KR101491910B1 - Photo-active layer structure, method of forming the same and organic solar cell having the same - Google Patents

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Abstract

광활성층 구조물은 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층 및 상기 제1 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제1 전하에 반대되는 제2 전하를 수용하도록 구비된 제2 전하 수용층을 포함한다.The photoactive layer structure is provided to receive a first charge, and the first charge transport layer includes a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second charge transport layer formed on the first semiconductor thin film and having a second semiconductor thin film having a second nano pattern. Receiving layer and a second charge receiving layer disposed on the first charge receiving layer and adapted to receive a second charge opposite to the first charge.

Description

광활성층 구조물, 이의 형성 방법 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{PHOTO-ACTIVE LAYER STRUCTURE, METHOD OF FORMING THE SAME AND ORGANIC SOLAR CELL HAVING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoactive layer structure, a method of forming the same, and an organic solar cell including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 광활성층층 구조물, 이의 형성 방법 및 이를 포함하는 유기 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입사된 광에 의하여 전자-정공 쌍을 생성하고 전자 또는 정공과 같은 전하가 이동하여 상기 전하를 수용하는 전하 수용층을 포함하는 광활성층 구조물 및 상기 광활성층 구조물의 형성 방법 및 상기 광활성층 구조물을 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a photoactive layered structure, a method of forming the same, and an organic solar cell including the same. More particularly, the present invention relates to a photoactive layered structure, And a method for forming the photoactive layer structure and an organic solar cell including the photoactive layer structure.

현재, 태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환소자로서, 차세대 신재생 에너지원으로 각광받고 있다.Currently, solar cells are photoelectric conversion devices that convert solar energy into electric energy, and are attracting attention as a next-generation renewable energy source.

특히, 유기 태양 전지는 소량의 유기 반도체의 p-n 접합을 이용하여, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 이때, 상기 유기 태양 전지는 소량의 유기 반도체 사용에 따른 소재 비용 절감이 가능하며 용액 공정이 가능하므로 공정이 단순한 장점을 가질 수 있다. In particular, an organic solar cell is an element that converts solar energy into electrical energy using a p-n junction of a small amount of organic semiconductor. At this time, the organic solar cell can reduce the cost of materials due to the use of a small amount of organic semiconductor, and the solution process can be performed, so that the process can have a simple merit.

한편, 상기 유기 태양 전지는 광활성층의 구조에 따라 다층(multi-layer) p-n 접합형 유기 태양 전지 및 벌크 이종 접합형(Bulk heterojunction; BHJ) 유기 태양전지로 구분될 수 있다.Meanwhile, the organic solar cell can be classified into a multi-layer p-n junction organic solar cell and a bulk heterojunction organic solar cell according to the structure of the photoactive layer.

상기 다층 p-n 접합형 유기 태양 전지는 p형 반도체 박막과 n형 반도체 박막이 적층된 광활성층을 포함한다. 한편, 상기 벌크 이종 접합형 유기 태양 전지는 p형 반도체와 n형 반도체가 블렌딩된 광활성층을 포함할 수 있다.The multi-layer p-n junction organic solar cell includes a photoactive layer in which a p-type semiconductor thin film and an n-type semiconductor thin film are laminated. Meanwhile, the bulk heterojunction organic solar cell may include a photoactive layer in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are blended.

그러나, 상기 유기 태양 전지는 상대적으로 얇은 박막을 갖도록 구비됨으로써 전체적인 광흡수 효율이 낮으며, 유기 반도체 자체에서 형성된 전자-정공 쌍의 확산거리(diffusion length)가 매우 짧아서 전하로 분리되기 전에 상기 전자-정공 쌍이 재결합(recombination)이 발생하여 상기 전자-정공 쌍이 소멸함에 따라 광전 변환 효율이 악화되는 문제가 있다.However, since the organic solar cell is provided with a relatively thin film, the overall light absorption efficiency is low, and the diffusion length of the electron-hole pairs formed in the organic semiconductor itself is very short, There is a problem that photoelectric conversion efficiency deteriorates due to recombination of the hole pairs and the disappearance of the electron-hole pairs.

본 발명의 일 목적은 개선된 광흡수 효율 및 재결합율을 가질 수 있는 광활성층 구조물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a photoactive layer structure that can have improved light absorption efficiency and recombination rate.

본 발명의 일 목적은 개선된 광흡수 효율 및 재결합율을 가질 수 있는 광활성층 구조물의 형성 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of forming a photoactive layer structure that can have improved light absorption efficiency and recombination rate.

본 발명의 일 목적은 개선된 광흡수 효율, 재결합율 및 광전 변환 효율을 가질 수 있는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an organic solar cell having an improved light absorption efficiency, a recombination rate, and a photoelectric conversion efficiency.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물은 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층 및 상기 제1 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제1 전하에 반대되는 제2 전하를 수용하도록 구비된 제2 전하 수용층을 포함한다. 여기서, 상기 제2 나노 패턴은 덴드라이트 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 나노 패턴은 필러 구조를 가질 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a photoactive layer structure including a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a first semiconductor thin film having a first nano pattern, And a second charge receiving layer disposed on the first charge receiving layer and configured to receive a second charge opposite to the first charge, the first charge receiving layer having a second semiconductor thin film formed on the second charge receiving layer, . Here, the second nanopattern may have a dendritic structure. In addition, the first nano pattern may have a filler structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 반도체 박막은 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 상분리 공정을 통하여 상기 제1 반도체 박막의 상부 표면에서 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second semiconductor thin film may be formed on the upper surface of the first semiconductor thin film through a phase separation process of the first and second type semiconductor materials.

