KR20190044268A - 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지 - Google Patents

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계; 및/또는 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계를 포함함으로써 광활성층에 존재하는 수분을 제거할 수 있는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지 {METHOD FOR MANUFACTURING OF ORGANIC SOLAR CELL AND ORGANIC SOLAR CELL MANUFACTURED BY THEREOF}
본 명세서는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.
유기 태양 전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있는데, 종래 무기 태양 전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
유기 태양 전지에서는 태양 에너지를 흡수한 후 여기자가 생성되고, 여기자가 전자와 정공으로 분리되어 양극과 음극으로 이동되는 일련의 과정이 일어나는데, 유기 재료 내부의 광화학 반응을 통해 발생하므로, 광화학 반응의 안정성 확보를 위한 재료구조, 적층구조, 계면구조 및 봉지기술이 중요하다.
그중에서도 외부로부터 침투하는 산소와 수분을 차단함으로써 안정성을 향상시키고 유기 태양 전지의 수명을 향상시키는 것이 중요한 과제가 되었다.
Two-layer organic photovoltaic cell(C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183.(1986)) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
본 명세서는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시상태는
제1 전극을 준비하는 단계;
상기 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는
제1 전극을 준비하는 단계;
상기 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계; 및
상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 유기 태양 전지의 제조 방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법은 광활성층에 존재하는 수분을 제거함으로써 광활성층에 포함된 고분자가 수분에 의해 광활성 능력이 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 광안정성이 향상되어 우수한 수명 특성을 나타낸다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 본 명세서의 제조예에서 제조된 중합체 C의 온도별 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 4는 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 개방 전압을 나타낸 도이다.
도 5는 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 단락 전류를 나타낸 도이다.
도 6은 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 충전율을 나타낸 도이다.
도 7은 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 에너지 변환 효율을 나타낸 도이다.
도 8은 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 에너지 변환 효율의 변화율을 나타낸 도이다.
도 9는 본 명세서의 실험예에서 UV Cut 필름으로 사용된 TAC 필름의 UV 흡광도 그래프이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 '상에' 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법은 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계; 및/또는 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계를 포함함으로써 광활성층에 존재하는 수분을 제거할 수 있다.
광활성층에 수분이 존재할 경우, 자외선에 의한 광분해를 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 광활성 능력이 저하될 수 있다. 상기 유기 태양 전지의 제조방법은 광활성층 내의 수분을 제거할 수 있으므로, 광활성 능력의 저하를 방지할 수 있고, 결과적으로는 유기 태양 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
[A. 제1 전극을 준비하는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 제1 전극을 준비하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극을 준비하는 단계는 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기판은 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 전자 소자에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리, PET(polyethylene terephthalate) 필름, PEN(polyethylene naphthalate) 필름, PP(polypropylene) 필름, PI(polyimide) 필름 또는 TAC(triacetyl cellulose) 필름이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기판은 유리일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극으로는 투명하고 전도성이 우수한 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 및 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 인듐주석 산화물(ITO)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극을 준비하는 단계는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 추가로 포함할 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100℃ 내지 150℃에서 1분 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
제1 전극의 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있는데, 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
[B. 전자수송층을 형성하는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전자수송층을 형성하는 단계는 전자수송물질 및 용매를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극의 일면에 도포하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송물질로는 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 사용될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송물질은 아연 산화물(ZnO)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 전자수송물질의 함량은 0.1중량% 내지 20중량% 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전자수송층 형성용 조성물은 전자수송물질 및 용매를 포함하는 것이며, 흡습제를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 상기 전자수송물질 및 흡습제를 녹일 수 있는 용매라면 제한없이 사용될 수 있으며 물, 메톡시에탄올, 에탄올, 메탄올, 부탄올 및 프로판올 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
전자수송층에 흡습제가 포함되면 상기 흡습제는 상기 전자수송층 상에 형성되는 광활성층에 존재하는 수분을 잡아주는(capture) 역할을 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 흡습제는 CoCl2(Cobalt(Ⅱ) chloride)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로 상기 흡습제의 함량은 50ppm 내지 150ppm일 수 있으며, 바람직하게는 70ppm 내지 130ppm, 더욱 바람직하게는 90ppm 내지 110ppm일 수 있다.
흡습제의 함량이 50ppm 이상일 때 수분을 잡아주는 효과가 충분히 나타날 수 있고, 150ppm 이하일 때 전력 변환 효율의 감소를 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층 형성용 조성물 중 상기 전자수송물질 및 흡습제의 함량을 제외한 나머지는 용매일 수 있다.
