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KR100983414B1 - Organic solar cell manufacturing method by transparent electrode surface patterning - Google Patents

Organic solar cell manufacturing method by transparent electrode surface patterning Download PDF

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KR100983414B1
KR100983414B1 KR1020080071363A KR20080071363A KR100983414B1 KR 100983414 B1 KR100983414 B1 KR 100983414B1 KR 1020080071363 A KR1020080071363 A KR 1020080071363A KR 20080071363 A KR20080071363 A KR 20080071363A KR 100983414 B1 KR100983414 B1 KR 100983414B1
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Abstract

본 발명은 빛에너지 전환 효율이 향상된 유기 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 투명 전극의 표면을 패터닝함으로써, 유기 태양전지의 효율을 향상시키는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유기 태양전지는 유리 기판상에 패턴이 형성된 투명 전극; 상기 전극 위에 형성된 전자공여체 및 전자수용체를 포함하는 광활성층; 상기 광활성층상에 형성된 금속할로겐층; 상기 금속할로겐층상에 형성된 음극을 포함하는 구성된다. 본 발명에 따른 유기 태양전지는 소자의 표면적이 증가되고, 광 포획 효과(light trapping)가 향상시킴으로써 유기 태양전지의 빛에너지 전환효율이 개선된다. The present invention relates to a method of manufacturing an organic solar cell having improved light energy conversion efficiency. To this end, the present invention provides a method of improving the efficiency of an organic solar cell by patterning a surface of a transparent electrode. The organic solar cell according to the present invention comprises a transparent electrode having a pattern formed on a glass substrate; A photoactive layer comprising an electron donor and an electron acceptor formed on the electrode; A metal halogen layer formed on the photoactive layer; It is configured to include a cathode formed on the metal halogen layer. In the organic solar cell according to the present invention, the surface area of the device is increased and light trapping is improved, thereby improving the light energy conversion efficiency of the organic solar cell.

유기 태양전지, 전도성 고분자, 광 포획, 소프트 리소그래피, 플라즈마 에칭 Organic solar cells, conductive polymers, light capture, soft lithography, plasma etching

Description

투명 전극 표면 패터닝에 의한 유기 태양전지 제조방법{Method for fabricating of Organic Solar Cells by Patterning Nanoscale Transparent Conducting Oxide Electrode}Method for fabricating organic solar cells by patterning transparent electrode surface {Method for fabricating of Organic Solar Cells by Patterning Nanoscale Transparent Conducting Oxide Electrode}

본 발명은 유기 태양전지에 관한 것으로서, 빛 전환효율이 향상된 박막을 사용한 유기 태양전지의 제조방법에 관한 발명이다.The present invention relates to an organic solar cell, and relates to a method for manufacturing an organic solar cell using a thin film having improved light conversion efficiency.

태양광전지는 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 소자이다. 태양 전지는 크게 무기 태양전지와 유기 태양전지로 구분되는데, 유기 태양전지에 비해 실리콘을 중심으로 한 무기 태양전지는 높은 변환효율을 갖지만, 제작공정 과정에 높은 비용이 들며, 무게 및 유연성에 한계를 지닌다. 이에, 무기 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 유기 태양전지의 수요가 예상되며, 유기 태양전지의 단점인 에너지 변환 효율을 높이기 위한 연구가 활발하다. Photovoltaic cells are devices that convert light energy directly into electrical energy. Solar cells are largely divided into inorganic solar cells and organic solar cells. Compared with organic solar cells, inorganic solar cells, which are mainly silicon, have high conversion efficiency, but they are expensive in the manufacturing process and have limitations on weight and flexibility. Have Therefore, demand for organic solar cells is expected mainly in the market where inorganic solar cells cannot be used, and researches for increasing energy conversion efficiency, which are disadvantages of organic solar cells, are actively conducted.

유기 태양전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있다. 투명 전극인 인듐주석산화물(ITO; indium tin oxide)을 양극으로 낮은 일함수를 갖는 알루미늄 등의 금속 전극을 음극물질로 사용한다. 광활성층은 100nm 정도의 두께로 전자공여체와 전자수용체로 구성되며, 전자공여체층과 전자수용체층의 2층 구조 또는 복합박막 구조를 이용한다.   Organic solar cells basically have a thin film structure. Indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode, is used as an anode, and a metal electrode such as aluminum having a low work function is used as a cathode. The photoactive layer is composed of an electron donor and an electron acceptor with a thickness of about 100 nm, and uses a two-layer structure or a composite thin film structure of an electron donor layer and an electron acceptor layer.

