KR101149782B1 - Inverted organic photovoltaic cells and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정공포획층의 모폴로지(morphology) 향상을 통한 인버티드 구조의 고효율을 유기태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정공포획층에 친전자성 기능기를 가지는 수용성 계면활성제(surfactant)를 첨가하여, 모폴로지 향상시켜 단락 전류밀도(short circuit current density), 개방전압(open circuit voltage), 필팩터(fill factor)의 증가를 통한 고효율의 인버티드 구조의 유기태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method for producing the inverted structure by improving the morphology of the hole trapping layer, and more particularly, to a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group in the hole trapping layer. To improve the morphology and increase the short circuit current density, the open circuit voltage and the fill factor to the high efficiency inverted organic solar cell and its manufacturing method. It is about.
Description
본 발명은 정공포획층의 모폴로지(morphology) 향상을 통한 인버티드 구조의 고효율을 유기태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정공포획층에 친전자성 기능기를 가지는 수용성 계면활성제(surfactant)를 첨가하여, 모폴로지 향상시켜 단락 전류밀도(short circuit current density), 개방전압(open circuit voltage), 필팩터(fill factor)의 증가를 통한 고효율의 인버티드 구조의 유기태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method for producing the inverted structure by improving the morphology of the hole trapping layer, and more particularly, to a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group in the hole trapping layer. To improve the morphology and increase the short circuit current density, the open circuit voltage and the fill factor to the high efficiency inverted organic solar cell and its manufacturing method. It is about.
태양전지는 공해가 없다는 장점 때문에 지구환경 보전의 관점에서 재평가되고 있으며, 차세대 청정에너지원으로서의 연구가 활발히 이루어지고 있다.Solar cells are being reassessed from the viewpoint of global environmental preservation due to their no pollution, and research as a next-generation clean energy source is being actively conducted.
현재까지 알려진 태양전지의 종류에는 단결정 또는 다결정 벌크 실리콘을 이용한 태양전지, 비정질, 미결정질 또는 다결정질 실리콘을 이용한 박막형 태양전지를 비롯하여 화합물 반도체 태양전지, 염료감응형 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등 매우 다양하다.The types of solar cells known to date include solar cells using monocrystalline or polycrystalline bulk silicon, thin film solar cells using amorphous, microcrystalline or polycrystalline silicon, compound semiconductor solar cells, dye-sensitized solar cells and organic polymer solar cells. Varies.
종래 상용화된 단결정 벌크(bulk) 실리콘을 이용한 태양전지는 높은 제조단가 및 설치비용 때문에 적극적인 활용이 이루어지지 못하고 있다. 이러한 비용문제를 해결하기 위하여 유기물을 이용한 박막형 태양전지에 관한 연구가 진행 중에 있으며, 고효율 태양전지를 제조하기 위한 여러 가지 시도들이 제안되고 있다.Solar cells using commercially available single crystal bulk silicon have not been actively utilized due to high manufacturing cost and installation cost. In order to solve such a cost problem, researches on thin film solar cells using organic materials are underway, and various attempts have been made to manufacture high efficiency solar cells.
유기박막 태양전지 기술은 고분자 혹은 저분자 유기 반도체를 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술로, 유기물의 가장 큰 장점인 저렴한 비용과 제조공정의 용이성을 바탕으로 박막형 소자, 대면적 소자, 롤-투-롤(roll-to-roll) 방법 등에 의한 유연성(flexible) 소자 등 초저가, 다용도의 대량 생산 특정을 모두 갖춘 차세대 기술이다.Organic thin film solar cell technology converts solar energy into electrical energy using polymer or low molecular organic semiconductor. Its thin-film device, large-area device, and roll- It is a next-generation technology with both ultra-low cost and versatile mass production specifications such as flexible elements by a roll-to-roll method.
통상적으로, 유기태양전지는 전자공여체(electron donor)와 전자수여체(electron acceptor) 물질의 접합구조로 이루어져 있으며, 이러한 광전변환층에 빛이 입사되면 전자공여체에서 전자와 정공쌍이 여기되고 전자가 전자수용체로 이동함으로써 전자와 정공의 분리가 일어난다. 따라서, 빛에 의해 생성된 캐리어들은 전자-정공으로 분리되는 현상을 거쳐 외부회로로 이동함에 따라 전력을 생산하게 된다.In general, an organic solar cell is composed of a junction structure of an electron donor and an electron acceptor material. When light is incident on the photoelectric conversion layer, electrons and hole pairs are excited in the electron donor, and electrons are electrons. By moving to the receptor, separation of electrons and holes occurs. Therefore, the carriers generated by the light generate power as they move to the external circuit through the phenomenon of electron-hole separation.
상기와 같은 이유로, F. Yang등은 Nat. Mater. 4, 37 (2005)에 분리된 전자와 정공을 효과적으로 분리하여 에너지 변환효율을 높일 수 있는 벌크 헤테로정션 구조의 유기태양전지를 제시하였다. 하지만, 정공 수송층으로 사용되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)[PEDOT:PSS]가 PH 1～2의 매우 강한 산으로써, 애노드(anode)인 투명전극인 ITO를 부식시켜, 소자의 효율 및 수명을 저하시키는 원인이 되고 있다.For the same reason as above, F. Yang et al. Mater. 4, 37 (2005) presented an organic solar cell with a bulk heterojunction structure that can effectively separate the separated electrons and holes to increase the energy conversion efficiency. However, a poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrenesulfonate) [PEDOT: PSS] used as a hole transport layer is an anode having a very strong acid of pH 1-2, and is an anode. It is corrosive to phosphorus ITO and causes the efficiency and lifetime of an element to fall.
