickness of the dielectric layer included in the color filter Can be from about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto. For example, the thickness of each of the first metal layer and the second metal layer included in the color filter may be independently from about 10 nm to about 50 nm, from about 10 nm to about 40 nm, from about 10 nm to about 30 nm, Or from about 10 nm to about 20 nm, and the thickness of the dielectric layer included in the color filter is from about 10 nm to about 500 nm, from about 10 nm to about 400 nm, from about 10 nm to about 300 nm, from about 10 nm From about 10 nm to about 50 nm, from about 10 nm to about 40 nm, from about 10 nm to about 30 nm, or from about 10 nm to about 20 nm, from about 10 nm to about 100 nm, from about 10 nm to about 50 nm, But is not limited to.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도 1a를 참고하면, 상기 유기 태양전지는, 투명 전극(100); 상기 투명 전극 상에 형성된 유기 광활성층(200); 및, 상기 유기 광활성층(200) 상에 형성된 상기 컬러 필터링 전극(300)을 포함하는 것이고, 상기 컬러 필터링 전극(300)은, 상기 유기 광활성층(200) 상에 순차적으로 형성된 상기 제 1 금속 층(320), 상기 유전체 층(340) 및 상기 제 2 금속 층(360)을 포함하는 상기 컬러 필터를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the organic solar battery includes a
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전극은 유리 기재 또는 투명 플라스틱 기재 상에 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 플라스틱 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent electrode may be formed on a glass substrate or a transparent plastic substrate, but is not limited thereto. For example, the plastic substrate may be selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, triacetylcellulose, and combinations thereof. .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 주석계 산화물, 산화아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 함유하는 전도성 투명 전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent electrode is made of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , tin oxide, But not limited to, a conductive transparent electrode containing a material selected from the group consisting of combinations of < RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 광활성층은 n형 유기 반도체 화합물(전자 공여체)과 p형 유기 반도체 화합물 (전자 수용체)의 블렌드(blend)를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 유기 반도체 화합물은 밴드갭 약 1.0 eV 내지 약 3.0 eV를 가지는 유기 반도체 화합물로서 본 기술 분야에 공지된 유기 반도체 화합물을 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 n형 유기 반도체 화합물은 상기 p형 유기 반도체 화합물과 혼합하였을 때 형광이 약 50% 이상 감소하는 물질로서 본 기술 분야에 공지된 유기 반도체 화합물을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. In one embodiment of the invention, the organic photoactive layer may comprise, but is not limited to, a blend of an n-type organic semiconductor compound (electron donor) and a p-type organic semiconductor compound (electron acceptor) . For example, the p-type organic semiconductor compound may use an organic semiconductor compound known in the art as an organic semiconductor compound having a band gap of about 1.0 eV to about 3.0 eV without any particular limitation, The organic semiconducting compound known in the art can be used without particular limitation, as a material that reduces fluorescence by about 50% or more when mixed with the p-type organic semiconductor compound.
예를 들어, 상기 n형 유기 반도체 화합물의 비제한적 예로서 하기 유기 반도체를 포함할 수 있다:For example, non-limiting examples of the n-type organic semiconductor compound may include the following organic semiconductors:
<n형 유기 반도체 화합물>< n-type organic semiconductor compound >
폴리[[2,6'-4,8-디(5-에틸헥실티에닐)벤조[1,2-b;3,3-b]디티오펜][3-플루오로-2[(2-에틸헥실)카르보닐]티에노[3,4-b]티오펜디일]](PTB7-Th), 폴리{[9-(1-옥틸노닐)-9H-카르바졸-2,7-다이일]-2,5-티오펜다이일-2,1,3-벤조티아다이아졸-4,7-다이일-2,5-티오펜다이일}(PCDTBT); 
예를 들어, 상기 p형 유기 반도체 화합물의 비제한적 예로서 하기 유기 반도체를 포함할 수 있다:For example, non-limiting examples of the p-type organic semiconductor compound may include the following organic semiconductors:
<p형 유기 반도체 화합물><p-type organic semiconductor compound>
(6,6)-페닐-C70-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC70BM), (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC70BM), (6,6)-페닐-C60-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC60BM), (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC61BM), (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC71BM), (6,6)-페닐-C77-부티릭에시드 메틸에스테르(PC77BM), (6,6)-페닐-C79-부티릭에시드 메틸에스테르(PC79BM), (6,6)-페닐-C81-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC81BM), (6,6)-페닐-C83-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC83BM), (6,6)-페닐-C85-부티릭에시드 메틸 에스테르(PC85BM), 인덴-C60-비스어덕트(ICBA); 
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 태양전지는 상기 투명 전극과 상기 유기 광활성층 사이에 형성된 전자 전달층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the organic solar cell may further include an electron transport layer formed between the transparent electrode and the organic photoactive layer, but the present invention is not limited thereto.
예를 들어, 상기 전자 전달층은 유기 반도체, 무기 반도체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 전달층은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the electron transport layer may include, but is not limited to, an organic semiconductor, an inorganic semiconductor, or a mixture thereof. For example, the electron transport layer may comprise a metal oxide selected from the group consisting of TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , and combinations thereof, .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 태양전지는 상기 유기 광활성층과 상기 컬러 필터링 전극 사이에 형성된 정공 전달층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the organic solar cell may further include a hole transport layer formed between the organic photoactive layer and the color filtering electrode, but may not be limited thereto.
예를 들어, 상기 정공 전달층은 MoO3, PEDOT:PSS, NiO, WO3, V2O5 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the hole transport layer may include, but is not limited to, a material selected from the group consisting of MoO 3 , PEDOT: PSS, NiO, WO 3 , V 2 O 5, and combinations thereof.
또한, 상기 정공 전달층은, 예를 들어, 단분자 정공 전달 물질 또는 고분자 정공 전달 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단분자 정공 전달 물질로서 스피로-MeOTAD [2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxy-phenylamino)-9,9'-spirobifluorene]를 사용할 수 있고, 상기 고분자 정공전달 물질로서 P3HT [poly(3-hexylthiophene)], PTAA (polytriarylamine), 또는 PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxy thiophene):polystyrene sulfonate]를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 정공 전달층(HTM)은 도핑 물질로서 Li 계열 도펀트, Co 계열 도펀트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 도펀트를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 전달 물질로서, 스피로-MeOTAD, Li-TFSI [Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt], 및 tBP (4-tert-Butylpyridine)의 혼합 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In addition, the hole transport layer may include, for example, a single molecule hole transport material or a polymer hole transport material, but the present invention is not limited thereto. For example, Spiro-MeOTAD [2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, Np-dimethoxy-phenylamino) -9,9'-spirobifluorene] can be used as the monomolecular hole- P3HT [poly (3-hexylthiophene)], PTAA (polytriarylamine), or PEDOT: PSS [poly (3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate] may be used as the hole transporting material. For example, the hole transport layer (HTM) may be a dopant selected from the group consisting of a Li-based dopant, a Co-based dopant, and combinations thereof, but is not limited thereto . For example, a mixture of spiro-MeOTAD, Li-TFSI (bis (trifluoromethane) sulfonimide lithium salt), and tBP (4-tert-butylpyridine) may be used as the hole transport material, but the present invention is not limited thereto .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터는 상기 유전체 층과 상기 제 2 금속 층 사이에 형성된 웨팅층 (wetting layer)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 웨팅층은 외부에 위치되는 상기 제 2 금속층에서 유래하는 표면 거칠기로 인한 광학적 손실을 억제함으로써 상기 컬러 필터의 투과율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 웨팅층은 약 1 nm 이하 두께의 Ge 층, 또는 Al-Ag 합금 층을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the color filter may further include, but is not limited to, a wetting layer formed between the dielectric layer and the second metal layer. The wetting layer can improve the transmittance of the color filter by suppressing optical loss due to surface roughness derived from the second metal layer located outside. For example, the wetting layer may include, but is not limited to, a Ge layer of about 1 nm or less in thickness, or an Al-Ag alloy layer.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 1a를 참고하면, In one embodiment of the invention, referring to FIG. 1A,
상기 유기 태양전지는,In the organic solar cell,
투명 전극 (200); A
상기 투명 전극 상에 형성된 전자 전달층 (미도시);An electron transport layer (not shown) formed on the transparent electrode;
상기 전자 전달층 상에 형성된 유기 광활성층 (200); An organic
상기 유기 광활성층 상에 형성된 정공 전달층(미도시); 및,A hole transport layer (not shown) formed on the organic photoactive layer; And
상기 정공 전달층에 형성된 상기 컬러 필터링 전극 (300)The color filter electrode (300) formed on the hole transport layer
을 포함하는 것이고,, ≪ / RTI >
상기 컬러 필터링 전극 (300)은,The color filtering electrode (300)
상기 유기 광활성층 상에 순차적으로 형성된 상기 제 1 금속 층 (320), 상기 유전체 층 (340) 및 상기 제 2 금속 층(360)을 포함하는 상기 컬러 필터를 포함하는 것일 수 있고,The color filter including the
필요한 경우, 상기 유전체 층 및 상기 제 2 금속 층 사이에 상기 웨팅층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.If necessary, the wetting layer may be formed between the dielectric layer and the second metal layer, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전극으로 가시광선이 입사할 때, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께를 조절하여 상기 컬러 필터를 투과하는 빛의 파장 또는 파장 대역이 조절되어 상기 유기 태양전지의 색상이 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the visible light is incident on the transparent electrode, the thickness of the dielectric layer included in the color filter is adjusted to adjust the wavelength or wavelength band of the light transmitted through the color filter, The color of the solar cell can be adjusted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께가 증가할수록 상기 가시광선 중 긴 파장의 빛을 투과할 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the thickness of the dielectric layer included in the color filter increases, light of a longer wavelength among the visible light can be transmitted.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께를 조절함으로써 상기 유기 태양전지가 청색, 녹색 또는 적색을 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present invention, the organic solar cell may exhibit blue, green or red by adjusting the thickness of the dielectric layer included in the color filter.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터는, 상기 컬러 필터를 투과하지 못한 빛을 상기 유기 광활성층 내로 반사시키는 거울(mirror) 기능도 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the color filter may also function as a mirror to reflect light that can not pass through the color filter into the organic photoactive layer.
본원의 일 구현예에 있어서, 가시광 범위에서 균일하게 흡수하는 단일 활성 물질이 컬러 필터 (CF) 전극의 구현을 통해 높은 스펙트럼 순도와 일관된 디바이스 성능으로 다양한 색상을 표시할 수 있게 하는 전략을 제시한다. 상기 컬러 필터링 전극에 포함되는 상기 컬러 필터는 Ag-TiOx-Ag 패브리-페로 (Fabry-Perot, FP) 공진 캐비티로 형성되며, 여기서 상기 TiOx 층의 두께는 투과 피크의 스펙트럼 위치를 결정하고 상기 내부 Ag 층은 전기적 컨택트로서 기능한다. 상기 전극은 또한 상기 CF의 공진 대역 (즉, 스펙트럼 투명 윈도우) 내 파장을 제외하고 모든 파장의 광 (light)에 대해 거울로서 기능한다. 따라서, 선택적으로 투과되지 않은 광은 상기 활성 물질 내로 다시 반사될 수 있어, 추가적인 전하 생성에 기여한다. In one embodiment herein, a strategy is presented that allows a single active material that absorbs uniformly in the visible light range to display various colors with high spectral purity and consistent device performance through the implementation of color filter (CF) electrodes. Wherein the color filter included in the color filtering electrode is formed of a Ag-TiO x -Ag Fabry-Perot (FP) resonant cavity, wherein the thickness of the TiO x layer determines the spectral position of the transmission peak, The inner Ag layer functions as an electrical contact. The electrode also functions as a mirror for all wavelengths of light except for the wavelength in the resonant band of the CF (i.e., the spectral transparent window). Thus, light that is not selectively transmitted can be reflected back into the active material, contributing to additional charge generation.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 CF를 OPV와 통합함으로써, 분광적으로 순수하고, 광(빛)의 수직 입사의 방향에 독립적이고, 색의 뛰어난 채도, 및 25% 초과의 적당한 투과 효율을 갖는 색의 선택적 투과를 입증한다. 또한, 상기 CF가 전하 수송 경로로부터 공간적으로 제거되기 때문에, 전하 수송 고려사항과는 완전히 독립적으로 상기 컬러 OPV의 광학 응답을 설계하는 능력을 강조한다. 이것은 디바이스의 성능을 상이한 색의 CF-통합 OPV들에 대해 일정하게 유지할 수 있게 한다. 종래 투명 OPV와 비교할 때, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV는 비-공진 광에 대한 거울로서 기능하는 능력 때문에 증가된 단락 전류의 일정한 향상을 나타냈다. 상기 CF-전극은 쉽게 확장 가능하고 제조가 간단하기 때문에 심미적인 컬러 반투명 태양 전지를 구현하는 효과적인 해결책을 제공한다.In one embodiment of the present disclosure, by integrating the CF with OPV, it is spectrally pure, independent of the direction of normal incidence of light (light), superior in color saturation, and has a suitable transmission efficiency of more than 25% Prove selective transmission of color. Also emphasizes the ability to design the optical response of the color OPV completely independent of the charge transport considerations, since the CF is spatially removed from the charge transport path. This allows the performance of the device to remain constant for CF-integrated OPVs of different colors. Compared to conventional transparent OPVs, the blue, green, and red CF-integrated OPV exhibited a constant improvement in the short circuit current due to their ability to function as a mirror for non-resonant light. The CF-electrode provides an effective solution for implementing an aesthetic color translucent solar cell because it is easily expandable and simple to manufacture.
