KR20220079923A - 광전 변환 소자, 광전 변환 모듈, 전자 기기, 및 전원 모듈 - Google Patents

광전 변환 소자, 광전 변환 모듈, 전자 기기, 및 전원 모듈 Download PDF

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KR20220079923A
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Abstract

제1 기판; 제1 전극; 광전 변환층; 제2 전극; 및 제2 기판을 포함하는 광전 변환 소자로서, 광전 변환 소자가 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함하고, 밀봉부가 광전 변환층의 외주를 둘러싸도록 배치되고, 각 변에 배치된 밀봉부의 폭이 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)가 1.02 이상 5.0 이하인, 광전 변환 소자가 본원에 기재된다.

Description

광전 변환 소자, 광전 변환 모듈, 전자 기기, 및 전원 모듈
본 발명은 광전 변환 소자, 광전 변환 모듈, 전자 기기, 및 전원 모듈에 관한 것이다.
최근 수년간, 태양 전지는 화석 연료에 대한 대체 에너지로서 또는 지구 온난화에 대한 대책으로서 점점 중요해지고 있다. 태양 전지 및 광다이오드는 광 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 광전 변환 소자를 응용하여 얻어진다.
최근 수년간, 태양광(직접 광 하의 조도: 약 100,000 lux) 하에서뿐 아니라 저조도(조도: 20 lux 이상 1,000 lux 이하)의 광, 예컨대, 발광 다이오드(LED) 또는 형광 램프 하에서 높은 발전 성능을 갖는 실내형 광전 변환 소자가 주목을 받고 있다.
예를 들어, 광전 변환 소자를 둘러싸도록 밀봉부가 제공된 유기 박막 태양 전지가 제안되어 있다(예를 들어, PTL 1 참조).
인용 목록
특허 문헌
PTL 1: 일본 미심사 특허 출원 공개 제2016-174086호
발명의 개요
기술적 과제
본 발명의 목적은 저조도의 광 하에서도 우수한 광전 변환 성질을 갖고 기계적 응력에 대한 내구성이 탁월한 광전 변환 소자를 제공하는 것이다.
과제의 해결
본 발명의 일 양태에 따르면, 광전 변환 소자는 제1 기판; 제1 전극; 광전 변환층; 제2 전극; 및 제2 기판을 포함한다. 광전 변환 소자는 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함한다. 밀봉부는 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치된다. 각 변에 배치된 밀봉부의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)을 갖는다. 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.02 이상 5.0 이하이다.
발명의 유리한 효과
본 발명에 따르면, 저조도의 광 하에서도 우수한 광전 변환 성질을 갖고 기계적 응력에 대한 내구성이 탁월한 광전 변환 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시양태의 광전 변환 소자의 단면의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 제1 실시양태의 광전 변환 소자에서 밀봉부의 일례를 나타내는 개략적 평면도이다.
도 3은 제2 실시양태의 광전 변환 소자의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시양태의 광전 변환 소자의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시양태의 광전 변환 소자의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 제5 실시양태의 광전 변환 소자의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 광전 변환 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 전자 기기의 일례로서 퍼스널 컴퓨터용 마우스의 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 마우스의 일례를 나타내는 개략적 외관도이다.
도 10은 본 발명의 전자 기기의 일례로서 퍼스널 컴퓨터용 키보드의 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 키보드의 일례를 나타내는 개략적 외관도이다.
도 12는 도 10에 도시된 키보드의 또 다른 예를 나타내는 개략적 외관도이다.
도 13은 본 발명의 전자 기기의 일례로서 센서의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 전자 기기의 일례로서 턴테이블의 블록도이다.
도 15는 본 발명의 전자 기기의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 16은 도 15에 도시된 전자 기기에 전원 IC가 더 통합된 일례를 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16에 도시된 전자 기기에 축전 장치가 더 통합된 일례를 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 전원 모듈의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 19는 도 18에 도시된 전원 모듈에 축전 장치가 더 통합된 일례를 나타내는 블록도이다.
도 20은 실시예 1의 광전 변환 소자의 밀봉부에서 만곡 형상을 갖는 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 21은 실시예 2 내지 9의 광전 변환 소자의 밀봉부에서 만곡 형상을 갖는 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 22는 실시예 19의 광전 변환 소자의 밀봉부에서 만곡 형상을 갖는 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 23은 실시예 23의 광전 변환 소자의 밀봉부에서 쐐기 형상 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 24는 비교예 1의 광전 변환 소자의 직선 밀봉부의 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 25는 비교예 2의 광전 변환 소자의 사행 밀봉부의 밀봉 구조를 나타내는 개략도이다.
도 26은 밀봉부의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 27은 델리션(deletion) 부에 델리션층을 포함하는 영역을 나타내는 단면 SEM 사진이다.
실시양태의 설명
(광전 변환 소자)
본 발명의 광전 변환 소자는 제1 기판; 제1 전극; 광전 변환층; 제2 전극; 및 제2 기판을 포함한다. 광전 변환 소자는 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함한다. 밀봉부는 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치된다. 각 변에 배치된 밀봉부의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)을 갖는다. 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.02 이상 5.0 이하이다.
본 발명자들은 거듭된 연구의 결과로 하기를 발견하였다.
저조도의 광 하에서 양호한 광전 변환 성질 및 양호한 경시 안정성을 나타내려면, 산소 또는 습도의 유입을 방지하기 위해 밀봉부의 제공이 필요하다.
한편, 종래 기술에서는 도면에서 보이는 바와 같이 동일한 폭을 갖는 밀봉부가 형성된다. 따라서, 기계적 응력(예를 들어, 비틀림, 하중, 또는 낙하)가 이에 가해졌을 때, 밀봉부, 기판, 또는 광전 변환층이 파손되어 광전 변환 성질 및 경시 안정성이 상당히 저하되는 것으로 확인되었다. 종래의 밀봉 기술은 양호한 경시 안정성 및 양호한 기계적 응력에 대한 내구성을 달성하는 것을 어렵게 한다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서 양호한 기계적 응력에 대한 내구성은 광전 변환 소자가 제1 기판; 제1 전극; 광전 변환층; 제2 전극; 및 제2 기판을 포함하고, 광전 변환 소자가 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함하고, 밀봉부가 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치되고, 각 변에 배치된 밀봉부의 폭이 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)가 1.02 이상 5.0 이하일 때 충족될 수 있다.
<제1 전극>
제1 전극의 형상 및 크기는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
제1 전극의 구조는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 제1 전극은 단층 구조일 수 있거나 복수의 재료가 적층된 구조일 수 있다.
제1 전극의 재료는 가시광에 대한 투명성 및 도전성을 갖는다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 재료의 예는 투명 도전성 금속 산화물, 카본, 및 금속을 포함한다.
투명 도전성 금속 산화물의 예는 인듐쐐기 형상주석 산화물(이하 "ITO"로 지칭됨), 불소 도핑 산화주석(이하 "FTO"로 지칭함), 안티몬쐐기 형상도핑 산화주석(이하 "ATO"로 지칭됨), 니오븀쐐기 형상도핑 산화주석(이하 "NTO"로 지칭됨), 알루미늄쐐기 형상도핑 산화아연, 인듐쐐기 형상아연 산화물, 및 니오븀쐐기 형상티탄 산화물을 포함한다.
카본의 예는 카본 블랙, 카본 나노튜브, 그래핀 및 플러렌을 포함한다.
금속의 예는 금, 은, 알루미늄, 니켈, 인듐, 탄탈륨 및 티탄을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 높은 투명성을 갖는 투명 도전성 금속 산화물이 바람직하며, ITO, FTO, ATO 및 NTO가 더욱 바람직하다.
제1 전극의 평균 두께는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 제1 전극의 평균 두께는 바람직하게는 5 nm 이상 100 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 50 nm 이상 10 마이크로미터 이하이다. 제1 전극의 재료가 카본 또는 금속인 경우, 제1 전극의 평균 두께는 바람직하게는 반투명성을 얻기에 충분한 평균 두께이다.
제1 전극은 스퍼터링법, 기상 증착법 및 분무법과 같은 공지의 방법에 의해 형성될 수 있다.
제1 전극은 바람직하게는 제1 기판 상에 형성된다. 제1 전극이 미리 제1 기판 상에 형성되어 있는 일체화된 시판 제품이 사용될 수 있다.
일체화된 시판 제품의 예는 FTO쐐기 형상코팅 유리, ITO쐐기 형상코팅 유리, 산화 아연, 알루미늄쐐기 형상코팅 유리, FTO쐐기 형상코팅 투명 플라스틱 막, 및 ITO쐐기 형상코팅 투명 플라스틱 막을 포함한다. 다른 일체화된 시판 제품의 예는 산화주석 또는 산화인듐이 상이한 원자가를 갖는 양이온 또는 음이온으로 도핑된 투명 전극이 제공된 유리 기판, 및 메쉬 또는 스트라이프의 형태로 광을 투과시키는 구조를 갖는 금속 전극이 제공된 유리 기판을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 2종 이상의 생성물이 혼합물 또는 적층물로서 병용될 수 있다. 게다가, 금속 리드 와이어는 전기 저항값을 감소시키기 위해 병용될 수 있다.
금속 리드 와이어의 재료는, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금 및 니켈이다.
금속 리드 와이어는, 예를 들어, 기상 증착, 스퍼터링 또는 압축 결합에 의해 기판 상에 이를 형성시키고, 그 위에 ITO 또는 FTO의 층을 배치하여 병용될 수 있다.
<광전 변환층>
광전 변환층은 적어도 하나의 전자 수송층 및 홀 수송층을 포함할 수 있고, 단층일 수 있거나 복수의 층이 적층된 다층일 수 있다.
광전 변환층은 전자 수송층과 홀 수송층 사이에 광증감 화합물을 포함할 수 있다.
<전자 수송층>
광전 변환 소자는 광증감 화합물을 포함하는 전자 수송층을 포함한다.
광증감 화합물의 이온화 포텐셜은 홀 수송층의 이온화 포텐셜을 초과한다. 광증감 화합물의 이온화 포텐셜이 홀 수송층의 이온화 포텐셜을 초과하면, 홀 수송층으로의 홀 전도 효율이 우수하다.
전자 수송층은 광증감 화합물에서 생성된 전자를 제1 전극 또는 홀 블로킹층으로 수송하려는 목적으로 형성된다. 따라서, 전자 수송층은 바람직하게는 제1 전극 또는 홀 블로킹층에 인접하여 배치된다.
전자 수송층의 구조는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 서로 인접하는 적어도 2 개의 광전 변환 소자에서, 전자 수송층은 서로 연장될 수 있지만, 바람직하게는 서로 연장되지 않는다. 전자 수송층의 구조는 단층일 수 있거나 복수의 층이 적층된 다층일 수 있다.
전자 수송층은 전자 수송 재료를 포함하고, 필요에 따라 다른 재료를 포함한다.
전자 수송 재료는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 전자 수송 재료는 바람직하게는 반도체 재료이다.
바람직하게는, 반도체 재료는 미립자 형상을 가지며, 이들 입자를 접합함으로써 다공질 막으로 형성된다. 다공질 전자 수송층을 구성하는 반도체 입자의 표면에 광증감 화합물이 화학적 또는 물리적으로 흡착된다.
반도체 재료는 특별히 제한되지 않고, 공지된 재료가 사용될 수 있다. 반도체 재료의 예는 단체 반도체, 화합물 반도체 및 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물을 포함한다.
단체 반도체의 예는 실리콘 및 게르마늄을 포함한다.
화합물 반도체의 예는 금속의 칼코게니드를 포함한다. 이의 구체적인 예는 티탄, 주석, 아연, 철, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 스트론튬, 인듐, 세륨, 이트륨, 란타늄, 바나듐, 니오븀 및 탄탈륨의 산화물; 카드뮴, 아연, 납, 은, 안티몬 및 비스무트의 황화물; 카드뮴 및 납의 셀렌화물; 및 카드뮴의 텔루륨 화합물을 포함한다. 기타 화합물 반도체의 예는 아연, 갈륨, 인듐 및 카드뮴의 인화물; 갈륨 비소화물; 구리-인듐-셀렌화물 및 구리-인듐-황화물을 포함한다.
페로브스카이트 구조를 갖는 화합물의 예는 스트론튬 티타네이트, 칼슘 티타네이트, 나트륨 티타네이트, 바륨 티타네이트 및 칼륨 니오베이트를 포함한다.
이들 중에서, 산화물 반도체가 바람직하다. 특히, 산화티탄, 산화아연, 산화주석 및 산화니오븀이 더욱 바람직하다. 전자 수송층의 전자 수송 재료가 산화티탄인 경우, 도전대 수준이 높으며, 높은 개방 회로 전압이 얻어질 수 있고, 높은 광전 변환 성질이 얻어질 수 있어서 유리하다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 반도체 재료의 결정형은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 반도체 재료의 결정형은 단결정, 다결정, 또는 비정질일 수 있다.
반도체 재료의 1차 입자의 평균 입경은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 평균 입경은 바람직하게는 1 nm 이상 100 nm 이하, 더욱 바람직하게는 5 nm 이상 50 nm 이하이다. 또한, 더 큰 평균 입경을 갖는 반도체 재료는 혼합되거나 적층될 수 있고, 일부 경우에 입사광을 산란시키는 효과에 의해 변환 효율이 향상될 수 있다. 이러한 경우, 평균 입경은 바람직하게는 50 nm 이상 500 nm 이하이다.
전자 수송층의 평균 두께는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 평균 두께는 바람직하게는 50 nm 이상 100 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 100 nm 이상 50 마이크로미터 이하, 및 더욱 더 바람직하게는 120 nm 이상 10 마이크로미터 이하이다. 전자 수송층의 평균 두께가 상기 언급된 바람직한 범위 내에 속하면, 단위 투영 면적당 광증감 화합물의 양을 충분히 확보할 수 있고, 광의 포획률을 높게 유지할 수 있다. 더욱이, 주입된 전자의 확산 거리도 증가하기 어렵고, 전하의 재결합에 의한 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 바람직한 범위 내에 속하는 평균 두께를 갖는 전자 수송층이 유리하다.
전자 수송층의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 제조 방법의 예는 스퍼터링법과 같은 진공 중에 박막이 형성되는 방법 및 습식 제막법을 포함한다. 이들 중에서, 제조 비용의 관점에서, 습식 제막법이 바람직하며, 반도체 재료의 분말 또는 졸을 분산시킨 페이스트를 생성한 후, 페이스트를 전자 수집 전극 기판으로서 제1 전극 또는 홀 블로킹부 상에 코팅시키는 방법이 더욱 바람직하다.
습식 제막법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 습식 제막법의 예는 침지법, 분무법, 와이어 바 코팅법, 스핀 코팅법, 롤러 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 코팅법, 및 다이 코팅법을 포함한다.
습식 인쇄법으로서, 예를 들어, 철판 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄, 요판 인쇄, 고무판 인쇄 및 스크린 인쇄와 같은 다양한 방법이 이용될 수 있다.
반도체 재료의 분산액의 제조 방법은, 예를 들어, 해당 기술분야에 공지된 밀링 장치를 사용하여 반도체 재료를 기계적으로 분쇄시키는 방법이다. 상기 방법에 의하면, 반도체 재료의 분산액은 미립자 반도체 재료를 단독으로 또는 반도체 재료와 수지의 혼합물을 물 또는 용매 중에 분산시켜 제조될 수 있다.
수지의 예는 비닐 화합물의 폴리머 또는 코폴리머(예를 들어, 스티렌, 비닐 아세테이트, 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르), 실리콘 수지, 페녹시 수지, 폴리술폰 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 포르말 수지, 폴리에스테르 수지, 셀룰로스 에스테르 수지, 셀룰로스 에테르 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리이미드 수지를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
용매의 예는 물, 알코올 용매, 케톤 용매, 에스테르 용매, 에테르 용매, 아미드 용매, 할로겐화 탄화수소 용매 및 탄화수소 용매를 포함한다.
알코올 용매의 예는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올 및 α-터피네올을 포함한다.
케톤 용매의 예는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤을 포함한다.
에스테르 용매의 예는 에틸 포르메이트, 에틸 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트를 포함한다.
에테르 용매의 예는 디에틸 에테르, 디메톡시 에탄, 테트라히드로푸란, 디옥솔란 및 디옥산을 포함한다.
아미드 용매의 예는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈을 포함한다.
