KR101181227B1 - 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

유기 태양 전지 및 이의 제조 방법이 제공된다.

Description

유기 태양 전지 및 이의 제조 방법{Organic solar cell and method for preparing the same}
유기 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 신?재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있는 현 시점에서, 미래 에너지로써의 가능성과 다양한 장점을 지닌 유기 태양 전지가 주목 받고 있다.
실리콘을 이용한 무기 태양 전지에 비해, 유기 태양 전지는 박막화 및 저비용 제조가 가능하여, 향후 각종 플렉서블 소자에 다양하게 적용될 수 있다.
현재, 유기 태양 전지의 특성 개선을 위하여, 다양한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 예를 들면, 광활성층 재료의 열처리, 광활성층 표면 처리 등과 같은 광활성층의 개선이 시도되고 있다.
그러나, 유기 태양 전지의 광전변환 효율 향상, 제조 단가 절감 등의 필요성은 여전히 요구되고 있다.
우수한 광전변환 효율을 가지면서 저비용으로 제작가능한 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
제1전극; 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 광활성층; 및 상기 광활성층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 추출층;을 포함하고, 상기 전자 추출층은 극성 고분자를 포함한, 유기 태양 전지가 제공된다.
상기 극성 고분자의 쌍극자 모멘트는 0.3debye 이상일 수 있다.
상기 극성 고분자는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기를 적어도 하나 포함할 수 있다:
<화학식 1A>
Figure 112010065625289-pat00001
상기 화학식 1A 중
a는 0 내지 10의 정수이고;
L1은 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C20헤테로아릴렌기이고;
p는 1 내지 10의 정수이고;
A1은 -OH, -NH2 및 하기 화학식 2A 중 하나인 극성 그룹(polar group)이고;
<화학식 2A>
Figure 112010065625289-pat00002
상기 화학식 2A 중,
B1 및 B2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 이중 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2-C5알케닐렌기이고;
X는 C 또는 N이다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1A 중 L1은 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 안트릴렌기일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2A 중 B1 및 B2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2A 중 X는 N일 수 있다.
상기 극성 고분자는 하기 화학식 3A로 표시되는 반복 단위를 가질 수 있다:
<화학식 3A>
Figure 112010065625289-pat00003
상기 화학식 3A 중,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소 (H), 니트로기(-NO2), 시아노기(-CN), 히드록실기(-OH), 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴에스테르기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴에스테르기, -N(Q1)(Q2), 또는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기이되(여기서, Q1 내지 Q2는 서로 독립적으로, 수소, C1-C30알킬기, C6-C30아릴기 또는 C2-C30헤테로아릴기임), 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 상기 화학식 1A로 표시되는 치환기일 수 있다.
상기 화학식 3A 중, R1 내지 R3가 수소이고, 상기 R4가 상기 화학식 1로 표시되는 치환기일 수 있다.
상기 극성 고분자는 화학식 4A의 폴리(4-비닐페놀)(PHS), 화학식 4B의 폴리비닐알콜(PVA) 또는 화학식 4C의 폴리비닐피롤리돈일 수 있다.
<화학식 4A> <화학식 4B> <화학식 4C>
Figure 112010065625289-pat00004
Figure 112010065625289-pat00005
Figure 112010065625289-pat00006
상기 화학식 4A 내지 4C 중 n1 내지 n3는 서로 독립적으로, 10 내지 1,000,000이다.
상기 극성 고분자의 중량 평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 90,000,000일 수 있다.
상기 전자 추출층의 두께는 0.1nm 내지 10nm일 수 있다.
상기 유기 태양 전지 중, 상기 전자 추출층의 일면과 상기 제2전극의 일면이 서로 접촉할 수 있다.
한편, 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상에 극성 고분자를 포함한 전자 추출층을 형성하는 단계; 및
상기 전자 추출층 상에 제2전극을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 전자 추출층 형성 단계는 상기 극성 고분자 및 용매를 포함한 혼합물로 이루어진 제1층을 형성하는 공정 및 상기 제1층 중 상기 용매의 일부 이상을 제거하여 상기 전자 추출층을 수득하는 공정을 포함하는, 유기 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.