[C. 광활성층을 형성하는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계를 포함한다. 다만, 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계가 포함될 경우, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 전자수송층 상에 광활성층 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 광활성 물질로서 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함할 수 있다.
유기 태양 전지에 빛을 조사하면 상기 광활성층의 전자 주개 물질이 빛을 흡수하여 여기 상태(excited state)의 전자-정공쌍(exciton, 엑시톤)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자 주개와 전자 받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1 전극과 제2 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 또는 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계는 전자 주개 물질과 전자 받개 물질을 유기 용매에 용해시킨 후 이를 제1 전극 또는 전자수송층 상에 코팅함으로써 수행될 수 있다. 상기 코팅 방법으로는 스핀코팅, 딥코팅, 스크린프린팅, 스프레이코팅, 닥터블레이드 또는 브러쉬페인팅 등이 있으며, 바람직하게는 스핀코팅을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 적어도 한 종의 전자공여체; 또는 적어도 한 종의 전자수용체와 적어도 한 종의 전자공여체의 중합체를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 티오펜계, 플루오렌계, 카바졸계 등의 다양한 고분자 물질 및 단분자 물질일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함하는 공중합체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 1 및 2에 있어서,
R1 내지 R10 및 A1 내지 A8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 3으로 표시되는 단위를 포함하는 공중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3에 있어서,
n은 1 내지 10,000의 정수이며,
R1 내지 R10 및 A1 내지 A8는 상기 화학식 1 및 2에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 3-1로 표시되는 단위를 포함하는 공중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00004
상기 화학식 3-1에 있어서,
n은 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 수평균 분자량은 500 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이다.
상기 공중합체는 화학식 1로 표시되는 제1 단위의 벤조디싸이오펜 및 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 전자공여체로 작용하고, 화학식 1로 표시되는 제1 단위의 싸이에노싸이오펜은 상대적으로 전자수용체로 작용하여 제1 단위 및 제2 단위를 포함하는 공중합체는 푸시풀(push-pull) 효과를 기대할 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 제1 단위의 불소가 일정 위치에 치환되는 위치선택성(regio-selective)을 갖는다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위 및 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 공중합체 내에서 일정 방향으로 결합하는 위치규칙성(region-regular)을 갖는다. 따라서, 상기 공중합체는 상대적으로 결정성(crystallinity)이 우수하고 패킹(packing) 특성의 향상이 가능하다. 뿐만 아니라 두 개의 싸이오펜기가 축합된 구조를 포함함으로써, 소자 내에서 높은 전자 밀도 및/또는 공명 구조의 안정화(stabilized the resonance structure)를 유도할 수 있다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00005
는 다른 치환기 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서 상기 '치환'이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 '치환 또는 비치환된'이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 에스터기; 히드록시기; 알킬기; 알콕시기; 알케닐기; 아릴기; 아민기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
상기 알킬기는 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환되어, 아릴알킬기 또는 헤테로아릴알킬기로 작용할 수 있다. 상기 아릴기 및 헤테로아릴기는 각각 후술하는 아릴기 및 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알콕시기는 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환되어, 아릴옥시기 또는 헤테로아릴옥시기로 작용할 수 있다. 상기 아릴기 및 헤테로아릴기는 각각 후술하는 아릴기 및 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
상기 알케닐기는 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환되어, 아릴알케닐 또는 헤테로아릴알케닐기로 작용할 수 있다. 상기 아릴기 및 헤테로아릴기는 각각 후술하는 아릴기 및 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 아릴기는 알킬기로 치환되어, 알킬아릴기로 작용할 수 있다. 상기 알킬기는 전술한 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 에스터기의 일반식은
Figure pat00006
또는
Figure pat00007
로 표시될 수 있다. 상기 Z은 수소; 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기; 탄소수 3 내지 60의 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 탄소수 7 내지 50의 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 탄소수 6 내지 60의 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 60의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기는 전술한 알킬기, 아릴기, 헤테로고리기, 알케닐기, 시클로알킬기 및 이들의 조합 등이 치환될 수 있으며, 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 4-(트리플루오로메틸)페닐기(4-(trifluoromethyl)phenyl)이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 브로모 싸이오펜기(bromo-thiophene)이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 브로모-벤젠기(bromo-benzene)이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 트라이알킬(싸이오펜-2-일)스태닐기(trialkyl(thiophene-2-yl)stannyl)이다.
