KR20120046386A - 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지 - Google Patents

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지 Download PDF

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KR20120046386A
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것으로서, 억셉터층을 LAYER-BY-LAYER 방법에 의해 다층으로 적층하는 것을 포함하는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지{MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC SOLAR CELL AND ORGANIC SOLAR CELL MADE BY THE SAME}
본 발명은 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것으로서, 억셉터층을 LAYER-BY-LAYER 방법에 의해 다층으로 적층하는 것을 포함하는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지에 관한 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
이와 같은 태양전지는 구성하는 물질에 의하여 무기물 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기물 태양전지(organic solar cell)로 크게 분류할 수 있다.
무기물 태양전지로서 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있고, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 박막형 태양전지로 제조될 수 있는 장점을 가지나, 많은 비용이 소요되고, 효율 및 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
최근, 유기물 재료를 사용함으로서 공정 과정을 단순화할 수 있고, 이로 인한 제작 단가를 감소시킬 수 있으며, 탄력적인 소자로서 제조될 수 있는 장점 등으로 유기 태양전지에 대한 관심과 연구가 증폭되고 있다. 다양한 종류의 나노박막형 유기 태양전지가 개발되었지만, 현재 이 분야에서 대표적으로 사용되는 물질 및 구조는 1980년대 중반에 개발되어 1990년대부터 전자재료로의 응용이 연구되고 있던 풀러렌(C60)과 유기 반도체를 접목시킨 구조이다. 대표적인 것으로 반도체 고분자와 풀러렌의 유도체를 이용한 고분자 태양전지, CuPc와 C60, 혹은 페릴렌을 이용한 다층구조의 저분자형 태양전지를 들 수 있다.
최근 태양전지 기술 개발 방향은 발전 단가를 낮추는 저가형 태양전지 개발 연구와 변환 효율을 높이는 고효율 태양전지 개발 연구가 진행되어 왔다. 태양전지의 발전 단가를 낮추기 위하여 저가로 대량 생산이 가능한 다양한 물질과 공정이 개발되었지만, 변환 효율이 낮아 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 유기 태양전지 광활성층을 구성하는 억셉터층을 LAYER-BY-LAYER 방법에 의해 다층으로 적층함으로써 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 유기 태양전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 기판 상에 양극을 적층하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 양극 상에 억셉터층을 적층하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 억셉터층을 열처리하는 단계(단계 3); 상기 단계 3의 억셉터층 상에 도너층을 적층하는 단계(단계 4); 및 상기 단계 4의 도너층 상에 음극을 적층하는 단계(단계 5); 를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 단계 2에서의 억셉터층을 적층하는 단계는 고분자 박막 및 티타늄 전구체 박막을 layer by layer 자기조립법에 의하여 반복적으로 다층 박막 형태로 20 내지 200 nm의 두께로 적층하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(PAH)이고, 상기 티타늄 전구체는 상기 고분자는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(PAH)이고, 상기 티타늄 전구체는 티타늄(IV) 비스(암모늄락테이트)디하이드록사이드(TALH), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra-isopropoxide, TTPI), 티타늄 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide) 및 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 단계 3에서의 열처리 단계는 400 내지 500℃ 온도에서 질소 분위기 하에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리하고, 다시 같은 온도에서 산소 분위기 하에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 도너는 폴리티오팬, 폴리피롤, 폴리비닐카바졸, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌비닐렌, P3HT(poly-3-hexylthiophene), MDMO-PPV 및 MEH-PPV로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
본 발명에 있어서, 상기 음극은 리튬플로라이드와 알루미늄 적층(LiF/Al), 칼슘과 알루미늄 적층(Ca/Al), 알루미늄, 은, 금, 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질로 형성된 금속판인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 양극은 기판 상에 형성된 투명 전도성 산화물(TCO)을 포함하는 투명 전극인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO), 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드 (AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 유리 기판, 플렉시블 고분자 기판 및 플렉시블 금속 기판으로 이루어진 군으로부터 선택된 기판인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 제조방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지를 제공한다.
본 발명은 특히 layer-by-layer(LbL) 자기 조립 방법을 사용하여 상기 다층박막을 제조하는 경우, 조절 가능한 전기적 특성을 갖는 억셉터를 쉽게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 크기와 모양에 상관없이 박막 두께, 조성 및 표면 기능을 조절할 수 있는 점에 착안한 것이다.
