KR20200094391A - Producing Method of Inverted Organic Solar Cell Module with Uniform Cell Performance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 균일한 단위셀 성능을 가지는 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having uniform unit cell performance.
최근 전세계적으로 화석연료의 소비가 급격히 늘어나면서 유가가 급격히 상승하고 있으며 지구 온난화 등의 환경문제로 청정 대체에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 세계 각국은 신재생 에너지원에 총력을 기울이고 있으며, 특히 최근에는 친환경적인 무공해 에너지원 개발이 국가의 당면과제로 제기되고 있다.Recently, as the consumption of fossil fuels has rapidly increased worldwide, the oil price has been rising rapidly, and the need for clean alternative energy is increasing due to environmental problems such as global warming. Accordingly, countries around the world are focusing on renewable energy sources, and in recent years, the development of eco-friendly, pollution-free energy sources has been raised as a national challenge.
무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생 에너지 기술 중에서도 가장 관심을 받는 분야이다. 현재 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 무기물 실리콘 태양전지는 상용화되어 시판되고 있다. 그러나 비싼 재료 가격과 재료공급의 한계성이라는 단점이 있다. 또한 복잡한 제작공정도 비용이 상승하는 요인이 된다.Solar cell technology, which produces electricity from solar energy, an infinite energy source, is the area that receives the most attention among various renewable energy technologies. Inorganic silicon solar cells, which currently occupy a major part of solar cells, are commercially available and commercially available. However, there are disadvantages of high material prices and limited supply of materials. In addition, the complicated manufacturing process is also a factor that increases the cost.
따라서 이러한 무기물 실리콘 태양전지의 대안으로 유기태양전지의 대한 관심이 모아지고 있다. 유기태양전지는 유기재료의 우수한 가공성, 다양성, 경량성 및 경제성 등 장점을 가지고 있다. 또한, 기존 무기물 실리콘 태양전지에 비해 제작 공정이 간단하여 제작 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다. Therefore, interest in organic solar cells has been gathered as an alternative to such inorganic silicon solar cells. The organic solar cell has advantages such as excellent processability, diversity, light weight, and economic efficiency of organic materials. In addition, compared to the existing inorganic silicon solar cell, the manufacturing process is simple, so there is an advantage of reducing the manufacturing cost.
유기태양전지 모듈은 여러개의 단위셀을 직렬 또는 병렬연결하여 제작하게 되는데, 모듈을 구성하는 단위셀의 효율이 모듈 전체의 성능에 영향을 미치게 된다. 따라서, 유기태양전지 단위셀의 효율을 높이는 것도 중요하지만, 균일한 효율을 나타내는 단위셀을 제작하는 것 또한 유기태양전지 모듈 성능에 중요한 역할을 한다. The organic solar cell module is manufactured by connecting several unit cells in series or in parallel, and the efficiency of the unit cells constituting the module affects the overall performance of the module. Therefore, it is important to increase the efficiency of the organic solar cell unit cell, but manufacturing a unit cell exhibiting uniform efficiency also plays an important role in the performance of the organic solar cell module.
특허 KR 10-1810900에서는 유기태양전지의 광활성층에 쿼터티오펜 (quaterthiophene) 및 플루오르로 치환된 벤조티아디아졸 (benzothiadiazole)을 대칭적 구조로 형성하여 얻어진 신규 고분자 화합물을 포함함으로써, 광전 변환효율을 향상시켰고, 특허 KR 10-1368816에서는 유기태양전지의 광활성층에 금속 나노입자를 포함함으로써, 광전 변환효율을 향상시켰다. In patent KR 10-1810900, photoelectric conversion efficiency is improved by including a new polymer compound obtained by forming a quaternthiophene and fluorine-substituted benzothiadiazole in a symmetrical structure in a photoactive layer of an organic solar cell. In the patent KR 10-1368816, photoelectric conversion efficiency was improved by including metal nanoparticles in the photoactive layer of the organic solar cell.
하지만, 상기 방법들을 통해 유기태양전지 단위셀의 효율은 증가시킬 수는 있어도, 단위셀 사이의 균일한 효율은 보장할 수는 없기에, 여전히 유기태양전지 모듈의 성능이 낮은 문제점이 있다. 따라서, 유기태양전지가 궁극적으로 경쟁력을 확보하기 위해서는 고효율을 나타내는 단위셀을 균일하게 제작하는 것이 무엇보다 중요하다. However, although the efficiency of the organic solar cell unit cell can be increased through the above methods, there is a problem in that the performance of the organic solar cell module is still low because uniform efficiency between the unit cells cannot be guaranteed. Therefore, in order to ultimately secure the competitiveness of the organic solar cell, it is most important to uniformly manufacture unit cells exhibiting high efficiency.
본 발명의 목적은 균일한 단위셀 성능을 가지는 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an inverse structure organic solar cell module having uniform unit cell performance.
본 발명의 다른 목적은 향상된 성능을 가지는 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an inverse structure organic solar cell module having improved performance.
