WO2014208985A1 - 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지 - Google Patents

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지 Download PDF

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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an organic solar cell and an organic solar cell manufactured using the same, and more particularly, to prevent a phenomenon in which a solvent evaporated in a drying process falls on a thin film layer, thereby preventing defects in a roll-to-roll process.
  • the present invention relates to a method for manufacturing an organic solar cell capable of stabilizing quality and to an organic solar cell produced thereby.
  • the organic solar cell has a conjugated polymer such as polyparaphenylenevinylene (PPV) having double bonds alternately, and a photosensitive low molecule such as CuPc, perylene and pentacene, and (6,6) -phenyl-C.
  • PCBM 61 -butyric acid methyl ester
  • the organic semiconductor material can be designed and synthesized in various ways, so that the organic solar cell has infinite potential for development.
  • the organic solar cell basically has a thin film structure, and mainly uses indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode, as an anode, and a metal electrode such as aluminum (Al) having a low work function, as a cathode, and has a photoactive layer of about 100 nm. It has a bulk heterojunction structure in which a hole acceptor and an electron acceptor are mixed at a thickness of.
  • ITO indium tin oxide
  • Al aluminum
  • a conjugated polymer having a conductivity such as PPV is used, and fullerene is used as the electron acceptor.
  • fullerene must be sufficiently mixed in the conjugated polymer in order to collect the electrons generated by light to the aluminum electrode through the fullerene without loss. Therefore, a fullerene derivative such as PCBM can be used to ensure that the fullerene is well mixed with the conjugated polymer. .
  • conjugated polymer When the conjugated polymer absorbs light, electron-hole pairs are generated, and the generated electrons and holes are collected at the anode and cathode via the fullerene and conjugated polymer, respectively.
  • the organic solar cell can be mass-produced with easy processability and low price, and can be manufactured by a roll-to-roll method to manufacture a large-area electronic device having flexibility.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic solar cell that can prevent the solvent evaporated in the drying process to fall on the thin film layer, thereby preventing defects in the roll-to-roll process and stabilize the quality.
  • Another object of the present invention is to provide an organic solar cell manufactured by the method for producing an organic solar cell.
  • the solvent contained in the thin film layer is vaporized so that the thin film layer is dried, the drying portion is placed on top of the base film.
  • An inclined surface disposed obliquely with respect to the base film such that the solvent condensed on the inner surface of the upper surface flows down the inner surface; Any one selected from the group consisting of a lower housing disposed, a heating means for supplying heat to the base film, the heating means disposed inside the upper housing or the lower housing, and the upper housing, the lower housing and combinations thereof.
  • An inlet and an outlet of the base film to be formed.
  • An acute angle between the inclined surface and the base film may be 5 to 60 °.
  • the inclined surface may be disposed along the direction in which the base film is conveyed.
  • the inclined surface may include a first inclined surface and a second inclined surface in which one side thereof contacts each other so that the condensed solvent flows in both directions.
  • the first inclined surface and the second inclined surface may be curved surfaces.
  • the center angle of the first inclined surface or the second inclined surface may be 10 to 90 degrees.
  • the upper housing allows the condensed solvent to be conveyed in a direction crossing the direction in which the base film is conveyed, and is formed in a direction crossing the direction in which the base film is conveyed in a 'U' shape on the lower edge of the upper housing. It may further include a horizontal guide piece.
  • Any one selected from the group consisting of the upper housing, the lower housing, and a combination thereof may include a gas outlet for discharging the evaporated solvent.
  • Any one selected from the group consisting of the upper housing, the lower housing, and a combination thereof may include a liquid outlet for discharging the condensed solvent.
  • the heating means may be hot air drying or near infrared drying.
  • a method of manufacturing an organic solar cell comprising: forming a thin film layer while transferring a base film in a roll-to-roll manner, and transferring the base film on which the thin film layer is formed to a drying unit, and a solvent included in the thin film layer And evaporating the thin film layer to dry the thin film layer, wherein the drying part is inclined surface disposed obliquely with respect to the base film such that the solvent condensed on the inner surface flows down the inner surface.
  • the speed of transferring the base film in a roll-to-roll manner may be 1.5 to 5 mm / sec.
  • the drying temperature may be 100 to 140 °C.
  • the forming of the thin film layer may be a step of forming a hole transport layer using a coating solution containing a hole transport material and a solvent while transferring the base film in a roll-to-roll manner.
  • the hole transport material is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (styrenesulfonate) (PSS), polyaniline, phthalocyanine, pentacene, polydiphenyl acetylene, poly (t-butyl) diphenyl Acetylene, poly (trifluoromethyl) diphenylacetylene, copper phthalocyanine (Cu-PC) poly (bistrifluoromethyl) acetylene, polybis (T-butyldiphenyl) acetylene, poly (trimethylsilyl) diphenylacetylene, Poly (carbazole) diphenylacetylene, polydiacetylene, polyphenylacetylene, polypyridineacetylene, polymethoxyphenylacetylene, polymethylphenylacetylene, poly (t-butyl) phenylacetylene, polynitrophenylacetylene, poly (trifluoro Methyl
  • the solvent is ethanol, methanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, pentane, toluene, benzene, diethyl ether, methylbutyl ether, N-methylpyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF ), Dimethylacetamide (DMAC), dimethyl sulfoxide (DMSO), carbon tetrachloride, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, cyclohexane, cyclopentanone, cyclo It may be any one selected from the group consisting of hexanone, dioxane, terpineol, methyl ether ketone and combinations thereof.
