[go: up one dir, main page]

KR101371609B1 - Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer - Google Patents

Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer Download PDF

Info

Publication number
KR101371609B1
KR101371609B1 KR1020120055529A KR20120055529A KR101371609B1 KR 101371609 B1 KR101371609 B1 KR 101371609B1 KR 1020120055529 A KR1020120055529 A KR 1020120055529A KR 20120055529 A KR20120055529 A KR 20120055529A KR 101371609 B1 KR101371609 B1 KR 101371609B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
solar cell
organic solar
poly
phthalocyanine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020120055529A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130131747A (en
Inventor
김장주
김태민
김지환
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020120055529A priority Critical patent/KR101371609B1/en
Priority to PCT/KR2012/006690 priority patent/WO2013176340A1/en
Publication of KR20130131747A publication Critical patent/KR20130131747A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101371609B1 publication Critical patent/KR101371609B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • H10K30/81Electrodes
    • H10K30/82Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211Fullerenes, e.g. C60
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30Coordination compounds
    • H10K85/311Phthalocyanine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위의 양극층; 상기 양극층 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층; 상기 이중 계면층 위의 광활성층; 및 상기 광활성층 위의 음극층을 포함하는 유기 태양전지를 개시한다. According to an aspect of the present invention, An anode layer on the substrate; A double interface layer comprising a metal oxide layer on the anode layer and an alignment layer on the metal oxide layer; A photoactive layer on the dual interface layer; And it discloses an organic solar cell comprising a cathode layer on the photoactive layer.

Description

이중 계면층을 포함한 저분자 유기태양전지{Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer}Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer

본 발명은 유기 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저분자 평면 이종접합 유기 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to an organic solar cell, and more particularly, to a low molecular planar heterojunction organic solar cell.

금속-프탈로시아닌(Metal-phthalocyanines: MPc) 및 풀러렌(fullerene: C60)은 각각 저분자 평면 이종접합 유기 태양전지(planar heterojunction organic solar cells)를 위한 도너 및 억셉터 분자로서 널리 사용되고 있다. 그러나 MPc/C60계 저분자 이종접합 유기 태양전지는 1~2%의 낮은 전력 변환 효율(power conversion efficiencies)(ηp) 및 짧은 수명을 나타낸다. 최근 도너 및 억셉터 물질의 공증착이 저분자로 이루어진 벌크이종접합(BHJ: bulk heterojunction)을 만들어서 전력 변환 효율(ηp)을 향상시키기 위하여 사용되고 있다. 그러나 저분자의 공증착층은 BHJ 구조를 형성하는데 고분자만큼 성공적인지 않은데, 상분리를 향한 경항을 감소시키기 위한 혼합 엔트로피가 크기 때문이다. 저분자의 공증착층을 사용한 소자의 전력 변환 효율(ηp)은 약 2~3%를 나타낸다. Metal-phthalocyanines (MPc) and fullerenes (C 60 ) are widely used as donor and acceptor molecules for planar heterojunction organic solar cells, respectively. However, MPc / C 60 based low molecular heterojunction organic solar cells have low power conversion efficiencies (η p ) and short lifetimes of 1-2%. Recently, co-deposition of donor and acceptor materials has been used to improve the power conversion efficiency (η p ) by making bulk heterojunctions (BHJs) of low molecular weight. However, low molecular co-deposited layers are not as successful as polymers in forming BHJ structures because of the high mixing entropy to reduce their effects on phase separation. The power conversion efficiency (η p ) of the device using the low molecular co-deposited layer represents about 2 to 3%.

한편, MPc/C60계 평면 이종접합 태양전지는 질소 분위기에서 짧은 시간 동안의 광조사에서도 광열화(photo-degradation) 특성을 나타낸다. 이러한 광열화를 설명하기 위하여 몇 가지 메커니즘이 제안되었다. C60과 산소의 광반응(photo-reaction)에 의한 도너와 억셉터의 경계에서의 갭 상태(gap state)의 형성, ITO(indium-tin-oxide)로부터 도너층으로의 산소의 광유도 확산(photo-assisted diffusion) 및 UV 광에 의한 ITO의 일함수의 감소 등이다. 한편, KR 공개 2010-0121928 은 정공주입 계면층을 개시하고 있다. 그러나 광열화 메커니즘이 상세하게 밝혀진 것은 아니다. Meanwhile, the MPc / C 60 planar heterojunction solar cell exhibits photo-degradation characteristics even under a short period of light irradiation in a nitrogen atmosphere. Several mechanisms have been proposed to account for this photodegradation. Formation of a gap state at the interface between the donor and acceptor by the photo-reaction of C 60 with oxygen, and the diffusion of oxygen-induced photons from the ITO (indium-tin-oxide) to the donor layer photo-assisted diffusion) and reduction of the work function of ITO by UV light. On the other hand, KR publication 2010-0121928 discloses a hole injection interface layer. However, the mechanism of photodegradation has not been elucidated in detail.

본 발명의 일 측면은 전력 변환 효율이 높고 광 안정성이 우수한 유기 태양전지를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an organic solar cell having high power conversion efficiency and excellent light stability.

본 발명의 일 측면에 따라 제1 전극, 상기 제1 전극 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층, 상기 이중 계면층 위의 광활성층, 상기 광활성층 위의 제2 전극을 포함하는 유기 태양전지를 개시한다. According to an aspect of the present invention, a double interface layer including a first electrode, a metal oxide layer on the first electrode, and an alignment layer on the metal oxide layer, a photoactive layer on the double interface layer, and an agent on the photoactive layer An organic solar cell including two electrodes is disclosed.

상기 금속 산화물층은 예를 들면, 몰리브데늄 산화물층, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층을 포함할 수 있다. The metal oxide layer may include, for example, a molybdenum oxide layer, a tungsten oxide layer, or a rhenium oxide layer.

상기 정렬층은 할로겐화 금속층일 수 있다. 상기 정렬층은 예를 들면, 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI)으로 이루어질 수 있다.The alignment layer may be a metal halide layer. The alignment layer is, for example, copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr) or silver iodide (AgI) Can be made.

상기 광활성층은 상기 금속 산화물층 위의 도너 물질로 이루어진 도너층, 상기 도너층 위의 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층을 포함하는 적층 구조일 수 있다. 또는 상기 광활성층은 도너 물질과 억셉터 물질의 벌크 이종접합으로 이루어질 수 있다. The photoactive layer may have a stacked structure including a donor layer made of a donor material on the metal oxide layer and an acceptor layer made of an acceptor material on the donor layer. Alternatively, the photoactive layer may be made of a bulk heterojunction of a donor material and an acceptor material.

상기 도너 물질은 π 공역화(π-conjugated) 화합물일 수 있다. 상기 도너 물질은 예를 들면, CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌), TiOPc(Oxytitanium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌), 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌), 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함할 수 있다. The donor material may be a π-conjugated compound. The donor material may be, for example, CuPc (Copper Phthalocyanine: copper phthalocyanine), ZnPc (Zinc Phthalocyanine: zinc phthalocyanine), PbPc (lead phthalocyanine: lead phthalocyanine), ClAlPc (chloroaluminum phthalocyanine: aluminum phthalocyanine chloride, Subphthalocyanine chloride, Subphthalocyanine chloride) : Boron chloride subphthalocyanine), TiOPc (Oxytitanium phthalocyanine), pentacene (pentacene), diindenoperylene (diindenoperylene), or oligothiophene (oligothiophene) derivatives.

또는 상기 도너 물질은 예를 들면 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌); 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자, 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV); 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민계 고분자; 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함할 수 있다. Or the donor material is for example poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly (p-phenylenevinylene), Acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based conjugated polymers; Poly (2,7-carbazole) polymers, indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene), isotianaphthene-based polymer, cyclopenta [2,1-b: 3,4 -b '] dithiophene-based polymer, silafluorene- and dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] silol (dithieno [3,2-b: 2 ', 3') -d] silole) polymer, dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] pyrrole polymer, benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene (benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene) polymer, thieno [3,4-b] thiophene [3,4-b] thiophene) polymer, thieno [3,2-b] thiophene polymer, poly (thienylvinylene) s (PTV); poly (arylene ethylene); triarylamine-based polymer; phenothiazine-based polymer; porphyrin-based polymer; or platinum metallopolyyne-based polymer .

상기 억셉터층은 C60 풀러렌, C70 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester: [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸 에스테르), C71-PCBM, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)을 포함할 수 있다. The acceptor layer is C 60 fullerene, C 70 fullerene, PCBM ([6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester: [6,6] -phenyl-C 61 -butyl acid methyl ester), C 71 -PCBM, perylene, PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride) or PTCBI (3,4,9,10 -perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole).

상기 억셉터층 위의 전자 수송층을 더 포함할 수 있다. The electron transport layer on the acceptor layer may be further included.