유기 태양전지에 관한 대표적인 종래 기술로는 미국특허 5.331,183호가 있다. 기판 및 그 위에 형성된 주석도핑 산화인듐(ITO; tin-doped indium oxide) 박막과 같은 투명 전극(양극)과 알류미늄 전극(음극)의 사이에 파라-페닐렌비닐렌(PPV; para-phenylene vinylene)계열의 전도성 고분자와 전자수용체로서 풀러렌(fullerenr, 60)과 유기물과 잘 섞이는 풀러렌 유도체인 6,6-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르(PCBM; [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester)를 섞어 한 층으로 태양전지를 구현하였다. 하지만 이렇게 제조된 유기 태양전지는 에너지 변환 효율로 낮아 산업적인 적용에 있어 단점이 있다.Representative prior art regarding organic solar cells is US Patent 5.331,183. Para-phenylene vinylene (PPV) series between a transparent electrode (anode) and an aluminum electrode (cathode) such as a substrate and a thin film of tin-doped indium oxide (ITO) formed thereon 6,6-phenyl-C61-butyl acid methyl ester (PCBM; [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester), a fullerene derivative mixed well with organics and fullerenes The solar cell was realized by mixing the layers. However, the organic solar cells manufactured as described above have disadvantages in industrial applications due to their low energy conversion efficiency.

상기와 같은 낮은 에너지 변환 효율을 높이기 위한 방법으로서, 다양한 시도가 이루어지고 있는데, 전자를 전극에 효과적으로 전달시키는 방법이 있다. 대한민국 공개 특허 제 2005-87247호에서는 광활성층 재료로서, 도전성 고분자와 수직 배열된 탄소 나노튜브를 수직으로 배열하여, 전자가 전극에 효과적으로 전달되게 하여 에너지 변환 효율을 높이는 방법이 개시되어 있다. As a method for increasing the low energy conversion efficiency as described above, various attempts have been made, and there is a method of effectively transferring electrons to the electrode. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-87247 discloses a method of vertically arranging carbon nanotubes vertically arranged with a conductive polymer as a photoactive layer material to efficiently transfer electrons to an electrode to increase energy conversion efficiency.

본 발명에서는 유기 태양전지의 효율을 높이기 위하여, 투명 전극에 표면 처리를 통하여 광산란 및 광 포획(light trapping) 효과를 유발하여 빛에너지 전환 효율을 높이는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.In the present invention, in order to increase the efficiency of the organic solar cell, by developing a method of increasing the light energy conversion efficiency by causing light scattering and light trapping effect through the surface treatment on the transparent electrode, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 유기 태양전지의 빛 에너지 전환 효율을 높이는 방법을 제 공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for increasing the light energy conversion efficiency of the organic solar cell.

본 발명의 또 다른 목적은 빛에너지 전환 효율이 향상된 유기 태양전지 제조에 있어서, 간단하고 저비용의 공정을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a simple and low cost process in manufacturing an organic solar cell having improved light energy conversion efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 빛 전환효율이 높은 패터닝된 투명 전극이 구비된 유기 태양전지를 제조하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an organic solar cell having a patterned transparent electrode having high light conversion efficiency.

본 발명은 일 구체예로서, (a) 투명 전극이 코팅된 유리 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 투명 전극 표면을 패터닝하는 단계; (c) 상기 패터닝된 투명 전극상에 전자공여체 및 전자수용체를 포함하는 광활성층을 형성하는 단계; (d) 상기 광활성층 상에 금속할로겐층 및 금속전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법을 제공한다.  In one embodiment, (a) preparing a glass substrate coated with a transparent electrode; (b) patterning the transparent electrode surface; (c) forming a photoactive layer comprising an electron donor and an electron acceptor on the patterned transparent electrode; (d) providing an organic solar cell manufacturing method comprising forming a metal halogen layer and a metal electrode layer on the photoactive layer.

상기 투명 전극은 인듐주석산화물(ITO)을 사용할 수 있다. Indium tin oxide (ITO) may be used as the transparent electrode.