본 발명은 The present invention
a) 기판 상에 투명전극을 형성하는 단계;a) forming a transparent electrode on the substrate;
b) 상기 투명전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;b) forming an electron transport layer on the transparent electrode;
c) 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;c) forming a photoactive layer on the electron transport layer;
d) 상기 광활성층 상에 정공전달층을 형성하는 단계; 및 d) forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
e) 상기 정공전달층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하되, e) forming an electrode on the hole transport layer,
단위셀 간 효율 편차가 6 내지 10%인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having a variation in efficiency between unit cells of 6 to 10%.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 전자수송층은 졸-겔법에 의해 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the electron transport layer may be formed by a sol-gel method.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 졸-겔법은 상대습도 10 내지 30% 조건에서 수행되는 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the sol-gel method may be performed under a relative humidity of 10 to 30%.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 졸-겔법은 1000 내지 3000rpm에서 스핀코팅을 통해 수행되는 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the sol-gel method may be performed through spin coating at 1000 to 3000 rpm.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 졸-겔법 시 졸은 금속전구체 10 내지 30 중량%를 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment according to the invention, the sol-gel method sol may be one containing 10 to 30% by weight of the metal precursor.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 금속전구체는 구리, 알루미늄, 티타늄 및 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 둘 이상의 금속을 포함하는 알코올 용해성 금속전구체일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the metal precursor may be an alcohol soluble metal precursor comprising any one or more metals selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium and zinc.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 전자수송층은 두께 50 내지 250㎚를 가지는 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the electron transport layer may have a thickness of 50 to 250 nm.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 전자수송층은 표면거칠기 (Rq)가 4㎚ 이하인 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the electron transport layer may have a surface roughness (Rq) of 4 nm or less.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 역구조 유기태양전지 모듈은 유효면적이 55% 이상인 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the reverse structure organic solar cell module may have an effective area of 55% or more.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 단위셀의 광전 변환효율 (PCE)은 7 내지 10%인 것일 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the unit cell may be 7 to 10%.
본 발명의 일 예에 따른 역구조 유기태양전지 모듈 제조방법은 균일한 단위셀 성능을 나타낼 수 있는 장점이 있다. The method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module according to an example of the present invention has an advantage of exhibiting uniform unit cell performance.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 역구조 유기태양전지 모듈 제조방법은 높은 광전 변환효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다. In addition, the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module according to an example of the present invention has an advantage of exhibiting high photoelectric conversion efficiency.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned in the present invention, the effects described in the specification expected by the technical features of the present invention and the inherent effects thereof are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 역구조 유기태양전지 모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1에서, 기판 상에 투명전극을 패턴화한 형상을 나타낸 이미지이다.
도 3a는 실시예 1에 의한 전자수송층의 AFM 이미지이다.
도 3b는 실시예 3에 의한 전자수송층의 AFM 이미지이다.
도 3c는 비교예 1에 의한 전자수송층의 AFM 이미지이다.1 is a view showing the structure of an inverse structure organic solar cell module.
FIG. 2 is an image showing a pattern in which a transparent electrode is patterned on a substrate in Example 1.
3A is an AFM image of the electron transport layer according to Example 1.
3B is an AFM image of the electron transport layer according to Example 3.
3C is an AFM image of the electron transport layer according to Comparative Example 1.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Unless otherwise defined in the technical terms and scientific terms used in the present specification, those skilled in the art to which the present invention pertains have the meanings commonly understood, and the subject matter of the present invention in the following description and the accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure are omitted.
본 발명은 The present invention
a) 기판 상에 투명전극을 형성하는 단계;a) forming a transparent electrode on the substrate;
b) 상기 투명전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;b) forming an electron transport layer on the transparent electrode;
c) 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;c) forming a photoactive layer on the electron transport layer;
d) 상기 광활성층 상에 정공전달층을 형성하는 단계; 및 d) forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
e) 상기 정공전달층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하되, e) forming an electrode on the hole transport layer,
단위셀 간 효율 편차가 6 내지 10% 인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having a variation in efficiency between unit cells of 6 to 10%.
일반적으로, 역구조 유기태양전지 모듈은 여러 개의 단위셀들로 구성되어 있고, 모듈을 구성하는 단위셀 사이의 효율 편차는 15% 이상 나타낸다. 이러한 단위셀 사이의 높은 효율 편차는 궁극적으로 역구조 유기태양전지모듈 자체의 성능을 저하시키는 문제가 있다. 특히 단위셀 개수가 5개 이상일 경우, 단위셀 사이의 효율 균일성은 더욱 저하되고, 더 나아가, 모듈의 성능을 저하시킨다. In general, the inverse structure organic solar cell module is composed of several unit cells, and the efficiency variation between unit cells constituting the module is 15% or more. The high efficiency deviation between these unit cells ultimately has a problem of degrading the performance of the inverse structure organic solar cell module itself. In particular, when the number of unit cells is 5 or more, the efficiency uniformity between unit cells is further reduced, and further, the performance of the module is deteriorated.
하지만, 본 발명의 제조방법에 의한 역구조 유기태양전지 모듈은 단위셀 개수가 10개 일 경우에도, 단위셀 간 효율 편차가 6 내지 10%, 좋게는 6 내지 8%를 나타냄으로써, 균일한 단위셀 성능을 나타낼 뿐만 아니라, 이를 포함하는 역구조 유기태양전지 모듈의 성능 또한 현저히 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. However, even if the number of unit cells is 10, the inverse structure organic solar cell module according to the manufacturing method of the present invention exhibits a variation in efficiency between 6 to 10%, preferably 6 to 8%, and thus uniform units. Not only does it show cell performance, it also has the advantage of significantly improving the performance of an inverse structured organic solar cell module including the same.
