WO2013176340A1 - 이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지 - Google Patents

이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2013176340A1
WO2013176340A1 PCT/KR2012/006690 KR2012006690W WO2013176340A1 WO 2013176340 A1 WO2013176340 A1 WO 2013176340A1 KR 2012006690 W KR2012006690 W KR 2012006690W WO 2013176340 A1 WO2013176340 A1 WO 2013176340A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
solar cell
organic solar
poly
phthalocyanine
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/006690
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김장주
김태민
김지환
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교 산학협력단 filed Critical 서울대학교 산학협력단
Publication of WO2013176340A1 publication Critical patent/WO2013176340A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • 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
    • 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
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/311—Phthalocyanine
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an organic solar cell, and more particularly, to a low molecular planar heterojunction organic solar cell.
  • MPc Metal-phthalocyanines
  • C 60 fullerenes
  • ⁇ p power conversion efficiencies
  • ⁇ p power conversion efficiency
  • co-deposition of donor and acceptor materials has been used to improve the power conversion efficiency ( ⁇ p ) by making bulk heterojunctions (BHJs) of low molecular weight.
  • BHJs bulk heterojunctions
  • low molecular co-deposited layers are not as successful as polymers in forming BHJ structures because of the high mixing entropy to reduce their effects on phase separation.
  • the power conversion efficiency ( ⁇ p ) of the device using the low molecular co-deposited layer represents about 2 to 3%.
  • the MPc / C 60 planar heterojunction solar cell exhibits photo-degradation characteristics even under a short period of light irradiation in a nitrogen atmosphere.
  • Several mechanisms have been proposed to account for this photodegradation. Formation of a gap state at the interface between the donor and the accumulator by photo-reaction of C 60 with oxygen, and diffusion of oxygen-induced oxygen from the indium-tin-oxide (ITO) to the donor layer photo-assisted diffusion) and reduction of the work function of ITO by UV light.
  • ITO indium-tin-oxide
  • One aspect of the present invention is to provide an organic solar cell having high power conversion efficiency and excellent light stability.
  • a double interface layer including a first electrode, a metal oxide layer on the first electrode, and an alignment layer on the metal oxide layer, a photoactive layer on the double interface layer, and an agent on the photoactive layer
  • the metal oxide layer may include, for example, a molybdenum oxide layer, a tungsten oxide layer, or a rhenium oxide layer.
  • the alignment layer may be a metal halide layer.
  • the alignment layer is, for example, copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr) or silver iodide (AgI) Can be made.
  • the photoactive layer may have a stacked structure including a donor layer made of a donor material on the metal oxide layer and an acceptor layer made of an acceptor material on the donor layer.
  • the photoactive layer may be made of a bulk heterojunction of a donor material and an acceptor material.
  • the donor material may be a ⁇ -conjugated compound.
  • the donor material may be, for example, CuPc (Copper Phthalocyanine: copper phthalocyanine), ZnPc (Zinc Phthalocyanine: zinc phthalocyanine), PbPc (lead phthalocyanine: lead phthalocyanine), ClAlPc (chloroaluminum phthalocyanine: aluminum phthalocyanine chloride, Subphthalocyanine chloride, Subphthalocyanine chloride) : Boron chloride subphthalocyanine), TiOPc (Oxytitanium phthalocyanine), pentacene (pentacene), diindenoperylene (diindenoperylene), or oligothiophene (oligothiophene) derivatives.
  • CuPc Copper Phthalocyanine: copper phthalocyanine
  • ZnPc Zinc Phthalocyanine: zinc phthalocyanine
  • PbPc le
  • the donor material is for example poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly (p-phenylenevinylene), Acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based conjugated polymers; Poly (2,7-carbazole) polymers, indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene), isotianaphthene-based polymer, cyclopenta [2,1-b: 3,4 -b '] dithiophene-based polymer, silafluorene- and dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] silol (dithieno [3,2-b: 2 ', 3') -d] silole) polymer, dithieno [3,
  • the acceptor layer is C 60 fullerene, C 70 fullerene, PCBM ([6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester: [6,6] -phenyl-C 61 -butyl acid methyl ester), C 71 -PCBM, perylene, PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride) or PTCBI (3,4,9,10 -perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole).
  • the electron transport layer on the acceptor layer may be further included.
  • the electron transport layer is BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM (bis-4,6- (3,5-di-3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine), 3TPYMB (Tris- [3- (3-pyridyl) mesityl] borane), BmPyPb ((1,3-bis (3,5-dipyrid-3 -yl-phenyl) benzene), TmPyPb ((1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene), OXD7 (1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3, 4-oxadiazoyl) phenylene), OXD8 (1,3-bis (4- (dimethylamino) -phenyl-1,3,4-
  • the substrate is a transparent glass substrate or PET (Poly Ethylene Terephthlate), PES (Polyethersulphone: polyether sulfone), PC (Polycarbonate: polycarbonate), PI (Polyimide: polyimide), PEN (Polyethylene Naphthalate) Phthalate) or PAR (Polyarylate).
  • PET Poly Ethylene Terephthlate
  • PES Polyethersulphone: polyether sulfone
  • PC Polycarbonate: polycarbonate
  • PI Polyimide: polyimide
  • PEN Polyethylene Naphthalate Phthalate
  • PAR Polyarylate
  • the first electrode includes tin oxide (SnO 2 ), AZO (Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide), ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), FTO (Flourine-doped Tin Oxide: fluorine doped tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).
  • tin oxide SnO 2
  • AZO Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide
  • ITO Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide
  • FTO Flourine-doped Tin Oxide: fluorine doped tin Oxide
  • IZO Indium Zinc Oxide
  • the second electrode may include Al, Ca, Mg, K, Ti, Li, or an alloy thereof.
  • a low molecular organic solar cell having high power conversion efficiency and light stability can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a current density-voltage graph of the organic solar cell device of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • FIG. 2 is a current density-voltage graph of the organic solar cell device of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • 3A to 3C are graphs of current density-voltage measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1 for 60 minutes, respectively.
  • 4A to 4C show changes in short-circuit current density, open voltage, filling rate and power conversion efficiency measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Examples 1, 2 and 1 for 60 minutes, respectively. It is a graph.
  • 5A to 5C are current density-voltage graphs when the organic solar cells of Comparative Example 2 are irradiated with 325 nm, 442 nm, and 633 nm laser light, respectively.
