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KR20180105985A - Organic photovoltaics and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20180105985A
KR20180105985A KR1020170033386A KR20170033386A KR20180105985A KR 20180105985 A KR20180105985 A KR 20180105985A KR 1020170033386 A KR1020170033386 A KR 1020170033386A KR 20170033386 A KR20170033386 A KR 20170033386A KR 20180105985 A KR20180105985 A KR 20180105985A
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KR
South Korea
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transport layer
hole transport
layer
surface treatment
acid
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020170033386A
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Korean (ko)
Inventor
박홍관
문정열
최윤영
구자람
조근상
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
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
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Priority to KR1020170033386A priority Critical patent/KR20180105985A/en
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    • H01L51/424
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Abstract

The present invention improves performance of an organic photovoltaic cell by improving ohmic contact properties between a hole transport layer and an upper electrode by having a surface-treated hole transport layer. A substrate, a lower electrode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and an upper electrode are sequentially stacked.

Description

유기 태양전지 및 이의 제조 방법{ORGANIC PHOTOVOLTAICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME} ≪ Desc / Clms Page number 1 > ORGANIC PHOTOVOLTAICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 유기 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.

유기 태양전지는 양 전극 사이에 광활성층, 정공수송층, 전자수송층이 도입된 다층 박막 구조이며 각 박막의 형태, 구조 및 적층 상태 등은 유기 태양전지의 성능과 직접 연관되기 때문에 박막 형성은 중요한 기술 중의 하나이다. Organic solar cell is a multilayer thin film structure in which a photoactive layer, a hole transporting layer and an electron transporting layer are introduced between both electrodes. Since the shape, structure and lamination state of each thin film are directly related to the performance of the organic solar cell, It is one.

종래 다층 박막 구조를 갖는 유기 태양전지는 슬롯다이 코팅, 스핀코팅, 그라비어 코팅 등 다양한 코팅법을 이용하여 제조할 수 있다.Conventional organic solar cells having a multilayer thin film structure can be manufactured by various coating methods such as slot die coating, spin coating and gravure coating.

한국특허공개 제2010-0062742호에는 한가지 물질을 먼저 코팅한 다음, 다른 물질을 코팅하는 방법으로 이질적인 물질을 다층코팅하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법의 경우 물질 상호간의 성질로 인하여 퍼짐성과 젖음성이 나빠 코팅 공정이 원활하게 진행되지 않는 문제점이 있었다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0062742 discloses a method in which one material is first coated, and then another material is coated, thereby coating a heterogeneous material into a multilayer coating. However, in the case of the above method, the spreadability and the wettability are poor due to the mutual properties of the materials, so that the coating process can not proceed smoothly.

대량 생산을 위해 대면적의 유기 태양전지를 제조하기 위해선 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 슬롯다이 코팅법이 주로 이용된다.In order to manufacture large-area organic solar cells for mass production, a roll-to-roll slot die coating method is mainly used.

그러나 슬롯다이를 이용하여 롤투롤 방식으로 박막층을 형성하는 경우, 먼저 형성된 박막의 표면에너지와 나중에 코팅할 코팅 용액의 표면장력 관계에 의하여 퍼짐성과 젖음성이 좋지 않고, 그 결과로 평평하고 고른 표면의 박막을 얻기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 롤투롤 공정을 여러 번 거치게 되면 웨브(web) 표면에 오염이 발생할 가능성이 높고, 발생된 오염은 코팅 용액의 표면장력 불균형을 초래하여 박막 표면에 결함이 발생시키게 된다. 이로 인해, 원하는 설계치에 부합하는 유기 태양전지를 대량 생산하지 못하는 문제가 있다.However, in the case of forming a thin film layer by a roll-to-roll method using a slot die, spreadability and wettability are not good due to the surface energy of the thin film formed first and the surface tension of the coating solution to be coated later. As a result, Is difficult to obtain. In addition, if the roll-to-roll process is repeated several times, the possibility of contamination on the web surface is high, and the generated contamination causes a surface tension imbalance of the coating solution, thereby causing defects on the surface of the thin film. As a result, there is a problem in that mass production of organic solar cells conforming to a desired design value can not be achieved.

특히 광활성층은 소수성을 갖고 정공수송층은 친수성을 가짐에 따라 이 둘 간의 표면 에너지 차이로 인해, 정공수송층 형성시 건조 이후 하에서 TD(Transverse Direction, 폭 방향) 방향으로 수축되는 현상이 발생하여 정공수송층의 불균일성을 야기한다.Particularly, since the photoactive layer has hydrophobicity and the hole transport layer has hydrophilicity, due to the difference in surface energy between the two, the hole transport layer is shrunk in the direction of TD (Transverse Direction, width direction) Resulting in non-uniformity.

한편, 정공수송층의 상부에 상부 전극으로 금속 층, 즉, Ag 전극이 형성되는데, 이 경우 유기 태양전지의 구동 중 Ag 이온이 정공수송층으로 침투(또는 마이그레이션)하여 전지 구동시 단락(short)을 야기하는 등의 심각한 문제가 발생하였다. 이러한 금속 이온의 침투는 상부 전극을 기존 전면 인쇄 형태에서 그리드 또는 메쉬 형태의 패터닝된 형태를 갖는 경우 더욱 심각하게 발생한다. On the other hand, a metal layer, that is, an Ag electrode is formed as an upper electrode on the upper part of the hole transporting layer. In this case, during the operation of the organic solar cell, Ag ions penetrate (or migrate) into the hole transporting layer, And the like. Penetration of such metal ions occurs more severely when the upper electrode is patterned in the form of a grid or mesh in the conventional full-printing type.

대한민국 공개특허 제2012-0065483호(2012.06.21), 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈 및 이의 제조방법Korean Utility Model Publication No. 2012-0065483 (2012.06.21), Organic solar cell module using metal-based multilayer thin film type transparent electrode and manufacturing method thereof 대한민국 공개특허 제2014-0115515호(2014.10.01), 다층 투명 전극 및 이를 사용한 유기 태양전지Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0115515 (Apr. 10, 2014), multilayer transparent electrodes and organic solar cells using the same

이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 정공수송층의 표면 처리를 통해 표면 모폴로지를 제어함으로써 상기 정공수송층의 전기 전도도를 높이고 막의 TD 방향으로의 수축을 억제하고, 상부 전극으로부터 유입되는 금속 이온을 차단할 뿐만 아니라 외부로부터 유입되는 불순물을 차단하는 배리어층의 기능을 함께 수행할 수 있음을 확인하였다.Accordingly, the present inventors have conducted various studies to solve the above problems. As a result, they have found that by controlling the surface morphology through the surface treatment of the hole transport layer, the electric conductivity of the hole transport layer is increased and the shrinkage of the film in the TD direction is suppressed, It is possible to perform the function of a barrier layer which not only blocks metal ions flowing in from the outside but blocks impurities flowing from the outside.

더욱이, 상기 유기 태양전지 및 이의 표면 처리는 롤투롤 공정으로 통해 연속 공정이 가능하며, 대량 생산을 통한 대면적의 유기 태양전지의 제작을 가능케 한다. Furthermore, the organic solar cell and the surface treatment thereof can be continuously processed through a roll-to-roll process, and it is possible to manufacture a large-area organic solar cell through mass production.

따라서 본 발명의 목적은 표면 모폴로지가 제어된 정공수송층을 갖는 유기 태양전지를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic solar cell having a hole transport layer whose surface morphology is controlled.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 유기 태양전지의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing the organic solar cell.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층되며, 상기 정공수송층은 표면 처리된 유기 태양전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode are sequentially stacked, and the hole transport layer provides a surface-treated organic solar cell.

이때 상기 표면 처리된 정공수송층의 표면층은 치밀한 박막 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. At this time, the surface layer of the surface-treated hole transport layer has a dense thin film structure.