  • An organic solar cell according to another embodiment of the present invention is manufactured by the method of manufacturing the organic solar cell.
  • the solvent evaporated in the drying process is prevented from condensing and falling on the thin film layer, thereby preventing defects in the roll-to-roll process and stabilizing quality.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a manufacturing process diagram schematically showing a method of manufacturing an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are exploded perspective views of drying units according to different embodiments.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the drying unit of FIG. 3 or FIG. 4 taken along line AA ′.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the drying unit of FIG. 3 or FIG. 4 taken along line AA ′.
  • the organic solar cell may be an inverted organic solar cell including a metal oxide thin film layer formed between a cathode and a photoactive layer.
  • the organic solar cell 100 is positioned between the positive electrode 160 and the negative electrode 120, the positive electrode 160 and the negative electrode 120 which are disposed to face each other, and has a hole acceptor and an electron acceptor mixed therein. And a thin film layers 115 such as a metal oxide thin film layer 170 formed between the photoactive layer 140 and the cathode 120 and the photoactive layer 140.
  • the base film 110 is not particularly limited as long as it has transparency, and is a transparent inorganic base film such as quartz or glass, or polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), or polystyrene (PS). ), Polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylenesulfonate (PES), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polyethersulfone (PES) and polyetherimide (PEI) Any transparent plastic base film selected from the group consisting of can be used.
  • the transparent plastic substrate film may be preferably used, which is flexible and has high chemical stability, mechanical strength and transparency.
  • the base film 110 may have a transmittance of at least 70% or more, preferably 80% or more at a visible light wavelength of about 400 to 750 nm.
  • the cathode 120 is a path for the light passing through the base film 110 to reach the photoactive layer 140, it is preferable to use a material having a high transparency.
  • Specific examples of the cathode forming material for forming the cathode 120 include tin-doped indium oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , Transparent oxide selected from the group consisting of ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3, and combinations thereof, conductive polymers, graphene thin films, graphene oxide thin films, carbon nanotubes
  • An organic transparent electrode such as a thin film, an organic-inorganic bonded transparent electrode such as a carbon nanotube thin film combined with a metal, or the like may be used.
  • the anode 160 includes silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), nickel (Ni), zirconium (Zr), iron ( Fe), manganese (Mn) and a combination thereof may include any one selected from the group consisting of.
  • the photoactive layer 140 has a bulk heterojunction structure in which a hole acceptor and an electron acceptor are mixed.
  • the hole acceptor is an organic semiconductor, such as an electrically conductive polymer or an organic low molecular semiconductor material, and the electrically conductive polymer is polythiphene, polyphenylenevinylene, polyfulorene, polypyrrole.
  • the organic low molecular weight semiconductor material is pentacene (pentacene), anthracene (anthracene), tetratrace (tetracene), perylene (perylene), Oligothiophene (oligothiphene), derivatives thereof, and combinations thereof may be any one selected from the group consisting of.
  • the hole acceptor is preferably poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (poly-3-octylthiophene, P3OT), polyparaphenylenevinylene [poly -p-phenylenevinylene, PPV], poly (dioctylfluorene) [poly (9,9'-dioctylfluorene)], poly (2-methoxy, 5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4- Phenylenevinylene) [poly (2-methoxy, 5- (2-ethyle-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyl Oxy))-1,4-phenylenevinylene [poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy))-1,4
  • the electron acceptor may be any one nanoparticle selected from the group consisting of fullerenes (C 60 ) or fullerene derivatives, CdS, CdSe, CdTe, and ZnSe.
  • the electron acceptor is preferably (6,6) -phenyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6) - phenyl -C 71 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester; C 70 -PCBM], (6,6) - thienyl -C 61 - butyric rigs Acid methyl ester [(6,6) -thienyl-C 61 -butyric acid methyl ester; ThCBM], carbon nanotubes, and combinations thereof.
  • the photoactive layer 140 is preferably made of a mixture of P3HT as the hole acceptor and PCBM as the electron acceptor, wherein the mixing weight ratio of P3HT and PCBM may be 1: 0.1 to 1: 2.
  • the organic solar cell 100 may further include a thin film layer 115 such as a hole transport layer 150 between the anode 160 and the photoactive layer 140.
  • the hole transport layer 150 is a layer that helps to move the holes generated in the photoactive layer 140 to the anode 160.
  • the hole transport layer 150 may be poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (styrenesulfonate) (PSS), polyaniline, phthalocyanine, pentacene, polydiphenyl acetylene, poly (t-butyl ) Diphenylacetylene, poly (trifluoromethyl) diphenylacetylene, copper phthalocyanine (Cu-PC) poly (bistrifluoromethyl) acetylene, polybis (T-butyldiphenyl) acetylene, poly (trimethylsilyl) di Phenylacetylene, poly (carbazole) diphenylacetylene, polydiacetylene, polyphenylacetylene, polypyridineacetylene, polymethoxyphenylacetylene, polymethylphenylacetylene, poly (t-butyl) phenylacetylene, polynitrophenylacetylene, poly ( Trifluoromethyl
  • the organic solar cell 100 includes a metal oxide thin film layer 170 between the cathode 120 and the photoactive layer 140.