상기 전자 수송층은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))을 포함할 수 있다. The electron transport layer is BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM (bis-4,6- (3,5-di-3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine), 3TPYMB (Tris- [3- (3-pyridyl) mesityl] borane), BmPyPb ((1,3-bis (3,5-dipyrid-3 -yl-phenyl) benzene), TmPyPb ((1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene), OXD7 (1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3, 4-oxadiazoyl) phenylene), OXD8 (1,3-bis (4- (dimethylamino) -phenyl-1,3,4-oxadiazoyl) phenylene), or TAZ (3- (biphenyl-4-yl) -4-phenyl -5- (4-tert-butylphenyl) -1,2,4-triazole)).

상기 기판은 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)을 포함할 수 있다. The substrate may be a transparent glass substrate or PET (Poly Ethylene Terephthlate), PES (Polyethersulphone: polyether sulfone), PC (Polycarbonate: polycarbonate), PI (Polyimide: polyimide), PEN (Polyethylene Naphthalate) Phthalate) or PAR (Polyarylate).

상기 제1 전극은 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물)을 포함할 수 있다. The first electrode includes tin oxide (SnO 2 ), AZO (Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide), ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), FTO (Flourine-doped Tin Oxide: fluorine doped tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).

상기 제2 전극은 Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The second electrode may include Al, Ca, Mg, K, Ti, Li, or an alloy thereof.

전극과 광활성층 사이에 금속 산화물층 및 할로겐화 금속층의 이중층을 사용함으로써 높은 전력 변환 효율 및 광 안정성을 갖는 저분자 유기 태양전지를 제공할 수 있다. By using a double layer of a metal oxide layer and a halogenated metal layer between the electrode and the photoactive layer, a low molecular organic solar cell having high power conversion efficiency and light stability can be provided.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 전류밀도-전압의 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 비교예 2의 유기 태양전지에 325㎚, 442㎚ 및 633㎚ 레이저광을 조사한 경우의 전류밀도-전압 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 샘플 1 내지 샘플 3의 에이징 전후의 TOF-SIMS 깊이 프로파일(depth profile)들이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing an organic solar cell according to one embodiment.
2 is a current density-voltage graph of the organic solar cell device of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
3A to 3C are graphs of current density-voltage measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1 for 60 minutes, respectively.
4A to 4C illustrate changes in short-circuit current density, open voltage, filling rate and power conversion efficiency measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Examples 1, 2 and 1 for 60 minutes, respectively. It is a graph.
5A to 5C are current density-voltage graphs when the organic solar cells of Comparative Example 2 are irradiated with 325 nm, 442 nm, and 633 nm laser light, respectively.
6A-6C are TOF-SIMS depth profiles before and after aging of Samples 1 to 3, respectively.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양전지(100)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 유기 태양전지(100)는 순차적으로 적층되어 있는 기판(110), 양극층(120), 금속 산화물층(131)과 정렬층(arrangement layer)(132)의 이중 계면층(130), 광활성층(140), 전자 수송층(150) 및 음극층(160)을 포함한다.  1 is a cross-sectional view schematically showing an organic solar cell 100 according to one embodiment. Referring to FIG. 1, the organic solar cell 100 includes a double interface layer of a substrate 110, an anode layer 120, a metal oxide layer 131, and an alignment layer 132 that are sequentially stacked. 130, a photoactive layer 140, an electron transport layer 150, and a cathode layer 160.

기판(110)은 유기 태양전지를 지지하기 위한 것으로서 예를 들면 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)과 같은 투명 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. The substrate 110 is for supporting an organic solar cell. For example, the substrate 110 may be a transparent glass substrate, PET (Polyethylene Terephthlate), PES (Polyethersulphone), PC (Polycarbonate) A transparent plastic substrate such as polyimide (polyimide), PEN (polyethylene naphthalate), or PAR (polyarylate) may be used.

양극층(120)는 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극으로 이루어질 수 있다. 양극층(120)는 예를 들면, 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물) 등으로 이루어질 수 있다. The anode layer 120 can be made of a conductive transparent electrode of a metal oxide having a high work function. The anode layer 120 may include, for example, tin oxide (SnO 2 ), AZO (Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide), ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), FTO (Flourine-doped Tin Oxide). : Fluorine-doped tin oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).

이중 계면층(double interfacial layer)(130)은 금속 산화물층(131)과 금속 산화물층(131) 위의 정렬층(132)으로 이루어질 수 있다. The double interfacial layer 130 may include a metal oxide layer 131 and an alignment layer 132 on the metal oxide layer 131.

금속 산화물층(131)은 예를 들면, MoO3을 포함하는 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층으로 이루어질 수 있다. 광이 조사되면 금속 산화물로 이루어진 양극층(120)으로부터 산소가 광 유도 방출(photo-induced release)될 수 있고, 이 산소는 정렬층(132)으로 확산될 수 있다. 양극층(120)으로부터 정렬층(132)으로 확산된 산소는 정렬층(132)의 금속 화합물과 반응하여 금속 원자를 방출시킬 수 있다. 정렬층(132)으로부터 방출된 금속 원자는 광활성층(140)까지 확산되어 전기적 경로를 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 전기적 경로는 태양전지의 다이오드 특성을 잃어버리게 함으로써 태양전지 소자를 열화시킬 수 있다. 금속 산화물층(131)은 광 조사에 의하여 양극층(120)으로부터 광 유도 방출된 산소가 정렬층(132)으로 확산되는 것을 방지하여 정렬층(132)의 금속 화합물이 방출된 산소와 반응하여 금속 원자를 방출하는 것을 방지할 수 있다. 정렬층(132)으로부터 광활성층(140)으로 금속 원자가 확산하는 것을 방지함으로써 태양전지 소자의 열화를 방지할 수 있다. The metal oxide layer 131 may be formed of, for example, a molybdenum oxide, a tungsten oxide layer, or a rhenium oxide layer including MoO 3 . When light is irradiated, oxygen may be photo-induced release from the anode layer 120 made of a metal oxide, and the oxygen may diffuse into the alignment layer 132. Oxygen diffused from the anode layer 120 to the alignment layer 132 may react with the metal compound of the alignment layer 132 to release metal atoms. The metal atoms emitted from the alignment layer 132 may diffuse to the photoactive layer 140 to form an electrical path, which may deteriorate the solar cell device by losing the diode characteristics of the solar cell. . The metal oxide layer 131 prevents oxygen induced by light-induced emission from the anode layer 120 from diffusing into the alignment layer 132 by irradiation with light to react with the released oxygen of the metal compound of the alignment layer 132. It is possible to prevent the emission of atoms. By preventing diffusion of metal atoms from the alignment layer 132 into the photoactive layer 140, deterioration of the solar cell device may be prevented.

정렬층(132)은 광활성층(140)을 이루고 있는 분자의 정렬을 향상시키기 위한 층이다. 예를 들어, 광활성층(140)이 도너층과 도너층 위의 억셉터층으로 이루어진 경우 정력층(132)는 도너층의 분자의 정렬을 향상킬 수 있다. 정렬층(132)은 할로겐화 금속층으로 이루어질 수 있다. 할로겐화 금속층은 예를 들면, 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr), 요오드화 은(AgI) 등의 금속 화합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게 요오드화 구리(CuI)일 수 있다. 정렬층(132)은 정렬층(132)과 접하는 광활성층(140)의 물질이 평면형의 π 공역화(π-conjugated) 화합물인 경우, 이 화합물의 분자들의 평면이 기판에 나란하도록 평면으로 적층되는 것을 도와줄 수 있다. 평면형의 π 공역화 화합물은 평면으로 적층된 경우에 아래 위로 이웃하는 분자들 사이의 π 오비탈의 오버랩에 의하여 전하의 수송이 원활해 질 수 있다. 정렬층(132)의 금속 화합물이 산소와 반응하지 않고 안정한 상태를 유지할 때 태양전지 소자의 열화가 방지될 수 있다.The alignment layer 132 is a layer for improving the alignment of molecules constituting the photoactive layer 140. For example, when the photoactive layer 140 is composed of a donor layer and an acceptor layer on the donor layer, the energetic layer 132 may improve the alignment of molecules of the donor layer. The alignment layer 132 may be made of a metal halide layer. The metal halide layer is, for example, copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr), silver iodide (AgI), or the like. It may include a metal compound of, preferably copper iodide (CuI). The alignment layer 132 is a planar stack of molecules of the compound of the photoactive layer 140 in contact with the alignment layer 132 is a planar π-conjugated compound, the plane of the molecules of the compound parallel to the substrate Can help. Planar π-conjugated compounds, when stacked in a plane, can facilitate charge transport due to overlap of π orbitals between neighboring molecules up and down. When the metal compound of the alignment layer 132 does not react with oxygen and maintains a stable state, deterioration of the solar cell device may be prevented.