또한, 상기 표면 처리는 에틸렌글리콜, 디메틸술폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, 4-메톡시페놀, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 아세톤, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올 및 메틸에텔케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매로 수행하는 것을 특징으로 한다.The surface treatment may be carried out in the presence of an organic solvent such as ethylene glycol, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, 4-methoxyphenol, acetonitrile, tetrahydrofuran, methanol, Is carried out with at least one organic solvent selected from the group consisting of propyl alcohol, butanol, acetone, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol and methyl ether ketone.

또한, 상기 표면 처리는 포름산, 황산, 4-톨루엔 설폰산, 1-나프탈렌 설폰산 및 도데실설폰산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산으로 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the surface treatment is performed with at least one acid selected from the group consisting of formic acid, sulfuric acid, 4-toluenesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid and dodecylsulfonic acid.

또한, 본 발명은 기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층하는 단계를 포함하되, 상기 정공수송층 형성 이후 표면 처리제를 이용하여 표면 처리를 수행하는 유기 태양전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode sequentially stacked on a substrate, wherein the surface treatment is performed using the surface treatment agent after the hole transport layer is formed.

이때 상기 표면 처리 공정은 롤투롤 공정을 이용한 방식을 수행하는 것을 특징으로 한다. In this case, the surface treatment is performed by a roll-to-roll process.

본 발명에 따른 유기 태양전지는 정공수송층의 표면 처리를 통해 전기 전도도가 향상되어 전지 성능을 개선하고, 치밀한 박막 구조의 표면층을 가짐에 따라 상부 전극으로부터 유입되는 금속 이온이나 외부에서 유입되는 불순물을 차단하여 전지의 신뢰도를 높인다.The organic solar cell according to the present invention improves the cell performance by improving the electrical conductivity through the surface treatment of the hole transporting layer and has the surface layer of dense thin film structure so that the metal ion introduced from the upper electrode or the impurity introduced from the outside Thereby increasing the reliability of the battery.

또한, 상기 표면 처리는 롤투롤 공정에 적용이 가능함에 따라 연속 공정을 통한 유기 태양전지를 제작할 수 있을 뿐만 아니라 크기와 상관없이 소형의 유기 태양전지뿐만 아니라 대면적을 갖는 유기 태양전지의 제작에도 용이하게 적용할 수 있다.In addition, since the surface treatment can be applied to a roll-to-roll process, it is possible not only to produce an organic solar cell through a continuous process but also to manufacture an organic solar cell having a large area as well as a small- .

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양전지의 구조의 단면도이다.
1 is a cross-sectional view of a structure of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can readily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Like reference numerals in the drawings denote like elements, and the sizes and thicknesses of the respective elements may be exaggerated for convenience of explanation.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a member is referred to herein as being " on " another member, it includes not only a member in contact with another member but also another member between the two members.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Whenever a component is referred to as " comprising ", it is to be understood that the component may include other components as well, without departing from the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 유기 태양전지(100)를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an organic solar cell 100 according to the present invention.

도 1을 참조하면, 유기 태양전지(100)는 기판(10); 하부 전극(20); 전자수송층(30); 광활성층(40); 정공수송층(50); 및 상부 전극(60)이 순차적으로 적층된다.Referring to FIG. 1, an organic solar cell 100 includes a substrate 10; A lower electrode 20; An electron transport layer 30; A photoactive layer (40); A hole transport layer 50; And the upper electrode 60 are sequentially stacked.

이때 본 발명에 따른 정공수송층(50)은 상부를 유기 용매 또는 산으로 표면 처리하여 정공수송층(50)의 하부층 보다 치밀한 박막 구조를 갖는 표면층을 형성하도록 표면 모폴로지를 조절한다. At this time, the surface of the hole transport layer 50 according to the present invention is surface-treated with organic solvent or acid to adjust the surface morphology so as to form a surface layer having a dense thin film structure than the lower layer of the hole transport layer 50.

정공수송층(50)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene; PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트) (poly(styrene sulfonate); PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(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 및 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 정공수송층(50)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리(스티렌설포네이트)의 혼합물(이하 'PEDOT:PSS'라 한다)을 포함할 수 있다.The hole transport layer 50 may be formed of at least one selected from the group consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene; PEDOT), poly (styrene sulfonate) (PSS), polyaniline, phthalocyanine, (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, polypyridine acetylene, polymethoxyphenylacetylene, polymethylphenylacetylene, Butyl) phenylacetylene, polynitrophenylacetylene, poly (trifluoromethyl) phenylacetylene, and poly (trimethylsilyl) phenylacetylene. Preferably, the hole transport Layer 50 may comprise a mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrenesulfonate) (hereinafter referred to as 'PEDOT: PSS').

본 발명에 따른 정공수송층(50)의 두께는 0.5 내지 10㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 상기 정공수송층(50)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 정공수송 특성 개선 및 광활성층(40) 보호 효과를 얻을 수 없으며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 투과성이 저하될 수 있고 공정 측면에서 문제가 발생할 수 있다.The thickness of the hole transporting layer 50 according to the present invention may be 0.5 to 10 탆, preferably 1 to 5 탆. When the thickness of the hole transporting layer 50 is less than the above range, improvement of the hole transporting property and protective effect of the photoactive layer 40 can not be obtained. On the contrary, when the thickness exceeds the above range, permeability may be lowered, have.

상기 제시한 정공수송층(50)은 친수성을 가지며, 하부의 광활성층(40)은 소수성을 나타내 정공수송층(50) 형성 이후 TD 방향으로의 수축이 발생한다. 또한, 정공수송층(50)의 상부에는 상부 전극(60)(예, Ag)이 형성되며 이는 전지 구동 중 Ag 이온이 정공수송층(50) 내부로 침투(또는 마이그레이션)하여 심각한 경우 수지 상의 금속 이온이 정공수송층(50) 내에 형성되어 전지 구동시 단락되는 문제를 야기한다. 특히, 이온 마이그레이션은 Ag, Sn, Cu, Au 등에서 발생하고, 이 중에서도 Ag의 발생이 가장 용이하다.The above-described hole transport layer 50 has hydrophilicity and the lower photoactive layer 40 has hydrophobicity and shrinkage in the TD direction after the hole transport layer 50 is formed. In addition, the upper electrode 60 (e.g., Ag) is formed on the upper portion of the hole transporting layer 50, and the Ag ions penetrate (or migrate) into the hole transporting layer 50 during the driving of the battery, Which is formed in the hole transporting layer 50, causing a short circuit in driving the cell. Particularly, ion migration occurs in Ag, Sn, Cu, Au and the like, and among these, Ag is most easily generated.

이에 본 발명에서는 정공수송층(50)의 표면 처리를 통해 상기 문제를 해결한다.Therefore, the present invention solves the above-mentioned problem by surface treatment of the hole transporting layer (50).

통상의 표면 처리는 코로나 처리나 플라즈마 처리와 같은 건식 방법 또는 코팅용매 등의 습식 방법이 있으며, 본 발명에서는 롤투롤 공정에 용이하게 적용하고 상기한 문제를 해결함과 동시에 다른 효과를 확보하기 위해 습식 방법을 사용한다. Conventional surface treatment includes a dry method such as a corona treatment and a plasma treatment, or a wet method such as a coating solvent. In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems and to solve the above- Method.

즉, 본 명세서에서 언급하는 표면 처리란 정공수송층(50) 형성 이후 다른 표면 처리제(즉, 유기 용매 및 산)의 용액을 상기 정공수송층(50) 표면에 도포하는 것을 의미한다. That is, the surface treatment referred to in the present specification means applying a solution of another surface treatment agent (that is, organic solvent and acid) to the surface of the hole transport layer 50 after forming the hole transport layer 50.

이러한 표면 처리를 통해 정공수송층(50)의 표면(상부 전극(60)과 접하는 측)의 상부에 치밀한 박막 구조를 갖는 표면층을 형성할 수 있도록 표면 모폴로지를 변화시킨다. 이때 정공수송층(50)은 치밀한 박막 구조를 갖는 표면층과 하부의 표면 미처리층은 별도의 계면없이 일체화된 막으로 존재한다.Through such surface treatment, the surface morphology is changed so that a surface layer having a dense thin film structure can be formed on the surface of the hole transport layer 50 (the side in contact with the upper electrode 60). At this time, the hole transport layer (50) is present as an integrated film without a separate interface between the surface layer having a dense thin film structure and the surface untreated layer at the bottom.