  • the metal oxide thin film layer 170 enables the operation of the organic solar cell 100 by increasing the movement speed of electrons as a negative electrode, and blocks oxygen and moisture that penetrates from the outside to be included in the photoactive layer 140.
  • the polymer may be prevented from being deteriorated by oxygen and moisture to improve the life of the organic solar cell 100.
  • the metal oxide thin film layer 170 may have a thickness of 20 to 100 nm. When the thickness of the metal oxide thin film layer 170 is within the above range, it is possible to effectively prevent oxygen and moisture from penetrating from outside and affecting the photoactive layer 140 and the hole transport layer 150 while improving the movement speed of electrons. have.
  • the metal oxide of the metal oxide thin film layer 170 may have an average particle diameter of 10 nm or less, preferably 1 to 8 nm, and more preferably 3 to 7 nm.
  • the metal oxide is Ti, Zn, Si, Mn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh and combinations thereof It may be an oxide of any one metal selected from the group consisting of, preferably ZnO.
  • the ZnO has a wide band gap and has semiconductor properties, and when used together with the cathode 120, the movement of electrons may be further improved.
  • FIG. 2 is a manufacturing process diagram schematically showing a method of manufacturing an organic solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing the organic solar cell 100 transfers the base film 110 in a roll-to-roll manner by using the rollers 210, and the thin film layers 115 on the base film 110. ) And the base film 110 on which each of the thin film layers 115 are transferred to the drying unit 230 to vaporize a solvent included in each of the thin film layers 115. Drying the thin film layers 115 such that 115 is dried.
  • the method of forming the thin film layers 115 is not limited in the present invention, but preferably a coating method may be used.
  • the coating method may include slot die coating, curtain coating, mayabar coating, spray coating, spin coating, Various coating methods such as gravure coating, micro gravure coating, inkjet coating may be used, and slot die coating may be preferably used.
  • FIG. 2 the coating method using the slot die 220 is illustrated, but the present invention is not limited thereto.
  • the thin film layers 115 may be any one selected from the group consisting of a cathode 120, a metal oxide thin film layer 170, a photoactive layer 140, a hole transport layer 150, an anode 160, and a combination thereof. It may be, preferably the hole transport layer 150.
  • the slot dies 220 are installed on the substrate film 110 through which the substrate film 110 is continuously supplied in a roll-to-roll in-line manner. ) Is applied to form a predetermined pattern.
  • the cathode 120 may already be formed on the supplied substrate film 110.
  • the slot dies 220 are provided at intervals on the movement path of the substrate film 110 to be continuously supplied. Material is discharged from the slot dies 220 spaced apart from each other, and the thin film layers 115 are formed on the base film 110 in a predetermined pattern. The material discharged from each slot die 220 is sequentially stacked, and several thin film layers 115 are sequentially formed on one base film 110.
  • the drying units 230 have an inclined surface disposed obliquely with respect to the base film 110 so that the solvent condensed on the inner surface of the drying unit 230 flows down the inner surface. Such a drying unit 230 will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • FIG. 3 and 4 are exploded perspective views of the drying units 230 according to different embodiments, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the drying units 230 taken along line A-A '.
  • the drying unit 230 is disposed on the upper portion of the base film 110, the upper surface includes the inclined surfaces 233 and 234, and the upper housing 231 having the lower surface opened.
  • a heating means arranged to supply heat to the lower housing 232 disposed under the base film 110 and the base film 110, and disposed inside the upper housing 231 or the lower housing 232. (Not shown) and the inlet 235 and the outlet 236 of the base film 110 formed in any one selected from the group consisting of the upper housing 231, the lower housing 232, and a combination thereof. ).
  • the inclined surfaces 233 and 234 may include a first inclined surface 233 and a second inclined surface 234 having one side contacting each other so that the condensed solvent flows in both directions.
  • the drying unit 230 solves the problem that the solvent evaporated during the drying process is condensed in the drying unit 230 and falls on the base film 110 or the thin film layers 115 formed on the base film 110.
  • the inclined surfaces 233 and 234 are included.
  • the condensed solvent through the inclined surfaces 233 and 234 flows down the inclined surfaces 233 and 234 so as not to fall on the base film 110 or the thin film layers 115 formed on the base film 110. do. Therefore, the method of manufacturing the organic solar cell prevents a phenomenon in which the solvent evaporated in the drying process falls on the thin film layer 115, thereby preventing defects in the roll-to-roll process and stabilizing quality.
  • the inclined surfaces 233 and 234 are disposed along the direction B in which the base film 110 is transferred. That is, when the inclined surfaces 233 and 234 are disposed along a direction crossing the direction B in which the base film 110 is conveyed, the condensed solvent flowing down the inclined surfaces 233 and 234 is This is because it may fall on the thin film layer 115.
  • An acute angle between the inclined surfaces 233 and 234 with the base film 110 may be 5 to 60 °, and preferably 30 to 45 °.
