KR20140090525A - Organic photovoltaic unit cell comprising organic material layer including chitosan - Google Patents
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Abstract
Description
본 기술은 유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기태양전지에 관한 기술이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an organic semiconductor material and an organic electronic device including the organic semiconductor material, and more particularly to an organic solar cell.
급등하는 에너지 소비량과 에너지원의 한정적인 매장량으로 인하여, 연료비의 급등과 에너지원의 고갈의 문제는 더 이상 방관할 수 없는 상태에 이르렀다. 또한 이와 더불어서 이산화탄소 배출에 대한 각국의 규제가 더욱 강화되고 있다. 이러한 문제점들에 대한 대책으로서 청정하고 자원고갈의 문제가 없는 태양력, 풍력, 수력 등의 재생 가능하고 무한에 가까운 자연에너지에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어지고 있다. 특히 장소, 위치 등에 크게 제약이 없는 태양력을 이용하기 위한 연구가 크게 각광을 받고 있다.Due to soaring energy consumption and limited reserves of energy sources, the problem of soaring fuel prices and the depletion of energy sources is no longer unobtrusive. In addition, regulations on the emission of carbon dioxide are being tightened. As a countermeasure against these problems, researches on renewable and infinite natural energy such as solar power, wind power, and water power, which are free from problems of clean and resource depletion, are being actively conducted. Particularly, research for using the solar power which has no significant restriction on the place, location, etc., is getting much attention.
태양력을 에너지원으로서 이용하는 방법 중, 현재 가장 활발한 연구가 이루어지고 있는 것은 태양전지이다. 태양전지는 광전효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 전기로 변환시키는 반도체 소자로, 실리콘 또는 화합물 반도체 등의 무기 반도체 재료를 이용한 태양전지는 이미 시판되어 사용되고 있다. 또한 최근에는 고분자 수지 등의 유기물을 이용한 유기태양전지도 연구되고 있다.Among the methods of using the solar energy as an energy source, the most active research currently being done is solar cells. BACKGROUND ART A solar cell is a semiconductor device that converts sunlight into electricity using a photovoltaic effect. Solar cells using inorganic semiconductor materials such as silicon or compound semiconductors are already commercially available. Recently, organic solar cells using organic materials such as polymer resins have also been studied.
기존의 단결정 실리콘 태양전지의 높은 원가를 개선하기 위해 제안된 다양한 태양전지 중에서, 특히 유기태양전지는 광활성층의 물질을 유기 재료로 사용하는 태양전지로서, 유기재료의 특성상 분자구조를 자유롭게 변형할 수 있어 고효율의 신규 재료의 개발 가능성이 높다. 또한 단순한 소자구조로 되어 있어 제조공정이 간단하고 모듈화가 용이하며, 단위소자와 모듈간의 에너지 손실이 적고, 흡광 계수가 높아서 100nm의 매우 얇은 박막에서도 50% 이상의 빛을 흡수할 수 있다. 이 외에도 저렴한 가격, 재료의 유연성 등의 장점을 갖는 유기 재료를 이용하여 활발히 연구가 진행되고 있으나, 기존의 무기 재료를 이용한 태양전지에 비해 효율이 크게 떨어진다는 단점이 있어, 아직 실용화를 이루고 있지 못하고 있다.Among the various solar cells proposed to improve the high cost of conventional single crystal silicon solar cells, in particular, organic solar cells are solar cells that use a material of the photoactive layer as an organic material and can freely modify the molecular structure There is a high possibility of developing new materials with high efficiency. In addition, it has a simple device structure, which simplifies the manufacturing process, facilitates modularization, has a low energy loss between the unit device and the module, has a high extinction coefficient, and can absorb light of 50% or more even in a very thin film of 100 nm. In addition, research has been conducted actively using organic materials having advantages such as low cost and flexibility of materials, but it has a disadvantage in that efficiency is significantly lower than that of conventional solar cells using inorganic materials, have.