할로겐화 탄화수소 용매의 예는 디클로로메탄, 클로로포름, 브로모포름, 메틸 요오다이드, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 플루오로벤젠, 브로모벤젠, 요오도벤젠 및 1-클로로나프탈렌을 포함한다.
탄화수소 용매의 예는 n-펜탄, n-헥산, n-옥탄, 1,5-헥사디엔, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 시클로헥사디엔, 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 에틸벤젠 및 쿠멘을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
반도체 재료를 포함하는 분산액, 또는, 예를 들어, 졸-겔 방법을 통하여 얻은 반도체 재료를 포함하는 페이스트에 입자의 재응집을 방지하기 위해 산, 계면활성제 또는 킬레이트화제를 첨가할 수 있다.
산의 예는 염산, 질산 및 아세트산을 포함한다.
계면활성제의 예는 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르를 포함한다.
킬레이트화제의 예는 아세틸 아세톤, 2-아미노에탄올 및 에틸렌 디아민을 포함한다.
게다가, 증점제의 첨가는 또한 막 형성 능력을 개선시키는 목적에 유효한 수단이다.
증점제의 예는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올 및 에틸 셀룰로스를 포함한다.
반도체 재료를 코팅한 후, 반도체 재료의 입자를 전자적 접촉시키기 위해 또는 막 강도 또는 기판에 대한 접착성을 개선시키기 위해 소성, 마이크로파 또는 전자 빔의 조사 또는 전자 빔의 조사를 수행할 수 있다. 이들 처리는 단독으로 또는 병용으로 수행될 수 있다.
반도체 재료로 형성된 전자 수송층을 소성시킬 경우, 이의 소성 온도는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 상기 온도가 너무 높을 경우, 기판의 저항은 높을 수 있거나 기판은 용융될 수 있다. 따라서, 이의 소성 온도는 바람직하게는 30℃ 이상 700℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상 600℃ 이하이다. 또한, 소성 시간은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 소성 시간은 바람직하게는 10 분 이상 10 시간 이하이다.
반도체 재료로 형성된 전자 수송층이 마이크로파로 조사되는 경우, 조사 시간은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 조사 시간은 바람직하게는 1 시간 이하이다. 이러한 경우, 조사는 전자 수송층이 형성된 면측으로부터 수행될 수 있거나, 전자 수송층이 형성되어 있지 않은 면측으로부터 수행될 수 있다.
반도체 재료로 형성된 전자 수송층을 소성시킨 후, 예를 들어, 전자 수송층의 표면적을 증가시키거나 하기 기재될 광증감 화합물로부터 반도체 재료로의 전자 주입 효율을 향상시키기 위해 사염화티탄의 수용액 또는 유기 용매와의 혼합 용액을 사용한 화학적 도금 또는 삼염화티탄의 수용액을 사용한 전기화학적 도금을 수행할 수 있다.
수십 나노미터의 직경을 갖는 반도체 재료를 소성시켜 얻은 막은 다공질 구조를 형성할 수 있다. 상기 나노다공성 구조는 매우 큰 표면적을 가지며, 표면적은 거칠기 인자를 사용하여 나타낼 수 있다. 거칠기 인자는 제1 기판 상에 코팅된 반도체 입자의 면적에 대한 공극의 내면의 실면적을 나타내는 수치이다. 따라서, 더 큰 값의 거칠기 인자가 바람직하다. 전자 수송층의 평균 두께와의 관계의 관점에서, 거칠기 인자는 바람직하게는 20 이상이다.
<<광증감 화합물>>
광증감 화합물은 출력 또는 광전 변환 효율을 더욱 향상시키기 위해 전자 수송층을 구성하는 반도체 재료의 표면에 흡착된다.
광증감 화합물은 광전 변환 소자에 방출된 광에 의해 광 여기되는 화합물이면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 광증감 화합물의 예는 하기 공지된 화합물을 포함한다.
이의 구체적인 예는 금속 착체 화합물, 문헌[J. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007)]에 기재된 쿠마린 화합물, 문헌[Chem. Commun., 4887 (2007)]에 기재된 폴리엔 화합물, 문헌[J. Am. Chem. Soc., 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun., 3036 (2003), 및 Angew. Chem. Int. Ed., 1923, Vol. 47 (2008)]에 기재된 인돌린 화합물, 문헌[J. Am. Chem. Soc., 16701, Vol. 128 (2006), 및 J. Am. Chem. Soc., 14256, Vol. 128 (2006)]에 기재된 티오펜 화합물, 시아닌 색소, 메로시아닌 색소, 9-아릴크산텐 화합물, 트리아릴 메탄 화합물, 및 문헌[J. Phys. Chem., 2342, Vol. 91 (1987), J. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electroanal. Chem., 31, Vol. 537 (2002) J. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed., 373, Vol. 46 (2007), 및 Langmuir, 5436, Vol. 24 (2008)]에 기재된 프탈로시아닌 화합물 및 포르피린 화합물을 포함한다.
이들 중에서, 금속 착체 화합물, 쿠마린 화합물, 폴리엔 화합물, 인돌린 화합물 및 티오펜 화합물이 바람직하다. 미츠비시 페이퍼 밀즈 리미티드(MITSUIBISHI PAPER MILLS LIMITED)로부터 입수 가능한 하기 구조식 (1), (2) 및 (3)으로 나타낸 화합물 및 게다가 하기 일반식 (3)으로 나타낸 화합물이 더욱 바람직하다. 상기 광증감 화합물은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
일반식 (3)에서, X1 및 X2는 각각 산소 원자, 황 원자 또는 셀레늄 원자를 나타내고, R1은 치환기를 가질 수 있는 메틴기를 나타낸다. 치환기의 구체적인 예는 아릴기(예를 들어, 페닐기 및 나프틸기) 및 헤테로사이클(예를 들어, 티에닐기 및 푸릴기)을 포함한다.
R2는 치환기를 가질 수 있는 알킬기, 치환기를 가질 수 있는 아릴기, 또는 치환기를 가질 수 있는 헤테로시클릭기를 나타낸다. 알킬기의 예는 메틸기, 에틸기, 2-프로필기 및 2-에틸헥실기를 포함한다. 아릴기 및 헤테로시클릭기의 예는 상기 예시된 기를 포함한다.
R3은 산 기, 예컨대, 카르복실산, 술폰산, 포스폰산, 보론산 또는 페놀을 나타내고, Z1 및 Z2는 각각 시클릭 구조를 형성하는 치환기를 나타낸다.
Z1의 예는 각각 치환기를 가질 수 있는 축합 탄화수소계 화합물(예를 들어, 벤젠 고리 및 나프탈렌 고리) 및 헤테로사이클(예를 들어, 티오펜 고리 및 푸란 고리)을 포함한다. 치환기의 구체적인 예는 상기 기재된 알킬기 및 알콕시기(예를 들어, 메톡시기, 에톡시기 및 2-이소프로폭시기)를 포함한다.
Z2의 예는 하기 (A-1) 내지 (A-22)를 포함한다:
Figure pct00005
일반식 (3)을 포함하는 광증감 화합물의 구체적 예는 하기 (B-1) 내지 (B-36)을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다:
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
광증감 화합물을 전자 수송층의 반도체 재료의 표면 상에서 흡착시키는 방법으로서, 예를 들어, 반도체 재료를 포함하는 전자 수송층을 광증감 화합물의 용액 또는 광증감 화합물의 분산액 중에 침지시키는 방법, 및 광증감 화합물의 용액 또는 광증감 화합물의 분산액을 전자 수송층 상에 코팅 및 흡착시키는 방법을 사용할 수 있다. 반도체 재료가 형성되는 전자 수송층을 광증감 화합물의 용액 또는 광증감 화합물의 분산액 중에 침지시키는 방법의 경우에서, 함침법, 침지법, 롤러법 또는 에어 나이프법을 사용할 수 있다. 광증감 화합물의 용액 또는 광증감 화합물의 분산액을 전자 수송층 상에 코팅 및 흡착시키는 방법의 경우에서, 와이어 바 코팅법, 슬라이드 호퍼 코팅법, 압출 코팅법, 커튼 코팅법, 스핀 코팅법 또는 분무 코팅법을 사용할 수 있다. 게다가, 또한 광증감 화합물을 초임계 유체 중에서, 예를 들어, 이산화탄소를 사용하여 흡착시킬 수 있다.
광증감 화합물을 반도체 재료 상에 흡착시킬 경우, 축합제를 병용할 수 있다.
축합제는 광증감 화합물이 반도체 재료의 표면에 물리적 또는 화학적으로 결합된 촉매적 작용을 나타내는 작용제일 수 있거나, 화학량론적으로 작용하여 화학적 평형으로 유리하게 이동시키는 작용제일 수 있다. 게다가, 티올 또는 히드록실 화합물은 축합 보조제로서 이에 첨가될 수 있다.
광증감 화합물을 용해 또는 분산시키는 용매의 예는 물, 알코올 용매, 케톤 용매, 에스테르 용매, 에테르 용매, 아미드 용매, 할로겐화 탄화수소 용매 및 탄화수소 용매를 포함한다.
알코올 용매의 예는 메탄올, 에탄올 및 이소프로필 알코올을 포함한다.
케톤 용매의 예는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤을 포함한다.
에스테르 용매의 예는 에틸 포르메이트, 에틸 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트를 포함한다.
에테르 용매의 예는 디에틸 에테르, 디메톡시 에탄, 테트라히드로푸란, 디옥솔란 및 디옥산을 포함한다.
아미드 용매의 예는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 및 N-메틸-2-피롤리돈을 포함한다.
할로겐화 탄화수소 용매의 예는 디클로로메탄, 클로로포름, 브로모포름, 메틸 요오다이드, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 플루오로벤젠, 브로모벤젠, 요오도벤젠 및 1-클로로나프탈렌을 포함한다.
탄화수소 용매의 예는 n-펜탄, n-헥산, n-옥탄, 1,5-헥사디엔, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 시클로헥사디엔, 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 에틸벤젠 및 쿠멘을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
광증감 화합물의 유형에 의존하여, 화합물 사이의 응집을 막을 때 더욱 효과적으로 작용하는 광증감 화합물이 존재한다. 그러므로, 응집 해리제는 병용될 수 있다.
응집 해리제는 특별히 제한되지 않고, 사용될 색소에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 응집 해리제의 바람직한 예는 스테로이드 화합물(예를 들어, 콜산 및 케노데옥시콜산), 장쇄 알킬 카르복실산 또는 장쇄 알킬 포스폰산을 포함한다.
응집 해리제의 양은 광증감 화합물 1 질량부에 대해 바람직하게는 0.01 질량부 이상 500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 질량부 이상 100 질량부 이하이다.
광증감 화합물 또는 광증감 화합물과 응집 해리제가 전자 수송층을 구성하는 반도체 재료의 표면 상에 흡착될 때의 온도는 바람직하게는 -50℃ 이상 200℃ 이하이다. 흡착 시간은 바람직하게는 5 초 이상 1,000 시간 이하, 더욱 바람직하게는 10 초 이상 500 시간 이하, 더욱 더 바람직하게는 1 분 이상 150 시간 이하이다. 흡착 단계는 바람직하게는 암소에서 수행된다. 게다가, 흡착 단계는 정치되거나 교반 하에 수행될 수 있다.
교반 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 교반 방법의 예는, 예를 들어, 교반기, 볼 밀, 페인트 컨디셔너, 샌드 밀, 마쇄기, 분산기 및 초음파 분산기를 사용하는 방법을 포함한다.
<홀 수송층>
광전 변환 소자는 홀 수송층을 포함한다.
홀 수송층 바람직하게는 p형 반도체 재료 및 염기성 화합물을 포함한다.
홀 수송층은 홀을 수송하는 기능을 얻기 위해 p형 반도체 재료를 포함한다.
홀 수송층의 이온화 포텐셜은 p형 반도체 재료의 이온화 포텐셜을 초과하고, p형 반도체 재료의 이온화 포텐셜의 1.07 배 미만이다. 홀 수송층의 이온화 포텐셜이 p형 반도체 재료의 이온화 포텐셜을 초과하고 p형 반도체 재료의 이온화 포텐셜의 1.07 배 미만인 경우, 저조도의 광 하에서도 높은 광전 변환 성질 및 경시 안정성이 달성될 수 있다.
<<p형 반도체 재료>>
p형 반도체 재료는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. p형 반도체 재료의 예는 무기 p형 반도체 재료 및 유기 p형 반도체 재료를 포함한다.
무기 p형 반도체 재료는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 무기 p형 반도체 재료의 예는 CuSCN, CuI, CuBr, NiO, V2O5, 및 산화 그래핀을 포함한다. 이들 중에서, 유기 p형 반도체 재료가 바람직하다.
유기 p형 반도체 재료는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 공지된 유기 p형 반도체 재료가 사용될 수 있다.
공지된 유기 p형 반도체 재료의 예는 옥사디아졸 화합물, 트리페닐메탄 화합물, 피라졸린 화합물, 히드라존 화합물, 옥사디아졸 화합물, 테트라아릴벤지딘 화합물, 스틸벤 화합물, 및 스피로형 화합물을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 스피로형 화합물이 바람직하다.
스피로형 화합물의 예는 하기 일반식 (4)를 포함하는 화합물을 포함한다:
Figure pct00010
일반식 (4)에서, R4 내지 R7은 디메틸아미노기, 디페닐아미노기, 또는 나프틸-4-톨릴아미노기와 같은 치환된 아미노기를 나타낸다.
스피로형 화합물은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 스피로형 화합물의 예는 예시된 화합물 (D-1) 내지 (D-20)을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
2개의 벤지딘 골격 분자는 스피로형 화합물에서 나선으로 결합되어 있으므로, 거의 구체형인 전자 구름이 형성되며, 분자간 호핑(hopping) 전도성은 우수하다. 그러므로, 스피로형 화합물은 우수한 광전 변환 특성을 나타낸다. 게다가, 스피로형 화합물은 높은 용해도로 인하여 각종 유기 용매 중에 용해된다. 스피로형 화합물은 비정질(결정 구조를 갖지 않는 비정질 물질)이므로, 스피로형 화합물은 다공성 전자 수송층에서 밀집 충전되는 경향이 있다. 스피로형 화합물은 450 ㎚ 이상의 광을 흡수하지 않으므로 광증감 화합물의 광 흡수는 효과적으로 수행될 수 있으며, 이는 고체형 색소-증감 태양 전지에 대해서 특히 바람직하다.
<<염기성 화합물>>
홀 수송층은 염기성 화합물을 포함한다.
염기성 화합물은 전자 수송층 부근의 경계에 존재하는 것으로 사료되고, 전자 수송층으로부터의 역전자 이동(즉, 전자 수송층으로부터 홀 수송층으로의 전자 이동)을 막고 있는 것으로 사료된다.
염기성 화합물은 바람직하게는 하기 일반식 (A) 또는 일반식 (B)으로 표현되는 염기성 화합물, 더욱 바람직하게는 하기 일반식 (1) 및 일반식 (2)로 표현되는 3급 아민 화합물이다. 홀 수송층에 하기 일반식 (A) 또는 일반식 (B)으로 표현되는 염기성 화합물을 포함하면, 높은 개방 회로 전압 및 높은 광전 변환 특성이 얻어질 수 있기 때문에 유리하다. 홀 수송층이 일반식 (1)로 표현되는 3급 아민 화합물 및 일반식 (2)로 표현되는 3급 아민 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 경우, 저조도의 광 하에서도 높은 광 전환 성질 및 경시 안정성이 달성될 수 있다.
Figure pct00018
(일반식 (A)에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, 동일하거나 상이한 기를 나타내거나, R1 및 R2는 서로 결합되어 질소 원자를 함유하는 헤테로시클릭기를 나타낸다.)
Figure pct00019
(일반식 (B)에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, 동일하거나 상이한 기를 나타내거나, R1 및 R2는 서로 결합되어 질소 원자를 함유하는 헤테로시클릭기를 나타낸다.)
Figure pct00020
Figure pct00021
여기서, 일반식 (1) 및 일반식 (2)에서, Ar1 및 Ar2는 치환기를 가질 수 있는 아릴기를 나타내고, Ar1 및 Ar2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 서로 결합될 수 있다.
일반식 (A) 및 일반식 (B)으로 표현되는 염기성 화합물의 구체적인 예시 화합물은 하기에 제시되지만, 본 발명은 이로 제한되지 않는다.