  • the solvent used to form the thin film layer 115 of the organic solar cell 100 often uses a complex solvent in which several solvents are mixed rather than a single solvent, and since the viscosity is different from water, the inclined surface 233, When the acute angle formed by the 234 with the base film 110 is within the above range, the condensed composite solvent does not form and falls so that the flow can be carried on the inclined surfaces 233 and 234.
  • the first inclined surface 233 and the second inclined surface 234 may be curved surfaces.
  • the center angle of the first inclined surface 233 or the second inclined surface 234 may be 10 to 90 °, and preferably 50 to 70 °.
  • the curved surface of the first inclined surface 233 and the second inclined surface 234, the central angle is within the range so that the condensed composite solvent is not bound to fall and ride well on the inclined surfaces (233, 234).
  • the center angle of the inclined surfaces 233 and 234 means the center angle of the arc that is revealed when the inclined surfaces 233 and 234 are cut in the vertical direction of the transport direction B of the base film 110. do.
  • the arc connects the other side facing the first inclined surface 233 or the second inclined surface 234 of the second inclined surface 234 and the second inclined surface 234 facing each other. Arc of length.
  • the condensed solvent may flow on the inner surface of the upper housing 231 instead of the inclined surfaces 233 and 234.
  • the flowing condensed solvent may fall on the base film 110 at the end of the upper housing 231.
  • the upper housing 231 is horizontally formed in a direction crossing the direction B in which the base film 110 is transferred in a 'U' shape on the lower edge of the upper housing 231.
  • the guide piece 237 may be further included.
  • the horizontal guide piece 237 prevents the condensed solvent flowing through the inner surface of the upper housing 231 instead of the inclined surfaces 233 and 234 from falling onto the base film 110.
  • the substrate film 110 is guided to flow in a direction intersecting with the direction (B) to be transferred.
  • any one selected from the group consisting of the upper housing 231, the lower housing 232, and a combination thereof may include a gas outlet (not shown) for discharging the evaporated solvent to dry the thin film layer 115. It may further include, and may further include a liquid outlet 238 for discharging the collected condensed solvent.
  • the heating means may be hot air drying or near-infrared (NIR) drying, but is not particularly limited in the present invention.
  • NIR near-infrared
  • the upper housing 231 may include a hot air fan at one side thereof, and a hot wire coil in the inner space thereof.
  • the speed of transferring the base film 110 in a roll-to-roll manner may be 1.0 to 10.0 mm / sec, preferably 5.0 to 8.0 mm / sec.
  • the transfer speed may be optimized according to the coating and drying speed of the thin film layer 115 using the roll-to-roll equipment.
  • the drying temperature may be 100 to 140 ° C, preferably 120 to 135 ° C.
  • the drying temperature may not affect even when the base film 110 is a flexible substrate.
  • the thin film layer 115 may have a thickness of 10 to 1000 nm, preferably 20 to 500 nm, more preferably 20 to 300 nm. When the thickness of the thin film layer 115 is within the above range, the efficiency of the manufactured organic solar cell 100 is most excellent.
  • the drying unit 230 may be particularly preferably used to form the hole transport layer 150, which is to use a complex solvent mixed with a variety of solvents when forming the hole transport layer 150, Accordingly, the phenomenon that the solvent condenses inside the drying unit 230 occurs more actively during the drying process. Therefore, when the drying unit 230 is used when the hole transport layer 150 is formed, the condensed solvent may be more effectively prevented from falling onto the thin film layer 115.
  • the hole transport layer 150 may be formed on the photoactive layer 140 while transferring the base film 110 on which the cathode 120 and the photoactive layer 140 are sequentially formed in a roll-to-roll manner.
  • the hole transport layer 150 may coat the hole transport material by a slot die coating, curtain coating, Mayer coating, spray coating, spin coating, gravure coating, micro gravure coating or inkjet coating.
  • solvents that can be used at this time include ethanol, methanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, pentane, toluene, benzene, diethyl ether, methylbutyl ether, N-methylpyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF) , Dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAC), dimethyl sulfoxide (DMSO), carbon tetrachloride, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, cyclohexane , Cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol, methyl ether ketone, ethylene
  • the present invention prevents the solvent evaporated in the drying process falling on the thin film layer to prevent defects in the roll-to-roll process and to stabilize the quality.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

본 발명은 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것으로서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 박막층을 형성하는 단계, 그리고 상기 박막층이 형성된 기재 필름을 건조부로 이송시키고, 상기 박막층에 포함된 용매를 기화시켜 상기 박막층이 건조되도록 하는 상기 박막층을 건조하는 단계를 포함하며, 상기 건조부는 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비한다. 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층에 떨어지는 현상을 방지함으로써, 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킬 수 있다.

Description

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지
본 발명은 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층에 떨어지는 현상을 방지함으로써, 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킬 수 있는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.
유기 태양 전지는 이중 결합이 교대로 되어 있는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공액 고분자(conjugated polymer)와 CuPc, 페릴렌, 펜타센 등의 감광성 저분자, (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르(PCBM) 등의 유기 반도체 재료를 활용하는 구조의 태양 전지이다. 유기 반도체 재료는 디자인이 가능하고, 다양하게 합성하는 것이 가능하여 유기 태양 전지는 무한한 발전의 가능성을 가지고 있다.
