WO2020054920A1 - 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법 - Google Patents

전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2020054920A1
WO2020054920A1 PCT/KR2019/000343 KR2019000343W WO2020054920A1 WO 2020054920 A1 WO2020054920 A1 WO 2020054920A1 KR 2019000343 W KR2019000343 W KR 2019000343W WO 2020054920 A1 WO2020054920 A1 WO 2020054920A1
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conductive polymer
photovoltaic cell
organic photovoltaic
layer
transparent
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PCT/KR2019/000343
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강문희
이동재
김다현
허동교
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계명대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a translucent organic photovoltaic cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer and a method for manufacturing the same.
  • a representative core material for realizing the next-generation flexible electronic device is an organic material.
  • the organic compound refers to a compound composed of hydrocarbons whose basic skeleton is a molecular structure, and has been named as an organic compound mainly found in organic matter with life.
  • 1 is a view showing a state of an organic photovoltaic cell having flexible properties. As illustrated in FIG. 1, a flexible organic solar cell can be obtained by manufacturing an organic solar cell with an organic compound.
  • an organic solar cell OLED, Organic PhotoVoltaic
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • OFT Organic Thin Film Transistor
  • OS Organic Sensor
  • the photovoltaic cell is a device that converts light energy into electrical energy, and is attracting much attention as an environmentally friendly future energy resource.
  • Photovoltaic cells produce electricity using the properties of semiconductors. Specifically, they have a PN junction structure in which a P (Positive) type semiconductor and an N (Negative) type semiconductor are bonded, and when sunlight enters the photovoltaic cell, Holes and electrons are generated in the semiconductor by the energy of the incident sunlight, and holes move toward the P-type semiconductor and electrons move toward the N-type semiconductor by the electric field generated at the PN junction. Electric potential is generated.
  • the organic photovoltaic cell is a concept of producing electricity through an electrochemical reaction unlike a solar cell using a conventional P-N junction structure by introducing an organic material into the photoactive layer.
  • 3 is a view showing the structure of (a) a positive structure organic photovoltaic cell, and (b) a reverse structure organic photovoltaic cell.
  • a structured organic solar cell As shown in (a) and (b) of FIG. 3, a case in which electrons among the charges generated in the photoactive organic material layer move to the metal electrode and holes move to the ITO transparent electrode is called a structured organic solar cell, and vice versa When it is moved, it is called an inverted organic solar cell.
  • Patent No. 10-1486206 name of the invention: a method for manufacturing a compound semiconductor photovoltaic cell using a transparent conductive oxide and a compound semiconductor photovoltaic cell produced thereby. have been disclosed. have.
  • the present invention is proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, instead of using a metal material as an electrode, a conductive polymer layer using a liquid-type conductive polymer material capable of simultaneously acting as an electrode and a hole transport
  • a metal material as an electrode
  • a conductive polymer layer using a liquid-type conductive polymer material capable of simultaneously acting as an electrode and a hole transport
  • PEDOT PSS
  • PH1000 PEDOT PSS excellent in electrical conductivity and work function (5.2eV)
  • AI4083 PEDOT: PSS with good hole selectivity are mixed in an appropriate ratio and mixed with a solvent.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • it can be used as an organic photovoltaic cell having excellent electrical conductivity and hole selectivity, and providing a translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer and another method of manufacturing the same The purpose.
  • the present invention by replacing the transparent conductive polymer material PEDOT: PSS instead of the opaque metal electrode material, to obtain a semi-transparent organic photovoltaic cell, a semi-transparent organic photovoltaic cell using a conductive polymer and a method of manufacturing the same Another purpose is to provide.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • the transparent electrode layer Preferably, the transparent electrode layer, the transparent electrode layer, and
  • a cathode from which electrons are emitted it may be made of ITO.
  • the electron transport layer Preferably, the electron transport layer, the electron transport layer, and
  • a layer in which electrons move and may be made of ZnO.
  • the photoactive layer Preferably, the photoactive layer, the photoactive layer, and
  • It may be made of an electron donor material and an electron acceptor material.
  • the photoactive layer More preferably, the photoactive layer,
  • the electron donor material and the electron acceptor material may be formed of a bulk heterojunction (BHJ) structure formed by blending.
  • BHJ bulk heterojunction
  • the electron donor material may be made of P3HT.
  • the electron acceptor material may be made of PCBM.
  • the conductive polymer layer Preferably, the conductive polymer layer,
  • It may be formed by spin coating a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION) on the photoactive layer.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • the hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION),
  • It is prepared by mixing PH1000 PEDOT: PSS, AI4083 PEDOT: PSS and a solvent, and may be a liquid conductive polymer material.
  • step (3) forming an electron transport layer on the transparent electrode layer formed by step (2);
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • the transparent electrode layer in step (2) is transparent to transparent electrode layer
  • a cathode from which electrons are emitted it may be made of ITO.