유기태양전지의 광변환효율은 입사된 광을 전기에너지로 변환하는 것으로, 입사된 광이 광활성층 내의 유기 물질을 여기시켜 전자와 정공이 불안정하게 결합된 형태인 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 전자와 정공이 각각 도너(donor)층과 억셉트(accept)층을 통과하여 전극까지 이동하여 전기에너지로 전환되는 효율을 말한다.The photoconversion efficiency of an organic solar cell converts incident light into electrical energy. The incident light excites an organic material in the photoactive layer to form an exciton in which electrons and holes are unstably coupled. And the electrons and holes pass through the donor layer and the accept layer, respectively, and are transferred to the electrode to be converted into electric energy.
유기태양전지용 재료로서는 크게 도너인 p-형 유기반도체 재료와 억셉터인 n-형 유기반도체 재료로 구분될 수 있다. p-형 유기반도체 재료는 빛이 흡수되어 생성된 엑시톤(exciton)이 형성되면 n-형 유기 반도체 재료와의 접합부(junction)에서 정공(hole)과 전자(electron)로 분리되어 전자를 잘 제공할 수 있는 도너이다. n-형 유기반도체 재료는 억셉터로 환원되어 전자를 잘 받아들일 수 있는 재료를 말한다. 다양한 도너 및 억셉터 재료들이 보고되고 있으나, P3HT/PCBM 또는 PCPDTBT/PCBM 등을 제외하고는 3% 이상의 효율을 기대하기 어려운 실정이다.As materials for organic solar cells, they can be largely classified into a p-type organic semiconductor material which is a donor and an n-type organic semiconductor material which is an acceptor. The p-type organic semiconductor material is separated into holes and electrons at the junction with the n-type organic semiconductor material to form an exciton, Can be a donor. An n-type organic semiconductor material refers to a material that is reduced to an acceptor and can accept electrons. Various donor and acceptor materials have been reported, but it is difficult to expect an efficiency of more than 3% except for P3HT / PCBM or PCPDTBT / PCBM.
종래의 기술에서 양전하 이동층(또는 전하 수송층)으로 일반적으로 널리 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))을 사용해 왔다. PEDOT:PSS는 비교적 높은 전기전도도와 투명도를 나타내기 때문에 광전자 유기 소자로의 응용으로 각광받고 있다. 특히 경화 후에도 유연한 성질을 나타내므로 롤 투 롤과 같이 대량생산이 가능하다. 그러나 PSS가 산성을 띄기 때문에 소자의 안정성 및 내구성이 취약한 문제가 있다.
In the prior art, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)) has been widely used as a positive charge transport layer (or charge transport layer). Since PEDOT: PSS exhibits relatively high electrical conductivity and transparency, it is attracting attention as an application to optoelectronic devices. Especially, it shows flexible properties even after curing, so it can be mass-produced like roll-to-roll. However, since PSS is acidic, the stability and durability of the device are poor.
본 발명은 전술한 문제를 극복하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 유기태양전지 재료에서 산성물질을 배제하여 소자의 안정성 및 수명을 향상시키고, 저렴한 소재의 사용으로 제조 단가를 줄일 수 있는 유기태양전지 단위소자를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to overcome the above-described problems and to provide an organic solar cell which can reduce the manufacturing cost by using an inexpensive material to improve the stability and lifetime of the device by excluding an acidic substance from the organic solar cell material. Thereby providing a battery unit element.
본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자는 투명기판, 상기 투명 기판 상의 적어도 일 영역에 형성된 투명 전극층, 상기 투명 전극층 상에 형성되고 상기 광활성층에서 발생된 양전하를 상기 투명 전극층으로 유도하며, 키토산 함유 유기물로 이루어진 양전하 이동층, 상기 양전하 이동층 상에 형성되며 도너 물질 및 억셉터 물질의 벌크헤테로정션층으로 이루어진 하나의 광활성층, 및 상기 광활성층 상에 형성된 대응 전극층을 포함한다.An organic solar cell unit device including a chitosan-containing organic material layer according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate, a transparent electrode layer formed on at least one region of the transparent substrate, a positive electrode layer formed on the transparent electrode layer, A photoactive layer formed on the photoactive layer, the photoactive layer being formed of a chitosan-containing organic material, and a bulk heterojunction layer of a donor material and an acceptor material formed on the positive charge transport layer; Electrode layer.