유기 태양 전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 주로 투명 전극인 산화인듐주석(ITO)을 양극으로, 낮은 일함수를 갖는 알루미늄(Al) 등의 금속 전극을 음극으로 사용하며, 광활성층은 100nm 정도의 두께로 정공수용체(hole acceptor)와 전자수용체(electron acceptor)가 혼재되어 있는 벌크 이종 접합 구조를 가지고 있다.
정공수용체로는 PPV와 같은 도전성을 갖는 공액 고분자가 사용되고, 전자수용체로는 풀러렌(fullerene)을 사용한다. 이때, 빛에 의해 생성된 전자를 풀러렌을 통해 알루미늄 전극으로 손실 없이 수집하기 위해서는 공액 고분자 내에 풀러렌이 충분히 혼합되어 있어야 하므로, 풀러렌이 공액 고분자와 잘 혼합되도록 하기 위해 PCBM과 같은 풀러렌 유도체를 사용할 수 있다.
공액 고분자가 빛을 흡수하면 전자-정공쌍(exciton)을 생성하고, 생성된 전자와 정공은 각각 풀러렌과 공액 고분자를 경유하여 양극 및 음극에 수집된다.
유기 태양 전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다.
다만, 롤투롤 공정에서 박막 형성을 위하여, 슬롯다이 코팅, 커튼 코팅, 메이어바 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 잉크젯 프린팅 등의 다양한 코팅 공정이 사용되고 있으며, 코팅 공정 후 건조 공정은 필수적이다. 그러나, 건조 공정에서 증발된 용매 중 일부가 건조로 내부에서 응결이 되어 박막 위에 떨어지는 문제가 있다. 코팅액에 포함된 용매는 대부분 형성된 코팅 박막을 녹일 수 있기 때문에 용매 방울이 박막 위에 떨어지면, 해당 부분은 불량처리가 되면서 사용할 수 없게 되기 때문에 이는 반드시 해결해야할 과제이다.
본 발명의 목적은 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층에 떨어지는 현상을 방지함으로써, 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킬 수 있는 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기 태양 전지의 제조 방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막층이 형성된 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 상기 박막층에 포함된 용매를 기화시켜 상기 박막층이 건조되도록 하는 건조부에 있어서, 상기 건조부는 상기 기재 필름의 상부에 배치되며, 상면이 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비하고, 하면이 개구되는 상부 하우징, 상기 기재 필름의 하부에 배치되는 하부 하우징, 상기 기재 필름에 열을 공급하며, 상기 상부 하우징 또는 상기 하부 하우징의 내부에 배치되는 가열 수단, 그리고 상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 형성되는 상기 기재 필름의 입구 및 출구를 포함한다.
상기 경사면이 상기 기재 필름과 이루는 예각이 5 내지 60°일 수 있다.
상기 경사면은 상기 기재 필름이 이송되는 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 경사면은 상기 응결된 용매가 양방향으로 흐르도록 일 측면이 서로 접하는 제1 경사면과 제2 경사면으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 경사면과 제2 경사면은 곡면일 수 있다.
상기 제1 경사면 또는 상기 제2 경사면의 중심각은 10 내지 90°일 수 있다.
상기 상부 하우징은 상기 응결된 용매가 상기 기재 필름이 이송되는 방향과 교차하는 방향으로 이송되도록 하며, 상기 상부 하우징의 하부 테두리에 'U' 형태로 상기 기재 필름이 이송되는 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 수평 안내편을 더 포함할 수 있다.
상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 증발된 용매를 배출시키는 기체 배출구를 포함할 수 있다.
상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 응결된 용매를 배출시키는 액체 배출구를 포함할 수 있다.
상기 가열 수단은 열풍 건조 또는 근적외선 건조일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법은 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 박막층을 형성하는 단계, 그리고 상기 박막층이 형성된 기재 필름을 건조부로 이송시키고, 상기 박막층에 포함된 용매를 기화시켜 상기 박막층이 건조되도록 하는 상기 박막층을 건조하는 단계를 포함하며, 상기 건조부는 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비한다.
상기 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 1.5 내지 5mm/sec일 수 있다.
상기 건조 온도는 100 내지 140℃일 수 있다.
상기 박막층을 형성하는 단계는 상기 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 정공전달물질 및 용매를 포함하는 코팅 용액을 이용하여 정공전달층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 정공전달물질은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 전구체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피로릴돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸술폭사이드(DMSO), 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 상기 유기 태양 전지의 제조 방법에 의하여 제조된다.
본 발명의 유기 태양 전지의 제조 방법은 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층에 떨어지는 현상을 방지함으로써, 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 제조 공정도이다.
도 3 및 4는 서로 다른 실시예에 따른 건조부들의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3 또는 도 4에 따른 건조부를 A-A'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 도시한 사시도이다. 상기 유기 태양 전지는 음극과 광활성층 사이에 형성된 금속 산화물 박막층을 포함하는 인버티드 유기 태양 전지일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 유기 태양 전지(100)는 서로 대향 배치되는 양극(160) 및 음극(120), 상기 양극(160) 및 음극(120) 사이에 위치하고, 정공수용체 및 전자수용체가 혼합된 광활성층(140), 그리고 상기 음극(120)과 상기 광활성층(140) 사이에 형성되는 금속 산화물 박막층(170)과 같은 박막층들(115)을 포함한다.