상기 유기 태양 전지의 제조 방법 중, 상기 전자 추출층 형성 단계의 상기 제1층 형성 공정은 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 딥 코팅법, 전기영동증착법, 테이프 캐스팅법, 스크린 프린팅법, 닥터 블레이드 코팅법, 그래비어 프린팅법, 그래비어 오프셋 프린팅법, 랭뮈어-블로제트(Langmuir-Blogett)법, 또는 다층 박막 자기 조립법(layer-by-layer self-assembly)을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 유기 태양 전지는 우수한 광전변환 효율을 가지면서, 동시에, 저비용으로 용이하게 박막으로 제작가능하다.
도 1은 상기 유기 태양 전지의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 상기 도 1의 유기 태양 전지의 각 층의 에너지 준위를 도시한 도면이고,
도 3은 비교예 1 및 실시예 1의 유기 태양 전지의 전압-전류 특성을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 상기 유기 태양 전지의 일 구현예의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 유기 태양 전지는 제1전극(101), 정공 추출층(102), 광활성층(104), 전자 추출층(106) 및 제2전극(108)가 차례로 적층된 구조를 갖는다.
상기 제1전극(101)은 기판(도 1에서는 미도시함) 상에 형성될 수 있다. 상기 기판으로는, 통상적인 반도체 공정에 사용되는 기판(예를 들면 실리콘 기판 등) 또는 태양광 등의 외부 광을 입사시킬 수 있는 실질적으로 투명(무색투명, 착색투명 또는 반투명)인 물질로 이루어진 기판 등을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판으로는, 각종 유리재료, 각종 금속 산화물, 고분자 기판 등을 이용할 수 있다. 상기 금속 산화물의 예로는, 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 인듐 틴 옥사이드 등을 들 수 있고, 상기 고분자 기판의 예로는, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 기판은 서로 다른 1 이상의 물질의 혼합물로 이루어진 단일층일 수도 있고, 서로 다른 2 이상의 물질로 이루어진 개별층들이 적층된 다층 구조일 수도 있다.
상기 제1전극(101)은 애노드일 수 있다. 상기 제1전극(101)의 재료는 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(101)은 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), 안티몬 틴 옥사이드(antimony tin oxide, ATO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금, 은, 금, 구리, 몰리브덴, 티탄, 탄탈 및 이들 중 2 이상의 조합(예를 들면, 합금 또는 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 또는 마그네슘-은(Mg-Ag) 공증착층); 흑연 등의 각종 탄소계 재료 등을 이용할 수 있다. 상기 제1전극(101)은 서로 다른 2종의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(101)을 서로 다른 2종의 물질을 포함한 2층 구조로 형성할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다. 상기 제1전극(101)은 선택된 재료에 따라, 스퍼터링법, 증착법(기상 증착법 또는 열증착법 등), 이온빔 어시스티드 증착법(IBAD), 각종 습식 코팅법 등 공지된 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1전극(101) 상에는 정공 추출층(102)이 형성되어 있다. 상기 정공 수송층(102)은 광활성층(104)에서 생성된 정공을 포착 및 수송하여, 제1전극(101)으로 전달하는 역할을 할 수 있다.
상기 정공 추출층(102)의 재료로서, 전도성 고분자를 사용할 수 있다. 상기 전도성 고분자의 예로서, PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), 폴리아닐린, 폴리디페닐, 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, Cu-PC(커퍼 프탈로시아닌) 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 이들 중 2 이상의 조합을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 정공 추출층(102) 재료로서, PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트))을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 추출층(102)은, 선택된 재료에 따라, 증착법(기상 증착법 또는 열증착법 등), 이온빔 어시스티드 증착법(IBAD), 각종 습식 코팅법 등 공지된 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 정공 추출층(102)의 두께는, 1nm 내지 500nm일 수 있다. 상기 정공 추출층(102)의 범위가 상기 범위를 만족할 경우, 구동 전압 상승없이 우수한 정공 추출 성능을 나타낼 수 있다.