본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법에 있어서, 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층을 형성한다. 이어서, 상기 제1 전하 수용층 상에 상기 제1 전하에 대응되는 제2 전하 수용층을 형성한다.  A method of forming a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention includes forming a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second semiconductor thin film having a second nano pattern, Thereby forming a first charge receiving layer having a second semiconductor thin film having a pattern. Then, a second charge receiving layer corresponding to the first charge is formed on the first charge receiving layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전하 수용층은 대상체 상에 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 블렌딩 고분자층을 형성하고, 상기 제1 나노 패턴에 대응되는 요철이 형성되는 몰드를 이용하여 상기 블렌딩 고분자층에 대하여 임프린팅 공정 및 상분리 공정을 수행하여, 상기 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제1 반도체 박막 및 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first charge receiving layer is coated with an organic solution mixed with first and second type semiconductor materials on a target to form a blended polymer layer, The imprinting process and the phase separation process are performed on the blended polymer layer using the mold in which the concavities and convexities are formed to form the first semiconductor thin film made of the first type semiconductor material and the second semiconductor made of the second type semiconductor material A thin film can be formed.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 몰드 및 상기 제2형 반도체 물질은 상호 대응되는 표면 에너지를 갖고, 상기 제1형 반도체 물질 및 상기 대상체는 상호 대응되는 표면 에너지를 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mold and the second type semiconductor material have mutually corresponding surface energies, and the first type semiconductor material and the object may have mutually corresponding surface energies.

본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제1 및 제2 전하 수용층들을 형성하기 위하여, 대상체 상에 제1형 반도체 물질들이 해리된 유기 용액으로 코팅하여 제1 예비 반도체 박막을 형성하고, 상기 제1 예비 반도체 박막에 대하여 상기 제1 나노 패턴에 대응되는 요철이 형성되는 몰드로 임프린팅 공정을 수행하여, 상기 제1 나노 패턴이 상부에 형성된 제1 반도체 박막을 형성한다. 상기 제1 반도체 박막 상에 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 블렌딩 고분자층을 형성하고, 상기 블렌딩 고분자층에 대하여 상분리 공정을 수행하여, 상기 제1 반도체 박막 상에 상기 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막 및 상기 제2 반도체 박막 상에 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 전하 수용층을 형성한다. In order to form the first and second charge receiving layers according to an embodiment of the present invention, a first preliminary semiconductor thin film is formed by coating a first type semiconductor material on an object with dissociated organic solution, An imprinting process is performed on the semiconductor thin film to form a concave-convex pattern corresponding to the first nano pattern, thereby forming a first semiconductor thin film on the first nano pattern. Forming a blended polymer layer on the first semiconductor thin film by coating the first semiconductor thin film with an organic solution in which first and second type semiconductor materials are mixed to perform a phase separation process on the blended polymer layer, The second charge receiving layer made of the second type semiconductor material is formed on the second semiconductor thin film made of the first type semiconductor material and the second semiconductor thin film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 블렌딩 고분자층을 상분리시키기 위하여, 상기 제2형 반도체 물질에 대응되는 표면 에너지를 갖는 템플릿을 이용하여 상기 블렌딩 고분자층을 열압착하는 하는 공정이 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a step of thermally pressing the blending polymer layer using a template having a surface energy corresponding to the second type semiconductor material may be performed to phase-separate the blending polymer layer .

발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 기판 상에 제1 전하를 수송하는 제1 전하 수송층, 상기 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층 및 상기 제1 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제1 전하에 대응되는 제2 전하를 수용하도록 구비된 제2 전하 수용층을 구비한 광활성층 구조물 및 상기 제2 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제2 전하를 수송하는 제2 전하 수송층을 포함한다. 여기서, 상기 제2 나노 패턴은 덴드라이트 구조를 가질 수 있다. An organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first charge transport layer for transporting a first charge on a substrate, a first semiconductor thin film provided to receive the first charge, the first semiconductor thin film having a first nano pattern, A first charge storage layer formed on the semiconductor thin film and having a second semiconductor thin film having a second nano pattern; and a second charge storage layer disposed on the first charge storage layer, 2 photoactive layer structure having a charge receiving layer and a second charge transporting layer disposed on the second charge receiving layer for transporting the second charge. Here, the second nanopattern may have a dendritic structure.

본 발명의 실시예들에 따른 광활성층 구조물, 이의 형성 방법 및 유기 태양전지에 따르면, 나노 계층 구조를 갖는 제1 전하 수용층이 구비됨에 따라, 나노 단일 구조에 비하여 제1 전하 수용층 및 제2 전하 수용층 사이에 증대된 면적의 계면을 가진다. 전자-정공 쌍의 전하 분리가 발생하는 상기 계면의 면적이 증대됨에 따라 상기 광활성층 구조물은 전자-정공 쌍의 전하 분리가 용이하게 발생할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 2 반도체 박막들이 각각 나노 패턴을 가짐에 따라 광 산란을 촉진시켜 광활성층 구조물이 증대된 광흡수도를 가질 수 있다. 나아가, 일반적으로 제1 반도체가 제2 반도체 안에 고립되어 재결합이 발생할 수 있는 벌크 이종접합구조를 갖는 유기 태양 전지에 비하여 상기 전하 수용층 구조물은 감소된 재결합율을 가질 수 있다. 결과적으로 유기 태양 전지는 개선된 광전 변환 효율을 가질 수 있다.According to the photoactive layer structure, the method of forming the same, and the organic solar battery according to embodiments of the present invention, since the first charge receiving layer having a nanostructure is provided, the first charge receiving layer and the second charge receiving layer Lt; RTI ID = 0.0 > an < / RTI > As the area of the interface at which the charge separation of the electron-hole pairs is generated is increased, charge separation of the electron-hole pairs can easily occur in the photoactive layer structure. In addition, since the first and second semiconductor thin films each have nanopatterns, light scattering is promoted, so that the photoactive layer structure can have increased light absorption. Furthermore, the charge receiving layer structure may have a reduced recombination rate compared to an organic solar cell, which generally has a bulk heterojunction structure in which the first semiconductor is isolated in the second semiconductor to cause recombination. As a result, organic solar cells can have improved photoelectric conversion efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.
6 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising" and the like are intended to specify that there is a stated feature, step, function, element, or combination thereof, Quot; or " an " or < / RTI > combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

광활성층 구조물Photoactive layer structure

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물(100)은 제1 전하 수용층(110) 및 제2 전하 수용층(120)을 포함한다. 상기 광활성층 구조물(100)은 P-N 접합을 형성함으로써 유기 태양 전지와 같은 광전 변환 소자에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, a photoactive layer structure 100 according to an embodiment of the present invention includes a first charge receiving layer 110 and a second charge receiving layer 120. The photoactive layer structure 100 may be applied to a photoelectric conversion device such as an organic solar cell by forming a P-N junction.