상기 도너 물질은 사이오펜(thiophene)계 화합물을 포함하는 고분자 및 그 유도체를 포함하고, 상기 억셉터 물질은 플러렌(fullerene) 유도체를 포함할 수 있다.The donor material may include a polymer including a thiophene compound and a derivative thereof, and the acceptor material may include a fullerene derivative.
상기 대응 전극층은 Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh 또는 Mg 등의 금속 중 적어도 1종의 금속 또는 전도성 고분자일 수 있다.The counter electrode layer may be at least one metal or a conductive polymer of a metal such as Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh, or Mg.
본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 함유 유기조성물은 도너 물질 및 억셉터 물질의 벌크헤테로정션층으로 이루어진 적어도 하나의 광활성층을 포함하는 유기태양전지 단위소자(unit cell)의 제조에 있어서, 상기 광활성층에서 발생된 양전하를 투명 전극으로 유도하기 위한 양전하 이동층을 형성하기 위한 조성물로서, 제1 용매 100 중량부에 대하여, 키토산 0.1 내지 2 중량부를 포함한다.In another aspect of the present invention, there is provided a chitosan-containing organic composition comprising at least one photoactive layer comprising a donor material and a bulk heterojunction layer of an acceptor material, Layer to a positive electrode, wherein the positive charge transport layer comprises 0.1 to 2 parts by weight of chitosan relative to 100 parts by weight of the first solvent.
상기 조성물은 제2 용매 100 내지 150 배로 희석할 수 있고, 100 내지 150℃의 온도에서 5 내지 20분간 열처리할 수 있다.The composition may be diluted to 100 to 150 times the second solvent, and may be heat-treated at a temperature of 100 to 150 ° C for 5 to 20 minutes.
상기 키토산의 평균 분자량은 5,000 내지 100,000일 수 있다.
The average molecular weight of the chitosan may be from 5,000 to 100,000.
본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자는, 종래에 사용되던 산성의 띄는 PEDOT:PSS 배제하여 소자의 장기적인 수명 및 신뢰성이 향상될 수 있다.In the organic solar cell unit device including the chitosan-containing organic layer according to an embodiment of the present invention, long lifetime and reliability of the device can be improved by excluding the conventionally used acidic PEDOT: PSS.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자는, 종래의 물질보다 낮은 비용으로 소자를 제조될 수 있다.
In addition, the organic solar battery unit device including the chitosan-containing organic material layer according to an embodiment of the present invention can be manufactured at a lower cost than conventional materials.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지 단위소자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지 단위소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기태양전지 단위소자의 전기적 특성을 측정한 I-V 곡선 그래프이다.1 is a perspective view schematically showing an organic solar battery unit according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing an organic solar battery unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an IV curve graph of an electrical characteristic of an organic solar cell unit device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자의 제조방법을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명에 대한 예시적인 기재일 뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다.
