WO2014193131A1 - Laminated organic solar cell - Google Patents

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WO2014193131A1
WO2014193131A1 PCT/KR2014/004676 KR2014004676W WO2014193131A1 WO 2014193131 A1 WO2014193131 A1 WO 2014193131A1 KR 2014004676 W KR2014004676 W KR 2014004676W WO 2014193131 A1 WO2014193131 A1 WO 2014193131A1
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solar cell
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single layer
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PCT/KR2014/004676
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장송림
배재순
이재철
이지영
이행근
김진석
조근
최정민
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주식회사 엘지화학
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Abstract

One embodiment of the present invention provides a laminated organic solar cell, comprising: at least two or more single layer organic solar cells including one or more kinds of organic layers including a first electrode, a second electrode formed to face the first electrode, and a photoactive layer formed between the first electrode and the second electrode; and adhesive layers respectively formed between the two single neighboring organic solar cells, wherein the first and the second electrode are transparent electrodes which have a light transmittance of 20%-100% inclusive in a light wavelength of 450nm.

Description

적층 유기태양전지Laminated organic solar cell
본 명세서는 2013년 5월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2013-0059722 호, 및 2013년 5월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2013-0059727 호 의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This specification describes Korean Patent Application No. 10-2013-0059722 filed with the Korean Patent Office on May 27, 2013, and Korean Patent Application No. 10-2013-0059727 filed with the Korean Patent Office on May 27, 2013. Claim the benefit of the filing date, the entire contents of which are incorporated herein.
본 명세서는 적층 유기태양전지를 제공한다. The present specification provides a laminated organic solar cell.
현재 주로 사용되고 있는 에너지원은 석유, 석탄, 가스이다. 이는 전체 사용되고 있는 에너지원의 80 %에 달한다. 그러나, 현재 석유 및 석탄 에너지 고갈 상태가 점차 큰 문제가 되고 있으며, 증가하는 이산화탄소와 다른 온실가스들의 공기 중으로의 배출은 점차 심각한 문제를 발생시키고 있다. 그에 반하여, 무공해 그린 에너지인 재생 에너지의 이용은 아직까지 전체 에너지원의 약 2 % 밖에 되지 않는다. 그래서 에너지원의 문제 해결을 위한 고민들은 더욱더 신재생 에너지 개발 연구에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 바람, 물, 태양 등 신재생 에너지 중에서도 가장 관심을 받고 있는 것은 태양에너지이다. 태양에너지를 이용한 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.Currently used energy sources are oil, coal and gas. This represents 80% of the total energy source used. However, the current depletion of petroleum and coal energy is becoming a serious problem, and the increasing emissions of carbon dioxide and other greenhouse gases into the air are causing serious problems. In contrast, the use of renewable energy, pollution-free green energy, is still only about 2% of the total energy source. Therefore, the worries for solving the problem of the energy source is accelerating the research on new and renewable energy development. Among renewable energy such as wind, water and sun, the most attention is solar energy. Solar cells using solar energy are expected to be an energy source that can solve future energy problems due to low pollution, infinite resources and a semi-permanent lifetime.
태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기태양전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24 % 정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기태양전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.Solar cells are devices that can directly convert solar energy into electrical energy by applying the photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells according to the material constituting the thin film. Typical solar cells are made of p-n junctions by doping crystalline silicon (Si), an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorbing light diffuse to the p-n junction and are accelerated by the electric field to move to the electrode. The power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuits and the solar power entered into the solar cell, and has been achieved by up to 24% when measured under current standardized virtual solar irradiation conditions. However, since the conventional inorganic solar cell has already shown a limit in the economic and material supply and demand, organic solar cells with easy processing, low cost and various functionalities are spotlighted as long-term alternative energy sources.
초기 유기태양전지는 미국 UCSB의 Heeger 교수 그룹에서 주도적으로 기술 개발을 이끌었다. 유기태양전지는 사용되는 단분자 유기물질 또는 고분자 재료는 쉽고, 빠르게 저가, 대면적 공정이 가능한 장점을 가지고 있다.Early organic solar cells led the technology development at the Heeger professor group of UCSB. The organic solar cell has the advantage that the monomolecular organic material or the polymer material used is easy, fast and inexpensive and large area process is possible.
그러나, 현재까지의 연구에서는 아직 유기태양전지는 에너지 변환 효율이 낮은 단점이 있다. 그러므로 현 시점에서 다른 태양전지와의 경쟁력을 확보하기 위해서는 효율 향상이 매우 중요하다고 할 수 있다.However, in the present research, the organic solar cell has a disadvantage of low energy conversion efficiency. Therefore, efficiency improvement is very important to secure competitiveness with other solar cells at this time.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
(비특허문헌 1)Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1996))(Non-Patent Document 1) Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1996))
(비특허문헌 2)Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))(Non-Patent Document 2) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
본 명세서는 적층 유기태양전지를 제공하고자 한다.The present specification is to provide a laminated organic solar cell.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 단층 유기태양전지를 2 개 이상 포함하고, 인접하는 상기 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 각각 구비된 접합층을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 450 ㎚ 파장의 빛에서의 광투과도가 20 % 이상 100 % 이하의 투명전극인 적층 유기태양전지를 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And at least two single-layered organic solar cells including at least one organic material layer including a photoactive layer provided between the first electrode and the second electrode, each provided between two adjacent single-layered organic solar cells. And a bonding layer, wherein the first electrode and the second electrode provide a laminated organic solar cell having a light transmittance of 20% or more and 100% or less in light having a wavelength of 450 nm.
본 명세서의 적층 유기태양전지는 한쪽 방향으로 빛을 흡수하는 경우, 각 단층 유기태양전지 사이에 위치하는 접합층이 투명하여 1개의 단층 유기태양전지만이 있는 유기태양전지에 비하여 높은 광흡수율을 달성할 수 있으며, 이에 따라 높은 효율을 구현할 수 있다.In the laminated organic solar cell of the present specification, when absorbing light in one direction, the bonding layer positioned between each single-layer organic solar cell is transparent to achieve a high light absorption rate compared to the organic solar cell having only one single-layer organic solar cell. In this way, high efficiency can be achieved.
또한, 본 명세서의 적층 유기태양전지는 양쪽 방향으로 빛을 흡수할 수도 있으며, 한쪽 방향의 빛만을 흡수하는 경우의 단층 유기태양전지에 비하여 높은 효율을 달성할 수 있다. In addition, the laminated organic solar cell of the present specification may absorb light in both directions, and may achieve high efficiency as compared with a single layer organic solar cell in the case of absorbing light in one direction only.
또한, 본 명세서의 적층 유기태양전지는 권취된 구조일 수 있으며, 원통형인 경우 여러 방향의 빛을 효율적으로 흡수하여 효율을 증가시킬 수 있다.In addition, the laminated organic solar cell of the present specification may have a wound structure, and in the case of a cylindrical shape, may efficiently absorb light in various directions to increase efficiency.
도 1 내지 도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 적층 유기태양전지를 도시한 것이다.1 to 5 illustrate a laminated organic solar cell according to one embodiment of the present specification.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 유기태양전지의 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프를 나타낸 것이다.6 shows graphs of current density-voltage (J-V) characteristics of organic solar cells according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
도 7은 비교예 3 내지 5에서의 광활성층에 포함되는 광활성 물질의 물성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 7은 비교예 3 내지 5에서의 광활성층에 포함되는 광활성 물질의 흡광도를 측정한 그래프이다.7 is a graph showing physical properties of the photoactive materials included in the photoactive layers in Comparative Examples 3 to 5. FIG. Specifically, Figure 7 is a graph measuring the absorbance of the photoactive material contained in the photoactive layer in Comparative Examples 3 to 5.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In this specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when a member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present specification, when a part "contains" a certain component, this means that the component may further include other components, except for the case where there is no contrary description.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, this specification is demonstrated in detail.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 단층 유기태양전지를 2 개 이상 포함하고, An exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And at least two single-layer organic solar cells including at least one organic material layer including a photoactive layer provided between the first electrode and the second electrode.
인접하는 상기 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 각각 구비된 접합층을 포함하며, It includes a bonding layer provided between each of the two adjacent single-layer organic solar cells,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 450 ㎚ 파장의 빛에서의 광투과도가 20 % 이상 100 % 이하의 투명전극인 적층 유기태양전지를 제공한다. The first electrode and the second electrode provides a laminated organic solar cell having a light transmittance of 20% or more and 100% or less in light having a wavelength of 450 nm.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 450 ㎚ 파장의 빛에서의 광투과도가 40 % 이상 90 % 이하의 투명전극일 수 있다. Specifically, according to one embodiment of the present specification, the first electrode and the second electrode may be a transparent electrode having a light transmittance of 40% or more and 90% or less in light having a wavelength of 450 nm.
본 명세서의 상기 적층 유기태양전지의 일 예를 도 1 및 도 2에 도시하였다. 구체적으로, 도 1은 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 접합층이 구비된 적층 유기태양전지를 도시하였다. 도 2는 3개의 단층 유기태양전지를 포함하고, 각각의 단층 유기태양전지 사이에 접합층이 구비된 적층 유기태양전지를 도시하였다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 적층 유기태양전지는 상기 도 1 및 도 2의 구조에 한정되지 않으며 복수의 단층 유기태양전지를 포함할 수 있다. An example of the multilayer organic solar cell of the present specification is illustrated in FIGS. 1 and 2. Specifically, FIG. 1 illustrates a stacked organic solar cell having a bonding layer between two single layer organic solar cells. FIG. 2 illustrates a stacked organic solar cell including three single layer organic solar cells and having a bonding layer between each single layer organic solar cell. The stacked organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification is not limited to the structure of FIGS. 1 and 2 and may include a plurality of single layer organic solar cells.