광활성층(104)은 상기 정공 추출층(102) 상에 형성되어 있다. 상기 광활성층(104)은 태양광 등과 같은 외부광을 흡수하여, 이로부터 정공과 전자를 생성시키는 역할을 할 수 있다.
상기 광활성층(104)은 전자 주게(donor) 물질과 전자 받게(acceptor) 물질을 포함한 단일층(single layer) 또는 전자 주게 물질을 포함한 층과 전자 받게 물질을 포함한 층을 포함한 복층(multiple layers) 구조일 수 있는 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 주게 물질로는, π-전자를 포함하는 p-형 전도성 고분자 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주게 물질로 이용되는 전도성 고분자의 구체적인 예로는 P3HT(폴리(3-헥실티오펜), 폴리실록산 카르바졸, 폴리아닐린, 폴리에틸렌 옥사이드, (폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌), MEH-PPV(폴리-[2-메톡시-5-(2'-에톡시헥실옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌]: poly-[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]), MDMO-PPV(폴리[2-메톡시-5-3(3',7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌]: poly[2-methoxy-5-3(3',7'-dimethyloctyloxy)-1-4-phenylene vinylene]), PFDTBT(폴리(2,7-(9,9-디옥틸)-플루오렌-alt-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸): poly((2,7-(9,9-dioctyl)-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)), PCPDTBT(폴리[N',0'-헵타데카닐-2,7-카바졸-alt-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아졸), 폴리인돌, 폴리카르바졸, 폴리피리디아진, 폴리이소티아나프탈렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피리딘, 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리피리딘, 이들의 유도체 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자 주게 물질의 구체예 중 2 이상의 조합(블렌드, 공중합체 등을 모두 포함함)의 사용도 물론 가능하다.
상기 전자 받게 물질의 구체예로는, 플러렌 또는 그 유도체(예를 들면, 플러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)), CdSe 등의 나노 결정, 탄소 나노 튜브, 나노 로드 PBI(polybenzimidazole), PTCBI(3,4,9,10 perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광활성층(104)은 전자 주게 물질로서 P3HT와 전자 받게 물질로서 플러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)를 포함한 단일층(single layer)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광활성층(104)이 전자 주게 물질과 전자 받게 물질의 혼합물을 포함할 경우, 상기 전자 주게 물질과 상기 전자 받게 물질의 중량비는 10:1 내지 10:20일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광활성층(104)의 두께는 예를 들면, 10nm 내지 2000nm일 수 있다. 상기 광활성층(104)은, 선택된 재료에 따라, 일반적인 증착법 또는 코팅 방법, 예를 들어 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩, 스퍼터링 등의 방법을 이용하거나, 또는 전기영동법을 이용하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 추출층(106)은 상기 광활성층(104) 상에 형성되어 있다. 상기 전자 추출층(106)은 상기 광활성층(104)에서 생성된 전자를 포착 및 수송하여 제2전극(108)으로 전달하는 역할을 할 수 있다.