상기 기재 필름(110)은 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기재 필름이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기재 필름을 사용할 수 있다. 특히, 상기 투명 플라스틱 기재 필름은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 기재 필름(110)은 약 400 내지 750nm의 가시광 파장에서 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.
상기 음극(120)은 상기 기재 필름(110)을 통과한 빛이 광활성층(140)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 투명도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 음극(120)을 형성하는 음극 형성 물질의 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 투명산화물, 또는 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극, 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.
상기 양극(160)은 구체적으로 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 광활성층(140)은 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종 접합 구조를 가진다. 상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체로서, 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 정공수용체는 바람직하게 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyle-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], 폴리(2-메틸,5-(3',7'-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl,5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60) 또는 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe 및 ZnSe 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 입자일 수 있다. 상기 전자수용체는 바람직하게 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 광활성층(140)은 상기 정공수용체로서 P3HT와 상기 전자수용체로서 PCBM의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율을 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.
상기 유기 태양 전지(100)는 상기 양극(160)과 상기 광활성층(140) 사이에 정공전달층(150)과 같은 박막층(115)을 더 포함할 수 있다. 상기 정공전달층(150)은 광활성층(140)에서 발생된 정공을 양극(160)으로 이동시키는 것을 도와주는 층이다. 상기 정공전달층(150)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 사용할 수 있다.
한편, 상기 유기 태양 전지(100)는 상기 음극(120)과 상기 광활성층(140) 사이에 금속 산화물 박막층(170)을 포함한다. 상기 금속 산화물 박막층(170)은 부전극으로서 전자의 이동 속도를 증가시켜 유기 태양 전지(100)의 작동을 가능하게 하고, 외부로부터 침투하는 산소와 수분을 차단하여 상기 광활성층(140)에 포함된 고분자가 산소와 수분에 의하여 열화되는 것을 방지하여 유기 태양 전지(100)의 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 금속 산화물 박막층(170)은 두께가 20 내지 100nm일 수 있다. 상기 금속 산화물 박막층(170)의 두께가 상기 범위 내인 경우 전자의 이동 속도를 향상시키면서도 외부로부터 산소와 수분이 침투하여 광활성층(140) 및 정공전달층(150)에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 금속 산화물 박막층(170)의 상기 금속 산화물은 평균 입경이 10nm 이하이고, 바람직하게 1 내지 8nm이고, 더욱 바람직하게 3 내지 7nm일 수 있다.
상기 금속 산화물은 Ti, Zn, Si, Mn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속의 산화물일 수 있으며, 바람직하게 ZnO일 수 있다. 상기 ZnO는 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있어, 상기 음극(120)과 함께 사용하는 경우 전자의 이동을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 제조 공정도이다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 유기 태양 전지(100)를 제조하는 방법은 기재 필름(110)을 롤러들(210)를 이용하여 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 기재 필름(110)에 박막층들(115)을 형성하는 단계, 그리고 상기 각각의 박막층(115)이 형성된 기재 필름(110)을 건조부(230)로 이송시켜, 상기 각각의 박막층(115)에 포함된 용매를 기화시켜 상기 각각의 박막층(115)이 건조되도록 하는 상기 박막층들(115)을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 박막층(115)들을 형성하는 방법은 본 발명에서 한정되지 않으나, 바람직하게 코팅 방법을 사용할 수 있고, 상기 코팅 방법으로는 구체적으로 슬롯다이 코팅, 커튼 코팅, 메이어바 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 잉크젯 코팅 등 다양한 코팅 방법을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 슬롯다이 코팅을 이용할 수 있다. 상기 도 2에서는 슬롯 다이(220)를 이용한 코팅 방법에 대하여 도시하고 있으나, 상기한 바와 같이 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 박막층들(115)은 각각 음극(120), 금속 산화물 박막층(170), 광활성층(140), 정공전달층(150), 양극(160) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 정공전달층(150)일 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 슬롯 다이들(220)은 기재 필름(110)이 롤투롤(roll-to-roll) 인라인 방식으로 연속 공급되는 기재 필름(110) 이동 경로 상에 설치되어 기재 필름(110)에 소재를 도포하여 소정의 패턴을 형성한다. 이때, 상기 공급되는 기재 필름(110) 위에는 이미 상기 음극(120)이 형성되어 있을 수도 있다.
상기 슬롯 다이들(220)은 연속 공급되는 기재 필름(110)의 이동 경로 상에 간격을 두고 설치되어 있다. 간격을 두고 설치된 슬롯 다이들(220)에서는 소재가 배출되어 상기 기재 필름(110)에 상기 박막층들(115)들이 소정의 패턴으로 형성된다. 각 슬롯 다이(220)에서 배출되는 소재는 순차적으로 적층되어 하나의 기재 필름(110) 위에 여러 박막층들(115)이 순차적으로 형성된다.