Hereinafter, a method of manufacturing an organic solar battery unit device including a chitosan-containing organic layer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following description is only an exemplary description of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited by the following description, and the technical idea of the present invention is defined by the claims that follow.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자(100)를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing an organic solar
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 함유 유기물층을 포함하는 유기태양전지 단위소자(100)의 사시도의 단면도이다.2 is a sectional view of a perspective view of an organic solar
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기태양전지 단위소자(100)는 투명 기판(110), 투명 전극층(120), 양전하 이동층(130), 광활성층(140) 및 대응 전극층(150)을 포함한다. 또한, 입사광(L)은 투명 기판(110) 측으로부터 입사된다. 입사광(L)은 광활성층(140)까지 도달하여 전자-정공쌍으로 이루어진 엑시톤(exiton)을 형성시킨다. 상기 엑시톤은 전자 및 전자로 분리된 후, 각각 음극과 양극으로 전류를 발생시키게 된다. 유기태양전지 등에 사용되는 유기반도체 재료들은 기본적으로 매우 높은 흡광계수를 갖고 있는데, 이로 인해 약 100nm의 박막으로도 빛을 흡수하여 엑시톤을 형성하는 효율은 50% 정도로 높다. 1 and 2, an organic
투명 기판(110)으로는 기존에 사용하던 기판 중 유리, 석영, 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate), PES(Polyethersulphone), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate), PAR(Polyarylate) 등의 플라스틱 등 투명한 기판 중 어느 것을 사용할 수 있으나, 가시광선 영역에서의 높은 투과도 및 10Ω/□ 이하의 면저항을 갖고, 공정의 용이성 및 완성된 소자의 광변환효율 면을 고려하여 본 실시예에서는 유리기판을 사용한다. Examples of the
투명 전극층(120)은 투명기판(110) 상에 형성되며, 투명 기판(110)의 전면 또는 일부 영역에 패턴으로 형성될 수 있다. 투명 전극층(120)의 재료로서 전도성 고분자, ZnO, SnO, ITO 등의 전도성 산화물 등을 사용할 수 있으나, 투명성, 면 저항, 기판과의 친화성 등을 고려할 때 ITO를 사용하는 것이 바람직하다. 투명 전극층(120)은 투명 기판(110) 상에 도전성 물질을 스퍼터링 등의 증착 방식으로 형성될 수 있고, 경우에 따라서는 용액상의 전도성 물질을 정전 스프레이(electrospray)에 의하여 막으로 형성될 수 있다.The
양전하 이동층(130)은 투명 전극(120) 상에 형성된다. 양전하 이동층(130)은 정전기 방지 및 생성된 정공(hole)을 투명전극으로 용이하게 수송하도록 하는 정공 수송의 역할을 할 수 있다. 종래의 유기태양전지 기술에서는 양전하 이동층(130)으로서, 높은 전기전도도와 투명도를 갖는 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), CuPc(copper phthalocyanine) 등을 사용해 왔다. 그러나 PEDOT:PSS는 PSS가 설포네이트기를 갖고 있고 산성을 띄기 때문에, 소자의 안정성을 저해하고 장기적인 수명을 낮추는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지 단위소자에는 산성의 PEDOT:PSS 대신에 키토산이 함유된 유기물을 사용한다. 키토산은 하기 화학식(1)으로 대표되는 고분자 물질로, PEDOT:PSS와 같이 전기전도성을 갖는 반면에 산성을 띄지 않는다.The positive
상기 화학식(1)에서 n은 반복단위로, 10 내지 1,000의 정수이다.In the above formula (1), n is a repeating unit and is an integer of 10 to 1,000.
키토산은 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 탈아세틸화하여 얻어진 물질을 말한다. 키틴(chitin)은 화학적으로 뮤코다당류의 일종이며, 키틴 요소의 일부가 분해되어 화합물이 된 것이 키토산(chitosan)이다. 1811년 프랑스의 자연사학자 브라코노가 버섯에 포함되어 있는 미지의 성분, 즉 키틴을 발견한 것이 시초이다. 그 후 1859년 화학자 루게가 키틴을 탈아세틸화하여 새로운 물질을 얻어냈으며, 1894년에 과학자 후페 자이라가 이를 키토산이라 명명하였다.Chitosan is a substance obtained by deacetylation of chitin contained in crab lobster and shrimp shells. Chitin is chemically a kind of mucopolysaccharide, and chitosan is a compound in which a part of chitin element is decomposed to become a compound. In 1811, the French naturalist, Bracco, discovered the unknown element, or chitin, in mushrooms. Then, in 1859, chemist Ruge deacetylated chitin to obtain a new material, and in 1894, scientist Hufe Zayira named it chitosan.