상기 패터닝은 모세관 현상에 의해 패턴이 형성되는 모세관력리소그래피(CFL; capillary force lithography)를 이용한 1차 패터닝 공정 및 플라즈마를 이용한 2차 패터닝 공정을 사용할 수 있다. The patterning may use a first patterning process using capillary force lithography (CFL) and a second patterning process using plasma, in which a pattern is formed by a capillary phenomenon.

1차 패터닝을 위한 모세관력리소그래피는 투명 전극이 코팅된 유리기판위에 폴리스티렌(Polystyrene) 용액을 스핀 코팅하고, 주기적인 패턴의 폴리디메틸실록산(PDMS; polidimethylsiloxane) 몰드를 올린 후 가열하여 진행할 수 있다. Capillary lithography for primary patterning may be performed by spin-coating a polystyrene solution on a transparent electrode-coated glass substrate, heating a polydimethylsiloxane (PDMS) mold in a periodic pattern.

모세관력리소그래피의 공정은 130℃에서 20분 동안 진행하는 것이 바람직하다. The process of capillary lithography is preferably carried out at 130 ° C. for 20 minutes.

모세관력리소그래피의 공정 후에, 폴리스티렌 잔존물을 제거하기 위한 산소 플라즈마 공정을 추가할 수 있다.After the process of capillary lithography, an oxygen plasma process can be added to remove the polystyrene residue.

2차 패터닝을 위한 플라즈마 공정은 아르곤 플라즈마를 사용할 수 있다. Plasma processes for secondary patterning may use argon plasma.

산소 플라즈마 공정은 10.3mtorr에서 300W의 소스파워와 -200V의 bias를 30초 동안 진행하는 것이 바람직하다.In the oxygen plasma process, 300W source power and -200V bias are preferably performed for 30 seconds at 10.3 mtorr.

아르곤 플라즈마 공정은 5.6mtorr에서 300W의 소스파워와 -28V의 bias를 2분에서 최대 3분 30초 동안 진행하는 것이 바람직하다. In argon plasma process, 300W source power and -28V bias at 5.6mtorr is recommended for 2 minutes up to 3 minutes 30 seconds.

상기 광활성층에서, 전자수용체는  풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 사용할 수 있으며, 전자공여체는 파라-페닐렌비닐렌(PPV; para-phenylene vinylene) 계열 고분자 또는 폴리티오펜(PT; polythiophene)계 유도체를 사용할 수 있다. In the photoactive layer, the electron acceptor may use a fullerene or a fullerene derivative, and the electron donor may use a para-phenylene vinylene (PPV) -based polymer or a polythiophene-based derivative. have.

상기 광활성층의 두께는 80 ~ 100nm인 것이 바람직하다. It is preferable that the thickness of the said photoactive layer is 80-100 nm.

상기 금속할로겐층의 두께는 0.5 ~ 1nm인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the said metal halogen layer is 0.5-1 nm.

상기 금속전극층의 두께는 80 ~ 100nm인 것이 바람직하다.The thickness of the metal electrode layer is preferably 80 ~ 100nm.

상기의 투명전극의 패터닝을 통해, 투명 전극상에 위치하는 광활성층, 광활성층상에 형성되는 금속할로겐층, 금속할로겐층상에 형성된 음극의 3차원 구조의 변형이 가해진다. Through the patterning of the transparent electrode, deformation of the three-dimensional structure of the photoactive layer positioned on the transparent electrode, the metal halogen layer formed on the photoactive layer, and the cathode formed on the metal halogen layer is applied.

 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 유기 태양전지의 3차원 구조를 나타낸 그림이며, 도 2는 투명 전극의 표면이 주기적으로 패턴된 유기 태양전지의 단면 구조를 도시한 도면이다. 표면이 주기적으로 패턴된 투명 전극(2)위에 광활성층(3)을 코팅하고 금속할로겐층(4)으로서 플 르오르화리튬 및 금속전극층(5)으로서 알루미늄을 증착한 후의 유기 태양전지의 단면 구조를 나타내며 빛의 입사를 도식화한 그림이다 도 3은 투명 전극을 패터닝하는 공정을 나타내는 공정도로서, (a)부터 (e)는 모세관력리소그래피 공정을 나타내고 (f)부터 (h)는 산소 플라즈마와 아르곤 플라즈마를 거치는 공정을 도시한 도면이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a view showing a three-dimensional structure of the organic solar cell according to the present invention, Figure 2 is a view showing a cross-sectional structure of the organic solar cell patterned periodically the surface of the transparent electrode. The cross-sectional structure of the organic solar cell after coating the photoactive layer 3 on the patterned transparent electrode 2 periodically and depositing aluminum as the metal halide layer 4 and lithium as the metal electrode layer 5 is shown. Fig. 3 is a process chart showing a process of patterning a transparent electrode, wherein (a) to (e) represent capillary lithography processes, and (f) to (h) are oxygen plasma and argon plasma. A diagram illustrating a process of going through.