Figure pct00022
Figure pct00023
일반식 (1) 및 일반식 (2)으로 표현되는 3급 아민 화합물의 구체적 예는 하기 예시된 화합물 C-1 내지 C-20을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
홀 수송층에서 염기성 화합물의 양은 홀 수송 재료의 총량에 대해 바람직하게는 1 질량부 이상 50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 10 질량부 이상 30 질량부 이하이다. 염기성 화합물의 양이 바람직한 범위에 속하는 경우, 높은 개방 회로 전압이 유지될 수 있고, 높은 출력이 얻어질 수 있으며, 다양한 환경에서 장기간 사용하더라도 높은 안정성과 내구성이 얻어질 수 있다.
염기성 화합물의 분자량은 바람직하게는 140 g/mol 이상이다. 염기성 화합물의 분자량이 140 g/mol 이상인 경우, 염기성 화합물은 전자 수송층 부근의 경계에 존재하기 때문에, 전자 수송층과 홀 수송층이 서로 화학적으로 그리고 물리적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있으며, 역 전자 이동이 더욱 감소될 수 있다. 따라서, 저조도의 광 하에서도 높은 광전 변환 특성이 나타날 수 있다.
홀 수송층의 형태는 홀 수송 기능을 갖는다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 홀 수송층 형태의 예는 산화 환원 쌍을 유기 용매에 용해시킴으로써 얻어진 전해액; 산화 환원 쌍을 유기 용매에 용해시킴으로써 얻어진 액체를 폴리머 매트릭스에 함침시킴으로써 얻어진 겔 전해질; 산화 환원 쌍을 함유하는 용융염; 및 고체 전해질을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
<<산화제>>
홀 수송층은 바람직하게는 산화제를 포함한다. 홀 수송층이 산화제를 포함하는 경우, 유기 홀 수송 재료의 일부가 라디칼 양이온이 된다. 따라서, 도전성이 향상될 수 있고, 출력 특성의 안정성 또는 내구성이 높아질 수 있다.
산화제에 의해 유기 홀 수송 재료가 산화됨으로써, 양호한 홀 전도성이 나타나고, 광전 변환층의 주위 환경의 영향에 의한 산화 상태의 해제(환원)이 방지되어 우수한 경시 안정성이 나타날 수 있다.
산화제는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 산화제의 예는 트리스(4-브로모페닐)아미늄 헥사클로로안티모네이트, 은 헥사플루오로안티모네이트, 니트로소늄 테트라플루오로보레이트, 질산은, 및 금속 착체를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 금속 착체가 바람직하다.
금속 착체의 예는, 예를 들어, 금속 양이온, 리간드, 및 음이온을 포함하는 조성물을 포함한다.
금속 양이온은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 금속 양이온의 예는, 예를 들어, 크롬, 망간, 아연, 철, 코발트, 니켈, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 바나듐, 금 및 백금의 양이온을 포함한다. 이들 중에서, 망간, 아연, 철, 코발트, 니켈, 구리, 루테늄, 은, 및 바나듐의 양이온이 바람직하며, 코발트 착체가 더욱 바람직하다.
리간드는 바람직하게는 적어도 1 개의 질소를 포함하는 5-원 헤테로사이클 및/또는 6-원 헤테로사이클을 포함하며, 치환기를 포함할 수 있다. 이의 구체적 예는 하기를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
음이온의 예는 수소화물 이온(H-), 불화물 이온(F-), 염화물 이온(Cl-), 브롬화물 이온(Br-), 요오드화물 이온(I-), 수산화물 이온(OH-), 시안화물 이온(CN-), 질산 이온(NO3 -), 아질산 이온(NO2 -), 차아 염소산 이온(ClO-), 아염소산 이온(ClO2 -), 염소산 이온(ClO3 -), 과염소산 이온(ClO4 -), 과망간산 이온(MnO4 -), 아세트산 이온(CH3COO-), 탄산수소 이온(HCO3 -), 인산이수소 이온(H2PO4 -), 황산수소 이온(HSO4 -), 황화수소 이온(HS-), 티오시안산 이온(SCN-), 테트라플루오로붕소산 이온(BF4 -), 헥사플루오로인산 이온(PF6 -), 테트라시아노붕소산 이온(B(CN)4 -), 디시아노아민 이온(N(CN)2 -), p-톨루엔술폰산 이온(TsO-), 트리플루오로메틸술폰산 이온(CF3SO2-), 비스(트리플루오로메틸설포닐)아민 이온(N(SO2CF3)2-), 테트라하이드록소알루미네이트 이온([Al(OH)4]-, 또는 [Al(OH)4(H2O)2]-), 디시아노은(I) 산 이온([Ag(CN)2]-), 테트라하이드록소크롬(III) 산 이온([Cr(OH)4]-), 테트라클로로금(III)산 이온([AuCl4]-), 산화물 이온(O2 -), 황화물 이온(S2-), 과산화물 이온(O2 2-), 황산 이온(SO4 2-), 아황산 이온(SO3 2-), 티오 황산 이온(S2O3 2-), 탄산 이온(CO3 2-), 크롬산 이온(CrO4 2-), 디크롬산 이온(Cr2O7 2-), 인산 일수소 이온(HPO4 2-), 테트라 하이드록소 아연(II) 산 이온([ Zn(OH)4]2-), 테트라시아노 아연(II) 산 이온([Zn(CN)4]2-), 테트라클로로 구리(II) 산 이온([CuCl4]2-), 인산이온(PO4 3-), 헥사시아노 철(III) 산 이온([Fe(CN)6]3-), 비스(티오설파트)은(I) 산 이온([Ag(S2O3)2]3-), 및 헥사시아노 철(II) 산 이온([Fe (CN)6]4-)을 포함한다. 이들 중에서, 테트라플루오로붕소산 이온, 헥사플루오로인산 이온, 테트라시아노붕소산 이온, 비스(트리플루오로메틸설포닐)아민 이온, 및 과염소산 이온이 바람직하다.
금속 착체는 특히 바람직하게는 하기 일반식 (5)으로 표현되는 3가 코발트 착체이다. 금속 착체가 3가 코발트 착체인 경우, 산화제로서의 기능이 우수한 점에서 유리하다.
Figure pct00031
일반식 (5)에서, R8 내지 R10은 수소 원자, 메틸기, 에틸기, tert-부틸기, 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다. X는 상기 음이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 나타낸다.
일반식 (5)으로 표현되는 코발트 착체의 구체적 예가 하기에 기재된다. 그러나, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
Figure pct00032
Figure pct00033
금속 착체로서, 하기 일반식 (6)으로 표현되는 3가 코발트 착체가 또한 효과적으로 사용된다.
Figure pct00034
일반식 (6)에서, R11 및 R12는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, tert-부틸기, 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다. X는 상기 음이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 나타낸다.
일반식 (6)으로 표현되는 코발트 착체의 구체적 예는 하기에 기재된다. 그러나, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
Figure pct00035
산화제의 양은 홀 수송 재료 100 질량부에 대해 바람직하게는 0.5 질량부 이상 50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 5 질량부 이상 30 질량부 이하이다. 산화제의 첨가에 의해 모든 홀 수송 재료가 산화될 필요는 없고, 홀 수송 재료의 일부만이 산화되는 한 유효하다.
<<알칼리 금속 염>>
홀 수송층은 바람직하게는 첨가제로서 알칼리 금속 염을 포함한다. 이는 전하의 이동이 원활해지고 양호한 광전 변환 특성이 얻어질 수 있기 때문에 유리하다.
알칼리 금속 염의 양이온은 전자 수송층 부근의 경계에 존재하고 알칼리 금속 염의 음이온은 홀 수송층에 도핑되는 것으로 사료된다.
알칼리 금속 염의 예는 리튬 클로라이드, 리튬 브로마이드, 리튬 요오다이드, 리튬 퍼클로레이트, 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)디이미드, 리튬 디이소프로필이미드, 리튬 아세테이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 리튬 펜타플루오로포스페이트, 및 리튬 테트라시아노보레이트와 같은 리튬 염; 소듐 클로라이드, 소듐 브로마이드, 소듐 요오다이드, 소듐 퍼클로레이트, 소듐 비스(트리플루오로메탄술포닐)디이미드, 소듐 아세테이트, 소듐 테트라플루오로보레이트, 소듐 펜타플루오로포스페이트, 및 소듐 테트라플루오로보레이트와 같은 나트륨 염; 및 포타슘 클로라이드, 포타슘 브로마이드, 포타슘 요오다이드, 및 포타슘 퍼클로레이트와 같은 칼륨 염을 포함한다. 이들 중에서, 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)디이미드 및 리튬 디이소프로필이미드가 바람직하다.
알칼리 금속 염의 양은 바람직하게는 홀 수송 재료 100 질량부에 대해 1 질량부 이상 50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 5 질량부 이상 30 질량부 이하이다.
홀 수송층은 단일 재료로 형성된 단층 구조를 가질 수 있거나 복수의 화합물을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다. 홀 수송층이 적층 구조를 갖는 경우, 제2 전극에 가까운 홀 수송층에 폴리머 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 제막 성질이 우수한 폴리머 재료의 사용은 다공질 전자 수송층의 표면을 보다 평활화할 수 있고, 광전 변환 성질을 향상시킬 수 있기 때문에 유리하다. 또한, 폴리머 재료는 다공성 전자 수송층 내부에 침투하기 어렵다. 따라서, 폴리머 재료는 다공성 전자 수송층의 표면의 피복 성질이 우수하고, 전극이 제공될 때 단락 방지 효과를 달성할 수 있다.
홀 수송층에 사용되는 폴리머 재료는 특별히 제한되지 않는다. 폴리머 재료의 예는 공지된 홀 수송 폴리머 재료를 포함한다.
홀 수송 폴리머 재료의 예는 폴리티오펜 화합물, 폴리페닐렌 비닐렌 화합물, 폴리플루오렌 화합물, 폴리페닐렌 화합물, 폴리아릴아민 화합물, 및 폴리티아디아졸 화합물을 포함한다.
폴리티오펜 화합물의 예는 폴리(3-n-헥실티오펜), 폴리(3-n-옥틸옥시티오펜), 폴리(9,9'-디옥틸-플루오렌-코-바이티오펜), 폴리(3,3"'-디도데실-쿼터 티오펜), 폴리(3,6-디옥틸티에노[3,2-b]티오펜), 폴리(2,5-비스(3-데실티오펜-2-일)티에노[3,2-b]티오펜), 폴리(3,4-디데실티오펜-코-티에노[3,2-b]티오펜), 폴리(3,6-디옥틸티에노[3,2-b]티오펜-코-티에노[3,2-b]티오펜), 폴리(3,6-디옥틸티에노[3,2-b]티오펜-코-티오펜), 및 폴리(3,6-디옥틸티에노[3,2-b]티오펜-코-바이티오펜)을 포함한다.
폴리페닐렌 비닐렌 화합물의 예는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌], 폴리[2-메톡시-5-(3,7-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌], 및 폴리[(2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)-코-(4,4'-바이페닐렌-비닐렌)]을 포함한다.
폴리플루오렌 화합물의 예는 폴리(9,9'-디도데실플루오레닐-2,7-디일), 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌플루오렌)-알트-코-(9,10-안트라센)], 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌플루오렌)-알트-코-(4,4'-바이페닐렌)], 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌플루오렌)-알트-코-(2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌)], 및 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디일)-코-(1,4-(2,5-디헥실옥시)벤젠)]을 포함한다.
폴리페닐렌 화합물의 예는 폴리[2,5-디옥틸옥시-1,4-페닐렌] 및 폴리[2,5-디(2-에틸헥실옥시-1,4-페닐렌]을 포함한다.
폴리아릴아민 화합물의 예는 폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-알트-코-(N,N'-디페닐)-N,N'-디(p-헥실페닐)-1,4-디아미노벤젠], 폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-알트-코-(N,N'-비스(4-옥틸옥시페닐)벤지딘-N,N'-(1,4-디페닐렌)], 폴리[(N,N'-비스(4-옥틸옥시페닐)벤지딘-N,N'-(1,4-디페닐렌)], 폴리[(N,N'-비스(4-(2-에틸헥실옥시)페닐)벤지딘-N,N'-(1,4-디페닐렌)], 폴리[페닐이미노-1,4-페닐렌비닐렌-2,5-디옥틸옥시-1,4-페닐렌비닐렌-1,4-페닐렌], 폴리[p-톨릴이미노-1,4-페닐렌비닐렌-2,5-디(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌-1,4-페닐렌], 및 폴리[4-(2-에틸헥실옥시)페닐이미노-1,4-바이페닐렌]을 포함한다.
폴리티아디아졸 화합물의 예는 폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-알트-코-(1,4-벤조(2,1',3)티아디아졸] 및 폴리(3,4-디데실티오펜-코-(1,4-벤조(2,1',3)티아디아졸)을 포함한다.
이들 중에서, 폴리티오펜 화합물 및 폴리아릴아민 화합물이 캐리어 이동도 및 이온화 전위의 관점에서 바람직하다.
다양한 첨가제가 홀 수송 재료에 첨가될 수 있다.
첨가제의 예는 염기성 화합물 및 알칼리 금속 염, 예컨대, 금속 요오다이드 (예를 들어, 아이오딘, 리튬 요오다이드, 소듐 요오다이드, 포타슘 요오다이드, 세슘 요오다이드, 칼슘 요오다이드, 구리 요오다이드, 아이언 요오다이드, 및 실버 요오다이드), 4차 암모늄 염 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 요오다이드 및 피리디늄 요오다이드), 금속 브로마이드 (예를 들어, 리튬 브로마이드, 소듐 브로마이드, 포타슘 브로마이드, 세슘 브로마이드, 및 칼슘 브로마이드), 4차 암모늄 화합물의 브롬 염 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 브로마이드 및 피리디늄 브로마이드), 금속 클로라이드 (예를 들어, 구리 클로라이드 및 실버 클로라이드), 금속 아세테이트 (예를 들어, 구리 아세테이트, 실버 아세테이트, 및 팔라듐 아세테이트), 금속 설페이트 (예를 들어, 구리 설페이트 및 아연 설페이트), 금속 착체 (예를 들어, 페로시아네이트-페리시아네이트 및 페로센-페리시늄 이온), 황 화합물 (예를 들어, 소듐 폴리설파이드 및 알킬티올-알킬 디설파이드), 비오로겐 색소, 히드로퀴논, 문헌[Inorg. Chem. 35 (1996) 1168]에 기재된 이온성 액체 (예를 들어, 1,2-디메틸-3-n-프로필이미다졸륨 요오다이드, 1-메틸-3-n-헥실이미다졸륨 요오다이드, 1,2-디메틸-3-에틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 노나플루오로부틸술포네이트, 및 1-메틸-3-에틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸)술포닐 이미드), 피리딘, 4-t-부틸피리딘, 벤즈이미다졸, 및 이들의 유도체를 포함한다.
홀 수송층의 평균 두께는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 홀 수송층은 바람직하게는 홀 수송층이 다공성 전자 수송층의 공극에 들어간 구조를 갖는다. 0.01 마이크로미터 이상 20 마이크로미터 이하의 평균 두께를 갖는 홀 수송층은 바람직하게는 전자 수송층 상에 배치되고, 0.1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하의 평균 두께를 갖는 홀 수송층은 더욱 바람직하게는 전자 수송층 상에 배치되고, 0.2 마이크로미터 이상 2 마이크로미터 이하의 평균 두께를 갖는 홀 수송층은 더욱 더 바람직하게는 전자 수송층 상에 배치된다.
홀 수송층은 광증감 화합물이 흡착되는 전자 수송층 상에 직접 형성될 수 있다. 홀 수송층을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 방법의 예는 진공 증착법과 같은 진공 하에서 박막을 형성하는 방법 및 습식 제막법을 포함한다. 이들 중에서, 특히, 습식 제막법이 바람직하고, 전자 수송층 상에서 코팅을 수행하는 방법이 제조 비용의 관점에서 바람직하다.
습식 제막법이 이용되는 경우, 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으며, 해당 기술분야에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 이의 예는 침지법, 분무법, 와이어 바 코팅법, 스핀-코팅법, 롤러 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 코팅법, 및 다이 코팅법을 포함한다. 습식 인쇄법의 예는, 예컨대, 철판 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄, 요판 인쇄, 고무판 인쇄 및 스크린 인쇄와 같은 다양한 방법을 포함한다.