본 명세서의 상기 단층 유기태양전지는 하나의 단층 유기태양전지만으로도 개별적인 유기태양전지로서의 작동이 가능하다. 그러므로, 상기 단층 유기태양전지는 각각 제1 전극, 제2 전극 및 광활성층을 포함하고 있으며, 추가적으로 1층 이상의 유기물층을 더 포함할 수 있다.The single layer organic solar cell of the present specification may operate as an individual organic solar cell even with one single layer organic solar cell. Therefore, the single layer organic solar cell may include a first electrode, a second electrode, and a photoactive layer, respectively, and may further include one or more organic material layers.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 2층 내지 10층의 단층 유기태양전지를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 2개 내지 5개의 단층 유기태양전지를 포함할 수 있다. 단층 유기태양전지의 수가 많아지면 빛을 받는 면의 반대 측면의 단층 유기태양전지는 흡수할 빛이 없게 되어 효율 증대에 기여하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 그러므로, 제작 단가와 빛의 흡수율을 고려하여 단층 유기태양전지의 수를 조절하여 상기 적층 유기태양전지를 제작할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the multilayer organic solar cell may include two to ten single layer organic solar cells. Specifically, two to five single layer organic solar cells may be included. As the number of single-layer organic solar cells increases, the single-layer organic solar cells on the opposite side of the light receiving surface may have no light to absorb and thus may not contribute to the increase in efficiency. Therefore, the multilayer organic solar cell may be manufactured by controlling the number of single-layer organic solar cells in consideration of manufacturing cost and light absorption rate.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 적층 유기태양전지가 양쪽 방향으로 빛을 흡수하는 경우, 상기 적층 유기태양전지는 양쪽의 빛을 흡수할 수 있으므로 광흡수 효율이 증가할 수 있다. 나아가, 상기 적층 유기태양전지가 양쪽으로 빛을 흡수하는 경우, 한쪽으로 빛을 받는 경우와 같이 빛을 받는 쪽의 단층 유기태양전지에서 흡수하지 못한 잉여의 빛을 다른 측면의 단층 유기태양전지가 흡수하여 광흡수율을 높일 수도 있다. 상기 적층 유기태양전지가 양쪽으로 빛을 받는 경우의 일 예로 빛에 수직으로 상기 적층 유기태양전지를 위치 시키지 않고, 빛의 입사각을 줄이는 방향으로 배치하여 양면으로 빛을 흡수시킬 수 있다. 이 경우, 동일한 면적에 많은 태양전지를 배치할 수 있으므로, 높은 전류값을 얻을 수 있다. 또한, 상기 적층 유기태양전지를 지면에 수직으로 배치하는 경우, 상기 적층 유기태양전지가 위치한 장소의 태양의 남중고도가 변화하더라도, 양면으로 태양빛을 흡수할 수 있으므로 태양이 떠 있는 시간 동안 태양빛의 입사각이 높은 부분이 존재하도록 하여 광흡율을 높일 수 있다.When the laminated organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification absorbs light in both directions, the laminated organic solar cell may absorb light from both sides, so that light absorption efficiency may increase. Furthermore, when the laminated organic solar cell absorbs light on both sides, the single layer organic solar cell on the other side absorbs excess light that is not absorbed by the single layer organic solar cell on the light receiving side as in the case of receiving light on one side. It is also possible to increase the light absorption rate. As an example of the case where the laminated organic solar cell receives light from both sides, the laminated organic solar cell may be disposed in a direction of reducing the incident angle of light without absorbing the stacked organic solar cell perpendicular to the light to absorb the light on both sides. In this case, since many solar cells can be arrange | positioned in the same area, high current value can be obtained. In addition, when the laminated organic solar cell is disposed perpendicular to the ground, even if the south mid-high altitude of the sun in the place where the laminated organic solar cell is changed, the sunlight can be absorbed on both sides, so the sunlight during the time the sun is floating It is possible to increase the light absorption by having a portion having a high incident angle of.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 독립적으로 투명 전도성 산화물층 또는 두께 20 ㎚ 이하의 금속 전극일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the first electrode and the second electrode may each independently be a transparent conductive oxide layer or a metal electrode having a thickness of 20 nm or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 전극은 10 ㎚ 이하일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the metal electrode may be 10 nm or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 전극은 20 ㎚ 이하의 투명한 Ag, Al, Au 등의 금속, 또는 상기 금속의 혼합물을 포함할 수 있다. 나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 전극이 20 ㎚ 이하의 두께를 가지는 경우, 빛을 30 % 내지 100% 투과할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the metal electrode may include a metal such as 20 nm or less of transparent Ag, Al, Au, or a mixture of the metals. Furthermore, according to one embodiment of the present specification, when the metal electrode has a thickness of 20 nm or less, light may transmit 30% to 100%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 전도성 산화물층은 유리 및 석영판 이외에 PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthelate), PP (polyperopylene), PI(polyimide), PC (polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxyethlene), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC (Triacetyl cellulose), PAR (polyarylate)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다. 구체적으로, ITO (indium tin oxide), 플루오린이 도핑된 틴 옥사이드 (fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zink oxide, AZO), IZO (indium zink oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO (antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the transparent conductive oxide layer is in addition to glass and quartz plate, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthelate (PEN), polyperopylene (PP), polyimide (PI), polycarbornate (PC), polystyrene (PS) ), Conductive materials on flexible and transparent materials such as POM (polyoxyethlene), AS resin (acrylonitrile styrene copolymer), ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) and plastics including TAC (Triacetyl cellulose), PAR (polyarylate), etc. This doped one can be used. Specifically, indium tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zink oxide (AZO), indium zink oxide (IZO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 and antimony tin oxide (ATO), and the like, and more specifically ITO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 전도성 산화물층을 이용하여 제1 전극 또는 제2 전극을 형성하는 단계는 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로판올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음 수분제거를 위해 가열판에서 100 ℃ 내지 250 ℃로 1 내지 30분간, 구체적으로 250 ℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질할 수 있다. 이를 위한 전처리 기술로는 a) 평행평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등을 이용할 수 있다. 상기와 같은 표면 개질을 통하여 접합표면전위를 정공주입층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있으며, ITO 기판 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수 있다. 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택하게 되는데 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the forming of the first electrode or the second electrode using the transparent conductive oxide layer may sequentially wash the patterned ITO substrate with a detergent, acetone, and isopropanol (IPA), and then remove moisture. For 1 to 30 minutes at 100 ℃ to 250 ℃, specifically for 10 minutes at 250 ℃ in a heating plate, and when the substrate is completely cleaned, the surface of the substrate can be modified to hydrophilic. Pretreatment techniques for this are a) surface oxidation using parallel planar discharge, b) oxidation of the surface through ozone generated using UV ultraviolet light in a vacuum state, and c) oxygen radicals generated by plasma. To oxidize. Through the surface modification as described above, the bonding surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the hole injection layer, the formation of the polymer thin film on the ITO substrate can be facilitated, and the quality of the thin film can be improved. One of the above methods is selected according to the state of the substrate. In any of these methods, the effective effect of pretreatment can be expected by preventing oxygen escape from the surface of the substrate and restraining the remaining of moisture and organic matter as much as possible.
본 명세서의 하기 기술한 실시예에서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용하였으며, 초음파 세정 후 패턴된 ITO 기판을 가열판 (hot plate)에서 베이킹하여 잘 건조시킨 다음 챔버에 투입하고 UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV광과 반응하여 발생하는 오존에 의해 패턴된 ITO 기판을 세정하게 된다. 그러나, 본 발명에 있어서의 패턴된 ITO 기판의 표면 개질방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.In the examples described below, a method of oxidizing a surface through ozone generated by using UV was used, and after ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate was baked on a hot plate, dried well, and then placed in a chamber. Injecting and operating a UV lamp cleans the ITO substrate patterned by ozone generated by oxygen gas reacting with UV light. However, the surface modification method of the patterned ITO substrate in this invention does not need to specifically limit, Any method may be used as long as it is a method of oxidizing a substrate.
본 명세서의 상기 적층 유기태양전지는 상기 2개 이상의 단층 유기태양전지를 접합층을 이용하여 접합하여 형성될 수 있다. 상기 적층 유기태양전지는 한쪽 방향으로 빛을 흡수하거나 양쪽 방향으로 빛을 흡수할 수 있다. The multilayer organic solar cell of the present specification may be formed by bonding the two or more single layer organic solar cells using a bonding layer. The laminated organic solar cell may absorb light in one direction or absorb light in both directions.
본 명세서의 상기 적층 유기태양전지가 한쪽 방향으로 빛을 흡수하는 경우, 2개의 상기 단층 유기태양전지 사이의 접합층은 투명 접합층일 수 있다. 상기 투명한 접합층으로 인하여 단위 면적당 빛을 2 개 이상의 단층 유기태양전지에 걸쳐서 흡수할 수 있다. 즉, 빛에 접하는 상부의 단층 유기태양전지와 하부의 단층 유기태양전지 모두 빛을 흡수하여 동일한 면적에서 높은 광흡수율을 달성할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 적층 유기태양전지는 단위 면적당 높은 광흡수율로 인하여 전류값을 향상시켜 효율을 높일 수 있다.When the laminated organic solar cell of the present specification absorbs light in one direction, the bonding layer between two single-layer organic solar cells may be a transparent bonding layer. The transparent bonding layer can absorb light per unit area over two or more single layer organic solar cells. That is, both the upper single layer organic solar cell and the lower single layer organic solar cell in contact with light may absorb light to achieve high light absorption in the same area. The stacked organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification may increase efficiency by improving a current value due to a high light absorption rate per unit area.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층은 유리; 투명 접착제; 및 투명 절연체로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the bonding layer is glass; Transparent adhesive; And it may be selected from the group consisting of a transparent insulator.
본 명세에서의 투명은 빛이 통과될 수 있는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로 빛을 50 % 내지 100 % 투과시킬 수 있는 것을 의미할 수 있다. 보다, 구체적으로, 빛을 70 % 내지 100 % 통과시킬 수 있는 것을 의미할 수 있다.Transparency in this specification may mean that light may be passed through. Specifically, it may mean that the light can transmit 50% to 100%. More specifically, it may mean that can pass 70% to 100% light.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 접합체 및/또는 투명 절연체는 고상 또는 액상 접착제; 투명 양면테이프; 및 투명 실란트(sealant) 물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the transparent bonding member and / or the transparent insulator may be a solid or liquid adhesive; Transparent double-sided tape; And transparent sealant materials.
구체적으로, 상기 고상 또는 액상 접합체는 투명 아크릴계 접착제; 투명 에폭시계 접착제; 투명 PVC계 접착제 등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 투명 양면 테이프는 투명 PVC계 양면 절연테이프를 비롯한 일반적인 투명 양면 테이프가 가능하다. 본 명세서의 상기 투명 실란트는 설린(surlyn) 필름, 바이넬(bynel) 필름 등이 될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, the solid or liquid conjugate is a transparent acrylic adhesive; Transparent epoxy adhesives; Transparent PVC adhesive, or the like. However, the present invention is not limited thereto. In addition, the transparent double-sided tape may be a general transparent double-sided tape, including a transparent PVC-based double-sided insulating tape. The transparent sealant of the present specification may be a surlyn film, a bynel film, or the like, but is not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층의 단층 유기태양전지에 대향하는 2 개의 면 중 적어도 하나는 상기 단층 유기태양전지에 대한 접합 면적이 10 % 이상 80 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층의 단층 유기태양전지에 대향하는 2 개의 면 중 적어도 하나는 상기 단층 유기태양전지에 대한 접합 면적이 10 % 이상 50 % 이하, 또는 10 % 이상 40 % 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, at least one of the two surfaces facing the single layer organic solar cell of the junction layer may have a bonding area of 10% or more and 80% or less for the single layer organic solar cell. Specifically, according to one embodiment of the present specification, at least one of two surfaces facing the single layer organic solar cell of the junction layer has a bonding area of 10% or more and 50% or less, or 10% for the single layer organic solar cell. Or more than 40%.
상기 접합 면적은 유리, 투명 접착제, 또는 투명 절연체 등으로 2개의 단층 유기태양전지를 접합하는 영역의 면적을 의미할 수 있다. 또한, 상기 접합층의 상기 접합 면적을 제외한 영역은 별도의 물질이 구비되지 않은 영역으로서, 이는 광파장의 손실이 없는 이점이 있으며, 이를 통하여 하부층의 단층 유기태양전지의 광흡수율을 높일 수 있는 장점이 있다.The bonding area may mean an area of a region in which two single-layer organic solar cells are bonded by glass, a transparent adhesive, a transparent insulator, or the like. In addition, the region except for the bonding area of the bonding layer is a region that is not provided with a separate material, which has an advantage that there is no loss of light wavelength, thereby increasing the light absorption of the single layer organic solar cell of the lower layer. have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층의 접합면의 형상은 상기 접합층의 테두리 영역만을 포함하는 형상; 또는 매쉬 형상일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the shape of the bonding surface of the bonding layer is a shape including only the border region of the bonding layer; Or a mesh shape.