본원의 제 2 측면은, 컬러 필터링 전극을 포함하는 상기 본원의 제 1 측면에 따른 유기 태양전지를 포함하는, 스마트 윈도우를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a smart window comprising an organic solar cell according to the first aspect of the present invention comprising a color filtering electrode.
본원의 제 2 측면에 따른 스마트 윈도우는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 유기 태양전지에 대하여 기술된 내용을 모두 적용할 수 있으며, 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.The smart window according to the second aspect of the present invention can be applied to the organic solar cell according to the first aspect of the present invention, and a detailed description of the overlapped portions is omitted. The same can be applied.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 스마트 윈도우는 가시광 하에서 상기 유기 태양전지에 의한 발전(power-generation) 기능을 갖는 반투명 컬러 윈도우일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the smart window may be a translucent color window having power-generation capability by the organic solar cell under visible light.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 윈도우는 양방향(bidirectional)을 가질 수 있다. 상기 컬러 윈도우의 양방향성은 빛이 소자의 앞면(투명 전극 층)이나 뒷면(컬러 필터 층)에서 입사되어도 광학적인 성능(색상)이 변하지 않는 것을 의미한다.In one embodiment of the invention, the color window may have bidirectional. The bi-directionality of the color window means that the optical performance (color) is not changed even when light is incident on the front surface (transparent electrode layer) or the back surface (color filter layer) of the device.
본원의 일 구현예에 의하면, Ag-TiOx-Ag 컬러 필터 (CF = color filter)를 사용하여 고정된 두께의 단일 광대역 흡수 활성 물질을 이용한 반투명 컬러 OPV를 제시한다. 상기 Ag-TiOx-Ag CF는, OPV가 25%를 초과하는 피크 투과 효율로 스펙트럼적으로 순수한 색이 투과될 수 있게 해주며, 디바이스 성능이 일정하게 유지되도록 전하 수송 특성을 방해하지 않고 상기 색들을 자유롭게 조정할 수 있게 한다. 상기 CF는 효과적인 전극으로서의 기능뿐만 아니라 분광 투명 윈도우의 외부 빛에 대한 거울 기능을 한다. 동일한 활성층 물질과 두께로 형성된 투명한 OPV와 비교할 때, CF-통합 OPV는 더 많은 단락 전류를 생성하는 것이 발견되었다. 이러한 결과는, 종래 투명한 OPV에 비해 컬러 반투명 발전 윈도우에서 스펙트럼적으로 순수한 색, 적당한 투과 효율, 분리된 광학 및 전하 수송 특성, 및 향상된 전하 생성을 달성하기 위한 간단하고 편리한 해결책을 제시한다.According to one embodiment of the present application, a translucent color OPV using a single wide band absorbing active material with a fixed thickness is presented using an Ag-TiO x -Ag color filter (CF = color filter). The Ag-TiO x -Ag CF allows a spectrally pure color to be transmitted at a peak transmission efficiency of more than 25% of OPV, and is capable of transmitting the color of the color So that they can be adjusted freely. The CF functions as an effective electrode as well as a mirror for the external light of the spectral transparent window. It has been found that CF-integrated OPV produces more short-circuit current when compared to transparent OPV formed with the same active layer material and thickness. These results provide a simple and convenient solution for achieving spectrally pure color, proper transmission efficiency, separate optical and charge transport properties, and improved charge generation in color translucent power generation windows compared to conventional transparent OPVs.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.
[[ 실시예Example ] ]
컬러 필터의 제조 : 전자 빔 증발기 (ULVAC EBX2000)를 이용하여 초고 진공 (1.5 x 10-6 torr) 하에서, 쿼츠 기재 상에 Ge (1 nm 이하), Ag (25 nm), TiOx (40 nm ~ 100 nm), Ge (1 nm 이하), 및 Ag (25 nm) 타겟을 순차적으로 증발시켜 컬러 필터를 제조하였다. Ge, Ag, 및 TiOx의 증착 속도는 각각 0.02 nm/s, 0.04 nm/s 및 0.04 nm/s였다. Preparation of color filter: under the ultra high vacuum (1.5 x 10 -6 torr) using the electron beam evaporator (ULVAC EBX2000), Ge (less than 1 nm) on a quartz substrate, Ag (25 nm), TiO x (40 nm ~ 100 nm), Ge (1 nm or less), and Ag (25 nm) targets were sequentially evaporated to prepare a color filter. The deposition rates of Ge, Ag, and TiO x were 0.02 nm / s, 0.04 nm / s and 0.04 nm / s, respectively.
OPV 제조: ITO/ZnO/PTB7-Th:PC71BM/MoO3/Ag 스택으로서 역구조의 OPV를 제조하였다. 패턴화된 20 Ω/sq 저항 인듐 주석 산화물 (ITO) 유리 기재를 이소프로필 알콜 및 아세톤으로 초음파 욕조에서 10 분 동안 순차적으로 세척하였고, 20 분 동안 UV-오존 처리를 하였다. 공기 중에서 가수 분해 반응을 촉진시키기 위해 격렬하게 교반하면서 10 mL의 2-메톡시 에탄올 (CH3OCH2CH2OH)에서 아세트산아연·2수화물 (Zn(CH3COO)2.2H2O) 1 g과 에탄올아민 (NH2CH2CH2OH) 0.28 g에 용해시킴으로써 산화아연 (ZnO)의 전구체 용액을 제조하였다. 상기 ZnO 전구체 용액을 ITO 유리 위에 3,000 rpm으로 40 초 동안 스핀 코팅하여 약 30 nm 두께로 ZnO 전자 수송층을 제조하였다. 대기 중 200℃에서 30 분간 열처리한 후 기재를 질소 충진된 글러브 박스로 옮겼다. 1 : 1.5의 중량비의 PTB7-Th:PC71BM을 용매 첨가제로서 DPP 3%를 함유하는 클로로벤젠 (CB) 용액에 용해시켰다. 상기 활성층 블렌드 용액을 ZnO 층 상부에 스핀 코팅하고 진공 챔버에서 실온에서 1 시간 동안 건조시켰다. 10-2 Torr 진공 하에서 0.12 cm2 및 0.20 cm2의 크기를 갖는 새도우 마스크를 사용하여 0.2 Å/s 및 0.4 Å/s의 증착 속도로 열 증발시킴으로써 10 Å 두께의 MoO3 정공 수송층과 35 nm 두께의 Ag 전극을 제조하여 디바이스 제조를 완료하였다. OPV Fabrication: ITO / ZnO / PTB7-Th: PC 71 BM / MoO 3 / Ag stacks. The patterned 20 Ω / sq resistor indium tin oxide (ITO) glass substrate was sequentially washed with isopropyl alcohol and acetone in an ultrasonic bath for 10 minutes and UV-ozone treatment for 20 minutes. (Zn (CH 3 COO) 2 .2H 2 O) 1 in 10 mL of 2-methoxyethanol (CH 3 OCH 2 CH 2 OH) with vigorous stirring to promote the hydrolysis reaction in air by g and dissolved in ethanolamine (NH 2 CH 2 CH 2 OH ) 0.28 g to prepare a precursor solution of zinc oxide (ZnO). The ZnO precursor solution was spin-coated on ITO glass at 3,000 rpm for 40 seconds to prepare a ZnO electron transport layer having a thickness of about 30 nm. After heat treatment at 200 ° C for 30 minutes in the atmosphere, the substrate was transferred to a nitrogen-filled glove box. PTB7-Th: PC71BM in a weight ratio of 1: 1.5 was dissolved in a chlorobenzene (CB) solution containing 3% of DPP as a solvent additive. The active layer blend solution was spin coated on top of the ZnO layer and dried in a vacuum chamber at room temperature for 1 hour. A 10 Å thick MoO 3 hole transport layer and a 35 nm thick layer were deposited by thermal evaporation at a deposition rate of 0.2 Å / s and 0.4 Å / s using a shadow mask having dimensions of 0.12 cm 2 and 0.20 cm 2 under 10 -2 Torr vacuum Of Ag electrode were manufactured to complete the device manufacture.
CF-통합 OPV 제조: 전자 빔 증발기를 통해 제조된 OPV 상에 TiOx (다양하게 변화됨), Ge (1 nm 이하), 및 Ag (25 nm)를 증발시켜 OPV에 컬러 필터를 통합했다. 진공 조건은 상기에서 설명한 단리된 컬러 필터의 경우와 동일하다. TiOx의 증착 속도는 초기 10 nm 두께의 경우는 0.15 nm/초였고, 나머지 두께에서는 0.75 nm/초였다.CF-Integrated OPV Fabrication: Color filters were incorporated into the OPV by evaporating TiO x (variously modified), Ge (less than 1 nm), and Ag (25 nm) on OPV produced via electron beam evaporator. The vacuum condition is the same as in the case of the isolated color filter described above. The deposition rate of TiO x was 0.15 nm / sec for the initial 10 nm thickness and 0.75 nm / sec for the remaining thickness.
투명한 OPV(비교예)의 제조 : 투명한 OPV는 OMO 투명 전극을 역전된 OPV에 통합하여 제조되었다. PTB7-Th:PC71BM 활성층의 제조까지 방법은 상기와 동일하였다. 초박형 MoO3 (1 nm), Ag (10 nm), MoO3 (20 nm)를 10-6 Torr 진공 하에서 열 증발기를 통해 활성층 상에 증발시켰다. 증착 속도는 상기 설명하였다. Preparation of Transparent OPV (Comparative Example) : Transparent OPV was prepared by incorporating an OMO transparent electrode into the inverted OPV. PTB7-Th: PC 71 BM The process up to the production of the active layer was the same as described above. Ultra thin MoO 3 (1 nm), Ag (10 nm) and MoO 3 (20 nm) were evaporated on the active layer through a thermal evaporator under a vacuum of 10 -6 Torr. The deposition rate was described above.
수치 모델링 : 전달 매트릭스 계산은 CF 및 CF-통합 OPV의 전송 응답을 모델링하는데 사용되었다. 상업용 FDTD 소프트웨어 (Lumerical Inc.)를 사용하여 CF 통합 OPV의 흡수 및 Jsc를 모델링했다. 주기적인 경계 조건은 단위 셀의 측면 영역 주위에 정의되었지만 완벽하게 일치된 층들은 상부 및 하부 시뮬레이션 경계에 대해 정의되었다. Numerical modeling : The transfer matrix calculation was used to model the transfer response of CF and CF-integrated OPVs. Commercial FDTD software (Lumerical Inc.) was used to model the absorption and J sc of the CF-integrated OPV. Periodic boundary conditions were defined around the lateral area of the unit cell, but perfectly matched layers were defined for the upper and lower simulation boundaries.