정공수송층(50)의 표면 처리를 통한 표면 모폴로지의 조절은 PEDOT:PSS를 이용하여 자세히 설명한다.The surface morphology control through the surface treatment of the hole transport layer 50 is described in detail using PEDOT: PSS.

PEDOT:PSS는 양전하(+)를 띄는 PEDOT과 음전하(-)를 띄는 PSS가 전하로 구성된 복합체이다. PSS 사슬에 PEDOT 사슬이 결합되어 서로 얽힌 겔 형태로 수용액상에 분산된다. PEDOT:PSS는 높은 화학 안정성을 가지며 롤투롤과 같은 습식 코팅 공정이 적용 가능하기 때문에 균일한 박막을 경제적으로 대량 생산할 수 있다.PEDOT: PSS is a complex composed of PEDOT with a positive charge (+) and PSS with a negative charge (-). The PEDOT chains are bonded to the PSS chain and are dispersed in the aqueous phase in the form of entangled gels. PEDOT: PSS has high chemical stability and wet coating process such as roll-to-roll can be applied, so that a uniform thin film can be mass-produced economically.

PEDOT:PSS의 경우, 정공수송층(50) 형성 시 소수성인 PEDOT은 하부 쪽으로, 친수성인 PSS는 상부 쪽으로 위치하여, 정공수송층(50) 형성 이후 PSS-rich한 영역이 막의 위쪽에 형성된다. 여기에 정공수송층(50)의 표면을 표면 처리제로 표면 처리를 수행할 경우 상기 PSS는 표면 처리 이후 건조 공정에서 휘발되어 표면 처리된 영역은 PEDOT-rich한 막이 형성되어, 하부 영역보다 치밀한 박막 구조의 막이 형성된다. 이때 PEDOT-rich 영역의 PEDOT 결정은 하부 영역의 PEDOT와 비교하여 고분자 사슬의 결정도 및 결정립 크기(grain size)를 증가시킴으로써 전자들의 이동을 용이하게 하여 전기적 특성을 크게 향상시킬 수 있다.In the case of PEDOT: PSS, the hydrophobic PEDOT is located on the lower side and the hydrophilic PSS is located on the upper side when forming the hole transporting layer 50, and the PSS-rich region is formed on the upper side of the film after the hole transporting layer 50 is formed. When the surface of the hole transport layer 50 is surface-treated with the surface treatment agent, the PSS is volatilized in the drying process after the surface treatment, and the PEDOT-rich film is formed in the surface-treated region. Film is formed. In this case, the PEDOT crystal in the PEDOT-rich region can increase the crystallinity and the grain size of the polymer chain as compared with the PEDOT region in the lower region, thereby facilitating the movement of electrons, thereby greatly improving the electrical characteristics.

미세조직을 관찰하기 위해 표면 처리 후 PEDOT:PSS 정공수송층(50) 막을 횡단면(cross-section)방향으로 절단하여 OM, SEM(Scanning Electron Microscope, Tescan), EBSD (Electron Backscatter Diffraction, OXFORD Nordlys)를 사용하여 관찰/분석하였다. 광활성층(40)과 접해있는 부분을 계면(interface), 정공수송층(50)의 중간 부분을 중앙(center), 정공수송층(50)의 윗부분은 표면(surface)이라 할 때, 상기 계면 부분에서는 소수성인 PEDOT-rich 영역이고, 중앙 부분에서는 PEDOT:PSS가 주로 존재하며, 계면 및 중앙부보다 큰 결정립을 가지며 치밀한 박막 구조를 갖는 PEDOT-rich 영역으로 이루어지고, 표면 측의 PEDOT이 계면이나 중앙 부분의 PEDOT보다 큰 결정립을 가짐을 알 수 있다. In order to observe the microstructure, the surface of the PEDOT: PSS hole transport layer (50) was cut in the cross-section direction to use OM, Scanning Electron Microscope and Scanning Electron Microscope (EEMS) and Electron Backscatter Diffraction (EBSD) / RTI > The center portion of the hole transport layer 50 is referred to as a center and the upper portion of the hole transport layer 50 is referred to as a surface. In the interface portion, a portion which is in contact with the photoactive layer 40 is referred to as a hydrophobic PEDOT-rich region, which is mainly composed of PEDOT: PSS in the center portion, and PEDOT-rich region, which has a crystal grain size larger than that of the interface and the center portion and has a dense thin film structure. It can be seen that it has a larger grain size.

이러한 구조적 변화를 통해 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.These structural changes can provide the following effects.

즉, 정공수송층(50)의 계면에 주로 존재하는 PEDOT-rich 영역은 소수성으로 인해, 하부에 존재하는 소수성의 광활성층(40)과 계면 특성이 개선되어 정공수송층(50) 형성 이후 TD 방향으로의 수축을 억제 또는 방지한다.That is, since the PEDOT-rich region mainly present at the interface of the hole transport layer 50 is hydrophobic, the interface property with the hydrophobic photoactive layer 40 existing at the bottom is improved, Suppress or prevent shrinkage.

또한, 정공수송층(50) 표면의 치밀한 박막 구조의 표면층 내 PEDOT-rich한 특성으로 인해 전기 전도도가 증가하여, 상기 정공수송층(50)과 상부 전극(60)과의 오믹 컨택(ohmic contact)을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 치밀화 구조로 인해 상부 전극(60)으로부터 정공수송층(50)으로 이동되는 금속 이온의 침투를 차단할 수 있다.The electrical conductivity increases due to the PEDOT-rich property in the surface layer of the dense thin film structure on the surface of the hole transport layer 50 to improve the ohmic contact between the hole transport layer 50 and the upper electrode 60 It is possible to prevent the penetration of the metal ions which migrate from the upper electrode 60 to the hole transport layer 50 due to the densified structure.

그리고 표면의 PEDOT-rich한 특성, 달리말하면 흡습성이 높은 PSS가 적게 존재하는 특성으로 인해, 정공수송층(50)의 상부, 즉 외부로부터 유입되는 친수성의 불순물(예, 공기 또는 수분)을 효과적으로 차단할 수 있다. (Such as air or water) introduced from the upper part of the hole transport layer 50, that is, from the outside, due to the PEDOT-rich characteristic of the surface, in other words, the PSS having a high hygroscopicity, have.

이러한 치밀한 박막 구조의 표면층은 정공수송층(50)의 두께, 표면 처리제의 종류, 시간 등에 따라 달라지나 정공수송층(50)의 두께를 1㎛으로 할 때 200nm 이하, 바람직하기로 10nm 내지 200nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 달리 표면하면, 1:0.01 내지 1:0.2의 두께비로 형성할 수 있다. 만약, 그 두께가 상기 범위 미만으로 형성할 경우 전술한 바의 효과를 확보하기가 용이하지 않고, 만약 그 두께가 너무 두꺼울 경우 정공 수송능의 저하가 발생할 수 있으므로, 상기 범위에서 적절히 사용한다. Though the surface layer of such a dense thin film structure varies depending on the thickness of the hole transport layer 50, the kind of the surface treatment agent, the time, and the like, when the thickness of the hole transport layer 50 is 1 占 퐉, the thickness is 200 nm or less, preferably 10 nm to 200 nm . If it is differently surfaced, it can be formed with a thickness ratio of 1: 0.01 to 1: 0.2. If the thickness is less than the above range, it is difficult to secure the above-mentioned effect. If the thickness is too thick, the hole transport ability may be lowered.

상기 효과를 얻기 위한 표면 처리제로는 유기 용매 및 산이 가능하다. As the surface treatment agent for obtaining the above effect, an organic solvent and an acid can be used.