광활성층(140)은 도너 물질로 이루어진 도너층과 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층이 적층되어 있을 수 있고, 도너 물질과 억셉터 물질이 벌크 이종접합을 이루고 있을 수 있으나, 광활성층(140)의 구조가 이들로 한정되는 것은 아니다. The photoactive layer 140 may include a donor layer made of a donor material and an acceptor layer made of an acceptor material, and a donor material and an acceptor material may form a bulk heterojunction, but the photoactive layer 140 may be The structure is not limited to these.

도너 물질은 주요 전하 운반자가 정공인 물질로서 p형 반도체일 수 있다. 도너 물질은 앞에서 기술한 바와 같이 평면형의 π 공역화(π-conjugated) 화합물, 예를 들면, CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌) 또는 TiOPc(Oxytitanium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌)와 같은 프탈로시아닌계 물질을 포함할 수 있다. 도너 물질은 또한 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌)와 같은 페릴렌(perylene) 유도체, 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함할 수 있다. The donor material may be a p-type semiconductor as a material whose main charge carriers are holes. The donor material may be a planar π-conjugated compound as described above, for example CuPc (Copper Phthalocyanine (copper phthalocyanine), ZnPc (Zinc Phthalocyanine (zinc phthalocyanine)), PbPc (lead phthalocyanine) Phthalocyanine-based materials such as ClAlPc (chloroaluminum phthalocyanine), SubPc (boron subphthalocyanine chloride) or TiOPc (Oxytitanium phthalocyanine: titanium phthalocyanine). The donor material may also include penylene, perylene derivatives such as diindenoperylene (diindenoperylene), or oligothiophene derivatives.

도너 물질은 또한 π 공역화 고분자로 이루어질 수 있다. π 공역화 고분자는 예를 들면, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌)과 같은 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 공역화 고분자; 전자 풍부기(electron-rich moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체(copolymer), 전자 부족기(electron-deficient moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체, 형광 착물(phosphorescent complexe)을 함유한 플루오렌계 공역화 고분자와 같은 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자 또는 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자와 같은 카바졸계 공역화 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 공역화 측쇄를 갖는 폴리티오펜, 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 기타 융합된(fused) 티오펜계 공역화 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV)과 같은 티오펜계 공역화 고분자; 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민- 및 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함할 수 있다. The donor material may also consist of π conjugated polymer. π conjugated polymers include, for example, poly (p-phenylenevinylene) and derivatives thereof, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly (p-phenylenevinylene) Poly (p-phenylenevinylene) -based conjugated polymers such as acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based copolymers containing electron-rich moieties, fluorene-based copolymers containing electron-deficient moieties, fluorenes containing phosphorescent complexes Fluorene-based conjugated polymers such as system conjugated polymers; Carbazole conjugated polymers such as poly (2,7-carbazole) polymers or indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene), polythiophene with conjugated side chain, isothiaphenane polymer, cyclopenta [ 2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-based polymer, silafluorene- and dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] silol (dithieno [3, 2-b: 2 ′, 3′-d] silole) polymer, dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] pyrrole (dithieno [3,2-b: 2 ′, 3 ′) -d] pyrrole polymer, benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene (benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene polymer, thieno [3 , 4-b] thiophene (thieno [3,4-b] thiophene) polymer, thieno [3,2-b] thiophene polymer, other fused ( fused) thiophene conjugated polymer, thiophene conjugated polymer such as poly (thienylvinylenes) (PTV); poly (aryleneethylene); triarylamine- and phenothiazine ( phenothiazine-based polymers, porphyrin-based polymers, or platinum It may include the phthaloyl poly (metallopolyyne platinum) based polymers.

억셉터 물질은 주요 전하 운반자가 전자인 물질로서 n형 반도체일 수 있다. 예를 들어 C60 또는 C70 와 같은 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 C71-PCBM 등과 같은 C60 또는 C70 풀러렌의 유도체, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)과 같은 페릴렌 유도체를 포함할 수 있다. The acceptor material may be an n-type semiconductor as the main charge carrier is an electron. For example, C 60 or C 70 fullerenes, such as, PCBM ([6,6] -phenyl- C 61 -butyric acid methyl ester) or a C 60 or C 70 fullerene derivatives such as C 71 -PCBM, perylene (perylene ), PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride) or PTCBI (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4 Perylene derivatives, such as (9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole).

광활성층(140)으로 전도성 금속이 확산되면 엑시톤으로부터 분리된 전하들에 대한 새로운 경로가 생성되어 소자의 분로 저항(shunt resistance)이 감소되어 소자의 다이오드 특성이 열화될 수 있다. 따라서 다른 층으로부터 광활성층(140)으로 전도성 금속이 확산되어서는 안된다. 금속 산화물층(131)을 포함하는 이중 계면층(130)은 위에서 설명한 바와 같이 양극층(120)으로부터의 광유도 방출 산소의 확산 및 그에 따른 정렬층(132)으로부터의 금속 원자의 확산을 방지할 수 있다. When the conductive metal is diffused into the photoactive layer 140, a new path for the charges separated from the exciton is generated, thereby reducing the shunt resistance of the device, thereby deteriorating the diode characteristics of the device. Therefore, the conductive metal should not diffuse from the other layer to the photoactive layer 140. The dual interfacial layer 130 including the metal oxide layer 131 can prevent diffusion of photoinduced emission oxygen from the anode layer 120 and thus diffusion of metal atoms from the alignment layer 132 as described above. Can be.

전자 수송층(150)은 광활성층(140)으로부터 전자를 받아서 음극층(160)으로의 수송을 용이하게 하거나 광활성층(140)으로부터 음극층(160)으로의 엑시톤의 확산을 막을 수 있다. 전자 수송층(150)은 예를 들면 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))를 사용할 수 있다. The electron transport layer 150 may receive electrons from the photoactive layer 140 to facilitate transport to the cathode layer 160 or prevent diffusion of excitons from the photoactive layer 140 to the cathode layer 160. Electron transport layer 150 is, for example, BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathocuproine), Bphen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM (bis -4,6- (3,5-di-3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine), 3TPYMB (Tris- [3- (3-pyridyl) mesityl] borane), BmPyPb ((1,3-bis (3, 5-dipyrid-3-yl-phenyl) benzene), TmPyPb ((1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene), OXD7 (1,3-bis (4-tert-butylphenyl -1,3,4-oxadiazoyl) phenylene), OXD8 (1,3-bis (4- (dimethylamino) -phenyl-1,3,4-oxadiazoyl) phenylene), or TAZ (3- (biphenyl-4-yl ) -4-phenyl-5- (4-tert-butylphenyl) -1,2,4-triazole)) can be used.

음극층(170)은 낮은 일함수를 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 음극층(170)은 예를 들면, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. The cathode layer 170 may be made of a metal having a low work function. The cathode layer 170 may be made of, for example, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li, or an alloy thereof.

이하에서는 다른 일 구현예에 따른 유기 태양전지(100)의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the organic solar cell 100 according to another embodiment.

다시 도 1을 참조하면, 기판(110) 위에 양극층(120), 금속 산화물층(131)과 정렬층(arrangement layer)(132)의 이중 계면층(130), 광활성층(140), 전자수송층(150), 및 음극층(170)을 순차적으로 형성한다. Referring back to FIG. 1, the double interface layer 130, the photoactive layer 140, and the electron transport layer of the anode layer 120, the metal oxide layer 131, and the alignment layer 132 on the substrate 110. 150 and the cathode layer 170 are sequentially formed.

기판(110)은 앞에서 설명한 바와 같은 투명한 유리 기판 또는 PET, PES, PC, PI, PEN 또는 PAR 과 같은 투명 플라스틱 기판으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The substrate 110 may be formed of a transparent glass substrate as described above or a transparent plastic substrate such as PET, PES, PC, PI, PEN, or PAR, but is not limited thereto.

양극층(120)은 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극으로 형성할 수 있다. 높은 일함수를 가진 금속 산화물의 전도성 투명전극은 예를 들면, 산화주석(SnO2), AZO, ITO, FTO 또는 IZO 등의 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물의 전도성 투명전극은 열증착(evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다. The anode layer 120 may be formed of a conductive transparent electrode of a metal oxide having a high work function. The conductive transparent electrode of the metal oxide having a high work function may include, for example, a tin oxide (SnO 2 ), AZO, ITO, FTO, or IZO. The conductive transparent electrode of the metal oxide may be formed by thermal evaporation or sputtering.