디바이스 특성 분석 및 측정: 원자힘 현미경 (AFM) (AFM5100N, HITACHI, Tokyo, Japan)을 사용하여 활성층의 두께를 스캔하였다. PTB7-Th:PC71BM의 흡수 스펙트럼과 투과 스펙트럼을 UV-2450 자외선-가시광선 분광 광도계 (SHIMADZU, Japan)를 사용하여 측정하였다. 전류 밀도-전압 (J-V) 곡선은 AM 1.5G 태양 시뮬레이터 (McScience K201 LAB50, Korea)와 Keithley 2400 소스 미터를 사용하여 100 mW/cm2에서 측정되었다. 제논 램프 (McScience K3100 EQX, Korea)로부터의 단색광으로 조사하는 동안 20 Hz의 초핑(chopping) 주파수에서 lock-in 증폭기 (SR830, Stanford Research System)를 사용하여 단락 회로 조건에서 외부 양자 효율 (EQE)을 수득하였다. CF-통합 OPV의 투과 측정은 분광계 (Acton SP2356, Princeton Instruments) 및 백색 LED (Thorlabs) 조명 소스에 결합된 자체 제작된 공초점(confocal) 현미경을 이용하여 수행되었다. Device Characterization and Measurement: The thickness of the active layer was scanned using atomic force microscopy (AFM) (AFM5100N, HITACHI, Tokyo, Japan). The absorption spectrum and transmission spectrum of PTB7-Th: PC 71 BM were measured using a UV-2450 ultraviolet-visible light spectrophotometer (SHIMADZU, Japan). The current density-voltage (JV) curves were measured at 100 mW / cm 2 using an AM 1.5G solar simulator (McScience K201 LAB50, Korea) and a Keithley 2400 source meter. (EQE) at short-circuit conditions using a lock-in amplifier (SR830, Stanford Research System) at a chopping frequency of 20 Hz while illuminating monochromatic light from a xenon lamp (McScience K3100 EQX, . Transmission measurements of CF-integrated OPV were performed using a self-made confocal microscope coupled to a spectrometer (Acton SP2356, Princeton Instruments) and a white LED (Thorlabs) illumination source.
상기 CF-통합 OPV를 통해, 본 실시예는, 분광적으로 순수하고, 광(빛)의 수직 입사의 방향에 독립적이고, 색의 뛰어난 채도, 및 25% 초과의 적당한 투과 효율을 갖는 색의 선택적 투과를 입증한다. 또한, 상기 CF가 전하 수송 경로로부터 공간적으로 제거되기 때문에, 전하 수송 고려사항과는 완전히 독립적으로 상기 컬러 OPV의 광학 응답을 설계하는 능력을 강조한다. 이것은 디바이스의 성능을 상이한 색의 CF-통합 OPV들에 대해 일정하게 유지할 수 있게 한다. 기준 디바이스로서 사용된 투명 OPV와 비교할 때, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV는 비-공진 광에 대한 거울로서 기능하는 능력 때문에 32.38(±0.03)~34.10(±0.02)% 더 많은 단락 전류의 일정한 향상을 나타냈다. 상기 CF-전극은 쉽게 확장 가능하고 제조가 간단하기 때문에 심미적인 컬러 반투명 태양 전지를 구현하는 효과적인 해결책을 제공한다.Through the CF-integrated OPV, the present embodiment is characterized in that it is spectrally pure, independent of the direction of normal incidence of light (light), superior in color saturation and selective in color with a suitable transmission efficiency of more than 25% Prove transparency. Also emphasizes the ability to design the optical response of the color OPV completely independent of the charge transport considerations, since the CF is spatially removed from the charge transport path. This allows the performance of the device to remain constant for CF-integrated OPVs of different colors. The blue, green, and red CF-integrated OPVs exhibit 32.38 (± 0.03) to 34.10 (± 0.02)% more short-circuit current due to their ability to function as mirrors for non-resonant light, Of the population. The CF-electrode provides an effective solution for implementing an aesthetic color translucent solar cell because it is easily expandable and simple to manufacture.
본 실시예에 따른 CF-통합 OPV의 전체 도식은 도 1b에 나타냈다. 상기 OPV는 역전된 형태이고, 여기서 상기 디바이스는 Ag-TiOx-Ag 캐비티, MoO3 정공 수송층, PTB7-Th:PC71BM 블렌드(blend) 활성층, ZnO 전자 수송층, 및 유리 기재 상에 지지된 ITO 전극으로 형성되었다. 상기 CF 유닛(unit)을 제외한 각 층의 두께는 하부에서부터 상부로 각각 10 nm, 100 nm, 30 nm 및 130 nm이었다. 상기 활성층에 있어서, 폴리[[2,6'-4,8-디(5-에틸헥실티에닐)벤조[1,2-b;3,3-b]디티오펜][3-플루오로-2[(2-에틸헥실)카르보닐]티에노[3,4-b]티오펜디일]](PTB7-Th)을 공여체 (donor)로서 사용하였고, 수용체(acceptor)로서 (6,6)-페닐 C71 부티르산 메틸 에스테르 (PC71BM)를 사용하였다. 상기 블렌드의 광전지 및 광학 특성은 이전에 보고되었으며, 가시광선 범위에서 광대역 및 균일 흡수가 특징이다. 본 실시예를 위해, CF-통합 OPV와 투명 OPV 모두에서 100(±10) nm 두께의 블렌드를 사용했다. 상기 두께에서, 고유 흡수는 파장 400 nm ~ 700 nm 사이에서 30% ~ 40% 범위에서 발견되었다 (도 2). 광학 특성을 비교하기 위해, 기준(reference) 투명 OPV는 MoO3, Ag, 및 MoO3 층으로 형성된 산화물-금속-산화물 (OMO) 투명 전극에 의해 CF 유닛 및 부착된 MoO3 층을 대체함으로써 제조되었다 (도 1c). 상기 3 개의 층은 각각 1 nm, 10 nm, 및 20 nm의 두께로 제조되었으며, 이는 OPV의 평균 가시광 투과율을 35%까지 최대화하는 것으로 나타났다 (도 3).An overall schematic of the CF-integrated OPV according to this embodiment is shown in FIG. 1B. Wherein the OPV is in inverted form, wherein the device comprises an Ag-TiO x -Ag cavity, a MoO 3 hole transport layer, a PT 71 -Th: PC 71 BM blend active layer, a ZnO electron transport layer, and an ITO Electrode. The thickness of each layer except for the CF unit was 10 nm, 100 nm, 30 nm and 130 nm from the bottom to the top, respectively. In the active layer, poly [2,6'-4,8-di (5-ethyl-hexyl-thienyl) benzo [1,2- b; 3,3- b] dithiophene] [3-fluoro-2 [(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4- b] thio Fendi yl]] was used (PTB7-Th) as donor (donor), the receptor (acceptor) as a (6,6) -phenyl C71 butyric acid methyl ester (PC 71 BM) was used. The photovoltaic and optical properties of the blend have been previously reported and are characterized by broadband and uniform absorption in the visible light range. For this example, a blend of 100 (+/- 10) nm thickness was used in both CF-integrated OPV and transparent OPV. At this thickness, the intrinsic absorption was found in the range of 30% to 40% between wavelengths of 400 nm and 700 nm (FIG. 2). To compare the optical properties, a reference transparent OPV was prepared by replacing the CF unit and the attached MoO 3 layer by an oxide-metal-oxide (OMO) transparent electrode formed of MoO 3 , Ag, and MoO 3 layers (Fig. 1C). The three layers were fabricated to thicknesses of 1 nm, 10 nm, and 20 nm, respectively, which maximized the average visible light transmittance of the OPV to 35% (FIG. 3).
도 1b의 오른쪽 패널에 나타낸 바와 같이, 상기 CF는 고정 두께의 2 개의 Ag 층들(제 1 금속 층 및 제 2 금속 층) 사이의 다양한 두께의 TiOx 필름 유전체 층으로 형성된다. 상기 유닛에 입사된 빛은 2 개의 Ag 층 사이에서 반사됨으로써 간단한 FP 공진을 진행한다. 각각의 Ag 층이 각각의 스킨 깊이보다 얇기 때문에, 공진 광은 자유 공간으로 유출되어 캐비티의 컬러 필터링 기능을 구현할 수 있다. 상기 공진의 피크 강도 및 폭은 상기 2 개의 Ag 층 두께의 각각을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 20 nm 두께 초과에서, 더 얇은 Ag 층의 경우 더 높은 피크 강도와 더 큰 피크 폭을 달성할 수 있다. 20 nm 두께 미만에서, 약화된 광학적 제한으로 인해 피크 강도가 감소한다. 후술하는 TiOx의 전자빔 증발 동안 표면 거칠기의 증가, 전기 전도성의 손실, 및 유기 활성층에 대한 손상의 민감성을 포함하는 실시적 고려사항들 때문에 25 nm에 가까운 Ag 층 두께가 가장 높은 투과율을 나타냈지만, 본 발명자발명자들은 상기 내부 Ag 층(제 1 금속 층) 및 외부 Ag 층(제 2 금속 층)에 대해 각각 35 nm 및 25 nm의 두께를 사용했다. 이러한 두께는 상기 내부 Ag 층이 감소된 표면 거칠기, 높은 전기 전도성, 비-공진 광에 대한 높은 반사율, 및 제조 중 상기 활성층에 대한 보호로 인해 낮은 광학적 손실을 제공함을 보장하였고, 한편 상기 외부 Ag 층은 공진 품질에 반하여 투과 효율을 최적화하는 것으로 밝혀졌다. 상기 MoO3 정공 수송층과 계면하고 있는 상기 내부 Ag 층은 정공 추출을 위해 전기적으로 컨택트되어 5.9 Ω/sq의 측정된 시트 저항을 갖는 애노드(anode)로서 효과적으로 작용하였다.As shown in the right panel of FIG. 1B, the CF is formed of TiO x film dielectric layers of varying thickness between two Ag layers of fixed thickness (the first metal layer and the second metal layer). The light incident on the unit is reflected between the two Ag layers to proceed a simple FP resonance. Since each Ag layer is thinner than the skin depth of each skin, the resonant light can flow out into the free space to realize the color filtering function of the cavity. The peak intensity and width of the resonance can be adjusted by varying each of the two Ag layer thicknesses. Above 20 nm thick, higher peak intensities and larger peak widths can be achieved for thinner Ag layers. Below 20 nm thickness, the peak intensity decreases due to the weakened optical constraints. Although the Ag layer thicknesses close to 25 nm exhibited the highest transmittance due to practical considerations, including increased surface roughness, loss of electrical conductivity, and susceptibility to damage to the organic active layer during electron beam evaporation of TiO x described below, The present inventors used a thickness of 35 nm and 25 nm for the inner Ag layer (first metal layer) and the outer Ag layer (second metal layer), respectively. This thickness ensures that the inner Ag layer provides low optical loss due to reduced surface roughness, high electrical conductivity, high reflectivity for non-resonant light, and protection against the active layer during fabrication, while the outer Ag layer Has been found to optimize the transmission efficiency against resonance quality. The inner Ag layer at the interface with the MoO 3 hole transport layer was electrically contacted for hole extraction and effectively acted as an anode with a measured sheet resistance of 5.9 Ω / sq.
TiOx는 가시광 범위에서 높은 굴절률, 무시할만한 광학 손실 (도 4a 내지 도 4c), 및 진공 증착 기술을 통한 제조가 용이하기 때문에 캐비티의 유전체 성분으로 선택되었다. 상기 높은 굴절률은 공명이 더 좁은 공간으로 제한되도록 하며, 이는 상기 디바이스가 소형의 형태로 실현되도록 한다. 기본 FP 공진은 2 개의 Ag 층 사이에서 반사된 반파장의 간섭에 의해 결정되므로, TiOx 막의 두께는 공진의 스펙트럼 위치를 정의한다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은 각각 청색, 녹색, 및 적색의 공진에 해당하는 차별화된 두께를 갖는 TiOx의 3 개의 필름을 제조하였다. 수직으로 입사하는 태양광의 전체 스펙트럼을 수신하면, 상기 필터는 비-공진 광을 반사시키면서 공진 대역의 광을 선택적으로 투과시킨다. OPV에 통합되면, 상기 메커니즘은 상기 활성 물질이 반사된 광을 이용하여 추가적인 전하 생성을 일으키는 것을 허용한다.TiO x was chosen as the dielectric component of the cavity because of its high refractive index in the visible range, negligible optical loss (FIGS. 4A-4C), and ease of manufacture through vacuum deposition techniques. The high refractive index allows confinement to be confined to a narrower space, which allows the device to be realized in a compact form. Since the fundamental FP resonance is determined by the half-wave interference reflected between the two Ag layers, the thickness of the TiO x film defines the spectral location of the resonance. As shown in Fig. 1B, we have produced three films of TiO x with differentiated thickness corresponding to blue, green, and red resonance, respectively. Upon receipt of the entire spectrum of vertically incident sunlight, the filter selectively transmits the light in the resonant band while reflecting non-resonant light. Once incorporated into the OPV, the mechanism allows the active material to cause additional charge generation using the reflected light.