사용 가능한 유기 용매는 에틸렌글리콜, 디메틸술폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, 4-메톡시페놀, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 아세톤, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올 및 메틸에텔케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매가 가능하다. 바람직하기로는 디메틸술폭사이드, 에틸렌글리콜, 이소프로필알코올 등이 있으며, 더욱 바람직하기로는 디메틸술폭사이드를 사용한다. Examples of usable organic solvents include organic solvents such as ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, 4-methoxyphenol, acetonitrile, tetrahydrofuran, methanol, It is possible to use at least one organic solvent selected from the group consisting of alcohol, butanol, acetone, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol and methyletherketone. Preferred are dimethylsulfoxide, ethylene glycol, isopropyl alcohol and the like, more preferably dimethylsulfoxide.

또한, 표면 처리제로서의 산은 포름산, 황산, 4-톨루엔 설폰산, 1-나프탈렌 설폰산 및 도데실설폰산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하며, 바람직하기로는 4-톨루엔 술폰산을 사용한다. The acid as the surface treatment agent can be at least one selected from the group consisting of formic acid, sulfuric acid, 4-toluenesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid and dodecylsulfonic acid, preferably 4-toluenesulfonic acid.

이러한 표면 처리제를 이용한 표면 처리는 여러 가지 방법이 사용될 수 있으며, 정공수송층(50)의 표면에 슬롯-다이(slot-die) 코팅, 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 또는 닥터블레이딩 등의 방법으로 실시될 수 있다.The surface treatment using such a surface treatment agent may be performed by various methods and may be performed by a method such as slot-die coating, spraying, spin coating, dipping, printing, doctor blading or the like on the surface of the hole transporting layer 50 . ≪ / RTI >

상기 정공수송층(50) 표면을 유기 용매로 표면 처리하는 단계는 5초 내지 5분, 바람직하게 30초 내지 3분 동안 이루어질 수 있다. 상기 기재 표면을 유기 용매로 표면 처리하는 단계는 상기 시간 미만인 경우 표면 개질이 이루어지지 않아 그 효과가 미미할 수 있다. 상기 표면 처리 시간은 충분히 오래 진행할수록 바람직하나, 이와 반대로 상기를 초과하여 실시하면 더 이상 표면 처리 효과가 없을 수 있고, 공정 시간만 낭비될 수 있다.The surface treatment of the surface of the hole transport layer 50 with an organic solvent may be performed for 5 seconds to 5 minutes, preferably 30 seconds to 3 minutes. In the step of surface-treating the surface of the substrate with an organic solvent, the surface modification may not be performed and the effect thereof may be insufficient. The surface treatment time is preferably as long as it is sufficiently long. On the contrary, if the surface treatment time is longer than the above-mentioned range, the surface treatment effect may not be obtained any more, and the process time may be wasted.

표면 처리 이후 건조 공정을 수행한다. 상기 건조 공정을 통해 정공수송층(60) 내 PSS와 같은 도판트의 제거가 이루어지고 이를 통해 PEDOT의 결정립의 조정이 이루어지므로, 상기 온도 및 시간의 적절한 조절을 수행한다.After the surface treatment, the drying process is carried out. The dopant such as PSS in the hole transport layer 60 is removed through the drying process, and the crystal grain of the PEDOT is adjusted through the removal of the dopant. Thus, the temperature and the time are appropriately controlled.

이때 건조는 사용하는 표면 처리제의 종류에 따라 달라지며, 구체적으로 60 내지 200℃에서 5분 내지 1시간 동안 수행한다. 만약, 온도 및 시간이 상기 범위 미만이면 도판트의 제거나 결정립 등의 재배치가 용이하지 않아 원하는 효과를 달성할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 열화가 발생하여 오히려 전지 성능이 저하될 수 있다.The drying depends on the kind of the surface treatment agent to be used, and is specifically carried out at 60 to 200 ° C for 5 minutes to 1 hour. If the temperature and the time are less than the above range, it is difficult to remove the dopant and relocate the crystal grains and the like to achieve a desired effect. On the contrary, if the temperature and the time are out of the above ranges, deterioration may occur, have.

건조는 롤투롤 공정에서 사용하는 장치가 사용될 수 있으며, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.Drying can be carried out by means of a device used in a roll-to-roll process, NIR drying, or UV drying.

또한, 상기 표면 처리는 1회 이상 수행할 수 있으며, 이때 필요한 경우 2단계에 걸쳐 수행하거나 표면 처리제의 종류를 달리하여 수행할 수 있다. 일례로, DMSO를 사용할 경우 1차로 30초 내지 1분 동안 표면 처리를 수행한 후, 그 위에 다시 DMSO로 표면 처리하는 2차 표면 처리를 수행할 수 있으며, 이때 상기 처리 온도 및 건조 온도를 달리하여 수행할 수 있다. 또한, 1차는 용매로 표면 처리를 수행하고, 2차는 산을 이용하여 표면 처리를 수행할 수 있다. 이러한 공정의 선정 및 변경은 본 발명에서 특별히 한정하지 않고, 이 분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다. The surface treatment may be performed at least once, and if necessary, the surface treatment may be carried out in two steps or may be carried out with different kinds of surface treatment agents. For example, in the case of using DMSO, a second surface treatment may be performed by first performing surface treatment for 30 seconds to 1 minute and then further treating with DMSO, wherein the treatment temperature and the drying temperature are different Can be performed. In addition, the surface treatment may be performed with a solvent in the first stage, and the surface treatment may be performed with an acid in the second stage. Selection and modification of such a process are not particularly limited in the present invention, and can be appropriately selected by a person skilled in the art.

한편, 본 발명에 따른 정공수송층(50)은 필요한 경우 전기 전도도를 높이기 위해 다양한 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. Meanwhile, the hole transport layer 50 according to the present invention may further include various additives in order to increase electrical conductivity, if necessary.

일예로, 이온성 액체로 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라시아노보레이트(1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate, EMIM TCB)를 PEDOT:PSS 수용액(Clevios™ PH 1000)에 소량 첨가할 수 있다.For example, a small amount of 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate (EMIM TCB) may be added to an aqueous solution of PEDOT: PSS (Clevios ™ PH 1000) as an ionic liquid have.

또한, 상기 첨가제로서 소듐 도데실 설포네이트(sodium dodecyl sulfonate, SDS), 소듐 p-톨루엔설포네이트(sodium p-toluenesulfonate, TsONa), 도데실벤젠술포닉 애시드 소디엄 솔트(dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt)와 같은 음이온성 계면활성제를 첨가할 수 있다.In addition, as the above-mentioned additive, there may be used, for example, sodium dodecyl sulfonate (SDS), sodium p-toluenesulfonate (TsONa), dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt Anionic surfactants may be added.

또한, 퍼짐성과 젖음성을 개선하기 위해 불소계 고분자를 더욱 포함할 수 있다. 상기 불소계 첨가제는 고분자의 양 말단 중 적어도 하나의 말단에 치환된 작용기(functional group)에 의해 수용성을 나타내는 불소계 고분자로서, 분산력에 민감하지 않고, 상기 말단에 치환된 작용기가 다양한 성질의 물질들과 상호작용을 할 수 있으며, 또한 전기 음성도가 높은 불소 부분이 상기 정공수송층 형성용 조성물의 계면에서 분극성을 낮추는 역할을 한다.In order to improve spreadability and wettability, a fluorine-based polymer may be further included. The fluorine-based additive is a fluorine-based polymer exhibiting water solubility by a functional group substituted on at least one terminal of both ends of the polymer. The fluorine-based additive is not sensitive to the dispersing power, And a fluorine moiety having a high electronegativity also serves to lower the polarizability at the interface of the composition for forming a positive hole transport layer.

상기 불소계 고분자는 구체적으로 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리-1,2-디플루오로에틸렌 등 일 수 있으며, 바람직하게는 퍼플루오로폴리에테르이다.The fluorine-based polymer specifically includes a perfluoropolyether (PFPE), polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, polytetrafluoroethylene or poly-1,2-difluoroethylene And is preferably a perfluoropolyether.