상기 접합층의 테두리 영역만을 포함하는 형상은 접합층의 중심 영역에는 접합면이 형성되지 않는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 접합층의 테두리 영역만을 포함하는 형상은 접합면이 형성되지 않은 중심 부분의 면적이 상기 접합층의 전체 면적에 대하여 20 % 이상, 40 % 이상, 또는 60 % 이상인 것을 의미할 수 있다. The shape including only the edge region of the bonding layer may mean that the bonding surface is not formed in the center region of the bonding layer. Specifically, the shape including only the edge region of the bonding layer may mean that the area of the center portion where the bonding surface is not formed is 20% or more, 40% or more, or 60% or more with respect to the total area of the bonding layer. .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층 접합면의 형상이 상기 접합층의 테두리 영역만을 포함하는 형상인 경우, 상기 접합층은 투명 또는 불투명할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, when the shape of the bonding layer bonding surface is a shape including only an edge region of the bonding layer, the bonding layer may be transparent or opaque.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층은 상기 광활성층에 대응하는 영역을 제외한 영역을 포함하여 접합면이 형성될 수 있다. 또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층은 상기 광활성층에 대응하는 영역에 일부 중첩하여 접합면이 형성될 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the bonding layer may include a bonding surface including a region except for a region corresponding to the photoactive layer. Alternatively, according to one embodiment of the present specification, the bonding layer may partially overlap the region corresponding to the photoactive layer to form a bonding surface.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합면의 테두리 영역만을 포함하는 형상은 상기 광활성층에 대응하는 영역을 제외한 테두리 영역에 접합면이 형성된 것을 의미할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the shape including only the border region of the bonding surface may mean that the bonding surface is formed in the border region except for the region corresponding to the photoactive layer.
상기 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 육각형, 또는 다각형의 폐쇄 도형의 패턴을 포함할 수 있다. The mesh shape may include a pattern of closed figures of triangles, squares, hexagons, or polygons.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지는 각각 투명 기판을 더 포함하고, 상기 투명 기판 상에 상기 제1 전극이 구비될 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, each of the single layer organic solar cells may further include a transparent substrate, and the first electrode may be provided on the transparent substrate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층 중 적어도 하나는 투명 기판의 하면 상에 구비될 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least one of the bonding layers may be provided on a bottom surface of the transparent substrate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층 중 적어도 하나는 인접하는 상기 2 개의 단층 유기태양전지의 투명 기판 사이에 구비될 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least one of the bonding layers may be provided between the transparent substrates of the two single layer organic solar cells adjacent to each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 기판은 투명 기판 상에 구비된 광활성층의 면적보다 크고, 상기 접합층은 상기 광활성층에 대응하는 영역을 제외한 기판의 테두리 영역에 접합면이 형성될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the transparent substrate is larger than the area of the photoactive layer provided on the transparent substrate, the bonding layer may be formed on the junction region of the substrate except for the region corresponding to the photoactive layer. have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 상기 접합층의 상면 또는 하면에 인접한 전극은 금속 전극일 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, in the multilayer organic solar cell, an electrode adjacent to an upper surface or a lower surface of the bonding layer may be a metal electrode.
본 명세서의 상기 인접한 전극은 상기 단층 유기태양전지의 제1 전극 또는 제2 전극 중 접합층과 가까운 전극을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 인접한 전극과 접합층은 직접 연결될 수 있으며, 상기 인접한 전극과 접합층 사이에 추가의 층이 위치할 수도 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 금속 전극과 접합층 사이에 투명 기판을 더 포함할 수 있다.The adjacent electrode of the present specification may mean an electrode close to a bonding layer among the first electrode or the second electrode of the single layer organic solar cell. Specifically, the adjacent electrode and the bonding layer may be directly connected, and an additional layer may be located between the adjacent electrode and the bonding layer. In addition, according to one embodiment of the present specification, the multilayer organic solar cell may further include a transparent substrate between the metal electrode and the bonding layer.
본 명세서의 상기 적층 유기태양전지는 2개의 상기 단층 유기태양전지 사이에 접합층을 포함하며, 상기 단층 유기태양전지의 금속 전극은 상기 접합층에 접할 수 있다. 구체적으로, 상기 단층 유기태양전지의 투명한 금속 전극이 접합층에 접할 수 있다. 상기 적층 유기태양전지가 한쪽 방향으로 빛을 흡수하는 경우에는 빛을 받는 상부 단층 유기태양전지의 금속 전극은 20 ㎚ 이하의 투명한 금속 전극일 수 있다. 상기 투명한 금속 전극은 상부의 단층 유기태양전지에서 흡수하고 남은 잉여의 빛을 하부로 통과시킬 수 있다. 이를 통하여, 단위 면적의 빛을 효율적으로 흡수할 수 있다. The laminated organic solar cell of the present specification includes a bonding layer between two single-layer organic solar cells, and the metal electrode of the single-layer organic solar cell may contact the bonding layer. Specifically, the transparent metal electrode of the single layer organic solar cell may contact the bonding layer. When the stacked organic solar cell absorbs light in one direction, the metal electrode of the upper single layer organic solar cell that receives light may be a transparent metal electrode having a thickness of 20 nm or less. The transparent metal electrode may absorb excess light remaining in the upper single layer organic solar cell and pass the remaining light downward. Through this, it is possible to efficiently absorb the light of the unit area.
나아가, 본 명세서의 상기 단층 유기태양전지가 금속 전극을 포함하는 경우, 상기 금속 전극은 기판 상에 위치할 수 있다. 상기 기판은 투명한 기판일 수 있다. 상기 단층 유기태양전지가 기판을 포함하는 경우, 상기 단층 유기태양전지의 기판은 상기 접합층에 접하여 상기 유기태양전지가 형성될 수 있다.Furthermore, when the single layer organic solar cell of the present specification includes a metal electrode, the metal electrode may be located on a substrate. The substrate may be a transparent substrate. When the single layer organic solar cell includes a substrate, the organic solar cell may be formed by contacting the substrate of the single layer organic solar cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 캐소드일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the first electrode may be a cathode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the second electrode may be an anode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층은 상기 각각의 단층 유기태양전지의 애노드와 인접할 수 있다. 또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층은 상기 각각의 단층 유기태양전지의 캐소드와 인접할 수 있다. 또는, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 하나의 단층 유기태양전지의 애노드와 다른 하나의 단층 유기태양전지의 캐소드와 인접할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the bonding layer may be adjacent to the anode of each single layer organic solar cell. Alternatively, according to one embodiment of the present specification, the bonding layer may be adjacent to the cathode of each single layer organic solar cell. Alternatively, according to one embodiment of the present specification, the anode of one single layer organic solar cell may be adjacent to the cathode of the other single layer organic solar cell.
상기 인접은 상기 접합층과 애노드 또는 캐소드의 전극과 접한 것을 의미할 수 있다. 또는, 상기 인접은 상기 접합층과 가까운 전극과의 위치관계를 의미할 수 있다. 구체적으로 상기 인접은 상기 단층 유기태양전지의 애노드 또는 캐소드 중 상기 접합층에 더 가까운 전극과의 위치관계를 의미할 수 있다.The adjoining may mean contacting the bonding layer and the electrode of the anode or cathode. Alternatively, the adjacent may mean a positional relationship with the electrode close to the bonding layer. Specifically, the adjacent may mean a positional relationship with an electrode closer to the bonding layer among the anode or the cathode of the single layer organic solar cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 하나는 투명 기판을 더 포함하고, 상기 투명 기판 상에 제1 전극이 구비되며, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드인 인버티드 구조일 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least one of the single layer organic solar cells further includes a transparent substrate, a first electrode is provided on the transparent substrate, the first electrode is a cathode, and the second electrode is It may be an inverted structure that is an anode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 어느 하나가 인버티드 구조인 경우, 상기 인버티드 구조의 단층 유기태양전지의 기판 하면 상에 접합층이 구비되고, 빛이 입사하는 면은 상기 인버티드 구조의 단층 유기태양전지의 애노드가 구비된 면일 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, when any one of the single layer organic solar cells has an inverted structure, a bonding layer is provided on a lower surface of the substrate of the single layer organic solar cell of the inverted structure, and the light incident surface is It may be a surface provided with the anode of the single layer organic solar cell of the inverted structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 접합층의 상면 또는 하면에 인접한 전극은 두께 20 ㎚ 이하의 금속 전극일 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, an electrode adjacent to the upper or lower surface of the bonding layer may be a metal electrode having a thickness of 20 nm or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 적어도 한 쌍의 인접하는 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 광화학적 업컨버전층을 더 포함할 수 있다. 본 명세서의 상기 광화학적 업컨버전층을 포함하는 상기 적층 유기태양전지의 일 예는 도 5에 도시하였다. 구체적으로, 도 5는 2개의 단층 유기태양전지 사이에 각각 광화학적 업컨버전층을 구비한 것을 도시한 것이다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 적층 유기태양전지는 도 5의 구조에 한정되는 것은 아니며, 도 5의 구조에서 광화학적 업컨버전층이 하나만 구비된 것도 가능하다. According to an exemplary embodiment of the present specification, a photochemical upconversion layer may be further included between at least one pair of adjacent two single layer organic solar cells. An example of the stacked organic solar cell including the photochemical upconversion layer of the present specification is illustrated in FIG. 5. Specifically, FIG. 5 shows a photochemical upconversion layer between two single layer organic solar cells. However, the stacked organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification is not limited to the structure of FIG. 5, and only one photochemical upconversion layer may be provided in the structure of FIG. 5.
본 명세서의 상기 광화학적 업컨버전층은 빛을 흡수하기 용이한 파장으로 변환하는 층을 의미할 수 있다. 상기 광화학적 업컨버전층에 의하여 빛은 광활성층에서 보다 잘 흡수될 수 있는 영역의 파장으로 변환될 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 업컨버전층이 2개의 상기 단층 유기태양전지 사이에 위치하여, 한쪽 방향으로 빛을 흡수하는 경우에 빛을 받는 상부의 단층 유기태양전지를 통과한 빛을 하부의 단층 유기태양전지에서 흡수하기 좋은 파장의 빛으로 변환하여 상기 유기태양전지의 효율을 높일 수 있다. The photochemical upconversion layer of the present specification may mean a layer that converts light into a wavelength that is easy to absorb light. The photochemical upconversion layer allows light to be converted into wavelengths in the region that can be better absorbed in the photoactive layer. According to an exemplary embodiment of the present specification, the upconversion layer is positioned between the two single-layer organic solar cells, the light passing through the upper single-layer organic solar cell receiving the light when absorbing light in one direction, the lower portion It is possible to increase the efficiency of the organic solar cell by converting the light of a wavelength that is easy to absorb in the single-layer organic solar cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 업컨버전층에 포함되는 물질로는 PQ4Pd/Rubrene(PQ4Pd/루브렌), PQ4PdNA/Rubrene(PQ4PdNA/루브렌), Pd(Ⅱ)octaethylporphyrin/diphenylanthracene(Pd(Ⅱ)옥타에틸포피린/디페닐안트라센), [Ru(dmb)3]2+/anthracene([Ru(dmb)3]2+/안트라센) 등이 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the material included in the upconversion layer is PQ 4 Pd / Rubrene (PQ 4 Pd / rubrene), PQ 4 PdNA / Rubrene (PQ 4 PdNA / rubrene), Pd (II ) octaethylporphyrin / diphenylanthracene (Pd (II) octaethylporphyrin / diphenylanthracene), [Ru (dmb) 3 ] 2+ / anthracene ([Ru (dmb) 3 ] 2+ / anthracene).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 빛을 받는 면에 대향하여 구비된 1개 이상의 반사층을 더 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 반사층을 구비한 적층 유기태양전지의 일 예를 도시한 것이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the multilayer organic solar cell may further include one or more reflective layers provided to face the light receiving surface. 3 and 4 illustrate an example of a stacked organic solar cell having a reflective layer according to one embodiment of the present specification.