  • the electron transport layer in step (3) is the electron transport layer in step (3).
  • a layer in which electrons move and may be made of ZnO.
  • the photoactive layer in step (4) is formed from the photoactive layer in step (4).
  • It may be made of an electron donor material and an electron acceptor material.
  • the photoactive layer More preferably, the photoactive layer,
  • the electron donor material and the electron acceptor material may be formed of a bulk heterojunction (BHJ) structure formed by blending.
  • BHJ bulk heterojunction
  • the electron donor material may be made of P3HT.
  • the electron acceptor material may be made of PCBM.
  • step (5) Preferably, in step (5),
  • the conductive polymer layer may be formed by spin coating a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION) on the photoactive layer.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • the hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION),
  • It is prepared by mixing PH1000 PEDOT: PSS, AI4083 PEDOT: PSS and a solvent, and may be a liquid conductive polymer material.
  • an organic photovoltaic cell using the conductive polymer proposed in the present invention instead of using a metal material as an electrode, a conductive polymer using a liquid-type conductive polymer material capable of simultaneously acting as an electrode and a hole transporter By forming a layer, an organic photovoltaic cell can be manufactured only by a solution process without performing a process for depositing a metal electrode, thereby reducing the overall process time and process cost.
  • the translucent organic photovoltaic cell is replaced by a transparent conductive polymer material PEDOT: PSS instead of the opaque metal electrode material. Can be obtained.
  • 1 is a view showing a state of an organic photovoltaic cell having flexible properties.
  • FIG. 2 is a view showing various application fields of organic electronic materials.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of (a) a forward structure organic photovoltaic cell, and (b) a reverse structure organic photovoltaic cell.
  • FIG. 4 is a view showing the configuration of a translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the overall configuration of an existing organic photovoltaic cell.
  • FIG. 6 is a view showing the overall configuration of a translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a spin coating a hybrid conductive polymer solution on a photoactive layer in a translucent organic photovoltaic cell utilizing a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a comparison of a semi-transparent organic photovoltaic cell using a conductive polymer and an existing photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention, (a) the front side of the existing organic photovoltaic cell, (b) the back side of the existing organic photovoltaic cell, (c) Front view of the organic photovoltaic cell of the present invention, (d) Drawing showing the state of the back of the organic photovoltaic cell of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a dark I-V graph of a semi-transparent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a light I-V graph of a translucent organic photovoltaic cell utilizing a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the configuration of a translucent organic photovoltaic cell utilizing a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • a semi-transparent organic solar cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention the substrate 100, the transparent electrode layer 200, the electron transport layer 300, the light active layer 400 and It may be configured to include a conductive polymer layer 500.
  • the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer is an organic photovoltaic cell, the transparent substrate 100, the transparent electrode layer 200 formed on the transparent substrate 100 ), The electron transport layer 300 formed on the transparent electrode layer 200, the photoactive layer 400 formed on the electron transport layer 300, and the photoactive layer 400 formed on the conductive layer serving as a hole transport and electrode It may be configured to include a polymer layer 500.
  • FIG. 5 is a view showing the overall configuration of an existing organic photovoltaic cell
  • FIG. 6 is a view showing the overall configuration of a translucent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention includes an electrode (Anode) and a hole transport layer (HTL) of an existing organic photovoltaic cell as shown in FIG. 5.
  • a conductive polymer layer 500 was constructed (HTL / Anode) using a liquid-type conductive polymer material capable of simultaneously serving as an electrode and a hole transport as shown in FIG. 6.
  • a material commonly used as an anode electrode material in an organic photovoltaic cell is Ag or Au, and a hole transport layer, AI4083 PEDOT: PSS having good hole selectivity, is frequently used.
  • a hole transport layer AI4083 PEDOT: PSS having good hole selectivity
  • PH1000 PEDOT: PSS having excellent electrical conductivity and AI4083 PEDOT: PSS are used.
  • the conductive polymer layer 500 is formed using a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION), which is a liquid conductive polymer material made by mixing in an appropriate ratio and mixing a solvent, the conductive polymer layer 500 serves as an electrode It can serve as a hole transport layer at the same time.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • the substrate 100 is made of a transparent and light-transmitting material, and a transparent electrode layer 200 to be described in detail later may be formed on one surface.
  • a transparent electrode layer 200 to be described in detail later may be formed on one surface.
  • glass or soda-lime glass may be used as the substrate 100, but the glass or soda-lime glass may be used as the substrate 100.
  • the material is not limited.