  • 6A-6C are TOF-SIMS depth profiles before and after aging of Samples 1 to 3, respectively.
  • the organic solar cell 100 includes a double interface layer of a substrate 110, an anode layer 120, a metal oxide layer 131, and an alignment layer 132 that are sequentially stacked. 130, a photoactive layer 140, an electron transport layer 150, and a cathode layer 160.
  • the substrate 110 is used to support an organic solar cell, for example, a transparent glass substrate or PET (Poly Ethylene Terephthlate: polyethylene terephthalate), PES (Polyethersulphone: polyether sulfone), PC (Polycarbonate: polycarbonate), PI ( Transparent plastic substrates such as Polyimide (polyimide), Polyethylene Naphthalate (PEN) or Polyarylate (PAR) can be used.
  • PET Poly Ethylene Terephthlate: polyethylene terephthalate
  • PES Polyethersulphone: polyether sulfone
  • PC Polycarbonate: polycarbonate
  • PI Transparent plastic substrates such as Polyimide (polyimide), Polyethylene Naphthalate (PEN) or Polyarylate (PAR) can be used.
  • the anode layer 120 may be formed of a conductive transparent electrode of a metal oxide having a high work function.
  • the anode layer 120 may include, for example, tin oxide (SnO 2 ), AZO (Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide), ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), FTO (Flourine-doped Tin Oxide). : Fluorine-doped tin oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).
  • the double interfacial layer 130 may include a metal oxide layer 131 and an alignment layer 132 on the metal oxide layer 131.
  • the metal oxide layer 131 may be formed of, for example, a molybdenum oxide, a tungsten oxide layer, or a rhenium oxide layer including MoO 3 .
  • oxygen may be photo-induced release from the anode layer 120 made of a metal oxide, and the oxygen may diffuse into the alignment layer 132.
  • Oxygen diffused from the anode layer 120 to the alignment layer 132 may react with the metal compound of the alignment layer 132 to release metal atoms.
  • the metal atoms emitted from the alignment layer 132 may diffuse to the photoactive layer 140 to form an electrical path, which may deteriorate the solar cell device by losing the diode characteristics of the solar cell. .
  • the metal oxide layer 131 prevents oxygen induced by light-induced emission from the anode layer 120 from diffusing into the alignment layer 132 by irradiation with light to react with the released oxygen of the metal compound of the alignment layer 132. It is possible to prevent the emission of atoms. By preventing diffusion of metal atoms from the alignment layer 132 into the photoactive layer 140, deterioration of the solar cell device may be prevented.
  • the alignment layer 132 is a layer for improving the alignment of molecules constituting the photoactive layer 140.
  • the energetic layer 132 may improve the alignment of molecules of the donor layer.
  • the alignment layer 132 may be made of a metal halide layer.
  • the metal halide layer is, for example, copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr), silver iodide (AgI), or the like. It may include a metal compound of, preferably copper iodide (CuI).
  • the alignment layer 132 is a planar stack of molecules of the compound of the photoactive layer 140 in contact with the alignment layer 132 is a planar ⁇ -conjugated compound, the plane of the molecules of the compound parallel to the substrate Can help.
  • Planar ⁇ -conjugated compounds when stacked in a plane, can facilitate charge transport due to overlap of ⁇ orbitals between neighboring molecules up and down.
  • the metal compound of the alignment layer 132 does not react with oxygen and maintains a stable state, deterioration of the solar cell device may be prevented.
  • the photoactive layer 140 may include a donor layer made of a donor material and an acceptor layer made of an acceptor material, and a donor material and an acceptor material may form a bulk heterojunction, but the photoactive layer 140 may be The structure is not limited to these.
  • the donor material may be a p-type semiconductor as a material whose main charge carriers are holes.
  • the donor material is a planar ⁇ -conjugated compound as described above, for example, CuPc (Copper Phthalocyanine (copper phthalocyanine), ZnPc (Zinc Phthalocyanine (zinc phthalocyanine)), PbPc (lead phthalocyanine) Phthalocyanine-based materials such as ClAlPc (chloroaluminum phthalocyanine), SubPc (boron subphthalocyanine chloride) or TiOPc (Oxytitanium phthalocyanine: titanium phthalocyanine).
  • the donor material may also include penylene, perylene derivatives such as diindenoperylene (diindenoperylene), or oligothiophene derivatives.
  • the donor material may also consist of ⁇ conjugated polymer.
  • ⁇ conjugated polymers include, for example, poly (p-phenylenevinylene) and derivatives thereof, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly (p-phenylenevinylene) Poly (p-phenylenevinylene) -based conjugated polymers such as acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based copolymers containing electron-rich moieties, fluorene-based copolymers containing electron-deficient moieties, fluorenes containing phosphorescent complexes Fluorene-based conjugated polymers such as system conjugated polymers; Carbazole conjugated polymers such as poly (2,7-carbazole) polymers or indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselen
  • the acceptor material may be an n-type semiconductor as the main charge carrier is an electron.
  • the dual interfacial layer 130 including the metal oxide layer 131 can prevent diffusion of photoinduced emission oxygen from the anode layer 120 and thus diffusion of metal atoms from the alignment layer 132 as described above. Can be.
  • Electron transport layer 150 may receive electrons from the photoactive layer 140 to facilitate transport to the cathode layer 160 or prevent diffusion of excitons from the photoactive layer 140 to the cathode layer 160.
  • Electron transport layer 150 is, for example, BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM (bis -4,6- (3,5-di-3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine), 3TPYMB (Tris- [3- (3-pyridyl) mesityl] borane), BmPyPb ((1,3-bis (3, 5-dipyrid-3-yl-phenyl) benzene), TmPyPb ((1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene), OXD7 (1,3-bis (4-ter
  • the cathode layer 170 may be made of a metal having a low work function.
  • the cathode layer 170 may be made of, for example, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li, or an alloy thereof.
  • the substrate 110 may be formed of a transparent glass substrate as described above or a transparent plastic substrate such as PET, PES, PC, PI, PEN, or PAR, but is not limited thereto.
  • the anode layer 120 may be formed of a conductive transparent electrode of a metal oxide having a high work function.
  • the conductive transparent electrode of the metal oxide having a high work function may include, for example, a tin oxide (SnO 2 ), AZO, ITO, FTO, or IZO.
  • the conductive transparent electrode of the metal oxide may be formed by a method such as evaporation or sputtering.
  • the dual interface layer 130 may be formed of the metal oxide layer 131 and the alignment layer 132 thereon.