상기 키토산은 D-Glucosamine(2-amino-2-deoxy-D- glucose)의 β-(1→ 4)중합체이다. 천연에는 접합균류의 세포벽 중에 존재하고 있는 것이 확인되어 있지만, 보통은 키틴을 진한 알칼리로 처리하여, 탈아세틸화하여 생산되고 있다. 주된 용도는 고분자 응집제로서 식품가공공장의 폐수 중 단백의 회수, 음료수의 정화 등에 사용되고 기타 항균 또는 항미제로서 식품의 부패방지에, 효소, 미생물의 고정화용 담체 등에 쓰이고 있다. 물에 불용이지만 유기산이나 무기산과 염을 형성하며 그 중 대부분은 수용성이 된다. 염을 형성한 수용성 키토산은 금속류나 단백질 등 유기물과 만나면 산을 떼어 결합하는 성질로부터 응집제로 이용되고 있다The chitosan is a β- (1 → 4) polymer of D-Glucosamine (2-amino-2-deoxy-D-glucose). In nature, it has been confirmed that it exists in the cell wall of the fungi, but usually it is produced by deacetylating chitin with a strong alkali. Its main use is polymeric coagulant, which is used for the recovery of protein in wastewater of a food processing plant, purification of drinking water, other antibacterial or antimicrobial agent, for preventing food corruption, enzyme, and carrier for immobilizing microorganisms. It is insoluble in water but forms salts with organic acids and inorganic acids, most of which is water-soluble. The water-soluble chitosan that forms a salt is used as a coagulant because of its ability to bind and bond acids when it meets organic materials such as metals and proteins
양전하 이동층(130)은 스핀코팅 등의 방법으로 투명 전극층(120) 상에 도포한 후, 베이킹(baking) 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 양전하 이동층(130)은 투명 전극층(120)의 일부 영역이 노출되도록 형성되는 것이 바람직하다. The positive
광활성층(140)은 양전하 이동층(130) 상에 형성된다. 광활성층(140)은 P3HT 또는 P3HT 유도체 및, PCBM 또는 PCBM 유도체 등의 광활성 유기물을 포함하며, 상기 광활성 유기물은 블레이드 코팅 방식에 의하여 코팅 된 후 건조 과정을 거쳐 형성된다. 이와 다르게 유기물의 코팅은 슬롯-다이, 정전 스프레이, 스핀 코팅, 바 코팅 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유기물의 코팅은 롤두롤(roll-ro-roll) 장비를 이용하여 연속적으로 이루어질 수도 있다. 상기 광활성 유기물로서는, 공지된 다양한 도너(donor) 재료 및 억셉터(acceptor) 재료들의 혼합물을 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 2종 이상의 도너재료 또는 2종의 이상의 억셉터 재료가 사용될 수 있다. 상기 도너 물질은 사이오펜(thiophene)계 화합물을 포함하는 고분자 및 그 유도체를 포함하고, 상기 억셉터 물질은 플러렌(fullerene) 유도체인 n-형 화합물을 포함한다 또한, 상기 광활성 유기물은 반도체 입자, 금속 입자, 기타 다양한 유기, 무기 첨가제들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 형성된 광활성층(140)은 P3HT 또는 P3HT의 유도체 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌크헤테로정션(Bulk HeteroJunction; BHJ)을 이룬다.A photoactive layer (140) is formed on the positively charged moving layer (130). The
대응 전극층(150)은 광활성층(140) 상에 형성된다. 대응 전극층(150)은 도전성 재료를 스퍼터 또는 열기상증착(thermal evaporation) 등의 방식으로 증착함으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 도전성 재료로는 Al이 사용되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 도전성 재료로서, Ag, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh, Mg 등의 금속 또는 전술한 전도성 고분자 재료를 사용할 수도 있다. 또한, 대응 전극층(150)이 형성된 후에는, 140℃ 내지 160℃의 온도 범위 하에서 상기 유기태양전지 단위소자(100)를 열처리함으로써 추가적으로 개선할 수 있다.
A
본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 함유 유기조성물은 광활성층에서 발생된 양전하를 투명 전극으로 유도하기 위한 양전하 이동층을 형성하기 위한 조성물로서, 제1 용매 100 중량부에 대하여, 키토산 0.1 내지 2 중량부를 포함한다. 상기 제1 용매로는 아세트산, 뷰티르산, 팔미트산, 옥살산, 타타르산 등의 유기산 또는 초산, 인산 등의 무기산을 사용할 수 있다. 유기태양전지 제조 시, 상기 유기조성물이 도포된 후 상기 제1 용매는 모두 휘발되는 용매인 것이 바람직하다. 산성을 띄는 PEDOT:PSS를 배제하기 위해서 키토산을 사용하지만, 키토산은 다른 용매에는 잘 용해되지 않으므로, 충분히 휘발될 수 있는 성질을 고려해서 아세트산을 사용하는 것이 바람직하다.The chitosan-containing organic composition according to another embodiment of the present invention is a composition for forming a positively charged migration layer for guiding a positive charge generated in a photoactive layer to a transparent electrode, comprising 0.1 to 2 wt. . Examples of the first solvent include organic acids such as acetic acid, butyric acid, palmitic acid, oxalic acid, and tartaric acid, and inorganic acids such as acetic acid and phosphoric acid. In the production of the organic solar cell, it is preferable that the first solvent is volatilized after the organic composition is applied. Although chitosan is used to exclude acidic PEDOT: PSS, chitosan is not well soluble in other solvents, so it is preferable to use acetic acid in view of the ability to be sufficiently volatilized.