이를 해결하고자 Kyaw등은 Appl. Phys. Lett. 93, 221107 (2008) ITO 투명전극을 캐소드(cathode)로 적용하고, 메탈전극을 애노드(anode)로 적용한 인버티드 구조의 유기태양전지를 제시하였다. 상기 구조에서는, 전자포획층(electron selecting layer)로써 산화아연을, 전공포획층(hole selecting layer)로써 산화 몰리브데늄을 적용하였다. 하지만, 상기구조의 유기태양전지는 일반적인 구조의 유기태양전지보다 3.09%의 낮은 에너지 변환효율을 보였다. To solve this problem, Kyaw et al. Phys. Lett. 93, 221107 (2008) An inverted organic solar cell using an ITO transparent electrode as a cathode and a metal electrode as an anode was proposed. In the above structure, zinc oxide was used as the electron selecting layer and molybdenum oxide was used as the hole selecting layer. However, the organic solar cell of the above structure showed a lower energy conversion efficiency of 3.09% than the organic solar cell of the general structure.
상기 인버티드 구조의 유기태양전지에서는 정공포획층으로 증착공정을 적용해야 하는 산화 몰리브데늄을 사용함으로써, 공정비용의 상승 및 롤-투-롤 등의 연속공정에 적용하기 어렵다는 단점을 가진다. 따라서, 용액공정을 위해서는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 정공포획층으로 사용하게 되는데, 소수성을 가지는 광활성층 위에 친수성의 PEDOT:PSS를 스핀코팅할 경우 정공포획층 박막의 품질이 저하되어 1~2%대의 낮은 에너지 변환효율을 보이는 또 다른 단점이 발생하게 된다.The organic solar cell of the inverted structure has a disadvantage that it is difficult to apply to the continuous process such as the increase in the process cost and roll-to-roll by using the molybdenum oxide to apply the deposition process as the hole trapping layer. Therefore, for the solution process, PEDOT: PSS, which is a conductive polymer, is used as the hole trapping layer. When the hydrophilic PEDOT: PSS is spin-coated on the photoactive layer having hydrophobicity, the quality of the hole trapping layer thin film is deteriorated by 1 to 2%. Another drawback is the low energy conversion efficiency.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 인버티드 구조의 유기태양전지를 제작함에 있어, 정공포획층으로 사용되는 PEDOT:PSS 층의 형성 시, 친전자성 기능기를 가지는 수용성 계면활성제(surfactant)를 첨가하여, 모폴로지를 향상시켜 단락전류밀도(short circuit current density), 개방전압(open circuit voltage), 필팩터(fill factor)의 증가를 통한 고효율의 인버티드 구조의 유기태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the main object of the present invention in the production of the organic solar cell of the inverted structure, when forming the PEDOT: PSS layer used as the hole trapping layer, electrophilic The addition of a water-soluble surfactant having a functional group improves the morphology to increase the efficiency of the inverted structure by increasing short circuit current density, open circuit voltage, and fill factor. An organic solar cell and a method of manufacturing the same are provided.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명기판 위에 형성된 제1전극, 전자포획층, 광전변화층, 정공포획층 및 제2전극을 포함하는 인버티드 구조의 유기태양전지에 있어서, 상기 정공포획층에 친전자성 기능기를 가지는 수용성 계면활성제(surfactant)를 첨가하여, 모폴로지를 향상시키는 것을 특징으로 하는 인버티드 구조의 유기태양전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is an organic solar cell of the inverted structure including a first electrode, an electron trap layer, a photoelectric change layer, a hole trap layer and a second electrode formed on a transparent substrate, the hole trap layer An organic solar cell having an inverted structure is provided by adding a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group to the morphology to improve morphology.
본 발명은 또한 상기 정공포획층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 인버티드 구조의 유기태양전지의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing an organic solar cell having a high efficiency inverted structure, comprising the hole trapping layer.
구체적으로, 본 발명의 제조방법은 (1) 소수성인 광활성층 위에 친수성인 PEDOT:PSS를 코팅할 수 있도록 PEDOT:PSS를 잉크화 하는 단계; (2) 상기 잉크화 된 PEDOT:PSS에 계면활성제를 일정 비율로 혼합하는 단계; 및 (3) 상기 제조된 PEDOT:PSS 잉크를 코팅하여 정공포획층을 형성 하는 단계; 및 (4) 상기 형성된 정공포획층을 적용한 인버티드 구조의 유기태양전지를 제작하는 단계; 를 포함할 수 있다.Specifically, the manufacturing method of the present invention comprises the steps of (1) inkling the PEDOT: PSS to coat the hydrophilic PEDOT: PSS on the hydrophobic photoactive layer; (2) mixing a surfactant at a predetermined ratio with the inked PEDOT: PSS; And (3) coating the prepared PEDOT: PSS ink to form a hole trapping layer; And (4) manufacturing an organic solar cell having an inverted structure to which the formed hole trapping layer is applied; It may include.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 정공포획층의 모폴로지 향상을 통한 고효율 인버티드 구조의 유기 태양전지를 제공하는 것이 가능하다.According to the present invention as described above, it is possible to provide an organic solar cell having a high efficiency inverted structure by improving the morphology of the hole trapping layer.