분리된 Ag-TiOx-Ag 캐비티의 컬러 필터링 기능은 도 5a 내지 도 5c에 나타냈다. 도 5a는 전달 매트릭스 방법을 사용하여 상기 CF 공명 파장에 대한 TiOx 두께의 계산된 의존성을 보여준다. TiOx 층의 측정된 굴절률 (도 4)과 Johnston과 Christy의 도표화된 Ag의 굴절률이 캐비티를 모델링하는데 사용되었다. 달성할 수 있는 최대 투과율을 나타내기 위해, 2 개의 Ag 층 두께는 모두 25 nm로 고정되었고, 이것은 75% ~ 79%의 가장 높은 투과 효율을 나타낼 것으로 예상되었다. 도 5a는 상기 기본 캐비티 공진에서 피크 투과가 40 nm ~ 100 nm 범위의 TiOx 두께에 대해 400 nm ~ 700 nm의 전체 가시광 범위에 확장되어 있음을 나타낸다. 상기 두께와 파장 범위 내에서 고차 공진 모드가 거의 없기 때문에 가시광 투과율이 스펙트럼 적으로 순수하게 유지된다. 적색 투과에 해당하는 100 nm 근처의 TiOx 두께에서 2차(second order) FP 공명이 스펙트럼의 청색 말단에 나타나기 시작하여, 투과된 색을 700 nm 미만의 파장에서 스펙트럼적으로 순수하게 제한한다. 50 nm, 65 nm, 및 90 nm의 TiOx 두께는 각각 481 nm, 540 nm, 및 647 nm의 파장을 중심으로 하는 청색, 녹색, 및 적색 투과 대역을 나타내기 위해 선택되었다.The color filtering function of the isolated Ag-TiO x -Ag cavity is shown in Figures 5A-5C. Figure 5a shows the calculated dependence of the TiO x thickness on the CF resonance wavelength using the transfer matrix method. The measured refractive index of the TiO x layer (FIG. 4) and the refractive index of the diagrammed Ag of Johnston and Christy were used to model the cavity. To show the maximum transmittance achievable, the two Ag layer thicknesses were all fixed at 25 nm, which was expected to exhibit the highest transmission efficiency of 75% to 79%. 5A shows that the peak transmission in the basic cavity resonance extends over the entire visible light range of 400 nm to 700 nm with respect to the TiO x thickness in the range of 40 nm to 100 nm. The visible light transmittance is kept spectrally pure since there is little higher order resonance mode within the thickness and the wavelength range. At a TiO x thickness of about 100 nm, corresponding to the red transmission, the second order FP resonance begins to appear at the blue end of the spectrum, limiting the transmitted color spectrally to a wavelength below 700 nm. The TiO x thicknesses of 50 nm, 65 nm, and 90 nm were selected to represent the blue, green, and red transmission bands centered at wavelengths of 481 nm, 540 nm, and 647 nm, respectively.
상기 계산된 결과는 청색, 녹색, 및 적색 CF 유닛을 제조하여 증명되었다. 각각의 FP 캐비티는 유리 기재 상에 1 nm 이하의 두께의 Ge 웨팅층(wetting layer)을 증착한 후 전자 빔 증발기를 사용하여 Ag, TiOx, Ge, 및 Ag를 순차적으로 증착함으로써 제조되었다. 상기 TiOx와 Ag 층 사이에 Ge 층을 포함시키는 것은 상기 외부 Ag 층에서 유래하는 표면 거칠기로 인한 손실을 억제함으로써 상기 CF 투과율을 향상시키는데 필요했다. 고유의 흡수를 최소화하기 위해 Ge 층의 두께도 1 nm 미만으로 유지되었다. 상기 CF 구성요소들의 실제 두께와 CF의 광학 파라미터는 표 1에 자세히 설명되어 있다.The calculated results were verified by manufacturing blue, green, and red CF units. Each FP cavity was fabricated by sequentially depositing Ag, TiO x , Ge, and Ag using an electron beam evaporator after depositing a Ge wetting layer with a thickness of 1 nm or less on a glass substrate. The inclusion of a Ge layer between the TiO x and Ag layers was necessary to improve the CF transmittance by suppressing loss due to surface roughness resulting from the outer Ag layer. The thickness of the Ge layer was also kept below 1 nm to minimize the inherent absorption. The actual thicknesses of the CF components and the optical parameters of CF are detailed in Table 1.
하기 표 1은, CF 구성요소들의 실제 두께 및 CF 유닛의 광학 파라미터를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the actual thickness of the CF components and the optical parameters of the CF unit.
광학 파라미터Optical parameter
GeGe
층 layer
((
웨팅층Wetting layer
))
((
제 2Second
금속층Metal layer
))
((
유전체층Dielectric layer
))
GeGe
층 layer
(웨팅층)(Wetting layer)
((
제 11st
금속층Metal layer
))
투과Permeation
[%][%]
공진 파장Resonant wavelength
[nm][nm]
도 5b는 상기 3 가지 컬러 필터의 이론적 응답과 측정된 응답을 모두 설명한다. 청색, 녹색, 및 적색 컬러 필터 각각에 대해 측정된 피크 위치, 피크 투과 효율 53%, 63%, 및 45.5% 및 피크 폭은 투과 매트릭스 계산에 의해 정성적으로 모델링된다. 피크 특성의 약간의 차이는 모델링된 굴절률의 부정확성, 표면 거칠기로 인한 광학 손실, 및 실제 두께와 모델링된 두께 사이의 불일치 때문일 수 있다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 불필요한 스펙트럼 피크가 거의 없고 스펙트럼적으로 순수한 색의 투과는, 백색 광원 전에 이미징된 각각의 필터에서 명확히 정의된 색조로부터 확인할 수 있다. Figure 5b illustrates both the theoretical and measured responses of the three color filters. The measured peak positions, peak transmission efficiencies 53%, 63%, and 45.5%, and peak width for each of the blue, green, and red color filters are qualitatively modeled by transmission matrix calculations. Some slight differences in peak properties may be due to the inaccuracy of the modeled refractive index, the optical loss due to surface roughness, and the discrepancy between the actual thickness and the modeled thickness. As shown in FIG. 5C, transmission of spectrally pure color with little or no unnecessary spectral peaks can be confirmed from the hue clearly defined in each filter imaged before the white light source.
광대역 흡수 OPV에 상이한 색들에 대하여 반투명성을 부여하기 위해, 상기 CF가 상기 OPV에 애노드로서 통합되었다. 상기 CF-통합 OPV는, 이것의 노출된 면이 열 증발을 통해 미리 준비된 Ag 막인 역전된 OPV 상에 전자빔 증착을 통해 다양한 두께의 TiOx, 두께 1 nm 이하의 Ge 웨팅층 및 25 nm 두께의 Ag 층을 순차적으로 형성함으로써 제조되었다. 전술한 바와 같이, 후술하는 TiOx 증발 공정에서 유기 활성층의 손상을 방지하기 위해, 상기 CF 유닛의 내부 Ag 층의 두께를 25 nm ~ 35 nm로 변경하였다. 계산 결과에 따르면 이러한 변화로 인해 최대 투과 효율이 2~7% 감소하지만, 상기 청색, 녹색, 및 적색 CF의 경우 스펙트럼 피크 위치는 6 nm ~ 8 nm 내에 머물러있다 (도 6). 비교를 위해, 기준 투명 OPV가 동일한 활성층 및 두께로 제조되었다. 상기 OPV 및 투명한 디바이스의 제조 세부사항은 방법 섹션에서 더 자세히 설명된다. 상기 OPV 상에 제조된 CF 구성요소의 실제 두께와 상기 디바이스의 광학 파라미터는 표 2에 설명되었다.To impart translucency to the different colors in the broadband absorption OPV, the CF was incorporated as an anode in the OPV. The CF-integrated OPV was fabricated by depositing TiO x , a Ge wetting layer with a thickness of 1 nm or less, and a Ge wetting layer with a thickness of 25 nm, on the reversed OPV, the exposed surface of which was exposed through heat evaporation, Layer on a substrate. As described above, in order to prevent damage to the organic active layer in the TiO x evaporation process described later, the thickness of the inner Ag layer of the CF unit was changed from 25 nm to 35 nm. According to the calculation results, the maximum transmission efficiency is reduced by 2 to 7% due to such a change, but the spectral peak position for the blue, green, and red CFs remains within 6 nm to 8 nm (FIG. For comparison, a reference transparent OPV was made with the same active layer and thickness. The manufacturing details of the OPV and the transparent device are described in more detail in the Methods section. The actual thickness of the CF component fabricated on the OPV and the optical parameters of the device are described in Table 2.
하기 표 2는, CF 구성요소의 실제 두께 및 CF-통합 OPV의 광학 파라미터를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the actual thickness of the CF component and the optical parameters of the CF-integrated OPV.
광학 파라미터Optical parameter
((
제 11st
금속층Metal layer
))
(유전체 층)(Dielectric layer)
((
웨팅층Wetting layer
))
((
제 2Second
금속층Metal layer
))
별개의 광학 상수의 부가적인 층이 금속 성분을 사용하는 공진 구조체에 추가될 때, 유전체 환경의 변화는 투과 피크에서 스펙트럼 변위(shift)를 유도하고, 유전률 함수의 허수 부분이 투과 피크 강도를 감소시킬 것으로 예상된다. 따라서, CF 유닛과 OPV를 모두 포함하는 전체 디바이스 구조를 고려하는 것이 특정 투과 파장과 피크 강도를 목표로 하기 위해서 일반적으로 필요하다. 상기 모드 체적이 유전체 환경으로 확장되기 때문에 상기 공명의 스펙트럼 변위가 표면 플라즈몬 필터에서 특히 두드러지게 나타난다. 도 4a 내지 도 4c는, 도 5a 내지 도 5c에 나타낸 바와 같이, 동일한 TiOx 및 외부 Ag 크기(dimension)를 채용하는 상기 CF-통합 OPV의 광학적 특성을 설명한다. 그러나, 상기 내부 Ag 층은 35 nm로 수정되어 위에서 설명한 실험 수정을 모델링했다. 상기 OPV에 대한 전달 매트릭스 계산은 PTB7-Th:PC71BM, MoO3, ZnO, 및 ITO의 종래 도표화된 광학 상수를 사용하여 수행되었다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, TiOx 두께 및 파장의 함수로서 상기 디바이스의 투과 효율은, 내부 Ag 층 두께가 10 nm 증가하고 높은 지수의 유전 매질의 첨가에도 불구하고, 상기 순수한 CF (도 5a)와 매우 유사한 분산 특성을 나타낸다. 정밀 검사 결과는, 이러한 두 가지 변경으로 인해 청색에서 적색으로의 투과 대역에서 각각 5 nm에서 10 nm까지 증가하는 CF 스펙트럼 피크 위치에서 청색 변위가 발생하는 것을 나타냈다. 상기 작은 스펙트럼 변위는 2 개의 Ag 층 사이에 한정된 FP 공진 모드 체적에 주로 기인하며, 이는 캐비티 외부에서 발생하는 유전체 환경의 변화에 대한 내성(tolerance)을 제공한다. 이러한 거동은 상기 OPV와 독립적으로 상기 CF 유닛을 설계함으로써 원하는 색을 목표로 하는 자유를 제공할 수 있으며, 전하 수송 특성들로부터 스펙트럼 투과 응답을 분리하는 설계 전략을 가능하게 한다.When an additional layer of a separate optical constant is added to the resonant structure using a metal component, a change in the dielectric environment induces a spectral shift in the transmission peak and an imaginary part of the dielectric constant function reduces the transmission peak intensity . Therefore, it is generally necessary to consider the entire device structure, including both the CF unit and the OPV, to target specific transmission wavelengths and peak intensities. Because the mode volume extends into the dielectric environment, the spectral displacement of the resonance is particularly pronounced in surface plasmon filters. Figures 4A-4C illustrate the optical properties of the CF-integrated OPV employing the same TiO x and external Ag dimensions, as shown in Figures 5A-5C. However, the internal Ag layer was modified to 35 nm to model the experimental modifications described above. The transfer matrix calculations for the OPV were performed using conventional tabulated optical constants of PTB7-Th: PC 71 BM, MoO 3 , ZnO, and ITO. As shown in FIG. 4A, the transmission efficiency of the device as a function of TiO x thickness and wavelength increases with the inner Ag layer thickness by 10 nm and despite the addition of a high index dielectric medium, the pure CF (FIG. 5A) and Exhibit very similar dispersion characteristics. The results of the close inspection showed that these two changes resulted in a blue displacement at the CF spectral peak position increasing from 5 nm to 10 nm in the transmission band from blue to red respectively. The small spectral displacement is mainly due to the FP resonant mode volume defined between the two Ag layers, which provides tolerance to changes in the dielectric environment occurring outside the cavity. This behavior can provide the freedom to target the desired color by designing the CF unit independently of the OPV and enables a design strategy to separate the spectral transmission response from the charge transport properties.