상기 키토산은 일반적으로 시판되는 것을 사용할 수 있지만, 평균 분자량이 5,000 내지 100,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 키토산의 입자의 크기는 1 내지 20nm인 것을 사용할 수 있으나, 상기 키토산 함유 유기조성물이 도포된 후, 형성된 막의 표면의 균일성을 위하여 평균 입도 분포가 작은 종류를 사용하는 것이 바람직하다.Commercially available chitosan can be used, but it is preferable to use those having an average molecular weight of 5,000 to 100,000. The chitosan particles having a size of 1 to 20 nm may be used, but it is preferable to use a material having a small average particle size distribution for uniformity of the surface of the formed film after the chitosan-containing organic composition is applied.
상기 제1 용매에 상기 키토산을 혼합한 후, 상기 키토산이 충분히 용해될 수 있도록 상온에서 24 내지 48시간 동안 교반한다. 이때 교반 속도와 교반 시간에는 크게 한정되지는 않지만, 상기 키토산이 완전히 용해된 키토산-아세트산 용액을 제조하는 것이 바람직하다. 상기 키토산-아세트산 용액은 제2 용매 100 내지 150 배로 희석할 수 있다. 상기 제2 용매로는 증류수 또는 탈이온화수를 사용할 수 있으나 가능하면 불순물이 적은 용매를 사용하는 것이 바람직하다.After the chitosan is mixed with the first solvent, the mixture is stirred at room temperature for 24 to 48 hours so that the chitosan is sufficiently dissolved. At this time, although not limited to the stirring speed and stirring time, it is preferable to prepare the chitosan-acetic acid solution in which the chitosan is completely dissolved. The chitosan-acetic acid solution may be diluted to 100 to 150 times the second solvent. As the second solvent, distilled water or deionized water can be used, but it is preferable to use a solvent having a low impurity if possible.
상기 희석된 키토산-아세트산 용액은 상기 투명 전극(도 1 및 도 2의 120) 상에 스핀도포 등의 방법으로 도포될 수 있다. 또한 도포 후에는 핫플레이트 등에서 0 내지 150℃의 온도에서 5 내지 20분간 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 열처리는 상기 키토산 함유 유기조성물이 경화되도록 할 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 제1 용매로서 사용된 아세트산이 충분히 휘발되도록 해 준다.
The diluted chitosan-acetic acid solution may be applied on the transparent electrode (120 of FIG. 1 and FIG. 2) by spin coating or the like. After the application, it is preferable to carry out the heat treatment at a temperature of 0 to 150 DEG C for 5 to 20 minutes in a hot plate or the like. The heat treatment not only allows the chitosan-containing organic composition to be cured, but also allows the acetic acid used as the first solvent to be sufficiently volatilized as described above.
이하에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the technical idea of the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example
[[ 실시예Example 1: 키토산 함유 유기조성물의 제조] 1: Preparation of organic composition containing chitosan]
아세트산 100ml에 키토산(알드리치 社 제조) 1g을 혼합하여 교반기에 놓고 상온에서 24시간 동안 교반하여 충분히 용해시켰다. 상기 키토산-아세트산 용액을 증류수로 100배 희석하여 키토산 함유 유기조성물을 준비하였다.1 g of chitosan (manufactured by Aldrich) was mixed with 100 ml of acetic acid, placed in a stirrer, and sufficiently stirred to dissolve at room temperature for 24 hours. The chitosan-acetic acid solution was diluted 100 times with distilled water to prepare an organic composition containing chitosan.