또한, 본 발명의 정공포획층은 용액공정으로 제작이 가능하므로, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅 등의 비교적 간단한 공정으로 박막을 형성 할 수 있기 때문에 대면적, 고효율, 장수명의 유기태양전지를 저렴한 가격으로 제작 할 수 있다.In addition, since the hole trapping layer of the present invention can be manufactured by a solution process, a thin film can be formed by a relatively simple process such as inkjet printing, screen printing, gravure printing, and the like. Can be produced at a price.
도 1은 본 발명에 따른 유기태양전지의 구조이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 다양한 중량%의 Surfynol 104E 를 첨가한 박막을 적용한 유기태양전지의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 다양한 중량%의 Surfynol 104E 를 첨가한 박막을 적용한 유기태양전지의 IPCE 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 다양한 중량%의 Surfynol 104PA 를 첨가한 박막을 적용한 유기태양전지의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 다양한 중량%의 Surfynol 104PA 를 첨가한 박막을 적용한 유기태양전지의 IPCE 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크를 스핀코팅한 박막의 표면모폴로지를 AFM을 통해 관찰한 이미지 이다.(RMS : 60.315nm)
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 Surfynol 104E 를 0.1중량 % 첨가 후 스핀코팅한 박막의 표면모폴로지를 AFM을 통해 관찰한 이미지 이다.(RMS : 39.502nm)
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PEDOT:PSS 잉크에 Surfynol 104PA 를 0.1중량 % 첨가 후 스핀코팅한 박막의 표면모폴로지를 AFM을 통해 관찰한 이미지 이다.(RMS : 31.827nm)1 is a structure of an organic solar cell according to the present invention.
FIG. 2 is a current density-voltage graph of an organic solar cell using a thin film to which various weight% of Surfynol 104E is added to a PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an IPCE graph of an organic solar cell to which a thin film added with various weight percent of Surfynol 104E is added to a PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention.
4 is a current density-voltage graph of an organic solar cell to which a thin film to which various weight% of Surfynol 104PA is added to PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5 is an IPCE graph of an organic solar cell to which a thin film to which various weight% of Surfynol 104PA is added to a PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention is applied.
6 is an image observed through the AFM surface morphology of the thin film spin-coated PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention (RMS: 60.315nm).
FIG. 7 is an image of the surface morphology of the spin-coated thin film after adding 0.1 wt% of Surfynol 104E to the PEDOT: PSS ink according to the embodiment of the present invention through AFM. (RMS: 39.502nm)
8 is an image observed through the AFM surface morphology of the spin-coated thin film after adding 0.1% by weight of Surfynol 104PA to the PEDOT: PSS ink according to an embodiment of the present invention (RMS: 31.827 nm).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 유기태양전지의 개략적인 구조로, 도시된 바와 같이, 하부로부터 기판(110), 제1 전극(120), 전자포획층(130), 광변환층(140) 정공포획층(150) 및 제2 전극(160)이 적층된 구조를 갖는다.1 is a schematic structure of an organic solar cell manufactured according to a preferred embodiment of the present invention, as shown,
본 발명에서, 소자 제작에 사용되는 상기 기판(110)은 유리 및 석영판 이외에도 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthelate), PP(polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethlene), AS 수지, ABS 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose) 등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질로 제조될 수 있다.In the present invention, the
상기 제1 전극(120)은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 투명전극 물질을 상기 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성된다. 제1 전극(120)은 캐소드의 기능을 하는 부분으로써, 후술하는 제2 전극(160)에 비해 일함수가 큰 물질로 투명성 및 도전성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, ITO(indium tin oxide), 금, 은, 플로린이 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 있으며, 바람직하게는 ITO를 사용하는 것이 좋다.The
패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로판올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음 수분제거를 위해 가열판에서 100~150℃로 1~30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.The patterned ITO substrate is washed sequentially with a detergent, acetone and isopropanol (IPA), and then dried for 1 to 30 minutes at 100 to 150 ° C., preferably at 120 ° C. for 10 minutes on a heating plate to remove moisture, and the substrate is thoroughly cleaned. The surface of the substrate is modified to be hydrophilic.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합표면전위를 전자포획층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있으며, 개질 시 ITO 기판 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상된다. 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 등이 있으며, 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.Through the surface modification as described above, the bonding surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the electron trapping layer, and during modification, the formation of the polymer thin film on the ITO substrate is facilitated and the quality of the thin film is improved. 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. There is a method to oxidize, etc., depending on the state of the substrate to select one of the above methods, whichever method is commonly used to prevent the oxygen escape of the surface of the substrate and to minimize the residual of moisture and organic matters practical effect of pretreatment You can expect.
본 발명의 실시예에서는 UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용하였으며, 초음파 세정 후 패턴된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking) 하여 잘 건조시킨 다음 챔버에 투입하고 UV 램프를 작용시켜 산소가스가 UV광과 반응하여 발생하는 오존에 의해 패턴된 ITO 기판을 세정하게 된다.In the embodiment of the present invention, a method of oxidizing the surface through ozone generated by using UV was used. After ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate was baked on a hot plate, dried well, and then put into a chamber. The UV lamp is operated to clean the ITO substrate patterned by ozone generated by the reaction of oxygen gas with UV light.
그러나, 본 발명에 있어서의 패턴된 ITO 기판의 표면개질방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.However, the surface modification method of the patterned ITO substrate in this invention does not need to be specifically limited, Any method may be used as long as it is a method of oxidizing a substrate.