구체적으로, 도 3은 양방향으로 빛을 받는 경우, 접합층의 상면 및 하면에 각각 반사층을 구비하여 단층 유기태양전지의 광흡수율을 높이는 경우를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 한쪽 방향으로 빛을 받는 경우, 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지를 통과한 빛을 반사하여 광활성층에서 흡수되지 못한 여분의 빛을 다시 광활성층으로 전달하는 경우를 도시한 것이다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 적층 유기태양전지는 도 3 및 도 4의 구조에 한정되지 않으며, 추가의 구성을 더 포함할 수 있다. Specifically, FIG. 3 illustrates a case in which light absorption of the single-layer organic solar cell is increased by providing reflective layers on the upper and lower surfaces of the bonding layer, respectively, when light is received in both directions. In addition, FIG. 4 illustrates a case in which light is passed through two or more single-layer organic solar cells to receive extra light that is not absorbed by the photoactive layer and is transferred back to the photoactive layer when light is received in one direction. However, the multilayer organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification is not limited to the structure of FIGS. 3 and 4, and may further include an additional configuration.
본 명세서의 상기 단층 유기태양전지는 1층 이상의 광활성층을 포함한다. 상기 광활성층은 광 여기에 의하여 상기 전자주개 물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자주개/전자받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자주개 물질 및 전자받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1 전극과 제2 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다. 본 명세서에서 광활성 물질은 상기 전자주개 물질 및 상기 전자받개 물질을 의미할 수 있다.The single layer organic solar cell of the present specification includes one or more photoactive layers. The photoactive layer forms excitons in which the electron donor material pairs electrons and holes by photoexcitation, and the excitons are separated into electrons and holes at the interface of the electron donor / electron acceptor. The separated electrons and holes move to the electron donor material and the electron acceptor material, respectively, and are collected by the first electrode and the second electrode, respectively, so that they can be used as electrical energy from the outside. In the present specification, the photoactive material may mean the electron donor material and the electron acceptor material.
상기 단층 유기태양전지는 광활성층의 구조에 따라 바이레이어(bi-layer) 접합형 또는 BHJ(bulk heterojunction) 접합형으로 될 수 있다. 바이레이어(bi-layer) 접합형은 전자받개층과 전자주개층의 두개의 층으로 이루어진 광활성층을 포함한다. BHJ(bulk heterojunction) 접합형은 전자주개 물질과 전자받개 물질이 블렌드된 광활성층을 포함한다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 BHJ(bulk heterojunction)을 형성할 수 있다. 본 명세서의 상기 광활성층은 상기 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 혼합된 후에 특성을 최대화시키기 위하여 30 내지 300 ℃에서 1초 내지 24시간 동안 어닐링할 수 있다.The single layer organic solar cell may be a bi-layer junction type or a bulk heterojunction junction type depending on the structure of the photoactive layer. The bi-layer junction type includes a photoactive layer composed of two layers, an electron acceptor layer and an electron donor layer. The bulk heterojunction (BHJ) junction type includes a photoactive layer in which an electron donor material and an electron acceptor material are blended. Specifically, in the photoactive layer of the present specification, the electron donor material and the electron acceptor material may form a bulk heterojunction (BHJ). The photoactive layer of the present specification may be annealed at 30 to 300 ° C. for 1 second to 24 hours to maximize properties after the electron donor material and the electron acceptor material are mixed.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 2개의 단층 유기태양전지의 광활성층은 각각 독립적으로 전자주개 물질 및 전자받개 물질을 포함할 수 있다. 나아가, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:10 내지 10:1일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:0.4 내지 1:5일 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, the photoactive layers of the two single layer organic solar cells may each independently include an electron donor material and an electron acceptor material. Furthermore, according to one embodiment of the present specification, the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material may be 1:10 to 10: 1. Specifically, the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material of the present specification may be 1: 0.4 to 1: 5.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광활성층은 폴리 3-헥실 티오펜 [P3HT: poly 3-hexyl thiophene]을 전자주개 물질로 하고, [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르 (PC61BM) 및/또는 [6,6]-페닐-C71-부틸산 메틸에스테르 (PC71BM)를 전자받개 물질로 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질인 P3HT과 상기 전자받개 물질인 (PC61BM) 및/또는 (PC71BM)의 질량비는 1:0.4 내지 1:5일 수 있으며, 구체적으로 1:0.7일 수 있다. 다만, 광활성층은 위 물질에만 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the photoactive layer is a poly 3-hexyl thiophene [P3HT: poly 3-hexyl thiophene] as an electron donor, [6,6] -phenyl-C 61 -butyl acid methyl ester (PC 61 BM) and / or [6,6] -phenyl-C 71 -butyl acid methyl ester (PC 71 BM) as the electron acceptor material. According to an exemplary embodiment of the present specification, the mass ratio of the electron donor material P3HT and the electron acceptor material (PC 61 BM) and / or (PC 71 BM) may be 1: 0.4 to 1: 5, specifically 1: 0.7. However, the photoactive layer is not limited to the above material.
상기와 같은 광활성 물질들은 유기 용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅 등의 방법으로 30 ㎚ 내지 400 ㎚, 구체적으로, 50 ㎚ 내지 280 ㎚ 의 두께로 광활성층을 도입한다. 이때, 광활성층은 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법을 응용할 수 있다. The photoactive materials are dissolved in an organic solvent and then the solution is introduced into the photoactive layer in a thickness of 30 nm to 400 nm, specifically, 50 nm to 280 nm by spin coating or the like. In this case, the photoactive layer may be applied to a method such as dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting.
또한, 상기 전자수용체는 PC61BM을 포함하여, C70, C76, C78, C80, C82, C84등의 다른 플러렌 유도체를 사용할 수도 있으며, 코팅된 박막은 80 ℃ 내지 160 ℃에서 열처리하여 전도성 고분자의 결정성을 높여주는 것이 좋다. In addition, the electron acceptor may include other fullerene derivatives such as C70, C76, C78, C80, C82, C84, including PC 61 BM, and the coated thin film may be heat-treated at 80 ° C. to 160 ° C. to determine the conductive polymer. It is good to increase the sex.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지는 역방향(inverted) 구조일 수 있으며, 이 경우 120 ℃로 어닐링 전처리(pre-annealing)를 할 수 있다.Specifically, according to one embodiment of the present specification, the single layer organic solar cell may have an inverted structure, and in this case, pre-annealing may be performed at 120 ° C.
본 명세서의 상기 역방향 구조의 유기태양전지는 일반적인 구조의 유기태양전지의 애노드와 캐소드가 역방향으로 구성된 것을 의미할 수 있다. 일반적인 구조의 유기태양전지에서 사용되는 Al층은 공기중에서 산화반응에 매우 취약하고, 잉크화하기 곤란하여 이를 인쇄공정을 통하여 상업화하는데 제약이 있다. 그러나, 본 명세서의 상기 역방향 구조의 유기태양전지는 Al 대신 Ag를 사용할 수 있으므로, 일반적인 구조의 유기태양전지에 비하여 산화반응에 안정적이고, Ag 잉크의 제작이 용이하므로 인쇄공정을 통한 상업화에 유리한 장점이 있다.The organic solar cell of the reverse structure of the present specification may mean that the anode and the cathode of the organic solar cell of the general structure is configured in the reverse direction. Al layer used in the organic solar cell of the general structure is very vulnerable to oxidation reaction in the air, it is difficult to ink, there is a limitation in commercializing it through the printing process. However, since the organic solar cell of the reverse structure of the present specification can use Ag instead of Al, it is more stable to the oxidation reaction than the organic solar cell of the general structure, and the production of Ag ink is easy, which is advantageous for commercialization through the printing process. There is this.
상기 전처리된 광 활성층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 등의 방법을 통해 도입될 수 있다. 이 경우, 주로 전도성 고분자 용액으로서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트) [PEDOT:PSS]이 사용되며, 정공추출금속 산화물(hole-extracting metal oxides) 물질로는 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(V2O5), 니켈 산화물(NiO), 텅스텐 산화물(WOx) 등을 사용할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공 수송층은 MoO3를 열증착 시스템을 통해 5 ㎚ 내지 20 ㎚ 의 두께로 형성될 수 있다.On top of the pretreated photoactive layer, a hole transport layer may be introduced through spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting, thermal deposition, and the like. In this case, poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrenesulfonate) [PEDOT: PSS] is mainly used as a conductive polymer solution, and is used as a hole-extracting metal oxides material. Molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), nickel oxide (NiO), tungsten oxide (WO x ) and the like can be used. According to one embodiment of the present specification, the hole transport layer may be formed to a thickness of 5 nm to 20 nm MoO 3 through a thermal deposition system.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질은 적어도 한 종의 전자 공여체; 또는 적어도 한 종의 전자수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 공여체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the electron donor material is at least one electron donor; Or a polymer of at least one kind of electron acceptor and at least one kind of electron donor. The electron donor may include at least one kind of electron donor. In addition, the electron donor includes a polymer of at least one kind of electron acceptor and at least one kind of electron donor.
구체적으로 상기 전자주개 물질은 MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene])를 시작으로 티오펜계, 플루오렌계, 카바졸계 등의 다양한 고분자 물질 및 단분자 물질일 수 있다. Specifically, the electron donor material is thiophene-based, fluorene-based, carbazole-based, etc. starting with MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene]) It can be a variety of high molecular and monomolecular materials.
구체적으로, 상기 단분자 물질은 구리(Ⅱ)프탈로시아닌(Copper(Ⅱ) phthalocyanine), 아연프탈로시아닌(zinc phthalocyanine), 트리스[4-(5-디사이노메틸이덴메틸-2-티에닐)페닐]아민(tris[4-(5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl)phenyl]amine), 2,4-비스[4-(N,N-디벤질아미노)-2,6-디히드록시페닐]스쿠아레인(2,4-bis[4-(N,N-dibenzylamino)-2,6-dihydroxyphenyl]squaraine), 벤즈[b]안트라센(benz[b]anthracene), 및 펜타센(pentacene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.Specifically, the monomolecular substance is copper (II) phthalocyanine, zinc phthalocyanine, tris [4- (5-dicynomethylidemethyl-2-thienyl) phenyl] Amine (tris [4- (5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl) phenyl] amine), 2,4-bis [4- (N, N-dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squalane (2,4-bis [4- (N, N-dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squaraine), benz [b] anthracene, and pentacene It may include one or more materials.