본 명세서에서 상기 트라이알킬은 트라이메틸 또는 트라이부틸일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질은 플러렌계 화합물, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로는 PC61BM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC71BM([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester), mono-oQDMC60(mono-o-quino-dimethane C60), bis-oQDMC60(bis-o-quino-dimethane C60), ICBA(indene-C60-bis-adduct) bis-PCBM(bis-[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PCBCR(phenyl-C61-butyric acid cholestryl ester), 페릴렌(perylene), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 화합물일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질은 PC71BM일 수 있다.
[D. 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계는 상기 광활성층을 상기 흡습제가 분산된 글로브 박스(glove box) 내에 위치시킴으로써 수행될 수 있으며, 이를 통해 광활성층에 존재하는 수분이 제거될 수 있다. 구체적으로, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 상기 제1 전극 또는 전자수송층 상에 형성된 광활성층을 페트리 접시(petri dish)에 넣고 CoCl2 파우더를 그 주변에 분사한 후 밀폐시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계는 1시간 내지 48시간 동안 수행될수 있으며, 구체적으로는 4시간 내지 36시간 동안 수행될 수 있고, 더욱 구체적으로는 12시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
광활성층을 흡습제에 노출시키는 시간이 상기 범위 내에 있을 때, 광활성층의 수분이 충분히 제거될 수 있다.
[E. 정공수송층을 형성하는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층을 형성하는 단계는 정공수송물질을 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 등을 통해 상기 광활성층 상에 도입하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)); 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 중 선택된 1 이상의 화합물일 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송물질은 MoO3일 수 있다.
[F. 제2 전극을 형성하는 단계]
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 다만, 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계가 포함될 경우, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 일함수가 작은 금속일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 은이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극을 형성하는 단계는 제2 전극 재료를 5×10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착함으로써 수행될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상술한 유기 태양 전지의 제조 방법은 인버티드(Inverted) 구조 즉, 기판-제1 전극-전자수송층-광활성층-정공수송층-제2 전극의 구조를 갖는 유기 태양 전지에 대한 것이며, 노멀(Normal) 구조 즉, 기판-제1 전극-정공수송층-광활성층-전자수송층-제2 전극의 구조를 갖는 유기 태양 전지에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기 태양 전지의 제조 방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 구비된 흡습제를 포함하는 전자수송층; 상기 전자수송층 상에 구비된 광활성층; 및 상기 광활성층 상에 구비된 제2 전극을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 흡습제는 상기 전자수송층 총 중량을 기준으로 50ppm 내지 30중량% 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 후술하는 유기 태양 전지의 각 구성은 전술한 내용과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 기판; 제1 전극; 광활성층; 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 상기 제1 전극과 광활성층 사이에 전자수송층 또는 정공수송층을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 상기 광활성층과 제2 전극 사이에 전자수송층 또는 정공수송층을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층은 흡습제를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 벌크 이종 접합구조 또는 이중층 접합구조일 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조는 벌크 헤테로정션(BHJ: bulk heterojunction) 접합형일 수 있으며, 상기 이중층 접합구조는 바이레이어(bi-layer) 접합형일 수 있다. 여기서, 벌크 헤테로정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개는 p형 유기물층일 수 있고, 상기 전자 받개는 n형 유기물층일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 분자량은 50g/mol 내지 300g/mol이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 끓는점이 30℃ 내지 300℃인 유기물이다.