한편, 전술한 바의 정공수송층(50)을 포함하는 본 발명에 따른 유기 태양전지(100)의 다른 구성 요소는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바를 따른다.Meanwhile, other components of the organic solar cell 100 according to the present invention including the above-described hole transport layer 50 are not particularly limited in the present invention, but are well known in the art.

상기 기판(10)은 광이 투과될 수 있도록 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판(10)이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 투명 플라스틱 기판(10)을 사용할 수 있다. 이 중에서 유연하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 필름 형태의 투명 플라스틱 기판(10)을 사용하는 것이 바람직하다.The substrate 10 is not particularly limited as long as it has transparency so that light can be transmitted therethrough. For example, the substrate 10 may be a transparent inorganic substrate 10 such as quartz or glass, or a transparent inorganic substrate 10 such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS) (PP), polyimide (PI), polyethylene sulfonate (PES), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polyether sulfone (PES) and polyetherimide A transparent plastic substrate 10 may be used. Of these, it is preferable to use a transparent plastic substrate 10 in the form of a film which is flexible and has high chemical stability, mechanical strength and transparency.

또한, 상기 기판(10)은 약 400 내지 750 ㎚의 가시광선 파장 영역에서 적어도 70 % 이상, 바람직하게는 80 % 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.In addition, the substrate 10 preferably has a transmittance of at least 70% or more, preferably 80% or more in a visible light wavelength range of about 400 to 750 nm.

상기 기판(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며 사용 용도에 따라 적절히 결정될 수 있는데 일례로 1 내지 500 ㎛일 수 있다.The thickness of the substrate 10 is not particularly limited and may be suitably determined according to the intended use, for example, 1 to 500 탆.

상부 전극(60) 및 하부 전극(20)은 양극 또는 음극일 수 있으며, 이는 일반적인 구조 및 인버티트 구조일 경우 그 역할을 달리할 수 있다. 일례로, 상부 전극(60)이 양극일 경우 하부 전극(20)은 음극일 수 있으며, 상부 전극(60)이 음극일 경우 하부 전극(20)은 양극일 수 있다.The upper electrode 60 and the lower electrode 20 may be an anode or a cathode, and the role thereof may be different in a general structure and an inverted structure. For example, when the upper electrode 60 is an anode, the lower electrode 20 may be a cathode, and when the upper electrode 60 is a cathode, the lower electrode 20 may be an anode.

상기 전극을 구성하는 재질로는 음극의 기능을 할 경우, 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐주석아연(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 갈륨도핑 산화아연(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 알루미늄도핑 산화아연(Al-doped Zinc Oxide; AZO), 불소도핑 산화주석(F-doped Tin Oxide; FTO), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide; ZTO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), ZnO-Ga2O3, ZnOAl2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속산화물 투명 전극; 전도성 고분자, 그래핀(graphene) 박막, 그래핀 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극; 또는 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.The material of the electrode may be indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO) Doped tin oxide (AZO), indium tin oxide (ITO), gallium-doped zinc oxide (GZO), aluminum-doped zinc oxide oxide; FTO), zinc tin (tin oxide zinc oxide; ZTO), gallium indium oxide (indium gallium oxide; IGO), ZnO-Ga 2 O 3, ZnOAl 2 O 3, SnO 2 -Sb 2 O 3 , and combinations thereof A metal oxide transparent electrode selected from the group consisting of: An organic transparent electrode such as a conductive polymer, a graphene thin film, a graphene oxide thin film, or a carbon nanotube thin film; Or an organic-inorganic bonding transparent electrode such as a carbon nanotube thin film to which a metal is bonded.

상기 음극(20)의 두께는 10nm 내지 3㎛일 수 있다.The thickness of the cathode 20 may be 10 nm to 3 탆.

양극(50)은 낮은 일함수를 갖는 통상의 금속을 포함하며, 예를 들어 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(HAFC)2(Cu(hexafluoroacetylacetonate)2), Cu(HAFC)(1,5-Cyclooctanediene), Cu(HAFC)(1,5-Dimethylcyclooctanediene), Cu(HAFC)(4-Methyl-1-pentene), Cu(HAFC)(Vinylcyclohexane), Cu(HAFC)(DMB), Cu(TMHD)2(Cu (tetramethylheptanedionate)2), DMAH(dimethylaluminum hydride), TMEDA(tetramethylethylenediamine), DMEAA(dimethylethylamine alane, NMe2Et· AlH3), TMA(trimethylaluminum), TEA(triethylaluminum), TBA(triisobutylaluminum), TDMAT(tetra(dimethylamino)titanium), TDEAT(tetra(dimethylamino)titanium) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The anode 50 includes a common metal having a low work function and is made of a metal such as Ag, Cu, Au, Pt, Ti, Al, Metal particles such as nickel (Ni), zirconium (Zr), iron (Fe), and manganese (Mn); Or, for the precursor, for containing the metal elements of silver nitrate (AgNO 3), Cu (HAFC ) 2 (Cu (hexafluoroacetylacetonate) 2), Cu (HAFC) (1,5-Cyclooctanediene), Cu (HAFC) (1, 5-Dimethylcyclooctanediene), Cu (HAFC ) (4-Methyl-1-pentene), Cu (HAFC) (Vinylcyclohexane), Cu (HAFC) (DMB), Cu (TMHD) 2 (Cu (tetramethylheptanedionate) 2), DMAH ( dimethylaluminum hydride, TMEDA (tetramethylethylenediamine), DMEAA (dimethylethylamine alane, NMe2Et.AlH3), TMA (trimethylaluminum), TEA (triethylaluminum), TBA (triisobutylaluminum), TDMAT ), But is not limited thereto.

상기 양극(50)의 두께는 10 내지 5000 ㎚일 수 있다.The thickness of the anode 50 may be 10 to 5000 nm.

바람직하기로, 본 발명에서 하부 전극(20)은 음극이고, 상부 전극(60)을 양극일 수 있다.Preferably, in the present invention, the lower electrode 20 is a cathode and the upper electrode 60 is a cathode.

이때 양극은 전면 인쇄 또는 그리드, 메쉬 형태와 같이 패터닝된 전극으로 제조가 가능하다. 이외에도 패턴의 형태는 닷(dot), 마름모, 원형, 다각형, 스트라이프, 모눈, 물결 및 지그재그로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 구현 가능한 패턴의 형태라면 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the anode can be manufactured as a front-printed or patterned electrode such as a grid or a mesh. In addition, the shape of the pattern may be at least one selected from the group consisting of dot, rhombus, circle, polygon, stripe, grid, wave and zigzag, but is not limited thereto.

전자수송층(30)은 전술한 음극(20) 상에 위치하며, 전자의 수송 능력을 높여 유기 태양전지(100)의 효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 외부로부터 유입된 산소와 수분을 차단하여 광활성층(40)에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.The electron transport layer 30 is positioned on the cathode 20 and enhances the efficiency of the organic solar battery 100 by increasing the electron transport capability. In addition, it is possible to prevent oxygen and moisture introduced from the outside from affecting the photoactive layer 40.

전자수송층(30)은 금속산화물과 유기물로 형성될 수 있으며, 상기 금속산화물은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 규소(Si), 망간(Mn), 스트론튬(Sr), 인듐(In), 바륨(Ba), 칼륨(K), 니오븀(Nb), 철(Fe), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 세륨(Ce), 백금(Pt), 은(Ag) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속산화물 박막층은 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있는 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수 있으며, 유기물은 PEI(polyethyleneimine), PEIE(ethoxylatedpolyethylenimine)등일 수 있다.The electron transport layer 30 may be formed of a metal oxide and an organic material, and the metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Ti, Zn, Si, Mn, Sr, (B), potassium (K), niobium (Nb), iron (Fe), tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth (Bi), nickel (Ni), copper (Cu), molybdenum , At least one metal oxide selected from the group consisting of cerium (Ce), platinum (Pt), silver (Ag) and rhodium (Rh). Specifically, the metal oxide thin film layer may be made of zinc oxide (ZnO) having a wide band gap and a semiconductor property, and the organic material may be polyethyleneimine (PEI), ethoxylated polyethyleneimine (PEIE), or the like.

또한, 전자수송층(30)에 포함되는 금속산화물은 평균 입경이 10 nm 이하이고, 구체적으로 1 내지 8 nm이고, 더욱 구체적으로 3 내지 7 nm일 수 있다.The average particle diameter of the metal oxide contained in the electron transport layer 30 is 10 nm or less, specifically 1 to 8 nm, and more specifically, 3 to 7 nm.

전자수송층(30)은 코팅을 통해 형성될 수 있으며, 코팅 과정은 슬롯다이 코팅, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법 등을 사용할 수 있으나, 금속 산화물을 코팅할 수 있는 방법이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다. 특히, 전자수송층(30)은 슬롯다이 코팅을 이용하는 것이 유리할 수 있다.The electron transport layer 30 may be formed through a coating process, and the coating process may be performed by a method such as a slot die coating, a spin coating method, a spray coating method, a screen printing method, a bar coating method, a doctor blade coating method, However, the method can be used without limitation as long as it can coat the metal oxide. In particular, it may be advantageous for the electron transport layer 30 to use a slot die coating.

전자수송층(30)의 두께는 1 내지 100 nm일 수 있으며, 이와 같이 규정된 두께 범위를 벗어날 경우 전자의 수송 능력이 저하될 수 있다.The electron transporting layer 30 may have a thickness of 1 to 100 nm, and when the thickness is outside the range of the thickness defined above, the electron transporting ability may be deteriorated.

광활성층(40)은 전술한 전자수송층(30) 상에 위치하며, 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종접합 구조를 가진다.The photoactive layer 40 is located on the above-described electron transport layer 30 and has a bulk heterojunction structure in which a hole receptor and an electron acceptor are mixed.

상기 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체를 포함한다. 상기 전기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 유기 저분자 반도체 물질은 펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The hole acceptor includes an organic semiconductor such as an electrically conductive polymer or an organic low-molecular semiconductor material. The electrically conductive polymer may be at least one member selected from the group consisting of polythiophene, polyphenylenevinylene, polyfulorene, polypyrrole, and copolymers thereof. The organic low-molecular semiconductor material may include one or more selected from the group consisting of pentacene, anthracene, tetracene, perylene, oligothiophene, and derivatives thereof. can do.

구체적으로 상기 정공수용체는 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophene; P3HT), 폴리-3-옥틸티오펜(poly-3-octylthiophene; P3OT), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene; PPV), 폴리(9,9′- 디옥틸플루오렌)(poly(9,9′-dioctylfluorene)), 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene; MEH-PPV) 및 폴리(2-메틸-5-(3′, 7′-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌(poly(2-methyl-5-(3′, 7′-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene; MDMOPPV)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the hole acceptor may be a poly-3-hexylthiophene (P3HT), a poly-3-octylthiophene (P3OT), a poly- polyvinylidene fluoride (PPV), poly (9,9'-dioctylfluorene), poly (2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) , 2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV) -Dimethyloctyloxy)) - 1,4-phenylene vinylene (MDMOPPV), which is a compound selected from the group consisting of poly (2-methyl-5- And may include one or more species.

상기 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60), C70, C76, C78, C80, C82, C84등의 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe 및 ZnSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The electron acceptor may include at least one selected from the group consisting of fullerene (C60), fullerene derivatives such as C70, C76, C78, C80, C82 and C84, CdS, CdSe, CdTe and ZnSe.

구체적으로 상기 전자수용체는 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM), (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM), (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르((6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the electron acceptor is (6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester ((6,6) -phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM) Butyric acid methyl ester ((6,6) -thienyl (C7-PCBM), (6,6) -thienyl-C61- -C6-butyric acid methyl ester (ThCBM), and carbon nanotubes.

이때 광활성층(40)은 정공수용체로서 P3HT와 전자수용체로서 PCBM의 혼합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 이때 상기 P3HT와 PCBM의 혼합 중량 비율은 1:0.1 내지 1:2일 수 있다.More preferably, the photoactive layer 40 comprises a mixture of P3HT and PCBM as a hole acceptor, wherein the mixing weight ratio of P3HT and PCBM may be 1: 0.1 to 1: 2.

광활성층(40)의 두께는 10 내지 1000 ㎚, 구체적으로는 100 내지 500 ㎚일 수 있다. 광활성층(40)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 태양빛을 충분히 흡수할 수가 없어, 광전류가 낮아져 효율 저하가 예상되며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 여기된 전자와 정공이 전극으로 이동할 수 없어 효율 저하 문제가 발생할 수 있다.The thickness of the photoactive layer 40 may be 10 to 1000 nm, specifically 100 to 500 nm. When the thickness of the photoactive layer 40 is less than the above range, it is impossible to sufficiently absorb the sunlight, and the photocurrent is lowered and the efficiency is expected to decrease. Conversely, when the thickness exceeds the above range, excited electrons and holes can not move to the electrode, Problems can arise.

전술한 바의 유기 태양전지(100)는 공지된 바의 방법에 따라 제조가 가능하다.The above-described organic solar cell 100 can be manufactured according to a known method.

본 발명의 유기 태양전지(100)의 제조 방법은 기판(10)을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 코팅 용액으로 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때 상기 박막층은 광활성층(40), 전자수송층(30), 정공수송층(50), 및 상부 및 하부 전극(20,60)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 코팅 용액은 상기한 박막층 형성용 조성물 및 용매를 포함한다. 이하 본 설명에서는 하부 전극(20)은 음극이고, 상부 전극(60)은 양극이며, 필요한 경우 그 순서를 달리할 수 있다.The method of manufacturing the organic solar cell 100 of the present invention includes a step of forming a thin film layer by coating the substrate 10 with a coating solution while transferring the substrate 10 by a roll-to-roll method. At this time, the thin film layer may be at least one selected from the group consisting of a photoactive layer 40, an electron transport layer 30, a hole transport layer 50, and upper and lower electrodes 20 and 60, A composition for forming a thin film layer and a solvent. Hereinafter, the lower electrode 20 is a cathode and the upper electrode 60 is an anode, and the order thereof may be different if necessary.

우선, 기판(10)을 준비하고 상기 기판(10) 상에 하부 전극(20)으로 음극을 형성한다. First, a substrate 10 is prepared and a cathode is formed on the substrate 10 with the lower electrode 20.

준비된 기판(10) 상에 음극은 통상의 방법에 따라 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 음극은 기판(10)의 일면에 음극 형성용 조성물을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통해 형성할 수 있다.The cathode on the prepared substrate 10 can be formed according to a conventional method. Specifically, the cathode may be formed on one surface of the substrate 10 by a thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF or magnetron sputtering, chemical vapor deposition or the like.

이때 상기 음극의 형성에 앞서 선택적으로 기재에 대하여 O2 플라즈마 처리법, UV/오존 세척, 산 또는 알칼리 용액을 이용한 표면 세척, 질소 플라즈마 처리법 및 코로나 방전 세척으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 기재의 표면을 전처리할 수도 있다.At least one method selected from the group consisting of O 2 plasma treatment, UV / ozone cleaning, surface cleaning using an acid or an alkali solution, nitrogen plasma treatment, and corona discharge cleaning may be selectively performed on the substrate prior to formation of the cathode The surface of the substrate may be pretreated.

이어서 상기 음극이 형성된 기재를 롤투롤 방식으로 이송시키면서 코팅 용액을 코팅하여 박막층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때 상기 박막층은 전자수송층(30), 광활성층(40), 정공수송층(50) 및 상부 전극(60)이다.And then coating the coating solution while transferring the negative electrode-formed base material in a roll-to-roll manner to form a thin film layer. At this time, the thin film layer is the electron transport layer 30, the photoactive layer 40, the hole transport layer 50, and the upper electrode 60.