상기 전처리된 제1 전극(120)의 상부에는 비정질 ZnO 전자포획층(130)이 스핀코팅 또는 딥코팅 등의 방법을 통해 도입되는데, 본 발명에서는 졸-겔 법으로 합성된 ZnO 전구체를 1:0.25 내지 1:5의 중량비로 물 또는 알코올과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.An amorphous ZnO
상기 ZnO 전구체를 비정질의 ZnO로 만들기 위해서는 전처리 된 ITO 투명전극 위에 ZnO 전구체와 물 또는 알코올이 1:0.2 내지 1:1의 중량비, 바람직하게는 1:0.25내지 1:0.75의 중량비로 혼합된 혼합액을 1000rpm 내지 4000rpm의 속도로 스핀코팅하여 박막을 형성한다. 형성된 박막을 UVO 클리너에 넣어 5분 내지 1시간 동안, 바람직하게는 10분 내지 30분동안 UV를 조사한 후, 가열판에서 80℃ 내지 300℃, 바람직하게는 100℃ 내지 200℃로 30분 내지 3시간, 바람직하게는 1시간 내지 2시간 동안 열처리 한다.In order to make the ZnO precursor into amorphous ZnO, a mixed solution of ZnO precursor and water or alcohol in a weight ratio of 1: 0.2 to 1: 1, preferably 1: 0.25 to 1: 0.75, is mixed on the pretreated ITO transparent electrode. A thin film is formed by spin coating at a speed of 1000 rpm to 4000 rpm. The formed thin film was placed in a UVO cleaner and irradiated with UV for 5 minutes to 1 hour, preferably 10 minutes to 30 minutes, and then 30 minutes to 3 hours at 80 ° C to 300 ° C, preferably 100 ° C to 200 ° C on a heating plate. Preferably, the heat treatment for 1 to 2 hours.
본 발명의 광전변환층(140)은, 폴리-3-헥실티오펜(P3HT) 및 C-T 타입 고분자 및 그의 유도체를 전자공여체로 하고, [6,6]-페닐-C 61 -부틸산 메틸에스테르(PCBM(C 60 )) 및 [6,6]-페닐-C 71 -부틸산 메틸에스테르(PC 71 BM)를 전자수용체로 하며, 그 비율은 1 : 0.5 ~ 1 : 2, 바람직하게는 1 : 0.6 ~ 1 : 1.0의 중량비로 배합되어 있는 광전변환물질을 사용할 수 있다.The photoelectric conversion layer 140 of the present invention is a poly-3-hexylthiophene (P3HT), a CT type polymer and its derivatives as electron donors, and [6,6] -phenyl- C 61 -butyl acid methyl ester ( PCBM (C 60 )) and [6,6] -phenyl- C 71 -butyl acid methyl ester (PC 71 BM) are used as the electron acceptor, and the ratio is 1: 0.5 to 1: 2, preferably 1: 0.6. Photoelectric conversion material mixed in a weight ratio of 1 to 1.0 can be used.
상기와 같은 광전변환물질들은 유기용매에 용해시키는데, 바람직하게는 2가지 이상의 끓는점이 다른 유기용매에 용해시킨 용액을 스핀코팅 등의 방법으로 10nm 내지 150nm, 바람직하게는 60nm 내지 120nm 두께로 광전변환층을 도입한다. 이때, 광전변환층은 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법을 응용할 수 있다. Such photoelectric conversion materials are dissolved in an organic solvent. Preferably, a solution obtained by dissolving two or more boiling points in an organic solvent having a different boiling point is 10 nm to 150 nm, preferably 60 nm to 120 nm, by spin coating or the like. Introduce. In this case, the photoelectric conversion layer may be applied to methods such as dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting, and the like.
또한, 상기 전자수용체는 PCBM(C 60 )을 포함하여, C 70 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 등의 다른 플러렌 유도체를 사용할 수도 있으며, 코팅된 박막은 80℃ 내지 160℃, 바람직하게는 90℃ 내지 140℃에서 어닐링 하여 전도성 고분자의 결정성을 높여주는 것이 좋다.In addition, the electron acceptor may include other fullerene derivatives such as C 70 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 , including PCBM (C 60 ), and the coated thin film may be 80 ° C. to 160 ° C. It is good to improve the crystallinity of the conductive polymer by annealing at ℃, preferably 90 ℃ to 140 ℃.
상기 정공포획층(150)은 광전변환층(140)이 도입된 상태에서 전도성 고분자인 PEDOT:PSS에 부탄올(butanol)을 0.5 내지 1.5 중량%, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 0.5 내지 1.5 중량% 혼합하여 소수성인 광전변환층 위에 스핀코팅할 수 있도록 PEDOT:PSS를 잉크화 하였다. 상기 잉크에 젖음성 및 슬립성을 개선시켜 모폴로지의 향상을 통한 에너지 변환효율 증대를 위해 계면활성제인 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올이 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol), 2-부톡시헥산올(2-butoxyethanol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), n-프로필 알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용매에 50 내지 75% 용해된 용액을 0.1내지 1중량% 첨가하였다.The
2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올
2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol
상기 개선된 PEDOT:PSS를 1000rpm 내지 4000rpm으로 스핀코팅하고, 120℃로 20분동안 열처리 하여, 10nm 내지 40nm 두께의 정공포획층을 얻을 수 있었다.The improved PEDOT: PSS was spin-coated at 1000 rpm to 4000 rpm, and heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain a hole trapping layer having a thickness of 10 nm to 40 nm.