본 명세서에서 유기물이란 탄소 원자를 적어도 1 이상 포함하는 물질을 의미한다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 1,8-다이이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르(DPE:diphenylether), 옥탄디티올(octane dithiol) 및 테트라브로모티오펜(tetrabromothiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 중에서 1 또는 2 종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
도 1은 제1 전극(101), 전자수송층(102), 광활성층(103), 정공수송층(104) 및 제2 전극(105)을 포함하는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 탠덤(tandem)구조이다. 이 경우 상기 유기 태양 전지는 2층 이상의 광활성층을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 버퍼층이 광활성층과 정공수송층 사이 또는 광활성층과 전자수송층 사이에 구비될 수 있다. 이때, 정공주입층이 애노드와 정공수송층 사이에 더 구비될 수 있다. 또한, 전자주입층이 캐소드와 전자수송층 사이에 더 구비될 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
< 제조예 : 전자 주개 물질의 합성>
Figure pat00008
질소 분위기에서 100mL 플라스크에 5mL의 톨루엔(toluene), 3mL의 디메틸포름아미드(DMF), 상기 화학식 A 및 B를 넣어 용액을 만들었다. 상기 용액에 질소로 30분간 거품을 내고, Pd(PPh3)4를 섞었다. 상기 용액을 100℃에서 72시간동안 교반였다. 그 후 0.5mL의 브로모 벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)를 첨가한 뒤 48시간동안 더 교반하고, 상온으로 식혔다. 그 후, 혼합물을 100mL의 메탄올(MeOH)에 부었다. 침전된 중합체를 필터하여 모으고, 수집된 폴리머를 메탄올, 아세톤, 헥산, 클로로포름 및 클로로벤젠의 순서로 석슐렛 추출을 하였다. 클로로포름과 클로로벤젠 추출물을 농축시키고, 메탄올에 부어 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 다시 필터하고, 진공하에서 밤새 건조시켰다. 각각의 클로로포름 및 클로로벤젠에서 하기 양의 검보라의 빛나는 정제된 중합체 C를 얻었다.
- 클로로포름(CF): 76mg,
- 클로로벤젠(CB): 332mg (총 수득률: 94%)
- 겔침투크로마토그래피(GPC for CB fraction): Mn=31300g/mol, PDI=1.71
상기 중합체 C의 특성을 측정한 결과는 하기 표 1과 같았으며, 중합체 C를 클로로벤젠에 녹인 상태에서 상온, 80℃ 및 100℃에서의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 도 2에 도시하였다.
λmax (CB)
(nm)		 λmax (film)
(nm)		 λOp.BG
(eV)		 λEc.BG
(eV)		 HOMO
(eV)
705 710 1.58 1.38 5.22
상기 표 1에서 λmax (CB)는 중합체 C를 클로로벤젠에 희석하여 UV 스펙트럼을 측정하였을 때의 흡수 파장의 최대값(max)을 의미하며, λmax (film)는 중합체 C를 클로로벤젠에 녹여 스핀코팅을 한 후, UV 스펙트럼을 측정하였을 때의 흡수 파장의 최대값을 의미한다. λOp.BG 의 경우에는 광학 밴드갭(optical band-gap)을 의미하고, 필름의 UV onset을 통하여 측정한 값이며, λEc.BG는 순환 전압전류법(CV)의 방법으로 통해 측정된 밴드갭이다. HOMO 에너지 준위 값은 순환 전압전류법을 통하여, 산화(oxidation)의 onset을 이용하여 측정된 값이다.
< 실시예 : 유기 태양 전지의 제조>
비교예 .
(1) 복합 용액의 제조
상기 중합체 C와 140℃에서 어닐링(annealing)한 PC71BM(Nano-C Inc.)을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2wt%로 조절하였으며, 상기 복합용액에 1,8-디아이오도옥탄(DIO: 1,8-diiodooctane) 0.5vol%을 첨가하였다.
(2) 유기 태양 전지의 제조
ITO가 1.5×1.5cm2의 바타입(bar type)으로 코팅된 유리 기판(11.5Ω/□)을 증류수, 아세톤 및 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하여 제1 전극을 형성하였다.
상기 제1 전극 상에 ZnO 나노입자 용액(N-10, Nanograde Ltd, 2.5wt% in 1-butanol, 0.45㎛ PTFE에 필터링)을 4,000rpm으로 40초 동안 스핀-코팅(spin-coating)한 후, 80℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거함으로써 전자수송층을 형성하였다.
이 후, 상기 (1)에서 제조한 복합 용액을 상기 전자수송층 상에 1,500rpm으로 10초간 스핀-코팅하여 80nm 내지 100nm 두께의 광활성층을 형성하고, 상기 광활성층 상에 MoO3를 0.2Å/s의 속도 및 10- 7torr 진공 하에서 10nm의 두께로 열 증착하여 정공수송층을 형성하였다.
이 후 열 증착기 내부에서 Ag를 1Å/s의 속도에서 100nm 두께로 증착하여 제2 전극을 형성함으로써, 인버티드(inverted) 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 1.
상기 비교예에서 광활성층 형성 후, 정공수송층을 형성하기 전에 셀을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 페트리 접시에 넣고 CoCl2 파우더를 주변에 분사한 후 밀폐시키는 방법으로 CoCl2에 18시간 동안 노출시킨 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일하게 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 CoCl2에 노출하는 시간을 24시간으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 3.