상기 전자 추출층(106)은 극성 고분자를 포함한다. 이로써, 제1전극(101)과 제2전극(108) 사이의 일함수 차이가 커져 전자 유기 태양 전지의 개방 전압(open circuit voltage: VOC)이 증가될 수 있고 광활성층(104)에서 제2전극(108)으로의 전자 이동이 촉진되어 단락 전류(short circuit current: JSC)가 증가될 수 있다. 따라서, 상기 극성 고분자를 포함한 전자 추출층(106)을 포함한 유기 태양 전지의 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 유기 태양 전지의 각 층의 에너지 준위를 도시한 다이어그램으로서, 제1전극의 에너지 준위(201), 광활성층(104) 중 전자 주게 물질(204a)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)(214), 광활성층(104) 중 전자 받게 물질(204b)의 LUMO(Lowest unoccupied Molecular Orbital)(224), 제2전극의 에너지 준위(208)이 도시되어 있다(참고로, 도 2에는 전자 주게 물질(204a)과 전자 받게 물질(204b)의 에너지 준위가 구분되어 도시되어 있는 것일 뿐, 도 2의 광활성층(104)이 전자 주게 물질(204a)을 포함한 층과 전자 받게 물질(204b)을 포함한 층을 개별적으로 포함한 이중층 구조를 갖는 것으로 한정되는 것은 아니며, 편의상, 도 2에는 정공 추출층(102)의 에너지 준위는 미도시함).
도 1 및 2를 참조하면, 태양광 등과 같은 외부광에 노출된 유기 태양 전지의 광활성층(104)에서 생성된 정공은 전자 주게 물질(204a)의 HOMO(214)에서 제1전극(101)으로 이동하며, 광활성층(104)에서 생성된 전자는 전자 받게 물질(204b)의 LUMO(224)에서 전자 추출층(106)을 거쳐 제2전극(108)으로 이동한다.
여기서, 상기 전자 추출층(106)은 극성 고분자를 포함하므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 양전하 영역(δ+) 및 음전하 영역(δ-)을 포함한 "쌍극자 층"이 될 수 있는 바, 진공 에너지 준위(도 2의 점선(206) 참조)는 위쪽으로 쉬프트될 수 있다. 그 결과, 제1전극(101)의 일함수와 제2전극(108)의 일함수 차이가 커져, 유기 태양 전지의 개방 전압이 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 진공 에너지 준위는 0.05eV 이상 만큼 위쪽으로 쉬프트될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상술한 바와 같은 진공 에너지 준위의 쉬프트(도 2의 점선(206) 참조)는 광활성층(104)의 LUMO(224)와 제2전극(108)의 일함수 차이를 감소시켜, 광활성층(104)에서 생성된 전자가 제2전극(108)으로 보다 더 쉽게 전달되도록 한다. 따라서, 유기 태양 전지의 단락 전류(short circuit current)가 증가될 수 있다.
상기 전자 추출층(106)에 포함된 극성 고분자의 쌍극자 모멘트는 0.3debye 이상, 예를 들면, 0.36debye 내지 12debye(용매로서 톨루엔을 사용하여 38.4℃에서 측정한 데이터 기준임)일 수 있다. 상기 범위를 만족시키는 극성 고분자를 채용한 전자 추출층(106)은 상기 도 2에 도시된 바와 같은 진공 에너지 쉬프트(도 2의 점선(206) 참조)를 용이하게 달성할 수 있다.
상기 극성 고분자는, 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기를 적어도 하나 포함할 수 있다:
<화학식 1A>
Figure 112010065625289-pat00007
상기 화학식 1A 중, a는 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다. 예를 들어, 상기 a가 0일 경우, A1은 상기 극성 고분자의 주쇄(main chain)에 직접 연결될 수 있다. 상기 a는 0, 1 또는 2일 수 있다.
상기 화학식 1A 중, L1은 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C20헤테로아릴렌기일 수 있다. 구체적으로, 상기 L1은 C1-C5알킬렌기, C2-C5알케닐렌기, C6-C14아릴렌기 또는 C3-C14헤테로아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, 상기 L1은 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 에테닐렌기, 프로페닐렌기, 페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에서, 상기 L1은 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 안트릴렌기일 수 있다.
상기 화학식 1A 중, p는 1 내지 10의 정수이다. 상기 p는 L1에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 p는 1, 2, 3 또는 4이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1A 중, A1은 -OH, -NH2 및 하기 화학식 2A 중 하나인 극성 그룹(polar group)이다.