이때, 효율은 광전 변환효율 (PCE)를 지칭하는 것이며, 관계식 광전 변환효율 (PCE, %)=필팩터×[(Jsc×Voc)/100]를 통해 계산할 수 있다. 상기 관계식에서, Jsc는 광 단락 전류밀도이고, Voc는 광개방 전압이다. 상기 효율 편차는 역구조 유기태양전지 모듈을 구성하는 단위셀 중에서, 단위셀들 각각의 효율을 측정하여 평균효율 기준 나타내는 효율차이를 %로 나타낸 것일 수 있다. 각 단위셀의 효율은 모듈 내의 임의의 단위셀의 양극과 음극을 각각 전선으로 연결하여, 외부 솔라 시뮬레이터와 연결하여 100 mW/cm2 강도의 Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) 조건에서 측정한 것일 수 있다. At this time, the efficiency refers to the photoelectric conversion efficiency (PCE), can be calculated through the relational photoelectric conversion efficiency (PCE, %) = fill factor × [(J sc ×V oc )/100]. In the above equation, J sc is the light short-circuit current density, and V oc is the light-opening voltage. The efficiency deviation may be expressed as a percentage of the efficiency difference represented by the average efficiency by measuring the efficiency of each of the unit cells among the unit cells constituting the inverse structure organic solar cell module. The efficiency of each unit cell is 100 mW/cm 2 by connecting the positive electrode and the negative electrode of any unit cell in the module with a wire and connecting with an external solar simulator. The strength may be measured under Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) conditions.
상기 단위셀은 역구조 유기태양전지 모듈을 구성하는 최소단위로써, 투명전극, 전자수송층, 광활성층, 정공전달층 및 전극을 포함할 수 있다. 모듈은 서로 이격 위치하는 여러 개의 단위셀을 포함할 수 있으며, 이격 배열된 각 단위셀은 인접하는 단위셀과 전기적으로 연결된 상태일 수 있다. 이때 단위셀 간의 연결은 단위셀 간의 반대전극 간의 연결을 의미한다. 예를 들면, 어느 한 단위셀의 양극과 인접한 다른 한 단위셀의 음극이 연결될 수 있고, 같은 방식으로 더 많은 단위셀의 연결이 가능하다. 단위셀들의 연결로 형성된 역구조 유기태양전지 모듈은 직렬 혹은 병렬의 형태로 연결될 수 있으며, 이러한 모듈의 목적은 목적하는 전압 (직렬의 경우) 또는 전류 (병렬의 경우)를 얻기 위함이다. The unit cell is the smallest unit constituting the inverse structure organic solar cell module, and may include a transparent electrode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and an electrode. The module may include a plurality of unit cells spaced apart from each other, and each unit cell spaced apart may be electrically connected to an adjacent unit cell. In this case, the connection between unit cells means a connection between counter electrodes between unit cells. For example, an anode of one unit cell and a cathode of another unit cell adjacent to each other may be connected, and more unit cells may be connected in the same manner. The inverse structured organic solar cell module formed by the connection of unit cells can be connected in series or in parallel, and the purpose of this module is to obtain the desired voltage (for series) or current (for parallel).
더욱 구체적으로, 상기 역구조 유기태양전지 모듈은 투명전극, 전자수송층, 광활성층, 정공전달층 및 전극을 포함하는 단위셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성할 수 있다. 구체적으로, 기판 상에 패턴공정을 통해 단위셀 내의 투명전극을 이격 형성하는 단계, 상기 패턴화된 투명전극의 일부가 노출되도록 전자수송층, 광활성층 및 정공전달층을 차례로 형성하는 단계 및 이격 배열된 각 단위셀의 정공전달층과 인접하는 단위셀의 투명전극이 전기적으로 연결되도록 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로 상기 패턴공정은 역구조 유기태양전지 모듈 제작에서 각 단위셀들의 음극과 양극을 접촉시키기 위해 이를 연속공정에 적합한 형태로 코팅하는 공정이다. 상기 패턴화 형태는 스트라이프 또는 격자 패턴을 가질 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. More specifically, the inverse structure organic solar cell module may be configured by connecting unit cells including a transparent electrode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer and an electrode in series or in parallel. Specifically, the step of forming a transparent electrode in the unit cell spaced apart through a pattern process on a substrate, sequentially forming an electron transport layer, a photoactive layer and a hole transport layer so that a part of the patterned transparent electrode is exposed and arranged spaced apart And forming an electrode such that the hole transport layer of each unit cell and the transparent electrode of the adjacent unit cell are electrically connected. Specifically, the pattern process is a process of coating in a form suitable for a continuous process in order to contact the anode and the anode of each unit cell in the production of an inverse structure organic solar cell module. The patterning form may have a stripe or grid pattern, but is not limited thereto.
상기 a) 단계에서, 기판은 유기태양전지를 지지하기 위해 사용되는 것으로, 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 석영, 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테 이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 특히, 상기 투명 플라스틱 기판은 플렉서블하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용할 수 있다. In step a), the substrate is used to support the organic solar cell, and is not particularly limited as long as it has transparency. Specifically, it is a transparent inorganic substrate such as quartz or glass, or polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyimide (PI), A transparent plastic substrate selected from the group consisting of polyethylene sulfonate (PES), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK), polyether sulfone (PES), and polyetherimide (PEI). Can be used. In particular, the transparent plastic substrate can be used that is flexible and has high chemical stability, mechanical strength and transparency.