또한, 상기 정공포획층(150)이 도입된 상태에서 상부에 제2전극층(160)을 형성한다. 제2전극층은 5× 10-7 torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되는데, 사용가능한 재료로는 알루미늄, 은, 금 등이 있으며, 바람직하게는 은을 제2전극층으로 사용하는것이 좋다.
In addition, the
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
실시예Example 1. One. 패턴된Patterned ITOITO 기판 세정 Substrate Cleaning
패턴된 ITO glass(면저항: ~15 Ω/sq2, 삼성 코닝, 한국) 기판의 표면을 세정하기 위하여, 세정제(Alconox, Aldrich, 미국), 아세톤, 및 이소프로판올(IPA)을 사용해 순차적으로 각각 20분씩 초음파 세정을 실시한 후, 질소로 물기를 완전히 불어낸 다음 가열판에서 120℃로 10분간 건조해 수분을 완전히 제거하였다.To clean the surface of a patterned ITO glass (surface resistance: ~ 15 Ω / sq 2 , Samsung Corning, South Korea) substrate, each using a cleaning agent (Alconox, Aldrich, USA), acetone, and isopropanol (IPA) for 20 minutes each After performing ultrasonic cleaning, water was completely blown with nitrogen and dried at 120 ° C. for 10 minutes on a heating plate to completely remove moisture.
패턴된 ITO 기판의 세정이 완료되면, UVO 세정기(UVO cleaner, Ahtech LTS, 한국)에서 10분 동안 표면을 친수성으로 개질하였다.
Once the cleaning of the patterned ITO substrate was completed, the surface was hydrophilically modified for 10 minutes in a UVO cleaner (UVO cleaner, Ahtech LTS, Korea).
실시예Example 2. 2. ZnOZnO 전구체의 합성 Synthesis of Precursors
비정질 ZnO 전자포획층을 형성할 ZnO 전구체를 합성하기 위하여, 30 ㎖ 바이알에 10ml의 2-methoxyethanol(Aldrich, 미국)과, 0.379g의 zinc acetate(Aldrich, 미국)를 넣고 교반한 후, 0.0528g의 ethanol amine을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반한다.
In order to synthesize a ZnO precursor to form an amorphous ZnO electron trap layer, 10 ml of 2-methoxyethanol (Aldrich, USA) and 0.379 g of zinc acetate (Aldrich, USA) were added to a 30 ml vial, followed by stirring. Add ethanol amine and stir at 80 ° C for 2 hours.
실시예Example 3. 3. ZnOZnO 전구체 용액 제조 Precursor Solution Preparation
상기 실시예 2에서 합성한 ZnO 전구체에 이소프로필알코올(IPA)를 1:0.5 내지 1:1 중량로 희석하고, 90℃ 가열판에서 30분간 가열 후, 24시간 동안 교반한다.
Isopropyl alcohol (IPA) was diluted 1: 0.5 to 1: 1 by weight in the ZnO precursor synthesized in Example 2, heated at 90 ° C. for 30 minutes, and then stirred for 24 hours.
실시예Example 4. 4. 정공포획층용For hole trapping layer PEDOTPEDOT :: PSSPSS 잉크 제조 Ink manufacturing
전도성 고분자인 PEDOT:PSS는 PEDOT과 도판트인 PSS가 물에 분산된 형태로, 친수성 물질이다. 이를 소수성을 띠고 있는 광활성층에 스핀코팅하기 위해서는, PEDOT:PSS를 개질해야 한다. 따라서, 젖음성이 좋은 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 0.75 중량%, 부탄올(butanol)을 0.75 중량% 혼합하여 소수성인 광전변환층 위에 PEDOT:PSS층을 형성할 수 있도록 PEDOT:PSS를 잉크화 하였다.
PEDOT: PSS, a conductive polymer, is a hydrophilic material in which PEDOT and dopant PSS are dispersed in water. In order to spin coat the hydrophobic photoactive layer, PEDOT: PSS should be modified. Therefore, PEDOT: PSS is inkized to form a PEDOT: PSS layer on a hydrophobic photoelectric conversion layer by mixing 0.75 wt% of isopropyl alcohol (IPA) and 0.75 wt% of butanol with good wettability. It was.
실시예Example 5. 5. 정공포획층의Hole trapping layer 모폴로지Morphology 향상을 위한 For improvement PEDOTPEDOT :: PSSPSS 잉크 제조 Ink manufacturing
상기 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 젖음성, 슬립성 및 접착특성을 향상시키기 위해 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 에틸렌글리콜(EG)에 50중량% 첨가한 용액인 Surfynol 104E(Air products, 미국)과 이소프로필 알코올(IPA)에 50중량% 첨가한 용액인 Surfynol 104PA(Air products, 미국)에 각각 0.1중량% 내지 0.3중량% 첨가하고 24시간동안 교반하였다.
2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to ethylene glycol (EG) in order to improve the wettability, slip properties and adhesion properties of the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4. 50% by weight of Surfynol 104E (Air products, USA) and 50% by weight of Surfynol 104PA (Air products, USA) were added 0.1% to 0.3% by weight, respectively. Stir for hours.