상기 코팅 용액은 각 박막층에 포함되는 물질 및 용매를 포함한다.The coating solution includes a substance and a solvent contained in each thin film layer.

구체적으로 상기 코팅 용액은 전자수송층(30) 형성용 조성물, 광활성층(40) 형성용 조성물, 정공수송층(50) 형성용 조성물 및 양극 조성물일 수 있다.Specifically, the coating solution may be a composition for forming the electron transport layer 30, a composition for forming the photoactive layer 40, a composition for forming the hole transport layer 50, and a cathode composition.

다음으로, 하부 전극(20) 상에 전자수송층(30) 형성용 조성물을 이용하여 전자수송층(30)을 형성할 수 있다.Next, the electron transport layer 30 may be formed on the lower electrode 20 using a composition for forming the electron transport layer 30. [

상기 전자수송층(30) 형성용 조성물은 전술한 금속산화물을 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming the electron transport layer (30) is prepared by dissolving the metal oxide in a solvent and applying the composition to form a coating film.

상기 용매는 금속산화물을 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어, 물, 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it is capable of dissolving or dispersing the metal oxide. Examples of the solvent include water, 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol, n-propyl alcohol, At least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol and dipropylene glycol can be used.

상기 용매는 상기 전자수송층(30) 형성용 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 상기 전자수송층(30) 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 용매의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 원하는 코팅층의 기능을 얻기 어렵고, 용매의 함량이 1 중량% 미만일 경우 균일한 두께의 박막 형성이 어렵다.The solvent may be contained in an amount of the remainder in the composition for forming the electron transport layer 30. Specifically, the solvent may be included in an amount of 1 to 95% by weight based on the total weight of the composition for forming the electron transport layer 30. [ When the content of the solvent exceeds 95 wt%, it is difficult to obtain the function of the desired coating layer. When the content of the solvent is less than 1 wt%, it is difficult to form a thin film having a uniform thickness.

상기 도포는 슬롯다이 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 바(bar) 코팅, 메이어 바(Meyer bar) 코팅, 스프레잉, 딥 코팅, 콤마 코팅, 커튼 코팅, 닥터 블레이딩 등의 통상의 코팅 방법에 의해 실시될 수 있으며, 구체적으로는 슬롯다이 코팅 또는 스핀 코팅이 수행될 수 있다.The application may be carried out by conventional coating methods such as slot die coating, spin coating, gravure coating, bar coating, Meyer bar coating, spraying, dip coating, comma coating, curtain coating, doctor blading, And specifically, slot die coating or spin coating may be performed.

상기 전자수송층(30) 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판(10)에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400℃, 구체적으로는 70 내지 200℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.After the coating layer is formed with the composition for forming the electron transport layer 30, a post-treatment process of drying or heat-treating the coated substrate 10 may be selectively performed. The drying may be performed by hot air drying, NIR drying, or UV drying at 50 to 400 ° C, specifically, at 70 to 200 ° C for 1 to 30 minutes.

다음으로, 전자수송층(30) 상에 광활성층(40) 형성용 조성물을 이용하여 광활성층(40)을 형성할 수 있다.Next, the photoactive layer 40 can be formed on the electron transport layer 30 using a composition for forming the photoactive layer 40. [

상기 광활성층(40) 형성용 조성물은 전술한 정공수용체와 전자수용체를 용매에 용해시켜 제조하며 이를 도포하여 도막을 형성한다.The composition for forming the photoactive layer 40 is prepared by dissolving the hole receptor and the electron acceptor described above in a solvent, and applying the composition to form a coating film.

상기 용매는 전자수용체와 정공수용체를 용해시키거나 분산시킬 수 있는 것이 라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매는 물; 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올; 또는 아세톤, 펜탄, 톨루엔, 벤젠, 디에틸에테르, 메틸부틸에테르, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올, 메틸에텔케톤 등의 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 전자수송층(30) 형성용 조성물 제조시 대상 물질의 종류에 따라 상기한 용매 중에서 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.The solvent can be used without particular limitation as long as it can dissolve or disperse the electron acceptor and the hole acceptor. In one example, the solvent is water; Alcohols such as ethanol, methanol, propanol, isopropyl alcohol and butanol; Or an organic solvent such as acetone, pentane, toluene, benzene, diethyl ether, methyl butyl ether, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, carbon tetrachloride, dichloromethane, Organic solvents such as trichlorethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol and methyletherketone, or mixtures thereof, It is preferable to appropriately select and use the compound in the above-described solvent depending on the kind of the target material when preparing the composition for forming the electron transport layer (30).

상기 도포는 슬롯다이 코팅, 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 바(bar) 코팅, 메이어 바(Meyer bar) 코팅, 스프레잉, 딥 코팅, 콤마 코팅, 커튼 코팅, 닥터 블레이딩 등의 통상의 코팅 방법에 의해 실시될 수 있으며, 구체적으로는 슬롯다이 코팅 또는 스핀 코팅이 수행될 수 있다.The application may be carried out by conventional coating methods such as slot die coating, spin coating, gravure coating, bar coating, Meyer bar coating, spraying, dip coating, comma coating, curtain coating, doctor blading, And specifically, slot die coating or spin coating may be performed.

상기 광활성층(40) 형성용 조성물로 도막을 형성한 이후, 코팅된 기판(10)에 대해 건조 또는 열처리하는 후처리 공정이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 건조는 50 내지 400℃, 구체적으로는 70 내지 200℃에서 1 내지 30분 동안 열풍건조, NIR 건조, 또는 UV 건조를 통하여 실시될 수 있다.After the coating layer is formed with the composition for forming the photoactive layer 40, a post-treatment process of drying or heat-treating the coated substrate 10 may be selectively performed. The drying may be performed by hot air drying, NIR drying, or UV drying at 50 to 400 ° C, specifically, at 70 to 200 ° C for 1 to 30 minutes.

일례로, 광활성층(40)의 경우 코팅 공정 후 25 내지 150℃에서 5 내지 145분 동안 건조 및 열처리하는 후처리 공정을 실시할 수 있다. 상기 건조 공정과 열처리 공정의 적절한 조절에 의하여 상기 전자수용체와 상기 정공수용체 사이에 적절한 상 분리를 유도할 수 있고, 상기 전자수용체의 배향을 유도할 수 있다. 상기 열처리 공정의 경우, 온도가 25℃ 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 온도가 150℃를 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 열처리 시간이 5분 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 시간이 145분을 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다.For example, in the case of the photoactive layer 40, post-treatment may be performed after drying and heat treatment at 25 to 150 ° C for 5 to 145 minutes after the coating process. By appropriately controlling the drying step and the heat treatment step, appropriate phase separation can be induced between the electron acceptor and the hole acceptor, and the orientation of the electron acceptor can be induced. If the temperature is less than 25 ° C, the mobility of the electron acceptor and the hole acceptor may be low and the heat treatment effect may be insignificant. If the annealing temperature exceeds 150 ° C, Can be degraded. If the heat treatment time is less than 5 minutes, the mobility of the electron acceptor and the hole acceptor may be low and the heat treatment effect may be insufficient. If the heat treatment time exceeds 145 minutes, the performance deteriorates due to deterioration of the electron acceptor .

다음으로, 상기 광활성층(40) 상에 정공수송층(50) 형성용 조성물을 이용하여 정공수송층(50)을 형성한다.Next, a hole transport layer 50 is formed on the photoactive layer 40 using a composition for forming the hole transport layer 50.

상기 정공수송층(50) 형성용 조성물은 전술한 정공수송 물질 및 용매를 포함하는 페이스트이며, 이를 인쇄 방법을 이용하여 기판(10) 상에 패턴화시킨다. The composition for forming the hole transport layer 50 is a paste containing the hole transport material and the solvent described above and is patterned on the substrate 10 by a printing method.

상기 정공수송층(50) 형성용 조성물에 포함되는 용매는 정공수송 물질을 균일하게 혼합하고 점도를 조절하기 위해 사용되며 해당 기술분야에서 페이스트 형성시 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다.The solvent contained in the composition for forming the hole transport layer (50) is not particularly limited as long as it is used for uniformly mixing the hole transport material and controlling the viscosity, and is generally used in the art.