도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 활성 물질의 흡수 때문에, 상기 계산된 피크 강도는, 3 개의 분리된 CF (도 5a, 도 5b) 각각 약 75% ~ 79%로부터, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV의 경우 31.7%, 30.3%, 및 26%로 감소하는 것으로 나타났다. 상기 거동은 상기 CF-통합 OPV의 투과 측정을 통해 정성적으로 확인되었다. 계산된 투과 응답과 실험 투과 응답 사이의 약간의 차이는 실제 및 도표화된 굴절률과 실제 및 계산된 층의 두께 사이의 불일치에 기인한다. 더 중요한 것은, 상기 CF-통합 OPV의 색은 스펙트럼적으로 순수하며, 대학 로고가 인쇄된 흰 종이를 통해 빛이 조사된 상기 CF-통합 OPV의 이미지에서 볼 수 있다 (도 4c). 본 발명자들은 이전에 보고된 FP 캐비티 기반의 반투명 컬러 OPV와 비교하여 우수한 채도를 주목하였다. 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV의 투과 피크의 스펙트럼 폭은 각각 61.6 nm, 46.4 nm 및 37.3 nm로 측정되었고, 이것은 Ag 활성층-Ag 캐비티-기반 설계로부터 발견된 ~100 nm 폭보다 훨씬 좁은 것이다. 계산된 투과 스펙트럼이 상기 스펙트럼의 청색 말단 부분에서 2차 FP 공명의 테일(tail)을 포함하는 도 5b의 적색 CF와 달리, 상기 적색 CF-통합 OPV는, 스펙트럼적으로 순수한 적색 광의 투과를 확인하는, 전체 스펙트럼에서 깨끗한 백그라운드를 나타낸다. 이것은 주로 활성층에 의한 흡수를 통한 2 차 공진의 억제와 함께, 더 두꺼운 내부 Ag 층에 의해 유도된 FP 공명의 청색 변위와 상기 CF 유닛 상에 유전체 매질의 첨가에 주로 기인된다. 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 상기 필터는 양방향성을 나타냈다. 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV의 대표적인 계산 및 측정 둘 다는 상기 OPV의 상부 및 하부에서 수직으로 입사되는 광에 대해 동일한 투과 응답을 생성하는 것으로 나타났다. TE(Transverse Electric), TM(Transverse Magnetic), 및 편광되지 않은 광에 대한 입사 조사각에 대한 공명의 의존성 또한 도 9a 내지 도 9c에서 분석되었다. 조명의 입사각을 75°까지 증가시키면, TE 편광된 광 하에서 상기 공진 파장은 청색 디바이스의 경우 480 nm에서 453 nm (480 nm ~ 457 nm) 및 상기 적색 디바이스의 경우 663 nm에서 607 nm (663 nm ~ 626 nm)로의 청색 변위가 예상되었다. 이것은, 각각의 컬러 밴드 (color band)의 긴 파장 말단에 위치되도록 각각의 필터의 공진을 설계함으로써, 하나의 특정 색에서 상이한 색으로의 변화가 최소화될 수 있음을 암시한다. 거의 90°로 기울어진 경우에도 편광되지 않은 백색 광원 앞에 놓인 각각의 CF-통합 OPV의 색상이 청색, 녹색, 또는 적색을 유지하는 것이 관찰되었다.As shown in Figures 4a and 4b, due to the absorption of the active material, the calculated peak intensities are from about 75% to 79%, respectively, of three separate CFs (Figures 5a, 5b) Red CF-integrated OPV decreased to 31.7%, 30.3%, and 26%, respectively. This behavior was qualitatively confirmed through the transmission measurement of the CF-integrated OPV. The slight difference between the calculated and the experimental transmission response is due to the discrepancy between the actual and tabulated refractive indices and the thickness of the actual and calculated layers. More importantly, the color of the CF-integrated OPV is spectrally pure and can be seen in the image of the CF-integrated OPV illuminated through a white paper printed with the university logo (FIG. 4c). The present inventors have noticed excellent saturation compared to the previously reported FP cavity based translucent color OPV. The spectral widths of the transmission peaks of blue, green and red CF-integrated OPV were measured at 61.6 nm, 46.4 nm and 37.3 nm, respectively, which is much narrower than the ~100 nm width found from the Ag active layer-Ag cavity-based design . Unlike the red CF of FIG. 5B, where the calculated transmission spectrum includes the tail of the secondary FP resonance at the blue end of the spectrum, the red CF-integrated OPV can be used to confirm the transmission of spectrally pure red light , Indicating a clean background in the entire spectrum. This is mainly due to the blue displacement of the FP resonance induced by the thicker inner Ag layer and the addition of the dielectric medium onto the CF unit, primarily with the suppression of the second resonance through absorption by the active layer. As shown in Figs. 8A and 8B, the filter exhibited bidirectionality. Both representative calculations and measurements of blue, green, and red CF-integrated OPVs appeared to produce the same transmission response for vertically incident light at the top and bottom of the OPV. The dependence of resonance on the incident angle of incidence on TE (Transverse Electric), TM (Transverse Magnetic), and unpolarized light was also analyzed in Figs. 9A-9C. If the angle of incidence of the illumination is increased to 75 °, the resonant wavelength under TE polarized light is 453 nm (480 nm to 457 nm) at 480 nm for the blue device and 663 nm (663 nm- 626 nm) was expected. This implies that the change from one specific color to a different color can be minimized by designing the resonance of each filter to be positioned at the long wavelength end of each color band. It has been observed that the color of each CF-integrated OPV placed in front of an unpolarized white light source remains blue, green, or red even when tilted at nearly 90 [deg.].
상기 투명 OPV와 상기 CF-통합 OPV 사이의 흡수의 이론적 비교는 CF-전극을 사용하여 향상된 전하 생성을 위한 기회를 입증하기 위해 FDTD (finite difference time domain) 계산을 통해 수행되었다. 도 7a는 상기 3 개의 CF-통합 OPV 및 상기 투명한 OPV 각각에 대해 면외 (out-of-plane) z-위치를 따라 플롯된 소스 전력 (source power)에 의해 정규화된 흡수 밀도를 설명한다. 상기 플롯은 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV의 흡수 스펙트럼의 최소값을 각각 나타내는 476 nm, 533 nm 및 637 nm의 파장에서 계산되었다. z = 0 nm 미만에서, 모든 층과 두께는 투명 및 CF-통합 OPV에 대해 동일하다. 그러나, z = 0 nm 초과에서, 상기 CF-통합 OPV는 MoO3 정공 수송층과 CF 전극을 사용하는 반면, 상기 투명 OPV는 OMO 전극을 사용한다. 모든 경우에 있어서, 예상대로 상기 흡수는 주로 상기 활성 PTB7-Th:PC71BM 층에 집중되고, 상이한 층에서는 무시할 만하다. 상기 CF-전극을 이용한 경우, 상기 활성 물질은 상기 CF의 투명 윈도우의 외부 파장에서 투명 OMO보다 39% ~ 77% 더 많은 빛을 흡수한다는 것을 알 수 있다. 이것은 CF-전극이 비-공진 광을 상기 활성 물질 내로 효과적으로 반사시켜, 부가적인 전하 생성에 기여할 수 있음을 나타낸다.The theoretical comparisons of the absorption between the transparent OPV and the CF-integrated OPV were performed by calculating the finite difference time domain (FDTD) to demonstrate the opportunity for enhanced charge generation using CF-electrodes. FIG. 7A illustrates the absorption density normalized by the source power plotted along the out-of-plane z-position for each of the three CF-integrated OPVs and the transparent OPVs. The plot was calculated at wavelengths of 476 nm, 533 nm, and 637 nm, respectively, which represent the minimum values of the absorption spectra of blue, green, and red CF-integrated OPV, respectively. Below z = 0 nm, all layers and thickness are the same for transparent and CF-integrated OPV. However, above z = 0 nm, the CF-integrated OPV uses a MoO 3 hole transport layer and a CF electrode whereas the transparent OPV uses an OMO electrode. In all cases, as expected, the absorption is mainly concentrated in the active PTB7-Th: PC 71 BM layer and negligible in the different layers. When the CF-electrode is used, it can be seen that the active material absorbs 39% to 77% more light than the transparent OMO at the external wavelength of the CF transparent window. This indicates that the CF-electrode can effectively reflect non-resonant light into the active material, contributing to additional charge generation.
도 7b에 나타낸 바와 같이, 상기 3 개의 CF-통합 OPV 및 상기 투명 OPV에 대한 정규화된(normalized) 흡수 밀도는 상기 활성 PTB7-Th:PC71BM 층의 폭에 대하여 적분되고 모든 파장에 대해 플롯되어 활성층에서의 흡수의 스펙트럼 거동을 나타낸다. 상기 투명 OPV는 상기 활성 물질이 균일한 흡수 성질을 나타내는, 가시광 범위에 걸쳐 특징 없는 스펙트럼을 나타내지만, 활성 물질이 강하게 흡수하지 않는 730 nm 이상에서는 컷오프(cutoff)를 나타낸다. 동일한 상기 활성층 두께를 포함하는 상기 3 개의 CF-통합 OPV 각각은 스펙트럼 투명 윈도우를 제외하고 모든 파장에서 투명한 OPV보다 더 많이 흡수하는 것을 알 수 있었고, 여기서 흡수의 국부 최소값은 상기 투명한 OPV의 흡수와 일치하는 것으로 관찰될 수 있다. 도 7c에 나타낸 바와 같이, 이러한 흡수 스펙트럼으로부터, 본 발명자들은 투명 OPV에 비해 상기 3 가지 CF-통합 OPV의 흡수 향상을 추출했다. 예상한 바와 같이, 흡수 최소값에서는 거의 향상이 일어나지 않았지만, 상기 최소값을 벗어난 파장에서는 20% ~ 94% 사이의 상대적 향상이 발견되었다. 상기 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV에 대해 400 nm 및 500 nm의 파장에서 각각 84%, 95% 및 94%의 가장 큰 상대적 향상이 발견되었다.As shown in FIG. 7B, the normalized absorption densities for the three CF-integrated OPVs and the transparent OPVs are integrated over the width of the active PTB7-Th: PC 71 BM layer and plotted for all wavelengths The spectral behavior of the absorption in the active layer is shown. The transparent OPV exhibits an uncharacterized spectrum over the visible light range, where the active material exhibits uniform absorption properties, but exhibits a cutoff above 730 nm where the active material does not strongly absorb. It was found that each of the three CF-integrated OPVs containing the same active layer thickness absorbed more than the transparent OPV at all wavelengths except for the spectral transparent window, where the local minimum of the absorption coincided with the absorption of the transparent OPV . ≪ / RTI > As shown in Fig. 7C, from this absorption spectrum, we extracted the absorption enhancements of the three CF-integrated OPVs compared to the transparent OPVs. As expected, there was little improvement in the absorption minimum, but a relative improvement between 20% and 94% was found at wavelengths outside the minimum. The largest relative improvements of 84%, 95% and 94% at wavelengths of 400 nm and 500 nm for the blue, green and red CF-integrated OPVs were found, respectively.
실험 데이터와 비교하기 위해, 투명 OPV에 비해 임의 색의 CF-통합 OPV에 대한 단락 전류 밀도 J SC 의 향상을 계산했다. 도 7d에 나타낸 바와 같이, 40 nm 내지 100 nm의 TiOx 두께가 가시광 범위에 걸친 투과 피크 위치들을 제공하도록 모델링되었다. 모든 유형의 CF-통합 OPV에 대한 J SC 향상이 39% ~ 41%의 좁은 범위 내에 머무르는 것을 볼 수 있었다.For comparison with the experimental data, an improvement in the short-circuit current density J SC for a CF-integrated OPV of arbitrary color relative to a transparent OPV was calculated. As shown in Figure 7d, a TiO x thickness of 40 nm to 100 nm was modeled to provide transmission peak positions over the visible range. I could see J SC improved for all types of integrated CF- OPV stay within a narrower range of 39% ~ 41%.