상기 a) 단계에서, 투명전극은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 상기 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅함으로써, 코팅층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 인듐틴옥사이드 (Indium Tin Oxide: ITO), 플루오르화틴옥사이드 (Fluorinated Tin Oxide: FTO), 인듐징크옥사이드 (Indium Zinc Oxide: IZO), 알루미늄도프드옥사이드 (Al-doped Zinc Oxide: AZO), 징크옥사이드 (ZincOxide: ZnO) 및 인듐징크틴옥사이드(Indium Zinc Tin Oxide: IZTO) 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 전도성 금속산화물일 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 상기 투명전극은 기판 상에 패턴공정을 통해 이격형성할 수 있는데, 일반적인 배열방식이면 크게 제한하지는 않으나, 스트라이프 또는 격자 패턴을 가질 수 있다. 상기 투명전극의 배열에 따라 단위셀의 배열이 정해진다고 볼 수 있다. In the step a), the transparent electrode is applied to one surface of the substrate or coated in a film form using sputtering, E-Beam, thermal deposition, spin coating, screen printing, doctor blade or gravure printing to form a coating layer. Can. Specifically, indium tin oxide (Indium Tin Oxide: ITO), fluorinated tin oxide (FTO), indium zinc oxide (Indium Zinc Oxide: IZO), aluminum doped oxide (Al-doped Zinc Oxide: AZO), It may be one or more conductive metal oxides selected from zinc oxide (ZnO) and indium zinc oxide (IZTO), but is not limited thereto. The transparent electrode may be spaced apart through a pattern process on a substrate, but is not limited as long as it is a general arrangement method, but may have a stripe or grid pattern. It can be seen that the arrangement of the unit cells is determined according to the arrangement of the transparent electrodes.
상기 b) 단계에서, 전자수송층은 광활성층에서 생성된 전자를 효과적으로 전달하는 층으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 졸-겔법에 의해 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 졸-겔법은 금속전구체를 사용하여 스핀코팅을 통해 수행함으로써, 훨씬 균일한 전자수송층을 형성할 수 있어 광 흡수 후 생성되는 엑시톤의 전자와 정공이 분리된 후, 전자를 효과적으로 전달할 수 있다. In step b), the electron transport layer is a layer that effectively transfers electrons generated in the photoactive layer, and may be formed by a sol-gel method according to an embodiment of the present invention. Specifically, the sol-gel method can be performed through spin coating using a metal precursor, thereby forming a much more uniform electron transport layer, so that electrons and holes of excitons generated after light absorption can be separated and effectively transfer electrons. have.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 역구조 유기태양전지의 제조방법에서, 상기 졸-겔법 시 졸은 금속전구체 10 내지 30 중량%, 좋게는 10 내지 25 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위에서, 얇은 두께범위에서도 균일한 박막을 형성할 수 있다. 상기 졸은 금속전구체 및 용매를 포함할 수 있으며, 상기 금속전구체는 알코올 용해성 금속 전구체이면 크게 제한하지는 않으나, 구체적으로 M(OR1R2)로 표기되는 알콕시 계열의 물질일 수 있다. 상기 R1 및 R2는 각각 수소 또는 C1 내지 C4의 알킬이고, 상기 M은 구리, 알루미늄, 티타늄 및 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 금속일 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 구체적인 예로, 상기 금속전구체는 염화구리 수화물, 질산구리 수화물, 염화알루미늄, 염화알루미늄 수화물, 질산알루미늄, 아세트산아연 수화물, 수산화아연, 질산아연 수화물, 티타늄아이소프로폭사이드, 염화티타늄 및 티타늄에톡사이드 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Specifically, in the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the sol-gel method may have a metal precursor of 10 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight. In the above range, a uniform thin film can be formed even in a thin thickness range. The sol may include a metal precursor and a solvent, and the metal precursor is not particularly limited as long as it is an alcohol-soluble metal precursor, but may be specifically an alkoxy-based material represented by M(OR 1 R 2 ). The R 1 and R 2 are each hydrogen or C 1 to C 4 alkyl, and the M may be a metal selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium and zinc, but is not limited thereto. As a specific example, the metal precursor is among copper chloride hydrate, copper nitrate hydrate, aluminum chloride, aluminum chloride hydrate, aluminum nitrate, zinc acetate hydrate, zinc hydroxide, zinc nitrate hydrate, titanium isopropoxide, titanium chloride and titanium ethoxide It may include one or more selected, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 역구조 유기태양전지의 제조방법에서, 상기 졸-겔법은 상대습도 10 내지 30%, 좋게는 15 내지 30%, 더욱 좋게는 20 내지 30%에서 수행할 수 있다. 상기 습도범위에서 수행 시, 형성된 박막의 표면거칠기가 감소되어, 대면적에서도 보다 균일한 박막을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 역구조 유기태양전지의 제조방법에서, 상기 전자수송층은 표면거칠기 (Rq)가 4㎚이하, 좋게는 1 내지 3㎚일 수 있으나, 크게 제한하는 것은 아니다. 상기 표면거칠기 (Rq)는 제곱 평균 제곱근 거칠기를 지칭하는 것이며, 상기 표면거칠기를 가지는 전자수송층은 보다 더 균일하게 형성될 수 있고, 균일한 전자전달 역할을 수행할 수 있다. 상기 조건에서 단위셀의 광전 변환효율 (PCE)은 7 내지 10%, 좋게는 8 내지 10%일 수 있다. 상기 역구조 유기태양전지 모듈을 구성하는 단위셀들의 광전 변환효율이 상기 범위를 만족시킴으로써, 모듈 전체의 효율을 증가시킬 수 있다. In the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the sol-gel method can be performed at a relative humidity of 10 to 30%, preferably 15 to 30%, and more preferably 20 to 30%. When performed in the humidity range, the surface roughness of the formed thin film is reduced, so that a more uniform thin film can be formed even in a large area. In the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the electron transport layer may have a surface roughness (Rq) of 4 nm or less, preferably 1 to 3 nm, but is not limited greatly. The surface roughness (Rq) refers to the square mean square root roughness, and the electron transport layer having the surface roughness may be formed more uniformly and may perform a uniform electron transport role. Under the above conditions, the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the unit cell may be 7 to 10%, preferably 8 to 10%. The photoelectric conversion efficiency of the unit cells constituting the inverse structure organic solar cell module satisfies the above range, thereby increasing the efficiency of the entire module.