여기에서 LbL 자기 조립 다층박막은 박막 상호 간의 인력(정전기적 인력, 수소결합, 공유결합)을 통하여 다층박막을 제조하는 방법이며, 본 발명에서 상기 LbL 자기 조립 방법에 의하여 제조된 다층박막은 유기 태양 전지에서의 도너와 억셉터간의 계면의 특성을 손쉽게 조절할 수 있는 효과를 발생시키며, 이하 실험예에서 보다 상세히 설명된다.
본 발명의 일 실시예에서는 열처리 공정에 따라 조절 가능한 나노 구조, 낮은 소비 전력을 갖는 TiO2 다층박막을 제조하기 위하여 ITO가 코팅된 유리 전극 상에 LbL 기술을 이용한 티타늄 전구체 및 폴리아릴아민하이드로클로라이드 (poly (allylamine hydrochloride, PAH)의 다층박막을 스핀코팅법에 의하여 적층하게 된다.
본 발명에 의하여 억셉터층을 LAYER-BY-LAYER 방법에 의해 다층으로 적층하는 유기 태양 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유기 태양 전지는 억셉터 층의 구조의 안전성에 의하여 전자의 전달 및 수송이 효율적으로 진행됨에 따라 결과적으로 만들어지는 태양 전지의 광전 변환 효율이 향상되는 효과를 나타낸다.
도 1은 상기 비교예 1과 실시예 1에 있어서의 태양 전지 구조의 모식도를 각각 도 1(a), 도 1(b)로 나타낸다.
도 2는 PAH/TALH 다층박막을 1부터 40까지 증가시키면서 측정된 주파수와 질량 변화를 나타낸다.
도 3은 적층되는 막의 층수를 증가함에 따라 243nm에서 측정된 TALH의 흡광도를 나타낸다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1 에서 만들어진 억셉터 층을 열처리 후, 박막의 결정구조를 조사하기 위하여 탭핑 모드의 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, Veeco Dimension 3100)을 이용하여 표면 구조와 거칠기를 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 LbL-자기조립 TiO2 화학적 조성 분석을 위하여 Ti 이온의 결합 상태와 잔여 탄소 원소의 존재는 X-레이 광전자 현미경(photoelectron microscopy (XPS, Sigma Probe))를 통하여 확인한 결과를 나타낸다.
도 6은 (a)열처리 전의 비교예의 졸겔법에 의한 TiOx 필름, (b)열처리 후의 비교예의 졸겔법에 의한 TiOx 필름, (c)실시예의 lbl 법에 의하여 제조된 TiOx 박막의 X-ray diffraction(XRD) 패턴을 나타낸다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1 에서 만들어진 억셉터 층을 포함하는 태양전지에서의 전류밀도-전압(current density voltage) 특성을 나타낸다.
도 8은 P3HT/TiOx 의 계면과 인접해 있는 P3HT 고분자의 분자 구조에 대한 정보를 얻기 위한 Grazing Incidence Wide angle X-ray Scattering (GIWAXS)을 측정 결과를 나타낸다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1. layer-by-layer 법에 의한 TiOx 억셉터층의 제조
본 실험예에서는 LbL 자기조립 방법 중 하나인 스핀 코팅법에 의하여 억셉터 층을 적층하였다.
본 발명에서는 티타늄 전구체로서 음전하 특성을 갖는 티타늄(IV) 비스(암모늄락테이트)디하이드록사이드(TALH)(Titanium(IV) bis (ammonium lactate)dihydroxide (TALH))와 양전하 특성을 갖는 고분자인 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(poly(allylamine hydrochloride) (PAH)(MW=70000))를 사용하였다. 본 실험예에서 사용한 PAH의 농도는 1mg/㎖이고, TALH의 농도는 50mg/㎖이다.