본 발명에 따른 주기적 패턴이 형성된 투명 전극을 채용한 유기 태양전지 제조 방법은 소자의 표면적 증가 및 광 포획(light trapping) 효과를 유발하여 유기 태양전지의 빛에너지 전환효율을 높일 수 있다. 또한, 투명 전극의 패터닝 공정에 있어, 모세관력리소그래피 공정 및 플라즈마 에칭 공정을 사용하여 간단하고, 저비용의 패터닝이 가능하다. Organic solar cell manufacturing method employing a transparent electrode formed with a periodic pattern according to the present invention can increase the light energy conversion efficiency of the organic solar cell by causing an increase in the surface area of the device and the light trapping effect. Further, in the patterning process of the transparent electrode, a simple and low-cost patterning is possible by using a capillary lithography process and a plasma etching process.

본 발명 목적은 유기 태양전지의 빛 에너지 전환 효율을 높이는 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 구성은(a) 투명 전극이 코팅된 유리 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 투명 전극 표면을 패터닝하는 단계; (c) 상기 패터닝된 투명 전극상에 전자공여체 및 전자수용체를 포함하는 광활성층을 형성하는 단계; (d) 상기 광활성층 상에 금속할로겐층 및 금속전극층을 형성하는 단계를 포함하는, 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a method for improving the light energy conversion efficiency of an organic solar cell. The composition of the present invention (a) preparing a glass substrate coated with a transparent electrode; (b) patterning the transparent electrode surface; (c) forming a photoactive layer comprising an electron donor and an electron acceptor on the patterned transparent electrode; (d) providing a method of manufacturing an organic solar cell, including forming a metal halogen layer and a metal electrode layer on the photoactive layer.

이하, 본 발명의 구성요소와 기술적 특징을 다음의 비제한적인 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.  그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 상 세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 구성 요소의 기술적 범위를 실시예들에 예시한 것들로 한정하고자 하는 것은 아니다.  본 발명에서 인용된 문헌은 본 발명의 명세서에 참조로서 통합된다. Hereinafter, the components and technical features of the present invention will be described in more detail with reference to the following non-limiting examples. However, the following embodiments are only intended to describe the present invention in detail, and are not intended to limit the technical scope of the components of the present invention to those illustrated in the embodiments. The documents cited in the present invention are incorporated herein by reference.

실시예Example

실시예 1-4: 패턴이 형성된 인듐주석산화물(ITO)가 코팅된 유리 기판의 제조Example 1-4 Preparation of Patterned Indium Tin Oxide (ITO) Coated Glass Substrate

인듐주석산화물(ITO)가 코팅된 유리 기판(6)위에 5 중량%의 폴리스티렌(Polystyrene) 용액을 스핀 코팅하고, 주기적인 패턴을 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS; polidimethylsiloxane) 몰드를 올린 후 130℃에서 20분간 가열하여 모세관력리소그래피에 의한 1차 패턴을 형성하였다. 폴리스티렌 잔존물을 제거하기 위해, 10.3mtorr에서 300W의 소스 파워와 -200V의 bias로 30초 동안 산소 플라즈마 공정을 진행하였다. 2차 패터닝을 위하여, 아르곤 플라즈마 공정을 2분에서 최대 3분 30초 동안(실시예 1~4) 6mtorr에서 300W의 소스파워와 -28V의 bias 로 진행하였다.Spin coating 5% by weight of polystyrene solution on an indium tin oxide (ITO) coated glass substrate (6), and then placing a polydimethylsiloxane (PDMS) mold having a periodic pattern, Heated for a minute to form a primary pattern by capillary lithography. To remove the polystyrene residue, the oxygen plasma process was performed for 30 seconds with a source power of 300 W and a bias of -200 V at 10.3 mtorr. For the second patterning, the argon plasma process was performed with a source power of 300W and a bias of -28V at 6 mtorr for 2 minutes up to 3 minutes 30 seconds (Examples 1-4).