이것은 고정 두께의 PTB7-Th:PC71BM을 사용하는 OPV의 경우, CF 전극의 사용이, 투과된 색의 유형에 관계없이, 최적화된 OMO 전극보다 AM1.5 태양광 하에서 거의 40% 더 많은 전류를 일관되게 생성할 수 있음을 나타낸다. 이러한 일관성은 서로 상이한 색의 디바이스들 간에 균일한 광전지 특성을 보장함으로써 컬러 발전 윈도우에서 상기 OPV의 실제 구현을 용이하게 한다.For OPV with a fixed thickness of PTB7-Th: PC 71 BM, the use of a CF electrode is almost 40% greater under AM1.5 sunlight than the optimized OMO electrode, regardless of the type of transmitted color Can be generated consistently. This consistency facilitates the actual implementation of the OPV in the color development window by ensuring uniform photovoltaic characteristics between devices of different colors.
계산에 의해 예측된 경향성을 확인하기 위해 제조된 CF-통합 OPV의 디바이스 측정을 수행하였다. 도 10a는 제조된 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV 및 투명 OPV의 전류 밀도-전압 (J-V) 곡선을 나타내며, 그 광학 특성은 도 4 및 7에 설명하였다. 흥미롭게도, 상기 3 개의 CF-통합 OPV에 대해 투과 색상의 뚜렷한 차이가 있음에도 불구하고, 상기 디바이스들 사이의 J-V 특성을 구별하기가 어렵다. 이것은 임의 색의 CF-통합 OPV가 일관된 디바이스 성능을 생성할 수 있음을 확인한다. 3 가지 CF-통합 OPV는 모두 투명 OPV에 비해 J sc 값이 청색, 녹색, 및 적색 디바이스의 경우 각각 34.10(±0.02)%, 32.84(±0.03)% 및 32.38(±0.03)% 향상되었다 (표 3). 이러한 값들은 계산에 의해 예측된 좁은 범위이지만, 도 7d에 나타낸 39%~41%의 예측된 향상보다 낮다.A device measurement of the fabricated CF-integrated OPV was performed to confirm the predicted tendency by calculation. Figure 10a shows the current density-voltage (JV) curves of the blue, green, and red CF-integrated OPVs and transparent OPVs produced, and their optical properties are illustrated in Figures 4 and 7. Interestingly, despite the distinct differences in transmission color for the three CF-integrated OPVs, it is difficult to distinguish the JV characteristics between the devices. This confirms that arbitrary color CF-integrated OPVs can produce consistent device performance. 3 kinds of integrated CF- OPV both J sc value was improved blue, green, and red if the device respectively 34.10 (± 0.02)%, 32.84 (± 0.03)% , and 32.38 (± 0.03)%, compared to the transparent OPV (Table 3). These values are a narrow range predicted by calculation, but lower than the predicted improvement of 39% to 41% shown in FIG. 7D.
하기 표 3은, AM 1.5G 광조사 하에서의 광전지 성능 파라미터 및 CF-통합 OPV의 피크 투과를 나타낸 것으로서, 하기 표 3에서 a)는 최대 PCE/JSC를 갖는 디바이스로부터의 표준 편차를 표시한 JSC이고, b)는 표준 편차를 표시한 최대 PCE/PCE이고, c)는 최대 PCE 향상을 의미한다.Table 3 below shows the peak transmission of photocell performance parameters and CF-integrated OPV under AM 1.5G light irradiation, To Table 3 a) is maximum, PCE / J SC a J show the standard deviation from the device having SC, b) is the maximum PCE / PCE to display the standard deviation, c) means the maximum PCE improved.
[V][V]
[mA/[mA /
cmcm
22
]]
[%][%]
[%][%]
[%][%]
투과Permeation
[%][%]
J SC 향상도의 저하를 이해하고 계산된 흡수 스펙트럼의 경향성을 확인하기 위해, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 상기 CF-통합 OPV의 외부 양자 효율 (EQE)을 측정했다. 상기 EQE는 디바이스에 입사하는 빛에 의한 광전 변환 효율을 나타내므로, 상기 디바이스의 활성층의 흡수 및 내부 양자 효율의 함수이다. CF-공진 근처에서 스펙트럼적으로 위치된 EQE 최소값 및 각각의 투명 윈도우 외부에서 상기 투명한 OPV에 비해 우수한 EQE와 같은 CF-통합 OPV의 EQE 스펙트럼의 일부 특징들은 비-공진 광에 대한 상기 CF의 컬러 필터링 기능 및 거울과 같은 거동의 표시이다. 그러나, 각각의 CF-통합 OPV에 대해 측정된 EQE는 가시광 범위에서 계산된 흡수 (도 7b)보다 약 20% 더 낮아서, 전하 재조합으로 인해 IQE가 100%에 도달하지 못하는 내부 양자 효율을 제시한다. In order to understand the degradation of the J SC improvement and to confirm the tendency of the calculated absorption spectrum, the external quantum efficiency (EQE) of the CF-integrated OPV was measured as shown in Fig. The EQE is a function of the absorption of the active layer of the device and the internal quantum efficiency since it represents photoelectric conversion efficiency due to light incident on the device. Some characteristics of the EQE spectrum of the CF-integrated OPV, such as the EQE minimum located spectrally near the CF resonance and the EQE superior to the transparent OPV outside each transparent window, Function and mirror-like behavior. However, the measured EQE for each CF-integrated OPV is about 20% lower than the calculated absorption in the visible range (FIG. 7b), suggesting an internal quantum efficiency where IQE does not reach 100% due to charge recombination.
투명한 OPV에 비해 CF-통합 OPV의 EQE에서의 향상은 도 10b에서 추출되었고, 도 10c에 나타낸 바와 같이 강하고 약한 향상 영역을 구별한다. 예상한 바와 같이, 스펙트럼 투명도 윈도우 내에서 약한 향상 또는 향상이 없는 것이 발견될 수 있다. 그러나, 계산된 흡수 향상에서 발견된 경향과는 달리, 단파장에서 상기 EQE의 큰 감소가, 그리고 장파장에서 상기 EQE의 향상이 체계적으로 발견되었다. 30~40%의 감소량 정도와 상기 측정된 EQE (도 10b)와 계산된 흡광도 (도 7b)의 비교로부터 판단할 때, 본 발명자들은 주로 짧은 파장에서 변경된 흡수 특성에서 비롯된 것으로서 위에서 설명한 J SC 향상의 저하를 확인할 수 있다. 상기 변경에 대한 강한 가능성은 상기 제조 공정에 기인할 수 있으며, 하기에 설명된 대로 디바이스 거동에서 비가역적 변화가 있음을 보여준다.The enhancement in the EQE of the CF-integrated OPV compared to the transparent OPV was extracted in Fig. 10b and distinguishes the strong and weak enhancement regions as shown in Fig. 10c. As expected, it can be found that there is no weak enhancement or enhancement within the spectral transparency window. However, unlike the trend found in the calculated absorption enhancement, a large decrease in the EQE at short wavelengths and an improvement in the EQE at long wavelengths were systematically found. From the comparison of the degree of reduction of 30-40% and the comparison of the measured EQE (FIG. 10B) and the calculated absorbance (FIG. 7B), the present inventors mainly focused on the J SC improvement described above Degradation can be confirmed. The strong likelihood of this change can be attributed to the manufacturing process and shows irreversible changes in device behavior as described below.
CF-통합 OPV의 경우 J SC 가 증가 했음에도 불구하고, V OC 는 상기 투명한 OPV의 경우 0.79 V로부터 상기 3 개의 CF-통합 OPV의 경우 0.75 V로 감소했다. 또한, 충전율 (Fill Factor, FF)은, 투명 OPV의 경우 0.63로부터 청색 CF-통합 OPV의 경우 0.52, 녹색 CF-통합 OPV의 경우 0.51, 적색 CF-통합 OPV의 경우 0.49로 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, J SC 의 증가에도 불구하고, V OC 와 FF의 감소는 상기 CF-통합 OPV의 PCE 향상을 제한한다. 상기 투명한 OPV에 대한 최상의 PCE는 4.39%였고, 이때 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV는 각각 4.54%, 4.46% 및 4.31%의 최고 PCE를 나타냈으며, 청색 및 녹색 디바이스의 경우 각각 3.42% 및 1.59%의 작은 향상 및 적색의 디바이스의 경우 1.82% 감소를 나타냈다. V OC decreased from 0.79 V for the transparent OPV to 0.75 V for the three CF-integrated OPVs despite the increase in J SC for CF-integrated OPVs. In addition, the fill factor ( FF ) decreased from 0.63 for the transparent OPV to 0.52 for the blue CF-integrated OPV, 0.51 for the green CF-integrated OPV and 0.49 for the red CF-integrated OPV. Thus, despite the increase in J SC , the reduction of V OC and FF limits the PCE enhancement of the CF-integrated OPV. The highest PCE for the transparent OPV was 4.39%, where the blue, green, and red CF-integrated OPVs showed the highest PCE of 4.54%, 4.46%, and 4.31%, respectively, and 3.42% for the blue and green devices A small improvement of 1.59% and a reduction of 1.82% for red devices.
V OC 및 FF의 저하는 TiOx의 증착 동안 상기 활성층에 가해진 손상에 기인하는 것으로 밝혀졌다. 전형적 CF-통합 OPV의 경우, 초고진공 하에서 유리/ITO/ZnO/PTB7-Th:PC71BM/MoO3/Ag 스택 상에 TiOx/Ge/Ag 층을 전자 빔 증발 증착시켰다 (도 11a). 도 11b 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은 일단 TiOx/Ge/Ag 층이 순차적으로 증착되면, J SC , V OC , 및 FF가 각각 평균 17.4%, 6.25%, 및 22.0%의 비율로 감소한다는 것을 발견했다.The degradation of V OC and FF was found to be due to damage to the active layer during the deposition of TiO x . For a typical CF-integrated OPV, a TiO x / Ge / Ag layer was electron beam evaporated on a glass / ITO / ZnO / PTB7-Th: PC 71 BM / MoO 3 / Ag stack under ultra-high vacuum (FIG. As shown in FIG. 11B and Table 4, the present inventors have found that J SC , V OC , and FF , once deposited on a TiO x / Ge / Ag layer sequentially, have an average of 17.4%, 6.25%, and 22.0% .
하기 표 4는 CF-통합 전후의 OPV의 Voc, Jsc, 및 FF를 나타낸 것이다:Table 4 below shows the V oc , J sc , and FF of the OPV before and after CF-
J SC 의 감소가 거의 불투명한 Ag 층으로부터 색 필터링 전극을 구축을 통한 투과율 증가에 부분적으로 기인될 수 있지만, 상기 V OC 및 FF의 감소는 광학 특성과 거의 관계가 없으므로, 상기 감소는 증발 과정에 의해 유발되는 상기 활성층의 비가역적인 변화 때문이다. 본 발명자들은 챔버에서 사용되는 소스와 샘플 사이의 거리가 멀고 측정된 흑체(black body) 온도가 PTB7-Th:PC71BM 필름의 최적화된 형태가 변경될 수 있는 80℃를 초과하지 않기 때문에, 열로 인한 손상을 배제한다. 상이한 손상 메커니즘은 동역학적으로 유도된 고에너지 TiOx 분자의 활성층에 대한 충격이다. 그러나, 35 nm 두께의 Ag 층은 고 에너지 TiOx가 PTB7-Th:PC71BM 층으로 침투하는 것을 방지하는 우수한 보호층으로서 작용해야 한다. 보다 적절한 이유는 가열된 소스로부터 발생된 UV 방사선에 디바이스를 노출시키는 것일 수 있다. 35 nm 두께의 Ag는 UV 방사선을 활성층으로 전달하여 전자 특성에 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있다. 도 12는 실제로 324 nm에서 30 nm 두께의 Ag 막에 대한 큰 UV 투과 피크를 보여준다. 본 발명자들은 V OC 및 FF의 감소가 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV의 TiOx 두께가 상이 함에도 불구하고 J-V 특성의 일관성으로부터 알 수 있듯이, TiOx 플럭스에 대한 디바이스의 노출 시간과는 무관하다는 것을 발견했다 (도 11b). 이것은 활성층이 증발 공정의 초기 단계에서만 손상을 입는다는 것을 시사한다. 일단 TiOx 막이 일정 두께까지 증착되면, UV 방사선은 TiOx 에 의해 효과적으로 흡수되어 더 이상의 손상을 방지한다. Although the decrease in J SC may be due in part to the increase in transmittance through the construction of the color filtering electrode from an almost opaque Ag layer, the reduction in V OC and FF has little to do with optical properties, Due to the irreversible change of the active layer caused by the above. The present inventors have found that since the distance between the source and the sample used in the chamber is long and the measured black body temperature does not exceed 80 DEG C at which the optimized form of the PTB7-Th: PC 71 BM film can be changed, It excludes damage caused by. The different damage mechanisms are the impact on the active layer of kinematically derived high energy TiO x molecules. However, a 35 nm thick Ag layer should act as an excellent protective layer to prevent high energy TiO x from penetrating into the PTB7-Th: PC 71 BM layer. A more suitable reason may be to expose the device to UV radiation generated from a heated source. Ag of 35 nm thickness can transmit irreversible UV radiation to the active layer, causing irreversible damage to the electronic properties. Figure 12 shows a large UV transmission peak for a 30 nm thick Ag film at 324 nm. The present inventors have found that the reduction of V OC and FF is independent of the exposure time of the device to the TiO x flux, as can be seen from the consistency of the JV characteristics despite the different TiO x thicknesses of the blue, green, and red CF- (Fig. 11 (b)). This suggests that the active layer is damaged only in the early stages of the evaporation process. Once the TiO x film is deposited to a certain thickness, the UV radiation is effectively absorbed by TiO x to prevent further damage.