유리 위에 ITO 코팅된 기판에 UV를 조사하여 상기 기판이 음전하 표면을 갖도록 한다. 음전하로 표면 개질 된 기판을 처음에는 양전하인 PAH 용액(0.5M NaCl)을 4000 rpm 속도로 약 20초간 스핀코팅 하고, 충분한 양의 DI(DeIonized) 물에서 4000 rpm 의 속도로 2번 세척하였다. 이후, 상기 PAH 박막 상에 음전하인 TALH 박막을 동일한 스핀코팅, 세척과정을 통하여 적층하였다. 이러한 과정을 반복하여 복수 층의 (PAH/TALH)n 다층박막을 제조하였다. 상기 공정을 원하는 두께 50 nm 가 될때까지 흡착되도록 반복하였는데, 이후 형성된 다층박막을 무산소 조건인 질소 분위기 하에서 450℃로 2시간 동안 열처리를 한 후, 다시 추가적으로 같은 온도 조건에서 산소 분위기로 4.5시간 열처리하였다. 상기 열처리 공정을 통하여 특히 티타늄 전구체인 TALH는 티타늄 산화물(TiO2)로 전이되는데, 특히, 본 발명은 상기 열처리 과정, 특히 무산소 조건인 질소 분위기 하의 열처리로서 얻어진 티타늄 산화물은 적절한 수준의 불순물(impurity)을 가지게 되므로, 상기 티타늄 산화물층이 저항 변화 거동의 활성층으로 효과적이다는 점에 기초한 것으로, 이하 실험예를 통하여 보다 상세히 설명된다.
비교예 1. 졸-겔 법에 의한 TiOx 의 제조
비교예로 사용한 TiOx는 통상의 졸-겔의 제조 공정으로 제조된 50 nm의 두께를 갖는 것으로, TIPP(titanium tetraisopropoxide)를 전구체로 사용하였고, 그 후에 450℃의 온도에서 질소 분위기 하에서 2시간 동안, 산소 분위기 하에서 2시간 동안 열처리하여 제조하였다.
또한, 상기 비교예 1과 실시예 1에 있어서의 태양 전지 구조의 모식도를 각각 도 1(a) 및 도 1(b)로 나타내었다.
실험예 1. 박막 특성 분석
실험예 1-1. 수정진동저울(Quartz Crystal Microgravimetry(QCM)) 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 만들어진 억셉터 층에 대해서 흡착된 물질의 질량을 조사하기 위해 QCM 장치(QCM200, SRS)를 사용하였다. 사용한 QCM 전극의 공진 진동수는 5MHz이다. PAH와 TALH의 흡착 질량 (△m)은 QCM 진동수 (△F)의 변화를 다음과 같은 Sauerbrey 식을 이용하여 계산할 수 있다.
[식 1]
[Sauerbrey equation, △F(Hz)=-56.6 ×△mA
(△mA는 quartz 단위 면적당 질량변화(㎍/㎝2)]
PAH/TALH 다층박막을 1부터 40까지 증가시키면서 측정된 주파수와 질량 변화와 층수를 증가함에 따라 243nm에서 측정된 TALH의 흡광도를 각각 도 2, 도 3 에 나타내었다.
수정 진동 저울(Quartz Crystal microgravimetry(QCM)) 측정을 통하여 다층박막에서의 PAH와 TALH의 흡착된 양을 정량적으로 분석한 결과 도 2 에서 층수가 증가함에 따라 PAH와 TALH의 흡착된 질량 변화(△m) 와 주파수 변화(△F)를 나타내며, 상기 결과로부터 PAH와 TALH의 LbL 자기 조립 다층박막은 규칙적인 다층박막 특성을 가지며, 이때 교대로 흡착되는 PAH와 TALH는 15 ± 1 ㎐, 54 ± 2 ㎐의 주파수 변화가 있고, 이는 265 ng/㎠, 1236 ng/㎠ 의 질량 변화를 나타내었다.
이러한 결과로부터 LbL 자기 조립 공정인 회전 코팅법을 이용하는 경우, 질서정연한 유기/유기 또는 유기/무기 다층 구조를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 3의 안에 삽입된 그래프는 PAH/TALH를 주기적으로 증가시켰을 때, 243nm에서 측정된 흡광도가 선형적으로 증가함을 나타낸다. TALH에 의해 생기는 흡광 피크(243nm)의 균일한 성장은 PAH/TALH 다층박막이 성장하면서 층당 흡착되는 TALH의 양이 일정함을 알려준다.
실험예 1-2. 탭핑 모드의 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, Veeco Dimension 3100)을 이용하여 표면 구조와 거칠기 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 만들어진 억셉터 층을 열처리 후, 박막의 결정구조를 조사하기 위하여 탭핑 모드의 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, Veeco Dimension 3100)을 이용하여 표면 구조와 거칠기를 측정하였다.
도 4 에서 root-mean-square 법에 의한 표면 거칠기는 실시예 1과 비교예 1의 경우 각각 0.55, 0.53 으로 크게 차이가 나지 않았다.