[표 1]TABLE 1

실시예 1Example 1  1차 패터닝 진행 후, 2차 패터닝으로 아르곤 플라즈마 공정 2분 동안 진행After the first patterning, argon plasma process for 2 minutes 실시예 2Example 2  1차 패터닝 진행 후, 2차 패터닝으로 아르곤 플라즈마 공정 2분 30초 동안 진행After the first patterning, the argon plasma process proceeds for 2 minutes and 30 seconds with the second patterning 실시예 3Example 3  1차 패터닝 진행 후, 2차 패터닝으로 아르곤 플라즈마 공정 3분 동안 진행After the first patterning process, proceed to the argon plasma process for 3 minutes by the second patterning 실시예 4Example 4  1차 패터닝 진행 후, 2차 패터닝으로 아르곤 플라즈마 공정 3분 30초 동안 진행After the first patterning, the argon plasma process proceeds for 3 minutes and 30 seconds with the second patterning

실시예 5-8: 패턴이 형성된 인듐주석산화물(ITO)을 채용한 유기 태양전지의 제조Example 5-8 Fabrication of Organic Solar Cell Employing Patterned Indium Tin Oxide (ITO)

실시예 1 내지 4에서 제조된 패턴이 형성된 기판에 광활성층으로서 전자수용 체인 6,6-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르(PCBM; [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester), 전자공여체인  폴리-3-헥실티오펜(P3HT; poly(3-hexyl-thiophene))을 코팅하고, 플르오르화리튬 층과 알루미늄 층을 증착하여, 유기 태양전지를 제조하였다. Electron-accepting chain 6,6-phenyl-C61-butyl acid methyl ester (PCBM; [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester), an electron donor, as a photoactive layer on a patterned substrate prepared in Examples 1 to 4 An indium poly-3-hexylthiophene (P3HT; poly (3-hexyl-thiophene)) was coated and a lithium fluoride layer and an aluminum layer were deposited to prepare an organic solar cell.

비교예 1: 일반 인듐주석산화물(ITO)을 채용한 유기 태양전지의 제조  Comparative Example 1: Fabrication of Organic Solar Cell Adopting General Indium Tin Oxide (ITO)

표면에 패턴이 형성되지 않은 일반 ITO가 코팅된 기판에 광활성층으로서 전자수용체인 6,6-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르(PCBM; [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester), 전자공여체인 폴리-3-헥실티오펜(P3HT; poly(3-hexyl-thiophene))을 코팅하고, 플르오르화리튬 층과 알루미늄 층을 증착하여, 유기 태양전지를 제조하였다. 6,6-phenyl-C61-butyl acid methyl ester (PCBM; [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) which is an electron acceptor as a photoactive layer on a substrate coated with a general ITO having no pattern formed on its surface An organic solar cell was manufactured by coating a donor poly-3-hexylthiophene (P3HT; poly (3-hexyl-thiophene)) and depositing a lithium fluoride layer and an aluminum layer.

 실험예 1: 원자힘현미경(AFM)을 통한 기판 표면의 거칠기 및 단차 측정 Experimental Example 1: Roughness and step measurement of the substrate surface by atomic force microscope (AFM)

 실시예 1 내지 4에서 제조된 기판을 원자힘현미경(AFM, THERMOMICROSCOPES)으로 표면의 거칠기(roughness) 및 단차(step height)를 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이, 아르곤 플라즈마 공정 시간이 증가함에 따라 ITO 표면 패턴의 높이와 거칠기가 증가함을 확인할 수 있다. The roughness and step height of the surface of the substrates prepared in Examples 1 to 4 were measured by an atomic force microscope (AFM, THERMOMICROSCOPES), and the results are shown in FIG. 4. As shown in Figure 4, it can be seen that as the argon plasma process time increases, the height and roughness of the ITO surface pattern increases.

 실험예 2: 광활성층의 빛 흡수율 측정 Experimental Example 2: Measurement of Light Absorption of Photoactive Layer

 비교예 1 및 실시에 5 내지 8에서 제조된 유기 태양전지의 광활성층의 빛 흡수율을 UV-VIS 흡광기(Mecasys, Optizen2120uvpuls)를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보는 바와 같이, 아르곤 공정 시간이 증가함에 따라 빛 흡수율이 증가하여 광 포획(Light Trapping) 효과가 유발됨을 확인할 수 있다. The light absorption of the photoactive layer of the organic solar cell prepared in Comparative Example 1 and Examples 5 to 8 was measured using a UV-VIS absorber (Mecasys, Optizen2120uvpuls), and the results are shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, it can be seen that the light absorption increases as the argon process time increases, thereby causing a light trapping effect.