상기 제1 전하 수용층(110)은 제1 전하를 수용하도록 구비된다. 상기 제1 전하는 예를 들면, 정공에 해당할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 전하는 전자에 해당할 수 있다. The first charge receiving layer 110 is provided to receive the first charge. The first charge may correspond to, for example, a hole. Alternatively, the first charge may correspond to the former.

이하, 상기 제1 전하는 정공에 해당하며, 후술하는 제2 전하는 전자에 해당함을 기준으로 설명하기로 한다. 따라서, 상기 제1 전하 수용층은 전자 주개(donor)로서 정공을 수용할 수 있다. Hereinafter, the first charge corresponds to the hole and the second charge, which will be described later, corresponds to the electron. Therefore, the first charge receiving layer can accept holes as an electron donor.

상기 제1 전하 수용층(110)은 n형 반도체 물질 및 용매를 포함하는 유기 용액을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 n형 반도체 물질의 예로는 poly(3-hexylthiophen)(이하, P3HT 라 함), 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV), 펜타센, 금속프탈로시아니(MPc), 금속테트라페닐포르피린(MTPP), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF, PBDTTT-C-T 을 들 수 있다. 또한, 상기 용매는 예를 들면, 오르토다이클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 용매, 클로로 벤젠, 브로모 벤젠, 다이클로로벤젠, 다이클로로에탄,트리클로로에탄 등과 같은 할로겐화 방향족 용매, 할로겐화 지방족 용매 등을 포함할 수 있다. The first charge-receiving layer 110 may be formed using an organic solution including an n-type semiconductor material and a solvent. Examples of the n-type semiconductor material include poly (3-hexylthiophen) (hereinafter referred to as P3HT), polyparaphenylene vinylene (PPV), pentacene, metal phthalocyanine (MPc), metal tetraphenylporphyrin ), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF and PBDTTT-CT. Examples of the solvent include aromatic solvents such as orthodichlorobenzene, benzene, toluene and xylene, aromatic halogenated solvents such as chlorobenzene, bromobenzene, dichlorobenzene, dichloroethane and trichloroethane, halogenated Aliphatic solvents, and the like.

상기 제1 전하 수용층(110)은 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막(111) 및 상기 제1 반도체 박막(111) 상에 형성된 제2 반도체 박막(113)을 포함한다. 따라서, 상기 제1 전하 수용층(110)은 제1 반도체 박막(111) 및 제2 반도체 박막(113)이 적층된 나노 계층 구조를 가질 수 있다. The first charge receiving layer 110 includes a first semiconductor thin film 111 having a first nano pattern and a second semiconductor thin film 113 formed on the first semiconductor thin film 111. Accordingly, the first charge receiving layer 110 may have a nanostructure structure in which the first semiconductor thin film 111 and the second semiconductor thin film 113 are stacked.

상기 제1 반도체 박막(111)은 나노 크기의 필러(pillar) 구조를 가질 수 있다. 이로써 제1 반도체 박막(111)을 포함하는 제1 전하 수용층(110) 및 상기 제2 전하 수용층(120) 사이의 계면이 증대될 수 있다.The first semiconductor thin film 111 may have a nano-sized pillar structure. As a result, the interface between the first charge receiving layer 110 including the first semiconductor thin film 111 and the second charge receiving layer 120 can be increased.

상기 제2 반도체 박막(120)은 상기 제1 반도체 박막(110)의 상부 표면에 형성된다. 상기 제2 반도체 박막(120)은 덴드라이트 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 반도체 박막들(111, 113)을 포함하는 제1 전하 수용층(110) 및 상기 제2 전하 수용층(120) 사이의 계면이 이루는 면적이 증대될 수 있다. The second semiconductor thin film 120 is formed on the upper surface of the first semiconductor thin film 110. The second semiconductor thin film 120 may have a dendritic structure. Accordingly, the area formed by the interface between the first charge receiving layer 110 including the first and second semiconductor thin films 111 and 113 and the second charge receiving layer 120 can be increased.

이로써, 상기 제1 전하 수용층(110)은 나노 단일 구조에 비하여 제2 전하 수용층(120) 사이에 이르는 계면의 면적이 증대된다. 즉, 전자-정공 쌍의 전하 분리가 발생하는 상기 계면의 면적이 증대되어 전자-정공 쌍의 전하 분리가 용이하게 발생할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 2 반도체 박막들(111, 113)이 각각 나노 패턴을 가짐에 따라 광 산란을 촉진시켜 광활성층 구조물이 증대된 광흡수도를 가질 수 있다. As a result, the area of the interface between the first charge-receiving layer 110 and the second charge-receiving layer 120 is increased as compared with the nano-unitary structure. That is, the area of the interface where the charge separation of the electron-hole pairs occurs increases the charge separation of the electron-hole pairs easily. In addition, as the first and second semiconductor thin films 111 and 113 have nanopatterns, light scattering is promoted, so that the photoactive layer structure can have increased light absorption.

제2 전하 수용층(120)은 제1 전하 수용층(110) 상에 배치된다. 예를 들면, 상기 제2 전하 수용층(120)은 제2 반도체 박막(113) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 전하 수용층(120)은 상기 제1 전하 수용층(110)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 제2 전하 수용층(120)은 균일한 상부 표면을 갖도록 형성될 수 있다.The second charge receiving layer 120 is disposed on the first charge receiving layer 110. For example, the second charge receiving layer 120 may be formed on the second semiconductor thin film 113. The second charge receiving layer 120 may be formed to cover the first charge receiving layer 110. The second charge receiving layer 120 may be formed to have a uniform upper surface.

상기 제2 전하 수용층(120)은 제2 전하를 수용하도록 구비된다. 예를 들면, 상기 제2 전하는 전자에 해당할 수 있다. 이로써 상기 제2 전하 수용층(120)은 전자 받개(acceptor)로서 기능할 수 있다.The second charge receiving layer 120 is provided to receive the second charge. For example, the second charge may correspond to the former. Thus, the second charge receiving layer 120 can function as an electron acceptor.