구체적으로, 상기 고분자 물질은 폴리 3-헥실 티오펜 (P3HT: poly 3-hexyl thiophene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'-7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2,ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benxothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7(Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PSiF-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole])로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.Specifically, the polymer material is poly 3-hexyl thiophene (P3HT: poly 3-hexyl thiophene), PCDTBT (poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4'-) 7'-di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2, ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b; 3,4-b '] dithiophene) -alt-4,7- (2,1,3-benxothiadiazole)]), PFO-DBT (poly [2,7- (9,9-dioctyl-fluorene) ) -alt-5,5- (4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7 (Poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1 , 2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl]]), PSiF- 1 selected from the group consisting of DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctyl-dibenzosilole) -alt-4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole]) It may include more than one species.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자받개 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체일 수 있다. 구체적으로, 상기 플러렌 유도체는 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러렌 유도체일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the electron acceptor material may be a fullerene derivative or a nonfullerene derivative. Specifically, the fullerene derivative may be a C60 fullerene derivative or a C70 fullerene derivative.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the C60 fullerene derivative or C70 fullerene derivative are each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthioxy group; Substituted or unsubstituted arylthioxy group; Substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Substituted or unsubstituted boron group; Substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; Substituted or unsubstituted arylamine group; Substituted or unsubstituted heteroarylamine group; Substituted or unsubstituted aryl group; A substituted or unsubstituted fluorenyl group; Substituted or unsubstituted carbazole group; And a substituted or unsubstituted heteroring group including one or more of N, O, and S atoms, or two adjacent substituents may be further substituted with a substituent to form a condensed ring.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 플러렌 유도체는 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the fullerene derivative may be selected from the group consisting of C76 fullerene derivative, C78 fullerene derivative, C84 fullerene derivative, and C90 fullerene derivative.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the C76 fullerene derivative, C78 fullerene derivative, C84 fullerene derivative and C90 fullerene derivative are each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthioxy group; Substituted or unsubstituted arylthioxy group; Substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Substituted or unsubstituted boron group; Substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; Substituted or unsubstituted arylamine group; Substituted or unsubstituted heteroarylamine group; Substituted or unsubstituted aryl group; A substituted or unsubstituted fluorenyl group; Substituted or unsubstituted carbazole group; And a substituted or unsubstituted heteroring group including one or more of N, O, and S atoms, or two adjacent substituents may be further substituted with a substituent to form a condensed ring.
상기 플러렌 유도체는 비플러렌유도체에 비하여, 전자-정공 쌍(exciton, electron- hole pair)을 분리하는 능력과 전하 이동도가 우수해 효율 특성에 유리하다. The fullerene derivative has an ability to separate electron-hole pairs (exciton, electron-hole pair) and charge mobility compared to the non-fullerene derivative, which is advantageous for efficiency characteristics.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 비플러렌 유도체는 LUMO 에너지 준위가 -2.0 내지 -6.0 eV이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 비플러렌 유도체는 LUMO 에너지 준위가 -2.5 내지 -5.0 eV이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 비플러렌 유도체는 LUMO 에너지 준위는 -3.5 내지 -4.5 eV이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the nonfullerene derivative has a LUMO energy level of -2.0 to -6.0 eV. In another exemplary embodiment, the nonfullerene derivative has a LUMO energy level of -2.5 to -5.0 eV. In another exemplary embodiment, the nonfullerene derivative has an LUMO energy level of -3.5 to -4.5 eV.
LUMO 에너지 준위가 상기 범위 내에서 전자의 주입이 쉽게 일어날 수 있어, 유기 태양 전지의 효율이 상승되는 이점이 있다. Since the LUMO energy level can easily inject electrons within the above range, there is an advantage that the efficiency of the organic solar cell is increased.
특히, 상기 비플러렌 유도체의 LUMO 에너지 준위가 -3.5 내지 -4.5 eV인 경우, 전자 공여물질의 HOMO 에너지 준위와의 차이를 최대한으로 하면서 전하 분리가 가능하여, 높은 개방전압 및 전류 밀도를 형성할 수 있는 이점이 있다. In particular, when the LUMO energy level of the non-fullerene derivative is -3.5 to -4.5 eV, charge separation is possible while maximizing the difference with the HOMO energy level of the electron donor, thereby forming a high open voltage and current density. There is an advantage to that.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 비플러렌 유도체는 구형이 아닌 단분자 또는 고분자이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the nonfullerene derivative is a single molecule or a polymer that is not spherical.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2개는 동일한 파장대의 빛을 흡수할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may absorb light of the same wavelength band.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may absorb light of different wavelength bands.
본 명세서의 상기 "서로 다른 파장대"는 파장 범위가 서로 다른 것을 의미하며, 이는 각각의 파장대의 어느 파장이 서로 겹치는 범위가 있더라도, 최소 파장과 최대 파장의 범위가 다른 경우를 의미할 수 있다. 또는, 각각의 파장대의 어느 파장도 서로 겹치지 않는 경우를 의미할 수도 있다.The term “different wavelength band” in the present specification means that the wavelength ranges are different from each other, and this may mean a case in which the ranges of the minimum wavelength and the maximum wavelength are different, even though there are ranges in which wavelengths overlap each other. Or it may mean the case where neither wavelength of each wavelength band overlaps each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2개는 흡수하는 빛의 파장대가 서로 상이할 수 있다. 각각의 단층 유기태양전지가 흡수하는 빛의 파장대가 상이한 경우, 동일한 면적에서 빛을 흡수하는 양이 더 많아질 수 있으며, 이로 인하여 전지의 효율이 상승할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may have different wavelength bands of absorbing light. When the wavelength band of light absorbed by each single layer organic solar cell is different, the amount of light absorbed in the same area may be increased, thereby increasing the efficiency of the battery.
상기 적층 유기태양전지가 빛을 한쪽으로 받는 경우에, 빛을 받는 최상부의 단층 유기태양전지의 광활성층은 단파장 영역의 빛을 흡수하도록 하고, 하부로 갈수록 단층 유기태양전지의 광활성층은 장파장 영역의 빛을 흡수하도록 하여, 단위 면적에서의 빛의 흡수율을 최대로 높일 수 있다. 하부의 단층 유기태양전지의 광활성층이 장파장 영역의 빛을 흡수하는 경우, 상부 단층 유기태양전지에서 단파장 영역의 빛만을 흡수하고, 상부 단층 유기태양전지를 통과한 여분의 장파장 영역의 빛을 하부의 단층 유기태양전지에서 효율적으로 흡수할 수 있다. When the laminated organic solar cell receives light to one side, the photoactive layer of the uppermost single layer organic solar cell that receives the light absorbs light in the short wavelength region, and the photoactive layer of the single layer organic solar cell becomes longer in the lower wavelength region. By absorbing light, the absorption of light in a unit area can be maximized. When the photoactive layer of the lower single layer organic solar cell absorbs the light of the long wavelength region, only the light of the short wavelength region is absorbed in the upper single layer organic solar cell, and the light of the extra long wavelength region passing through the upper single layer organic solar cell It can be absorbed efficiently in a single layer organic solar cell.
상기 적층 유기태양전지가 빛을 양쪽으로 받는 경우에, 빛을 받는 최상부와 최하부의 단층 유기태양전지의 광활성층은 단파장 영역의 빛을 흡수하도록 하고, 중간부의 단층 유기태양전지의 광활성층은 장파장 영역의 빛을 흡수하도록 하여, 단위 면적에서의 빛의 흡수율을 높일 수 있다. 중간부의 단층 유기태양전지의 광활성층이 장파장 영역의 빛을 흡수하는 경우, 최상부와 최하부의 단층 유기태양전지에서 단파장 영역의 빛만을 흡수하고, 최상부와 최하부의 단층 유기태양전지를 통과한 여분의 장파장 영역의 빛을 중간부의 단층 유기태양전지의 광활성층에서 효율적으로 흡수할 수 있다. When the laminated organic solar cell receives light from both sides, the photoactive layer of the uppermost and lowermost single layer organic solar cells that receive the light absorbs light of the short wavelength region, and the photoactive layer of the single layer organic solar cell of the middle portion has a long wavelength region. The absorption of light in the unit area can be increased by absorbing light. When the photoactive layer of the single layer organic solar cell in the middle absorbs light in the long wavelength region, only the light in the short wavelength region is absorbed by the top and bottom single layer organic solar cells, and the extra long wavelength passed through the top and bottom single layer organic solar cells. The light of the region can be efficiently absorbed in the photoactive layer of the single layer organic solar cell in the middle portion.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 어느 하나의 상기 단층 유기태양전지는 300 ㎚ 내지 700 ㎚ 파장의 빛을 흡수하고, 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지는 400 ㎚ 내지 800 ㎚ 파장의 빛을 흡수하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present specification, any one single layer organic solar cell absorbs light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and the other single layer organic solar cell absorbs light having a wavelength of 400 nm to 800 nm. It may be.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 어느 하나의 상기 단층 유기태양전지는 300 ㎚ 내지 700 ㎚ 파장의 빛을 흡수하고, 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지는 400 ㎚ 내지 800 ㎚ 파장의 빛을 흡수하며, 또 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지는 450 ㎚ 내지 850 ㎚ 파장의 빛을 흡수하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, any one single layer organic solar cell absorbs light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and the other single layer organic solar cell absorbs light having a wavelength of 400 nm to 800 nm. In another embodiment, the single layer organic solar cell may absorb light having a wavelength of 450 nm to 850 nm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하는 광활성 물질을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may include a photoactive material absorbing light of different wavelength bands.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 각각의 광활성층의 광활성 물질 농도를 조절하여 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하게 할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may adjust the photoactive material concentration of each photoactive layer to absorb light of different wavelengths.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 각각 서로 다른 파장대의 파장을 흡수하는 광활성 물질을 이용하여 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하게 할 수 있다. Further, according to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may absorb light of different wavelength bands by using photoactive materials that absorb wavelengths of different wavelength bands, respectively.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비를 조절하여, 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하게 할 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may adjust the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layer to absorb light of different wavelengths.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 광활성층의 두께를 서로 상이하게 하여, 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하게 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present specification, at least two of the single layer organic solar cells may have different thicknesses of the photoactive layer, thereby absorbing light of different wavelength bands.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지들의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layer of the two or more single layer organic solar cells may be the same or different from each other.
본 명세서의 상기 적층 유기태양전지는 2개 이상의 서로 동일한 단층 유기태양전지와 접합층을 이용하여 제조할 수 있다. 또는 서로 다른 단층 유기태양전지와 접합층을 이용하여 제조할 수도 있다. The laminated organic solar cell of the present specification may be manufactured using two or more identical single-layer organic solar cells and a bonding layer. Alternatively, it may be prepared using different single-layer organic solar cells and bonding layers.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 2개 이상의 단층 유기태양전지들의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비가 서로 상이한 경우, 어느 하나의 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:10 내지 10:1이고, 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:5 내지 5:1 일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, when the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layer of the two or more single layer organic solar cells are different from each other, the electron donor material of the photoactive layer of any one single layer organic solar cell The mass ratio of the electron acceptor material is 1:10 to 10: 1, and the mass ratio of the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layer of the other single layer organic solar cell may be 1: 5 to 5: 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 단층 유기태양전지들의 광활성 물질의 농도가 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 어느 하나의 단층 유기태양전지의 광활성 물질의 농도는 3 % 초과 10 % 이하이고, 다른 하나의 단층 유기태양전지의 광활성 물질의 농도는 0.01 % 이상 내지 3 % 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 상기 어느 하나의 단층 유기태양전지의 광활성 물질의 농도는 3 % 초과 7 % 이하이고, 다른 하나의 단층 유기태양전지의 광활성 물질의 농도는 0.01 % 이상 3 % 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the concentration of the photoactive material of each of the single layer organic solar cells may be different from each other. Specifically, the concentration of the photoactive material of any one single layer organic solar cell of the present specification is greater than 3% and 10% or less, and the concentration of the photoactive material of another single layer organic solar cell may be 0.01% or more and 3% or less. . More specifically, the concentration of the photoactive material of any one single layer organic solar cell of the present specification is greater than 3% and 7% or less, and the concentration of the photoactive material of another single layer organic solar cell may be 0.01% or more and 3% or less. .