막은 초임계 유체, 또는 임계점보다 낮은 온도 및 압력을 갖는 아임계 유체 중에서 형성될 수 있다. 초임계 유체는 액체와 고체가 공존할 수 있는 한계(임계점)를 넘어서는 온도 및 압력 영역에서 비응집성 고밀도 유체로서 존재하며, 압축 시에는 응집되지 않으며, 임계 온도 및 임계 압력 이상의 상태에 있는 유체라면 특별히 제한되지 않으며, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 임계 유체는 바람직하게는 낮은 임계 온도를 갖는 초임계 유체이다.
초임계 유체의 예는 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 질소, 물, 알코올 용매, 탄화수소 용매, 할로겐 용매 및 에테르 용매를 포함한다.
알코올 용매의 예는 메탄올, 에탄올 및 n-부탄올을 포함한다.
탄화수소 용매의 예는 에탄, 프로판, 2,3-디메틸부탄, 벤젠 및 톨루엔을 포함한다. 할로겐 용매의 예는 메틸렌 클로라이드 및 클로로트리플루오로메탄을 포함한다.
에테르 용매의 예는 디메틸 에테르를 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
이들 중에서, 이산화탄소는 7.3 MPa의 임계 압력 및 31℃의 임계 온도를 가지므로, 초임계 상태를 쉽게 생성할 수 있으며, 불연성이며, 취급이 용이하므로 바람직하다.
초임계 유체는 임계점 부근의 온도 및 압력 영역에서 고압 액체로서 존재한다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 초임계 유체로서 예시된 화합물은 아임계 유체로서 적합하게 사용될 수 있다.
초임계 유체의 임계 온도 및 임계 압력은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이의 임계 온도는 바람직하게는 -273℃ 이상 300℃ 이하, 더욱 바람직하게는 0℃ 이상 200℃ 이하이다.
초임계 유체 및 아임계 유체 이외에, 유기 용매 또는 공비첨가제는 병용될 수 있다. 초임계 유체 중의 용해성은 유기 용매 또는 공비첨가제의 첨가에 의해 더 쉽게 조절될 수 있다.
유기 용매는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이의 예는 케톤 용매, 에스테르 용매, 에테르 용매, 아미드 용매, 할로겐화 탄화수소 용매 및 탄화수소 용매를 포함한다.
케톤 용매의 예는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤을 포함한다.
에스테르 용매의 예는 에틸 포르메이트, 에틸 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트를 포함한다.
에테르 용매의 예는 디이소프로필 에테르, 디메톡시 에탄, 테트라히드로푸란, 디옥솔란 및 디옥산을 포함한다.
아미드 용매의 예는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈을 포함한다.
할로겐화 탄화수소 용매의 예는 디클로로메탄, 클로로포름, 브로모포름, 메틸 요오다이드, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 플루오로벤젠, 브로모벤젠, 요오도벤젠 및 1-클로로나프탈렌을 포함한다.
탄화수소 용매의 예는 n-펜탄, n-헥산, n-옥탄, 1,5-헥사디엔, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 시클로헥사디엔, 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 에틸벤젠 및 쿠멘을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
광증감 화합물이 흡착되는 전자 수송층 상에 홀 수송 재료를 적층시킨 후, 프레스 처리 단계를 수행할 수 있다. 프레스 처리는 홀 수송 재료가 다공성 전극인 전자 수송층에 추가로 부착되도록 하며, 이는 효율을 개선시킬 수 있다.
프레스 처리의 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이러한 방법의 예는 IR 정제 성형기에 의해 대표되는 평판을 사용한 프레스 성형 방법 및 롤러를 사용하는 롤 프레스 방법을 포함한다.
압력은 바람직하게는 10 kgf/cm2 이상, 더욱 바람직하게는 30 kgf/cm2 이상이다.
프레스 처리의 시간은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이의 시간은 바람직하게는 1 시간 이하이다. 게다가, 프레스 처리 시 열을 가할 수 있다. 프레스 처리 시, 프레스기와 전극 사이에 이형제를 배치할 수 있다.
이형제의 예는 플루오로수지, 예컨대, 폴리에틸렌 테트라플루오라이드, 폴리클로로에틸렌 트리플루오라이드, 에틸렌 테트라플루오라이드-프로필렌 헥사플루오라이드 코폴리머, 퍼플루오로알콕시 플루오라이드 수지, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 에틸렌-에틸렌 테트라플루오라이드 코폴리머, 에틸렌-클로로에틸렌 트리플루오라이드 코폴리머, 및 폴리비닐 플루오라이드를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
금속 산화물은 프레스 처리 단계 후 제2 전극의 배치 전 홀 수송 재료 및 제2 전극 사이에 배치될 수 있다.
금속 산화물의 예는 몰리브데넘 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 바나듐 옥사이드, 및 니켈 옥사이드를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 몰리브데넘 옥사이드가 바람직하다.
홀 수송층 상에 금속 산화물을 배치하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이러한 방법의 예는 박막을 진공 중에서 형성하는 방법(예를 들어, 스퍼터링법 및 진공 증착법) 및 습식 제막법을 포함한다.
습식 제막법은 바람직하게는 금속 산화물의 분말 또는 졸을 분산시켜 얻어진 페이스트를 제조하고, 홀 수송층 상에 코팅시키는 방법이다. 습식 제막법을 사용할 경우, 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으며, 해당 기술분야에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 코팅 방법의 예는 침지법, 분무법, 와이어 바 코팅법, 스핀-코팅법, 롤러 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 코팅법, 및 다이 코팅법을 포함한다. 습식 인쇄법으로서, 철판 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄, 요판 인쇄, 고무판 인쇄 및 스크린 인쇄와 같은 다양한 방법을 사용할 수 있다.
코팅된 금속 산화물의 평균 두께는 바람직하게는 0.1 nm 이상 50 nm 이하, 더욱 바람직하게는 1 nm 이상 10 nm 이하이다.
<제2 전극>
광전 변환 소자는 제2 전극을 포함한다.
제2 전극은 홀 수송층 상에 또는 홀 수송층의 금속 산화물 상에 형성될 수 있다. 제1 전극과 동일한 것을 제2 전극에 사용할 수 있다. 강도가 충분히 유지될 수 있는 경우, 지지체를 항상 필요로 하는 것은 아니다.
제2 전극의 재료의 예는 금속, 탄소 화합물, 도전성 금속 산화물 및 도전성 폴리머를 포함한다.
금속의 예는 백금, 금, 은, 구리 및 알루미늄을 포함한다.
탄소 화합물의 예는 그라파이트, 풀러렌, 카본 나노튜브 및 그래핀을 포함한다.
도전성 금속 산화물의 예는 ITO, FTO, 및 ATO를 포함한다.
도전성 폴리머의 예는 폴리티오펜 및 폴리아닐린을 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
홀 수송 재료 상에 이들 금속 산화물을 제공하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 방법의 예는 스퍼터링법 또는 진공 증착법과 같은 진공 하에서 박막을 형성하는 방법; 및 습식 제막법을 포함한다.
습식 제막법은 바람직하게는 금속 산화물의 분말 또는 졸을 분산시키는 페이스트를 제조한 다음, 페이스트를 홀 수송층 상에 코팅시키는 방법이다.
습식 제막법을 사용할 경우, 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으며, 해당 기술분야에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
이의 예는 침지법, 분무법, 와이어 바 코팅법, 스핀-코팅법, 롤러 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 코팅법, 및 다이 코팅법을 포함한다. 습식 인쇄법의 예는 철판 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄, 요판 인쇄, 고무판 인쇄 및 스크린 인쇄와 같은 다양한 방법을 포함한다. 막 두께는 바람직하게는 0.1 nm 이상 50 nm 이하, 더욱 바람직하게는 1 nm 이상 10 nm 이하이다.
제2 전극은 홀 수송층의 형성 후 또는 상기 언급된 금속 산화물 상에 새로 제공된다.
제1 전극과 동일한 것을 제2 전극에 일반적으로 사용할 수 있다. 강도 또는 밀봉 성질이 충분히 유지되는 구성에서는 지지체는 반드시 필요하지는 않다.
제2 전극의 형성은 사용될 재료의 종류나 홀 수송층의 종류에 따라, 적절하게는 홀-수송-층 상에 코팅법, 적층법, 증착법, CVD 법, 및 접합법과 같은 방법에 의해 형성될 수 있다.
광전 변환 소자에서, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제1 전극측은 투명하며, 입사광을 제1 전극측으로부터 수용하는 방법이 사용된다. 이러한 경우에서, 광을 반사하는 재료는 바람직하게는 제2 전극측에 사용되며, 금속 또는 도전성 산화물이 증착되는 유리, 플라스틱 또는 금속 박막이 바람직하게 사용된다. 또한, 입사광이 수용될 측에 반사방지층을 제공하는 것이 효과적인 수단이다.
<밀봉부>
외부 환경으로부터 적어도 광전 변환층을 차폐시키도록 구성된 밀봉부를 포함하는 것이 바람직하다.
밀봉부는 한 쌍의 기판에 끼워져 있고, 적어도 전자 수송층 및 홀 수송층은 외부 환경으로부터 차폐될 수 있고, 상기 광전 변환 소자의 밀봉부는 중공부를 포함할 수 있다.
밀봉 부재의 위치는 밀봉 부재가 적어도 전자 수송층 및 홀 수송층을 외부 환경으로부터 차폐하는 위치에 배치된다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재는 전자 수송층, 홀 수송층, 및 제2 전극을 덮도록 전면에 제공될 수 있다. 대안적으로, 기판은 제2 전극의 상부에 제공될 수 있고, 밀봉 부재는 상기 기판의 외측 가장자리에 제공되어 제1 기판, 제1 전극 및 홀 블로킹층 중 적어도 어느 하나에 밀봉 부재를 접착할 수 있다.
후자에 기재된 바와 같이 기판이 제공되고 기판의 외부 가장자리에 밀봉 부재가 제공되는 구성에서, 중공부가 광전 변환 소자, 또는 광전 변환 모듈의 내부에 제공될 수 있다. 중공부는 산소 또는 습도를 제어할 수 있고, 출력 또는 내구성의 향상에 유효하다.
밀봉부와 광전 변환층이 서로 접촉하고 있는 경우, 기계적 응력에 의해 광전 변환 소자가 변형되었을 때, 밀봉부의 신축으로 인해 광전 변환층이 파손(박리, 균열)될 수 있다. 경시 내구성과 관련하여, 밀봉부로부터, 미경화의 모노머 성분 등이 경시에 유출되어 광전 변환층을 침식할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 밀봉부는 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치된다. 도 26에 기재된 바와 같이, 각 변에 배치된 밀봉부(9)의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)을 갖는다. 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)는 밀봉부 경계 또는 밀봉부 벌크에 주어진다. 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 바람직하게는 1.02 이상 5.0 이하, 더욱 바람직하게는 1.09 이상 3.0 이하이다. 비(B/A)가 1.02 이상 5.0 이하이면, 기계적 응력으로 인한 광전 변환 소자의 변형에 따라 변위량이 커지고, 높은 고온 다습에 대한 내구성을 유지하면서 기계적 응력에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
밀봉부와 제2 전극 사이의 거리(C)는 바람직하게는 30 마이크로미터 이상, 더욱 바람직하게는 50 마이크로미터 이상, 더욱 더 바람직하게는 100 마이크로미터 이상이다. 30 마이크로미터 이상을 충족하는 거리(C)는 밀봉 수지로부터 떨어져 나가더라도 모노머 성분이 발전층에 거의 도달하지 않기 때문에 유리하다.
최소 폭(A), 최대 폭(B) 및 거리(C)는, 예를 들어, 광학 현미경 및 현미경에 의해 측정될 수 있다.
밀봉부의 폭 방향의 형상은, 비(B/A) 및 거리(C)의 범위를 충족하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 형상의 예는 만곡 형상, 직사각형 형상, 및 쐐기 형상을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 복수의 형상이 혼합될 수 있다. 형상의 주기성은 특별히 제한되지 않는다. 형상의 주기성은 랜덤일 수 있거나 주기적일 수 있다.
본 발명에서, 바람직하게는, 광전 변환층의 외주부의 적어도 일부는 델리션부를 포함하고, 델리션부와 제2 기판 사이에 밀봉부가 배치된다.
델리션부에 의해 미세한 요철부가 형성되기 때문에, 앵커 효과에 의해 밀봉부와의 밀착력이 향상되고, 높은 고온 다습에 대한 내구성을 유지하면서 기계적 응력에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
밀봉 부재는 공기의 수증기 유입을 억제하는 것이면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 밀봉 부재의 예는 저융점 프릿 유리, 에폭시 수지 및 아크릴 수지와 같은 자외선 경화성 수지, 및 열경화성 수지를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 상기 언급된 구성 재료에 더하여, 수증기의 유입을 더 억제하기 위해 건조제가 혼합될 수 있다.
본 발명에서 밀봉 부재로서 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다.
밀봉 부재로서 에폭시 수지를 사용하고 홀 수송층이 일반식 (1)으로 표현되는 3급 아민 화합물 및 일반식 (2)으로 표현되는 3급 아민 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 경우, 광전 변환 소자를 고온 다습 조건 하에 보존한 경우에도, 보존 전 얻어지는 높은 출력을 유지할 수 있다.
또한, 경화 생성물의 가요성과 기재에 대한 밀착력이 양호하게 유지될 수 있기 때문에, 양호한 기계적 내구성도 얻어질 수 있다.
에폭시 수지는 이의 분자 내에 에폭시기를 포함하는 모노머 또는 올리고머를 경화시킴으로써 얻어진 수지라면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 에폭시 수지의 예는 수분산형 에폭시 수지, 무용제형 에폭시 수지, 고체형 에폭시 수지, 열경화형 에폭시 수지, 경화제 혼합형 에폭시 수지, 및 자외선 경화형 에폭시 수지를 포함한다. 이들 중에서, 열경화성 에폭시 수지 및 자외선 경화형 에폭시 수지가 바람직하고, 자외선 경화형 에폭시 수지가 더욱 바람직하다. 자외선 경화형 에폭시 수지는 가열될 수 있다는 점에 유의한다.
에폭시 수지의 예는 비스페놀 A계 에폭시 수지, 비스페놀 F계 에폭시 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 지환족 에폭시 수지, 장쇄 지방족 에폭시 수지, 글리시딜 아민계 에폭시 수지, 글리시딜 에테르계 에폭시 수지 및 글리시딜 에스테르계 에폭시 수지를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
에폭시 수지는 경화제 및 필요에 따라 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
경화제의 예는 아민계 경화제, 산 무수물계 경화제, 폴리아미드계 경화제 및 기타 경화제를 포함한다.
아민계 경화제의 예는 지방족 폴리아민, 예컨대, 디에틸렌트리아민 및 트리에틸렌테트라민; 및 방향족 폴리아민, 예컨대, 메트페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄 및 디아미노디페닐술폰을 포함한다.
산 무수물계 경화제의 예는 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물, 메틸나드산 무수물, 피로멜리트산 무수물, HET 무수물 및 도데세닐숙신산 무수물을 포함한다.
기타 경화제의 예는 이미다졸 및 폴리머캅탄을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
첨가제의 예는 충전제, 갭제(gap agent), 중합 개시제, 건조제(수분 흡수제), 경화 촉진제, 커플링제, 가요성화제, 착색제, 난연 보조제, 산화방지제 및 유기 용매를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 충전제, 갭제, 경화 촉진제, 중합 개시제 및 건조제(수분 흡수제)가 바람직하며, 충전제 및 중합 개시제가 특히 바람직하다.
-충전제-
충전제는 외부 환경 하에서 수분 또는 산소의 유입을 방지하는 데 효과적이다. 그 밖에, 충전제는 경화 시 체적 수축 감소, 경화 또는 가열 시 발생되는 가스 양의 감소, 기계적 강도의 개선, 및 열 전도성 또는 유동성의 제어와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 본 발명에서 각종 환경 하에서 안정한 출력을 유지하는 데 상당히 효과적이다.
광전 변환 소자의 출력 특성 또는 내구성과 관련하여, 외부 환경으로부터 광전 변환 소자로의 수분 또는 산소의 유입에 의한 영향뿐 아니라, 밀봉 부재의 가열 및 경화시 발생하는 가스의 영향을 무시할 수 없다. 특히, 가열 시 발생하는 가스에 의한 영향은 광전 변환 소자가 고온 환경 하에서 보존될 경우에도 출력 특성에 크게 영향을 미친다.