이 연구를 위해 선택된 3 가지 기본 색 이외에도, 도 13에 나타낸 바와 같이, 거의 불투명한 OPV 기준의 J SC 값과 약간 상이한 J SC 값을 생성하는 능력과 함께 스펙트럼으로 순수한 다양한 색을 생성하는 능력이 추가로 입증되었다. 2 세트의 디바이스가 1 내지 6으로 라벨링된 일련의 CF-통합 OPV로 제조되었다. 각각의 세트는 약간 상이한 농도의 PTB7-Th:PC71BM 용액 (1, 2, 3, 5의 경우 20 mg/mL 및 4, 6의 경우 25 mg/mL)을 사용하여 제조되었다. 도 13a 내지 도 13c에 나타낸 바와 같이, CIE 색도계에서 sRGB 색 공간을 액세스하는 다양한 스펙트럼으로 순수한 색을 23% ~ 32.1% 범위의 최고 투과 효율로 얻었다. 도 13a는 대학 로고가 인쇄된 종이를 통해 빛이 조사되어 제조된 디바이스를 보여준다. 눈에 보이는 배경 로고에서 보이는 명확한 색조의 색과 투명도를 명확하게 관찰할 수 있다. 4.46%에서 5.10% 범위의 최상의 PCE 값이 이 시리즈에서 수득되었다. 광전지 및 광학 특성에 대한 자세한 내용은 표 5에 나타냈다. For this study, in addition to three base colors selected, adding the ability to also produce a substantially opaque OPV basis of J SC value and slightly different J different color pure spectrally with the ability to create a SC value as shown in Fig. 13 . Two sets of devices were fabricated with a series of CF-integrated OPVs labeled 1 to 6. Each set was prepared using slightly different concentrations of PTB7-Th: PC 71 BM solution (20 mg / mL for 1, 2, 3, 5 and 25 mg / mL for 4, 6). As shown in Figs. 13A to 13C, pure color was obtained with various spectrums accessing the sRGB color space in the CIE colorimeter with the highest transmission efficiency in the range of 23% to 32.1%. 13A shows a device manufactured by irradiating light through a paper on which a university logo is printed. You can clearly see the color and transparency of the clear hue seen in the visible background logo. The best PCE values in the range of 4.46% to 5.10% were obtained in this series. Details of the photovoltaic cell and optical characteristics are shown in Table 5.
하기 표 5는, AM 1.5G 광조사 하에서 6가지 CF-통합 OPV의 광전지 성능 파라미터 및 광학 파라미터를 나타낸 것으로서, 하기 표 5에서 a)는 최대 PCE/JSC를 갖는 장치로부터의 표준 편차를 표시한 JSC이고, b)는 표준 편차를 갖는 최대 PCE/PCE를 의미한다.Table 5 below shows photovoltaic performance parameters and optical parameters of six CF-integrated OPVs under AM 1.5G light irradiation, where a) in Table 5 below shows the standard deviation from the device with maximum PCE / J SC J SC , and b) denotes the maximum PCE / PCE with a standard deviation.
[V][V]
[V][V]
[mA/[mA /
cmcm
22
]]
JJ
scsc
a)a)
[mA/[mA /
cmcm
22
]]
FFFF
[%][%]
PCEPCE
b)b)
[%][%]
[%][%]
중앙center
[nm][nm]
[mg/[mg /
mL]mL]
11.7011.70
±0.91± 0.91
13.0613.06
±0.34± 0.34
4.724.72
±1.42± 1.42
7.017.01
±0.52± 0.52
11.6111.61
±0.17± 0.17
14.1814.18
±0.14± 0.14
4.324.32
±0.25± 0.25
7.397.39
±0.11± 0.11
11.4311.43
±0.18± 0.18
14.0714.07
±0.17± 0.17
4.284.28
±0.16± 0.16
7.197.19
±0.29± 0.29
11.7211.72
±0.16± 0.16
13.5313.53
±0.17± 0.17
4.804.80
±0.21± 0.21
7.117.11
±0.08± 0.08
11.8811.88
±0.20± 0.20
13.5613.56
±0.29± 0.29
5.035.03
±0.09± 0.09
7.117.11
±0.21± 0.21
11.7911.79
±0.23± 0.23
13.4513.45
±0.23± 0.23
4.824.82
±0.42± 0.42
7.057.05
±0.18± 0.18
각각의 CF-통합 OPV에 대해, 상기 OPV의 내부 Ag 애노드 상에 TiOx 및 외부 Ag 층의 전자-빔 증발을 진행시킴으로써 거의 불투명한 디바이스가 제조되었다. 각각의 불투명한 OPV가 CF-통합 대응 디바이스에 대한 기준 디바이스 파라미터를 설정하기 위해 제조되었으며, CF-통합 OPV의 성능을 정규화하여 약간 상이한 조건 하에서 제조된 디바이스들 사이의 비교가 이루어질 수 있도록 사용되었다. 추가 TiOx 및 Ag 외부 층이 없이, 35 nm 두께의 Ag 애노드가 가시광선 범위의 OPV를 통한 평균 투과율을 6.5%로 제한하여 (도 14a 및 도 14b), 효과적으로 상기 디바이스를 거의 불투명하게 하였다. 따라서, 거의 불투명한 OPV의 EQE, J SC , 및 PCE는 CF 대응 디바이스보다 클 것으로 예상된다. 흥미롭게도, 도 13d에 나타낸 바와 같이, 계산 결과는 CF-통합 OPV의 J SC 가 해당 불투명한 OPV보다 단지 ~2% 더 작은 것을 나타낸다. 도 13e는 2 개의 대표적인 CF-통합 OPV와 해당 nearly-opaque OPV의 흡수 스펙트럼을 보여준다. 스펙트럼으로부터, 2%의 차이는 불투명한 OPV의 흡수 스펙트럼의 영역에 의해 표준화된 CF-통합 OPV의 흡수 스펙트럼에서의 딥(dip) 영역에 해당한다는 것을 알 수 있다. 전류를 최대화하려면, 넓은 스펙트럼 범위에서 흡수를 최대화해야 한다. 그러나, 높은 스펙트럼 순도의 특정 색을 투과시키기 위해 짧은 스펙트럼 범위에서 투과가 이루어져야 한다. 상기 CF-통합 OPV는 상기 불투명한 OPV보다 단지 약간 (~2%) 벗어난 가시광선 범위에서 통합된 흡수를 나타내지만, 선택된 색 대역에서 상기 불투명한 OPV보다 20% 더 높은 투과 효율을 나타낸다. 이것은, 불투명한 OPV 대응 디바이스의 단지 약간의 전하 발생의 희생으로 현저히 우수한 피크 효율로 투과하는 CF-통합 OPV의 능력을 강조한다.For each CF-integrated OPV, a substantially opaque device was fabricated by advancing the electron-beam evaporation of TiO x and the outer Ag layer on the inner Ag anode of the OPV. Each opaque OPV was fabricated to set the reference device parameters for the CF-integrated counterpart device and was used to normalize the performance of the CF-integrated OPV so that comparisons can be made between the manufactured devices under slightly different conditions. Without additional TiO x and Ag outer layers, a 35 nm thick Ag anode effectively limited the device to opacity by limiting the average transmittance over OPV in the visible range to 6.5% (Figs. 14A and 14B). Therefore, the EQE, J SC , and PCE of almost opaque OPV are expected to be larger than CF-capable devices. Interestingly, as shown in Figure 13d, the calculation results indicate that the J SC of the CF-integrated OPV is only ~ 2% smaller than the opaque OPV. Figure 13E shows the absorption spectra of two representative CF-integrated OPVs and corresponding nearly-opaque OPVs. From the spectrum, it can be seen that the 2% difference corresponds to the dip region in the absorption spectrum of the CF-integrated OPV standardized by the region of the absorption spectrum of the opaque OPV. To maximize current, absorption must be maximized over a wide spectral range. However, in order to transmit a specific color of high spectral purity, transmission must be made in a short spectrum range. The CF-integrated OPV exhibits integrated absorption in the visible light range that is only slightly (~ 2%) above the opaque OPV, but exhibits a
이러한 경향을 확인하기 위해, 대표적인 CF-통합 및 불투명 OPV의 EQE를 측정하였고 (도 13f), 상기 CF-통합 및 불투명 OPV의 실험적으로 결정된 J SC 의 비율을 계산했다. 도 13d는 CF-통합 및 불투명 OPV 사이의 측정된 평균 J SC 비율이 82.5%에 가깝게 유지되는 것을 나타낸다. 불투명한 디바이스에 부과된 유일한 구조적 변화는 TiOx 및 외부 Ag 층의 첨가이므로, 계산된 비율과 비교하여 더 낮은 실험 비율들은 외부 Ag 층으로부터의 표면 거칠기에 의해 유도된 광학적 손실 및 상기 유기층에 대한 전자 빔 증발 공정으로부터의 전기적 손상의 존재에 주로 기인될 수 있다. 샘플 1의 경우, CF-통합 및 불투명 OPV의 J SC 비율은, 27%의 효율로 청색에서 투과되더라도 90%에 가까운 것으로 나타났다. 이는 개선된 제조 조건 하에서 CF-통합 OPV가 불투명한 대응 디바이스에 비해 상대적으로 적은 전하 생성 손실을 가지며 크게 향상된 피크 효율로 투과할 수 있음을 확인한다.To determine the trend, typical CF- were measured by integration and EQE of opaque OPV (Figure 13f), was calculated as the ratio of the experimentally determined J SC of the integrated and non-transparent CF- OPV. Figure 13d shows that the measured average J SC ratio between CF-integrated and opaque OPV is maintained close to 82.5%. Since the only structural change imposed on the opaque device is the addition of TiO x and the outer Ag layer, the lower experimental ratios compared to the calculated ratios are the optical losses induced by the surface roughness from the outer Ag layer and the electron losses Can be mainly due to the presence of electrical damage from the beam evaporation process. For
요약하면, Ag-TiOx-Ag 공진 캐비티를 CF 전극으로 구현함으로써 단일 활성 물질로부터 청색, 녹색, 및 적색 반투명 태양 전지가 구현되었다. 상기 CF-전극은 TiOx 층의 두께를 통해 캐비티 공진을 변화시킴으로써 상기 OPV 디바이스의 투과 색을 조절할 수 있게 한다. 상기 컬러 필터의 사용은 투과된 색이 100 nm 이하의 공진 폭으로 표시되는 높은 채도의 스펙트럼으로 순수하고 양방향성이고, 윈도우로서 사용하기 위한 최소 투명도 요구 사항을 충족하는 25% 초과의 최대 피크 효율 보장한다. 상기 피크 투과는 이론적으로 CF 유닛을 제외하고는 동일한 구성요소를 포함하는 거의 불투명한 필터를 사용하여 달성된 전하 생성의 단지 약간 (< 2%)의 손실로 달성될 수 있다. 또한 상기 필터는 색이 상이한 CF-통합 OPV가 일관된 디바이스 성능을 생성할 수 있고, 상기 기능은 상이한 색을 투과시키기 위해 별개의 활성 물질을 사용함으로써 재생산할 수 있게 한다. 상기 CF-전극이 제공하는 핵심 이점은, 전하 수송 특성을 고려하지 않고 투과된 색을 자유롭게 구현할 수 있도록 OPV에서 광학 및 전자 설계 전략을 분리할 수 있다는 점이다. 구조 변화가 전하 수송 경로 외부에서 발생하기 때문에 (즉, 2 개의 전극 사이의 모든 층, 주로 활성 물질 및 수송층이 방해 받지 않고 유지됨), 투과 색상의 변화는 디바이스의 수송 특성에 영향을 미치지 않는다. 동일한 상기 활성층 물질 및 두께의 투명 OPV와 비교하여, 청색, 녹색, 및 적색 CF-통합 OPV는 32% 내지 34% 더 높은 J SC 값을 나타내어, CF-전극이 상기 활성 물질 내로 스펙트럼 투명 윈도우 외부의 파장의 광을 반사하는 능력을 확인하였고, 이것은 투과된 색에 관계없이 성능의 일관성을 확인한다. 확장성 및 제조 단순성과 함께, 상기 CF-통합 OPV는 디바이스 성능의 균일성을 손상시키지 않으면서 컬러의 반투명 발전 윈도우에서 독창적인 설계를 자유롭게 구현할 수 있다.In summary, a blue, green, and red translucent solar cell was realized from a single active material by implementing an Ag-TiO x -Ag resonant cavity as a CF electrode. The CF-electrode makes it possible to adjust the transmission color of the OPV device by changing the cavity resonance through the thickness of the TiO x layer. The use of the color filter ensures that the transmitted color is pure and bi-directional with a high chroma spectrum, represented by a resonance width of 100 nm or less, and a maximum peak efficiency of more than 25%, which meets the minimum transparency requirements for use as a window . The peak transmission can be achieved with only a small (< 2%) loss of charge generation achieved using an almost opaque filter that contains the same components, except theoretically CF units. The filter also allows CF-integrated OPVs with different colors to produce consistent device performance, which allows reproduction by using a separate active material to transmit different colors. The key advantage provided by the CF-electrode is that optical and electronic design strategies can be separated in the OPV so that the transmitted color can be freely implemented without considering the charge transport characteristics. Since structural changes occur outside the charge transport path (i.e., all layers between the two electrodes, mainly the active material and transport layer, are kept unimpeded), the change in transmission color does not affect the transport characteristics of the device. Compared to the same active layer material and thickness of the transparent OPV, the blue, green, and red CF-integrated OPV show a J SC value of 32% to 34% higher so that the CF- The ability to reflect light at wavelengths has been confirmed, which confirms the consistency of performance regardless of the transmitted color. Along with scalability and manufacturing simplicity, the CF-integrated OPV can freely implement an original design in the semitransparent development window of color without compromising the uniformity of device performance.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The foregoing description of the disclosure is exemplary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention .
100: 투명 전극
200: 유기 광활성층
300: 컬러 필터링 전극
320: 제 1 금속 층
340: 유전체 층
360: 제 2 금속 층100: transparent electrode 200: organic photoactive layer
300: color filtering electrode 320: first metal layer
340
Claims (18)
상기 컬러 필터링 전극은, 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이에 형성된 유전체 층을 포함하는 컬러 필터를 포함하는 것인, 유기 태양전지.
An organic solar cell comprising a color filtering electrode,
Wherein the color filtering electrode comprises a color filter comprising a dielectric layer formed between a first metal layer and a second metal layer.
상기 유기 태양전지는 반투명인 것인, 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the organic solar cell is translucent.
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층은 각각 독립적으로 Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, Al, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것이고,
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층은 티타늄 산화물, 아연 산화물, 바륨티타네이트 산화물, MnO3, ZrO2, VO3, Y2O3, IrO, RuO, RhO, TaO, In2O3, Al2O3, Hf2O3, SiO2, SrTiO3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 유전체 물질을 포함하는 것인, 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
The first metal layer and the second metal layer included in the color filter are each independently formed of Ag, Au, Pt, Ni, Cu, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, Al, W, And a metal selected from the group consisting of aluminum,
The dielectric layer included in the color filter is titanium oxide, zinc oxide, barium titanate oxide, MnO 3, ZrO 2, VO 3, Y 2 O 3, IrO, RuO, RhO, TaO, In 2 O 3, Al 2 O 3 , Hf 2 O 3 , SiO 2 , SrTiO 3 , WO 3 , and combinations thereof.
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 각각의 두께는 독립적으로 10 nm 내지 50 nm이고,
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께는 10 nm 내지 500 nm인,
유기 태양전지.
The method according to claim 1,
The thickness of each of the first metal layer and the second metal layer included in the color filter is independently from 10 nm to 50 nm,
Wherein a thickness of the dielectric layer included in the color filter is 10 nm to 500 nm,
Organic solar cell.
상기 유기 태양전지는,
투명 전극;
상기 투명 전극 상에 형성된 유기 광활성층; 및,
상기 유기 광활성층 상에 형성된 상기 컬러 필터링 전극
을 포함하는 것이고,
상기 상기 컬러 필터링 전극은,
상기 유기 광활성층 상에 순차적으로 형성된 상기 제 1 금속 층, 상기 유전체 층 및 상기 제 2 금속 층을 포함하는 상기 컬러 필터를 포함하는 것인,
유기 태양전지.
The method according to claim 1,
In the organic solar cell,
A transparent electrode;
An organic photoactive layer formed on the transparent electrode; And
The organic photoactive layer may include a color filter electrode
, ≪ / RTI >
Wherein the color filtering electrode comprises:
And the color filter including the first metal layer, the dielectric layer and the second metal layer sequentially formed on the organic photoactive layer.
Organic solar cell.
상기 투명 전극은 유리 기재 또는 투명 플라스틱 기재 상에 형성되는 것인, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
Wherein the transparent electrode is formed on a glass substrate or a transparent plastic substrate.
상기 투명 전극과 상기 유기 광활성층 사이에 형성된 전자 전달층을 추가 포함하는 것인, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
And an electron transport layer formed between the transparent electrode and the organic photoactive layer.
상기 유기 광활성층과 상기 컬러 필터링 전극 사이에 형성된 정공 전달층을 추가 포함하는, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
And a hole transporting layer formed between the organic photoactive layer and the color filtering electrode.
상기 컬러 필터는 상기 유전체 층과 상기 제 2 금속 층 사이에 형성된 웨팅층 (wetting layer)를 추가 포함하는 것인, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
Wherein the color filter further comprises a wetting layer formed between the dielectric layer and the second metal layer.
상기 유기 광활성층은 p형 유기 반도체 화합물과 n형 유기 반도체 화합물의 블렌드(blend)를 함유하는 것인, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
Wherein the organic photoactive layer contains a blend of a p-type organic semiconductor compound and an n-type organic semiconductor compound.
상기 웨팅층 (wetting layer)은 Ge, 또는 Al-Ag 합금을 포함하는 것인, 유기 태양전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the wetting layer comprises Ge or an Al-Ag alloy.
상기 투명 전극으로 가시광선이 입사할 때, 상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께를 조절하여 상기 컬러 필터를 투과하는 빛의 파장 또는 파장 대역이 조절되어 상기 유기 태양전지의 색상이 조절되는 것인, 유기 태양전지.
6. The method of claim 5,
The wavelength of the light transmitted through the color filter is adjusted by controlling the thickness of the dielectric layer included in the color filter when the visible light is incident on the transparent electrode to control the color of the organic solar cell Phosphorus, organic solar cell.
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께가 증가할수록 상기 가시광선 중 긴 파장의 빛을 투과하는 것인, 유기 태양전지.
13. The method of claim 12,
Wherein a longer wavelength of the visible light is transmitted as the thickness of the dielectric layer included in the color filter increases.
상기 컬러 필터에 포함되는 상기 유전체 층의 두께를 조절함으로써 상기 유기 태양전지가 청색, 녹색 또는 적색을 나타내는 것인, 유기 태양전지.
13. The method of claim 12,
Wherein the organic solar cell exhibits blue, green or red by adjusting a thickness of the dielectric layer included in the color filter.
상기 컬러 필터는, 상기 컬러 필터를 투과하지 못한 빛을 상기 유기 광활성층 내로 반사시키는 거울(mirror) 기능을 하는 것인, 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the color filter functions as a mirror for reflecting light that can not pass through the color filter into the organic photoactive layer.
15. A smart window comprising an organic solar cell according to any one of claims 1 to 15, comprising a color filtering electrode.
가시광 하에서 상기 유기 태양전지에 의한 발전(power-generation) 기능을 갖는 반투명 컬러 윈도우인, 스마트 윈도우.
17. The method of claim 16,
A smart window, which is a semitransparent color window with power-generation capability by the organic solar cell under visible light.
상기 컬러 윈도우는 양방향(bidirectional)을 갖는 것인, 스마트 윈도우.18. The method of claim 17,
Wherein the color window has bidirectional.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2018/008058 WO2019045268A1 (en) | 2017-08-29 | 2018-07-17 | Organic solar cell comprising color filter electrode, and smart window comprising solar cell |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170109668 | 2017-08-29 | ||
| KR20170109668 | 2017-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190024589A true KR20190024589A (en) | 2019-03-08 |
| KR102102841B1 KR102102841B1 (en) | 2020-04-22 |
Family
ID=65801710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180035990A KR102102841B1 (en) | 2017-08-29 | 2018-03-28 | Organic solar cell including color filtering electrode, and smart window including the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102102841B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116190481A (en) * | 2023-03-01 | 2023-05-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Colored photovoltaic cell and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110071660A (en) | 2009-12-21 | 2011-06-29 | 엘지디스플레이 주식회사 | Transparent electrode and optical device using the same |
| KR20110073568A (en) * | 2008-10-16 | 2011-06-29 | 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크. | High efficiency interferometric color filters for photovoltaic modules |
| KR20110101993A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-16 | 한국과학기술원 | Window system |
| US20140076402A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Jason D. Myers | Controlled deposition of photovoltaic thin films using interfacial wetting layers |
| KR20170072050A (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-26 | 한국과학기술원 | Color filter |
-
2018
- 2018-03-28 KR KR1020180035990A patent/KR102102841B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110073568A (en) * | 2008-10-16 | 2011-06-29 | 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크. | High efficiency interferometric color filters for photovoltaic modules |
| KR20110071660A (en) | 2009-12-21 | 2011-06-29 | 엘지디스플레이 주식회사 | Transparent electrode and optical device using the same |
| KR20110101993A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-16 | 한국과학기술원 | Window system |
| US20140076402A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Jason D. Myers | Controlled deposition of photovoltaic thin films using interfacial wetting layers |
| KR20170072050A (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-26 | 한국과학기술원 | Color filter |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116190481A (en) * | 2023-03-01 | 2023-05-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Colored photovoltaic cell and preparation method thereof |
| CN116190481B (en) * | 2023-03-01 | 2024-01-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Colored photovoltaic cell and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102102841B1 (en) | 2020-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11424423B2 (en) | Transparent photovoltaic cells | |
| Li et al. | Semitransparent organic photovoltaics for building-integrated photovoltaic applications | |
| Lee et al. | Colored, see-through perovskite solar cells employing an optical cavity | |
| Zhang et al. | Colorful semitransparent polymer solar cells employing a bottom periodic one-dimensional photonic crystal and a top conductive PEDOT: PSS layer | |
| Upama et al. | Low-temperature processed efficient and colourful semitransparent perovskite solar cells for building integration and tandem applications | |
| EP2907172B1 (en) | Organic photosensitive devices with reflectors | |
| KR101689161B1 (en) | Perovskite solar cell and preparing method thereof | |
| CN111697136A (en) | Organic photovoltaic cell and method of manufacturing organic device | |
| KR102248034B1 (en) | Semitransparent organic solar cell and fabrication method thereof | |
| KR102102841B1 (en) | Organic solar cell including color filtering electrode, and smart window including the same | |
| CN114930541A (en) | Para-phenylene materials as buffer and color adjustment layers for solar cells | |
| US12048169B2 (en) | High efficiency, color neutral, semi-transparent organic photovoltaics for energy harvesting windows | |
| WO2019045268A1 (en) | Organic solar cell comprising color filter electrode, and smart window comprising solar cell | |
| CN117979725B (en) | Perovskite crystal silicon laminated solar cell and preparation method thereof | |
| Liang et al. | Highly Efficient, ITO-Free Polymer Solar Cells Using Ultrathin Copper Film as Transparent Electrode | |
| CN115394922A (en) | Visible light transparent solar cell with high photon utilization efficiency and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |