KR101369627B1 - High conductive PEDOT:PSS thin film added acetone and organic solar cells using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율의 유기태양전지를 제조하기 위해서 아세톤 용매가 첨가된 PEDOT:PSS 박막을 정공 수송층으로 사용한 유기태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
기존의 유기태양전지는 P3HT와 PCBM의 혼합물을 광활성층으로 하고, PEDOT:PSS를 정공 수송층으로 하여 유기태양전지를 제작하고 있다. 하지만 유기태양전지에 광활성층에서 생성된 전자와 정공은 박막에서의 낮은 이동도로 인하여 광전환효율의 손실을 야기한다. 그러므로 이러한 문제점을 해결할 필요성이 있다. 본 발명은 상기에서 명시한 PEDOT:PSS에 아세톤의 용매를 첨가하여 저항률을 감소시키므로 박막의 전도도를 높여서 광활성층에서 생성된 정공의 이동도를 증가시킬 수 있고, 이러한 방법을 통해서 정공 수송층에서의 손실을 줄인다. 그러므로 유기태양전지의 광전환효율을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an organic solar cell using a PEDOT: PSS thin film to which acetone solvent is added as a hole transport layer in order to manufacture a high efficiency organic solar cell.
Conventional organic solar cells manufacture organic solar cells using a mixture of P3HT and PCBM as a photoactive layer and PEDOT: PSS as a hole transport layer. However, electrons and holes generated in the photoactive layer in the organic solar cell cause loss of light conversion efficiency due to low mobility in the thin film. Therefore, there is a need to solve this problem. The present invention reduces the resistivity by adding a solvent of acetone to the above-described PEDOT: PSS, thereby increasing the conductivity of the thin film to increase the mobility of the holes generated in the photoactive layer. Reduce Therefore, the light conversion efficiency of the organic solar cell can be increased.
Description
본 발명은 유기태양전지에 관한 것이며, 좀 더 상세하게는 유기태양전지의 광활성층에서 생성된 정공을 양극까지 전달하는 정공 수송층의 전도성 향상 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell, and more particularly, to a technology for improving conductivity of a hole transport layer for transferring holes generated in a photoactive layer of an organic solar cell to an anode.
21세기로 들어서면서 신흥 개발국들의 발전으로 인한 에너지 수요가 급증하고 있다. 이와 함께 석유 매장량의 한계가 들어나면서 에너지 자원의 확보는 각 나라의 미래를 결정할 중요한 문제로 받아들여지고 있다. 하지만 석유와 같은 화석연료는 대기오염 및 온실가스 등의 환경오염을 야기하므로 전 세계적인 문제를 야기하고 있다. 이에 화석연료를 대체하는 특히 무공해 태양에너지를 이용한 신에너지 개발이 각 나라에서 경쟁적으로 이루어지고 있다. 그 중에서 유기태양전지는 유기 잉크를 유연한 기판에 종이를 인쇄하듯이 제작할 수 있고, 제작비용을 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러므로 무기 태양전지가 가질 수 없는 분야에서 높은 성장 가능성을 가지고 있기에 미래 핵심 신재생 에너지원으로 각광받고 있다.As we enter the 21st century, the demand for energy from emerging economies is increasing rapidly. In addition, with the rise of oil reserves, securing energy resources is becoming an important issue that will determine the future of each country. However, fossil fuels such as petroleum cause global pollution because they cause environmental pollution such as air pollution and greenhouse gases. Therefore, the development of new energy using pollution-free solar energy, which replaces fossil fuels, is competitive in each country. Among them, the organic solar cell has an advantage that the organic ink can be produced as if printing paper on a flexible substrate, and the manufacturing cost can be lowered. Therefore, it has been spotlighted as a key renewable energy source in the future because it has high growth potential in areas that inorganic solar cells cannot have.
유기태양전지는 양극(anode)/광활성층(photoactive layer)/음극(cathode)의 구조로 이루어져 있다. 양극과 음극은 일함수(work function)가 다른 금속을 이용하여 광활성층에서 발생된 전하들이 내부 유도 전위(bulit-in-potential)의 방향에 따라 수집되게 한다. 그에 따라 양극은 일함수가 높고 투명하며 전도성이 좋은 ITO 등을 사용하고, 음극은 일함수가 낮은 Al 같은 금속을 주로 사용한다. 광활성층은 전자주개물질(도너)인 poly(3-hexylthiophene) (P3HT)와 전자받개물질(억셉터)인 (6,6) phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM)으로 구성된다. 광활성층 영역에 태양광을 쬐어주면 전자주개물질의 HOMO(the highest occupied molecular orbital) 준위의 전자들이 LUMO(the lowest unoccupied molecular orbital) 준위로 여기 되면서 전자(electron)와 정공(hole)이 발생된다. 이 때 전자주개물질에서 전자-전공 쌍인 엑시톤(exciton)이 형성된다. 이 전자-전공 쌍은 계면에서 분리되어 정공은 양극으로, 전자는 음극으로 분리되어 전류가 발생된다. The organic solar cell has a structure of an anode / photoactive layer / cathode. The anode and cathode use metals with different work functions to allow charges generated in the photoactive layer to be collected in the direction of the bulb-in-potential. Accordingly, the anode uses ITO, which has a high work function, is transparent and has good conductivity, and the cathode mainly uses a metal such as Al having a low work function. The photoactive layer consists of an electron donor (donor) poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and an electron acceptor (acceptor) (6,6) phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM). When sunlight is exposed to the photoactive layer region, electrons and holes are generated as electrons in the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the electron donor material are excited to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level. At this time, an exciton, an electron-electron pair, is formed from the electron donor material. The electron-electron pair is separated at the interface, so that holes are separated into an anode and electrons are separated into a cathode to generate a current.
상기와 같은 기작을 통해 유기태양전지에서 발생된 정공의 전달효율을 증가시키기 위해서 사용되고 있는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)는 투명하고 적절한 에너지 레벨을 가지고 있기 때문에 정공 수송층(hole transport layer)으로 주로 사용되는 유기물이다. 하지만 PEDOT:PSS는 무기 박막에 비하여 정공 전도도가 상대적으로 낮기 때문에 이를 극복하기 위하여 PEDOT:PSS에 여러 가지 용매를 첨가하여 박막의 저항률을 낮춤으로써 박막 자체의 전도도를 향상시켜 유기태양전지의 효율을 향상시키고자 하는 시도가 이루어지고 있으며, 효율향상을 위한 저렴하고 용이하게 이용할 수 있는 용매의 선정에 대한 연구는 여전히 열려있는 영역이라 볼 수 있다. Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), which is used to increase the transport efficiency of holes generated in organic solar cells through the above mechanism, is transparent and has an appropriate energy level. Organic material mainly used as a hole transport layer. However, PEDOT: PSS has a lower hole conductivity than inorganic thin film. Therefore, in order to overcome this problem, PEDOT: PSS increases the conductivity of the thin film itself by lowering the resistivity of the thin film by adding various solvents to improve the efficiency of the organic solar cell. Attempts have been made, and research on the selection of inexpensive and readily available solvents for improving efficiency is still an open area.
따라서 본 발명의 목적은 정공 수송층으로 사용되는 PEDOT:PSS에 첨가하여 저항률을 낮추고, 이를 유기태양전지의 정공 수송층으로 적용하므로 광전환효율을 향상 시킬 수 있는 새로운 유기용매를 선정하여 유기태양전지를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to add a PEDOT: PSS used as a hole transport layer to lower the resistivity, and to apply this as a hole transport layer of an organic solar cell to select a new organic solvent that can improve the light conversion efficiency to produce an organic solar cell It is intended to provide a way to.
그에 따라 본 발명은 아세톤을 첨가한 PEDOT:PSS 박막을 정공 수송층으로 사용한 유기태양전지를 제공한다.Accordingly, the present invention provides an organic solar cell using the PEDOT: PSS thin film containing acetone as a hole transport layer.
즉, 본 발명은, 양극/광활성층/음극으로 구성된 전자소자에서 상기 양극과 광활성층 사이에 적층되는 정공 수송층으로 사용되는 박막으로서,That is, the present invention is a thin film used as a hole transport layer laminated between the anode and the photoactive layer in an electronic device composed of an anode / photoactive layer / cathode,
PEDOT:PSS에 아세톤을 첨가한 혼합물을 상기 양극 위에 코팅하여 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기박막의 제조방법을 제공할 수 있다.It is possible to provide a method for producing an organic thin film, characterized in that a thin film is formed by coating a mixture of acetone added to PEDOT: PSS on the anode.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, PEDOT:PSS에 아세톤을 첨가한 혼합물로 형성한 상기 박막을 50 내지 200 ℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 유기박막의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing an organic thin film, characterized in that the thin film formed of a mixture of acetone added to PEDOT: PSS is heat treated at 50 to 200 ℃.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, PEDOT:PSS에 유기용매인 아세톤의 첨가량이 25 내지 67 wt%인 것을 특징으로 하는 유기박막의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing an organic thin film, characterized in that the amount of acetone which is an organic solvent to PEDOT: PSS is 25 to 67 wt%.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, PEDOT:PSS와 아세톤의 혼합용액을 균일하게 분산시키기 위하여 100 내지 1000 rpm으로 2 내지 10 시간 동안 교반(stirring) 처리하는 것을 특징으로 하는 유기 박막의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, the method of producing an organic thin film, characterized in that for stirring for 2 to 10 hours at 100 to 1000 rpm to uniformly disperse the mixed solution of PEDOT: PSS and acetone. Can be provided.
또한, 본 발명은, 상기 방법으로 제작된 유기박막을 정공 수송층으로 사용하여, In addition, the present invention, using the organic thin film produced by the above method as a hole transport layer,
투명전극/유리기판 위에 상기 정공 수송층을 박막으로 적층하고,The hole transport layer is laminated on the transparent electrode / glass substrate in a thin film,
P3HT:PCBM이 혼합된 클로로벤젠 용액을 상기 정공 수송층 위에 코팅하고 열처리하여 광활성층을 형성하고, P3HT: PCBM mixed chlorobenzene solution is coated on the hole transport layer and heat treated to form a photoactive layer,
상기 광활성층 위에 음극을 증착하여 제작한 것을 특징으로 하는 유기태양전지를 제공할 수 있다.An organic solar cell can be provided by depositing a cathode on the photoactive layer.
또한, 본 발명은, 상기 유기태양전지에서, 상기 음극은 LiF와 Al을 접촉한 박막으로 형성한 것을 특징으로 하는 유기태양전지를 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the organic solar cell, the cathode may provide an organic solar cell, characterized in that formed in a thin film in contact with LiF and Al.
본 발명은 낮은 정공 이동도를 갖는 PEDOT:PSS에 아세톤 용매를 섞어주는 간단한 방법을 통해서 정공 수송층의 저항률을 감소시키므로 정공 수송층의 전도성을 크게 향상시킨다. 특히, 아세톤은 쉽게 구할 수 있는 물질이고, 독성이 없어 친환경적인 공정이 될 수 있다는 것도 큰 장점이다. The present invention reduces the resistivity of the hole transport layer through a simple method of mixing acetone solvent in PEDOT: PSS having low hole mobility, thereby greatly improving the conductivity of the hole transport layer. In particular, acetone is a readily available material, and can be an environmentally friendly process because it is not toxic.
또한, 상기 정공 수송층을 사용한 P3HT와 PCBM 기반의 유기 태양전지의 효율을 개선시킬 수 있으며, 이외에도 상기의 고효율 유기 박막을 이용한 OTFT, OLED, FOLED 등의 다양한 유기 전자 소자에도 이를 적용할 수 있다.
In addition, it is possible to improve the efficiency of the P3HT and PCBM-based organic solar cell using the hole transport layer, in addition to this can be applied to various organic electronic devices such as OTFT, OLED, FOLED using the high-efficiency organic thin film.
도 1은 본 실시 예에 의한 아세톤을 첨가한 PEDOT:PSS 박막을 정공 수송층으로 사용한 유기 태양전지의 제작 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 따라 제작된 유기 태양전지의 구조이다.
도 3는 본 실시 예에 의한 아세톤을 첨가한 PEDOT:PSS 박막을 정공 수송층으로 사용한 유기 태양전지의 전류밀도-전압 그래프 (J-V)를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에 따라 제작된 유기 태양전지의 단락전류밀도(short-circuit current density, Jsc), 개방전압(open circuit voltage, Voc), 필팩터(fill factor, FF), 광전환효율(power conversion efficiency, PCE)의 값을 표로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 아세톤 유기용매에 의한 전기전도도 향상 과정을 설명하고자 하는 모식도이다. 1 illustrates a method of fabricating an organic solar cell using a PEDOT: PSS thin film to which acetone is added according to the present embodiment as a hole transport layer.
2 is a structure of an organic solar cell manufactured according to FIG. 1.
FIG. 3 shows a current density-voltage graph (JV) of an organic solar cell using the PEDOT: PSS thin film added with acetone according to the present embodiment as a hole transport layer.
4 is a short-circuit current density (J sc ) , an open circuit voltage (V oc ) , a fill factor (FF), and a light conversion efficiency of the organic solar cell manufactured according to FIG. 1. The table shows the values of power conversion efficiency (PCE).
Figure 5 is a schematic diagram to explain the process of improving the electrical conductivity by the acetone organic solvent according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 아래의 1 단계로부터 6 단계까지 수행하여, 도 2와 같은 유기태양전지를 제작한다.
As shown in FIG. 1, an organic solar cell as shown in FIG. 2 is manufactured by performing steps 1 to 6 below.
1 단계Stage 1
도 1에 따라 유기 태양전지를 제작하기 위하여 투명전극/유리기판을 포토리소그라피(photolithography) 작업을 통해 염산:질산:증류수를 적절한 비율로 섞은 용액에서 1시간 동안 습식각 작업을 통해 선폭이 1 내지 6 mm인 직사각형의 ITO 패터닝을 형성시킨다. 상기 염산:질산:증류수는 부피비로 45∼49:1∼5:50 정도가 바람직하나, 이 비율은 제한적인 것은 아니다.
In order to fabricate an organic solar cell according to FIG. 1, the line width is 1 to 6 by wet etching for 1 hour in a solution in which hydrochloric acid: nitric acid: distilled water is mixed at an appropriate ratio through photolithography. A rectangular ITO patterning in mm is formed. The hydrochloric acid: nitric acid: distilled water is preferably 45 to 49: 1 to 5:50 by volume ratio, but this ratio is not limited.
2 단계
유기 태양전지에 정공 수송층을 제작하기 위한 용액을 제조하기 위하여 기존 정공 수송층으로 사용되는 PEDOT:PSS에 용매로써 아세톤을 소정의 비율로 혼합한다. 본 실시예에서는 25, 33, 50, 67 wt% 비율로 섞어 최적의 농도를 모색하였다. 이런 방법으로 형성한 혼합용액을 교반 처리하며, 본 실시예에서는 100 내지 1000 rpm, 바람직하게는 240 rpm으로 2 내지 10시간 동안, 바람직하게는 8 시간 동안 교반(stirring) 처리하여 용액(solution)을 준비하였다. 이때 교반 공정 과정에서 PEDOT:PSS와 아세톤은 화학반응을 일으켜 전도성을 향상시키는 것으로 예측되며, 이에 대한 기작에 대해서는 도 5를 참조하여 후술할 것이다.
In order to prepare a solution for manufacturing a hole transport layer in an organic solar cell, acetone is mixed in a predetermined ratio as a solvent in PEDOT: PSS which is used as an existing hole transport layer. In this example, 25, 33, 50, 67 wt% of the ratio was mixed to find the optimum concentration. The mixed solution formed in this way is agitated, and in this embodiment, the solution is prepared by stirring at 100 to 1000 rpm, preferably 240 rpm for 2 to 10 hours, preferably 8 hours. Ready. At this time, PEDOT: PSS and acetone in the stirring process is expected to cause a chemical reaction to improve the conductivity, the mechanism thereof will be described later with reference to FIG.
3 단계Step 3
패턴이 형성된 투명전극/유리(ITO/glass) 기판 위에 정공 수송층을 형성하기 위해, 상기 2 단계에서 제조된, 아세톤이 첨가된 PEDOT:PSS 용액을 도포하여 적층하고 열처리한다. 본 실시예에서는 상기 혼합용액을 3000 rpm 정도의 속도로 30 초 정도로 스핀 코팅하고 박막을 적층 하였고, 적층 후, 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 150 ℃ 온도에서 5 내지 20 분, 바람직하게는, 10 분간 열처리하였다. 박막의 형성은 스핀 코팅 외에도 잉크젯 프린팅, 롤투롤 인쇄, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.
In order to form a hole transport layer on the patterned transparent electrode / glass substrate, the acetone-added PEDOT: PSS solution prepared in
4 단계
전자주개물질인 P3HT 및 전자받개물질인 PCBM 유기물로 광활성층을 제작한다. 즉, 광활성층을 제작하기 위하여 무습, 무산소 분위기의 글로브박스(glove box)에서 전자주개물질인 P3HT 및 전자받개물질인 PCBM 유기물을 준비하여 바람직하게는, 각각 1:0.8 비율로 15 mg/ml, 12 mg/ml의 농도가 되도록 준비하고, 이 두 물질을 클로로벤젠 용매에 녹인 후 2 내지 10 시간, 바람직하게는 8 시간 동안 100 내지 1000 rpm, 바람직하게는 240 rpm으로 교반(stirring) 처리한다.
A photoactive layer is fabricated from P3HT, an electron donor, and PCBM organic, an electron acceptor. That is, in order to produce a photoactive layer, P3HT, which is an electron donor material, and PCBM, which is an electron acceptor material, are prepared in a glove box of a moisture-free, oxygen-free atmosphere. Prepare to a concentration of 12 mg / ml, and dissolve these two materials in chlorobenzene solvent and stir at 100 to 1000 rpm, preferably 240 rpm for 2 to 10 hours, preferably 8 hours.
5 단계Step 5
아세톤이 첨가된 PEDOT:PSS 박막이 증착된 ITO 기판을 무습, 무산소 분위기의 글로브박스(glove box)로 이동한 후 P3HT:PCBM이 혼합된 클로로벤젠 용액을 스핀 코팅 방법을 이용하여 바람직하게는, 1500 rpm정도로 30 초 정도 적층하고 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 120 ℃ 정도의 온도로 5 내지 20 분간, 바람직하게는 10 분간 열처리를 수행하고 글로브박스(glove box) 안에 15 분간 놓아둔다.
After moving the ITO substrate on which the acetone-added PEDOT: PSS thin film is deposited to a glove box in a moisture-free and oxygen-free atmosphere, the chlorobenzene solution mixed with P3HT: PCBM is preferably 1500 using a spin coating method. Laminating about 30 seconds at about rpm and heat treatment is performed at a temperature of 50 to 200 ℃, preferably 120 ℃ for 5 to 20 minutes, preferably 10 minutes and placed in a glove box for 15 minutes.
6 단계6 steps
광활성층까지 증착된 유기 태양전지를 열증착(thermal evaporation) 장치 안으로 이동시켜서 오믹 컨택(ohmic contact)을 도와주는 LiF와 음극으로 사용되는 알루미늄(Al)을 증착한다. 이때 LiF의 두께는 1 내지 10 nm, 바람직하게는 5 nm 이내로 증착하고 알루미늄(Al)의 두께는 90 내지 200 nm, 바람직하게는 120 nm 이내로 증착한다. 전극 증착이 끝난 후 다시 무습, 무산소 분위기의 글로브박스에서 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 120 ℃에서 5 내지 20 분간, 바람직하게는 10 분간 열처리를 수행한다.
The organic solar cell deposited up to the photoactive layer is transferred into a thermal evaporation apparatus to deposit LiF to aid ohmic contact and aluminum (Al) used as a cathode. At this time, the thickness of LiF is deposited within 1 to 10 nm, preferably within 5 nm and the thickness of aluminum (Al) is deposited within 90 to 200 nm, preferably within 120 nm. After electrode deposition is completed, heat treatment is performed again at 50 to 200 ° C., preferably at 120 ° C. for 5 to 20 minutes, preferably for 10 minutes in a glove box in a moisture-free, oxygen-free atmosphere.
상기와 같은 공정으로 제작된 유기태양전지에 대하여 I-V 특성을 조사하여 도 3에 나타내었고, 단락전류밀도(short-circuit current density, Jsc), 개방전압(open circuit voltage, Voc), 필팩터(fill factor, FF), 광전환효율(power conversion efficiency, PCE)의 값을 도 4에 표로 나타내었다. The organic solar cell manufactured by the above process was investigated in IV characteristics and is shown in FIG. 3, and a short-circuit current density (J sc ) , an open circuit voltage (V oc ) and a fill factor (fill factor, FF) and power conversion efficiency (PCE) are shown in Table 4.
상기 도 3과 도 4의 표를 보면, PEDOT:PSS만으로 정공수송층을 만든 유기태양전지에 비해 아세톤 유기용매농도가 50 wt% 인 경우, 유기태양전지의 효율이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 3 and 4, when the acetone organic solvent concentration is 50 wt% compared to the organic solar cell made of PEDOT: PSS only hole transport layer, it can be seen that the efficiency of the organic solar cell is significantly improved.
즉, 아세톤 용매가 50 wt% 첨가된 경우는, 기존 PEDOT:PSS박막이 가지는에 비교해 의 향상된 저항률을 가져 정공의 전달효율을 높이는 것으로 나타났고, 이에 따라 양극인 ITO 투명 전도막 까지 충분히 이동시켜 유기태양전지의 효율을 향상시켰다. 따라서 아세톤 첨가량은 50 wt%를 중심으로 약간의 범위를 갖는 정도가 바람직하다고 본다. That is, when 50 wt% of acetone solvent is added, existing PEDOT: PSS thin film has Compared to It has been shown to improve the hole transfer efficiency by improving the resistivity of, and thus the efficiency of the organic solar cell is improved by sufficiently moving to the ITO transparent conductive film as the anode. Therefore, it is considered that the amount of acetone added has a slight range around 50 wt%.
이와 같이 아세톤 용매가 정공 수송층의 정공 수송율을 높이는 기작은 도 5와 같이 설명될 수 있다. Thus, the mechanism by which the acetone solvent increases the hole transport rate of the hole transport layer may be described as shown in FIG. 5.
PEDOT는 전도성이 있는 물질이고, PSS는 전도성이 없는 물질로, PEDOT은 PSS로 둘러싸여 있는 형태로 존재하고 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서 전자 정공 쌍 중 정공의 수송은 외측에 있는 비 전도성 물질인 PSS에 의해 저조하게 되며, 그 과정에서 트랩핑(trapping) 되거나 재결합(recombination) 된다고 볼 수 있다.PEDOT is a conductive material, PSS is a non-conductive material, PEDOT can be seen to exist in the form surrounded by PSS. Therefore, the transport of holes in the pair of electron holes is weakened by the PSS, which is a non-conductive material on the outside, and it can be regarded as being trapped or recombined in the process.
한편, 아세톤은 극성 유기용매로 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 상당히 큰 편에 속한다(2.0D를 넘는 수치). 따라서 아세톤을 PEDOT:PSS에 혼합하면, 아세톤의 쌍극자 모멘트에 의해, 극성을 띠는 PEDOT은 전기적으로 활성화되어 재 분포되며, 결국 PSS가 분포하는 외측으로 분산되어 정공 수송층 전체를 전기적으로 활성화하게 되어 정공 수송율을 높이는 것이다. Acetone, on the other hand, is a polar organic solvent with a large dipole moment (value over 2.0D). Therefore, when acetone is mixed with PEDOT: PSS, the polarized PEDOT is electrically activated and redistributed by the dipole moment of acetone, which is dispersed to the outside where PSS is distributed to activate the entire hole transport layer electrically. It is to increase the transportation rate.
그 결과 유기태양전지의 효율을 높이는 것으로 볼 수 있다. 따라서 아세톤의 양은 PEDOT의 분포를 분산시킬 정도의 양이어야 하며, 과량이 되면, 본래 PEDOT:PSS가 갖는 에너지 레벨 특성 등에 영향을 미쳐 역효과가 날 수 있음에 유의해야 한다. As a result, it can be seen to increase the efficiency of the organic solar cell. Therefore, the amount of acetone should be sufficient to disperse the distribution of PEDOT, and it should be noted that an excess may adversely affect the energy level characteristics of the original PEDOT: PSS.
상기와 같이 제작비용을 최대한 낮추면서도 정공 수송층의 전도도를 높여서 정공 수송율을 높이므로 광활성층에서 생성된 정공이 정공 수송층에서 재결합 등으로 소멸 되는 비율을 낮추어서 저비용의 고효율 태양전지를 제작할 수 있다.As described above, the hole transport rate is increased by increasing the conductivity of the hole transport layer while lowering the manufacturing cost, thereby lowering the rate at which holes generated in the photoactive layer disappear due to recombination in the hole transport layer, thereby manufacturing a high-efficiency solar cell at low cost.
또한, 본 실시 예에서는 태양전지소자 제작에 대하여만 언급하였으나, 동일한 정공 수송층을 OTFT, OLED, FOLED 등에 동일하게 응용할 수 있다.
In addition, in the present embodiment, only the solar cell device fabrication is mentioned, but the same hole transport layer may be equally applied to OTFT, OLED, FOLED, and the like.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
도면 부호 없음No reference
Claims (6)
PEDOT:PSS에 아세톤을 첨가한 혼합물을 6 내지 10 시간 동안 교반(stirring) 처리하여 PEDOT이 PSS의 외측으로 분산되어 정공 수송층을 전기적으로 활성화된 상태의 혼합물을 상기 양극 위에 코팅하여 박막을 형성하며,
PEDOT:PSS에 유기용매인 아세톤의 첨가량은 25 내지 67 wt%인 것을 특징으로 하는 유기박막의 제조방법.A thin film used as a hole transport layer laminated between the anode and the photoactive layer in an electronic device composed of an anode / photoactive layer / cathode,
PEDOT: Stirring a mixture of acetone added to the PSS for 6 to 10 hours to disperse the PEDOT to the outside of the PSS to coat the mixture of the hole transport layer electrically activated on the anode to form a thin film,
A method for producing an organic thin film, wherein the amount of acetone, which is an organic solvent, is 25 to 67 wt% in PEDOT: PSS.
투명전극/유리기판 위에 상기 정공 수송층을 박막으로 적층하고,
P3HT:PCBM이 혼합된 클로로벤젠 용액을 상기 정공수송층 위에 코팅하고 열처리하여 광활성층을 형성하고,
상기 광활성층 위에 음극을 증착하여 제작한 것을 특징으로 하는 유기태양전지.Using the organic thin film produced by the method of any one of claims 1 or 2 as a hole transport layer,
The hole transport layer is laminated on the transparent electrode / glass substrate in a thin film,
P3HT: PCBM mixed chlorobenzene solution is coated on the hole transport layer and heat treated to form a photoactive layer,
An organic solar cell, characterized in that by fabricating a cathode on the photoactive layer.
The organic solar cell of claim 5, wherein the cathode is formed of a thin film in contact with LiF and Al.
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