  • the transparent electrode layer 200 is an electrode that allows current to flow while transmitting light, and may be formed on the transparent substrate 100. More specifically, the transparent electrode layer 200 may be formed of ITO (Indium Tin Oxide) as a cathode through which electrons are emitted. However, the material forming the transparent electrode layer 200 is not limited to the ITO.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the electron transport layer 300 is a layer through which electrons move, and may be formed on the transparent electrode layer 200. More specifically, the electron transport layer 300 may serve to transport electrons separated from the photoactive layer 400 to be described later in detail to the transparent electrode layer 200. At this time, the electron transport layer 300 may be made of zinc oxide (ZnO), but the material forming the electron transport layer 300 is not limited to the above materials.
  • ZnO zinc oxide
  • the photoactive layer 400 may be formed on the electron transport layer 300, and excitons may be generated by photoreaction by sunlight and separated into electrons and holes by excitons, so that the separated electrons and holes Each may be flowed through the electron transport layer 300 and the conductive polymer layer 500. More specifically, the photoactive layer 400 may be formed of an electron donor material and an electron acceptor material, and a bulk heterojunction (BHJ) structure formed by blending an electron donor material and an electron acceptor material It can be made of.
  • BHJ bulk heterojunction
  • the electron donor material which is usually called a donor, can meet with light to generate excited excitons.
  • the electron donor material is an organic material having excellent reactivity to sunlight, and may be made of P3HT (Poly 3-Hexylthiophene).
  • P3HT Poly 3-Hexylthiophene
  • the electron donor material is not limited to the above materials.
  • the electron acceptor material can meet the generated excitons and serve to separate electrons and holes.
  • the electron acceptor material is a material having high affinity for electrons, and may be made of Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester (PCBM), but the electron acceptor material is not limited to the above materials.
  • the conductive polymer layer 500 is formed on the photoactive layer 400 and can simultaneously serve as hole transport and electrode.
  • the conductive polymer layer 500 of the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using the conductive polymer according to an embodiment of the present invention may be made of a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION), which is a transparent conductive polymer material. .
  • PEDOT PSS (poly 3,4-ethylenedioxythiophene polystyrene sulfonate) is a combination of two ionomers and is a transparent conductive polymer material.
  • PSS poly 3,4-ethylenedioxythiophene polystyrene sulfonate
  • PH1000 PEDOT PSS
  • AI4083 PEDOT PSS with a large work function of 5.2eV has good hole selectivity but very poor conductivity.
  • the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 utilizing the conductive polymer according to an embodiment of the present invention a mixture of PH1000 PEDOT: PSS and AI4083 PEDOT: PSS in an appropriate ratio, put a solvent in the mixed solution, hybrid conductive polymer
  • a solution HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION
  • the solvent may be a material having a high boiling point, and may be at least one of 2-ethoxyethanol and Ethylene Glycol as a solvent material, but the solvent material is not limited to the above materials.
  • PH1000 PEDOT: PSS 30-60 Vol%, AI4083 PEDOT: PSS 30-60 Vol%, and solvent 6-20 Vol% By mixing at a ratio, a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION) may be prepared, and the hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION) prepared at the above ratio may be a liquid conductive polymer material.
  • the conventional organic photovoltaic cell an electrode was formed using a metal material.
  • a process for depositing metal was required, and a process for depositing metal required expensive deposition equipment separately, and the deposition time was long, resulting in increased process cost and poor mass productivity.
  • the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer instead of using a metal material as an electrode, as shown in Figure 6, the electrode and the hole
  • a conductive polymer layer 500 using a hybrid conductive polymer solution (HYBRID PEDOT: PSS SOLUTION), which is a liquid conductive polymer material that can simultaneously act as a transport, a process for depositing a metal electrode is not performed. Only by performing the entire process, it is possible to manufacture an organic photovoltaic cell, thereby reducing the overall process time and process cost.
  • FIG. 7 is a view showing a spin coating the hybrid conductive polymer solution on the photoactive layer 400 in the translucent organic photovoltaic cell 10 using the conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive polymer layer 500 in the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention spin-coated hybrid conductive polymer solution on the photoactive layer 400 Can be formed by.
  • the translucent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention is much more than the conventional organic photovoltaic cell You can see that it is transparent.
  • a semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention and an existing organic photovoltaic cell were manufactured, and current I according to voltage V was measured.
  • 9 is a diagram showing a dark IV graph of a translucent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a translucent using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention It is a diagram showing a light IV graph of the organic photovoltaic cell 10.
  • the translucent organic photovoltaic cell 10 utilizing a conductive polymer according to an embodiment of the present invention has an open circuit voltage (Voc) of 588 kV and a short circuit current (Jsc). It is measured as 8.14mA / cm2, through which it can be confirmed that the FF (Fill factor) is 42.1% and the Eff (Efficiency) is 2%.