이러한 경우, 밀봉 부재에 충전제, 갭제, 및 건조제가 포함되는 경우, 이들이 수분 또는 산소의 유입을 방지할 수 있고, 사용되는 밀봉 부재의 양을 저감할 수 있고, 이에 의해 가스의 발생 감소 효과를 얻을 수 있다. 이는 경화 시 뿐만 아니라 광전 변환 소자가 고온 환경 하에 보존될 때에도 유효하다.
충전제는 특별히 제한되지 않고, 공지된 제품이 사용될 수 있다. 충전제의 바람직한 예는 무기 충전제, 예컨대, 결정질 또는 비정질 실리카, 탈크, 알루미나, 알루미늄 니트라이드, 실리콘 니트라이드, 칼슘 실리케이트, 및 칼슘 카보네이트를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
충전제의 평균 1차 입경은 바람직하게는 0.1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 1 마이크로미터 이상 5 마이크로미터 이하이다. 0.1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하를 충족하는 충전제의 평균 1차 입경이 효과적인데, 그 이유는 수분 또는 산소의 유입을 막는 효과가 충분히 달성될 수 있으며, 점도가 적절해지고, 기판에 대한 접착성 또는 소포 성질이 개선되며, 밀봉부의 폭의 제어 또는 작업성이 달성되기 때문이다.
충전제는 밀봉부에 균일하게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 수분 또는 산소의 유입을 억제하는 효과가 충분히 얻어질 수 있다. 갭제 또는 스페이서를 사용하는 경우, 충전제의 밀도가 낮은 층이 이의 경계 부근에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 밀봉부의 폭 방향에 대해 충전제의 밀도가 낮은 층의 거리를 길게 함으로써 수분 또는 산소의 유입을 억제하는 효과가 충분히 얻어질 수 있다. 충전제의 밀도는, 예를 들어, 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 측정될 수 있다.
충전제의 양은 밀봉 부재의 총량에 대해 바람직하게는 10 질량부 이상 90 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 20 질량부 이상 70 질량부 이하이다. 충전제의 양이 10 질량부 이상 90 질량부 이하인 경우, 수분 또는 산소의 유입을 막는 효과가 충분히 얻어질 수 있고, 점도가 적절해지고, 밀착력 및 작업성이 우수해진다.
-갭제-
갭제는 갭 제어제 또는 스페이서제로 불리우며, 밀봉부의 갭을 제어할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재가 제1 기판 상에 제공되거나 제1 전극 및 제2 기판이 밀봉을 위해 그 위에 제공되는 경우, 갭제가 에폭시 수지 중에 혼합되므로 밀봉부의 갭은 갭제의 크기에 부합한다. 그 결과, 밀봉부의 갭을 쉽게 제어할 수 있다.
갭제로서, 해당 기술분야에 공지된 재료가 미립자 형상을 가지며, 균일한 입경을 가지며, 높은 내용제성 및 내열성을 갖는다면 사용될 수 있다. 에폭시 수지와 높은 친화성을 갖고 구형 미립자 형상을 갖는 것들이 바람직하다. 이의 구체적 예는 유리 비드, 실리카 입자, 및 유기 수지 입자를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
갭제의 입경은 설정될 밀봉부의 갭에 따라 선택될 수 있다. 갭제의 입경은 바람직하게는 1 마이크로미터 이상 100 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 5 마이크로미터 이상 50 마이크로미터 이하이다.
밀봉부의 갭을 제어하는 또 다른 방법으로서, 스페이서가 배치될 수 있다.
스페이서는 광전 변환층의 외주부에 위치되는 한 어느 위치든 배치될 수 있다. 예를 들어, 스페이서는, 예를 들어, 제1 기판, 제1 전극, 홀 블로킹층, 델리션층, 제2 전극, 또는 제2 기판 상에 배치될 수 있다. 스페이서는 상기의 조합 상에 배치될 수 있다.
스페이서는 밀봉부의 외부에 배치될 수 있거나, 밀봉부의 내부에 포함될 수 있다.
스페이서의 재료는 공기의 수증기 유입을 억제하는 것이면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 재료의 예는 유리 재료, 금속 재료, 금속 산화물 재료, 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 같은 자외선 경화 수지, 및 열경화성 수지를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
-중합 개시제-
중합 개시제는 열 또는 광을 사용하여 중합을 개시하려는 목적으로 첨가되는 재료이다.
열 중합 개시제는 가열에 의해 라디칼 또는 양이온과 같은 활성 종을 발생시키는 화합물이다. 열 중합 개시제의 구체적 예는 아조 화합물, 예컨대, 2,2'-아조비스부티로니트릴(AIBN) 및 퍼옥사이드, 예컨대, 벤조일 퍼옥사이드(BPO)를 포함한다. 열 양이온 중합 개시제의 예는 벤젠술폰산 에스테르 및 알킬 술포늄 염을 포함한다.
한편, 광중합 개시제로서, 광양이온 중합 개시제는 바람직하게는 에폭시 수지의 경우에 사용된다. 광양이온 중합 개시제를 에폭시 수지와 혼합하고, 발광될 경우, 광양이온 중합 개시제는 분해되어 강산을 생성하며, 산은 에폭시 수지의 중합을 유발한다. 그 후, 경화 반응이 진행된다. 광양이온 중합 개시제는 경화 중에 체적 수축이 낮으며, 산소 억제가 발생하지 않으며, 저장 안정성이 높은 효과를 갖는다.
광양이온 중합 개시제의 예는 방향족 디아조늄 염, 방향족 요오도늄 염, 방향족 술포늄 염, 메탈로센 화합물 및 실란올-알루미늄 착체를 포함한다. 게다가, 광 조사 하에서 산을 발생시키는 기능을 갖는 광산 발생제가 또한 사용될 수 있다.
광산 발생제는 양이온 중합을 개시하기 위해 산으로서 기능한다. 광산 발생제의 예는 오늄 염, 예컨대, 양이온부 및 음이온부를 포함하는 이온성 술포늄 염계 오늄 염 및 이온성 요오도늄 염계 오늄 염과 같은 오늄 염을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
중합 개시제의 양은 밀봉 부재의 총량에 대해 바람직하게는 0.5 질량부 이상 10 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량부 이상 5 질량부 이하이다. 0.5 질량부 이상 10 질량부 이하를 충족하는 중합 개시제의 양은 경화가 적절하게 진행되도록 하며, 잔존하는 미경화물을 감소시킬 수 있으며, 발생된 가스가 과량이 되는 것을 막을 수 있어서 효과적이다.
-건조제-
건조제는 또한 수분 흡수제라 불리며, 수분을 물리적으로 또는 화학적으로 흡착시키거나 흡수시키는 기능을 갖는 재료이다. 밀봉 부재 중의 건조제의 포함은 내습성이 추가로 개선될 수 있으며, 일부 경우에 아웃가스(outgas)의 영향을 감소시킬 수 있으므로 효과적이다.
건조제는 바람직하게는 미립자이다. 건조제의 예는 무기 수분 흡수 재료, 예컨대, 칼슘 옥사이드, 바륨 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 마그네슘 설페이트, 소듐 설페이트, 칼슘 클로라이드, 실리카 겔, 분자체, 및 제올라이트를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들 중에서, 제올라이트가 바람직한데, 그 이유는 제올라이트가 다량의 수분을 흡수하기 때문이다.
-경화 촉진제-
경화 촉진제는 또한 경화 촉매라 불리며, 경화 속도를 촉진시키려는 목적으로 사용된다. 경화 촉진제는 주로 열경화성 에폭시 수지에 사용된다.
경화 촉진제의 예는 3급 아민 또는 3급 아민 염, 예컨대, DBU (1,8-디아자바이시클로(5,4,0)-운데센-7) 및 DBN (1,5-디아자바이시클로(4,3,0)-노넨-5); 이미다졸계 화합물, 예컨대, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸 및 2-에틸-4-메틸이미다졸; 및 포스핀 또는 포스포늄 염, 예컨대, 트리페닐포스핀 및 테트라페닐포스핀 및 테트라페닐포스포늄·테트라페닐 보레이트를 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
-커플링제-
커플링제는 분자간 결합력을 높이는 효과를 갖고, 커플링제의 예는 실란 커플링제를 포함한다. 이의 구체적 예는 실란 커플링제, 예컨대, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, N-(2-(비닐벤질아미노)에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란 하이드로클로라이드, 및 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다.
밀봉 부재로서, 밀봉 재료, 시일 재료, 또는 접착제로서 시판 중인 에폭시 수지 조성물이 공지되어 있으며, 본 발명에 효과적으로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 태양 전지 또는 유기 EL 소자에 사용하기 위해 개발 및 시판되고 있는 에폭시 수지 조성물이 있으며, 본 발명에 특히 효과적으로 사용될 수 있다.
시판 중인 제품의 예는 다음 상품명을 포함한다: TB3118, TB3114, TB3124, 및 TB3125F(모두 ThreeBond로부터 입수 가능), World Rock 5910, World Rock 5920, 및 World Rock 8723(모두 Kyoritsu Chemical & Co., Ltd.로부터 입수 가능), 및 WB90US(P)(MORESCO로부터 입수 가능).
에폭시 수지 조성물은, 예를 들어, 일본 특허 제4918975호, 일본 특허 제5812275호, 일본 특허 제5835664호, 일본 특허 제5930248호, 및 일본 미심사 특허 출원 공개 제2012-136614호에 개시되어 있으며, 이들 에폭시 수지 조성물이 또한 사용될 수 있다.
본 발명에서, 시트형 밀봉 재료가 또한 효과적으로 사용될 수 있다.
시트형 밀봉 재료는 에폭시 수지층을 시트 상에 미리 형성시킨 시트이다. 시트로서, 예를 들어, 높은 가스 차단 성질을 갖는 유리 또는 막이 사용될 수 있으며, 시트형 밀봉 재료는 본 발명에서 기판에 해당한다. 시트형 밀봉 재료를 광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈의 제2 전극 상에 부착한 후 경화시킬 경우, 밀봉 부재 및 기판은 한꺼번에 형성될 수 있다. 시트 상에 형성되는 에폭시 수지 층의 형성 패턴에 따라, 광전 변환 소자에 중공부가 제공될 수 있어서 효과적이다.
바람직하게는, 중공부는 특히 산소를 포함한다. 산소를 함유시킴으로써, 홀 수송층의 홀 수송 기능을 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지할 수 있게 되고, 광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈의 내구성을 향상시킬 수 있다. 밀봉에 의해 배치된 광전 변환 소자 내부의 중공부의 산소 농도는, 산소가 포함된다면 효과를 달성할 수 있다. 산소 농도는 바람직하게는 1.0 부피% 이상 21.0 부피% 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 부피% 이상 15.0 부피% 이하이다.
중공부의 산소 농도는 산소 농도가 설정되는 글로브 박스 내에서 밀봉을 수행하여 제어될 수 있다. 산소 농도는 구체적인 산소 농도를 갖는 가스 실린더를 사용하는 방법에 의해 또는 질소 가스 발생기를 사용하는 방법에 의해 설정될 수 있다. 글로브 박스 내의 산소 농도는 시판 중인 산소 농도계 또는 산소 모니터를 사용하여 측정된다.
밀봉에 의해 형성된 중공부 내부의 산소 농도는, 예를 들어, 대기압 이온화 질량 분석계(API-MS)에 의해 측정될 수 있다. 구체적으로, 광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈은 불활성 가스로 충전된 챔버에 배치되고, 밀봉된 부분이 챔버 내에서 개방된다. 그 후, 챔버 내의 가스는 API-MS에 의해 정량 분석에 주어지고, 중공부 내에 함유된 가스 중의 성분 모두가 정량화된다. 모든 성분 전체에 대한 산소의 비가 계산되어 산소 농도를 결정할 수 있다.
산소 이외의 가스는 바람직하게는 불활성 가스이다. 불활성 가스의 예는 질소 및 아르곤을 포함한다.
밀봉이 수행되는 경우, 바람직하게는 글로브 박스 내의 산소 농도 및 이슬점이 제어되며, 상기 제어는 출력 및 내구성을 개선시키는 데 효과적이다.
이슬점은 수증기-함유 가스가 냉각될 때 응축되기 시작하는 온도로서 정의된다.
이슬점은 바람직하게는 0℃ 이하, 더욱 바람직하게는 -20℃ 이하이다. 이의 하한은 바람직하게는 -50℃ 이상이다.
더욱이, 패시베이션 층은 제2 전극과 밀봉 부재 사이에 배치될 수 있다. 패시베이션 층은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 니트라이드, 및 실리콘 옥사이드가 바람직하다.
밀봉 부재를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 방법의 예는 분산법, 와이어 바법, 스핀 코팅법, 롤러 코팅법, 블레이드 코팅법, 그라비아 코팅법, 철판 인쇄, 오프셋 인쇄, 요판 인쇄, 고무판 인쇄 및 스크린 인쇄를 포함한다.
<델리션부>
델리션부는 바람직하게는 광전 변환층의 외주부의 적어도 일부에 배치된다.
본 발명에서 델리션부는 바람직하게는 델리션층을 포함한다.
델리션층은 제1 기판 상에 형성될 수 있고, 제1 전극 상에 형성될 수 있고, 홀 블로킹층 상에 형성될 수 있거나, 이들의 조합 상에 형성될 수 있다.
델리션부는 바람직하게는 요철부를 갖는다.
델리션부에 포함되는 델리션층의 최대 두께는 바람직하게는 5 nm 이상 1,000 nm 이하, 더욱 바람직하게는 10 nm 이상 300 nm 이하이다.
최소 두께는 바람직하게는 최대 두께의 1/10 이하만큼이고, 더욱 바람직하게는 0 nm이다.
최소 두께가 0 nm인 경우, 델리션부에서 델리션층을 포함하는 영역의 백분율은 바람직하게는 30% 이상 95% 이하, 더욱 바람직하게는 40% 이상 80% 이하이다.
볼록부의 형상은 주기적인 구조일 수 있거나, 랜덤 구조일 수 있다. 볼록부의 형상은 입자가 결합된 구조일 수 있다.
오목부는 밀봉 부재로 충분히 충전될 수 있다.
충전 상태는 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 확인될 수 있다.
최대 두께와 최소 두께가 바람직한 범위 내에 속하는 경우, 미세한 요철부를 이용한 앵커 효과에 의해 밀봉부와의 밀착력이 향상된다. 더욱이, 델리션층은 습도의 유입을 늦추기 위해 기판과 밀봉부 사이의 경계에서 충전제로서 기능한다. 게다가, 높은 고온 다습에 대한 내구성이 유지되면서 기계적 응력에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
델리션층은 바람직하게는 홀 블로킹층과 동일한 재료를 포함한다. 델리션층이 홀 블로킹층과 동일한 재료를 포함하는 경우, 델리션층 및 홀 블로킹층은 서로 견고하게 밀착된다. 그 결과, 높은 고온 다습에 대한 내구성이 유지되면서 기계적 응력에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
델리션층은 바람직하게는 광전 변환층의 구성 재료를 1 종 이상 포함하고, 더욱 바람직하게는 전자 수송층의 재료와 적어도 동일한 재료를 포함한다.
델리션층은 바람직하게는 산화물 반도체를 포함하고, 더욱 바람직하게는 티타늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 주석 옥사이드, 및 니오븀 옥사이드를 포함하고, 특히 바람직하게는 티타늄 옥사이드를 포함한다. 델리션층은 광증감 화합물 및 홀 수송층을 추가로 포함할 수 있다. 밀봉 부재의 경화 불량을 방지하기 위해, 델리션층은 더욱 바람직하게는 홀 수송층을 포함하지 않는다.
델리션층은 각 층이 제거될 때 얻어지는 잔류물에 의해 형성된다.
잔류물은 두께 측정 이외에 표면의 원소 분석에 의해 확인될 수 있다. 확인은, 예를 들어, 에너지-분산형 X-선 분광법 SEM-EDX를 사용하여 측정함으로써, 전자 수송층 또는 홀 수송층을 구성하는 원소를 검출함으로써 수행될 수 있다.
최대 두께 및 최소 두께의 확인 방법은 특별히 제한되지 않는다. 최대 두께 및 최소 두께는 공지된 수단에 의해 확인될 수 있다. 최대 두께 및 최소 두께는, 예를 들어, 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 측정될 수 있다.
두께를 확인하기 위한 단면 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 통상적인 기존 수단이 사용될 수 있다. 단면은 다이아몬드 컷 소우, 다이아몬드 와이어 소우, 이온 밀링, 및 집속 이온 빔 가공(FIB)과 같은 공지된 수단에 의해 형성될 수 있다.