<화학식 2A>
Figure 112010065625289-pat00008
상기 화학식 2A 중, B1 및 B2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 이중 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2-C5알케닐렌기일 수 있다. 여기서, B1 또는 B2가 단일 결합 또는 이중 결합인 경우, 상기 화학식 2A 중 X와 C는 단일 결합 또는 이중 결합으로 연결되는 것이다. 상기 B1 및 B2는 단일 결합, C1-C5알킬렌기 또는 C2-C5알킬렌기일 수 있다. 예를 들어, 상기 B1 및 B2는 단일 결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 2A 중 X는 C 또는 N이다. 예를 들어, 상기 X는 N일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1A 중 a가 2 이상일 경우, 2 이상의 L1은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p가 2 이상일 경우, 2 이상의 A1은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1A 중,
a=1, L1=페닐렌기, p=1, A1= -OH이거나;
a=0, p=1, A1=-OH이거나;
a=0, A1=화학식 2A, B1=단일 결합, B2=프로필렌, X=N;일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 전자 추출층(106)에 포함된 극성 고분자는, 하기 화학식 3A로 표시되는 반복 단위를 가질 수 있다.
<화학식 3A>
Figure 112010065625289-pat00009
상기 화학식 3A 중,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소 (H), 니트로기(-NO2), 시아노기(-CN), 히드록실기(-OH), 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴에스테르기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴에스테르기, -N(Q1)(Q2), 또는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기이되(여기서, Q1 내지 Q2는 서로 독립적으로, 수소, C1-C30알킬기, C6-C30아릴기 또는 C2-C30헤테로아릴기임), 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기이다. 여기서, 화학식 1A에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다.
상기 화학식 3A 중, R1 내지 R4는 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 상기 화학시 1A로 표시되는 치환기 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 3A 중, R1 내지 R3는 수소이고, R4는 화학식 1로 표시되는 치환기일 수 있다.
상기 극성 고분자의 일 구현예에 따르면, 상기 극성 고분자는 하기 화학식 4A의 폴리(4-비닐페놀), 하기 화학식 4B의 폴리비닐알콜 또는 하기 화학식 4C의 폴리비닐피롤리돈일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 4A> <화학식 4B> <화학식 4C>
Figure 112010065625289-pat00010
Figure 112010065625289-pat00011
Figure 112010065625289-pat00012
상기 화학식 4A 내지 4C 중 n1 내지 n3는 10 내지 1,000,000일 수 있다.
상기 극성 고분자의 중량 평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 90,000,000, 예를 들면, 10,000 내지 100,000일 수 있다. 상기 극성 고분자의 중량 평균 분자량의 범위가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 전자 추출층(106)을 포함한 혼합물의 코팅성, 점도, 흐름성 등이 향상될 수 있어, 우수한 계면 특성을 갖는 전자 추출층(106)을 형성할 수 있다.
상기 전자 추출층(106)의 두께는 0.1nm 내지 10nm, 예를 들면, 1nm 내지 4nm일 수 있다. 상기 전자 추출층(106)의 두께 범위가 상술한 바를 만족하면, 구동 전압 상승없이, 도 2에 도시된 바와 같은 진공 에너지 준위 시프트 효과를 얻을 수 있다.
상기 전자 추출층(106)은 상기 극성 고분자 및 용매를 포함한 혼합물로 이루어진 제1층을 형성하는 공정 및 상기 제1층 중 상기 용매의 일부 이상을 제거하여 전자 추출층을 수득하는 공정에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 전자 추출층(106)은 소위 "습식 공정"에 의하여 형성될 수 있다.