  • the metal oxide layer 131 may be formed of molybdenum oxide, tungsten oxide, or rhenium oxide including MoO 3 , and may be formed by thermal deposition or sputtering.
  • the alignment layer 132 may be formed of a metal halide layer.
  • the alignment layer 132 may be copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr) or silver iodide ( AgI) or the like, and for example, can be formed by a method of thermal evaporation.
  • the photoactive layer 140 may be formed in a stacked structure.
  • the donor layer may be formed of a phthalocyanine-based material such as CuPc, ZnPc, PbPc, ClAlPc, SubPc, or TiOPc, a perylene derivative such as pentacene or DIP, or an oligothiophene derivative. It can be formed as.
  • the donor layer may also be prepared by the ⁇ conjugated polymer as described above, for example, poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly poly (p-phenylenevinylene) -based conjugated polymers such as (p-phenylenevinylene) and acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based copolymers containing electron-rich moieties, fluorene-based copolymers containing electron-deficient moieties, fluorenes containing phosphorescent complexes Fluorene-based conjugated polymers such as system conjugated polymers; Carbazole conjugated polymers such as poly (2,7-carbazole) polymers or indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene),
  • the acceptor layer may be formed by, for example C 60 or C 70 and fullerene, PCBM, C 60 or perylene derivatives, such as derivatives, perylene, or PTCDA PTCBI of C 70 fullerenes such as C 71 -PCBM like, For example, it can form by a thermal evaporation method.
  • the photoactive layer 140 When the photoactive layer 140 is formed in a bulk heterojunction structure, for example, a mixed solution of a donor material and an acceptor material is used, and spin coating, dip coating, blade coating, inkjet printing, and nozzle printing are used.
  • the photoactive layer 140 may be formed using a roll-to-roll method such as a gravure method or an offset printing method.
  • the electron transport layer 150 may be formed of, for example, BCP, BPhen, B3PYMPM, 3TPYMB, BmPyPb, TmPyPb, OXD7, OXD8, or TAZ, and may be formed by, for example, thermal deposition.
  • the cathode layer 170 may be formed of a metal having a low work function.
  • Metals having a low work function can be, for example, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li or alloys thereof.
  • the negative electrode layer 170 may be formed by, for example, thermal deposition or sputtering.
  • An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the MoO 3 and CuI layers were not formed. That is, an organic solar cell having a layer structure of a glass substrate / ITO (150 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 (40 nm) / BCP (8 nm) / Al (100 nm) was prepared.
  • An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the MoO 3 layer was not formed. That is, an organic solar cell having a layer structure of a glass substrate / ITO (150 nm) / Cu (3 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 (40 nm) / BCP (8 nm) / Al (100 nm) Prepared.
  • the current density vs. voltage characteristics of the organic solar cell elements of Examples 1, Comparative Examples 1 and 2 were measured using an AM 1.5G 100 mW / cm 2 solar simulator (300 W Oriel 69911A). (Keithley 237). Before each measurement, the measurement setup was calibrated using a reference Si solar cell accredited by the National Renewable Energy Laboratory covered with a KG-5 filter.
  • FIG. 2 is a current density-voltage graph of the organic solar cell device of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • FIG. Current density while varying the voltage between the ITO electrode and the Al electrode of the organic solar cell elements of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 while irradiating 100 mW / cm 2 of AM 1.5G from -0.3V to 0.8V was measured.
  • the organic solar cell of Comparative Example 1 showed a short circuit current density (J SC ) ⁇ 4.83 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.46V, and a fill factor (FF) of 0.57.
  • the power conversion efficiency ( ⁇ p ) of the organic solar cell of Comparative Example 1 was 1.27%.
  • the organic solar cell of Comparative Example 2 exhibited a short circuit current density (J SC ) -8.63 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.61V, and a fill factor (FF) 0.62.
  • the power conversion efficiency ( ⁇ p ) of the organic solar cell of Comparative Example 2 was 3.30%. From this, it can be seen that the performance of the organic solar cell of Comparative Example 2 was significantly improved compared to that of the organic solar cell of Comparative Example 1.
  • the organic solar cell of Example 1 exhibited a short circuit current density (J SC ) -8.19 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.56V, and a fill factor (FF) 0.63.
  • the power conversion efficiency ( ⁇ p ) of the organic solar cell of Example 1 was 2.89%.
  • the performance of the organic solar cell of Example 1 was slightly lower than that of Comparative Example 2 containing only a CuI layer as an interfacial layer, but was more than two times greater than that of Comparative Example 1 containing no interfacial layer.
  • Table 1 summarizes the short-circuit current densities, open voltages, fill rates, and power conversion efficiencies of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • 3A to 3C are graphs of current density-voltage measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1 for 60 minutes, respectively.
  • 4A to 4C show changes in short-circuit current density, open voltage, filling rate and power conversion efficiency measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Examples 1, 2 and 1 for 60 minutes, respectively. It is a graph.
  • an S-shaped kink was developed in a current density-voltage curve according to light irradiation, indicating a deterioration in the performance of the organic solar cell.
  • the power conversion efficiency of the organic solar cell of Comparative Example 1 decreased below 70% of the initial value after 60 minutes of light irradiation, without a significant change in short-circuit current density and open voltage. It can be seen that mainly due to the decrease in the filling rate. This behavior is believed to be due to the reduction of the work function (absolute value) of ITO by UV light irradiation and the formation of a hole injection barrier layer at the interface between the ITO electrode and the ZnPc layer.
  • the organic solar cell of Comparative Example 2 exhibits very different deterioration behavior from that of Comparative Example 1 under light irradiation.
  • the shunt resistance of the organic solar cell of Comparative Example 2 was sharply reduced, which resulted in a decrease in the filling rate and the open voltage. This behavior indicates that the characteristics of the pn junction disappeared by forming a new charge transfer path by light irradiation in the organic solar cell of Comparative Example 2.
  • the power conversion efficiency of the organic solar cell of Comparative Example 2 was reduced to about 30% of the initial value after 60 minutes of light irradiation.
  • the organic solar cell of Example 1 has little change in current density-voltage characteristics, and almost no change in short-circuit current density, open voltage, fill factor, and power conversion efficiency. . This indicates that the organic solar cell of Example 1 has high light stability.