상기 제2 전하 수용층(120)은 p형 반도체 물질 및 용매를 포함하는 유기 용액을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 p형 반도체 물질의 예로는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), 페릴렌(Perylene), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, ICMA 를 들 수 있다. 또한, 상기 용매는 예를 들면, 오르토다이클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 용매, 클로로 벤젠, 브로모 벤젠, 다이클로로벤젠, 다이클로로에탄,트리클로로에탄 등과 같은 할로겐화 방향족 용매, 할로겐화 지방족 용매 등을 포함할 수 있다.The second charge receiving layer 120 may be formed using an organic solution including a p-type semiconductor material and a solvent. Examples of the p-type semiconductor material include [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), perylene, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, and ICMA. Examples of the solvent include aromatic solvents such as orthodichlorobenzene, benzene, toluene and xylene, aromatic halogenated solvents such as chlorobenzene, bromobenzene, dichlorobenzene, dichloroethane and trichloroethane, halogenated Aliphatic solvents, and the like.

상기 제2 반도체 박막(113)은 제1형 반도체 물질 및 제2형 반도체 물질이 블렌딩된 유기 용액을 이용하여 상분리 공정을 통하여 형성될 수 있다.The second semiconductor thin film 113 may be formed through a phase separation process using an organic solution in which a first type semiconductor material and a second type semiconductor material are blended.

본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물(100)은 나노 계층 구조를 갖는 제1 전하 수용층(110)을 구비함에 따라, 나노 단일 구조에 비하여 제2 전하 수용층(120)과 이루는 계면의 면적이 증대된다. 전자-정공 쌍의 전하 분리가 발생하는 상기 계면의 면적이 증대됨에 따라 상기 광활성층 구조물(100)은 전자-정공 쌍의 전하 분리가 용이하게 발생할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 2 반도체 박막들(111, 113)이 각각 나노 패턴을 가짐에 따라 광 산란을 촉진시켜 광활성층 구조물이 증대된 광흡수도를 가질 수 있다. 나아가, 일반적으로 제1형 반도체가 제2형 반도체 안에 고립되어 재결합이 발생할 수 있는 벌크 이종접합구조를 갖는 유기 태양 전지에 비하여 상기 전하 수용층 구조물(100)은 감소된 재결합율을 가질 수 있다.
The photoactive layer structure 100 according to an embodiment of the present invention includes a first charge receiving layer 110 having a nano hierarchical structure so that the area of the interface between the second charge receiving layer 120 and the nano- Increase. As the area of the interface at which the charge separation of the electron-hole pairs is generated is increased, the photoactive layer structure 100 can easily separate the charges of the electron-hole pairs. In addition, as the first and second semiconductor thin films 111 and 113 have nanopatterns, light scattering is promoted, so that the photoactive layer structure can have increased light absorption. Furthermore, the charge receiving layer structure 100 may have a reduced recombination rate compared to an organic solar cell in which the first type semiconductor is generally isolated in the second type semiconductor, and the recombination may occur.

광활성층 구조물의 형성 방법Method of forming photoactive layer structure

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 먼저, 대상체(10)를 제1형 반도체 물질 및 제2형 반도체 물질이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 상기 대상체(10) 상에 블렌딩 고분자층(105)을 형성한다. Referring to FIG. 2, a target 10 is coated with an organic solution mixed with a first type semiconductor material and a second type semiconductor material to form a blending polymer layer 105 on the target body 10.

상기 유기 용액은 제1형 반도체 물질로서 n형 반도체 물질, 제2형 반도체 물질로서 p형 반도체 물질 및 용매를 포함할 수 있다. The organic solution may include an n-type semiconductor material as the first type semiconductor material, a p-type semiconductor material as the second type semiconductor material, and a solvent.

상기 n형 반도체 물질의 예로는 poly(3-hexylthiophen)(이하, P3HT 라 함), 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV), 펜타센, 금속프탈로시아니(MPc) 금속테트라페닐포르피린(MTPP), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF, PBDTTT-C-T을 들 수 있다. Examples of the n-type semiconductor material include poly (3-hexylthiophen) (hereinafter referred to as P3HT), polyparaphenylenevinylene (PPV), pentacene, metal phthalocyanine (MPc) metal tetraphenylporphyrin (MTPP) , PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF and PBDTTT-CT.

상기 p형 반도체 물질의 예로는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), 페릴렌(Perylene), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, ICMA를 들 수 있다. Examples of the p-type semiconductor material include [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), perylene, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, and ICMA.

또한, 상기 용매는 예를 들면, 오르토다이클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 용매, 클로로 벤젠, 브로모 벤젠, 다이클로로벤젠, 다이클로로에탄,트리클로로에탄 등과 같은 할로겐화 방향족 용매, 할로겐화 지방족 용매 등을 포함할 수 있다.Examples of the solvent include aromatic solvents such as orthodichlorobenzene, benzene, toluene and xylene, aromatic halogenated solvents such as chlorobenzene, bromobenzene, dichlorobenzene, dichloroethane and trichloroethane, halogenated Aliphatic solvents, and the like.

상기 블렌딩 고분자층(105)을 형성하기 위하여 스핀 코팅 공정이 수행될 수 있다. 이때, 상기 유기 용액의 점도 및 제1 및 제2형 반도체 물질의 농도에 따라 회전 속도는 조절될 수 있다.A spin-coating process may be performed to form the blended polymer layer 105. At this time, the rotation speed can be adjusted according to the viscosity of the organic solution and the concentration of the first and second type semiconductor materials.

도 3 및 도4를 참조하면, 요철이 형성된 몰드(20)를 이용하여 상기 블렌딩 고분자층(105)에 대하여 임프린팅 공정 및 상분리 공정을 수행하여, 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제1 반도체 박막(111) 및 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막(113)을 형성한다. 이로써 제1 및 제2 반도체 박막들(111, 113)을 포함하는 제1 전하 수용층(110)이 상기 대상체(10) 상에 형성된다. 3 and 4, the imprinting process and the phase separation process are performed on the blended polymer layer 105 using the mold 20 having the irregularities to form the first semiconductor thin film made of the first type semiconductor material (111) and the second semiconductor thin film (113) made of the second type semiconductor material. Thus, a first charge receiving layer 110 including the first and second semiconductor thin films 111 and 113 is formed on the object 10.