델리션층은 나노미터 두께를 갖는다. 따라서, 델리션층이, 예를 들어, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 측정되는 경우, 판별할 수 있는 시야 범위에서 측정이 수행된다. 예를 들어, 도 27에 기재된 측정 조건(가속 전압: 3 kV, 개구 크기: 60 마이크로미터)이 바람직하다. 여기서, 최소 두께 0 nm와 관련하여, 도 27에 기재된 측정 조건(가속 전압: 3 kV, 개구 크기: 60 마이크로미터)에서 델리션층이 확인할 수 없었던 개소가 0 mm로 간주된다.
델리션부에서의 델리션층을 포함하는 영역은 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 평가될 수 있다. 도 27에 나타낸 바와 같이, 델리션을 포함하는 영역은 약 3.8 마이크로미터의 폭 내에서 하기 방정식의 계산될 수 있다.
델리션층을 포함하는 폭/전체 폭 = 델리션층을 포함하는 영역(%)
미세 요철부는 요철부가 제1 기판 또는 제1 전극 상에 형성되지 않는 경우에도 델리션층에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 밀봉부와의 결합 영역은 제1 기판과 제1 전극 사이에 복수의 경계를 갖고, 밀봉 부재의 습윤성이 변하고, 밀착력에 차이가 생길 수 있다. 한편, 예를 들어, 델리션층이 제1 기판과 제1 전극을 덮었을 경우, 밀봉부와의 결합 영역이 델리션층에 의해 동일 경계가 되기 때문에, 습윤성이 변하지 않고, 밀착력이 균일해진다. 밀착력의 차이는 응력 저항성에 영향을 주기 때문에, 동일 경계가 더욱 바람직하다.
델리션층의 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 방법의 예는 샌드 블라스팅법, 워터 블라스팅법, 폴리싱법, 화학적 에칭법 및 레이저 가공법을 포함한다. 이들 중에서, 레이저 가공법이 바람직하다.
레이저 가공법이 사용되는 경우, 제1 전극측으로부터 또는 제2 전극측으로부터 레이저가 방출될 수 있다. 그러나, 레이저는 바람직하게는 제1 전극측으로부터 방출된다.
또한, 디포커스를 수행하는 것이 전극에 대한 손상을 줄이는 데 유용하다. 디포커스는 바람직하게는 －1 mm 내지 －10 mm이다.
가공 시간과 관련하여, 홀 수송층의 막이 형성된 후, 전자 수송층뿐만 아니라 홀 수송층이 바람직하게는 동시에 가공에 주어진다.
레이저의 전력은 바람직하게는 5.0 마이크로줄 이상 9.5 마이크로줄 이하, 더욱 바람직하게는 7.0 마이크로줄 내지 9.0 마이크로줄이다. 레이저의 전력이 10 마이크로줄 이상인 경우, 전극의 손상으로 인해 광전 변환 특성이 감소될 가능성이 있다.
레이저의 피치는 바람직하게는 1 마이크로미터 이상 80 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 10 마이크로미터 이상 30 마이크로미터 이하이다. 피치의 제어는 주기적 레이저 마크를 얻을 수 있다. 레이저 마크는, 예를 들어, 현미경에 의해 확인될 수 있다.
레이저의 피치가 바람직한 범위 내에 속하는 경우, 전극의 손상을 방지하면서 델리션층이 치밀한 방식으로 형성될 수 있고, 높은 고온 다습에 대한 내구성을 유지하면서 기계적 응력에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
<제1 기판>
제1 기판의 형상, 구조, 및 크기는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
제1 기판의 재료는 투명성 및 절연 성질을 갖는다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 상기 재료의 예는 유리, 플라스틱 판, 플라스틱 막, 플라스틱 부재, 세라믹, 및 무기 투명 결정 물질과 같은 기판을 포함한다. 이들 중에서, 소성 온도에 대하여 내열성을 갖는 기판은 소성 단계를 수행하여 후술되는 바와 같이 전자 수송층을 형성하는 경우 바람직하다. 게다가, 제1 기판은 바람직하게는 가요성을 갖는 기판이다.
<제2 기판>
제2 기판은 특별히 제한되지 않고, 공지된 제품이 사용될 수 있다. 제2 기판의 예는 유리, 투명 플라스틱 판, 투명 플라스틱 부재, 무기 투명 결정 물질, 플라스틱 막, 및 세라믹과 같은 기판을 포함한다. 제2 기판과 밀봉 부재 사이의 접합 부분은 접착력을 증가시키기 위해 요철부를 형성할 수 있다.
요철부의 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 형성 방법의 예는 샌드 블라스팅법, 워터 블라스팅법, 연마지, 화학적 에칭법 및 레이저 가공법을 포함한다.
제2 기판과 밀봉 부재 사이의 밀착력을 증가시키는 방법으로서, 예를 들어, 표면 상의 유기 물질을 제거할 수 있거나, 친수성이 향상될 수 있다. 제2 기판의 표면 상에서 유기 물질을 제거하는 수단은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 수단의 예는 UV 오존 세척 및 산소 플라즈마 처리를 포함한다.
<홀 블로킹층>
광전 변환 소자는 홀 블로킹층을 포함할 수 있다.
홀 블로킹층은 바람직하게는 제1 전극과 전자 수송층 사이에 형성된다.
홀 블로킹층은 광증감 화합물에서 생성되고 전자 수송층으로 수송된 전자를 제1 전극으로 수송하고, 또한 홀 수송층과의 접촉을 막는다. 따라서, 홀 블로킹층은 홀이 제1 전극에 쉽게 유입되지 않게 하며, 전자와 홀의 재조합으로 인해 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 홀 수송층이 제공된 고체 광전 변환 소자는 전해액을 사용한 습식 광전 변환 소자에 비해 홀 수송 재료 중의 홀 및 전극의 표면 상의 전자의 신속한 재조합 속도를 갖는다. 그러므로, 홀 블로킹부를 형성하여 얻어지는 효과는 상당히 크다.
홀 블로킹층의 재료는 재료가 가시광에 대하여 투명하고 전자 수송 성질을 갖는다면 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 재료의 예는 단체 반도체, 예컨대, 실리콘 및 게르마늄; 화합물 반도체, 예컨대, 금속의 칼코게니드; 및 페로브사카이트 구조를 갖는 화합물을 포함한다.
금속의 칼코게니드의 예는 티탄, 주석, 아연, 철, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 스트론튬, 인듐, 세륨, 이트륨, 란타늄, 바나듐, 니오븀 및 탄탈륨의 산화물; 카드뮴, 아연, 납, 은, 안티몬 및 비스무트의 황화물; 카드뮴 및 납의 셀렌화물; 및 카드뮴의 텔루라이드 화합물을 포함한다. 화합물 반도체의 다른 예는 아연, 갈륨, 인듐 및 카드뮴의 인화물; 갈륨 비소화물; 구리-인듐-셀렌화물; 및 구리-인듐-황화물을 포함한다.
페로브스카이트 구조를 갖는 화합물의 예는 스트론튬 티타네이트, 칼슘 티타네이트, 소듐 티타네이트, 바륨 티타네이트 및 칼륨 니오베이트를 포함한다.
이들 중에서, 산화물 반도체는 바람직하게는 티타늄 옥사이드, 니오븀 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 텅스텐 옥사이드이고, 주석 옥사이드가 가장 바람직하고, 티타늄 옥사이드가 더욱 더 바람직하다.
이들은 단독으로 사용될 수 있거나 병용될 수 있다. 이들은 단층 또는 적층된 층일 수 있다. 이들 반도체의 결정 유형은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 결정 유형은 단결정, 다결정 또는 비정질일 수 있다.
홀-차단층의 막 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 상기 방법의 예는 습식 제막, 예컨대, 졸-겔법, 및 티타늄 테트라클로라이드를 사용한 가수분해법, 및 건식 제막, 예컨대, 스퍼터링을 포함한다. 이들 중에서, 스퍼터링법이 바람직하다. 홀-블로킹 층의 제막 방법이 스퍼터링법인 경우, 막 밀도가 충분히 높아질 수 있고, 전류 손실이 방지될 수 있다.
홀 블로킹층의 평균 두께는 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 홀 블로킹층의 평균 두께는 바람직하게는 5 nm 이상 1 마이크로미터 이하이다. 습식 제막에서, 홀 블로킹층의 평균 두께는 더욱 바람직하게는 500 nm 이상 700 nm 이하이다. 건식 제막에서, 홀 블로킹층의 평균 두께는 더욱 바람직하게는 5 nm 이상 30 nm 이하이다.
본 발명의 광전 변환 소자의 실시양태는 도면을 참조하여 상세히 기술된다.
각 도면에서 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호로 표시될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 하기 구성 요소의 개수, 위치, 및 형상 등은 본 발명의 실시양태로 제한되지 않으며, 구성 요소의 바람직한 개수, 위치, 및 형상 등이 본 발명을 수행하는 데 사용될 수 있다.
<제1 실시양태>
도 1은 제1 실시양태의 광전 변환 소자의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 1의 광전 변환 소자에서, 제1 전극(2)은 제1 기판(1) 상에 형성되고, 홀 블로킹층(3)은 제1 전극(2) 상에 형성된다. 전자 수송층(4)은 홀 블로킹층(3) 상에 형성되며, 전자 수송층(4)를 구성하는 전자 수송 재료의 표면 상에 광증감 화합물(5)이 흡착된다. 전자 수송층(4)의 상부 및 내부에는 홀 수송층(6)이 형성되며, 제2 전극(7)은 홀 수송층(6) 상에 형성된다. 제2 기판(8)은 제2 전극(7) 상에 배치되며, 제2 기판(8)은 제2 기판(8)과 제1 전극(2) 사이의 밀봉 부재(9)에 의해 고정된다.
각각의 제1 전극(2) 및 제2 전극(7)은 각각의 전극 취출 단자(미도시)까지 전류가 통과하도록 구성된 경로를 포함할 수 있다는 점에 유의한다.
도 2는 도 1의 제1 실시양태의 광전 변환의 개략적 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극의 외주부에는 밀봉부(9)가 배치된다. 밀봉부(9)는 최소 폭(A)과 최대 폭(B)을 포함하며, 제2 전극과 밀봉부(9) 사이에는 거리(C)를 포함한다.
이러한 구성에 의해서, 수분 또는 산소의 과잉 유입을 방지하는 밀봉 효과를 향상시키고 비틀림과 같은 기계적 응력에 대하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
<제2 실시양태>
도 3은 제2 실시양태의 광전 변환 소자의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 3의 광전 변환 소자는 제 1 전극(2) 상에 배치된 홀 블로킹층(3)이 제 1 전극(2)과 동일한 크기로 배치되고 제2 기판(8)이 제2 기판(8)과 홀 블로킹층(3) 사이의 밀봉 부재(9)에 의해 고정되는 것 이외에는, 제1 실시양태의 광전 변환 소자와 동일한 구성을 갖는다.
제2 실시양태에서, 상술된 제1 실시양태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 표기되고, 중복되는 설명은 생략될 것이다.
<제3 실시양태>
도 4는 제3 실시양태의 광전 변환 소자의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 4의 광전 변환 소자는 델리션층(11)을 포함하는 델리션부(10)가 제 1 전극(2) 상에 배치되고 제2 기판(8)이 제2 기판(8)과 델리션층(11) 사이에 밀봉 부재(9)에 의해 고정되는 것 이외에는, 제1 실시양태의 광전 변환 소자와 동일한 구성을 갖는다.
제3 실시양태에서, 상술된 제1 실시양태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 표기되고, 중복되는 설명은 생략될 것이다.
<제4 실시양태>
도 5는 제4 실시양태의 광전 변환 소자의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 5의 광전 변환 소자는 제 1 전극(2) 상에 배치된 홀 블로킹층(3)이 제 1 전극(2)과 동일한 크기를 갖고 델리션층(11)을 포함하는 델리션부(10)가 홀 블로킹층(3) 상에 배치되고 제2 기판(8)이 제2 기판(8)과 델리션층(11) 사이의 밀봉 부재(9)에 의해 고정되는 것 이외에는, 제1 실시양태의 광전 변환 소자와 동일한 구성을 갖는다.
제4 실시양태에서, 상술된 제1 실시양태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 표기되고, 중복되는 설명은 생략될 것이다.
<제5 실시양태>
도 6은 제5 실시양태의 광전 변환 소자의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 6의 광전 변환 소자는 제 1 전극(2) 상에 배치된 홀 블로킹층(3)이 제 1 전극(2)과 동일한 크기를 갖고 델리션층(11)을 포함하는 델리션부(10)가 홀 블로킹층(3) 상에 배치되고 제2 기판(8)이 제2 기판(8)과 델리션층(11) 사이의 스페이서(12)를 포함하는 밀봉 부재(9)에 의해 고정되는 것 이외에는, 제1 실시양태의 광전 변환 소자와 동일한 구성을 갖는다.
제5 실시양태에서, 상술된 제1 실시양태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 표기되고, 중복되는 설명은 생략될 것이다.
(광전 변환 모듈)
본 발명의 광전 변환 모듈은 복수의 광전 변환 소자가 서로 인접하게 배치된 광전 변환 소자-배치 영역을 포함한다. 복수의 광전 변환 소자는 적어도 제1 전극, 광증감 화합물을 포함하는 전자 수송층, 홀 수송층, 및 제2 전극을 포함한다. 복수의 광전 변환 소자는 광전 변환 소자-배치 영역의 가장자리에 배치되고 광전 변환 소자의 외부 환경으로부터 전자 수송층을 차폐시키도록 구성된 밀봉부를 포함하고, 필요에 따라 다른 층을 추가로 포함한다. 각 층은 단층 구조일 수 있거나 적층 구조일 수 있다.
본 발명의 광전 변환 모듈은 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
광전 변환 모듈의 각 층의 구성은 광전 변환 소자와 동일한 구성을 가질 수 있다.
광전 변환 모듈의 예는 복수의 광전 변환 소자가 직렬 또는 병렬로 접속되는 구성을 포함한다.
광전 변환 모듈은 서로 인접하는 적어도 2 개의 광전 변환 소자에서 적어도 홀 수송층이 서로 연장되는 연속 층의 형태일 수 있다.
광전 변환 모듈은 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이의 광전 변환 소자-배치 영역, 및 한 쌍의 기판 사이에 끼워져 있는 밀봉 부재를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이하에서, 본 발명의 광전 변환 모듈의 일례는 도면을 참조하여 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 이로 제한되지 않으며, 하기 구성 요소의 개수, 위치 및 형상에 관하여 본 발명의 실시양태에서 기재되지 않은 것들이 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 광전 변환 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 7은 직렬로 접속된 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 광전 변환 모듈의 일부에 대한 단면의 일례를 나타낸 것이다.
도 7에서, 홀 수송층(6)이 형성된 후, 관통부(13)가 형성된다. 그 후, 제2 전극(7)은 그 위에 형성되어 관통부(13) 내부의 제2 전극의 재료를 도입하며, 이는 인접하는 전지의 제1 전극(2)에 전류를 통과시키도록 할 수 있다. 도 7에 도시하지 않은, 제1 전극(2) 및 제2 전극(7) 각각은 추가로 인접한 전지의 전극 또는 전극 취출 단자에 전류가 흐르도록 구성된 경로를 갖는다는 점에 유의한다.
관통부(13)는 제1 전극(2)를 관통하여 제1 기판(1)에 도달할 수 있거나 제1 전극(2)의 내부에서 가공을 중지시켜 제1 기판(1)에 도달하지 않을 수 있다.
관통부(13)의 형상이 제1 전극(2)을 관통하고 제1 기판(1)에 도달하는 미세공극인 경우에, 관통부(13)의 면적에 대한 미세공극의 총 개구 면적이 너무 크면, 제1 전극(2)의 막의 단면적은 감소되어 저항값을 증가시키며, 이는 광전 변환 효율의 감소를 유발할 수 있다. 그러므로, 관통부(13)의 면적에 대한 미세공극의 총 개구 면적의 비는 바람직하게는 5/100 이상 60/100 이하이다.