  • 5A to 5C are respectively simulated sunlight of AM 1.5G 100 mW / cm 2 in a nitrogen atmosphere in the organic solar cell of Comparative Example 2 as 325 nm HeCd laser light (a) of 3.9 mW / cm 2 , 3.6 mW / cm It is a current density-voltage graph in the case of irradiating 2 442 nm HeCd laser beams (b) and 633 nm HeNe laser beams (c) of 4 mW / cm 2 .
  • Light of 633 nm is only absorbed by ZnPc
  • light of 442 nm is mainly absorbed by C 60
  • 325 nm light is absorbed by ITO. Therefore, it is possible to infer whether the deterioration of the device is caused by the deterioration of which material by confirming which deterioration of the device occurs by light irradiation at which wavelength.
  • ITO glass 150 nm
  • MoO 3 3 nm
  • CuI 3 nm
  • ZnPc ZnPc in the same manner as in the device fabrication method of Example 1 except that BCP (8 nm) / Al (100 nm) was not formed
  • ITO glass 150 nm
  • CuI 3 nm
  • ZnPc 25 nm
  • C 60 C 60 in the same manner as in the device fabrication method of Comparative Example 2 except that BCP (8 nm) / Al (100 nm) was not formed
  • a layer structure of (40 nm) was formed.
  • 6A-6C are TOF-SIMS depth profiles before and after aging of Samples 1 to 3, respectively. Ions were chosen to define the interface between the layers. CuI - ions as markers for indicating the CuI layer, C 2 N 2 Cs - and ZnC 2 N 2 - ions as markers for indicating the ZnPc layer, C - as markers for indicating the C 60 layer In - ions were selected as the marker for the ions representing the ITO layer.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따라 제1 전극; 상기 제1 전극 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층; 상기 이중 계면층 위의 광활성층; 및 상기 광활성층 위의 제2 전극을 포함하는 유기 태양전지를 개시한다.

Description

이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지
본 발명은 유기 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저분자 평면 이종접합 유기 태양전지에 관한 것이다.
금속-프탈로시아닌(Metal-phthalocyanines: MPc) 및 풀러렌(fullerene: C60)은 각각 저분자 평면 이종접합 유기 태양전지(planar heterojunction organic solar cells)를 위한 도너 및 억셈터 분자로서 널리 사용되고 있다. 그러나 MPc/C60계 저분자 이종접합 유기 태양전지는 1~2%의 낮은 전력 변환 효율(power conversion efficiencies)(ηp) 및 짧은 수명을 나타낸다. 최근 도너 및 억셈터 물질의 공증착이 저분자로 이루어진 벌크이종접합(BHJ: bulk heterojunction)을 만들어서 전력 변환 효율(ηp)을 향상시키기 위하여 사용되고 있다. 그러나 저분자의 공증착층은 BHJ 구조를 형성하는데 고분자만큼 성공적인지 않은데, 상분리를 향한 경항을 감소시키기 위한 혼합 엔트로피가 크기 때문이다. 저분자의 공증착층을 사용한 소자의 전력 변환 효율(ηp)은 약 2~3%를 나타낸다.
한편, MPc/C60계 평면 이종접합 태양전지는 질소 분위기에서 짧은 시간 동안의 광조사에서도 광열화(photo-degradation) 특성을 나타낸다. 이러한 광열화를 설명하기 위하여 몇 가지 메커니즘이 제안되었다. C60과 산소의 광반응(photo-reaction)에 의한 도너와 억셈터의 경계에서의 갭 상태(gap state)의 형성, ITO(indium-tin-oxide)로부터 도너층으로의 산소의 광유도 확산(photo-assisted diffusion) 및 UV 광에 의한 ITO의 일함수의 감소 등이다. 그러나 광열화 메커니즘이 상세하게 밝혀진 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은 전력 변환 효율이 높고 광 안정성이 우수한 유기 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라 제1 전극, 상기 제1 전극 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층, 상기 이중 계면층 위의 광활성층, 상기 광활성층 위의 제2 전극을 포함하는 유기 태양전지를 개시한다.
상기 금속 산화물층은 예를 들면, 몰리브데늄 산화물층, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층을 포함할 수 있다.
상기 정렬층은 할로겐화 금속층일 수 있다. 상기 정렬층은 예를 들면, 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI)으로 이루어질 수 있다.
상기 광활성층은 상기 금속 산화물층 위의 도너 물질로 이루어진 도너층, 상기 도너층 위의 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층을 포함하는 적층 구조일 수 있다. 또는 상기 광활성층은 도너 물질과 억셉터 물질의 벌크 이종접합으로 이루어질 수 있다.
상기 도너 물질은 π 공역화(π-conjugated) 화합물일 수 있다. 상기 도너 물질은 예를 들면, CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌), TiOPc(Oxytitanium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌), 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌), 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함할 수 있다.
또는 상기 도너 물질은 예를 들면 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌); 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자, 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV); 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민계 고분자; 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 억셉터층은 C60 풀러렌, C70 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester: [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸 에스테르), C71-PCBM, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)을 포함할 수 있다.
상기 억셉터층 위의 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송층은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))을 포함할 수 있다.
상기 기판은 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
전극과 광활성층 사이에 금속 산화물층 및 할로겐화 금속층의 이중층을 사용함으로써 높은 전력 변환 효율 및 광 안정성을 갖는 저분자 유기 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 전류밀도-전압의 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 비교예 2의 유기 태양전지에 325㎚, 442㎚ 및 633㎚ 레이저광을 조사한 경우의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 샘플 1 내지 샘플 3의 에이징 전후의 TOF-SIMS 깊이 프로파일(depth profile)들이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지(100)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 유기 태양전지(100)는 순차적으로 적층되어 있는 기판(110), 양극층(120), 금속 산화물층(131)과 정렬층(arrangement layer)(132)의 이중 계면층(130), 광활성층(140), 전자 수송층(150) 및 음극층(160)을 포함한다.
기판(110)은 유기 태양전지를 지지하기 위한 것으로서 예를 들면 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)과 같은 투명 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
양극층(120)는 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극으로 이루어질 수 있다. 양극층(120)는 예를 들면, 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물) 등으로 이루어질 수 있다.
이중 계면층(double interfacial layer)(130)은 금속 산화물층(131)과 금속 산화물층(131) 위의 정렬층(132)으로 이루어질 수 있다.