  • the transparent electrode layer 200, the electron transport layer 300, the light active layer 400, and the conductive polymer layer 500 of the semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using the conductive polymer according to an embodiment of the present invention are spin coated. It can be formed by (Spin Coating) technology, in order to manufacture a semi-transparent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention, the deposition process can be omitted, process time and process cost Can be reduced.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method of manufacturing a translucent organic photovoltaic cell 10 using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a semi-transparent organic photovoltaic cell using a conductive polymer according to an embodiment of the present invention as a method of manufacturing an organic photovoltaic cell, the step of cleaning the transparent substrate 100 (S100) , Forming a transparent electrode layer 200 on the transparent substrate 100 cleaned in step S100 (S200), forming an electron transport layer 300 on the transparent electrode layer 200 formed by step S200 (S300), step A step (S400) of forming a photoactive layer 400 on the electron transport layer 300 formed by S300, and a conductive polymer layer 500 serving as a hole transport and electrode on the photoactive layer 400 formed by step S400. It may be implemented, including the step of forming (S500).
  • a liquid-type conductive polymer capable of simultaneously acting as an electrode and a hole transporter By forming a conductive polymer layer using a material, an organic photovoltaic cell can be manufactured only by a solution process without performing a process for depositing a metal electrode, thereby reducing the overall process time and process cost.
  • PEDOT PSS
  • PH1000 PEDOT PSS having excellent electrical conductivity and work function (5.2eV)
  • AI4083 PEDOT PSS having good hole selectivity are mixed in an appropriate ratio, and solvent is mixed.
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • HYBRID PEDOT PSS SOLUTION
  • a translucent organic photovoltaic cell can be obtained by replacing PEDOT: PSS, which is a transparent conductive polymer material, instead of an opaque metal electrode material.

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Abstract

본 발명에서 제안하고 있는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 따르면, 전극으로 금속 물질을 사용하는 대신에, 전극과 정공 수송 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질을 사용해 전도성 고분자층을 형성함으로써, 금속 전극을 증착하기 위한 공정을 수행하지 않고, 용액 공정으로만 유기태양광전지의 제작이 가능하게 되어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.

Description

전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법
본 발명은 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
21세기는 최첨단 기술의 급속한 발전과 확산으로 이에 상응하는 사회 변화와 생활 방식의 변화를 경험하고 있으며, 사회 환경과 제품의 연계를 통한 개인에 대한 서비스의 지능화가 가속되어질 전망이다.
따라서, 미래의 에너지, 전자·정보 기술은 개인의 상태와 환경 변화를 감지하여 개별적인 서비스를 제공하는 인간중심의 휴먼인터페이스 기술로 발전할 것으로 예상된다.
최근 유연성 전자 소재 및 소자화 기술에 대한 연구가 주목받고 있다. 차세대 유연성 전자 소자를 구현하기 위한 대표적인 핵심 소재는 유기물이다. 유기 화합물은 분자 구조의 기본 골격이 탄화수소로 이루어져 있는 화합물을 의미하며, 주로 생명이 있는 유기물에서 많이 발견되어 유기 화합물이라는 이름이 붙었다. 도 1은 Flexible한 성질을 가지는 유기태양광전지의 모습을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유기 화합물로 유기태양광전지를 제작하여 Flexible한 유기태양광전지를 얻을 수 있다.
도 2는 유기 전자 재료의 다양한 응용분야를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유기태양전지(OPV, Organic PhotoVoltaic), 유기 디스플레이(OLED, Organic Light Emitting Diode), 유기 박막 트랜지스터(OTFT, Organic Thin Film Transistor), 유기 센서(OS, Organic Sensor), 광 검출기(Photodetector), 전자기 차폐(Electro Magnetic shielding), 유기 투명전극(Organic Transparent Conducting Electrode) 등의 수많은 분야에서 활용될 수 있다.
태양광전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 친환경적인 미래 에너지자원으로 크게 주목받고 있다. 태양광전지는 반도체의 성질을 이용하여 전기를 생산하는데, 구체적으로는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 P-N 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양광전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때 P-N 접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고, 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다.
유기태양광전지는 광 활성층에 유기계 재료를 도입함으로써, 기존의 P-N 접합 구조를 이용하는 태양전지와는 달리 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하는 개념이다. 도 3은 (a) 정구조 유기태양광전지, (b) 역구조 유기태양광전지의 구조를 도시한 도면이다. 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 광활성 유기물층에서 생성된 전하 중 전자는 금속 전극으로 이동하고, 정공은 ITO 투명전극으로 이동하는 경우를 정구조 유기태양광전지라 부르고, 반대로 이동하는 경우는 역구조 유기태양광전지라 부른다.