관통부(13)를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 방법의 예는 샌드 블라스팅법, 워터 블라스팅법, 폴리싱법, 화학적 에칭법 및 레이저 가공법을 포함한다. 이들 중에서, 레이저 가공법이 바람직하다. 이에 의해, 미세한 홀을, 예를 들어, 샌드, 에칭, 또는 레지스트를 사용하지 않고 형성할 수 있고, 우수한 청결성 및 재현성으로 가공을 수행할 수 있다. 또한, 관통부(13)를 형성하는 경우에, 홀 블로킹층(3), 전자 수송층(4), 홀 수송층(6) 및 제2 전극(7) 중 적어도 하나가 레이저 가공법을 이용하여 충격 박리에 의해 제거될 수 있다. 이에 의해, 적층 시에 마스크를 설치할 필요가 없고, 상기 언급된 미세 관통부(13)의 형성 및 제거가 한꺼번에 용이하게 수행될 수 있다.
(전자 기기)
본 발명의 전자 기기는 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈 및, 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 광전 변환을 통해 발생된 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치를 포함하며, 필요에 따라 기타 장치를 추가로 포함한다.
(전원 모듈)
본 발명의 전원 모듈은 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈 및 전원 IC를 포함하며, 필요에 따라 기타 장치를 추가로 포함한다.
본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 및 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 발전에 의해 얻어진 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치를 포함하는 전자 기기의 구체적 실시양태가 기재될 것이다.
도 8은 마우스를 전자 기기로서 사용하는 일례를 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 전원 IC 및 축전 장치를 조합하고, 공급된 전력이 마우스의 제어 회로의 전원에 흐르도록 한다. 그 결과, 마우스를 사용하지 않을 경우 축전 장치는 충전되며, 마우스가 전력에 의해 작동될 수 있으므로, 배선 또는 전지 교환이 필요하지 않은 마우스를 얻을 수 있다. 전지는 필요하지 않으므로, 이의 중량은 감소될 수 있어서 효과적이다.
도 9는 광전 변환 소자가 마우스에 장착된 개략도를 나타낸 것이다. 광전 변환 소자, 전원 IC, 및 축전 장치는 마우스 내부에 장착되지만, 광전 변환 소자의 상부는 광전 변환 소자가 광을 수용하도록 투명 하우징으로 덮힌다. 게다가, 마우스의 전체 하우징은 투명 수지로 형성될 수 있다. 광전 변환 소자의 배열은 상기로 제한되지 않는다. 예를 들어, 광전 변환 소자는 마우스를 손으로 덮어도 광을 조사하는 위치로 배열될 수 있으며, 그러한 배열은 바람직할 수 있다.
본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 및 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 발전에 의해 얻어진 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치를 포함하는 전자 기기의 또 다른 실시양태가 기재될 것이다.
도 10은 퍼스널 컴퓨터에 사용되는 키보드가 전자 기기로서 사용되는 일례를 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광전 변환 소자, 전원 IC 및 축전 장치를 조합하며, 공급된 전력은 키보드의 제어 회로의 전원으로 흐르도록 한다. 그 결과, 축전 장치는 키보드를 사용하지 않을 때 충전되며, 키보드는 전력에 의해 작동될 수 있다. 그러므로, 배선 또는 전지 교환을 필요로 하지 않는 키보드를 얻을 수 있다. 전지는 필요하지 않으므로, 이의 중량은 감소될 수 있어서 효과적이다.
도 11은 광전 변환 소자가 키보드에 장착된 개략도를 나타낸 것이다. 광전 변환 소자, 전원 IC 및 축전 장치는 키보드의 내부에 장착되지만, 광전 변환 소자의 상부는 광전 변환 소자가 광을 수용되도록 투명 하우징으로 덮힌다. 키보드의 전체 하우징은 투명 수지로 형성될 수 있다. 광전 변환 소자의 배열은 상기로 제한되지 않는다.
광전 변환 소자를 혼입하기 위한 공간이 작은 소형 키보드의 경우, 도 12에 도시된 바와 같은 일부 키에서 소형 광전 변환 소자가 매립될 수 있으며, 그러한 배열은 효과적이다.
본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 및 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 발전에 의해 얻어진 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치를 포함하는 전자 기기의 또 다른 실시양태가 기재될 것이다.
도 13은 센서가 전자 기기로서 사용되는 일례를 나타낸 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 광전 변환 소자, 전원 IC, 및 축전 장치는 조합되며, 공급된 전력은 센서 회로의 제어 회로의 전원에 흐르게 한다. 그 결과, 센서 모듈은 외부 전원에 접속을 필요로 하지 않으며, 전지 교환을 필요로 하지 않으면서 구성될 수 있다. 센싱 표적은, 예를 들어, 온도 및 습도, 조도, 사람 감지, CO2, 가속도, UV, 잡음, 지자기 및 기압이며, 상기 전자 기기는 각종 센서에 적용될 수 있어서 효과적이다. 도 13의 A에 도시된 바와 같이, 센서 모듈은 정기적으로 측정하고자 하는 표적을 센싱하고, 판독 데이터를 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 스마트폰에 무선 통신으로 송신하도록 구성된다.
사물 인터넷(IoT) 사회가 도래함에 따라 센서의 사용은 크게 증가될 것으로예상된다. 다수의 센서의 배터리를 하나씩 교환하는 것은 시간 소모적이라 현실적이지 않다. 게다가, 천정 및 벽과 같이 전지를 쉽게 교환하지 못하는 위치에 센서가 설치된다는 사실은 또한 작업성을 나쁘게 한다. 게다가, 광전 변환 소자에 의한 전력 공급이 또한 유의하게 큰 이점이다. 추가로, 본 발명의 광전 변환 소자는 저조도의 광으로도 높은 출력을 얻을 수 있으며, 출력의 광 입사각 의존성이 낮으므로 설치에서의 높은 자유도를 얻을 수 있다는 이점을 갖는다.
다음으로, 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 및 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 발전에 의해 얻어진 전력에 의해 작동되도록 구성된 장치를 포함하는 전자 기기의 또 다른 실시양태가 기재될 것이다.
도 14는 턴테이블이 전자 기기로서 사용되는 일례를 나타낸 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 광전 변환 소자, 전원 IC 및 축전 장치는 조합되고, 공급된 전력은 턴테이블 제어 회로의 전원으로 흐르게 한다. 그 결과, 외부 전원으로의 접속이 필요하지 않으며, 전지 교환이 필요하지 않은 턴테이블을 구성할 수 있다.
턴테이블은, 예를 들어, 상품을 진열하는 디스플레이 케이스에 사용된다. 전원의 배선은 디스플레이의 외관을 저하시키며, 더욱이 진열된 상품을 전지 교환 시 꺼내야 하는데, 이는 시간 소모적이다. 본 발명의 광전 변환 소자의 사용은 전술한 문제점이 해소될 수 있으므로 효과적이다.
<용도>
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈, 및 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 발전에 의해 얻어진 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치를 포함하는 전자 기기, 및 전원 모듈은 상기 기재되어 있다. 그러나, 기재된 실시양태는 적용 가능한 실시양태의 일부만이며, 본 발명의 광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈의 용도는 상기 기재된 용도로 제한되지 않는다.
광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈은, 예를 들어, 발생되는 전류를 제어하도록 구성된 회로 기판과 조합하여 전원 장치에 적용될 수 있다.
전원 장치를 사용하는 장치의 예는 전자 탁상용 계산기, 워치, 휴대폰, 전자 수첩 및 전자 페이퍼를 포함한다.
게다가, 광전 변환 소자를 포함하는 전원 장치는 충전식 또는 건전지형 전자 기기의 연속 작동 시간을 연장시키기 위해 보조 전원으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 자립형 전원으로서 기능할 수 있으며, 광전 변환에 의해 발생된 전력은 장치를 작동시키는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈이 광의 조사에 의해 발전될 수 있으므로, 전자 기기를 전원에 접속시키거나 전지를 교환할 필요가 없다. 그러므로, 전자 기기는 전원 설비가 없는 장소에서 작동될 수 있으며, 전자 기기는 착용하거나 소지할 수 있으며, 전자 기기는 전지를 쉽게 교환할 수 없는 장소에서조차 전지 교체 없이 작동될 수 있다. 게다가, 건전지를 사용할 경우, 전자 기기는 건전지의 중량에 의해 무거워지거나 전자 기기는 건전지의 크기에 의해 커질 수 있다. 그러므로, 전자 기기를 벽 또는 천정에 설치하거나 전자 기기를 수송하는 데 있어서 문제가 있을 수 있다. 본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 경량이며, 얇으므로, 이들은 자유로이 설치될 수 있으며, 착용 및 소지할 수 있어서 유리하다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 자립형 전원으로서 사용될 수 있으며, 각종 전자 기기와 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 디스플레이 장치(예를 들어, 전자 탁상용 계산기, 워치, 휴대폰, 전자 수첩 및 전자 페이퍼), 퍼스널 컴퓨터의 보조 기기(예를 들어, 마우스 및 키보드), 각종 센서 장치(예를 들어, 온도 및 습도 센서 및 사람 감지 센서), 발신기(예를 들어, 비컨 및 위성 위치 확인 시스템(GPS)), 보조 램프 및 리모콘과 같은 다수의 전자 기기와 병용될 수 있다.
본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 특히 저조도의 광으로 발전할 수 있으며, 실내 및 추가로 더 어두운 그늘에서 발전할 수 있으므로 널리 적용된다. 게다가, 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 건전지의 경우에서 발견되는 누액이 발생하지 않으며, 버튼 전지의 경우에서 발견되는 우발적인 섭취가 발생되지 않으므로 매우 안전하다. 더욱이, 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈은 충전식 또는 건전지형 전자 기기의 연속 작동 시간을 연장시키려는 목적으로 보조 전원으로서 사용될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈이 광전 변환 소자 및 광전 변환 모듈의 광전 변환에 의해 발생되는 전력에 의해 작동되도록 구성된 장치와 조합시, 경량이며, 사용이 용이하며, 설치 시 매우 자유롭고, 전지 교체를 필요로 하지 않으며, 안전성이 우수하며, 환경 부하 감소에서 효과적인 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 15는 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈을 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈의 광전 변환에 의해 발생된 전력에 의해 작동하도록 구성된 장치와 조합하여 얻어진 전자 기기의 기본 구성도를 나타낸다. 전자 기기는 광전 변환 소자에 광 조사시 전기를 발생할 수 있으며, 전력을 추출할 수 있다. 장치의 회로는 생성된 전력에 의해 작동될 수 있다.
광전 변환 소자의 출력은 주변의 조도에 의존하여 변경되므로, 도 15에 도시된 전자 기기는 일부 경우에 안정하게 작동되지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 도 16에 도시된 바와 같이, 회로측에 안정한 전압을 공급하기 위해 광전 변환 소자와 장치의 회로 사이에 광전 변환 소자용 전원 IC가 도입될 수 있으며, 그러한 배열은 효과적이다.
광전 변환 소자는 충분한 조도의 광이 조사되는 한 전기를 생성할 수 있다. 그러나, 발전을 위한 조도가 충분치 않을 경우, 요망되는 전력을 얻을 수 없으며, 이는 광전 변환 소자에 불리하다. 이러한 경우에, 도 17에 도시된 바와 같이, 축전 장치, 예컨대, 커패시터를 전원 IC와 장치 회로 사이에 장착 시 광전 변환 소자로부터 과잉의 전력이 축전 장치에 저장될 수 있다. 추가로, 축전 장치에 저장된 전력은 장치 회로에 공급되어 조도가 너무 낮거나 광이 광전 변환 소자에 적용되지 않을 때조차 안정한 작동을 가능하게 할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈을 장치 회로와 조합하여 얻어진 전자 기기는 전원이 없는 환경에서조차 작동될 수 있으며, 전지 교체를 필요로 하지 않으며, 전원 IC 또는 축전 장치와의 조합에 의해 안정하게 작동될 수 있다. 그러므로, 광전 변환 소자의 이점을 최대로 발휘할 수 있다.
한편, 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈은 또한 전원 모듈로서 사용될 수 있으며, 그러한 사용은 효과적이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 본 발명의 광전 변환 소자 및/또는 광전 변환 모듈이 광전 변환 소자용 전원 IC에 접속될 때, 소정의 전압 수준에서 전원 IC에 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해 전력을 공급할 수 있는 DC 전원 모듈이 구성될 수 있다.
게다가, 도 19에 도시된 바와 같이, 축전 장치를 전원 IC에 추가할 경우, 광전 변환 소자에 의해 발생되는 전력은 축전 장치에 저장될 수 있다. 그러므로, 전력이 공급될 수 있는 전원 모듈은 조도가 너무 낮을 때 또는 광이 광전 변환 소자에 인가되지 않을 때조차 구성될 수 있다.
도 18 및 도 19에 도시된 본 발명의 전원 모듈은 해당 기술분야에 공지된 1차 전지의 경우에서와 같은 전지 교체 없이 전원 모듈로서 사용될 수 있다.
실시예
이하에서, 본 발명의 실시예가 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 제한되는 것으로 여겨지지 않아야 한다.
(실시예 1)
<광전 변환 소자의 제조>
제1 기판으로서 유리 기판 상에서 인듐-도핑 산화주석(ITO) 및 니오븀-도핑 산화주석(NTO)을 제막을 위해 순차적으로 스퍼터링에 주어지게 하여 제1 전극로서 ITO 도전성 막인 ITO-코팅 유리를 수득하였다. ITO-코팅 유리 상에 산소 가스로 반응성 스퍼터링을 통해 홀 블로킹층으로서 산화티탄으로 형성된 치밀한 층을 형성시켰다.
그 다음, 산화티탄(상품명: P90, NIPPON AEROSIL CO., LTD.로부터 입수됨)(3 g), 아세틸 아세톤(0.2 g), 및 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.로부터 입수됨)(0.3 g)를 비드 밀 처리에 12 시간 동안 물(5.5 g) 및 에탄올(1.0 g)과 함께 주어지게 하여 산화티탄 분산액을 제조하였다. 폴리에틸렌 글리콜(상품명: 폴리에틸렌 글리콜 20,000, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.로부터 입수됨)(1.2 g)을 제조된 산화티탄 분산액에 첨가하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 홀 블로킹층(평균 두께: 1.5 마이크로미터) 상에 코팅하고, 50℃에서 건조시키고, 500℃에서 30 분 동안 공기 중에서 소성시켜 다공성 전자 수송층을 형성시켰다.
전자 수송층이 형성된 유기 기판을 하기 구조식 (A)으로 표현되는 광증감 화합물(상품명: DN455, Chemicrea Inc.로부터 입수됨)(0.2 mM) 및 케노데옥시콜산(CDCA, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.로부터 입수됨)(0.4 mM)의 아세토니트릴/t-부탄올(체적비 1:1) 용액에 함침시켰다. 생성물을 1 시간 동안 암소에서 정치하고, 전자 수송층의 표면에 광증감 화합물을 흡착시켰다.
D-7로 표시된 홀 수송 재료(Merck로부터 입수됨)(246.5 mg)의 클로로벤젠 용액(1 mL)에 첨가제로서 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(상품명: LiTFSI, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.로부터 입수됨)(37.0 mg), 및 C-1로 표현된 염기성 화합물(37.5 mg)을 첨가하고, 용해시켜, 홀 수송층 코팅액을 제조하였다.
Figure pct00036
여기서, Ph는 페닐기를 나타낸다.
광증감 화합물을 흡착시킨 전자 수송층 상에 홀 수송층 코팅액을 사용하여 스핀 코팅에 의해 홀 수송층을 형성시켰다(평균 두께: 600 nm). 이 때, 전자 수송층의 외주부를 홀 수송층이 이에 부착되지 않도록 마스킹 테이프를 사용하여 보호하였다. 홀 수송층의 형성 후, 마스킹 테이프를 박리하고 제거하였다.
그 후에, 홀 수송층 상에 은을 진공 하에 증착하여, 제2 전극(평균 두께: 100 nm)을 형성하여, 광전 변환 소자를 제작하였다.
제2 전극의 형성 후, 밀봉 부재로서 아크릴 수지(자외선 경화형, 상품명: TB3035B, ThreeBond Holdings Co., Ltd.로부터 입수됨)를 밀봉 부재로서 스크린 인쇄기(Micro-tec Co., Ltd.로부터 입수됨)를 사용하여 코팅하였다. 폭 방향의 구조는 스크린 인쇄판(SONOCOM으로부터 입수됨)의 인쇄 패턴 설계에 의해 조정될 수 있다.