이중 계면층(130)은 금속 산화물층(131)과 그 위의 정렬층(132)으로 형성할 수 있다. 금속 산화물층(131)은 MoO3을 포함하는 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물 또는 레늄 산화물로 이루어질 수 있고, 열증착 또는 스퍼터링 등의 방법으로 형성할 수 있다. 정렬층(132)은 할로겐화 금속층으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 정렬층(132)은 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 염화 구리(CuCl), 황화 구리(CuS), 이황화 구리(CuS2), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI) 등으로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착의 방법에 의하여 형성할 수 있다. The dual interface layer 130 may be formed of the metal oxide layer 131 and the alignment layer 132 thereon. The metal oxide layer 131 may be formed of molybdenum oxide, tungsten oxide, or rhenium oxide including MoO 3 , and may be formed by thermal deposition or sputtering. The alignment layer 132 may be formed of a metal halide layer. For example, the alignment layer 132 may be copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), copper chloride (CuCl), copper sulfide (CuS), copper disulfide (CuS 2 ), silver bromide (AgBr) or silver iodide ( AgI) or the like, and for example, can be formed by a method of thermal evaporation.

광활성층(140)을 적층 구조로 형성할 수 있다. 이때 도너층은 CuPc, ZnPc, PbPc, ClAlPc, SubPc, TiOPc 과 같은 프탈로세아닌계 물질, 펜타센, DIP와 같은 페릴렌 유도체 또는 올리고티오펜 유도체로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착 방법으로 형성할 수 있다. 또한 도너층을 위에서 설명한 바와 같은 π 공역화 고분자, 예를 들면, 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌)과 같은 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 공역화 고분자; 전자 풍부기(electron-rich moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체(copolymer), 전자 부족기(electron-deficient moieties)를 함유한 플루오렌계 공중합체, 형광 착물(phosphorescent complexe)을 함유한 플루오렌계 공역화 고분자와 같은 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자 또는 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자와 같은 카바졸계 공역화 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 공역화 측쇄를 갖는 폴리티오펜, 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 기타 융합된(fused) 티오펜계 공역화 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV)과 같은 티오펜계 공역화 고분자; 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민- 및 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자로 형성할 수 있다. 상기 고분자의 층을 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 블레이드 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 또는 그라비아법, 오프셋 프린팅법 등의 롤투롤 방법을 사용하여 형성할 수 있다.The photoactive layer 140 may be formed in a stacked structure. In this case, the donor layer may be formed of a phthalocyanine-based material such as CuPc, ZnPc, PbPc, ClAlPc, SubPc, or TiOPc, a perylene derivative such as pentacene or DIP, or an oligothiophene derivative. It can be formed as. The donor layer may also be prepared by the π conjugated polymer as described above, for example, poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly poly (p-phenylenevinylene) -based conjugated polymers such as (p-phenylenevinylene) and acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based copolymers containing electron-rich moieties, fluorene-based copolymers containing electron-deficient moieties, fluorenes containing phosphorescent complexes Fluorene-based conjugated polymers such as system conjugated polymers; Carbazole conjugated polymers such as poly (2,7-carbazole) polymers or indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene), polythiophene with conjugated side chain, isothiaphenane polymer, cyclopenta [ 2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-based polymer, silafluorene- and dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] silol (dithieno [3, 2-b: 2 ′, 3′-d] silole) polymer, dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] pyrrole (dithieno [3,2-b: 2 ′, 3 ′) -d] pyrrole polymer, benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene (benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene polymer, thieno [3 , 4-b] thiophene (thieno [3,4-b] thiophene) polymer, thieno [3,2-b] thiophene polymer, other fused ( fused) thiophene conjugated polymer, thiophene conjugated polymer such as poly (thienylvinylenes) (PTV); poly (aryleneethylene); triarylamine- and phenothiazine ( phenothiazine-based polymers, porphyrin-based polymers, or platinum The layer of the polymer may be formed by a spin coating method, a dip coating method, a blade coating method, an inkjet printing method, a nozzle printing method, or a gravure method or an offset printing method. It can be formed using a two-roll method.

억셉터층은 예를 들면 C60 또는 C70 와 같은 풀러렌, PCBM, C71-PCBM 등과 같은 C60 또는 C70 풀러렌의 유도체, 페릴렌, PTCDA 또는 PTCBI과 같은 페릴렌 유도체로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착법 등에 의하여 형성할 수 있다. The acceptor layer may be formed by, for example C 60 or C 70 and fullerene, PCBM, C 60 or perylene derivatives, such as derivatives, perylene, or PTCDA PTCBI of C 70 fullerenes such as C 71 -PCBM like, For example, it can form by a thermal evaporation method.

광활성층(140)을 벌크 이종접합의 구조로 형성하는 경우에는 예를 들면 도너 물질과 억셉터 물질의 혼합용액을 사용하고, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 블레이드 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 또는 그라비아법, 오프셋 프린팅법 등의 롤투롤 방법을 사용하여 광활성층(140)을 형성할 수 있다. When the photoactive layer 140 is formed in a bulk heterojunction structure, for example, a mixed solution of a donor material and an acceptor material is used, and spin coating, dip coating, blade coating, inkjet printing, and nozzle printing are used. The photoactive layer 140 may be formed using a roll-to-roll method such as a gravure method or an offset printing method.

전자 수송층(150)은 예를 들어 BCP, BPhen, B3PYMPM, 3TPYMB, BmPyPb, TmPyPb, OXD7, OXD8 또는 TAZ 으로 형성할 수 있으며, 예를 들면 열증착법 등에 의하여 형성할 수 있다.The electron transport layer 150 may be formed of, for example, BCP, BPhen, B3PYMPM, 3TPYMB, BmPyPb, TmPyPb, OXD7, OXD8, or TAZ, and may be formed by, for example, thermal deposition.

음극층(170)는 낮은 일함수를 갖는 금속으로 형성할 수 있다. 낮은 일함수를 갖는 금속은 예를 들면, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금일 수 있다. 음극층(170)은 예를 들어 열증착, 스퍼터링 등의 방법으로 형성할 수 있다.The cathode layer 170 may be formed of a metal having a low work function. Metals having a low work function can be, for example, Al, Ca, Mg, K, Ti, Li or alloys thereof. The negative electrode layer 170 may be formed by, for example, thermal deposition or sputtering.

실시예Example 1 One

글래스 기판 /ITO(150㎚) /MoO3(3㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다. 150㎚ 두께의 ITO가 코팅된 글래스 기판을 아세톤과 아이소프로필알코올로 연속하여 세정한 후 UV/오존에 10분 동안 노출시켰다. ITO가 코팅된 글래스 기판 위에 3㎚ 두께의 MoO3 및 3㎚ 두께의 CuI 층을 0.2Å/s 의 증착 속도로 증착하였다. 이어서 CuI 층 위에 25㎚ 두께의 ZnPc, 40㎚ 두께의 C60 및 8㎚ 두께의 BCP를 10-7 Torr 의 압력 하에서 1Å/s의 증착 속도로 순서대로 열증착하였다. 이어서 BCP 층 위에 100㎚ 두께의 Al 음극층을 섀도우 마스크를 사용하여 증착하였다. 모든 층들은 연속적으로 진공을 유지하면서 증착되었다. 소자의 활성 면적은 4㎟ 이었다. ITO 전극 위의 절연층과 상부의 양극층이 셀 영역을 정의하였다. 이 후 소자를 질소 분위기에서 에폭시 수지를 이용하여 글래스 캔으로 밀봉하였다. Layer structure of glass substrate / ITO (150nm) / MoO 3 (3nm) / CuI (3nm) / ZnPc (25nm) / C 60 (40nm) / BCP (8nm) / Al (100nm) An organic solar cell having was prepared. A 150 nm thick ITO coated glass substrate was washed successively with acetone and isopropyl alcohol and then exposed to UV / ozone for 10 minutes. A 3 nm thick MoO 3 and 3 nm thick CuI layer was deposited on an ITO coated glass substrate at a deposition rate of 0.2 μs / s. Then the BCP of C 60 and 8㎚ thickness of ZnPc, 40㎚ thickness of the CuI layer thickness on 25㎚ 10-7 The films were thermally deposited in order at a deposition rate of 1 kW / s under a pressure of Torr. A 100 nm thick Al cathode layer was then deposited over the BCP layer using a shadow mask. All layers were deposited while maintaining a vacuum continuously. The active area of the device was 4 mm 2. The insulating layer on the ITO electrode and the anode layer on top defined the cell region. The device was then sealed with a glass can using an epoxy resin in a nitrogen atmosphere.

비교예Comparative Example 1 One

MoO3 및 CuI 층을 형성하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다. 즉, 글래스 기판 /ITO(150㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the MoO 3 and CuI layers were not formed. That is, an organic solar cell having a layer structure of a glass substrate / ITO (150 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 (40 nm) / BCP (8 nm) / Al (100 nm) was prepared.