하지만, 유기 재료를 이용하여 태양광전지를 만들 경우, 무기 재료를 이용하여 태양광전기를 만드는 경우에 비해, 효율이 낮다는 단점이 존재한다. 따라서, 저렴한 유기 재료를 이용하면서, 높은 효율을 얻을 수 있는 유기태양광전지의 개발이 요구되고 있다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 등록특허 제10-1486206호(발명의 명칭: 투명전도성 산화물을 이용한 화합물반도체 태양광 전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 화합물반도체 태양광 전지) 등이 개시된 바 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전극으로 금속 물질을 사용하는 대신에, 전극과 정공 수송 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질을 사용해 전도성 고분자층을 형성함으로써, 금속 전극을 증착하기 위한 공정을 수행하지 않고, 용액 공정으로만 유기태양광전지의 제작이 가능하게 되어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, PEDOT:PSS의 여러 가지 종류 중에서, 전기전도성이 뛰어난 PH1000 PEDOT:PSS와 일함수가 커서(5.2eV) 정공선택성이 좋은 AI4083 PEDOT:PSS를 적절한 비율로 혼합하고 용매를 섞어 만든 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 사용함으로써, 전기전도성이 뛰어나면서 정공선택성도 좋은 유기태양광전지로 활용할 수 있는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 불투명한 금속 전극 물질 대신에 투명한 전도성 고분자 물질인 PEDOT:PSS로 대체함으로써, 반투명한 유기태양광전지를 얻을 수 있는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지는,
유기태양광전지로서,
투명 기판;
상기 투명 기판 상에 형성된 투명 전극층;
상기 투명 전극층 상에 형성된 전자 수송층;
상기 전자 수송층 상에 형성된 광 활성층; 및
상기 광 활성층 상에 형성되며, 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층을 포함하되,
상기 전도성 고분자층은,
투명한 전도성 고분자 물질인, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)으로 이루어진 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명 전극층은,
전자가 방출되는 음극으로서, ITO로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 전자 수송층은,
전자가 이동하는 층으로서, ZnO로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 광 활성층은,
전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 광 활성층은,
상기 전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질이 블렌딩(blending)하여 형성된 벌크 이종 접합(BHJ, Bulk Hetero-Junction) 구조로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 전자 주개 물질은, P3HT로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 전자 받개 물질은, PCBM으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 전도성 고분자층은,
상기 광 활성층 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 스핀 코팅하여 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)은,
PH1000 PEDOT:PSS, AI4083 PEDOT:PSS 및 용매를 혼합하여 제조되며, 액상형 전도성 고분자 물질일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 용매는,
2-ethoxyethanol 및 Ethylene Glycol 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법은,
유기태양광전지의 제조방법으로서,
(1) 투명 기판을 클리닝하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 클리닝한 투명 기판 위에 투명 전극층을 형성하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에 의해 형성된 상기 투명 전극층 위에 전자 수송층을 형성하는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에 의해 형성된 상기 전자 수송층 위에 광 활성층을 형성하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)에 의해 형성된 상기 광 활성층 위에 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 전도성 고분자층은,
투명한 전도성 고분자 물질인, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)으로 이루어진 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)에서의 투명 전극층은,
전자가 방출되는 음극으로서, ITO로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (3)에서의 전자 수송층은,
전자가 이동하는 층으로서, ZnO로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (4)에서의 광 활성층은,
전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 광 활성층은,
상기 전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질이 블렌딩(blending)하여 형성된 벌크 이종 접합(BHJ, Bulk Hetero-Junction) 구조로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 전자 주개 물질은, P3HT로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 전자 받개 물질은, PCBM으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (5)에서는,
상기 광 활성층 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 스핀 코팅하여 상기 전도성 고분자층을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)은,
PH1000 PEDOT:PSS, AI4083 PEDOT:PSS 및 용매를 혼합하여 제조되며, 액상형 전도성 고분자 물질일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 용매는,
2-ethoxyethanol 및 Ethylene Glycol 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 따르면, 전극으로 금속 물질을 사용하는 대신에, 전극과 정공 수송 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질을 사용해 전도성 고분자층을 형성함으로써, 금속 전극을 증착하기 위한 공정을 수행하지 않고, 용액 공정으로만 유기태양광전지의 제작이 가능하게 되어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 따르면, PEDOT:PSS의 여러 가지 종류 중에서, 전기전도성이 뛰어난 PH1000 PEDOT:PSS와 일함수가 커서(5.2eV) 정공선택성이 좋은 AI4083 PEDOT:PSS를 적절한 비율로 혼합하고 용매를 섞어 만든 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 사용함으로써, 전기전도성이 뛰어나면서 정공선택성도 좋은 유기태양광전지로 활용할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서 제안하고 있는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 따르면, 불투명한 금속 전극 물질 대신에 투명한 전도성 고분자 물질인 PEDOT:PSS로 대체함으로써, 반투명한 유기태양광전지를 얻을 수 있다.
도 1은 Flexible한 성질을 가지는 유기태양광전지의 모습을 도시한 도면.
도 2는 유기 전자 재료의 다양한 응용분야를 나타낸 도면.
도 3은 (a) 정구조 유기태양광전지, (b) 역구조 유기태양광전지의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 구성을 도시한 도면.