다음으로, 글로브 박스 내에 질소 가스를 도입하고, 생성물을 그 안으로 옮겼다. 밀봉 부재 상에 제2 기판으로서의 커버 유리를 놓고, 자외선 조사에 의해 밀봉 부재를 경화시켰다. 그 후에, 발전 영역을 밀봉하여 실시예 1의 광전 변환 소자를 제작하였다.
얻어진 실시예 1의 광전 변환 소자에서 만곡 형상을 갖는 밀봉 구조는 도 20 및 표 1-1에 나타나 있다.
(실시예 2 내지 9)
도 21에 도시된 바와 같이 밀봉부가 만곡 형상이 되도록 인쇄 패턴을 변경하고; 밀봉부의 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-1에 나타낸 바와 같은 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 실시예 2 내지 9의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 10 내지 18)
밀봉 부재를 에폭시 수지(자외선 경화형, 상품명: WorldRock No. 5910, Kyoritsu Chemical & Co., Ltd.로부터 입수됨)로 변경하고; 밀봉부의 최소 폭(A), 최대 폭(B) 및 거리(C)의 값을 표 1-1에 나타낸 바와 같은 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 방식으로 실시예 10 내지 18의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 19)
도 22에 도시된 바와 같이 밀봉부가 직사각형 형상이 되도록 인쇄 패턴을 변경하고; 밀봉부의 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-1에 나타낸 바와 같은 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 12와 동일한 방식으로 실시예 19의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 20)
도 23에 도시된 바와 같이 밀봉부가 쐐기 형상이 되도록 인쇄 패턴을 변경하고; 밀봉부의 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-1에 나타낸 바와 같은 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 12와 동일한 방식으로 실시예 20의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 21)
전자 수송층 및 홀 수송층을 기판 전면에 코팅하고; 전자 수송층 및 홀 수송층을 동시에 레이저를 사용하여 충격 박리에 주어지게 하여 델리션부를 형성시키고; 밀봉 부재를 코팅한 것 이외에는, 실시예 12와 동일한 방식으로 실시예 21의 광전 변환 소자를 제작하였다.
제1 전극측으로부터 레이저를 방출하였다. 레이저 장치는 레이저 패터닝 장치(Seishin Trading Co., Ltd.로부터 입수됨)였다. 발진기는 THG(Third Harmonic Generation) 발진기였다. 전력을 8.5 마이크로줄로 설정하고, 디포커스를 -5 mm로 설정하고, 가공 피치를 20 마이크로미터로 설정하고, 파장을 355 nm로 설정하였다.
델리션층의 두께 및 표면의 원소 분석을 다음 방식으로 측정하였다. 구체적으로, 다이아몬드 와이어 소우(Meiwafosis Co., Ltd., DWS3100으로부터 입수됨)를 사용하여 단면을 절단하였다. 단면을 집속 이온 빔 주사 전자 현미경 FIB-SEM(Hitachi High-Technologies Corporation으로부터 입수됨) 하에 가공하고, 에너지 분산형 X-선 분광법 SEM-EDX(Hitachi High-Technologies Corporation으로부터 입수됨)를 통해 측정하였다. 얻어진 SEM 이미지 및 SEM의 측정 조건(가속 전압: 3 kV, 개구 크기: 60 마이크로미터)은 도 27에 나타나 있고, 얻어진 델리션층의 최대 두께 및 최소 두께 및 델리션층을 포함하는 영역(%)은 표 1-1에 나타나 있다. 표면의 원소 분석에서는 전자 수송층 유래의 원소(Ti)가 확인되었다.
(실시예 22 내지 32)
레이저의 전력, 디포커스, 및 가공 피치를 조정하고; 델리션층의 최대 두께 및 최소 두께, 및 델리션층을 포함하는 영역을 표 1-1 및 표 1-2에 기재된 바와 같은 것들로 변경한 것 이외에는, 실시예 21과 동일한 방식으로 실시예 22 내지 32의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 33)
홀 수송층을 마스킹 테이프를 사용한 보호 없이 형성하고; 전자 수송층의 외주부의 둘레에 홀 수송층을 레이저를 사용하여 충격 박리에 주어지게 하여 델리션부를 형성시키고; 밀봉 부재를 코팅한 것 이외에는, 실시예 12와 동일한 방식으로 실시예 33의 광전 변환 소자를 제작하였다.
제1 전극측으로부터 레이저를 방출하였다. 레이저 장치는 레이저 패터닝 장치(Seishin Trading Co., Ltd.로부터 입수됨)였다. 발진기는 THG(Third Harmonic Generation) 발진기였다. 전력을 8.5 마이크로줄로 설정하고, 디포커스를 -5 mm로 설정하고, 가공 피치를 20 마이크로미터로 설정하고, 파장을 355 nm로 설정하였다.
델리션층의 두께 및 표면의 원소 분석을 다음 방식으로 측정하였다. 구체적으로, 다이아몬드 와이어 소우(Meiwafosis Co., Ltd., DWS3100으로부터 입수됨)를 사용하여 단면을 절단하였다. 단면을 집속 이온 빔 주사 전자 현미경 FIB-SEM(Hitachi High-Technologies Corporation으로부터 입수됨) 하에 가공하고, 에너지 분산형 X-선 분광법 SEM-EDX(Hitachi High-Technologies Corporation으로부터 입수됨)를 통해 측정하였다. 얻어진 델리션층의 최대 두께 및 최소 두께 및 델리션층을 포함하는 영역(%)은 표 1-2에 나타나 있다. 표면의 원소 분석에서는 홀 수송층 유래의 원소(F, S)가 확인되었다.
(실시예 34 및 35)
밀봉부와 제2 전극의 거리(C)를 각각 50 마이크로미터, 100 마이크로미터가 되도록 인쇄 패턴을 변경한 것 이외에는, 실시예 21과 동일한 방식으로 실시예 34 내지 35의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 36)
밀봉 부재 중에 스페이서로서 40 마이크로미터의 입경을 갖는 SiO2 입자를 혼합한 것 이외에는, 실시예 35와 동일한 방식으로 실시예 36의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 37)
밀봉 부재를 코팅하고; 커버 유리를 그 위에 놓지 않고 자외선(UV)으로 경화시킴으로써 40 마이크로미터의 두께를 갖는 스페이서를 제작하고; 다시 밀봉 수지를 코팅하고; 그 후에 커버 유리를 놓아 밀봉을 수행한 것 이외에는, 실시예 35와 동일한 방식으로 실시예 37의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(실시예 38)
레이저 장치를 사용하여 제1 전극인 ITO 도전성 막을 레이저 에칭에 주어지게 하고; 6-셀 직렬 기판을 갖도록 가공하고; 홀 수송층 형성 후, 레이저 가공에 의해 광전 변환 소자를 직렬로 접속하도록 구성된 관통 구멍을 형성하고; 6-셀 직렬을 갖도록 패터닝된 마스크를 사용하여 은을 진공 하에 홀 수송층 상에 증착하여 제2 전극(평균 두께: 100 nm)을 형성한 것 이외에는, 실시예 37과 동일한 방식으로 실시예 38의 광전 변환 모듈을 제작하였다.
(비교예 1)
도 24에 도시된 바와 같이 동일한 폭을 갖는 밀봉부가 직선 방식으로 배치되도록 인쇄 패턴을 변경하고; 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-2에 나타낸 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 1의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(비교예 2)
도 25에 도시된 바와 같이 동일한 폭을 갖는 밀봉부가 사행 방식으로 배치되도록 인쇄 패턴을 변경하고; 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-2에 나타낸 값으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 2의 광전 변환 소자를 제작하였다.
(비교예 3 및 4)
밀봉부의 최소 폭(A), 최대 폭(B), 및 거리(C)의 값을 표 1-2에 나타낸 값으로 변경하도록 인쇄 패턴을 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 3 및 4의 광전 변환 소자를 제작하였다.
얻어진 실시예 1 내지 38 및 비교예 1 내지 4의 광전 변환 소자를 하기 방식으로 초기 최대 출력 전력(Pmax1), 및 내구성 유지율(Pmax2/Pmax1)에 대하여 측정하였다. 결과는 표 1-1 및 표 1-2에 나타나 있다.
<초기 최대 출력 전력(Pmax1) 및 내구성 유지율(Pmax2/Pmax1)>
제작한 각 광전 변환 소자에 대해, 200 lux로 조정한 백색 LED 조사 하에서, 태양 전지 평가 시스템(DC 전압 · 전류원/모니터, 6241A, ADC CORPORATION으로부터 입수됨)을 이용하여 IV 특성에 대하여 평가하여, 초기 최대 출력 전력 Pmax1(μW/cm2)을 결정하였다.
다음에, 제작한 각 광전 변환 소자의 3 개의 코너부를 지지하고, 하나의 코너부에 15 N의 하중을 가하는 비틀림 시험에 하나의 코너부를 주어지게 하였다. 비틀림 시험을 각각의 4 개의 코너부에서 수행하였다.
또한, 비틀림 시험 후 광전 변환 소자를 환경(40℃ 및 90% RH)에서 200 lux로 조절된 백색 LED의 조사 하에 500 시간 동안 저장하였다. 그 후에, 다시 IV 특성에 대하여 광전 변환 소자를 평가하여, 고온 다습 사용 시험 후에 최대 출력 전력 Pmax2(μW/cm2)를 결정하였다. 얻어진 Pmax2를 초기 값으로서 Pmax1로 나누어 "내구성 유지율"(Pmax2/Pmax1)을 결정하였다.
[표 1-1]
Figure pct00037
[표 1-2]
Figure pct00038
표 1-1 및 표 1-2의 결과로부터, "각 변에 배치된 밀봉부의 폭이 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)가 1.02 이상 5.0 이하임"을 충족하는 실시예 1 내지 38의 광전 변환 소자는 비틀림 시험에서 기계적 응력에 대한 내구성 및 경시 안정성에서 우수했다.
구체적으로, 밀봉부가 광전 변환층의 둘레에 배치되었기 때문에 기계적 응력에 의해 광전 변환 소자가 변형되었을 때 광전 변환층의 파손(박리 및 크랙)이 방지될 수 있고; 광전 변환 소자의 변형에 따라 변위량이 커져, 밀봉부의 박리 또는 파단을 방지할 수 있는 것으로 사료된다.
한편, "각 변에 배치된 밀봉부의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.02 이상 5.0 이하임"을 충족하지 않은 비교예 1 내지 4의 광전 변환 소자는 요망되는 특성을 얻을 수 없었다.
상기 결과로부터, 본 발명의 광전 변환 소자는 기계적 응력에 대한 내구성 및 경시 안정성이 우수한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 양태는, 예를 들어, 하기와 같다:
<1>
광전 변환 소자로서,
제1 기판;
제1 전극;
광전 변환층;
제2 전극; 및
제2 기판을 포함하고,
광전 변환 소자는 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함하고,
밀봉부는 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치되고,
각 변에 배치된 밀봉부의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.02 이상 5.0 이하인, 광전 변환 소자.
<2> <1>에 있어서,
광전 변환층의 외주부의 적어도 일부는 델리션부를 포함하고,
광전 변환 소자는 델리션부와 제2 기판 사이에 밀봉부를 포함하고,
델리션부는 광전 변환층의 구성 재료를 1 종 이상 포함하는 델리션층을 포함하는, 광전 변환 소자.
<3> <2>에 있어서,
델리션층은 요철부를 갖는, 광전 변환 소자.
<4> <3>에 있어서,
델리션층의 최대 두께는 10 nm 이상 300 nm 이하인, 광전 변환 소자.
<5> <3> 또는 <4>에 있어서,
델리션층의 최소 두께는 0 nm인, 광전 변환 소자.
<6> <2> 내지 <5> 중 어느 하나에 있어서,
광전 변환층은 전자 수송층 및 홀 수송층을 포함하고,
델리션층은 전자 수송층과 동일한 재료를 포함하는, 광전 변환 소자.
<7> <1> 내지 <6> 중 어느 하나에 있어서,
최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.09 이상 3.0 이하인, 광전 변환 소자.
<8> <1> 내지 <7> 중 어느 하나에 있어서,
밀봉부와 제2 전극 사이의 거리(C)는 30 마이크로미터 이상인, 광전 변환 소자.
<9> <1> 내지 <8> 중 어느 하나에 있어서,
밀봉부는 에폭시 수지를 포함하는, 광전 변환 소자.
<10> <1> 내지 <9> 중 어느 하나에 있어서,
밀봉부는 밀봉 수지 및 스페이서로 형성되는, 광전 변환 소자.
<11> 복수의 광전 변환 소자를 포함하는, 광전 변환 모듈로서, 각각의 복수의 광전 변환 소자는 <1> 내지 <10> 중 어느 하나에 따른 광전 변환 소자인, 광전 변환 모듈.
<12> <11>에 있어서, 복수의 광전 변환 소자는 직렬 또는 병렬로 접속되는, 광전 변환 모듈.
<13>
<1> 내지 <10> 중 어느 하나에 따른 광전 변환 소자 또는 <11> 또는 <12>에 따른 광전 변환 모듈; 및
광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈의 광전 변환을 통해 발생된 전력에 의해 작동되도록 구성된 장치
를 포함하는, 전자 기기.
<14>
<1> 내지 <10> 중 어느 하나에 따른 광전 변환 소자 또는 <11> 또는 <12>에 따른 광전 변환 모듈; 및
전원 IC
를 포함하는, 전원 모듈.
<15>
<14>에 따른 전원 모듈; 및
축전 장치
를 포함하는, 전자 기기.
<1> 내지 <10> 중 어느 하나에 따른 광전 변환 소자, <11> 또는 <12>에 따른 광전 변환 모듈, <13> 또는 <15>에 따른 전자 기기, 및 <14>에 따른 전원 모듈은 통상적인 기존의 문제를 해결할 수 있고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
참조 부호 목록
1: 제1 기판
2: 제1 전극
3: 홀 블로킹층
4: 전자 수송층
5: 광증감 화합물
6: 홀 수송층
7: 제2 전극
8: 제2 기판
9: 밀봉부
10: 델리션부
11: 델리션층
12: 스페이서

Claims (15)

  1. 광전 변환 소자로서,
    제1 기판;
    제1 전극;
    광전 변환층;
    제2 전극; 및
    제2 기판
    을 포함하고,
    광전 변환 소자는 적어도 광전 변환층을 밀봉하는 밀봉부를 포함하고,
    밀봉부는 광전 변환층의 주위를 둘러싸도록 배치되고,
    각 변에 배치된 밀봉부의 폭은 폭 방향에 대해 최소 폭(A) 및 최대 폭(B)를 갖고, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.02 이상 5.0 이하인, 광전 변환 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    광전 변환층의 외주부의 적어도 일부는 델리션부(deletion part)를 포함하고,
    광전 변환 소자는 델리션부와 제2 기판 사이에 밀봉부를 포함하고,
    델리션부는 광전 변환층의 구성 재료를 1 종 이상 함유하는 델리션층을 포함하는, 광전 변환 소자.
  3. 제2항에 있어서, 델리션층은 요철부를 갖는, 광전 변환 소자.
  4. 제3항에 있어서, 델리션층의 최대 두께는 10 nm 이상 300 nm 이하인, 광전 변환 소자.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 델리션층의 최소 두께는 0 nm인, 광전 변환 소자.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전 변환층은 전자 수송층 및 홀 수송층을 포함하고,
    델리션층은 전자 수송층과 동일한 재료를 포함하는, 광전 변환 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 폭(A)에 대한 최대 폭(B)의 비(B/A)는 1.09 이상 3.0 이하인, 광전 변환 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉부와 제2 전극 사이의 거리(C)는 30 마이크로미터 이상인, 광전 변환 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉부는 에폭시 수지를 포함하는, 광전 변환 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉부는 밀봉 수지 및 스페이서로 형성되는, 광전 변환 소자.
  11. 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 광전 변환 모듈로서, 복수의 광전 변환 소자는 각각 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자인, 광전 변환 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 광전 변환 소자는 직렬 또는 병렬로 접속되는, 광전 변환 모듈.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자 또는 제11항 또는 제12항에 따른 광전 변환 모듈; 및
    광전 변환 소자 또는 광전 변환 모듈의 광전 변환을 통해 발생된 전력에 의해 작동되도록 구성된 장치
    를 포함하는, 전자 기기.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자 또는 제11항 또는 제12항에 따른 광전 변환 모듈; 및
    전원 IC
    를 포함하는, 전원 모듈.
  15. 제14항에 따른 전원 모듈; 및
    축전 장치
    를 포함하는, 전자 기기.
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