비교예Comparative Example 2 2

MoO3 층을 형성하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제조하였다. 즉, 글래스 기판 /ITO(150㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚) /BCP(8㎚) /Al(100㎚)의 층구조를 갖는 유기 태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the MoO 3 layer was not formed. That is, an organic solar cell having a layer structure of a glass substrate / ITO (150 nm) / Cu (3 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 (40 nm) / BCP (8 nm) / Al (100 nm) Prepared.

전류-전압 특성Current-voltage characteristic

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도 대 전압 특성을 AM 1.5G의 100 mW/cm2 태양광 시뮬레이터(solar simulator) (300 W Oriel 69911A) 광원 및 광원 측정 유닛(Keithley 237)을 사용하여 측정하였다. 각각의 측정 전에 KG-5 필터로 덮인 미국 신재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 공인된 기준 Si 태양전지를 사용하여 측정 설정을 교정(calibration)하였다. The current density vs. voltage characteristics of the organic solar cell elements of Examples 1, Comparative Examples 1 and 2 were measured using an AM 1.5G 100 mW / cm 2 solar simulator (300 W Oriel 69911A). (Keithley 237). Before each measurement, the measurement setup was calibrated using a reference Si solar cell accredited by the National Renewable Energy Laboratory covered with a KG-5 filter.

도 2는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 전류밀도-전압 그래프이다. AM 1.5G의 100 mW/cm2 광을 조사하면서 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 유기 태양전지 소자의 ITO 전극과 Al 전극 사이의 전압을 -0.3V 로부터 0.8V까지 변화시키면서 전류 밀도를 측정하였다.2 is a current density-voltage graph of the organic solar cell device of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG. Current density while varying the voltage between the ITO electrode and the Al electrode of the organic solar cell elements of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 while irradiating 100 mW / cm 2 of AM 1.5G from -0.3V to 0.8V Was measured.

도 2를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -4.83 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.46V, 채움율(fill factor: FF) 0.57을 나타내었다. 한편, 비교예 1의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 1.27% 이었다. 이 값들은 비교예 1의 구조에 대하여 종래에 알려진 값과 거의 일치하였다. Referring to FIG. 2, the organic solar cell of Comparative Example 1 showed a short circuit current density (J SC ) −4.83 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.46V, and a fill factor (FF) of 0.57. On the other hand, the power conversion efficiency (η p ) of the organic solar cell of Comparative Example 1 was 1.27%. These values were almost in agreement with those conventionally known for the structure of Comparative Example 1.

비교예 2의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -8.63 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.61V, 채움율(fill factor: FF) 0.62를 나타내었다. 한편, 비교예 2의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 3.30% 이었다. 이로부터 비교예 2의 유기 태양전지의 성능이 비교예 1의 유기 태양전지의 성능에 비하여 크게 향상되었음을 알 수 있다. The organic solar cell of Comparative Example 2 exhibited a short circuit current density (J SC ) -8.63 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.61V, and a fill factor (FF) 0.62. On the other hand, the power conversion efficiency (η p ) of the organic solar cell of Comparative Example 2 was 3.30%. From this, it can be seen that the performance of the organic solar cell of Comparative Example 2 was significantly improved compared to that of the organic solar cell of Comparative Example 1.

실시예 1의 유기 태양전지는 단락 전류 밀도(JSC) -8.19 mA/cm2, 개방 전압(VOC) 0.56V, 채움율(fill factor: FF) 0.63을 나타내었다. 한편, 실시예 1의 유기 태양전지의 전력 변환 효율(ηp)은 2.89% 이었다. 실시예 1의 유기 태양전지의 성능은 계면층으로서 CuI층만을 포함하는 비교예 2의 유기 태양전지보다 다소 낮았으나, 계면층을 포함하지 않는 비교예 1의 유기 태양전지보다 2배 이상 더 컸다. The organic solar cell of Example 1 exhibited a short circuit current density (J SC ) -8.19 mA / cm 2 , an open voltage (V OC ) 0.56V, and a fill factor (FF) 0.63. On the other hand, the power conversion efficiency (η p ) of the organic solar cell of Example 1 was 2.89%. The performance of the organic solar cell of Example 1 was slightly lower than that of Comparative Example 2 containing only a CuI layer as an interfacial layer, but was more than two times greater than that of Comparative Example 1 containing no interfacial layer.

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율을 표 1에 정리하였다. Table 1 summarizes the short-circuit current densities, open voltages, fill rates, and power conversion efficiencies of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

단락전류밀도
(mA/cm2)
Short circuit current density
(mA / cm 2 )
개방전압
(V)
Open-circuit voltage
(V)
채움율Fill factor 전력변환효율
(%)
Power conversion efficiency
(%)
실시예 1Example 1 -8.19-8.19 0.560.56 0.630.63 2.892.89 비교예 1Comparative Example 1 -4.83-4.83 0.460.46 0.570.57 1.271.27 비교예 2Comparative Example 2 -8.63-8.63 0.610.61 0.620.62 3.303.30

광 안정성(Optical stability ( photophoto -- stabilitystability ) 측정) Measure

도 3a 내지 도 3c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 전류밀도-전압의 그래프이다. 3A to 3C are graphs of current density-voltage measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1 for 60 minutes, respectively.

도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 유기 태양전지에 60분 동안 광을 조사하면서 측정한 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화를 도시한 그래프이다. 4A to 4C illustrate changes in short-circuit current density, open voltage, filling rate and power conversion efficiency measured while irradiating light to the organic solar cells of Comparative Examples 1, 2 and 1 for 60 minutes, respectively. It is a graph.

도 3a를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지는 광조사에 따라서 전류밀도-전압 커브에서 S자 형태의 킹크(kink)가 발전되었는데, 이것은 유기 태양전지의 성능의 열화를 나타낸다. 한편, 도 4a 및 도 3a를 참조하면, 비교예 1의 유기 태양전지의 전력변환효율이 60분의 광 조사 후에 초기값의 70% 아래로 감소하였는데, 이것은 단락전류밀도와 개방전압의 큰 변화 없이 주로 채움률의 감소에 기인한 것임을 알 수 있다. 이러한 거동은 UV 광 조사에 의한 ITO의 일함수(절대값)의 감소 및 ITO 전극과 ZnPc 층 사이의 계면의 정공 주입 장벽층의 형성에 기인하는 것으로 여겨진다. Referring to FIG. 3A, in the organic solar cell of Comparative Example 1, an S-shaped kink was developed in a current density-voltage curve according to light irradiation, indicating a deterioration in the performance of the organic solar cell. Meanwhile, referring to FIGS. 4A and 3A, the power conversion efficiency of the organic solar cell of Comparative Example 1 decreased below 70% of the initial value after 60 minutes of light irradiation, without a significant change in short-circuit current density and open voltage. It can be seen that mainly due to the decrease in the filling rate. This behavior is believed to be due to the reduction of the work function (absolute value) of ITO by UV light irradiation and the formation of a hole injection barrier layer at the interface between the ITO electrode and the ZnPc layer.

도 3b 및 도 4b를 참조하면, 비교예 2의 유기 태양전지는 광 조사 아래 비교예 1의 유기 태양전지와 매우 다른 열화 거동을 보여준다. 광조사 아래 비교예 2의 유기 태양전지의 분로 저항(shunt resistance)이 급격히 감소되었으며, 이것은 채움율과 개방전압의 감소를 가져왔다. 이러한 거동은 비교예 2의 유기 태양전지에서 광조사에 의하여 새로운 전하 전달 경로가 형성됨에 의하여 pn 접합의 특성이 없어진 것을 나타낸다. 한편, 도 4b를 참조하면, 비교예 2의 유기 태양전지의 전력변환효율이 60분의 광 조사 후에 초기값의 약 30% 로 감소되었다. 3B and 4B, the organic solar cell of Comparative Example 2 exhibits very different deterioration behavior from that of Comparative Example 1 under light irradiation. Under light irradiation, the shunt resistance of the organic solar cell of Comparative Example 2 was sharply reduced, which resulted in a decrease in the filling rate and the open voltage. This behavior indicates that the characteristics of the pn junction disappeared by forming a new charge transfer path by light irradiation in the organic solar cell of Comparative Example 2. Meanwhile, referring to FIG. 4B, the power conversion efficiency of the organic solar cell of Comparative Example 2 was reduced to about 30% of the initial value after 60 minutes of light irradiation.

도 3c 및 도 4c를 참조하면, 실시예 1의 유기 태양전지는 전류밀도-전압 특성의 변화가 거의 없고, 단락전류밀도, 개방전압, 채움율 및 전력변환효율의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다. 이것은 실시예 1의 유기 태양전지가 높은 광 안정성을 갖는 것을 나타낸다. Referring to FIGS. 3C and 4C, it can be seen that the organic solar cell of Example 1 has little change in current density-voltage characteristics, and almost no change in short-circuit current density, open voltage, fill factor, and power conversion efficiency. . This indicates that the organic solar cell of Example 1 has high light stability.