한편, 상기 몰드(20)는 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 또는 광학적 리소그래피 등과 같은 리소그래피 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 상기 몰드(20)에 형성된 요철은 제1 나노 패턴에 대응되는 형상을 가질 수 있다. Alternatively, the mold 20 may be fabricated using lithography techniques such as laser interference lithography, electron beam lithography, or optical lithography. The irregularities formed in the mold 20 may have a shape corresponding to the first nano pattern.

상기 임프린팅 공정 및 상기 상분리 공정은 상기 몰드(20)를 이용하여 열처리함으로써 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 임프린팅 공정 및 상기 상분리 공정은 동시에 수행될 수 있다. The imprinting process and the phase separation process may be performed by heat-treating the mold 20. For example, the imprinting process and the phase separation process may be performed simultaneously.

즉, 상기 임프린팅 공정에 있어서, 상기 몰드(20)를 상기 블렌딩 고분자층(105)에 열가압함으로써 상기 몰드(20)에 형성된 요철에 대응하여 상기 제1형 반도체 물질로 이루어지고 제1 나노 패턴을 갖도록 제1 반도체 박막(111)이 형성될 있다. 이때 상기 제1 나노 패턴은 필러 구조를 가질 수 있다.That is, in the imprinting process, the mold 20 is thermally pressed to the blending polymer layer 105 to form the first nano pattern (first pattern) corresponding to the unevenness formed in the mold 20, The first semiconductor thin film 111 is formed. At this time, the first nanopattern may have a filler structure.

또한 상기 상분리 공정에 있어서, 상기 제1 반도체 물질 및 상기 대상체(10)는 상호 대응되는, 즉 서로 유사한 표면 에너지를 가질 수 있다. 이로써 상기 임프린팅 공정 중에 상기 제1형 반도체 물질은 대상체를 향하여 이동한다. In addition, in the phase separation process, the first semiconductor material and the object 10 may have mutually corresponding, i.e., mutually similar surface energies. Whereby the first type semiconductor material moves toward the object during the imprinting process.

한편, 상기 몰드(20) 및 상기 제2형 반도체 물질은 상호 대응되는 표면 에너지를 가질 수 있다. 즉, 상기 몰드(20) 및 상기 제2형 반도체 물질은 서로 유사한 표면 에너지를 갖는다. 이로써, 상기 제2형 반도체 물질은 상기 몰드를 향하여 이동함으로써 상분리 공정이 용이하게 진행될 수 있다. 결과적으로 제2 반도체 박막은 제2 나노 패턴을 가질 수 있다. 상기 제2 나노 패턴의 예로는 덴드라이트 구조를 포함할 수 있다. Meanwhile, the mold 20 and the second-type semiconductor material may have mutually corresponding surface energies. That is, the mold 20 and the second-type semiconductor material have similar surface energies. As a result, the second-type semiconductor material moves toward the mold, thereby facilitating the phase separation process. As a result, the second semiconductor thin film may have a second nano pattern. An example of the second nanopattern may include a dendritic structure.

도 5를 참조하면, 상기 몰드(20)를 상기 제1 전하 수용층(110)의 상부 표면으로 제거한 후, 상기 제1 전하 수용층(110) 상에 제2 전하 수용층(120)을 형성한다. 예를 들면, 상기 제2 전하 수용층(120)은 스핀 코팅 공정을 통하여 형성될 수 있다. 5, after the mold 20 is removed to the upper surface of the first charge receiving layer 110, a second charge receiving layer 120 is formed on the first charge receiving layer 110. For example, the second charge receiving layer 120 may be formed through a spin coating process.

상기 제2 전하 수용층(120)은 예를 들면, 제2형 반도체 물질 및 용매를 포함하는 유기 용액을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제2형 반도체 물질은 예를 들면 p형 반도체 물질에 해당한다. 상기 p형 반도체 물질의 예로는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), 페릴렌(Perylene), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, ICMA를 들 수 있다. The second charge receiving layer 120 may be formed using an organic solution including, for example, a second type semiconductor material and a solvent. The second type semiconductor material corresponds to, for example, a p-type semiconductor material. Examples of the p-type semiconductor material include [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), perylene, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, and ICMA.

이로써 상기 제1 및 제2 전하 수용층들(110, 120)을 포함하는 광활성층 구조물(100)이 형성된다. Thus, the photoactive layer structure 100 including the first and second charge receiving layers 110 and 120 is formed.

본 발명의 실시예들에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법에 따르면, 임프린팅 공정 및 상분리 공정이 동시에 수행됨에 따라 제1 나노 패턴을 갖는 제1 반도체 박막 및 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 포함하는 제1 전하 수용층이 용이하게 형성될 수 있다. 상기 제1 전하 수용층이 나노 계층 구조를 가짐에 따라 광활성층 구조물의 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
According to the method of forming a photoactive layer structure according to embodiments of the present invention, a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second semiconductor thin film having a second nano pattern are formed at the same time as the imprinting process and the phase- The first charge receiving layer including the first charge receiving layer can be easily formed. The photoelectric conversion efficiency of the photoactive layer structure can be improved as the first charge receiving layer has a nanostructure.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.6 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoactive layer structure according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 먼저, 대상체(10)를 제1형 반도체 물질을 갖는 유기 용액으로 코팅하여 상기 대상체(10) 상에 제1 예비 반도체 박막(107)을 형성한다. Referring to FIG. 6, a target 10 is first coated with an organic solution having a first type semiconductor material to form a first preliminary semiconductor thin film 107 on the target 10.

상기 유기 용액은 제1형 반도체 물질로서 n형 반도체 물질 및 용매를 포함할 수 있다. The organic solution may include an n-type semiconductor material and a solvent as the first type semiconductor material.