역구조 유기태양전지 모듈에서, 균일한 전자수송층의 형성은 모듈을 구성하는 단위셀 간의 균일한 효율 분포에 유리하다. 따라서, 상기 범위에서의 졸-겔법 수행을 통한 전자수송층을 포함하는 역구조 유기태양전지 모듈은 단위셀 간 효율 편차를 6 내지 10%, 좋게는 6 내지 8%로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모듈 자체의 성능도 현저히 향상시킬 수 있다. In an inverse structure organic solar cell module, formation of a uniform electron transport layer is advantageous for uniform efficiency distribution between unit cells constituting the module. Therefore, the inverse structure organic solar cell module including the electron transport layer through the sol-gel method in the above range can reduce the efficiency variation between unit cells to 6 to 10%, preferably 6 to 8%, as well as the module The performance of itself can also be significantly improved.
본 발명의 일 실시예에 따른 역구조 유기태양전지의 제조방법에서, 상기 졸-겔법은 1000 내지 3000rpm, 좋게는 1500 내지 3000rpm, 더욱 좋게는 2000 내지 3000rpm에서 스핀코팅을 통해 수행될 수 있다. 상기 범위에서 상기 전자수송층은 두께 50 내지 250㎚, 좋게는 55 내지 230㎚, 더욱 좋게는 60 내지 200㎚를 가질 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 상기 범위의 두께를 가지는 전자수송층은 광활성층에서 생성된 전자를 전극으로 보다 더 효과적으로 전달할 수 있다. In the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the sol-gel method may be performed through spin coating at 1000 to 3000 rpm, preferably 1500 to 3000 rpm, and more preferably 2000 to 3000 rpm. In the above range, the electron transport layer may have a thickness of 50 to 250 nm, preferably 55 to 230 nm, and more preferably 60 to 200 nm, but is not limited thereto. The electron transport layer having a thickness in the above range can more effectively transfer electrons generated in the photoactive layer to the electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 역구조 유기태양전지의 제조방법에서, 상기 역구조 유기태양전지 모듈은 유효면적이 55% (광활성층 면적 / 기판 면적) 이상, 좋게는 55 내지 60%, 더욱 좋게는 60 내지 70%일 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 상기 유효면적은 역구조 유기태양전지모듈에서 광활성 영역 (빛을 흡수하여 전하를 생성하는 영역)이 전체 면적에서 차지하는 비율을 지칭하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 역구조 유기태양전지모듈의 전체 면적은 50 내지 100㎝2, 좋게는 70 내지 100㎝2일 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 또한 상기 역구조 유기태양전지 모듈을 구성하는 단위셀 간의 간격을 500㎛ 이하, 좋게는 100 내지 300㎛로 조절하여 유효면적을 중가시킬 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 상기 범위에서 광흡수를 충분히 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 전하를 많이 생성할 수 있다.In the method of manufacturing an inverse structure organic solar cell according to an embodiment of the present invention, the inverse structure organic solar cell module has an effective area of 55% (photoactive layer area / substrate area) or more, preferably 55 to 60%, more preferably May be 60 to 70%, but is not limited thereto. The effective area may refer to a ratio of the photoactive region (a region that absorbs light to generate electric charge) in the total area of the inverse structure organic solar cell module. Specifically, the total area of the reverse structure organic solar cell module may be 50 to 100 cm 2 , preferably 70 to 100 cm 2 , but is not limited thereto. In addition, the space between unit cells constituting the reverse structure organic solar cell module may be adjusted to 500 µm or less, preferably 100 to 300 µm, to increase the effective area, but is not limited thereto. In addition to being able to proceed sufficiently with light absorption in the above range, it is possible to generate a lot of charge.
상기 c) 단계에서, 광활성층은 전자주게 물질과 전자받게 물질의 혼합 용액을 상기 전자수송층 상에 도포한 후 용매를 건조시키는 용액공정을 통해 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 도포 공정은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 닥터블레이드 코팅 및 잉크젯 프린팅 등 공지된 통상의 코팅법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스핀 코팅법에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 상기 광활성층의 두께는 10 내지 200㎚를 가질 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다. 상기 전자주게 물질 및 전자받게 물질은 당 기술분야에서 사용되는 물질이라면 한정되는 것은 아니며, 비한정적인 일예로 폴리티오펜(polythiophene)계 고분자, 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 풀러렌(fullerene) 또는 그의 유도체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리티오펜계 고분자는, 예를 들어, 폴리-3-헥실티오펜 (poly-3-hexylthiophene = P3HT), 폴리-3-도데실 티오펜 (poly-3-dodecylthiophene = P3DT), 또는 폴리-3-옥틸티오펜 (poly-3-octylthiophene = P3OT), Poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy]benzo [1,2-b:4,5-b'] dithiophene- 2,6-diyl][3-fluoro-2- [(2-ethylhexyl) carbonyl]thieno [3,4-b] thiophenediyl]] (PTB7)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 풀러렌 또는 그의 유도체는 (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르 [(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester = PCBM]를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In step c), the photoactive layer may be formed through a solution process of applying a mixed solution of an electron donor material and an electron acceptor material onto the electron transport layer and drying the solvent. Specifically, the coating process may use a known conventional coating method such as spin coating, spray coating, doctor blade coating and inkjet printing, and may preferably be performed by spin coating, but is not limited thereto. The photoactive layer may have a thickness of 10 to 200 nm, but is not limited thereto. The electron donor material and the electron acceptor material are not limited as long as they are materials used in the art, and examples include, but are not limited to, polythiophene-based polymers, polyparaphenylenevinylene, and fullerene. Or a derivative thereof, and may be selected from the group consisting of these, but is not limited thereto. The polythiophene-based polymer is, for example, poly-3-hexylthiophene (poly-3-hexylthiophene = P3HT), poly-3-dodecyl thiophene (poly-3-dodecylthiophene = P3DT), or poly- 3-octylthiophene (poly-3-octylthiophene = P3OT), Poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy]benzo [1,2-b:4,5-b'] dithiophene-2, 6-diyl][3-fluoro-2- [(2-ethylhexyl) carbonyl]thieno [3,4-b] thiophenediyl]] (PTB7), but is not limited thereto. In addition, the fullerene or a derivative thereof may include (6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester [(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester = PCBM], but is not limited thereto. no.