유기태양전지 소자를 제작하기 위해, 우선 화학적 세정을 하여 플라즈마 세정을 한 ITO전극이 코팅된 유리 기판을 준비했다. 상기 키토산 함유 유기조성물 스핀코팅하여 양전하 이동층 박막을 형성했다. 상기 유리 기판을 핫플레이트에 놓고, 140℃에서 10분간 건조했다. 이후 광활성층을 형성하기 위하여 P3HT:PCBM 용액을 스핀코팅으로 도포했다. 상기 광활성층 상에 알루미늄을 열증착 기법을 사용하여 박막을 형성하여 소자를 제작했다.In order to fabricate an organic solar cell device, a glass substrate coated with an ITO electrode, which was subjected to chemical cleaning and plasma cleaning, was first prepared. The chitosan-containing organic composition was spin-coated to form a positively charged moving layer thin film. The glass substrate was placed on a hot plate and dried at 140 DEG C for 10 minutes. Then, a P3HT: PCBM solution was applied by spin coating to form a photoactive layer. A thin film was formed on the photoactive layer using a thermal deposition technique to produce a device.
제작된 소자는 4-probe station을 이용하여 I-V 특성을 측정하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다.
The IV characteristics of the fabricated device were measured using a 4-probe station, and the results are shown in FIG.
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
따라서, 이상에서 기술한 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention, and are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.
Claims (7)
투명기판;
상기 투명 기판 상의 적어도 일 영역에 형성된 투명 전극층;
상기 투명 전극층 상에 형성되고 상기 광활성층에서 발생된 양전하를 상기 투명 전극층으로 유도하며, 키토산 함유 유기물로 이루어진 양전하 이동층;
상기 양전하 이동층 상에 형성된 상기 광활성층; 및
상기 광활성층 상에 형성된 대응 전극층을 포함하는 유기태양전지 단위소자.
1. An organic solar cell unit cell comprising at least one photoactive layer comprising a donor material and a bulk heterojunction layer of an acceptor material,
A transparent substrate;
A transparent electrode layer formed on at least one region on the transparent substrate;
A positive charge transport layer formed on the transparent electrode layer and guiding a positive charge generated in the photoactive layer to the transparent electrode layer, the positive charge transport layer being made of an organic material containing chitosan;
The photoactive layer formed on the positive charge transport layer; And
And a corresponding electrode layer formed on the photoactive layer.
상기 도너 물질은 사이오펜(thiophene)계 화합물을 포함하는 고분자 및 그 유도체를 포함하고, 상기 억셉터 물질은 플러렌(fullerene) 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 단위소자.
The method according to claim 1,
Wherein the donor material comprises a polymer comprising a thiophene compound and a derivative thereof, and the acceptor material comprises a fullerene derivative.
상기 대응 전극층은 Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 전도성 고분자인 것을 특징으로 하는 유기태양전지 단위소자.
The method according to claim 1,
Wherein the counter electrode layer is at least one metal selected from the group consisting of Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh and Mg, or a conductive polymer.
제1 용매 100 중량부에 대하여,
키토산 0.1 내지 2 중량부
를 포함하는 키토산 함유 유기조성물.
In the manufacture of an organic solar cell unit cell comprising a photoactive layer consisting of a donor material and a bulk heterojunction layer of an acceptor material, a positive charge migration A composition for forming a layer,
With respect to 100 parts by weight of the first solvent,
0.1 to 2 parts by weight of chitosan
≪ / RTI >
상기 조성물은 제2 용매 100 내지 150 배로 희석하는 것을 특징으로 하는 키토산 함유 유기조성물.
5. The method of claim 4,
Wherein the composition is diluted to 100 to 150 times the second solvent.
100 내지 150℃의 온도에서 5 내지 20분간 열처리하는 것을 특징으로 하는 키토산 함유 유기조성물.
5. The method of claim 4,
Treated at a temperature of 100 to 150 DEG C for 5 to 20 minutes.
상기 키토산의 평균 분자량은 5,000 내지 100,000인 것을 특징으로 하는 키토산 함유 유기조성물.
5. The method of claim 4,
Wherein the chitosan has an average molecular weight of 5,000 to 100,000.
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- 2013-01-09 KR KR1020130002708A patent/KR102009045B1/en active IP Right Grant
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