실시예Example 6. 유기태양전지의 제조(1) 6. Fabrication of Organic Solar Cells (1)
실시예 1에서 준비한 ITO glass 기판에 실시예 3의 방법으로 준비한 ZnO 전구체를 스피코팅법을 이용하여 약 40nm 두께의 ZnO 박막을 얻었으며, 30분동안 UV 조사 후 150℃에서 2시간동안 열처리를 실시하여 전자포획층을 형성하였다. The ZnO precursor prepared by the method of Example 3 was obtained on the ITO glass substrate prepared in Example 1 to obtain a ZnO thin film having a thickness of about 40 nm by using a spigot coating method, followed by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours after UV irradiation for 30 minutes. To form an electron trap layer.
P3HT와 PCBM을 1 : 0.6의 중량비로 혼합한 광전변환층 재료를 클로로벤젠 용매에 1.5중량%의 농도로 용해시키고, 상기의 전자포획층이 도입된 ITO 기판에 스핀코팅한 다음 120℃에서 10분간 열처리하여 130 ㎚ 두께의 광전변환층을 도입하였다.The photoelectric conversion layer material mixed with P3HT and PCBM in a weight ratio of 1: 0.6 was dissolved in a chlorobenzene solvent at a concentration of 1.5% by weight, spin-coated on the ITO substrate into which the electron trap layer was introduced, and then at 120 ° C. for 10 minutes. The heat treatment was performed to introduce a 130 nm thick photoelectric conversion layer.
정공포획층을 형성하기 위해서, 실시예 5에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크를 스핀코팅하였다. 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 에틸렌글리콜(EG)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.1중량% 첨가한 용액을 사용하였으며, 3000rpm으로 스핀코팅한 후, 120℃에서 20분 가열하여 약 30nm 두께의 정공포획층을 제작하였다.In order to form the hole trapping layer, the PEDOT: PSS ink prepared in Example 5 was spin coated. 50% by weight of 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to ethylene glycol (EG) in an amount of 0.1% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4. The solution was used, spin-coated at 3000 rpm, and then heated at 120 ° C. for 20 minutes to prepare a hole trapping layer having a thickness of about 30 nm.
이어서 5× 10-7 torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 제2전극층으로 은(Ag)을 4Å/s의 속도로 70nm 증착하여 유기태양전지를 제조하였다.
Subsequently, an organic solar cell was manufactured by depositing 70 nm of silver (Ag) at a rate of 4 kW / s as a second electrode layer in a thermal evaporator having a vacuum degree of 5 × 10 −7 torr or less.
실시예Example 7. 유기태양전지의 제조(2) 7. Fabrication of Organic Solar Cells (2)
상기 실시예 6과 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층 제조시 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 에틸렌글리콜(EG)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.2중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured according to the same method and conditions as in Example 6, except that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to ethylene glycol (EG) in preparation of the hole trapping layer. A solution added by weight% was prepared using a solution added by 0.2% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4.
실시예Example 8. 유기태양전지의 제조(3) 8. Fabrication of Organic Solar Cell (3)
상기 실시예 7과 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층 제조시 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 에틸렌글리콜(EG)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.3중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured according to the same method and conditions as in Example 7, except that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to ethylene glycol (EG) in the preparation of the hole trapping layer. A solution added by weight% was prepared using a solution added by 0.3% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4.
실시예Example 9. 유기태양전지의 제조(4) 9. Fabrication of Organic Solar Cell (4)
상기 실시예 8과 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층 제조시 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 이소프로필 알코올(IPA)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.1중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured according to the same method and conditions as in Example 8, except that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to isopropyl alcohol (IPA) when preparing the hole trapping layer. A solution added by 50% by weight was prepared using a solution added by 0.1% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4.
실시예Example 10. 유기태양전지의 제조(5) 10. Fabrication of Organic Solar Cells (2006.01)
상기 실시예 9와 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층 제조시 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 이소프로필 알코올(IPA)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.2중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured according to the same method and conditions as in Example 9, except that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to isopropyl alcohol (IPA) when preparing the hole trapping layer. A solution added by 50% by weight was prepared using a solution added by 0.2% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4.
실시예Example 11. 유기태양전지의 제조(6) 11. Fabrication of Organic Solar Cells (6)
상기 실시예 10과 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층 제조시 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올을 이소프로필 알코올(IPA)에 50중량% 첨가한 용액을 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크에 0.3중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured according to the same method and conditions as in Example 10, except that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol was added to isopropyl alcohol (IPA) in preparing the hole trapping layer. A solution added by 50% by weight was prepared using a solution added by 0.3% by weight to the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4.
비교예Comparative example 1. 유기태양전지의 제조(7) 1. Fabrication of Organic Solar Cells (7)
상기 실시예 6과 동일한 방법 및 조건으로 유기태양전지를 제조하되, 정공포획층의 제작시 실시예 4에서 제조한 PEDOT:PSS 잉크를 사용하여 제조하였다.
An organic solar cell was manufactured by the same method and condition as in Example 6, except that the PEDOT: PSS ink prepared in Example 4 was used to prepare the hole trapping layer.