금속 산화물층(131)은 예를 들면, MoO3을 포함하는 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층으로 이루어질 수 있다. 광이 조사되면 금속 산화물로 이루어진 양극층(120)으로부터 산소가 광 유도 방출(photo-induced release)될 수 있고, 이 산소는 정렬층(132)으로 확산될 수 있다. 양극층(120)으로부터 정렬층(132)으로 확산된 산소는 정렬층(132)의 금속 화합물과 반응하여 금속 원자를 방출시킬 수 있다. 정렬층(132)으로부터 방출된 금속 원자는 광활성층(140)까지 확산되어 전기적 경로를 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 전기적 경로는 태양전지의 다이오드 특성을 잃어버리게 함으로써 태양전지 소자를 열화시킬 수 있다. 금속 산화물층(131)은 광 조사에 의하여 양극층(120)으로부터 광 유도 방출된 산소가 정렬층(132)으로 확산되는 것을 방지하여 정렬층(132)의 금속 화합물이 방출된 산소와 반응하여 금속 원자를 방출하는 것을 방지할 수 있다. 정렬층(132)으로부터 광활성층(140)으로 금속 원자가 확산하는 것을 방지함으로써 태양전지 소자의 열화를 방지할 수 있다.
정렬층(132)은 광활성층(140)을 이루고 있는 분자의 정렬을 향상시키기 위한 층이다. 예를 들어, 광활성층(140)이 도너층과 도너층 위의 억셉터층으로 이루어진 경우 정력층(132)는 도너층의 분자의 정렬을 향상킬 수 있다. 정렬층(132)은 할로겐화 금속층으로 이루어질 수 있다. 할로겐화 금속층은 예를 들면, 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr), 요오드화 은(AgI) 등의 금속 화합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게 요오드화 구리(CuI)일 수 있다. 정렬층(132)은 정렬층(132)과 접하는 광활성층(140)의 물질이 평면형의 π 공역화(π-conjugated) 화합물인 경우, 이 화합물의 분자들의 평면이 기판에 나란하도록 평면으로 적층되는 것을 도와줄 수 있다. 평면형의 π 공역화 화합물은 평면으로 적층된 경우에 아래 위로 이웃하는 분자들 사이의 π 오비탈의 오버랩에 의하여 전하의 수송이 원활해 질 수 있다. 정렬층(132)의 금속 화합물이 산소와 반응하지 않고 안정한 상태를 유지할 때 태양전지 소자의 열화가 방지될 수 있다.
광활성층(140)은 도너 물질로 이루어진 도너층과 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층이 적층되어 있을 수 있고, 도너 물질과 억셉터 물질이 벌크 이종접합을 이루고 있을 수 있으나, 광활성층(140)의 구조가 이들로 한정되는 것은 아니다.
도너 물질은 주요 전하 운반자가 정공인 물질로서 p형 반도체일 수 있다. 도너 물질은 앞에서 기술한 바와 같이 평면형의 π 공역화(π-conjugated) 화합물, 예를 들면, CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌) 또는 TiOPc(Oxytitanium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌)와 같은 프탈로시아닌계 물질을 포함할 수 있다. 도너 물질은 또한 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌)와 같은 페릴렌(perylene) 유도체, 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함할 수 있다.
도너 물질은 또한 π 공역화 고분자로 이루어질 수 있다. π 공역화 고분자는 예를 들면, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌)과 같은 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 공역화 고분자; 전자 풍부기(electron-rich moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체(copolymer), 전자 부족기(electron-deficient moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체, 형광 착물(phosphorescent complexe)을 함유한 플루오렌계 공역화 고분자와 같은 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자 또는 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자와 같은 카바졸계 공역화 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 공역화 측쇄를 갖는 폴리티오펜, 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 기타 융합된(fused) 티오펜계 공역화 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV)과 같은 티오펜계 공역화 고분자; 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민- 및 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함할 수 있다.
억셉터 물질은 주요 전하 운반자가 전자인 물질로서 n형 반도체일 수 있다. 예를 들어 C60 또는 C70 와 같은 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 C71-PCBM 등과 같은 C60 또는 C70 풀러렌의 유도체, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)과 같은 페릴렌 유도체를 포함할 수 있다.
광활성층(140)으로 전도성 금속이 확산되면 엑시톤으로부터 분리된 전하들에 대한 새로운 경로가 생성되어 소자의 분로 저항(shunt resistance)이 감소되어 소자의 다이오드 특성이 열화될 수 있다. 따라서 다른 층으로부터 광활성층(140)으로 전도성 금속이 확산되어서는 안된다. 금속 산화물층(131)을 포함하는 이중 계면층(130)은 위에서 설명한 바와 같이 양극층(120)으로부터의 광유도 방출 산소의 확산 및 그에 따른 정렬층(132)으로부터의 금속 원자의 확산을 방지할 수 있다.
전자 수송층(150)은 광활성층(140)으로부터 전자를 받아서 음극층(160)으로의 수송을 용이하게 하거나 광활성층(140)으로부터 음극층(160)으로의 엑시톤의 확산을 막을 수 있다. 전자 수송층(150)은 예를 들면 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))를 사용할 수 있다.
음극층(170)은 낮은 일함수를 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 음극층(170)은 예를 들면, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 다른 일 구현예에 따른 유기 태양전지(100)의 제조 방법을 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 기판(110) 위에 양극층(120), 금속 산화물층(131)과 정렬층(arrangement layer)(132)의 이중 계면층(130), 광활성층(140), 전자수송층(150), 및 음극층(170)을 순차적으로 형성한다.