파장별By wavelength 광 안전성 측정 Light safety measurement

비교예 2의 유기 태양전지의 성능은 우수한 반면, 광 안정성이 크게 떨어지는 결과로부터 광열화 메커니즘을 규명하기 위하여 3개의 다른 파장의 광원을 30분 동안 조사하면서 전류밀도-전압 특성을 측정하였다. While the performance of the organic solar cell of Comparative Example 2 was excellent, the current density-voltage characteristic was measured while irradiating light sources of three different wavelengths for 30 minutes in order to elucidate the photodegradation mechanism from the result of greatly deteriorating light stability.

도 5a 내지 도 5c는 각각 비교예 2의 유기 태양전지에 질소 분위기에서 AM 1.5G 100 mW/cm2 시뮬레이트된 태양광으로서 3.9 mW/cm2 의 325 ㎚ HeCd 레이저광(a), 3.6 mW/cm2 의 442 ㎚ HeCd 레이저광(b) 및 4 mW/cm2 의 633 ㎚ HeNe 레이저광(c)을 조사한 경우의 전류밀도-전압 그래프이다. 633 ㎚ 의 광은 단지 ZnPc에 의하여만 흡수되고, 442 ㎚ 의 광은 주로 C60에 의하여 흡수되고, 325 ㎚ 광은 ITO 에 의하여 흡수된다. 따라서 어느 파장의 광 조사에 의하여 소자의 열화가 일어나는지를 확인함으로써, 소자의 열화가 어느 물질의 열화로부터 기인하는지를 유추할 수 있다. 5A to 5C are respectively simulated sunlight of AM 1.5G 100 mW / cm 2 in a nitrogen atmosphere in the organic solar cell of Comparative Example 2 as 325 nm HeCd laser light (a) of 3.9 mW / cm 2 , 3.6 mW / cm It is a current density-voltage graph in the case of irradiating 2 442 nm HeCd laser beams (b) and 633 nm HeNe laser beams (c) of 4 mW / cm 2 . Light of 633 nm is only absorbed by ZnPc, light of 442 nm is mainly absorbed by C 60 , and 325 nm light is absorbed by ITO. Therefore, it is possible to infer whether the deterioration of the device is caused by the deterioration of which material by confirming which deterioration of the device occurs by light irradiation at which wavelength.

도 5c를 참조하면, ZnPc 에 의하여 흡수되는 633 ㎚ 레이저광(c)은 소자를 전혀 열화시키지 않으므로, ZnPc 의 여기는 소자를 열화시키지 않음을 나타낸다. 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 442 ㎚ 의 광 조사의 경우(b) 채움율과 개방 전압의 감소가 관측되지 않은 반면, 325 ㎚ 의 광 조사에 의하여(a) 채움율과 개방 전압의 감소가 관측되었다. 이것은 CuI를 포함하는 소자의 광열화가 주로 CuI 와 ITO 전극과의 계면에서 CuI 의 UV 에 의하여 유도된 반응으로부터 주로 기인함을 나타낸다. Referring to Fig. 5C, since the 633 nm laser light c absorbed by ZnPc does not deteriorate the device at all, the excitation of ZnPc does not deteriorate the device. 5B and 5C, in the case of light irradiation at 442 nm (b) no decrease in the fill rate and the open voltage was observed, whereas a decrease in the fill rate and open voltage was observed by (325) light irradiation at 325 nm. Observed. This indicates that the photodegradation of the device containing CuI is mainly due to the UV induced reaction of CuI at the interface between CuI and the ITO electrode.

깊이 프로파일(Depth profile ( depthdepth profileprofile ))

소자의 열화의 원인을 밝히기 위하여 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry: 비행시간 이차이온 질량분석기) (IONTOF GmbH)를 사용하여 샘플 소자들의 광조사 전후의 질량 스펙트럼의 깊이 프로파일을 수행하였다. 질량 스펙트럼을 얻기 위하여 1차 이온(primary ion)으로서 0.9 ㎀의 25keV Bi+ 이온을 사용하였다. 질량 스펙트럼은 50×50㎛2의 영역에서 얻어졌다. 깊이 프로파일을 위하여 31 ㎁의 0.5 keV Cs+ 이온을 사용하였다. 스퍼터된 영역은 200×200㎛2 이었다. 깊이 프로파일을 위한 샘플 1-3이 각각 0.1×0.1㎝2 의 ITO 글래스 기판 위에 제조되었다. 에이징을 위한 광조사는 15 mW/cm2 의 UV 광원을 사용하였다. Depth profile of mass spectra before and after irradiation of sample devices using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) (IONTOF GmbH) to determine the cause of device degradation It was. In order to obtain the mass spectrum, 25 keV Bi + of 0.9 으로서 as primary ion Ions were used. Mass spectra were obtained in an area of 50 × 50 μm 2 . 31 kPa of 0.5 keV Cs + ions were used for the depth profile. The sputtered area was 200 × 200 μm 2 . Samples 1-3 for depth profile were each prepared on 0.1 × 0.1 cm 2 ITO glass substrates. Light irradiation for aging used a UV light source of 15 mW / cm 2 .

샘플 1Sample 1

BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /MoO3(3㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다. ITO glass (150 nm) / MoO 3 (3 nm) / CuI (3 nm) / ZnPc in the same manner as in the device fabrication method of Example 1 except that BCP (8 nm) / Al (100 nm) was not formed A layer structure of (25 nm) / C 60 (40 nm) was formed.

샘플 2Sample 2

BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 비교예 1의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다. A layer of ITO glass (150 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 (40 nm) in the same manner as in the device fabrication method of Comparative Example 1 except that BCP (8 nm) / Al (100 nm) was not formed The structure was formed.

샘플 3Sample 3

BCP(8㎚) /Al(100㎚)를 형성하지 않은 것을 제외하고 비교예 2의 소자 제조 방법과 동일한 방법으로 ITO 글래스(150㎚) /CuI(3㎚) /ZnPc(25㎚) /C60(40㎚)의 층구조를 형성하였다. ITO glass (150 nm) / CuI (3 nm) / ZnPc (25 nm) / C 60 in the same manner as in the device fabrication method of Comparative Example 2 except that BCP (8 nm) / Al (100 nm) was not formed A layer structure of (40 nm) was formed.

도 6a 내지 도 6c는 각각 샘플 1 내지 샘플 3의 에이징 전후의 TOF-SIMS 깊이 프로파일(depth profile)들이다. 층들 사이의 계면을 정의하기 위하여 이온들이 선택되었다. CuI 층을 나타내기 위한 마커(marker)로서 CuI- 이온이, ZnPc 층을 나타내기 위한 마커로서 C2N2Cs- 및 ZnC2N2 - 이온이, C60 층을 나타내기 위한 마커로서 C- 이온이, ITO 층을 나타내기 위한 마커로서 In- 이온이 선택되었다.6A-6C are TOF-SIMS depth profiles before and after aging of Samples 1 to 3, respectively. Ions were chosen to define the interface between the layers. CuI - ions as markers for indicating the CuI layer, C 2 N 2 Cs - and ZnC 2 N 2 - ions as markers for indicating the ZnPc layer, C - as markers for indicating the C 60 layer In - ions were selected as the marker for the ions representing the ITO layer.

도 6a를 참조하면, 샘플 1의 에이징 전후의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일의 변화가 관측되지 않는다. Referring to FIG. 6A, no change in the mass spectral depth profile of the selected ions before and after aging of Sample 1 is observed.

도 6b를 참조하면, 샘플 2의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일에서 에이징 전의 샘플과 비교하여 에이징 후의 샘플로부터 주목할 만한 변화는 관측되지 않았다. Referring to FIG. 6B, no noticeable change was observed from the sample after aging compared to the sample before aging in the mass spectral depth profile of the selected ions of Sample 2.

도 6c를 참조하면, 샘플 3의 선택된 이온들의 질량 스펙트럼 깊이 프로파일에서 에이징 전후에 깊이 프로파일의 상당한 차이가 관측되었다. UV 광의 조사 후에 CuI- 의 강도가 거의 제로로 감소되고, 반면 Cu- 의 강도가 더 크고 넓어졌다. 이것은 광조사에 의하여 CuI 가 Cu 로 분해된 것을 나타낸다. Cu- 의 꼬리(tail)가 ZnPc 층과 C60 층의 계면까지 이동하였는데, 이것은 분해된 Cu 원자 또는 이온이 ZnPc층으로 확산되어 ZnPc 층과 C60 층의 계면에 도달하였음을 나타낸다. 6C, a significant difference in depth profile was observed before and after aging in the mass spectral depth profile of the selected ions of Sample 3. After irradiation of UV light, the strength of CuI - was reduced to almost zero, while the strength of Cu - was larger and wider. This shows that CuI decomposed | disassembled into Cu by light irradiation. Cu - were of the tail (tail) moves to the interface between the ZnPc layer and C layer 60, this indicates that the decomposition Cu atom or ion is diffused into ZnPc layer has reached the interface between the layer and the ZnPc C 60 layer.