상기 n형 반도체 물질의 예로는 poly(3-hexylthiophen)(이하, P3HT 라 함), 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV), 펜타센, 금속프탈로시아니(MPc), 금속테트라페닐포르피린(MTPP), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF, PBDTTT-C-T을 들 수 있다. 또한, 상기 용매는 예를 들면, 오르토다이클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 용매, 클로로 벤젠, 브로모 벤젠, 다이클로로벤젠, 다이클로로에탄,트리클로로에탄 등과 같은 할로겐화 방향족 용매, 할로겐화 지방족 용매 등을 포함할 수 있다.Examples of the n-type semiconductor material include poly (3-hexylthiophen) (hereinafter referred to as P3HT), polyparaphenylene vinylene (PPV), pentacene, metal phthalocyanine (MPc), metal tetraphenylporphyrin ), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF and PBDTTT-CT. Examples of the solvent include aromatic solvents such as orthodichlorobenzene, benzene, toluene and xylene, aromatic halogenated solvents such as chlorobenzene, bromobenzene, dichlorobenzene, dichloroethane and trichloroethane, halogenated Aliphatic solvents, and the like.

상기 예비 반도체 박막(107)을 형성하기 위하여 스핀 코팅 공정이 수행될 수 있다. 이때, 상기 유기 용액의 점도 및 제1 및 제2형 반도체 물질의 농도에 따라 회전 속도는 조절될 수 있다.A spin-coating process may be performed to form the preliminary semiconductor thin film 107. At this time, the rotation speed can be adjusted according to the viscosity of the organic solution and the concentration of the first and second type semiconductor materials.

도 7을 참조하면, 요철이 형성된 몰드(20)를 이용하여 상기 제1 예비 반도체 박막(107, 도 6 참조)에 대하여 임프린팅 공정을 수행하여, 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제1 반도체 박막(111)을 형성한다. 상기 임프린팅 공정은 상기 몰드(20)를 이용하여 가열함으로써 수행될 수 있다. 즉, 상기 임프린팅 공정에 있어서, 상기 몰드(20)를 상기 제1 예비 반도체 박막(107)에 대하여 열가압함으로써 상기 몰드에 형성된 요철에 대응하여 상기 제1형 반도체 물질로 이루어지고 제1 나노 패턴을 갖도록 제1 반도체 박막이 형성될 있다. 이때, 제1 나노 패턴은 필러 구조를 가질 수 있다.7, the imprinting process is performed on the first preliminary semiconductor thin film 107 (see FIG. 6) using the mold 20 having the irregularities, so that the first semiconductor thin film made of the first type semiconductor material (111). The imprinting process may be performed by heating using the mold 20. That is, in the imprinting step, the mold 20 is thermally pressed against the first preliminary semiconductor thin film 107, so that the first preliminary semiconductor thin film 107 is made of the first type semiconductor material corresponding to the irregularities formed in the mold, The first semiconductor thin film is formed. At this time, the first nano pattern may have a filler structure.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 몰드(20)를 상기 제1 반도체 박막(111)으로부터 제거한 후, 제1형 반도체 물질 및 제2형 반도체 물질이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 상기 제1 반도체 박막(111) 상에 블렌딩 고분자층(105)을 형성한다. 상기 블렌딩 고분자층(105)을 형성하기 위하여 스핀 코팅 공정이 수행될 수 있다.8 and 9, after the mold 20 is removed from the first semiconductor thin film 111, the first semiconductor material and the second semiconductor material are coated with an organic solution mixed with the first semiconductor material and the second semiconductor material, A blending polymer layer 105 is formed on the thin film 111. [ A spin-coating process may be performed to form the blended polymer layer 105.

상기 유기 용액은 제1형 반도체 물질로서 n형 반도체 물질, 제2형 반도체 물질로서 p형 반도체 물질 및 용매를 포함할 수 있다. The organic solution may include an n-type semiconductor material as the first type semiconductor material, a p-type semiconductor material as the second type semiconductor material, and a solvent.

상기 n형 반도체 물질의 예로는 poly(3-hexylthiophen)(이하, P3HT 라 함), 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV), 펜타센, 금속프탈로시아니(MPc), 금속테트라페닐포르피린(MTPP), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF, PBDTTT-C-T을 들 수 있다. 상기 p형 반도체 물질의 예로는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), 페릴렌(Perylene), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, ICMA를 들 수 있다. 또한, 상기 용매는 예를 들면, 오르토다이클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 용매, 클로로 벤젠, 브로모 벤젠, 다이클로로벤젠, 다이클로로에탄,트리클로로에탄 등과 같은 할로겐화 방향족 용매, 할로겐화 지방족 용매 등을 포함할 수 있다.Examples of the n-type semiconductor material include poly (3-hexylthiophen) (hereinafter referred to as P3HT), polyparaphenylene vinylene (PPV), pentacene, metal phthalocyanine (MPc), metal tetraphenylporphyrin ), PCB7, P3HDTTT, PCPDTBT, PCDTBT, PSBTBT, PBDTDTBT, PPPDPP, PBDTTT-CF and PBDTTT-CT. Examples of the p-type semiconductor material include [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), perylene, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole (PTCBI), polybenzimidazole (PBI), ICBA, and ICMA. Examples of the solvent include aromatic solvents such as orthodichlorobenzene, benzene, toluene and xylene, aromatic halogenated solvents such as chlorobenzene, bromobenzene, dichlorobenzene, dichloroethane and trichloroethane, halogenated Aliphatic solvents, and the like.

도 10을 참조하면, 상기 블렌딩 고분자층(105)에 대하여 상분리 공정을 수행하여, 상기 제1 반도체 박막(111) 상에 상기 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막(113) 및 상기 제2 반도체 박막(113) 상에 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 전하 수용층(120)을 형성한다. 상기 제2 반도체 박막(113)은 상기 제1 반도체 박막(111)과 함께 제1 전하 수용층(110)을 형성한다. 10, a phase separation process is performed on the blended polymer layer 105 to form the second semiconductor thin film 113 made of the first type semiconductor material on the first semiconductor thin film 111, The second charge receiving layer 120 made of the second type semiconductor material is formed on the second semiconductor thin film 113. The second semiconductor thin film 113 forms the first charge receiving layer 110 together with the first semiconductor thin film 111.