상기 d) 단계에서, 정공전달층은 상기 광활성층으로부터 전극으로 정공을 전달할 수 있도록 보조하는 기능을 수행하게 된다. 상기 정공전달층은 분자 분산액을 이용하여 스핀코팅, 딥코팅, 랭미어-블로짓, 스크린프린팅, 또는 잉크젯프린팅 등을 통해 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 정공전달층의 두께는 10 내지 200㎚를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 정공전달층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트) (PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로 시아닌 (Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌,폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의 혼합물을 사용할 수 있다. In step d), the hole transport layer performs a function of assisting to transfer holes from the photoactive layer to the electrode. The hole transport layer may be formed through spin coating, dip coating, Langmere-Blogit, screen printing, or inkjet printing using a molecular dispersion, but is not limited thereto. The hole transport layer may have a thickness of 10 to 200 nm. Specifically, the hole transport layer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(styrenesulfonate) (PSS), polyaniline, phthalocyanine, pentacene, polydiphenyl acetylene, poly(t-butyl) Diphenylacetylene, poly(trifluoromethyl)diphenylacetylene, copper phthalocyanine (Cu-PC) poly(bistrifluoromethyl)acetylene, polybis(T-butyldiphenyl)acetylene, poly(trimethylsilyl) Diphenylacetylene, poly(carbazole) diphenylacetylene, polydiacetylene, polyphenylacetylene, polypyridineacetylene, polymethoxyphenylacetylene, polymethylphenylacetylene, poly(t-butyl)phenylacetylene, polynitrophenylacetylene, poly (Trifluoromethyl)phenylacetylene, poly(trimethylsilyl)phenylacetylene, derivatives thereof, and combinations thereof, and may include any one of the hole transport materials selected from the group, preferably of the PEDOT and PSS Mixtures can be used.
상기 e) 단계에서, 전극은 열증착, 화학기상증착법, 물리기상증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 또한 상기 전극은 크게 제한하는 것은 아니지만, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 망간(Mn) 등의 금속 입자; 또는 상기 금속원소를 포함하는 전구체, 예를 들면 질산은 (AgNO3), Cu (헥사 플루오로 아세틸 아세토 네이트) 2, Cu (HAFC) (1,5- 사이클로 옥 테인), Cu (HAFC) (1,5- 디메틸 시클로 옥탄 디엔), Cu (HAFC) (4- 메틸 -1- 펜텐), Cu (HAFC) (비닐 시클로 헥산), Cu(HAFC)(DMB), Cu (테트라 메틸 헵탄 디오 네이트) 2, 수소화 디메틸 알루미늄, 테트라 메틸 에틸렌 디아민, 디메틸 에틸 아민 알란, 트리메틸 알루미늄, 트리 에틸 알루미늄, 트리 이소 부틸 알루미늄, 테트라 (디메틸 아미노) 티타늄, 테트라 (디메틸 아미노) 티타늄 등 일 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 상기 전극은 도 1과 같이, 이격 배열된 각 단위셀의 정공전달층과 인접하는 단위셀의 투명전극이 연결되도록 형성할 수 있다. In step e), the electrode may be formed using thermal vapor deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or sputtering, but is not limited thereto. In addition, the electrode is not particularly limited, but silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), nickel (Ni), zirconium (Zr), Metal particles such as iron (Fe) and manganese (Mn); Or a precursor comprising the metal element, for example silver nitrate (AgNO 3 ), Cu (hexafluoro acetyl acetonate) 2, Cu (HAFC) (1,5-cyclooctane), Cu (HAFC) (1, 5-dimethyl cyclooctane diene), Cu (HAFC) (4-methyl-1-pentene), Cu (HAFC) (vinyl cyclohexane), Cu(HAFC)(DMB), Cu (tetra methyl heptane dionate) 2, Hydrogenated dimethyl aluminum, tetra methyl ethylene diamine, dimethyl ethyl amine alan, trimethyl aluminum, tri ethyl aluminum, triisobutyl aluminum, tetra (dimethyl amino) titanium, tetra (dimethyl amino) titanium, and the like, but is not limited thereto. As shown in FIG. 1, the electrode may be formed such that the hole transport layer of each unit cell spaced apart and the transparent electrode of an adjacent unit cell are connected.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
유리기판 (10.5㎝ x 12㎝) 상에 스퍼터링 방법으로 인듐주석 산화물 (ITO)를 200㎚ 두께로 도 2와 같이 패턴을 형성하고, 아세톤 및 이소프로필알콜 (IPA)을 이용하여 각각 15분씩 60℃에서 세척한 후 100℃에서 10분 건조시키고, 20분 동안 오존처리 하였다. 상기 패턴화된 ITO의 일부가 노출되도록 마스크를 씌운 상태에서 하기와 같이 전자수송층, 광활성층 및 정공전달층을 형성하였다. A pattern is formed of indium tin oxide (ITO) on a glass substrate (10.5 cm x 12 cm) in a thickness of 200 nm as shown in FIG. 2 by sputtering, and 60°C for 15 minutes each using acetone and isopropyl alcohol (IPA). After washing in and dried at 100°C for 10 minutes, ozone treatment was performed for 20 minutes. An electron transport layer, a photoactive layer, and a hole transport layer were formed as described below in a state in which a mask is exposed so that a part of the patterned ITO is exposed.