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 2개의 단층 유기태양전지들의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질을 각각 다른 물질로 사용할 수 있다. In addition, according to the exemplary embodiment of the present specification, the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layers of the two single layer organic solar cells may be used as different materials.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지들의 광활성층 두께가 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 상기 어느 하나의 단층 유기태양전지의 광활성층 두께는 100 ㎚ 초과 500 ㎚ 이하이고, 다른 하나의 단층 유기태양전지의 광활성층 두께는 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 상기 어느 하나의 단층 유기태양전지의 광활성층 두께는 100 ㎚ 초과 300 ㎚ 이하이고, 다른 하나의 단층 유기태양전지의 광활성층 두께는 10 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the thickness of the photoactive layer of the two or more single layer organic solar cells may be different from each other. Specifically, the thickness of the photoactive layer of any one single layer organic solar cell of the present specification is greater than 100 nm and 500 nm or less, and the thickness of the photoactive layer of another single layer organic solar cell may be 1 nm or more and 100 nm or less. More specifically, the thickness of the photoactive layer of any one single layer organic solar cell of the present specification is greater than 100 nm and 300 nm or less, and the thickness of the photoactive layer of another single layer organic solar cell may be 10 nm or more and 100 nm or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지들의 광활성 물질의 농도와 두께가 서로 상이한 경우, 어느 하나의 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 농도는 3 % 초과 10 % 이하, 두께는 100 ㎚ 초과 500 ㎚ 이하이고, 나머지 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 농도는 0.01 % 이상 3 % 이하, 두께는 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지들의 광활성 물질의 농도와 두께가 서로 상이한 경우, 어느 하나의 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 농도는 3 % 초과 7 % 이하, 두께는 100 ㎚ 초과 300 ㎚ 이하이고, 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지의 광활성층의 농도는 0.01 % 이상 3 % 이하, 두께는 10 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, when the concentration and thickness of the photoactive material of the two or more single layer organic solar cells are different from each other, the concentration of the photoactive layer of any one single layer organic solar cell is more than 3% 10% or less, The thickness may be greater than 100 nm and 500 nm or less, and the concentration of the remaining photoactive layer of the single layer organic solar cell may be 0.01% or more and 3% or less, and the thickness may be 1 nm or more and 100 nm or less. More specifically, when the concentration and thickness of the photoactive material of the two or more single layer organic solar cells are different from each other, the concentration of the photoactive layer of any one single layer organic solar cell is more than 3% and 7% or less, and the thickness is more than 100 nm. 300 nm or less, the concentration of the photoactive layer of the other single layer organic solar cell may be 0.01% or more and 3% or less, and the thickness may be 10 nm or more and 100 nm or less.
즉, 상기 적층 유기태양전지가 빛을 한쪽으로 받는 경우에, 빛을 받는 상부의 단층 유기태양전지의 광활성층과 하부의 단층 유기태양전지의 광활성층의 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비, 농도 및 층의 두께 등이 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 빛을 받는 상부의 단층 유기태양전지의 광활성층의 빛 흡수율 보다 하부의 단층 유기태양전지의 광활성층의 빛 흡수율을 더 높게 제작하여 단위 면적에서의 빛의 흡수율을 높일 수 있다. 하부의 단층 유기태양전지의 광활성층의 광흡수율이 더 높은 경우, 상부 단층 유기태양전지를 통과한 여분의 빛을 하부의 단층 유기태양전지에서 효율적으로 흡수할 수 있다.That is, when the laminated organic solar cell receives light to one side, the mass ratio and concentration of the electron donor material and the electron acceptor material of the photoactive layer of the upper single layer organic solar cell to receive light and the photoactive layer of the lower single layer organic solar cell And the thickness of the layer may be different from each other. In this case, the light absorption of the photoactive layer of the lower single layer organic solar cell may be higher than that of the photoactive layer of the upper single layer organic solar cell to receive light, thereby increasing light absorption in a unit area. When the light absorption rate of the photoactive layer of the lower single layer organic solar cell is higher, the excess light passing through the upper single layer organic solar cell can be efficiently absorbed by the lower single layer organic solar cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지는 각각 정공주입층; 정공수송층; 중간층(interlayer); 정공차단층; 전하발생층; 전자차단층; 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 유기물층을 더 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, each of the single layer organic solar cells includes a hole injection layer; Hole transport layer; Interlayers; Hole blocking layer; Charge generating layer; Electron blocking layer; And one or more organic material layers selected from the group consisting of electron transport layers.
본 명세서의 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광활성층으로 효율적으로 전달시킴으로써, 생성되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.The hole transport layer and / or the electron transport layer material of the present specification may be a material that increases the probability that the generated charge is transferred to the electrode by efficiently transferring electrons and holes to the photoactive layer, but is not particularly limited.
본 명세서의 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다. The hole transport layer of the present specification may be an anode buffer layer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 정공수송층은 PEDOT:PSS; 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the hole transport layer is PEDOT: PSS; Molybdenum oxide (MoO x ); Vanadium oxide (V 2 O 5 ); Nickel oxide (NiO); And tungsten oxide (WO x ) It may include one or more selected from the group consisting of.
본 명세서의 상기 전자수송층은 캐소드 버퍼층일 수 있다. The electron transport layer of the present specification may be a cathode buffer layer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자수송층은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the electron transport layer may be electron-extracting metal oxides, specifically, titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) It may include one or more selected from the group consisting of.
본 명세서의 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극 또는 제2 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.The electron transport layer of the present specification is applied to one surface of the first electrode or the second electrode or coated in the form of a film using sputtering, E-Beam, thermal deposition, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing method It can be formed by.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 플렉서블 유기태양전지일 수 있다. 이 경우, 상기 기판은 플랙시블 재료를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 휘어질 수 있는 박막 형태의 글래스, 플라스틱 기판 또는 필름 형태의 기판일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the multilayer organic solar cell may be a flexible organic solar cell. In this case, the substrate may comprise a flexible material. Specifically, the substrate may be a glass, plastic substrate, or film substrate in the form of a thin film that can be bent.
상기 플라스틱 기판의 재료는 특별히 한정하지는 않으나, 일반적으로 PET(polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PEEK(Polyether ether ketone) 및 PI(Polyimide) 등의 필름을 단층 또는 복층의 형태로 포함하는 것일 수 있다.The material of the plastic substrate is not particularly limited, but in general, may include a film such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone (PEEK), and polyimide (PI) in the form of a single layer or a multilayer. have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 적층 유기태양전지는 권취된 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 적층 유기태양전지는 유연한 필름 형태로 제조가 가능하며, 이를 원통형으로 말아 속이 비어 있는 권취된 구조의 태양전지로 만들 수 있다. 상기 적층 유기태양전지가 권취된 구조인 경우, 이를 지면에 세워 놓는 방식으로 설치할 수 있다. 이 경우, 상기 적층 유기태양전지를 설치한 위치의 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 동안, 빛의 입사각이 최대가 되는 부분을 확보할 수 있다. 따라서, 태양이 떠 있는 동안, 최대한 많은 빛을 흡수하여 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 나아가, 상기 언급한 상부 및 하부의 단층 유기태양전지를 포함하여 광흡수율을 높이는 장점도 갖을 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the laminated organic solar cell may have a wound structure. Specifically, the laminated organic solar cell may be manufactured in a flexible film form, and may be rolled into a cylindrical shape to form a solar cell having a hollow structure. When the laminated organic solar cell is a wound structure, it may be installed in a manner of standing on the ground. In this case, while the sun at the position where the laminated organic solar cell is installed moves from east to west, it is possible to secure a portion where the incident angle of light is maximum. Therefore, while the sun is floating, there is an advantage to increase the efficiency by absorbing as much light as possible. Furthermore, it may also have the advantage of increasing the light absorption rate, including the above-mentioned single-layer organic solar cell of the upper and lower.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 적층 유기태양전지의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태는 2 이상의 단층 유기태양전지를 제조하는 단계; 2개 이상의 상기 단층 유기태양전지를 접합층으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.An exemplary embodiment of the present specification provides a method of manufacturing the laminated organic solar cell. Specifically, one embodiment of the present specification comprises the steps of preparing two or more single-layer organic solar cells; The method may include connecting two or more single layer organic solar cells to a bonding layer.
상기 단층 유기태양전지의 제조단계는 일반적인 유기태양전지의 제조단계와 동일할 수 있다. 나아가, 하나의 단층 유기태양전지 및 또 다른 하나의 단층 유기태양전지를 제조한 후에 전술한 접합층을 이용하여 3개 이상의 단층 유기태양전지를 서로 접하게 할 수 있다. 이는 하나의 기판상에서 텐덤으로 유기물층을 올리는 것에 비하여 공정율을 높일 수 있으며, 불량률을 현저하게 낮출 수 있다.The manufacturing step of the single layer organic solar cell may be the same as the manufacturing step of a general organic solar cell. Furthermore, after manufacturing one single layer organic solar cell and another single layer organic solar cell, the three or more single layer organic solar cells may be brought into contact with each other using the above-described bonding layer. This can increase the process rate compared to raising the organic material layer in tandem on one substrate, it can significantly lower the defective rate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지를 제조하는 단계는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the manufacturing of the single layer organic solar cell may include preparing a substrate; Forming a first electrode on the substrate; Forming a photoactive layer on the first electrode; The method may include forming a second electrode on the photoactive layer.
본 명세서에서의 "상"은 하나의 층 위에 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다. As used herein, “phase” does not mean merely being located in contact with one layer, but may mean being positioned on a location. That is, the layers located on either layer may have other layers in between.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단층 유기태양전지를 제조하는 단계는 정공수송층을 형성하는 단계 및 전자수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, the manufacturing of the single layer organic solar cell may further include forming a hole transport layer and forming an electron transport layer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 세정 후 표면을 친수성으로 개질하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the forming of the first electrode may include modifying the surface to be hydrophilic after cleaning.
상기 각 단계는 전술한 제1 전극, 제2 전극, 광활성층, 전자수송층 및 정공 수송층의 제조 방법과 동일할 수 있다.Each step may be the same as the method of manufacturing the first electrode, the second electrode, the photoactive layer, the electron transport layer, and the hole transport layer.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present disclosure may be modified in various other forms, and the scope of the present disclosure is not interpreted to be limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.
[실시예 1] 적층 유기태양전지의 제조Example 1 Fabrication of Multilayer Organic Solar Cell
(1) 패턴된 ITO 기판의 세정(1) Cleaning the Patterned ITO Substrate
패턴된 ITO 글래스 (면저항: ~11.5 Ω/sq, 신안 SNP)기판의 표면을 세정하기 위하여, 세정제, 아세톤, 및 이소프로판올 (IPA)을 사용해 순차적으로 각각 20분씩 초음파 세정을 실시한 후, 질소로 물기를 완전히 불어낸 다음 가열판에서 250 ℃로 10분간 건조해 수분을 완전히 제거하였다. 패턴된 ITO 기판의 세정이 완료되면, UVO 세정기 (UVO cleaner, Ahtech LTS, 한국)에서 30분 동안 표면을 개질하였다.In order to clean the surface of the patterned ITO glass (surface resistance: ~ 11.5 Ω / sq, Shinan SNP) substrate, ultrasonic cleaning was performed sequentially using a detergent, acetone, and isopropanol (IPA) for 20 minutes, and then dried with nitrogen. After blowing completely, the mixture was dried at 250 ° C. for 10 minutes to completely remove moisture. Once the cleaning of the patterned ITO substrate was completed, the surface was modified for 30 minutes in a UVO cleaner (UVO cleaner, Ahtech LTS, Korea).