도 5는 기존 유기태양광전지의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지에서 광 활성층 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액을 스핀 코팅하는 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지와 기존의 태양광전지를 비교하기 위하여, (a) 기존 유기태양광전지의 앞면, (b) 기존 유기태양광전지의 뒷면, (c) 본 발명 유기태양광전지의 앞면, (d) 본 발명 유기태양광전지의 뒷면의 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 Dark I-V 그래프를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 Light I-V 그래프를 도시한 도면.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 도면.
<부호의 설명>
10: 유기태양광전지
100: 기판
200: 투명 전극층
300: 전자 수송층
400: 광 활성층
500: 전도성 고분자층
S100: 투명 기판을 클리닝하는 단계
S200: 단계 S100에서 클리닝한 투명 기판 위에 투명 전극층을 형성하는 단계
S300: 단계 S200에 의해 형성된 투명 전극층 위에 전자 수송층을 형성하는 단계
S400: 단계 S300에 의해 형성된 전자 수송층 위에 광 활성층을 형성하는 단계
S500: 단계 S400에 의해 형성된 광 활성층 위에 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층을 형성하는 단계
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지는, 기판(100), 투명 전극층(200), 전자 수송층(300), 광 활성층(400) 및 전도성 고분자층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)는, 유기태양광전지로서, 투명 기판(100), 투명 기판(100) 상에 형성된 투명 전극층(200), 투명 전극층(200) 상에 형성된 전자 수송층(300), 전자 수송층(300) 상에 형성된 광 활성층(400), 및 광 활성층(400) 상에 형성되며, 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 기존 유기태양광전지의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 전체적인 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)는, 도 5에 도시된 바와 같은 기존 유기태양광전지의 전극(Anode)과 정공 수송층(HTL, Hole Transport Layer)을 포함하는 대신에, 도 6에 도시된 바와 같이 전극의 역할과 정공 수송의 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질을 사용해 전도성 고분자층(500)을 구성(HTL/Anode)하였다. 따라서, 기존 유기태양광전지에서 전극으로 사용되는 불투명한 금속 물질을 사용하지 않으므로 반투명한 유기태양광전지를 얻을 수 있고, 유기태양광전지 제작 공정을 진행할 때 전극 증착 공정 없이 용액 공정으로만 유기태양광전지의 제작을 할 수 있어, 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
보다 구체적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일반적으로 유기태양광전지에서 양극 전극 물질로 많이 쓰이는 물질은 Ag 또는 Au이고, 정공 수송층으로는 정공선택성이 좋은 AI4083 PEDOT:PSS가 많이 쓰인다. 그러나 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)에서는, 양극 전극 물질로 Ag 또는 Au를 사용하는 대신에, 전기전도성이 뛰어난 PH1000 PEDOT:PSS를 AI4083 PEDOT:PSS와 적절한 비율로 혼합하고 용매를 섞어 만든 액상형 전도성 고분자 물질인 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 사용하여 전도성 고분자층(500)을 구성하기 때문에, 전도성 고분자층(500)이 전극의 역할과 정공 수송층의 역할을 동시에 할 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 각각의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
기판(100)은, 투명하고 빛을 투과할 수 있는 재질로 이루어지며, 일면에 추후 상세히 설명할 투명 전극층(200)이 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)에서는, 기판(100)으로 유리 또는 소다석회 유리가 사용될 수 있으나, 상기의 유리 또는 소다석회 유리로 기판(100)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
투명 전극층(200)은, 빛을 투과하면서 전류를 흐를 수 있게 하는 전극으로서, 투명 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 투명 전극층(200)은, 전자가 방출되는 음극으로서, ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다. 다만, 상기의 ITO로 투명 전극층(200)을 이루는 물질을 한정하는 것은 아니다.
전자 수송층(300)은, 전자가 이동하는 층으로서, 투명 전극층(200) 상에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전자 수송층(300)은, 추후 상세히 설명할 광 활성층(400)에서 분리된 전자를 투명 전극층(200)으로 수송하는 역할을 할 수 있다. 이때, 전자 수송층(300)은 ZnO(Zinc Oxide)로 이루어질 수 있으나, 상기의 물질로 전자 수송층(300)을 이루는 물질을 한정하는 것은 아니다.
광 활성층(400)은, 전자 수송층(300) 상에 형성될 수 있으며, 태양광에 의한 광반응에 의해 엑시톤이 생성되고 엑시톤에 의해 전자와 정공으로 분리되게 할 수 있어, 분리된 전자와 정공이 각각 전자 수송층(300)과 전도성 고분자층(500)을 통해 흐르게 할 수 있다. 보다 구체적으로, 광 활성층(400)은, 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 구성될 수 있으며, 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 블렌딩(blending)하여 형성된 벌크 이종 접합(BHJ, Bulk Hetero-Junction) 구조로 이루어질 수 있다.