상기 건조부들(230)은 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름(110)에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비한다. 이와 같은 건조부(230)를 도 3 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
상기 도 3 및 4는 서로 다른 실시예에 따른 건조부들(230)의 분해 사시도이고, 상기 도 5는 상기 건조부들(230)을 A-A'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
상기 도 3 내지 5를 참고하면, 상기 건조부(230)는 상기 기재 필름(110)의 상부에 배치되며, 상면이 상기 경사면(233, 234)을 포함하고, 하면이 개구되는 상부 하우징(231), 상기 기재 필름(110)의 하부에 배치되는 하부 하우징(232), 상기 기재 필름(110)에 열을 공급하며, 상기 상부 하우징(231) 또는 상기 하부 하우징(232)의 내부에 배치되는 가열 수단(도시하지 않음), 그리고 상기 상부 하우징(231), 상기 하부 하우징(232) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 형성되는 상기 기재 필름(110)의 입구(235) 및 출구(236)를 포함한다.
상기 경사면(233, 234)은 상기 응결된 용매가 양방향으로 흐르도록 일 측면이 서로 접하는 제1 경사면(233)과 제2 경사면(234)으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 건조부(230)는 건조 공정 중 증발된 용매가 건조부(230) 내부에서 응결되어 상기 기재 필름(110) 또는 상기 기재 필름(110) 위에 형성된 박막층(115)들 위에 떨어지는 문제를 해결하기 위하여, 상기 경사면(233, 234)를 포함한다.
상기 경사면(233, 234)를 통하여 상기 응결된 용매는 상기 경사면(233, 234)를 타고 아래로 흐르기 때문에 상기 기재 필름(110) 또는 상기 기재 필름(110) 위에 형성된 박막층(115)들 위에 떨어지지 않게 된다. 따라서, 상기 유기 태양 전지의 제조 방법은 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층(115)에 떨어지는 현상을 방지함으로써, 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 경사면(233, 234)은 상기 기재 필름(110)이 이송되는 방향(B)을 따라 배치된다. 즉, 상기 경사면(233, 234)이 상기 기재 필름(110)이 이송되는 방향(B)에 교차되는 방향을 따라 배치되는 경우 상기 경사면(233, 234)을 타고 아래로 흐른 상기 응결된 용매가 상기 박막층(115) 위로 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 경사면(233, 234)이 상기 기재 필름(110)과 이루는 예각은 5 내지 60°일 수 있고, 바람직하게 30 내지 45°일 수 있다. 상기 유기 태양 전지(100)의 박막층(115)을 형성하기 위하여 사용되는 용매는 단일 용매 보다는 여러 가지 용매들이 혼합된 복합 용매를 사용하는 경우가 많고, 점도가 물과 상이하기 때문에 상기 경사면(233, 234)이 상기 기재 필름(110)과 이루는 예각이 상기 범위 내인 경우 상기 응결된 복합 용매가 맺혀 떨어지지 않고 상기 경사면(233, 234)를 타고 잘 흐를 수 있도록 한다.
또한, 상기 도 4에서와 같이, 상기 제1 경사면(233)과 제2 경사면(234)은 곡면일 수도 있다. 이 경우 상기 제1 경사면(233) 또는 상기 제2 경사면(234)의 중심각은 10 내지 90°일 수 있고, 바람직하게 50 내지70°일 수 있다. 상기 제1 경사면(233) 및 제2 경사면(234)의 곡면이고, 그 중심각이 상기 범위 내인 경우 상기 응결된 복합 용매가 맺혀 떨어지지 않고 상기 경사면(233, 234)를 타고 잘 흐를 수 있도록 한다.
상기 경사면(233, 234)의 중심각은 상기 경사면(233, 234)을 상기 기재 필름(110)의 이송 방향(B)의 수직 방향으로 상기 경사면(233, 234)를 절단하였을 때 드러나는 호의 중심각을 의미한다. 이때, 상기 호는 상기 제1 경사면(233) 또는 상기 제2 경사면(234)의 상기 제1 경사면(233)과 상기 제2 경사면(234)이 서로 접하는 일 측면으로부터 이와 마주보는 타 측면을 연결하는 길이의 호이다.
한편, 상기 응결된 용매는 상기 경사면(233, 234)이 아닌 상기 상부 하우징(231)의 내면을 타고 흐를 수도 있다. 이 경우 상기 흘러 내린 응결된 용매는 상기 상부 하우징(231) 끝에서 기재 필름(110) 위로 떨어질 수 있다. 이러한 경우를 방지하기 위하여, 상기 상부 하우징(231)은 상기 상부 하우징(231)의 하부 테두리에 'U' 형태로 상기 기재 필름(110)이 이송되는 방향(B)과 교차하는 방향으로 형성되는 수평 안내편(237)을 더 포함할 수 있다. 상기 수평 안내편(237)은 상기 경사면(233, 234)이 아닌 상기 상부 하우징(231)의 내면을 타고 흐른 상기 응결된 용매가 상기 기재 필름(110) 위로 떨어지지 않도록 하며, 상기 응결된 용매를 상기 기재 필름(110)이 이송되는 방향(B)과 교차하는 방향으로 흐르도록 유도한다.
또한, 상기 상부 하우징(231), 상기 하부 하우징(232) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 박막층(115)을 건조시키기 위하여 증발된 용매를 배출시키는 기체 배출구(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있으며, 상기 모아진 응결된 용매를 배출시키는 액체 배출구(238)을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 가열 수단(도시하지 않음)은 열풍 건조 또는 근적외선(NIR) 건조일 수 있으나, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 가열 수단이 열풍 건조인 경우, 상기 상부 하우징(231)은 그 내부 일측에 열풍기를 구비할 수 있고, 그 내부 공간에 열선 코일을 구비할 수 있다.