실험예 3: 전류-전압 특성(이하, I-V 특성) 평가 실험Experimental Example 3: Evaluation Experiment of Current-Voltage Characteristics (hereinafter, I-V Characteristics)

비교예 1 및 실시에 5 내지 7에서 제조된 유기 태양전지의 I-V 특성을 태양 시뮬레이터(Luzchem, LZC-SSR, Keithley 2400 sourcemeter)를 사용하여 표준조건(공기질량 1.5, 100 mW/cm2, 25 ℃)에서 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 보는 바와 같이, 아르곤 플라즈마의 공정 시간이 증가함에 따라 소자의 효율이 0.97%에서 최대 1.27%의 비교소자 대비 최대 38%의 효율 향상을 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 하기 표2에 증가된 소자효율을 정리하였다.    IV characteristics of the organic solar cells prepared in Comparative Examples 1 and 5 to 7 using a solar simulator (Luzchem, LZC-SSR, Keithley 2400 sourcemeter) under standard conditions (air mass 1.5, 100 mW / cm 2 , 25 ° C) ) And the results are shown in FIG. 6. As shown in Figure 6, it can be seen that as the process time of the argon plasma increases, the efficiency of the device shows an efficiency improvement of up to 38% compared to the comparison device of 0.97% to a maximum of 1.27%. In addition, Table 2 summarizes the increased device efficiency.

[표 2]TABLE 2

아르곤 플라즈마 공정시간 Argon Plasma Process Time 충전률(%)Charge rate (%) 소자 효율(%)Device efficiency (%)  증가된 효율(%)Increased efficiency (%)  비교예 1Comparative Example 1 0.280.28 0.960.96 -- 실시예 5Example 5 0.350.35 1.061.06 10.0%10.0% 실시예 6Example 6 0.350.35 1.131.13 16.8%16.8% 실시예 7Example 7 0.310.31 1.271.27 30.9%30.9%

 

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 태양전지의 제조 방법은 투명 전극에 패턴을 형성함으로써 소자의 표면적 증가 및 광 포획(light trapping) 효과를 유발하여 유기 태양전지의 빛에너지 전환 효율을 높인다. 또한 본 발명의 투명 전극을 패터닝하는 방법은 간단하고 저렴한 공정으로 미세패턴을 얻을 수 있어 기술의 산업적 이용가치가 높다. As described above, the method of manufacturing an organic solar cell according to the present invention forms a pattern on a transparent electrode, thereby causing an increase in the surface area of the device and a light trapping effect, thereby increasing the light energy conversion efficiency of the organic solar cell. In addition, the method for patterning the transparent electrode of the present invention can obtain a fine pattern in a simple and inexpensive process, the industrial value of the technology is high.

도 1은 본 발명에 따른 투명 전극 표면이 패터닝된 유기 태양전지의 3차원 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a three-dimensional structure of an organic solar cell patterned transparent electrode surface according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 투명 전극 표면이 패터닝된 유기 태양전지의 단면 구조를 나타낸 도면이다.2 is a cross-sectional view of an organic solar cell patterned with a transparent electrode surface according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 투명 전극 표면이 패터닝된 유기 태양전지의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.3 is a process chart showing a manufacturing process of an organic solar cell patterned transparent electrode surface according to the present invention.

도 4는 원자힘현미경(AFM)을 사용하여 측정한 기판 표면의 거칠기 및 단차 그래프이다.4 is a graph of roughness and step height of the substrate surface measured using an atomic force microscope (AFM).

도 5는 본 발명의 유기 태양전지의 광활성층의 빛 흡수율 측정 결과 그래프이다.5 is a graph showing the results of measuring light absorption of the photoactive layer of the organic solar cell of the present invention.