여기서, 전자 주개 물질은, 보통 도너(donor)라고 불리며, 빛과 만나 여기된 엑시톤을 생성할 수 있다. 구체적으로는, 전자 주개 물질은, 태양광에 대한 반응성이 뛰어난 유기 물질로서, P3HT(Poly 3-Hexylthiophene)로 이루어질 수 있다. 다만 상기의 물질로 전자 주개 물질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전자 받개 물질은, 보통 억셉터(accepter)라고 불리며, 생성된 엑시톤과 만나 전자와 정공으로 분리시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 전자 받개 물질은, 전자에 대한 친화도가 높은 물질로서, PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester)로 이루어질 수 있으나, 상기의 물질로 전자 받개 물질을 한정하는 것은 아니다.
전도성 고분자층(500)은, 광 활성층(400) 상에 형성되며, 정공 수송 및 전극의 역할을 동시에 할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 전도성 고분자층(500)은, 투명한 전도성 고분자 물질인, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)으로 이루어질 수 있다.
PEDOT:PSS(poly 3,4-ethylenedioxythiophene polystyrene sulfonate)은 두 개의 이오노머(ionomer)가 결합한 것으로서, 투명한 전도성 고분자 물질이다. PEDOT:PSS에는 여러 가지 종류가 있는데, 그 중 전기전도성이 뛰어난 PH1000 PEDOT:PSS는 전도성이 뛰어나지만, 일함수가 4.8eV로 작아서 정공선택성이 좋지 않다. 반면에 일함수가 5.2eV로 큰 AI4083 PEDOT:PSS는 정공선택성이 좋지만 전도성은 매우 나쁘다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)는, PH1000 PEDOT:PSS와 AI4083 PEDOT:PSS를 적절한 비율로 혼합하고 혼합한 용액에 용매를 넣어, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 제조함으로써, 정공선택성이 좋으면서, 전기전도성이 뛰어나며, 기존의 금속 전극을 사용한 유기태양광전지와 동일한 효율을 보이면서도 반투명한 성질을 가지는 유기태양광전지를 얻을 수 있다. 이때, 용매 물질을 넣어줌으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 전기전도도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 용매는 높은 끓는점을 가지는 물질일 수 있으며, 용매 물질로서, 2-ethoxyethanol 및 Ethylene Glycol 중 적어도 어느 하나가 될 수 있으나, 상기의 물질로 용매 물질을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)에서는, PH1000 PEDOT:PSS 30~60 Vol% , AI4083 PEDOT:PSS 30~60 Vol%, 및 용매 6~20 Vol% 의 비율로 혼합하여, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 제조할 수 있으며, 위와 같은 비율로 제조된 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)은, 액상형 전도성 고분자 물질일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기존 유기태양광전지는, 금속 물질을 사용하여 전극을 형성하였다. 이를 위해 금속을 증착하기 위한 공정이 필요했으며, 금속을 증착하기 위한 공정은, 별도로 고가의 증착 장비가 필요하고, 증착 시간이 오래 걸려, 공정 비용이 증가하고 양산성이 떨어지는 문제점이 존재하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극으로 금속 물질을 사용하는 대신에, 전극과 정공 수송 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질인 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 사용해 전도성 고분자층(500)을 형성함으로써, 금속 전극을 증착하기 위한 공정을 수행하지 않고, 용액 공정으로만 전체 공정을 진행하여 유기태양광전지의 제작이 가능하게 되어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)에서 광 활성층(400) 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액을 스핀 코팅하는 모습을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)에서 전도성 고분자층(500)은, 광 활성층(400) 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액을 스핀 코팅함으로써 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지와 기존의 유기태양광전지(10)를 비교하기 위하여, (a) 기존 유기태양광전지의 앞면, (b) 기존 유기태양광전지의 뒷면, (c) 본 발명 유기태양광전지의 앞면, (d) 본 발명 유기태양광전지의 뒷면의 모습을 도시한 도면이다. 도 8의 (a), (b), (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지는 기존의 유기태양광전지에 비해 훨씬 투명한 것을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 효과를 시험예를 통하여 더욱 상세히 설명하도록 하나, 본 발명의 권리범위가 하기 시험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[시험예 1] I-V CURVE 측정
본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)와 기존의 유기태양광전지를 제작하여, 전압(V)에 따른 전류(I)를 측정해 보았다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 Dark I-V 그래프를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 Light I-V 그래프를 도시한 도면이다. 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)는, Voc(open circuit voltage)가 588㎷이고, Jsc(short circuit current)가 8.14㎃/㎠로 측정되며, 이를 통해 FF(Fill factor)가 42.1% 이며, Eff(Efficiency)가 2%인 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 투명 전극층(200), 전자 수송층(300), 광 활성층(400) 및 전도성 고분자층(500)은 스핀 코팅(Spin Coating) 기술에 의해 형성될 수 있어, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)를 제조하기 위해, 증착 공정을 생략할 수 있어, 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지(10)의 제조방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법은, 유기태양광전지의 제조방법으로서, 투명 기판(100)을 클리닝하는 단계(S100), 단계 S100에서 클리닝한 투명 기판(100) 위에 투명 전극층(200)을 형성하는 단계(S200), 단계 S200에 의해 형성된 투명 