상기 기재 필름(110)을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 1.0 내지 10.0mm/sec일 수 있고, 바람직하게 5.0 내지 8.0mm/sec일 수 있다. 상기 이송 속도는 롤투롤 장비를 이용한 박막층(115)의 코팅 및 건조 속도에 따라 최적화하여 사용할 수 있다.
상기 건조 온도는 100 내지 140℃일 수 있고, 바람직하게 120 내지 135℃일 수 있다. 상기 건조 온도의 경우 상기 기재 필름(110)이 유연한(flexible) 기판인 경우에도 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기 박막층(115)은 두께가 10 내지 1000nm, 바람직하게 20 내지 500nm, 더욱 바람직하게 20 내지 300nm일 수 있다. 상기 박막층(115)의 두께가 상기 범위 내인 경우 제조된 유기 태양 전지(100)의 효율이 가장 우수하다.
한편, 상기 건조부(230)는 특히 상기 정공전달층(150)을 형성하는데 바람직하게 사용될 수 있는데, 이는 상기 정공전달층(150) 형성시 여러 가지 용매를 혼합한 복합 용매를 사용하게 되고, 이에 따라 상기 건조 과정에서 건조부(230) 내부에 용매가 응결되는 현상이 더욱 활발하게 발생하기 때문이다. 따라서, 상기 정공전달층(150) 형성시 상기 건조부(230)를 사용하는 경우 상기 응결된 용매가 상기 박막층(115) 위로 떨어지는 문제를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 정공전달층(150)은 상기 음극(120) 및 상기 광활성층(140)이 순차적으로 형성된 상기 기재 필름(110)을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 광활성층(140) 위에 형성될 수 있다. 상기 정공전달층(150)은 상기 정공전달물질을 슬롯다이 코팅, 커튼 코팅, 메이어바 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 마이크로 그라비어 코팅 또는 잉크젯 코팅 등의 방법으로 코팅할 수 있다.
상기 정공전달물질은 상기 유기 태양 전지(100)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 이때 사용할 수 있는 용매로는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피로릴돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸술폭사이드(DMSO), 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인데, 상기한 바와 같이 이들 용매가 상기 정공전달층(150) 위에 떨어지는 경우 상기 정공전달물질을 녹여 불량을 일으킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 건조 과정에서 증발된 용매가 응결되어 박막층에 떨어지는 현상을 방지하여 롤투롤 공정에서 불량을 방지하고 품질을 안정화시킨다.

Claims (16)

  1. 박막층이 형성된 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 상기 박막층에 포함된 용매를 기화시켜 상기 박막층이 건조되도록 하는 건조부에 있어서,
    상기 건조부는 상기 기재 필름의 상부에 배치되며, 상면이 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비하고, 하면이 개구되는 상부 하우징,
    상기 기재 필름의 하부에 배치되는 하부 하우징,
    상기 기재 필름에 열을 공급하며, 상기 상부 하우징 또는 상기 하부 하우징의 내부에 배치되는 가열 수단, 그리고
    상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 형성되는 상기 기재 필름의 입구 및 출구
    를 포함하는 것인 건조부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면이 상기 기재 필름과 이루는 예각이 5 내지 60°인 것인 건조부.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 기재 필름이 이송되는 방향을 따라 배치되는 것인 건조부.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 응결된 용매가 양방향으로 흐르도록 일 측면이 서로 접하는 제1 경사면과 제2 경사면으로 이루어진 것인 건조부.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 경사면과 제2 경사면은 곡면인 것인 건조부.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 경사면 또는 상기 제2 경사면의 중심각은 10 내지 90°인 것인 건조부.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 하우징은 상기 응결된 용매가 상기 기재 필름이 이송되는 방향과 교차하는 방향으로 이송되도록 하며, 상기 상부 하우징의 하부 테두리에 'U' 형태로 상기 기재 필름이 이송되는 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 수평 안내편을 더 포함하는 것인 건조부.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 증발된 용매를 배출시키는 기체 배출구를 포함하며,
    상기 상부 하우징, 상기 하부 하우징 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 응결된 용매를 배출시키는 액체 배출구를 포함하는 것인 건조부.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 수단은 열풍 건조 또는 근적외선 건조인 것이 건조부.
  10. 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 박막층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 박막층이 형성된 기재 필름을 건조부로 이송시키고, 상기 박막층에 포함된 용매를 기화시켜 상기 박막층이 건조되도록 하는 상기 박막층을 건조하는 단계를 포함하며,
    상기 건조부는 그 내부면에 응결된 상기 용매가 상기 내부면을 타고 아래로 흐르도록 상기 기재 필름에 대하여 비스듬하게 배치된 경사면을 구비하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 1.5 내지 5mm/sec인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 건조 온도는 100 내지 140℃인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 박막층을 형성하는 단계는 상기 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서, 정공전달물질 및 용매를 포함하는 코팅 용액을 이용하여 정공전달층을 형성하는 단계인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정공전달물질은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌, 폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 전구체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피로릴돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸술폭사이드(DMSO), 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 유기 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제10항에 따른 유기 태양 전지의 제조 방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지.
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