이로부터 광에 의하여 유도된 Cu의 확산이 p-n 접합 다이오드로부터 분리된 전하의 새로운 이동 경로를 형성하여 소자의 단락 저항을 감소시킴을 유추할 수 있다. 연장된 광조사는 단락 저항의 감소로 인하여 결국 다이오드 특성의 잃어버리게 한다. 이와 같은 깊이 프로파일의 관측 사항은 CuI 층을 포함하는 유기 태양전지 소자의 광열화 특성과 일치하며, 실시예 1의 유기 태양전지 소자는 CuI 층에서 기인하는 광열화를 효과적으로 차단시키는 것으로 판단된다. From this, it can be inferred that the diffusion of Cu induced by light forms a new migration path of charge separated from the p-n junction diode, reducing the device's short circuit resistance. Prolonged irradiation results in a loss of diode characteristics due to a decrease in short circuit resistance. These observations of the depth profile are consistent with the photodegradation characteristics of the organic solar cell device including the CuI layer, and it is determined that the organic solar cell device of Example 1 effectively blocks photodegradation caused by the CuI layer.

100: 유기 태양전지 110: 기판
120: 양극층 130: 이중 계면층
131: 몰리브데늄 산화물층 132: 정렬층
140: 광활성층 141: 도너층
142: 억셉터층 150: 전자수송층
160: 음극층
100: organic solar cell 110: substrate
120: anode layer 130: double interface layer
131: molybdenum oxide layer 132: alignment layer
140: photoactive layer 141: donor layer
142: acceptor layer 150: electron transport layer
160: cathode layer

Claims (17)

기판;
상기 기판 위의 양극층;
상기 양극층 위의 금속 산화물층과 상기 금속 산화물층 위의 정렬층으로 이루어진 이중 계면층;
상기 이중 계면층 위의 광활성층;
상기 광활성층 위의 음극층을 포함하되,
상기 금속 산화물층은 몰리브데늄 산화물층, 텅스텐 산화물층 또는 레늄 산화물층으로 이루어지고,
상기 정렬층은 할로겐화 금속층으로 이루어진 유기 태양전지.
Board;
An anode layer on the substrate;
A double interface layer comprising a metal oxide layer on the anode layer and an alignment layer on the metal oxide layer;
A photoactive layer on the dual interface layer;
Including a cathode layer on the photoactive layer,
The metal oxide layer is composed of a molybdenum oxide layer, a tungsten oxide layer or rhenium oxide layer,
The alignment layer is an organic solar cell consisting of a metal halide layer.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 할로겐화 금속층은 요오드화 구리(CuI), 브롬화 구리(CuBr), 브롬화 은(AgBr) 또는 요오드화 은(AgI)을 포함하는 유기 태양 전지.The organic solar cell of claim 1, wherein the metal halide layer includes copper iodide (CuI), copper bromide (CuBr), silver bromide (AgBr), or silver iodide (AgI). 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 광활성층은 상기 금속 산화물층 위의 도너 물질로 이루어진 도너층, 상기 도너층 위의 억셉터 물질로 이루어진 억셉터층을 포함하는 유기 태양전지. The organic solar cell of claim 1, wherein the photoactive layer comprises a donor layer made of a donor material on the metal oxide layer and an acceptor layer made of an acceptor material on the donor layer. 제1 항에 있어서, 상기 광활성층은 도너 물질과 억셉터 물질의 벌크 이종접합으로 이루어진 유기 태양전지. The organic solar cell of claim 1, wherein the photoactive layer comprises a bulk heterojunction of a donor material and an acceptor material. 제6 항 또는 제7 항에 있어서, 상기 도너 물질은 π 공역화(π-conjugated) 화합물인 유기 태양전지. The organic solar cell of claim 6 or 7, wherein the donor material is a π-conjugated compound. 제8 항에 있어서, 상기 π 공역화 화합물은 CuPc(Copper Phthalocyanine: 구리 프탈로시아닌), ZnPc(Zinc Phthalocyanine: 아연 프탈로시아닌), PbPc(lead phthalocyanine: 납 프탈로시아닌), ClAlPc(chloroaluminum phthalocyanine: 염화알루미늄 프탈로시아닌), SubPc(boron subphthalocyanine chloride: 염화붕소 서브프탈로시아닌), TiOPc(Oxytitamium phthalocyanine: 산화티타늄 프탈로시아닌), 펜타센(pentacene), DIP(diindenoperylene: 디인데노페릴렌), 또는 올리고티오펜(oligothiophene) 유도체를 포함하는 유기 태양전지.The method of claim 8, wherein the π conjugated compound is CuPc (Copper Phthalocyanine (copper phthalocyanine), ZnPc (Zinc Phthalocyanine (zinc phthalocyanine)), PbPc (lead phthalocyanine (lead phthalocyanine)), ClAlPc (chloroaluminum phthalocyanine) aluminum phthalocyanine) organic sun including boron subphthalocyanine chloride, boron subphthalocyanine, TiOPc (Oxytitamium phthalocyanine: titanium oxide phthalocyanine), pentacene, diindenoperylene (DIP), or oligothiophene derivatives battery. 제8 항에 있어서, 상기 π 공역화 화합물은 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 그 유도체, 시아노 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 시아노 및 티오펜 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌), 아세틸렌 함유 폴리(p-페닐렌비닐렌); 플루오렌계 공역화 고분자; 폴리(2,7-카바졸)계 고분자, 인돌[3,2-b]카바졸계 고분자; 폴리(3-알킬티오펜) 및 그 유도체, 폴리(3-헥실셀레노펜)(poly(3-hexylselenophene), 이소티아나프날렌(isothianaphthene)계 고분자, 시클로펜타 [2,1-b:3,4-b′]디티오펜계 고분자, 실라플루오렌(silafluorene)- 및 디티에노[3,2-b:2′,3′-d]실롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)계 고분자, 디티에노 [3,2-b:2′,3′-d]피롤(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole)계 고분자, 벤조[1,2-b:4,5-b′]디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene)계 고분자, 티에노[3,4-b]티오펜(thieno[3,4-b]thiophene)계 고분자, 티에노[3,2-b]티오펜(thieno[3,2-b]thiophene)계 고분자, 폴리(티에닐비닐렌)(poly(thienylvinylene)s, PTV); 폴리(아릴렌에틸렌); 트리아릴아민계 고분자; 페노티아진(phenothiazine)계 고분자; 포르피린(porphyrin)계 고분자; 또는 플래티늄 메탈로폴리인(platinum metallopolyyne)계 고분자를 포함하는 유기 태양전지.9. The polyconjugated compound of claim 8, wherein the π conjugated compound is poly (p-phenylenevinylene) and its derivatives, cyano-containing poly (p-phenylenevinylene), cyano and thiophene-containing poly (p-phenylene Vinylene), acetylene-containing poly (p-phenylenevinylene); Fluorene-based conjugated polymers; Poly (2,7-carbazole) polymers, indole [3,2-b] carbazole polymers; Poly (3-alkylthiophene) and derivatives thereof, poly (3-hexylselenophene), isotianaphthene-based polymer, cyclopenta [2,1-b: 3,4 -b '] dithiophene-based polymer, silafluorene- and dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] silol (dithieno [3,2-b: 2 ', 3') -d] silole) polymer, dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] pyrrole polymer, benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene (benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene) polymer, thieno [3,4-b] thiophene [3,4-b] thiophene) polymer, thieno [3,2-b] thiophene polymer, poly (thienylvinylene) s (PTV); poly (arylene ethylene); triarylamine-based polymer; phenothiazine-based polymer; porphyrin-based polymer; or organic metal including platinum metallopolyyne-based polymer battery. 삭제delete 제6 항에 있어서, 상기 억셉터층은 C60 풀러렌, C70 풀러렌, PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester: [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸 에스테르), C71-PCBM, 페릴렌(perylene), PTCDA(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드) 또는 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 비스벤즈이미다졸)을 포함하는 유기 태양전지. The method of claim 6, wherein the acceptor layer is C 60 fullerene, C 70 fullerene, PCBM ([6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester: [6,6] -phenyl-C 61 -butyl acid Methyl ester), C 71 -PCBM, perylene, PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride: 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride) or PTCBI (3 , 4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole: an organic solar cell comprising 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole). 제6 항에 있어서, 상기 억셉터층 위의 전자 수송층을 더 포함하는 유기 태양전지.The organic solar cell of claim 6, further comprising an electron transport layer on the acceptor layer. 제13 항에 있어서, 상기 전자 수송층은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathucuproine), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM(bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine), 3TPYMB(Tris-[3-(3-pyridyl)mesityl]borane), BmPyPb((1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene), TmPyPb((1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene), OXD7(1,3-bis(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), OXD8(1,3-bis(4-(dimethylamino)-phenyl-1,3,4-oxadiazoyl)phenylene), 또는 TAZ(3-(biphenyl-4-yl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole))을 포함하는 유기 태양전지. The method of claim 13, wherein the electron transport layer is BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, bathucuproine), Bphen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), B3PYMPM ( bis-4,6- (3,5-di-3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine), 3TPYMB (Tris- [3- (3-pyridyl) mesityl] borane), BmPyPb ((1,3-bis (3 , 5-dipyrid-3-yl-phenyl) benzene), TmPyPb ((1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene), OXD7 (1,3-bis (4-tert- butylphenyl-1,3,4-oxadiazoyl) phenylene), OXD8 (1,3-bis (4- (dimethylamino) -phenyl-1,3,4-oxadiazoyl) phenylene), or TAZ (3- (biphenyl-4- yl) -4-phenyl-5- (4-tert-butylphenyl) -1,2,4-triazole)). 제1 항에 있어서, 상기 기판은 투명한 유리 기판 또는 PET(Poly Ethylene Terephthlate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), PES(Polyethersulphone: 폴리에테르술폰), PC(Polycarbonate: 폴리카보네이트), PI(Polyimide: 폴리이미드), PEN(Polyethylene Naphthalate: 폴리에틸렌 나프탈레이트) 또는 PAR(Polyarylate: 폴리아릴레이트)을 포함하는 유기 태양전지.The method of claim 1, wherein the substrate is a transparent glass substrate or PET (Poly Ethylene Terephthlate), PES (Polyethersulphone: polyether sulfone), PC (Polycarbonate: polycarbonate), PI (Polyimide), PEN Organic solar cell comprising (Polyethylene Naphthalate: polyethylene naphthalate) or PAR (Polyarylate: polyarylate). 제1 항에 있어서, 상기 양극층은 산화주석(SnO2), AZO(Al-doped Zinc Oxide: Al 도핑된 아연 산화물), ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물), FTO(Flourine-doped Tin Oxide: 불소 도핑된 주석 산화물) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide: 인듐 아연 산화물)을 포함하는 유기 태양전지.The method of claim 1, wherein the anode layer is tin oxide (SnO 2 ), AZO (Al-doped Zinc Oxide: Al doped zinc oxide), ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), FTO (Flourine-doped Tin Oxide) : Organic solar cell comprising fluorine-doped tin oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide). 제1 항에 있어서, 상기 음극층은 Al, Ca, Mg, K, Ti, Li 또는 이들의 합금을 포함하는 유기 태양전지. The organic solar cell of claim 1, wherein the cathode layer comprises Al, Ca, Mg, K, Ti, Li, or an alloy thereof.
KR1020120055529A 2012-05-24 2012-05-24 Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer Active KR101371609B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120055529A KR101371609B1 (en) 2012-05-24 2012-05-24 Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer
PCT/KR2012/006690 WO2013176340A1 (en) 2012-05-24 2012-08-23 Low molecular organic solar cell comprising double interfacial layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120055529A KR101371609B1 (en) 2012-05-24 2012-05-24 Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130131747A KR20130131747A (en) 2013-12-04
KR101371609B1 true KR101371609B1 (en) 2014-03-07