실험예Experimental Example 1. 유기태양전지의 특성 평가 1. Characterization of Organic Solar Cell
상기 실시예 6내지 11에서 제조한 유기태양전지의 전기광학적 특성을 측정하기 위하여, 키슬리 2400 소스미터와 태양광 모의실험장치(Oriel 150W solar simulator)를 사용해 표준조건(Air Mass 1.5 Global, 100 ㎽/㎠, 25℃)에서 전류-전압밀도를 측정하였다.In order to measure the electro-optical characteristics of the organic solar cells manufactured in Examples 6 to 11, standard conditions (Air Mass 1.5 Global, 100 ㎽) were used using a Keithley 2400 source meter and an Oriel 150W solar simulator. /
상기 유기태양전지들의 광단락전류밀도(Jsc), 광개방전압(Voc), Fill Factor(FF) 및 에너지변환효율은 하기 표 1에 나타내었다.Optical short-circuit current density (Jsc), photo-opening voltage (Voc), Fill Factor (FF) and energy conversion efficiency of the organic solar cells are shown in Table 1 below.
이때, Fill Factor(FF)는 최대 전력점에서 전압값(Vmax)× 전류밀도(Jmax)/(Voc× Jsc), 에너지변환효율은 FF× (Jsc× Voc)/Pin, Pin=100[㎽/㎠]으로 계산하였다.At this time, the Fill Factor (FF) is the voltage value Vmax × current density Jmax / (Voc × Jsc) at the maximum power point, and the energy conversion efficiency is FF × (Jsc × Voc) / Pin, Pin = 100 [㎽ / Cm 2].
Jsc(㎃/㎠)Optical short circuit current density
Jsc (㎃ / ㎠)
Voc(V)Photo-opening voltage
Voc (V)
(%)Fill factor
(%)
(%)Energy conversion efficiency
(%)
실시예 6내지 실시예 8은 PEDOT:PSS 잉크에 Surfynol 104E의 첨가량에 따른 유기태양전지의 특성을 비교한 것으로, 도 2에 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프를 나타내었고, 도 3에는 입사광자의 전류변환효율(incident photon-to-current conversion efficiency; IPCE) 그래프를 나타내었다. 계면활성제를 첨가하지 않은 비교예 1의 경우, 광단락전류밀도는 10.1㎃/㎠, 광개방전압은 0.575V, 필팩터는 43.1%로써 계산된 에너지변환효율은 2.5%를 나타냈다. 하지만, 계면활성제인 Surfynol 104E를 0.1중량% 첨가한 실시예 6의 경우, 광단락전류밀도는 10.4㎃/㎠, 광개방전압은 0.595V로 각각 소폭 상승하였지만, 필팩터는 50%로 16% 향상되어 3.1%의 에너지 변환효율을 보였다. 이는 비교예 1보다 24%이상 향상된 결과이다.Examples 6 to 8 compare the characteristics of organic solar cells according to the amount of Surfynol 104E added to PEDOT: PSS ink. FIG. 2 shows a graph of current density-voltage (JV) characteristics, and FIG. The graph shows the incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE). In Comparative Example 1, in which the surfactant was not added, the optical short-circuit current density was 10.1 mA /
실시예 9내지 실시예 11은 PEDOT:PSS 잉크에 Surfynol 104PA의 첨가량에 따른 유기태양전지의 특성을 비교한 것으로, 도 4에 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프를 나타내었고, 도 5에는 입사광자의 전류변환효율(incident photon-to-current conversion efficiency; IPCE) 그래프를 나타내었다. 계면활성제인 Surfynol 104PA를 0.1중량% 첨가한 실시예 9의 경우, 광단락전류밀도는 9.7㎃/㎠로 소폭 감소하였지만, 광개방전압은 0.636V, 필팩터는 55.4%로 각각 10%, 28% 향상되어 3.4%의 에너지 변환효율을 보였다. 이는 비교예 1보다 36%이상 향상된 결과이다.Examples 9 to 11 compare the characteristics of organic solar cells according to the amount of Surfynol 104PA added to PEDOT: PSS ink. FIG. 4 shows a graph of current density-voltage (JV) characteristics, and FIG. The graph shows the incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE). In Example 9, in which 0.1 wt% of Surfynol 104PA, a surfactant, was added, the optical short-circuit current density decreased slightly to 9.7 kW /
상기 실시예에 따른 에너지 변환효율 증대의 원인을 찾아보고자, 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)을 통해 박막표면을 관찰하였다. 실시예 6과 실시예 9의 박막 모폴로지는 각각 39.502nm와 31.827nm로 비교예 1의 박막 모폴로지인 60.315nm보다 향상된 것을 알 수 있다. 따라서, 정공포획층의 모폴로지의 향상으로 인해 제작된 상기 소자의 특성이 향상된 것을 알 수 있었다.
In order to find the cause of the increase in energy conversion efficiency according to the embodiment, the surface of the thin film was observed through an atomic force microscope (AFM). It can be seen that the thin film morphologies of Example 6 and Example 9 were 39.502 nm and 31.827 nm, respectively, than the thin film morphology of Comparative Example 1 was 60.315 nm. Therefore, it was found that the characteristics of the fabricated device were improved due to the improvement of the morphology of the hole trapping layer.
이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 의하여 정의된다고 할 것이다. As described above, specific portions of the contents of the present invention have been described in detail, and for those skilled in the art, these specific techniques are merely preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Will be obvious. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (12)
The first electrode, the electron trapping layer, the light conversion layer, the hole trapping layer and the second electrode are sequentially stacked on the transparent substrate, and a morphology is added by adding a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group to the hole trapping layer. The organic solar cell of the inverted structure, characterized in that the improved.