상기 용매는 상술한 바와 같은 전자 추출층(106)에 포함될 극성 고분자와 반응성은 없으나, 혼화성이 있으며, 열 등에 의하여 용이하게 제거될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 알코올류(에틸알콜) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 극성 고분자 및 상기 용매를 포함한 혼합물로 이루어진 제1층은 상기 전자 추출층(106)이 형성될 영역 상에 형성될 수 있는데, 예를 들면, 상기 광활성층(104) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1층은 공지된 다양한 방법, 예를 들면, 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 딥 코팅법, 전기영동증착법, 테이프 캐스팅법, 스크린 프린팅법, 닥터 블레이드 코팅법, 그래비어 프린팅법, 그래비어 오프셋 프린팅법, 랭뮈어-블로제트(Langmuir-Blogett)법, 또는 다층 박막 자기 조립법(layer-by-layer self-assembly)을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 극성 고분자 및 상기 용매를 포함한 혼합물로 이루어진 제1층 중 상기 용매의 일부 이상은 공지된 다양한 방법을 이용하여 제거될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1층에 대한 열처리, UV 처리 등을 수행함으로써, 제1층 중 상기 용매의 일부 이상이 제거될 수 있고, 그 결과, 상기 제1층은 극성 고분자를 포함한 전자 추출층(106)으로 변환될 수 있다.
이와 같이, 상기 전자 추출층(106)은 습식 공정에 기초한 공정에 의하여 형성될 수 있으므로, 상술한 바와 같은 전자 추출층(106)을 구비한 유기 태양 전지는, 고가의 진공 챔버, 진공화 장비 등을 요하는 증착법을 이용하여 전자 추출층을 형성하는 유기 태양 전지에 비하여, 제조 단가를 절감할 수 있다. 또한, 습식 공정을 이용하여 전자 추출층(106)을 형성할 경우, 전자 추출층(106) 하부의 광활성층(104) 손상이 최소화 또는 방지될 수 있으므로, 유기 태양 전지의 필 팩터(fill factor)가 증가될 수 있다.
상기 전자 추출층(106) 상에는 제2전극(108)이 형성되어 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 전자 추출층(106) 상에는 제2전극(108)이 "바로(directly)" 형성되어, 상기 전자 추출층(106)의 일면과 제2전극(108)의 일면이 서로 접촉될 수 있다(도 1 참조). 즉, 전자 추출층(106)과 제2전극(108) 사이에 다른 전자 수송층, 예를 들면, 증착법을 이용하여 형성되는 LiF층이 개재되지 않을 수 있다.
상기 제2전극(108)은 캐소드일 수 있다. 상기 제2전극(108)은 광활성층(104)에서의 전자 이동이 용이하도록 일 함수가 작은 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2전극(108)의 재료로는, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 인듐, 이트륨, 리튬, 은, 납, 세슘 등의 금속 또는 이들의 2종 이상의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 중, "*" 및 "*'"은 이웃한 원소 또는 반복 단위와의 결합 사이트를 나타낸 것으로서, 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1
ITO 기판(ITO가 코팅된 유리 기판)을 준비한 후, PEDOT:PSS(H.C. Starck 社의 CLEVIOS PH)을 스핀 코팅한 후 200℃에서 10분 동안 열처리하여 35nm 두께의 정공 추출층을 형성하였다. 상기 정공 추출층 상에, 1,2-다이클로로벤젠, PCBM 및 P3HT(PCBM 및 P3HT의 중량비는 1:1 임)을 포함한 혼합물을 60℃에서 13시간 동안 녹인 후 상온에서 냉각시켜 얻은 혼합물을 스핀 코팅한 후, 150℃에서 12분 동안 열처리하여, 210nm 두께의 광활성층을 형성하였다. 이어서, 상기 광활성층 상에, 상기 화학식 4A의 폴리(4-비닐페놀)(PHS) 및 에틸알콜을 포함한 혼합물을 스핀 코팅한 후 50℃에서 10분 동안 열처리하여 2.7nm 두께의 PHS-함유 전자 추출층을 형성하였다. 상기 전자 추출층 상에 Al을 100nm 두께로 증착시켜 제2전극을 형성함으로써, 유기 태양 전지를 제작하였다.
비교예 1
PHS-함유 전자 추출층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제작하였다.