기판(110)은 앞에서 설명한 바와 같은 투명한 유리 기판 또는 PET, PES, PC, PI, PEN 또는 PAR 과 같은 투명 플라스틱 기판으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
양극층(120)은 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극으로 형성할 수 있다. 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극은 예를 들면, 산화주석(SnO2), AZO, ITO, FTO 또는 IZO 등의 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물의 전도성 투명전극은 열증착(evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
이중 계면층(130)은 금속 산화물층(131)과 그 위의 정렬층(132)으로 형성할 수 있다. 금속 산화물층(131)은 MoO3을 포함하는 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물 또는 레늄 산화물로 이루어질 수 있고, 열증착 또는 스퍼터링 등의 방법으로 형성할 수 있다. 정렬층(132)은 할로겐화 금속층으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 정렬층(132)은 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI) 등으로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
광활성층(140)을 적층 구조로 형성할 수 있다. 이때 도너층은 CuPc, ZnPc, PbPc, ClAlPc, SubPc, TiOPc 과 같은 프탈로세아닌계 물질, 펜타센, DIP와 같은 페릴렌 유도체 또는 올리고티오펜 유도체로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착 방법으로 형성할 수 있다. 또한 도너층을 위에서 설명한 바와 같은 π 공역화 고분자, 예를 들면, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌)과 같은 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 공역화 고분자; 전자 풍부기(electron-rich moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체(copolymer), 전자 부족기(electron-deficient moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체, 형광 착물(phosphorescent complexe)을 함유한 플루오렌계 공역화 고분자와 같은 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자 또는 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자와 같은 카바졸계 공역화 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 공역화 측쇄를 갖는 폴리티오펜, 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 기타 융합된(fused) 티오펜계 공역화 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV)과 같은 티오펜계 공역화 고분자; 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민- 및 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자로 형성할 수 있다. 상기 고분자의 층을 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 블레이드 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 또는 그라비아법, 오프셋 프린팅법 등의 롤투롤 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
억셉터층은 예를 들면 C60 또는 C70 와 같은 풀러렌, PCBM, C71-PCBM 등과 같은 C60 또는 C70 풀러렌의 유도체, 페릴렌, PTCDA 또는 PTCBI과 같은 페릴렌 유도체로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착법 등에 의하여 형성할 수 있다.
광활성층(140)을 벌크 이종접합의 구조로 형성하는 경우에는 예를 들면 도너 물질과 억셉터 물질의 혼합용액을 사용하고, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 블레이드 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 또는 그라비아법, 오프셋 프린팅법 등의 롤투롤 방법을 사용하여 광활성층(140)을 형성할 수 있다.
전자 수송층(150)은 예를 들어 BCP, BPhen, B3PYMPM, 3TPYMB, BmPyPb, TmPyPb, OXD7, OXD8 또는 TAZ 으로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착법 등에 의하여 형성할 수 있다.
음극층(170)는 낮은 일함수를 갖는 금속으로 형성할 수 있다. 낮은 일함수를 갖는 금속은 예를 들면, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금일 수 있다. 음극층(170)은 예를 들어 열증착, 스퍼터링 등의 방법으로 형성할 수 있다.
실시예 1
글래스 기판 /ITO(150㎚) /MoO3(3㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다. 150㎚ 두께의 ITO가 코팅된 글래스 기판을 아세톤과 아이소프로필알코올로 연속하여 세정한 후 UV/오존에 10분 동안 노출시켰다. ITO가 코팅된 글래스 기판 위에 3㎚ 두께의 MoO3 및 3㎚ 두께의 CuI 층을 0.2Å/s 의 증착 속도로 증착하였다. 이어서 CuI 층 위에 25㎚ 두께의 ZnPc, 40㎚ 두께의 C60 및 8㎚ 두께의 BCP를 10-7 Torr 의 압력 하에서 1Å/s의 증착 속도로 순서대로 열증착하였다. 이어서 BCP 층 위에 100㎚ 두께의 Al 음극층을 섀도우 마스크를 사용하여 증착하였다. 모든 층들은 연속적으로 진공을 유지하면서 증착되었다. 소자의 활성 면적은 4㎟ 이었다. ITO 전극 위의 절연층과 상부의 양극층이 셀 영역을 정의하였다. 이 후 소자를 질소 분위기에서 에폭시 수지를 이용하여 글래스 캔으로 밀봉하였다.
비교예 1
MoO3 및 CuI 층을 형성하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다. 즉, 글래스 기판 /ITO(150㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다.
비교예 2
MoO3 층을 형성하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다. 즉, 글래스 기판 /ITO(150㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다.
전류-전압 특성
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도 대 전압 특성을 AM 1.5G의 100 mW/cm2 태양광 시뮬레이터(solar simulator) (300 W Oriel 69911A) 광원 및 광원 측정 유닛(Keithley 237)을 사용하여 측정하였다. 각각의 측정 전에 KG-5 필터로 덮인 미국 신재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 공인된 기준 Si 태양전지를 사용하여 측정 설정을 교정(calibration)하였다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도-전압 그래프이다. AM 1.5G의 100 mW/cm2 광을 조사하면서 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 ITO 전극과 Al 전극 사이의 전압을 -0.3V 로부터 0.8V까지 변화시키면서 전류 밀도를 측정하였다.
도 2를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -4.83 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.46V, 채움율(fill factor: FF) 0.57을 나타내었다. 한편, 비교예 1의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 1.27% 이었다. 이 값들은 비교예 1의 구조에 대하여 종래에 알려진 값과 거의 일치하였다.
비교예 2의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -8.63 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.61V, 채움율(fill factor: FF) 0.62를 나타내었다. 한편, 비교예 2의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 3.30% 이었다. 이로부터 비교예 2의 유기 태양전지의 성능이 비교예 1의 유기 태양전지의 성능에 비하여 크게 향상되었음을 알 수 있다.
실시예 1의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -8.19 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.56V, 채움율(fill factor: FF) 0.63을 나타내었다. 한편, 실시예 1의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 2.89% 이었다. 실시예 1의 유기 태양전지의 성능은 계면층으로서 CuI층만을 포함하는 비교예 2의 유기 태양전지보다 다소 낮았으나, 계면층을 포함하지 않는 비교예 1의 유기 태양전지보다 2배 이상 더 컸다.
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율을 표 1에 정리하였다.
표 1
단락전류밀도(mA/cm2) 개방전압(V) 채움율 전력변환효율(%)
실시예 1 -8.19 0.56 0.63 2.89
비교예 1 -4.83 0.46 0.57 1.27
비교예 2 -8.63 0.61 0.62 3.30
광 안정성(photo-stability) 측정
도 3a 내지 도 3c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 전류밀도-전압의 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지는 광조사에 따라서 전류밀도-전압 커브에서 S자 형태의 킹크(kink)가 발전되었는데, 이것은 유기 태양전지의 성능의 열화를 나타낸다. 한편, 도 4a 및 도 3a를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지의 전력변환효율이 60분의 광 조사 후에 초기값의 70% 아래로 감소하였는데, 이것은 단락전류밀도와 개방전압의 큰 변화 없이 주로 채움률의 감소에 기인한 것임을 알 수 있다. 이러한 거동은 UV 광 조사에 의한 ITO의 일함수(절대값)의 감소 및 ITO 전극과 ZnPc 층 사이의 계면의 정공 주입 장벽층의 형성에 기인하는 것으로 여겨진다.