실험예 1-3. X-레이 광전자 현미경(photoelectron microscopy (XPS, Sigma Probe))를 이용한 분석
LbL-자기조립 TiO2 화학적 조성 분석을 위하여 Ti 이온의 결합 상태와 잔여 탄소 원소의 존재는 X-레이 광전자 현미경(photoelectron microscopy (XPS, Sigma Probe))를 통하여 확인하였다.
도 5 에 나타난 바와 같이 본 발명은 무산소 조건 하의 열 처리 단계를 통하여 열 분해되는 과정은 부분적인 전자 농도의 증가에 의해 산소 부족 상태를 야기하며, 이러한 산소 부족 상태는 Ti3+ 이온의 존재에 의한 Ti2p3/2 피크가 더 낮은 결합 에너지로 이동하는 현상으로 확인된다.
본 발명자는 실시예 1의 LbL-자기조립 TiO2 박막 안의 산소 공공의 발생을 산출하기 위해서 Ti(2p) 스펙트럼을 연구하였는데, 여기에서 측정된 스펙트럼은 Ti4+ (459.2eV) 와 Ti3+ (457.8eV)의 2개의 스핀-궤도 요소(spin-orbit component)로 분해될 수 있으며, Ti3+ /Ti4+ 의 비는 약 0.37로 상기 비교예 1에 비하여 2배 이상의 값을 나타내었다.
즉, 본 발명의 LbL-자기조립 TiO2 박막이 가진 잔여 탄소와 같은 재료상의 결함 (불순물)과 형성되는 산소 공공이 전자 도너와 억셉터 사이에서의 전자의 이동에 중요한 영향을 미치는 것을 고려할 때, 본 발명에 따라 열처리된 LbL-자기조립 TiO2 박막은 유기 태양 전지에 있어서 효과적인 광활성층으로 구동할 수 있다는 것을 의미하며, 또한 LbL-자기조립 TiO2 나노조성은 재료기반의 결함을 가진 단일층의 TiO2로 여겨질 수 있다.
실험예 1-4. Xray diffraction(XRD) 패턴을 이용한 분석
도 6 에서 (a)열처리 전의 비교예의 졸겔법에 의한 TiOx 필름, (b)열처리 후의 비교예의 졸겔법에 의한 TiOx 필름, (c)실시예의 lbl 법에 의하여 제조된 TiOx 박막의 X-ray diffraction(XRD) 패턴을 나타낸다.
(b)열처리 후의 비교예의 졸겔법에 의한 TiOx 필름에서는 (101) 피크가 (004) 피크에 비하여 상대적으로 강하게 관찰되는데, 이는 일반적인 아나타제 결정에서 나오는 결과이다. 반면에 (c)실시예의 LbL-자기조립 TiO2 박막에서는 강한 (004) 피크가 관찰된다. 이러한 결과는 실시예의 LbL-자기조립 TiO2 박막의 구조가, 인접한 PAH 사이에서의 TALH의 제한된 결정 성장과 관련된다는 것을 의미한다. HR-TEM의 격자 이미지는 LbL-자기조립 TiO2 박막의 (001) 면 만이 주로 생성된다는 것을 확인하기 위하여 측정하였다.
실시예 2. 태양전지의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 ITO 코팅된 유리 기판 위에 만들어진 (PAH/TALH)n 다층박막을 상술한 방법에 따라 적층하고, 상기 다층 박막을 열처리하여 TiO2 나노조성의 다층박막으로 전환하였다. 클로로벤젠에 용해된 P3HT 용액(Mn=16 kg/mol, PDI = 1.3, R.R = 95%)을 준비한 후 100℃ 이상에서 24시간 동안 교반하여 완전히 용해되도록 하였다. 만들어진 용액을 PTFE 실린지 필터에 통과시킨 후 2000 rpm 으로 40초간 처리하여 50 nm 두께의 고분자 박막이 생성되도록 하였다. 이후 evaporation 챔버에서 1시간 정치 후 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 100 nm 의 두께을 갖는 상부전극(Ag)을 형성하여 소자를 완성한다.
실험예 2
실험예 2-1 광전기력 특성 조사
제작된 소자의 광전기력 특성을 조사하기 위하여 솔라시뮬레이터(Solar simulator)를 사용하여 AM 1.5 조건의 태양광을 생성하였고, ABET Technologies 의 solar simulator 를 사용해서 전류밀도-전압(current density voltage) 특성을 측정하였고, 그 결과를 도 7 및 아래 표 1 에 나타내었다.