평가예 2
실시예 1 및 비교예 1의 유기 태양 전지의 전압-전류 밀도 특성을 평가하여, 그 결과를 도 3에 도시하였다. 전압-전류 밀도 특성 평가시, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp)를 사용(상기 제논 램프의 태양 조건(AM1.5)은 표준 태양 전지를 사용하여 보정함)하여, 100mW/cm2의 광을 각각의 유기 태양 전지에 조사하였다.
한편, 측정된 전압-전류 그래프로부터 계산된 단락 전류(JSC), 개방 전압(VOC), 필 팩터(FF)로부터 광전변환효율(PCE)(%)을 계산하여, 하기 표 1에 정리하였다.
전자 추출층 개방 전압
(VOC)
(V)		 단락 전류
(JSC)
(mA/cm2)		 필 팩터
(FF)
(%)		 광전변환효율
(PCE)
(%)
비교예 1 - 0.43 9.7 49.7 2.1
실시예 1 PHS 0.53 10.0 65.5 3.5
표 1로부터 전자 추출층에 극성 고분자를 채용한 실시예 1의 유기 태양 전지가 비교예 1의 유기 태양 전지에 비하여 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
101: 제1전극
102: 정공 추출층
104: 광활성층
106: 전자 추출층
108: 제2전극

Claims (14)

  1. 제1전극; 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 광활성층; 및 상기 광활성층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 추출층;을 포함하고, 상기 전자 추출층은 극성 고분자를 포함한, 유기 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극성 고분자의 쌍극자 모멘트는 0.36debye 내지 12debye인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 극성 고분자가 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지:
    <화학식 1A>
    Figure 112010065625289-pat00013

    상기 화학식 1A 중
    a는 0 내지 10의 정수이고;
    L1은 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C20헤테로아릴렌기이고;
    p는 1 내지 10의 정수이고;
    A1은 -OH, -NH2 및 하기 화학식 2A 중 하나인 극성 그룹(polar group)이고;
    <화학식 2A>
    Figure 112010065625289-pat00014

    상기 화학식 2A 중,
    B1 및 B2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 이중 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2-C5알케닐렌기이고;
    X는 C 또는 N이다.
  4. 제3항에 있어서,
    L1이 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 안트릴렌기인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    B1 및 B2가 서로 독립적으로, 단일 결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  6. 제3항에 있어서,
    X가 N인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 극성 고분자가 하기 화학식 3A로 표시되는 반복 단위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지:
    <화학식 3A>
    Figure 112010065625289-pat00015

    상기 화학식 3A 중,
    R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소 (H), 니트로기(-NO2), 시아노기(-CN), 히드록실기(-OH), 카르복실산기(-COOH), 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴에스테르기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴에스테르기, -N(Q1)(Q2), 또는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기이되(여기서, Q1 내지 Q2는 서로 독립적으로, 수소, C1-C30알킬기, C6-C30아릴기 또는 C2-C30헤테로아릴기임), 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1A로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지:
    <화학식 1A>
    Figure 112010065625289-pat00016

    상기 화학식 1A 중
    a는 0 내지 10의 정수이고;
    L1은 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C20헤테로아릴렌기이고;
    p는 1 내지 10의 정수이고;
    A1은 -OH, -NH2 및 하기 화학식 2A 중 하나인 극성 그룹(polar group)이고;
    <화학식 2A>
    Figure 112010065625289-pat00017

    상기 화학식 2A 중,
    B1 및 B2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 이중 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2-C5알케닐렌기이고;
    X는 C 또는 N이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 R1 내지 R3가 수소이고, 상기 R4가 상기 화학식 1로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 극성 고분자가 화학식 4A의 폴리(4-비닐페놀)(PHS), 화학식 4B의 폴리비닐알콜(PVA) 또는 화학식 4C의 폴리비닐피롤리돈인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지:
    <화학식 4A> <화학식 4B> <화학식 4C>
    Figure 112010065625289-pat00018
    Figure 112010065625289-pat00019
    Figure 112010065625289-pat00020

    상기 화학식 4A 내지 4C 중 n1 내지 n3는 서로 독립적으로, 10 내지 1,000,000이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 극성 고분자의 중량 평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 90,000,000인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자 추출층의 두께가 0.1nm 내지 10nm인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 추출층의 일면과 상기 제2전극의 일면이 서로 접촉한 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지.