상기 상분리 공정에 있어서, 상기 제2형 반도체 물질에 대응되는 표면 에너지를 갖는 템플릿(30)을 이용하여 상기 블렌딩 고분자층(105)을 열압착할 수 있다. 즉 상기 템플릿(30)은 제2형 반도체 물질과 유사한 표면에너지를 가질 수 있다. 이로써 상기 블렌딩 고분자층(105)에 포함된 상기 제2형 반도체 물질은 상기 템플릿(30)을 향하여 이동할 수 있다. In the phase separation process, the blending polymer layer 105 can be thermally bonded using a template 30 having a surface energy corresponding to the second type semiconductor material. That is, the template 30 may have surface energy similar to that of the second-type semiconductor material. As a result, the second-type semiconductor material included in the blending polymer layer 105 can move toward the template 30.

이때 제2 반도체 박막(113)은 제2 나노 패턴을 가질 수 있다. 상기 제2 나노 패턴의 예로는 덴드라이트 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제2 반도체 박막(113) 및 상기 제1 반도체 박막(111)은 나노 계층 구조를 갖는 제1 전사 수송층(110)을 형성할 수 있다.  At this time, the second semiconductor thin film 113 may have a second nano pattern. An example of the second nanopattern may include a dendritic structure. Accordingly, the second semiconductor thin film 113 and the first semiconductor thin film 111 may form the first transfer transport layer 110 having a nanostructure.

본 발명의 실시예들에 따른 광활성층 구조물의 형성 방법에 따르면, 임프린팅 공정 및 상분리 공정이 각각 수행됨에 따라 제1 나노 패턴을 갖는 제1 반도체 박막 및 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 포함하는 제1 전하 수용층이 용이하게 형성될 수 있다. 상기 제1 전하 수용층이 나노 계층 구조를 가짐에 따라 광활성층 구조물의 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
According to the method of forming a photoactive layer structure according to embodiments of the present invention, a first semiconductor thin film having a first nanopattern and a second semiconductor thin film having a second nanopattern can be formed by performing an imprinting process and a phase separation process, The first charge receiving layer including the first charge receiving layer can be easily formed. The photoelectric conversion efficiency of the photoactive layer structure can be improved as the first charge receiving layer has a nanostructure.

유기 태양 전지Organic solar cell

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지를 설명하기 위한 단면도이다.11 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지(200)는 제1 전하 수송층(220), 제1 전하 수용층(230)과 제2 전하 수용층(240)로 이루어진 광활성층 구조물 및 제2 전하 수송층(250)을 포함한다.An organic solar cell 200 according to an embodiment of the present invention includes a first charge transport layer 220, a photoactive layer structure including a first charge receiving layer 230 and a second charge receiving layer 240, and a second charge transport layer 250 ).

상기 제1 전하 수송층(220)은 기판(205) 상부에 배치된다. 상기 제1 전하 수송층(220)은 제1 전하를 수송한다. 상기 제1 전하는 예를 들면 정공에 해당할 수 있다. The first charge transport layer 220 is disposed on the substrate 205. The first charge transport layer 220 transports the first charge. The first charge may correspond to, for example, a hole.

상기 기판(205)은 유리 기판, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리 메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide) 등의 투명 수지 기판 등과 같은 광투과율이 높은 기판이 사용된다.The substrate 205 is a glass substrate or a substrate having high light transmittance such as a transparent resin substrate such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, or polyimide.

상기 제1 전하 수송층(220)은 전기 전도성을 갖는 물질이며, 폴리-3,4-에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT; Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene) 등과 같은 물질로 구성될 수 있다.The first charge transport layer 220 is an electrically conductive material and may be formed of a material such as poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT).

상기 광활성층 구조물은 제1 전하 수용층(230) 및 제2 전하 수용층(240)을 구비한다. 상기 제1 전하 수용층(230)은 제1 반도체 박막(211) 및 제2 반도체 박막(213)을 갖는다. 상기 제1 전하 수용층(230)은 전술한 바와 같이 나노 계층 구조를 가진다. 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The photoactive layer structure includes a first charge receiving layer 230 and a second charge receiving layer 240. The first charge receiving layer 230 has a first semiconductor thin film 211 and a second semiconductor thin film 213. The first charge-receiving layer 230 has a nanostructure as described above. A detailed description thereof will be omitted.

상기 제2 전하 수송층(250)은 상기 광활성층 구조물 상에 배치된다. 특히, 상기 제2 전하 수송층(250)은 상기 제2 전하 수용층(240) 상에 배치된다. 상기 제2 전하 수송층(250)은 상기 제2 전하를 수송할 수 있다. The second charge transport layer 250 is disposed on the photoactive layer structure. In particular, the second charge transport layer 250 is disposed on the second charge receiving layer 240. The second charge transport layer 250 may transport the second charge.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지(200)는 기판(205) 및 제1 전하 수송층(220) 사이에 형성된 제1 전극(210) 및 상기 제2 전하 수송층(250) 상에 형성된 제2 전극(260)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(210)은 ITO와 같은 투명 전도성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(260)은 전자를 효과적으로 수집할 수 있는 층으로서, 일함수가 낮은 금속, 합금, 전도성 화합물로 이루어질 수 있다. The organic solar cell 200 according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 210 formed between a substrate 205 and a first charge transport layer 220 and a first electrode 210 formed between the substrate 205 and the first charge transport layer 220, Two electrodes 260 may be included. The first electrode 210 may be formed using a transparent conductive material such as ITO. The second electrode 260 is a layer capable of collecting electrons efficiently, and may be formed of a metal, an alloy, or a conductive compound having a low work function.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

본 발명의 실시예들은 유기 태양 전지에 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들은 P-N 접합 구조를 태양 전지에도 적용될 수 있을 것이다.Embodiments of the present invention can be applied to organic solar cells. In addition, embodiments of the present invention may be applied to a solar cell with a P-N junction structure.