Voc Jsc FF Power conversion efficiency(%)
비교예 1 0.47 0.45 0.38 0.08
실시예 1 0.57 0.72 0.62 0.25
상기 도 7 및 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 경우 태양 전지 소자의 특성이 모두 개선되었으며, 에너지 전환 효율 Power conversion efficiency(%) 의 경우 3배 증가되었다.
실험예 2-2. Grazing Incidence Wide angle X-ray Scattering (GIWAXS)패턴을 이용한 분석
P3HT 의 나노 사이즈에서의 결정 구조가 전하 이동과 전달에 있어서 중요한 요인이 되기 때문에 P3HT/TiOx 의 계면과 인접해 있는 P3HT 고분자의 분자 구조에 대한 정보를 얻기 위하여 포항공대 가속기 연구소의 4C2 빔 라인에서 Grazing Incidence Wide angle X-ray Scattering (GIWAXS)을 측정하였다.
실시예 1과 비교예 1에서 만들어진 TiOx 박막에 P3HT 를 각각 10 nm 증착시켰으며 Si 기판에 P3HT 를 10 nm 두께로 증착시킨 것을 비교예 2로 하였다. 각각의 샘플들을 질소 충진 클로브 박스에서 8시간동안 120℃ 로 어닐링 하였다. 샘플들을 x와 y축 측각기에 위치시켰다. 진공 하에서 단색성 X-rays(λ=0.13807nm)와 가능한 입사각 모두를 이용하였다. 산란빔 강도는 SCX: 4300-165/2 CCD detector (Princeton Instruments)를 이용해 기록하였다. 2D GIWAXS 패턴은 0<qz<2.33Å-1, 0<qxy<2.33Å-1(q = 4πsinθ/λ, 기판에 대하여 z는 수직방향 및 xy는 평행방향임)의 영역에서 측정하였으며, 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에서 (a)는 Si 기판을 사용한 경우, (b)는 비교예의 졸-겔법에 의한 경우, (c)는 본 발명의 layer-by-layer 법에 의한 경우 각각의 Grazing Incidence Wide angle X-ray Scattering (GIWAXS) 패턴을 나타낸다. 본 발명의 layer-by-layer 법에 의한 (c)의 경우가 π-π 스택킹이 가장 결정성이 높음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 양극을 적층하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 양극 상에 억셉터층을 적층하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2의 억셉터층을 열처리하는 단계(단계 3);
    상기 단계 3의 억셉터층 상에 도너층을 적층하는 단계(단계 4); 및
    상기 단계 4의 도너층 상에 음극을 적층하는 단계(단계 5);를 포함하는 유기 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2에서의 억셉터층을 적층하는 단계는 고분자 박막 및 티타늄 전구체 박막을 layer by layer 자기조립법에 의하여 반복적으로 다층 박막 형태로 20 내지 200 nm의 두께로 적층하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(PAH)이고, 상기 티타늄 전구체는 티타늄(IV) 비스(암모늄락테이트)디하이드록사이드(TALH), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra-isopropoxide, TTPI), 티타늄 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide) 및 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3에서의 열처리 단계는 400 내지 500℃ 온도에서 질소 분위기 하에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리하고, 다시 같은 온도에서 산소 분위기 하에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도너는 폴리티오팬, 폴리피롤, 폴리비닐카바졸, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌비닐렌, P3HT(poly-3-hexylthiophene), MDMO-PPV 및 MEH-PPV로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극은 리튬플로라이드와 알루미늄 적층(LiF/Al), 칼슘과 알루미늄 적층(Ca/Al), 알루미늄, 은, 금, 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질로 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 기판 상에 형성된 투명 전도성 산화물(TCO)을 포함하는 투명 전극인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물은 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO), 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드 (AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판, 플렉시블 고분자 기판 및 플렉시블 금속 기판으로 이루어진 군으로부터 선택된 기판인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항의 제조방법에 의하여 제조된 유기 태양 전지.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078014A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 上海交通大学 铁酸铋/钛酸铋钠-钛酸钡异质结构铁电薄膜太阳能电池的制备方法
CN103078013A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 上海交通大学 钒酸铋/铁酸铋异质结薄膜太阳能电池的制备方法
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Cited By (4)

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US10553807B2 (en) 2012-05-29 2020-02-04 Gwangju Institute Of Science And Technology Functional layer for organic electron device containing non-conjugated polymer having amine group, and organic electron device containing same
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