(2) 전자수송층의 제조(2) Preparation of electron transport layer
미리 가수분해 반응을 이용하여 ZnO 전구체 용액을 만들고, 이 ZnO 전구체 용액을 상기 ITO 기판 상에 스핀 코팅한 후, 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다.The ZnO precursor solution was prepared by using a hydrolysis reaction in advance, and the ZnO precursor solution was spin coated on the ITO substrate, and then heat-treated to remove the remaining solvent to complete the electron transport layer.
(3) 광활성층의 제조(3) Preparation of Photoactive Layer
P3HT와 PC61BM을 1:0.7의 중량비로 혼합한 광활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 2 중량% 농도, 또는 4 중량% 농도로 용해시키고, 상기의 전자수송층 상에 스핀 코팅하여 각각 약 80 ㎚ 또는 240 ㎚의 광활성층을 형성하였다.The photoactive layer material mixed with P3HT and PC 61 BM in a weight ratio of 1: 0.7 was dissolved in a chlorobenzene solvent at a concentration of 2% by weight or 4% by weight, and spin-coated on the electron transport layer, respectively, about 80 nm or A 240 nm photoactive layer was formed.
(4) 정공수송층의 제조(4) Manufacture of hole transport layer
열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 5 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께로 상기 광활성층 상에 증착하여 정공수송층을 제조하였다. A hole transport layer was prepared by depositing MoO 3 on the photoactive layer at a thickness of 5 nm to 20 nm at a rate of 0.2 dl / s in a thermal evaporator.
(5) 단층 유기태양전지의 제조(5) Fabrication of single layer organic solar cell
상기 순으로 제조 후 5 × 10-7 torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 상기 정공수송층 상에 10 ㎚로 증착하여 단층 유기태양전지를 제조하였다. After manufacturing in this order, Ag was deposited at 10 nm on the hole transport layer at a rate of 1 Å / s in a thermal evaporator having a vacuum degree of 5 × 10 −7 torr or less to prepare a single layer organic solar cell.
(6) 적층 유기태양전지의 제조(6) Fabrication of Laminated Organic Solar Cell
P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지와 P3HT와 PC61BM의 4 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지를 제조한 후, 투명한 접착체를 2개의 단층 유기태양전지의 가장자리에 붙여 결합하여 적층 유기태양전지를 제조하였다.After producing the single-layer organic solar cell comprising a single-layer organic solar cell with photoactive layer using a 4% by weight of P3HT and the PC 61 BM containing the photoactive layer with a 2% by weight of P3HT and the PC 61 BM, transparent adhesive A sieve was attached to the edges of two single-layer organic solar cells, and thus a laminated organic solar cell was manufactured.
[비교예 1] 단층 유기태양전지의 제조 Comparative Example 1 Fabrication of Single Layer Organic Solar Cell
상기 실시예 1의 단층 유기태양전지의 제조방법과 동일한 방법 및 조건으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 단층 유기태양전지를 제조하였다.A single layer organic solar cell using a concentration of 2% by weight of P3HT and PC 61 BM was manufactured under the same method and conditions as the method for manufacturing the single layer organic solar cell of Example 1.
[비교예 2] 단층 유기태양전지의 제조Comparative Example 2 Fabrication of Single Layer Organic Solar Cell
상기 실시예 1의 단층 유기태양전지의 제조방법과 동일한 방법 및 조건으로 P3HT와 PC61BM의 4 중량% 농도를 사용한 단층 유기태양전지를 제조하였다.A single layer organic solar cell using 4 wt% concentration of P3HT and PC 61 BM was prepared in the same method and conditions as the method of manufacturing the single layer organic solar cell of Example 1.
상기 실시예 1, 비교예 1 및 2에서 제조한 유기태양전지의 전기광학적 특성을 측정하기 위하여, ABET solar simulator를 이용해 표준 조건 (Air mass 1.5 Global, 100 mW/cm2)에서 전류-전압 밀도를 측정하였다.In order to measure the electro-optical characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 and 2, the current-voltage density was measured under standard conditions (Air mass 1.5 Global, 100 mW / cm 2 ) using an ABET solar simulator. Measured.
상기 유기태양전지들의 광단락전류밀도(J sc), 광개방전압(V oc), 충전율(Fill Factor: FF) 및 에너지 변환효율은 하기 표 1과 표 2에 나타내었다.Optical short-circuit current density ( J sc ), photo-opening voltage ( V oc ), fill factor (FF) and energy conversion efficiency of the organic solar cells are shown in Tables 1 and 2 below.
이때, FF는 최대 전력점에서 전압값(V max) × 전류밀도(J max)/(V oc × J sc), 에너지 변환효율은 FF × (J sc × V oc)/Pin, Pin=100 [㎽/㎠]으로 계산하였다.Where FF is the voltage value ( V max ) × current density ( J max ) / ( V oc × J sc ) at the maximum power point, and the energy conversion efficiency is FF × ( J sc × V oc ) / P in , P in = It calculated as 100 [dl / cm <2>].
표 1에 있어서, 비교예 1은 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이고, 비교예 2는 P3HT와 PC61BM의 4 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이다. 또한, 비교예 1-1 및 2-1은 각각 비교예 1 및 비교예 2의 단층 유기태양전지를 뒤집어서 반대 방향으로 빛을 주어 측정한 값이다.In Table 1, Comparative Example 1 measured the current-voltage density of a single-layer organic solar cell including a photoactive layer using a concentration of 2% by weight of P3HT and PC 61 BM, Comparative Example 2 of the P3HT and PC 61 BM The current-voltage density of the single-layer organic solar cell including the photoactive layer using 4 wt% concentration was measured. In addition, Comparative Examples 1-1 and 2-1 are values measured by inverting the single-layer organic solar cells of Comparative Examples 1 and 2 and giving light in opposite directions, respectively.
상기 비교예 1 및 2에 있어서, 빛이 입사하는 면은 ITO 기판이 구비된 면이다. 또한, 비교예 1-1 및 2-1에 있어서, 빛이 입사하는 면은 Ag가 구비된 면이다.In Comparative Examples 1 and 2, the light incident surface is a surface provided with an ITO substrate. In Comparative Examples 1-1 and 2-1, the light incident surface is a surface provided with Ag.
표 1에 있어서, 실시예 1은 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지가 빛이 입사하는 위치에 구비되고, P3HT와 PC61BM의 4 중량% 농도를 사용한 광활성층을 포함하는 단층 유기태양전지는 아래쪽에 있게 하여 측정한 것이고, 실시예 1-1은 실시예 1에서의 빛이 입사하는 면을 반대로 하여, 즉 뒤집어서 측정한 것이다. 이때 실시예 1과 실시예 1-1 모두, 상층의 단층 유기태양전지에서 빛이 입사하는 면은 ITO이고, 하층의 단층 유기태양전지에서 빛이 입사되는 면은 Ag이다.In Table 1, Example 1 is a single-layer organic solar cell including a photoactive layer using a concentration of 2% by weight of P3HT and PC 61 BM is provided at the position where light is incident, 4% by weight of P3HT and PC 61 BM The single-layer organic solar cell including the photoactive layer was measured so as to be in the bottom, and Example 1-1 was measured by reversing the surface where light enters in Example 1, that is, inverted. At this time, in both Example 1 and Example 1-1, the light incident surface of the upper single layer organic solar cell is ITO, and the surface incident light of the lower single layer organic solar cell is Ag.
표 1
광활성층 농도 J sc(mA/cm2) V oc(V) FF η(%)
비교예 1 2% (up) 6.06 0.630 0.652 2.49
비교예 1-1 2% (back) 3.75 0.604 0.586 1.33
비교예 2 4% (up) 9.38 0.616 0.459 2.65
비교예 2-1 4% (back) 7.26 0.608 0.498 2.20
실시예 1 2%(up) + 4%(down) 12.17 0.604 0.548 4.02
실시예 1-2 4%(up) + 2%(down) 10.68 0.600 0.477 3.05
Table 1
Photoactive layer concentration J sc (mA / cm 2 ) V oc (V) FF η (%)
Comparative Example 1 2% (up) 6.06 0.630 0.652 2.49
Comparative Example 1-1 2% (back) 3.75 0.604 0.586 1.33
Comparative Example 2 4% (up) 9.38 0.616 0.459 2.65
Comparative Example 2-1 4% (back) 7.26 0.608 0.498 2.20
Example 1 2% (up) + 4% (down) 12.17 0.604 0.548 4.02
Example 1-2 4% (up) + 2% (down) 10.68 0.600 0.477 3.05
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 유기태양전지의 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프를 나타낸 것이다. 6 shows graphs of current density-voltage (J-V) characteristics of organic solar cells according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
상기 표 1과 도 6에서 알 수 있듯이, 실시예의 광개방전압은 단층 유기태양전지와 비교하여 2개의 단층 유기태양전지를 포함하는 적층 유기태양전지에서 비슷한 값을 유지하면서 광단락전류밀도는 증가하여, 광전 변환 효율은 약 2.49 %에서 실시예 1은 4.02 %로 최고 60 % 이상의 효율 증가를 보였다.As can be seen in Table 1 and Figure 6, the photo-opening voltage of the embodiment is increased compared to the single-layer organic solar cell in the laminated organic solar cell including two single-layer organic solar cell while maintaining a similar value while increasing the optical short circuit current density The photoelectric conversion efficiency was about 2.49%, and Example 1 showed an efficiency increase of up to 60% or more from 4.02%.
도 7은 비교예 3 내지 5에서의 광활성층에 포함되는 광활성 물질의 물성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 7은 비교예 3 내지 5에서의 광활성층에 포함되는 광활성 물질의 흡광도를 측정한 그래프이다. 7 is a graph showing physical properties of the photoactive materials included in the photoactive layers in Comparative Examples 3 to 5. FIG. Specifically, Figure 7 is a graph measuring the absorbance of the photoactive material contained in the photoactive layer in Comparative Examples 3 to 5.
[비교예 3]Comparative Example 3
도 7의 성질을 나타내는 광활성 물질 1과 PCBM을 1:2의 중량비로 혼합한 광활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 3 중량% 농도로 용해시킨 후, 전자수송층 상에 스핀 코팅하여 광활성층을 형성하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1의 단층 유기태양전지의 제조방법과 동일한 방법으로 단층 유기태양전지를 제조하였다.After dissolving the photoactive layer material in which the photoactive material 1 and PCBM having the properties of FIG. Except, a single layer organic solar cell was manufactured by the same method as the method of manufacturing the single layer organic solar cell of Example 1.
[비교예 4][Comparative Example 4]
도 7의 성질을 나타내는 광활성 물질 2와 PCBM을 1:0.7의 중량비로 혼합한 광활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 2 중량% 농도로 용해시킨 후, 전자수송층 상에 스핀 코팅하여 광활성층을 형성하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1의 단층 유기태양전지의 제조방법과 동일한 방법으로 단층 유기태양전지를 제조하였다.After dissolving the photoactive layer material having the properties of Figure 7 and the PCBM in a weight ratio of 1: 0.7 dissolved in a chlorobenzene solvent at a concentration of 2% by weight, spin coating on the electron transport layer to form a photoactive layer Except, a single layer organic solar cell was manufactured by the same method as the method of manufacturing the single layer organic solar cell of Example 1.