  13. 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극 상에 광활성층을 형성하는 단계;
    상기 광활성층 상에 극성 고분자를 포함한 전자 추출층을 형성하는 단계; 및
    상기 전자 추출층 상에 제2전극을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 전자 추출층 형성 단계는 상기 극성 고분자 및 용매를 포함한 혼합물로 이루어진 제1층을 형성하는 공정 및 상기 제1층 중 상기 용매를 제거하여 상기 전자 추출층을 형성하는 공정을 포함하는, 유기 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자 추출층 형성 단계 중 상기 제1층 형성 공정을 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 딥 코팅법, 전기영동증착법, 테이프 캐스팅법, 스크린 프린팅법, 닥터 블레이드 코팅법, 그래비어 프린팅법, 그래비어 오프셋 프린팅법, 랭뮈어-블로제트(Langmuir-Blogett)법, 또는 다층 박막 자기 조립법(layer-by-layer self-assembly)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101791801B1 (ko) 2016-12-28 2017-11-20 대구가톨릭대학교산학협력단 칼코겐원소로 개질된 n형 반도체를 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8796677B2 (en) 2011-12-06 2014-08-05 Nutech Ventures Photovoltaic device
EP2866274A4 (en) * 2012-06-26 2016-02-17 Toray Industries PHOTOVOLTAIC ELEMENT
KR101648760B1 (ko) * 2015-04-03 2016-08-17 한국화학연구원 전자전달 버퍼층 고분자 소재 및 이를 적용한 유기전자소자
KR102287878B1 (ko) * 2015-10-21 2021-08-10 경북대학교 산학협력단 금속 산화물 전자수집층의 일함수 저감용 조성물, 이를 이용한 역구조 유기 태양전지 및 상기 역구조 유기 태양전지의 제조방법
KR102066322B1 (ko) 2015-12-07 2020-01-14 주식회사 엘지화학 유기태양전지 및 이의 제조방법
WO2017099441A1 (ko) * 2015-12-07 2017-06-15 주식회사 엘지화학 유기태양전지 및 이의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010135716A (ja) 2008-12-04 2010-06-17 Jiaotong Univ 有機光電素子及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001512145A (ja) * 1997-07-31 2001-08-21 エコール ポリテクニーク フェデラルド ドゥ ローザンヌ エレクトロルミネッセンスデバイス
KR100721656B1 (ko) * 2005-11-01 2007-05-23 주식회사 엘지화학 유기 전기 소자
JP2005026114A (ja) * 2003-07-03 2005-01-27 Mitsubishi Paper Mills Ltd 半導体電極並びにそれを用いた光電変換素子
JP4433746B2 (ja) * 2003-09-29 2010-03-17 Ｔｄｋ株式会社 有機電界効果トランジスタ及びその製造方法
GB2425654B (en) * 2005-04-29 2010-03-17 Seiko Epson Corp A method of fabricating a heterojunction of organic semiconducting polymers
JP5121355B2 (ja) * 2006-08-25 2013-01-16 住友化学株式会社 有機薄膜の製造方法
DE102006059369A1 (de) * 2006-12-15 2008-06-26 Industrial Technology Research Institute, Chutung Fotoelement
KR101537702B1 (ko) 2009-03-02 2015-07-20 엘지전자 주식회사 영상촬영장치 및 영상촬영장치의 동영상 파일 생성 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010135716A (ja) 2008-12-04 2010-06-17 Jiaotong Univ 有機光電素子及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101791801B1 (ko) 2016-12-28 2017-11-20 대구가톨릭대학교산학협력단 칼코겐원소로 개질된 n형 반도체를 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법

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