상기 전자포획층은 졸-겔 법으로 합성된 산화아연 전구체와 물 또는 알코올을 1:0.25 내지 1:5의 중량비로 혼합한 혼합물인 비정질 산화아연 층인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 1,
The electron capture layer is an organic solar cell, characterized in that the amorphous zinc oxide layer is a mixture of a zinc oxide precursor synthesized by the sol-gel method and water or alcohol in a weight ratio of 1: 0.25 to 1: 5.
상기 전자포획층은 스핀 코팅 또는 딥 코팅 방법을 사용하여 상기 제1전극 상부에 도입되는 비정질 산화아연 박막인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 1,
The electron trap layer is an organic solar cell, characterized in that the amorphous zinc oxide thin film introduced on the first electrode using a spin coating or dip coating method.
상기 비정질 산화아연 박막은, 산화아연 전구체와 물 또는 알코올을 1:0.2 내지 1:1의 중량비로 혼합한 혼합액을 1000rpm 내지 4000rpm의 속도로 스핀 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 3, wherein
The amorphous zinc oxide thin film is formed by spin coating a mixed solution of a zinc oxide precursor and water or an alcohol in a weight ratio of 1: 0.2 to 1: 1 at a speed of 1000rpm to 4000rpm.
상기 비정질 산화아연 박막은, 스핀 코팅 또는 딥 코팅 후 UVO 클리너에서 5분 내지 1시간 동안 UV를 조사한 후 가열판에서 80 내지 300℃, 30분 내지 3시간동안 열처리되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 3, wherein
The amorphous zinc oxide thin film is irradiated with UV for 5 minutes to 1 hour in a UVO cleaner after spin coating or dip coating, and then heat-treated at 80 to 300 ° C. for 30 minutes to 3 hours in a heating plate.
상기 계면활성제는 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 1,
The surfactant is an organic solar cell, characterized in that 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol.
상기 계면활성제는 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol), 2-부톡시헥산올(2-butoxyethanol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), n-프로필 알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용매에 50 내지 75% 용해된 용액을 0.1내지 1중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
The method of claim 1,
The surfactant is 2-ethylhexanol, 2-butoxyethanol, 2-butoxyethanol, dipropylene glycol, ethylene glycol, n-propyl alcohol organic solar cell, characterized in that the solution of 50 to 75% dissolved in at least one solvent selected from the group consisting of alcohol, isopropyl alcohol, propylene glycol is added in an amount of 0.1 to 1% by weight battery.
상기 정공포획층은,
(1) 소수성인 광활성층 위에 친수성인 PEDOT:PSS를 코팅할 수 있도록 PEDOT:PSS를 잉크화 하는 단계;
(2) 상기 (1)단계에 의해 잉크화 된 PEDOT:PSS에 친전자성 기능기를 가지는 수용성 계면활성제(surfactant)를 혼합하는 단계;
(3) 상기 (2)단계에 의해 제조된 PEDOT:PSS 잉크를 코팅하여 정공포획층을 형성하는 단계; 및
(4) 상기 (3)단계에 의해 형성된 전공포획층을 적용한 인버티드 구조의 유기태양전지를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.
The first electrode, the electron trapping layer, the light conversion layer, the hole trapping layer and the second electrode are sequentially stacked on the transparent substrate, and a morphology is added by adding a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group to the hole trapping layer. In the manufacturing method of the organic solar cell of the inverted structure, characterized in that the improved
The hole trap layer is,
(1) inking the PEDOT: PSS to coat the hydrophilic PEDOT: PSS on the hydrophobic photoactive layer;
(2) mixing a water-soluble surfactant having an electrophilic functional group with PEDOT: PSS inkified by step (1);
(3) coating a PEDOT: PSS ink prepared in step (2) to form a hole trap layer; And
(4) manufacturing an organic solar cell having an inverted structure to which the hole trapping layer formed by the step (3) is applied.
상기 제 (1) 단계에 있어서, PEDOT:PSS를 잉크화 하기 위해 PEDOT:PSS에 부탄올 0.5 내지 1.5중량%, 이소프로필 알코올 0.5 내지 1.5중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.
The method of claim 8,
In the step (1), the method for producing an organic solar cell, characterized in that 0.5 to 1.5% by weight of butanol, 0.5 to 1.5% by weight of isopropyl alcohol in PEDOT: PSS to ink PEDOT: PSS.
상기 제 (2)단계에 있어서, 계면활성제는 2,4,7,9-테트라메틸-5-데킨-4,7-디올이 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol), 2-부톡시헥산올(2-butoxyethanol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), n-프로필 알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용매에 50 내지 75% 용해된 용액을 0.1내지 1중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.
The method of claim 8,
In the step (2), the surfactant is 2,4,7,9-tetramethyl-5-dekin-4,7-diol is 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol From the group consisting of (2-butoxyethanol), dipropylene glycol, ethylene glycol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol and propylene glycol Method for producing an organic solar cell, characterized in that the solution dissolved in 50 to 75% in any one or more solvents selected from 0.1 to 1% by weight.
상기 제 (3)단계에 있어서, PEDOT:PSS 잉크를 1000rpm 내지 4000rpm으로 스핀코팅하고 120℃로 20분간 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
In the step (3), the PEDOT: PSS ink is spin-coated at 1000rpm to 4000rpm and heat-treated for 20 minutes at 120 ℃.
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| KR1020100117136A KR101149782B1 (en) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Inverted organic photovoltaic cells and manufacturing method thereof |
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