[비교예 5][Comparative Example 5]
도 7의 성질을 나타내는 광활성 물질 3과 PCBM을 1:2의 중량비로 혼합한 광활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 3.2 중량% 농도로 용해시킨 후, 전자수송층 상에 스핀 코팅하여 광활성층을 형성하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1의 단층 유기태양전지의 제조방법과 동일한 방법으로 단층 유기태양전지를 제조하였다.After dissolving the photoactive layer material having the properties of FIG. Except, a single layer organic solar cell was manufactured by the same method as the method of manufacturing the single layer organic solar cell of Example 1.
[실시예 2]Example 2
상기 비교예 3 내지 5의 단층 유기태양전지를 제조한 후, 투명한 접착제를 각각의 단층 유기태양전지의 가장자리에 붙이는 방법으로 3층의 적층 유기태양전지를 제조하였다. 상기 적층 유기태양전지의 제조시, 짧은 파장 영역의 빛을 흡수하는 단층 유기태양전지는 빛이 유입되는 위쪽에 배치하고, 긴 파장 영역의 빛을 흡수하는 단층 태양전지는 보다 아래쪽에 배치하여 빛을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하였다. 그러므로, 상기 적층 유기태양전지의 배열을 흡수 파장이 짧은 순으로, 광활성 물질 1을 포함하는 단층 유기태양전지, 광활성 물질 2를 포함하는 단층 유기태양전지, 광활성 물질 3을 포함하는 단층 유기태양전지 순으로 배치하여 제조하였다.After the single layer organic solar cells of Comparative Examples 3 to 5 were prepared, three layers of laminated organic solar cells were manufactured by attaching a transparent adhesive to the edge of each single layer organic solar cell. In manufacturing the laminated organic solar cell, a single layer organic solar cell absorbing light in a short wavelength region is disposed above the light inflow, and a single layer solar cell absorbing light in a long wavelength region is disposed below the light. It was able to absorb efficiently. Therefore, a single layer organic solar cell including the photoactive material 1, a single layer organic solar cell including the photoactive material 2, and a single layer organic solar cell including the photoactive material 3 are listed in the order of the absorption wavelengths in the order of the stacked organic solar cells. Prepared by batch.
상기 실시예 2, 비교예 3 내지 5에서 제조한 유기태양전지의 전기광학적 특성을 측정하기 위하여, ABET solar simulator를 이용해 표준 조건 (Air mass 1.5 Global, 100 mW/cm2)에서 전류-전압 밀도를 측정하였다.In order to measure the electro-optical characteristics of the organic solar cells prepared in Example 2, Comparative Examples 3 to 5, current-voltage density was measured under standard conditions (Air mass 1.5 Global, 100 mW / cm 2 ) using an ABET solar simulator. Measured.
상기 유기태양전지들의 광단락전류밀도(J sc), 광개방전압(V oc), 필팩터(Fill Factor; FF) 및 에너지 변환효율은 하기 표 2에 나타내었다.Optical short-circuit current density ( J sc ), photo-opening voltage ( V oc ), fill factor (FF) and energy conversion efficiency of the organic solar cells are shown in Table 2 below.
이때, Fill Factor(FF)는 최대 전력점에서 전압값(V max) × 전류밀도(J max)/(V oc × J sc), 에너지 변환효율은 FF × (J sc × V oc)/Pin, Pin=100 [㎽/㎠]으로 계산하였다.At this time, Fill Factor (FF) is the voltage value ( V max ) × current density ( J max ) / ( V oc × J sc ) at the maximum power point, and the energy conversion efficiency is FF × ( J sc × V oc ) / P in , P in = 100 [dl / cm 2].
표 2에서, 비교예 3 내지 5는 각각의 단층 유기태양전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이고, 실시예는 적층 유기태양전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것으로서, 흡수파장이 가장 짧은 광활성 물질 1을 포함하는 단층 유기태양전지가 빛이 유입되는 위쪽방향으로 배치하였다.In Table 2, Comparative Examples 3 to 5 measured current-voltage density of each single-layer organic solar cell, and Example measured current-voltage density of a laminated organic solar cell, and the photoactive material having the shortest absorption wavelength. The single layer organic solar cell including 1 was disposed in an upward direction in which light is introduced.
표 2
광활성층 J sc(mA/cm2) V oc(V) FF η(%)
비교예 3 광활성 물질 1 2.30 0.646 0.300 0.44
비교예 4 광활성 물질 2 6.08 0.622 0.606 2.29
비교예 5 광활성 물질 3 8.61 0.842 0.474 3.44
실시예 2 광활성 물질 1 내지 3 11.60 0.784 0.504 4.58
TABLE 2
Photoactive layer J sc (mA / cm 2 ) V oc (V) FF η (%)
Comparative Example 3 Photoactive Substances 1 2.30 0.646 0.300 0.44
Comparative Example 4 Photoactive Substance 2 6.08 0.622 0.606 2.29
Comparative Example 5 Photoactive Substance 3 8.61 0.842 0.474 3.44
Example 2 Photoactive substances 1 to 3 11.60 0.784 0.504 4.58
상기 표 2에서, 단층 유기태양전지와 비교하여 3층으로 구성된 적층 유기태양전지의 광단락전류밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 적층 유기태양전지의 효율이 1.3 배에서 10 배까지 증가하는 것을 알 수 있다.In Table 2, it can be seen that the optical short-circuit current density of the laminated organic solar cell composed of three layers increases compared to the single-layer organic solar cell. Therefore, it can be seen that the efficiency of the stacked organic solar cell increases from 1.3 times to 10 times.

Claims (17)

  1. 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 단층 유기태양전지를 2 개 이상 포함하고, A first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And at least two single-layer organic solar cells including at least one organic material layer including a photoactive layer provided between the first electrode and the second electrode.
    인접하는 상기 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 각각 구비된 접합층을 포함하며, It includes a bonding layer provided between each of the two adjacent single-layer organic solar cells,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 450 ㎚ 파장의 빛에서의 광투과도가 20 % 이상 100 % 이하의 투명전극인 적층 유기태양전지.And the first electrode and the second electrode are transparent electrodes having a light transmittance of 20% or more and 100% or less in light having a wavelength of 450 nm.
  2. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 독립적으로 투명 전도성 산화물층 또는 두께 20 ㎚ 이하의 금속 전극인 것인 적층 유기태양전지. The first and second electrodes are each independently a transparent conductive oxide layer or a metal electrode having a thickness of 20 nm or less laminated organic solar cell.
  3. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 접합층은 유리; 투명 접착제; 및 투명 절연체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 적층 유기태양전지.The bonding layer is glass; Transparent adhesive; And a laminated organic solar cell is selected from the group consisting of a transparent insulator.
  4. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 접합층의 단층 유기태양전지에 대향하는 2 개의 면 중 적어도 하나는 상기 단층 유기태양전지에 대한 접합 면적이 10 % 이상 80 % 이하인 것인 적층 유기태양전지.At least one of the two surfaces facing the single layer organic solar cell of the junction layer is a laminated organic solar cell of 10% or more and 80% or less in the junction area to the single layer organic solar cell.
  5. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 접합층의 접합면의 형상은 상기 접합층의 테두리 영역만을 포함하는 형상; 또는 매쉬 형상인 것인 적층 유기태양전지. The shape of the bonding surface of the bonding layer is a shape including only the border region of the bonding layer; Or a laminated organic solar cell having a mesh shape.
  6. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 단층 유기태양전지는 각각 투명 기판을 더 포함하고, 상기 투명 기판 상에 상기 제1 전극이 구비되는 것인 적층 유기태양전지. Each of the single layer organic solar cells further comprises a transparent substrate, wherein the first electrode is provided on the transparent substrate laminated organic solar cell.
  7. 청구항 6에 있어서, The method according to claim 6,
    상기 접합층 중 적어도 하나는 투명 기판의 하면 상에 구비되는 것인 적층 유기태양전지. At least one of the bonding layer is a laminated organic solar cell provided on the lower surface of the transparent substrate.
  8. 청구항 6에 있어서, The method according to claim 6,
    상기 접합층 중 적어도 하나는 인접하는 상기 2 개의 단층 유기태양전지의 투명 기판 사이에 구비되는 것인 적층 유기태양전지.At least one of the bonding layer is provided between the transparent substrate of the two adjacent single-layer organic solar cell laminated organic solar cell.
  9. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 단층 유기태양전지 중 적어도 하나는 투명 기판을 더 포함하고, 상기 투명 기판 상에 제1 전극이 구비되며, At least one of the single layer organic solar cells further includes a transparent substrate, a first electrode is provided on the transparent substrate,
    상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드인 인버티드 구조인 것인 적층 유기태양전지.The first electrode is a cathode, the second electrode is a laminated organic solar cell having an inverted structure of the anode.
  10. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 접합층의 상면 또는 하면에 인접한 전극은 두께 20 ㎚ 이하의 금속 전극인 것인 적층 유기태양전지.The electrode adjacent to the upper or lower surface of the bonding layer is a metal electrode having a thickness of 20 nm or less.
  11. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    적어도 한 쌍의 인접하는 2 개의 단층 유기태양전지 사이에 광화학적 업컨버전층을 더 포함하는 것인 적층 유기태양전지.Laminated organic solar cell further comprises a photochemical upconversion layer between at least two adjacent pairs of single layer organic solar cells.
  12. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 적층 유기태양전지는 빛을 받는 면에 대향하여 구비된 1 개 이상의 반사층을 더 포함하는 것인 적층 유기태양전지.The multilayer organic solar cell further comprises one or more reflective layers provided to face the light receiving.
  13. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 단층 유기태양전지 중 적어도 2 개는 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하는 것인 적층 유기태양전지. At least two of the single layer organic solar cells are laminated organic solar cells that absorb light of different wavelengths.
  14. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    어느 하나의 상기 단층 유기태양전지는 300 ㎚ 내지 700 ㎚ 파장의 빛을 흡수하고, 다른 하나의 상기 단층 유기태양전지는 400 ㎚ 내지 800 ㎚ 파장의 빛을 흡수하는 것인 적층 유기태양전지.One of the single layer organic solar cell absorbs light of the wavelength of 300 nm to 700 nm, and the other of the single layer organic solar cell absorbs light of the wavelength of 400 nm to 800 nm.
  15. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 단층 유기태양전지는 각각 정공주입층; 정공수송층; 중간층(interlayer); 정공차단층; 전하발생층; 전자차단층; 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 유기물층을 더 포함하는 것인 적층 유기태양전지.The single layer organic solar cell includes a hole injection layer, respectively; Hole transport layer; Interlayers; Hole blocking layer; Charge generating layer; Electron blocking layer; And at least one organic material layer selected from the group consisting of an electron transport layer.
  16. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 적층 유기태양전지는 플렉서블 유기태양전지인 것인 적층 유기태양전지. The laminated organic solar cell is a laminated organic solar cell is a flexible organic solar cell.
  17. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 적층 유기태양전지는 권취된 구조인 것인 적층 유기태양전지.The laminated organic solar cell is a laminated organic solar cell having a wound structure.
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