Claims (11)

제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층; 및
상기 제1 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제1 전하에 반대되는 제2 전하를 수용하도록 구비된 제2 전하 수용층을 포함하고,
상기 제2 나노 패턴은 덴드라이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물.A first charge receiving layer provided to receive a first charge and including a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second semiconductor thin film formed on the first semiconductor thin film and having a second nano pattern; And
And a second charge receiving layer disposed on the first charge receiving layer and adapted to receive a second charge opposite to the first charge,
Wherein the second nano pattern has a dendritic structure. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제1 나노 패턴은 필러 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물.The photoactive layer structure according to claim 1, wherein the first nano pattern has a filler structure. 제1항에 있어서, 상기 제2 반도체 박막은 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 상분리 공정을 통하여 상기 제1 반도체 박막의 상부 표면에서 형성된 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물.The photoactive layer structure according to claim 1, wherein the second semiconductor thin film is formed on the upper surface of the first semiconductor thin film through a phase separation process. 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 전하 수용층 상에 상기 제1 전하에 대응되는 제2 전하 수용층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제2 반도체 박막은 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 상분리 공정을 통하여 형성된 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물의 형성 방법.Forming a first charge receiving layer including a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second semiconductor thin film formed on the first semiconductor thin film and having a second nano pattern, step; And
And forming a second charge receiving layer corresponding to the first charge on the first charge receiving layer,
Wherein the second semiconductor thin film is formed of a first type semiconductor material and a second type semiconductor material through a phase separation process. 제5항에 있어서, 상기 제1 전하 수용층을 형성하는 단계는,
대상체 상에 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 블렌딩 고분자층을 형성하는 단계;
상기 제1 나노 패턴에 대응되는 요철이 형성되는 몰드를 이용하여 상기 블렌딩 고분자층에 대하여 임프린팅 공정 및 상분리 공정을 수행하여, 상기 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제1 반도체 박막 및 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물의 형성 방법.6. The method of claim 5, wherein forming the first charge-
Forming a blended polymer layer on the object by coating with an organic solution in which first and second type semiconductor materials are mixed;
The imprinting process and the phase separation process are performed on the blended polymer layer using the mold having the concavo-convex pattern corresponding to the first nano pattern to form the first semiconductor thin film made of the first type semiconductor material and the second semiconductor thin film made of the first type semiconductor material And forming the second semiconductor thin film made of a semiconductor material. 제6항에 있어서, 상기 몰드 및 상기 제2형 반도체 물질은 상호 대응되는 표면 에너지를 갖고, 상기 제1형 반도체 물질 및 상기 대상체는 상호 대응되는 표면 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물의 형성 방법.7. The method of claim 6, wherein the mold and the second type semiconductor material have mutually corresponding surface energies, and the first type semiconductor material and the object have mutually corresponding surface energies. Way. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전하 수용층들을 형성하는 단계는,
대상체 상에 제1형 반도체 물질들이 해리된 유기 용액으로 코팅하여 제1 예비 반도체 박막을 형성하는 단계;
상기 제1 예비 반도체 박막에 대하여 상기 제1 나노 패턴에 대응되는 요철이 형성되는 몰드로 임프린팅 공정을 수행하여, 상기 제1 나노 패턴이 상부에 형성된 제1 반도체 박막을 형성하는 단계;
상기 제1 반도체 박막 상에 제1형 및 제2형 반도체 물질들이 혼합된 유기 용액으로 코팅하여 블렌딩 고분자층을 형성하는 단계;
상기 블렌딩 고분자층에 대하여 상분리 공정을 수행하여, 상기 제1 반도체 박막 상에 상기 제1형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 반도체 박막 및 상기 제2 반도체 박막 상에 상기 제2형 반도체 물질로 이루어진 상기 제2 전하 수용층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물의 형성 방법.6. The method of claim 5, wherein forming the first and second charge receiving layers comprises:
Forming a first preliminary semiconductor thin film by coating a first type semiconductor material on an object with an organic solution dissociated;
Performing an imprinting process on the first preliminary semiconductor thin film with a mold having concave and convex corresponding to the first nano pattern to form a first semiconductor thin film on the first nano pattern;
Coating a first semiconductor thin film with an organic solution mixed with first and second type semiconductor materials to form a blended polymer layer;
A second semiconductor thin film made of the first type semiconductor material and a second semiconductor thin film formed on the second semiconductor thin film on the first semiconductor thin film by performing a phase separation process on the blended polymer layer, Lt; RTI ID = 0.0 > 2 < / RTI > charge-receiving layer. 제8항에 있어서, 상기 블렌딩 고분자층에 대하여 상분리 공정을 수행하는 단계는, 상기 제2형 반도체 물질에 대응되는 표면 에너지를 갖는 템플릿을 이용하여 상기 블렌딩 고분자층을 열압착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 활성층 구조물의 형성 방법.9. The method of claim 8, wherein performing the phase separation process on the blended polymer layer comprises thermally compressing the blending polymer layer using a template having surface energy corresponding to the second type semiconductor material Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > 기판 상에 제1 전하를 수송하는 제1 전하 수송층;
상기 제1 전하를 수용하도록 구비되며, 제1 나노 패턴을 구비한 제1 반도체 박막 및 상기 제1 반도체 박막 상에 형성되며 제2 나노 패턴을 갖는 제2 반도체 박막을 구비하는 제1 전하 수용층 및 상기 제1 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제1 전하에 대응되는 제2 전하를 수용하도록 구비된 제2 전하 수용층을 구비한 광활성층 구조물; 및
상기 제2 전하 수용층 상에 배치되며, 상기 제2 전하를 수송하는 제2 전하 수송층을 포함하고,
상기 제2 나노 패턴은 덴드라이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.A first charge transport layer for transporting a first charge on the substrate;
A first charge receiving layer provided to receive the first charge and including a first semiconductor thin film having a first nano pattern and a second semiconductor thin film formed on the first semiconductor thin film and having a second nano pattern; A photoactive layer structure disposed on the first charge receiving layer and having a second charge receiving layer adapted to receive a second charge corresponding to the first charge; And
And a second charge transporting layer disposed on the second charge receiving layer for transporting the second charge,
Wherein the second nano pattern has a dendritic structure. 삭제delete
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