상기 비교예에서 ZnO 나노입자 용액에 CoCl2 파우더를 100ppm 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일하게 유기 태양 전지를 제조하였다.
< 실험예 : 유기 태양 전지의 성능 비교>
상기 비교예 및 실시예 1 내지 3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환 특성을 100mW/cm2 (AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다. 유기 태양 전지를 빛에 노출시킬 때 TAC(Tri-Acetyl Cellulose) 필름을 사용하여 400nm 이하의 파장을 갖는 빛은 차단되도록 하였다. TAC 필름의 UV 흡광도 그래프는 도 9에 나타내었다.
시간(h) 0 72 113 254 414 577
비교예 V oc (V) 0.821 0.814 0.810 0.808 0.803 0.801
J sc (mA/cm2) 16.32 15.52 15.48 15.15 14.84 14.70
FF 0.64 0.58 0.56 0.54 0.54 0.53
η(%) 8.52 7.28 7.02 6.64 6.43 6.27
Norm. η 1 0.85 0.82 0.78 0.75 0.74
실시예 1 V oc (V) 0.813 0.812 0.810 0.807 0.805 0.807
J sc (mA/cm2) 16.08 15.08 15.58 14.69 14.35 14.13
FF 0.64 0.60 0.60 0.58 0.58 0.57
η(%) 8.34 7.40 7.21 6.84 6.66 6.54
Norm. η 1 0.88 0.86 0.82 0.80 0.78
실시예 2 V oc (V) 0.809 0.808 0.805 0.804 0.801 0.803
J sc (mA/cm2) 16.78 16.11 15.90 15.57 15.11 15.03
FF 0.64 0.61 0.61 0.60 0.58 0.58
η(%) 8.62 7.92 7.82 7.50 7.06 7.00
Norm. η 1 0.92 0.91 0.87 0.82 0.81
실시예 3 V oc (V) 0.818 0.814 0.814 0.810 0.809 0.809
J sc (mA/cm2) 15.60 14.42 14.40 14.04 13.76 13.55
FF 0.63 0.59 0.59 0.58 0.57 0.56
η(%) 8.07 6.88 6.94 6.57 6.32 6.15
Norm. η 1 0.85 0.86 0.81 0.78 0.76
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 유기 태양 전지의 초기 상태에서 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이며, 도 4 내지 도 8은 실험예에서 측정된 각 유기 태양 전지의 시간에 따른 특성값을 나타낸 도이다.
상기 표 2에서, VOC는 개방전압을, JSC는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)을, η는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양 전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 에너지 변환 효율(η)은 상기 개방전압(Voc), 단락전류(Jsc) 및 충전율(FF)의 곱을 입사된 빛의 세기(Pin)로 나누면 구할 수 있으며, 이 값이 높을수록 바람직하다.
Figure pat00009
Norm.η은 시간에 따른 에너지 변환 효율의 변화율을 나타낸 값으로, 초기 η값을 1로 보았을 때 해당 시간 경과 후 η값을 나타낸 것이다.
비교예의 Norm.η 값을 실시예 1 내지 3의 Norm.η 값과 비교해보면, 실시예 1 내지 3에서 Norm.η 값이 크므로, 비교예에 비해 실시예 1 내지 3에서 에너지 변환 효율이 천천히 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유기 태양 전지는 종래의 유기 태양 전지에 비해 수명 특성이 향상된 것이다
101: 제1 전극
102: 전자수송층
103: 광활성층
104: 정공수송층
105: 제2 전극

Claims (10)

  1. 제1 전극을 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계;
    상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1 전극을 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계;
    상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계; 및
    상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 흡습제는 CoCl2인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡습제는 상기 전자수송층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로 50ppm 내지 150ppm 포함되는 것인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계는 상기 광활성층을 상기 흡습제가 분산된 글로브 박스(glove box) 내에 위치시킴으로써 수행되는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계는 1시간 내지 48시간 동안 수행되는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 광활성층을 흡습제에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 상기 제1 전극 상에 흡습제를 포함하는 전자수송층 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 물질을 포함하며, 상기 전자 주개 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00010

    [화학식 2]
    Figure pat00011

    상기 화학식 1 및 2에 있어서,
    R1 내지 R10 및 A1 내지 A8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  10. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 구비된 흡습제를 포함하는 전자수송층;
    상기 전자수송층 상에 구비된 광활성층; 및
    상기 광활성층 상에 구비된 제2 전극을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
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