전극층(200) 위에 전자 수송층(300)을 형성하는 단계(S300), 단계 S300에 의해 형성된 전자 수송층(300) 위에 광 활성층(400)을 형성하는 단계(S400), 및 단계 S400에 의해 형성된 광 활성층(400) 위에 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층(500)을 형성하는 단계(S500)를 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법에 대해서는 앞서 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지와 관련하여 충분히 설명되었으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법에 따르면, 전극으로 금속 물질을 사용하는 대신에, 전극과 정공 수송 역할을 동시에 할 수 있는 액상형 전도성 고분자 물질을 사용해 전도성 고분자층을 형성함으로써, 금속 전극을 증착하기 위한 공정을 수행하지 않고, 용액 공정으로만 유기태양광전지의 제작이 가능하게 되어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, PEDOT:PSS의 여러 가지 종류 중에서, 전기전도성이 뛰어난 PH1000 PEDOT:PSS와 일함수가 커서(5.2eV) 정공선택성이 좋은 AI4083 PEDOT:PSS를 적절한 비율로 혼합하고 용매를 섞어 만든 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 사용함으로써, 전기전도성이 뛰어나면서 정공선택성도 좋은 유기태양광전지로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따르면, 불투명한 금속 전극 물질 대신에 투명한 전도성 고분자 물질인 PEDOT:PSS로 대체함으로써, 반투명한 유기태양광전지를 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 유기태양광전지로서,
    투명 기판(100);
    상기 투명 기판(100) 상에 형성된 투명 전극층(200);
    상기 투명 전극층(200) 상에 형성된 전자 수송층(300);
    상기 전자 수송층(300) 상에 형성된 광 활성층(400); 및
    상기 광 활성층(400) 상에 형성되며, 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층(500)을 포함하되,
    상기 전도성 고분자층(500)은,
    투명한 전도성 고분자 물질인, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극층(200)은,
    전자가 방출되는 음극으로서, ITO로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 수송층(300)은,
    전자가 이동하는 층으로서, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 활성층(400)은,
    전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광 활성층(400)은,
    상기 전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질이 블렌딩(blending)하여 형성된 벌크 이종 접합(BHJ, Bulk Hetero-Junction) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전자 주개 물질은,
    P3HT로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  7. 제4항에 있어서, 상기 전자 받개 물질은,
    PCBM으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자층(500)은,
    상기 광 활성층(400) 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 스핀 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)은,
    PH1000 PEDOT:PSS, AI4083 PEDOT:PSS 및 용매를 혼합하여 제조되며, 액상형 전도성 고분자 물질인 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 용매는,
    2-ethoxyethanol 및 Ethylene Glycol 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지.
  11. 유기태양광전지의 제조방법으로서,
    (1) 투명 기판(100)을 클리닝하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 클리닝한 투명 기판(100) 위에 투명 전극층(200)을 형성하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)에 의해 형성된 상기 투명 전극층(200) 위에 전자 수송층(300)을 형성하는 단계;
    (4) 상기 단계 (3)에 의해 형성된 상기 전자 수송층(300) 위에 광 활성층(400)을 형성하는 단계; 및
    (5) 상기 단계 (4)에 의해 형성된 상기 광 활성층(400) 위에 정공 수송 및 전극의 역할을 하는 전도성 고분자층(500)을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 전도성 고분자층(500)은,
    투명한 전도성 고분자 물질인, 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단계 (2)에서의 투명 전극층(200)은,
    전자가 방출되는 음극으로서, ITO로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 단계 (3)에서의 전자 수송층(300)은,
    전자가 이동하는 층으로서, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 단계 (4)에서의 광 활성층(400)은,
    전자 주개 물질 및 전자 받개 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광 활성층(400)은,
    상기 전자 주개 물질과 상기 전자 받개 물질이 블렌딩(blending)하여 형성된 벌크 이종 접합(BHJ, Bulk Hetero-Junction) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 전자 주개 물질은,
    P3HT로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 전자 받개 물질은,
    PCBM으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 단계 (5)에서는,
    상기 광 활성층(400) 위에 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)을 스핀 코팅하여 상기 전도성 고분자층(500)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 하이브리드 전도성 고분자 용액(HYBRID PEDOT:PSS SOLUTION)은,
    PH1000 PEDOT:PSS, AI4083 PEDOT:PSS 및 용매를 혼합하여 제조되며, 액상형 전도성 고분자 물질인 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 용매는,
    2-ethoxyethanol 및 Ethylene Glycol 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지의 제조방법.
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