아연 아세테이트 100 중량부에 대하여, 2-메톡시에탄올 600 중량부 및 에탄올 아민 30 중량부를 포함하는 용액을 제조한 후, 300 rpm에서 12시간 동안 교반하였다. 상기 용액을 상대습도 25% 및 3000 rpm 조건에서 상기 ITO가 패턴화된 기판상에 스핀코팅을 진행하였고, 코팅 후 200℃에 10분동안 열처리하여 두께 65㎚의 산화아연 전자수송층을 형성하였다. A solution containing 600 parts by weight of 2-methoxyethanol and 30 parts by weight of ethanol amine was prepared with respect to 100 parts by weight of zinc acetate, and then stirred at 300 rpm for 12 hours. The solution was spin-coated on the substrate on which the ITO was patterned at a relative humidity of 25% and 3000 rpm, and then coated and heat-treated at 200°C for 10 minutes to form a zinc oxide electron transport layer having a thickness of 65 nm.
광활성층 물질로 Poly [[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo [1,2-b:4,5-b'] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl] (PTB7)과 페닐-C71-뷰티릭엑시드 메틸에스터 (PCBM)을 클로로벤젠에 4wt% 로 각각 녹인 용액을 중량비 1:1.5로 혼합한 후 1000 rpm에서 스핀코팅 한 후 건조하여 200㎚ 두께의 광활성층을 형성하였다. 그 위에 전도성 고분자인 PEDOT-PSS (AI 4083, Clevios P)를 이소프로판올 1:10 (v/v)로 혼합한 후 5000 rpm에서 스핀 코팅하여 40nm 두께의 정공수송층을 코팅하였고 120 ℃에서 10 분간 어닐링을 하여 용매를 제거하였다.Poly [[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo [1,2-b:4,5-b'] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2- [(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl] (PTB7) and phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PCBM) dissolved in chlorobenzene at 4wt%, respectively, in a weight ratio of 1:1.5 After mixing, spin coating was performed at 1000 rpm and then dried to form a 200 nm thick photoactive layer. On top of that, a conductive polymer PEDOT-PSS (AI 4083, Clevios P) was mixed with isopropanol 1:10 (v/v) and spin-coated at 5000 rpm to coat a 40 nm thick hole transport layer and annealed at 120° C. for 10 minutes. To remove the solvent.
마지막으로, 전극으로 은 (Ag)을 열증착기 내부에서 100 ㎚ 두께로 증착하여 단위셀 개수가 10개이며, 셀 간 간격이 300㎛인 역구조 유기태양전지모듈을 제작하였다. Finally, silver (Ag) was deposited as an electrode to a thickness of 100 nm in a thermal evaporator to fabricate an inverse structure organic solar cell module having 10 unit cells and a spacing of 300 μm between cells.
실시예 1에서 전자수송층 형성시, 2000 rpm에서 스핀코팅을 진행한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. When forming the electron transport layer in Example 1, it was carried out in the same manner, except that spin coating was performed at 2000 rpm.
실시예 1에서 전자수송층 형성시, 상대습도 조건 25% 대신 15%에서 진행한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. When the electron transport layer was formed in Example 1, it was carried out in the same manner, except that at 15% instead of 25% relative humidity conditions.
(비교예 1) (Comparative Example 1)
실시예 1에서 전자수송층 형성시, 상대습도 조건 25% 대신 70%에서 진행한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. When the electron transport layer was formed in Example 1, it was carried out in the same manner, except that at 70% instead of 25% relative humidity conditions.
(비교예 2) (Comparative Example 2)
실시예 1에서 전자수송층을 형성하는 단계를 실시하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. It was carried out in the same manner, except that the step of forming the electron transport layer in Example 1 was not performed.
(실험예 1)(Experimental Example 1)
<전자수송층의 표면거칠기 측정><Measurement of surface roughness of electron transport layer>
상기 제작된 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 대해서, 전자수송층의 표면거칠기를 AFM (Atomic Force Microscopy)를 이용하여 확인 및 측정하였고, 그 결과를 도 3 및 표 1에 나타내었다. For the prepared Examples 1, 3 and Comparative Example 1, the surface roughness of the electron transport layer was confirmed and measured using AFM (Atomic Force Microscopy), and the results are shown in FIGS. 3 and 1.
도 3 및 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 제조방법에 따른 전자수송층의 표면거칠기 (Rq)는 모두 3㎚ 이하로써, 비교예 1의 전자수송층 표면거칠기보다 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제시한 습도 범위 내에서 더욱 균일한 전자수송층을 형성할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 3 and Table 1, it can be seen that the surface roughness (Rq) of the electron transport layer according to the manufacturing method of the present invention is less than 3 nm, which is lower than the surface roughness of the electron transport layer of Comparative Example 1. That is, it can be confirmed that a more uniform electron transport layer can be formed within the humidity range suggested by the present invention.
(실험예 2)(Experimental Example 2)
<성능 측정><Performance measurement>
상기 제작된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 대해서, 100 mW/cm2 강도의 Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) 조건에서, 솔라 시뮬레이터(Solar simulator, Newport ORIEL, LCS-100)를 이용하여 성능을 측정하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 측정결과, 비교예 1 내지 2는 실시예 대비 우수하지 않은 것으로 나타났다. For the prepared Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, 100 mW / cm 2 Under the condition of strength Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G), performance was measured using a solar simulator (Solar simulator, Newport ORIEL, LCS-100) and the results are shown in Table 2. As a result of the measurement, it was found that Comparative Examples 1 to 2 were not superior to Examples.