도 3b 및 도 4b를 참조하면, 비교예 2의 유기 태양전지는 광 조사 아래 비교예 1의 유기 태양전지와 매우 다른 열화 거동을 보여준다. 광조사 아래 비교예 2의 유기 태양전지의 분로 저항(shunt resistance)이 급격히 감소되었으며, 이것은 채움율과 개방전압의 감소를 가져왔다. 이러한 거동은 비교예 2의 유기 태양전지에서 광조사에 의하여 새로운 전하 전달 경로가 형성됨에 의하여 pn 접합의 특성이 없어진 것을 나타낸다. 한편, 도 4b를 참조하면, 비교예 2의 유기 태양전지의 전력변환효율이 60분의 광 조사 후에 초기값의 약 30% 로 감소되었다.
도 3c 및 도 4c를 참조하면, 실시예 1의 유기 태양전지는 전류밀도-전압 특성의 변화가 거의 없고, 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다. 이것은 실시예 1의 유기 태양전지가 높은 광 안정성을 갖는 것을 나타낸다.
파장별 광 안전성 측정
비교예 2의 유기 태양전지의 성능은 우수한 반면, 광 안정성이 크게 떨어지는 결과로부터 광열화 메커니즘을 규명하기 위하여 3개의 다른 파장의 광원을 30분 동안 조사하면서 전류밀도-전압 특성을 측정하였다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 비교예 2의 유기 태양전지에 질소 분위기에서 AM 1.5G 100 mW/cm2 시뮬레이트된 태양광으로서 3.9 mW/cm2 의 325 ㎚ HeCd 레이저광(a), 3.6 mW/cm2 의 442 ㎚ HeCd 레이저광(b) 및 4 mW/cm2 의 633 ㎚ HeNe 레이저광(c)을 조사한 경우의 전류밀도-전압 그래프이다. 633 ㎚ 의 광은 단지 ZnPc에 의하여만 흡수되고, 442 ㎚ 의 광은 주로 C60에 의하여 흡수되고, 325 ㎚ 광은 ITO 에 의하여 흡수된다. 따라서 어느 파장의 광 조사에 의하여 소자의 열화가 일어나는지를 확인함으로써, 소자의 열화가 어느 물질의 열화로부터 기인하는지를 유추할 수 있다.
도 5c를 참조하면, ZnPc 에 의하여 흡수되는 633 ㎚ 레이저광(c)은 소자를 전혀 열화시키지 않으므로, ZnPc 의 여기는 소자를 열화시키지 않음을 나타낸다. 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 442 ㎚ 의 광 조사의 경우(b) 채움율과 개방 전압의 감소가 관측되지 않은 반면, 325 ㎚ 의 광 조사에 의하여(a) 채움율과 개방 전압의 감소가 관측되었다. 이것은 CuI를 포함하는 소자의 광열화가 주로 CuI 와 ITO 전극과의 계면에서 CuI 의 UV 에 의하여 유도된 반응으로부터 주로 기인함을 나타낸다.
깊이 프로파일(depth profile)
소자의 열화의 원인을 밝히기 위하여 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry: 비행시간 이차이온 질량분석기) (IONTOF GmbH)를 사용하여 샘플 소자들의 광조사 전후의 질량 스펙트럼의 깊이 프로파일을 수행하였다. 질량 스펙트럼을 얻기 위하여 1차 이온(primary ion)으로서 0.9 ㎀의 25keV Bi+ 이온을 사용하였다. 질량 스펙트럼은 50×50㎛2의 영역에서 얻어졌다. 깊이 프로파일을 위하여 31 ㎁의 0.5 keV Cs+ 이온을 사용하였다. 스퍼터된 영역은 200×200㎛2 이었다. 깊이 프로파일을 위한 샘플 1-3이 각각 0.1×0.1㎝2 의 ITO 글래스 기판 위에 제조되었다. 에이징을 위한 광조사는 15 mW/cm2 의 UV 광원을 사용하였다.
샘플 1
BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /MoO3(3㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다.
샘플 2
BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 비교예 1의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다.
샘플 3
BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 비교예 2의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 샘플 1 내지 샘플 3의 에이징 전후의 TOF-SIMS 깊이 프로파일(depth profile)들이다. 층들 사이의 계면을 정의하기 위하여 이온들이 선택되었다. CuI 층을 나타내기 위한 마커(marker)로서 CuI- 이온이, ZnPc 층을 나타내기 위한 마커로서 C2N2Cs- 및 ZnC2N2 - 이온이, C60 층을 나타내기 위한 마커로서 C- 이온이, ITO 층을 나타내기 위한 마커로서 In- 이온이 선택되었다.
도 6a를 참조하면, 샘플 1의 에이징 전후의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일의 변화가 관측되지 않는다.
도 6b를 참조하면, 샘플 2의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일에서 에이징 전의 샘플과 비교하여 에이징 후의 샘플로부터 주목할 만한 변화는 관측되지 않았다.
도 6c를 참조하면, 샘플 3의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일에서 에이징 전후에 깊이 프로파일의 상당한 차이가 관측되었다. UV 광의 조사 후에 CuI- 의 강도가 거의 제로로 감소되고, 반면 Cu- 의 강도가 더 크고 넓어졌다. 이것은 광조사에 의하여 CuI 가 Cu 로 분해된 것을 나타낸다. Cu- 의 꼬리(tail)가 ZnPc 층과 C60 층의 계면까지 이동하였는데, 이것은 분해된 Cu 원자 또는 이온이 ZnPc층으로 확산되어 ZnPc 층과 C60 층의 계면에 도달하였음을 나타낸다.
이로부터 광에 의하여 유도된 Cu의 확산이 p-n 접합 다이오드로부터 분리된 전하의 새로운 이동 경로를 형성하여 소자의 단락 저항을 감소시킴을 유추할 수 있다. 연장된 광조사는 단락 저항의 감소로 인하여 결국 다이오드 특성의 잃어버리게 한다. 이와 같은 깊이 프로파일의 관측 사항은 CuI 층을 포함하는 유기 태양전지 소자의 광열화 특성과 일치하며, 실시예 1의 유기 태양전지 소자는 CuI 층에서 기인하는 광열화를 효과적으로 차단시키는 것으로 판단된다.