Family

ID=49624001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120055529A Active KR101371609B1 (en) 2012-05-24 2012-05-24 Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101371609B1 (en)
WO (1) WO2013176340A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160149772A (en) 2015-06-19 2016-12-28 연세대학교 산학협력단 Microporous films containing amphiphilic copolymer and method for preparing the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101679965B1 (en) * 2014-04-30 2016-11-28 주식회사 엘지화학 Solar cell and method for manufacturing the same
KR101698549B1 (en) * 2015-02-11 2017-01-20 영남대학교 산학협력단 Dye-sensitized solar cell and method of fabricating the same
CN105529345A (en) * 2016-01-29 2016-04-27 中国计量学院 An organic near-infrared upconverter with a double heterojunction as the photosensitive layer
KR20190027642A (en) 2017-09-07 2019-03-15 국민대학교산학협력단 Photoactive Layer Containing for Organic Solar Cell and Organic Solar Cell Containing Same
WO2019143751A2 (en) * 2018-01-18 2019-07-25 The Regents Of The University Of Michigan Organic photovoltaic cells and compositions thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163359A (en) 2000-12-07 2003-06-06 Seiko Epson Corp Photoelectric conversion element
KR101130516B1 (en) 2010-11-08 2012-03-28 단국대학교 산학협력단 High efficient organic solar cell and method for preparing the same
KR101133973B1 (en) 2011-02-16 2012-04-09 경희대학교 산학협력단 Organic solar cell device and its manufacturing method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101415822B1 (en) * 2010-06-29 2014-07-09 코오롱인더스트리 주식회사 Polymer solar cell and method for manufacturing the same
KR101220442B1 (en) * 2010-09-16 2013-01-11 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Charge Selective Interfacial Transport Layer, And Organic Electronic Device Using The Same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163359A (en) 2000-12-07 2003-06-06 Seiko Epson Corp Photoelectric conversion element
KR101130516B1 (en) 2010-11-08 2012-03-28 단국대학교 산학협력단 High efficient organic solar cell and method for preparing the same
KR101133973B1 (en) 2011-02-16 2012-04-09 경희대학교 산학협력단 Organic solar cell device and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160149772A (en) 2015-06-19 2016-12-28 연세대학교 산학협력단 Microporous films containing amphiphilic copolymer and method for preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013176340A1 (en) 2013-11-28
KR20130131747A (en) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Interface engineering for highly efficient organic solar cells
Li et al. Materials for interfaces in organic solar cells and photodetectors
Pham et al. Organic interfacial materials for perovskite-based optoelectronic devices
Wang et al. Triarylamine: versatile platform for organic, dye-sensitized, and perovskite solar cells
Zhang et al. Toward solution-processed high-performance polymer solar cells: from material design to device engineering
Ameen et al. Perovskite solar cells: influence of hole transporting materials on power conversion efficiency
Teh et al. A review of organic small molecule-based hole-transporting materials for meso-structured organic–inorganic perovskite solar cells
Luo et al. Recent advances of inverted perovskite solar cells
Duan et al. Burn-in degradation mechanism identified for small molecular acceptor-based high-efficiency nonfullerene organic solar cells
Min et al. Interface engineering of perovskite hybrid solar cells with solution-processed perylene–diimide heterojunctions toward high performance
Li et al. Development of large band-gap conjugated copolymers for efficient regular single and tandem organic solar cells
Umeyama et al. Design and control of organic semiconductors and their nanostructures for polymer–fullerene-based photovoltaic devices
Isakova et al. Polymer strategies in perovskite solar cells
Huai et al. High-efficiency and stable organic solar cells enabled by dual cathode buffer layers
KR101371609B1 (en) Organic small molecular solar cells with a double interfacial layer
Zhang et al. Fused dithienopicenocarbazole enabling high mobility dopant-free hole-transporting polymers for efficient and stable perovskite solar cells
KR101815773B1 (en) Electronic device comprising organic-inorganic hybrid electrolyte and preparation method thereof
Abdullah et al. Influence of donor groups on benzoselenadiazole-based dopant-free hole transporting materials for high performance perovskite solar cells
Torimtubun et al. Fluorinated Zinc and Copper phthalocyanines as efficient third components in ternary bulk heterojunction solar cells
Liu et al. Conductive ionenes promote interfacial self-doping for efficient organic solar cells
Gong et al. Design, synthesis, and postvapor treatment of neutral fulleropyrrolidine electron-collecting interlayers for high-efficiency inverted polymer solar cells
Farokhi et al. Influence of triphenylamine derivatives in efficient dye-sensitized/organic solar cells
KR20170092471A (en) Organic-inorganic hybrid perovskite solar cell
Guo et al. Dopant‐Free Ternary Conjugated Polymeric Hole‐Transporting Materials for Efficient Inverted Planar Perovskite Solar Cells
Onozawa-Komatsuzaki et al. Highly efficient dopant-free cyano-substituted spiro-type hole-transporting materials for perovskite solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20120524

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20130806

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20140208

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20140303

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20140304

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160224

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160224

Start annual number: 4

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200302

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210324

Start annual number: 8

End annual number: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220705

Start annual number: 9

End annual number: 9

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250225

Start annual number: 12

End annual number: 12