표 2에서 Voc는 개방회로전압, Jsc는 단락전류밀도, FF는 필팩터 및 PCE는 광전변환 효율 값이다. In Table 2, V oc is the open circuit voltage, J sc is the short-circuit current density, FF is the fill factor and PCE is the photoelectric conversion efficiency value.
표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 역구조 유기태양전지 모듈은 높은 성능을 나타냈다. 뿐만 아니라, 스핀코팅 시의 rpm 값이 본 발명에서 제시한 범위 내에서, 높을수록 성능이 높은 것도 확인할 수 있다. As can be seen in Table 2, the reverse structure organic solar cell module manufactured by the manufacturing method of the present invention exhibited high performance. In addition, it can be seen that the higher the rpm value during spin coating is within the range suggested by the present invention, the higher the performance.
(실험예 3)(Experimental Example 3)
<역구조 유기태양전지모듈을 구성하는 단위셀 간 효율편차><Efficiency deviation between unit cells constituting an inverse structure organic solar cell module>
상기 제작된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 대해서, 100 mW/cm2 강도의 Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) 조건에서, 솔라 시뮬레이터(Solar simulator, Newport ORIEL, LCS-100)를 이용하여 단위셀들의 성능을 측정하였고 그 효율편차 결과를 표 3에 나타내었다. For the prepared Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, 100 mW / cm 2 Under the condition of intensity of Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G), the performance of unit cells was measured using a solar simulator (Solar simulator, Newport ORIEL, LCS-100), and the results of the efficiency deviation are shown in Table 3.
표 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 역구조 유기태양전지 모듈은 비교예 2의 전자수송층을 포함하지 않는 역구조 유기태양전지 모듈보다 훨씬 낮은 단위셀 간 효율편차를 나타냈다. 뿐만 아니라, 전자수송층 형성조건에서, 본 발명에서 제시한 습도 범위 내에서 더욱 균일한 단위셀 간 성능을 나타냈고, 스핀코팅 시의 rpm 값이 본 발명에서 제시한 범위 내에서, 높을수록 단위셀 간 효율편차가 낮은 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 3, the inverse structure organic solar cell module manufactured by the manufacturing method of the present invention exhibited a much lower efficiency difference between unit cells than the inverse structure organic solar cell module not including the electron transport layer of Comparative Example 2. In addition, under the conditions of forming the electron transport layer, it showed more uniform performance between unit cells within the humidity range suggested by the present invention, and the higher the rpm value during spin coating within the range suggested by the present invention, the higher the inter-unit cells. It can be seen that the efficiency deviation is low.
100: 기판, 200: 단위셀
210: 투명전극, 220: 전자수송층,
230: 광활성층, 240: 정공전달층
250: 전극100: substrate, 200: unit cell
210: transparent electrode, 220: electron transport layer,
230: photoactive layer, 240: hole transport layer
250: electrode
Claims (10)
b) 상기 투명전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;
c) 상기 전자수송층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
d) 상기 광활성층 상에 정공전달층을 형성하는 단계; 및
e) 상기 정공전달층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
단위셀 간 효율 편차가 6 내지 10% 인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. a) forming a transparent electrode on the substrate;
b) forming an electron transport layer on the transparent electrode;
c) forming a photoactive layer on the electron transport layer;
d) forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
e) forming an electrode on the hole transport layer,
Method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having a variation in efficiency between unit cells of 6 to 10%.
상기 전자수송층은 졸-겔법에 의해 형성되는 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. According to claim 1,
The electron transport layer is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module that is formed by a sol-gel method.
상기 졸-겔법은 상대습도 10 내지 30% 조건에서 수행되는 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법.According to claim 2,
The sol-gel method is a method for producing an inverse structure organic solar cell module that is performed under a relative humidity of 10 to 30%.
상기 졸-겔법은 1000 내지 3000rpm에서 스핀코팅을 통해 수행되는 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법.According to claim 2,
The sol-gel method is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module that is performed through spin coating at 1000 to 3000 rpm.
상기 졸-겔법 시 졸은 금속전구체 10 내지 30 중량%를 포함하는 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. According to claim 2,
In the sol-gel method, the sol is a method of manufacturing a reverse structure organic solar cell module comprising 10 to 30% by weight of a metal precursor.
상기 금속전구체는 구리, 알루미늄, 티타늄 및 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 둘 이상의 금속을 포함하는 알코올 용해성 금속전구체인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. The method of claim 5,
The metal precursor is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module, which is an alcohol-soluble metal precursor comprising any one or more metals selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium and zinc.
상기 전자수송층은 두께 50 내지 250㎚를 가지는 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. According to claim 1,
The electron transport layer is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having a thickness of 50 to 250㎚.
상기 전자수송층은 표면거칠기 (Rq)가 4㎚ 이하인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. According to claim 1,
The electron transport layer is a method of manufacturing a reverse structure organic solar cell module having a surface roughness (Rq) of 4 nm or less.
상기 유개태양전지 모듈은 유효면적이 55% 이상인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법. According to claim 1,
The open solar cell module is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module having an effective area of 55% or more.
상기 단위셀의 광전 변환효율 (PCE)은 7 내지 10%인 것인 역구조 유기태양전지 모듈의 제조방법.According to claim 1,
The photoelectric conversion efficiency (PCE) of the unit cell is a method of manufacturing an inverse structure organic solar cell module that is 7 to 10%.
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