높은 전력 변환 효율 및 광 안정성을 갖는 저분자 유기 태양전지를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층;
    상기 이중 계면층 위의 광활성층;
    상기 광활성층 위의 제2 전극을 포함하는 유기 태양전지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 금속 산화물층은 몰리브데늄 산화물층, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층을 포함하는 유기 태양 전지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 정렬층은 할로겐화 금속층인 유기 태양전지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 할로겐화 금속층은 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI)을 포함하는 유기 태양 전지.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 정렬층은 CuI로 이루어진 유기 태양전지.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 광활성층은 상기 금속 산화물층 위의 도너 물질로 이루어진 도너층, 상기 도너층 위의 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층을 포함하는 유기 태양전지.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 광활성층은 도너 물질과 억셉터 물질의 벌크 이종접합으로 이루어진 유기 태양전지.
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서, 상기 도너 물질은 π 공역화(π-conjugated) 화합물인 유기 태양전지.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 π 공역화 화합물은 CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌), TiOPc(Oxytitamium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌), 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌), 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함하는 유기 태양전지.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 π 공역화 화합물은 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌); 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자, 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV); 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민계 고분자; 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함하는 유기 태양전지.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 도너층은 ZnPc인 유기 태양전지.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 억셉터층은 C60 풀러렌, C70 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester: [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸 에스테르), C71-PCBM, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)을 포함하는 유기 태양전지.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 억셉터층 위의 전자 수송층을 더 포함하는 유기 태양전지.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 전자 수송층은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathucuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))을 포함하는 유기 태양전지.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 기판은 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)을 포함하는 유기 태양전지.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극은 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물)을 포함하는 유기 태양전지.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 제2 전극은 Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금을 포함하는 유기 태양전지.
PCT/KR2012/006690 2012-05-24 2012-08-23 이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지 WO2013176340A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0055529 2012-05-24
KR1020120055529A KR101371609B1 (ko) 2012-05-24 2012-05-24 이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013176340A1 true WO2013176340A1 (ko) 2013-11-28

Family

ID=49624001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/006690 WO2013176340A1 (ko) 2012-05-24 2012-08-23 이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101371609B1 (ko)
WO (1) WO2013176340A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019143751A3 (en) * 2018-01-18 2019-08-29 The Regents Of The University Of Michigan Organic photovoltaic cells and compositions thereof

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101679965B1 (ko) * 2014-04-30 2016-11-28 주식회사 엘지화학 태양전지 및 이의 제조방법
KR101698549B1 (ko) * 2015-02-11 2017-01-20 영남대학교 산학협력단 염료감응형 태양전지 및 염료감응형 태양전지의 제조방법
KR101704546B1 (ko) 2015-06-19 2017-02-08 연세대학교 산학협력단 양친성 고분자를 포함하는 다공성 필름 및 이의 제조방법
CN105529345A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 中国计量学院 一种以双异质结为光敏层的有机近红外光上转换器
KR20190027642A (ko) 2017-09-07 2019-03-15 국민대학교산학협력단 유기 태양전지용 광활성층 및 이를 포함하는 유기태양전지

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163359A (ja) * 2000-12-07 2003-06-06 Seiko Epson Corp 光電変換素子
KR20120001046A (ko) * 2010-06-29 2012-01-04 코오롱인더스트리 주식회사 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20120029142A (ko) * 2010-09-16 2012-03-26 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 전하선택적 계면전송층 및 이를 이용한 유기전자 소자
KR101130516B1 (ko) * 2010-11-08 2012-03-28 단국대학교 산학협력단 고효율 유기태양전지 소자 및 이의 제조 방법
KR101133973B1 (ko) * 2011-02-16 2012-04-09 경희대학교 산학협력단 유기 태양전지 소자 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163359A (ja) * 2000-12-07 2003-06-06 Seiko Epson Corp 光電変換素子
KR20120001046A (ko) * 2010-06-29 2012-01-04 코오롱인더스트리 주식회사 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20120029142A (ko) * 2010-09-16 2012-03-26 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 전하선택적 계면전송층 및 이를 이용한 유기전자 소자
KR101130516B1 (ko) * 2010-11-08 2012-03-28 단국대학교 산학협력단 고효율 유기태양전지 소자 및 이의 제조 방법
KR101133973B1 (ko) * 2011-02-16 2012-04-09 경희대학교 산학협력단 유기 태양전지 소자 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019143751A3 (en) * 2018-01-18 2019-08-29 The Regents Of The University Of Michigan Organic photovoltaic cells and compositions thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101371609B1 (ko) 2014-03-07
KR20130131747A (ko) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Progress in hole-transporting materials for perovskite solar cells
Wolff et al. Reduced interface‐mediated recombination for high open‐circuit voltages in CH3NH3PbI3 solar cells
Wang et al. 25th anniversary article: isoindigo‐based polymers and small molecules for bulk heterojunction solar cells and field effect transistors
Bian et al. Recent progress in the design of narrow bandgap conjugated polymers for high-efficiency organic solar cells
Liao et al. Highly stable organic solar cells based on an ultraviolet-resistant cathode interfacial layer
CN109476679B (zh) 杂环化合物和包含其的有机电子器件
WO2013176340A1 (ko) 이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지
Ma et al. Planar starburst hole-transporting materials for highly efficient perovskite solar cells
KR102106668B1 (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자
Bharath et al. Synthesis of new 2-((5-(4-alkyl-4H-dithieno [3, 2-b: 2′, 3′-d] pyrrol-2-yl) thiophen-2-yl) methylene) malononitrile: Dopant free hole transporting materials for perovskite solar cells with high power conversion efficiency
US9660193B2 (en) Material composition for organic photoelectric conversion layer, organic photoelectric conversion element, method for producing organic photoelectric conversion element, and solar cell
KR20170092471A (ko) 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양 전지
Sathiyan et al. Recent progress on hole-transporting materials for perovskite-sensitized solar cells
KR20120037316A (ko) 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101815755B1 (ko) 확장된 공액 구조의 페나진 유도체 및 이를 적용한 유기광전변환 고분자
WO2010110590A2 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
Guo et al. Dopant‐Free Ternary Conjugated Polymeric Hole‐Transporting Materials for Efficient Inverted Planar Perovskite Solar Cells
TW201437248A (zh) 共聚物及使用彼之太陽能電池
KR102106669B1 (ko) 유기 태양 전지
KR102074556B1 (ko) 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR20150121407A (ko) 텐덤형 유기태양전지 및 이의 제조방법
KR102194466B1 (ko) 카페인을 포함하는 유기반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지
KR102283122B1 (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 광전 소자
KR101923625B1 (ko) 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로 제조된 유기 태양 전지
WO2024039134A1 (ko) 계면층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12877269

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12877269

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1