도 6은 본 발명의 유기 태양전지의 전기적 특성을 측정한 결과 그래프이다. 6 is a graph showing the results of measuring electrical characteristics of the organic solar cell of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 유리 기판                2: 패터닝된 투명 전극층1: glass substrate 2: patterned transparent electrode layer

3: 광활성층                4: 금속할로겐층3: photoactive layer 4: metal halogen layer

5: 금속전극층               6: 투명 전극이 코팅된 유리기판5: metal electrode layer 6: glass substrate coated with transparent electrode

7: 폴리스티렌 층  8: 폴리디메틸실록산(PDMS) 몰드7: polystyrene layering 8: polydimethylsiloxane (PDMS) mold

Claims (14)

(a) 투명 전극으로서 인듐주석산화물(ITO; indium tin oxide)이 코팅된 유리 기판을 준비하는 단계;(a) preparing a glass substrate coated with indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode; (b) 상기 투명 전극 표면을 모세관력리소그래피(CFL; capillary force lithography)를 이용한 1차 패터닝 공정 및 아르곤 플라즈마를 이용한 2차 패터닝 공정을 사용하여 패터닝하는 단계;(b) patterning the transparent electrode surface using a first patterning process using capillary force lithography (CFL) and a second patterning process using argon plasma; (c) 상기 패터닝된 투명 전극상에 전자공여체 및 전자수용체를 포함하는 광활성층을 형성하는 단계;(c) forming a photoactive layer comprising an electron donor and an electron acceptor on the patterned transparent electrode; (d) 상기 광활성층 상에 금속할로겐층 및 금속전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법. (d) forming a metal halogen layer and a metal electrode layer on the photoactive layer. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, (c) 단계의 광활성층의 전자수용체는 풀러렌 또는 풀러렌 유도체이며, 전자공여체는 폴리-파라-페닐렌비닐렌(PPV; poly-para-phenylene vinylene) 계열 고분자 또는 폴리티오펜(PT; polythiophene)계 유도체를 사용함을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.  The method of claim 1, wherein the electron acceptor of the photoactive layer of step (c) is a fullerene or fullerene derivative, the electron donor is a poly-para-phenylene vinylene (PPV) -based polymer or polythiophene An organic solar cell manufacturing method characterized by using a (PT; polythiophene) derivative. 제1항에 있어서, (d)단계의 금속할로겐층은 플루오르화리튬임을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법. The method of claim 1, wherein the metal halide layer of step (d) is lithium fluoride. 제1항에 있어서, (d)단계의 금속전극층은 알루미늄임을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법. The method of claim 1, wherein the metal electrode layer of step (d) is aluminum. 제1항에 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (c)단계의 전자수용체는 6,6-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르(PCBM; [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester)이고, 전자공여체는 폴리-3-헥실티오펜(P3HT; poly(3-hexyl-thiophene))임을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법. The method of claim 1 or 4, wherein the electron acceptor of step (c) is 6,6-phenyl-C61-butyl acid methyl ester (PCBM; [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ), And the electron donor is poly-3-hexylthiophene (P3HT; poly (3-hexyl-thiophene)). 제1항에 있어서, 모세관력리소그래피(capillary force lithography, CFL) 공정은 폴리디메틸실록산(PDMS; polidimethylsiloxane) 몰드를 올린후 130℃에서 20분 가열하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법. The method of claim 1, wherein the capillary force lithography (CFL) process is performed by heating a polydimethylsiloxane (PDMS) mold at 20 ° C. for 20 minutes. 제1항에 있어서, 1차 패터닝 후에, 잔존물을 제거를 위한 산소 플라즈마 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.The method of claim 1, wherein after the first patterning, an oxygen plasma process for removing the residues is added. 제1항에 있어서, 아르곤 플라즈마 제조공정은 5.6mtorr에서 300W의 소스파워와 -28V의 bias로 진행함을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.The method of claim 1, wherein the argon plasma manufacturing process is performed at a source power of 300 W and a bias of −28 V at 5.6 mtorr. 제9항에 있어서, 산소 플라즈마 제조공정은 10.3mtorr에서 300W의 소스 파워와 -200V의 bias로 진행함을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.The method of claim 9, wherein the oxygen plasma manufacturing process is performed at a source power of 300 W and a bias of −200 V at 10.3 mtorr. 제 1항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 유기 태양전지.An organic solar cell prepared by the method of any one of claims 1 to 4. 제 7항의 방법에 의해 제조된 유기 태양전지. An organic solar cell prepared by the method of claim 7. 제 8항 내지 제11항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 유기 태양전지.An organic solar cell prepared by the method of any one of claims 8 to 11.
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