바람직하게, 상기 용매로는 알코올계 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 2-에틸헥산올, 2-부톡시헥산올, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.Preferably, the solvent may be an alcohol-based solvent, for example, 2-ethylhexanol, 2-butoxyhexanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene Glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, and dipropylene glycol may be used.

상기 정공수송층(50) 형성용 조성물은 인쇄 공정에 적합하도록 최적화되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 정공수송층(50) 형성용 조성물은 점도가 300 내지 10,000 cps 범위일 수 있다. 상기 정공수송층(50) 형성용 조성물의 점도가 상기 범위 미만인 경우 패턴의 퍼짐 현상이 야기될 수 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 정공수송 물질의 균일한 분산이 어렵고 인쇄성이 저하될 우려가 있다.The composition for forming the hole transport layer 50 is preferably optimized for a printing process. Specifically, the composition for forming the hole transport layer 50 may have a viscosity ranging from 300 to 10,000 cps. If the viscosity of the composition for forming the hole transport layer 50 is less than the above range, spreading of the pattern may occur. On the contrary, if the viscosity exceeds the above range, uniform distribution of the hole transport material may be difficult and printing property may be deteriorated have.

본 발명에서 인쇄 방법은 통상적으로 사용되는 다양한 인쇄 공정이 적용될 수 있다. 예를 들어 상기 인쇄는 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, EHD젯 인쇄, 그라비아 인쇄, 그라비아옵셋 인쇄, 임프린팅, 플렉소 인쇄 또는 스크린 인쇄 중 어느 하나의 방법이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 스크린 인쇄이다. In the present invention, a variety of commonly used printing processes can be applied to the printing method. For example, the printing may be any one of ink jet printing, aerosol jet printing, EHD jet printing, gravure printing, gravure offset printing, imprinting, flexographic printing, or screen printing, preferably screen printing.

상기 인쇄 공정을 수행한 후, 당분야에서 통상적으로 사용되는 건조 및 소성 방법에 따라 소성될 수 있으며, 바람직하게는 질소, 산소 또는 아르곤 열풍 단독, MIR(Middle Infra Red) 램프, 또는 열풍과 MIR 램프를 동시에 사용하여 건조 및 소성될 수 있다.After the printing process is performed, it may be fired according to a drying and firing method commonly used in the art, preferably a nitrogen, oxygen, or argon hot air alone, a Middle Infra Red (MIR) lamp, Can be used simultaneously and dried and fired.

다음으로, 상기 정공수송층(50) 상에 전술한 바의 표면 처리제를 이용한 표면 처리를 수행한다.Next, a surface treatment using the above-mentioned surface treatment agent is performed on the hole transport layer 50.

표면 처리는 정공수송층(50) 전면에 걸쳐 처리하며, 표면 처리제의 도포 이후 상기 제시한 건조 방법을 통해 건조를 수행한다.The surface treatment is carried out over the entire surface of the hole transport layer 50, and drying is performed through the above-described drying method after application of the surface treatment agent.

다음으로, 상기 표면 처리된 정공수송층(50) 상에 양극을 형성한다. 이때 상기 양극은 도포가 아닌 양극 형성 물질을 스크린 프린팅, 그라비어 프린팅, 그라비어 오프셋(Gravure-offset) 프린팅, 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다.Next, a positive electrode is formed on the surface-treated positive hole transport layer 50. The cathode may be formed by a method such as screen printing, gravure printing, gravure-offset printing, thermal vapor deposition, electron beam deposition, RF or magnetron sputtering, or chemical vapor deposition, .

추가로, 본 발명의 상기 유기 태양전지(100)는 상기 투명 전극(120)과 상기 광활성층(40) 사이에 금속산화물 박막층(미도시)을 포함한다. 상기 금속산화물 박막층은 부전극으로서 전자의 이동 속도를 증가시켜 유기 태양전지(100)의 작동을 가능하게 하고, 외부로부터 침투하는 산소와 수분을 차단하여 상기 광활성층(40)에 포함된 고분자가 산소와 수분에 의하여 열화되는 것을 방지하여 유기 태양전지(100)의 수명을 향상시킬 수 있다In addition, the organic solar cell 100 of the present invention includes a metal oxide thin film layer (not shown) between the transparent electrode 120 and the photoactive layer 40. The metal oxide thin film layer acts as a negative electrode to increase the speed of electrons to enable the operation of the organic solar cell 100 and blocks oxygen and moisture penetrating from the outside to prevent the polymer contained in the photoactive layer 40 from being dissolved in oxygen And moisture of the organic solar battery 100, thereby improving the lifetime of the organic solar battery 100

상기 금속산화물 박막층은 두께가 10 내지 500nm, 바람직하게 20 내지 300nm, 더욱 바람직하게 20 내지 200nm일 수 있다. 상기 금속산화물 박막층의 두께가 상기 범위 내인 경우 전자의 이동 속도를 향상시키면서도 외부로부터 산소와 수분이 침투하여 광활성층(40) 및 정공수송층(50)에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The metal oxide thin film layer may have a thickness of 10 to 500 nm, preferably 20 to 300 nm, more preferably 20 to 200 nm. When the thickness of the metal oxide thin film layer is within the above range, it is possible to effectively prevent the oxygen and moisture from penetrating from the outside and affecting the photoactive layer 40 and the hole transport layer 50 while enhancing the electron transporting speed.

또한, 상기 금속산화물 박막층에 포함되는 금속산화물은 평균 입경이 10nm 이하이고, 바람직하게 1 내지 8nm이고, 더욱 바람직하게 3 내지 7nm일 수 있다.The metal oxide included in the metal oxide thin film layer may have an average particle diameter of 10 nm or less, preferably 1 to 8 nm, and more preferably 3 to 7 nm.

상기 금속산화물은 Ti, Zn, Si, Mn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속의 산화물일 수 있으며, 바람직하게 ZnO일 수 있다. 상기 ZnO는 밴드갭이 넓고 반도체적 성질을 가지고 있어, 상기 투명 전극(120)과 함께 사용하는 경우 전자의 이동을 더욱 향상시킬 수 있다.The metal oxide may be selected from the group consisting of Ti, Zn, Si, Mn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh, And may be an oxide of any one of metals selected from the group consisting of ZnO, and preferably ZnO. The ZnO has a wide bandgap and a semiconducting property, so that when used together with the transparent electrode 120, the movement of electrons can be further improved.

본 발명에 있어서, 상기 기판(10)에 대한 각각의 층 형성시, 상기 기판(10)을 롤투롤 방식으로 이송시키는 속도는 0.01 m/min 내지 20 m/min일 수 있고, 바람직하게 0.1 m/min 내지 5 m/min 일 수 있다. 상기 이송 속도는 롤투롤 장비를 이용한 개별층의 코팅 및 건조 속도에 따라 최적화하여 사용할 수 있다.In the present invention, at the time of forming each layer on the substrate 10, the speed at which the substrate 10 is transported by the roll-to-roll method may be 0.01 m / min to 20 m / min, preferably 0.1 m / min to 5 m / min. The conveying speed can be optimally used according to the coating and drying speed of the individual layers using the roll-to-roll equipment.

본 발명에 따른 반투명 유기 태양전지(100)는 광활성층(40) 상에 표면 처리된 정공수송층(50)을 구비함에 따라 신뢰도 및 전지 특성이 개선된 유기 태양전지(100)를 구현할 수 있다. 또한, 양극으로부터의 각종 불순물 또는 금속 이온으로부터 광활성층(40)을 보호하여 유기 태양전지(100)의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.The semitransparent organic solar cell 100 according to the present invention includes the hole transport layer 50 surface-treated on the photoactive layer 40 to realize the organic solar cell 100 having improved reliability and improved battery characteristics. In addition, the photoactive layer 40 can be protected from various impurities or metal ions from the anode, thereby improving the reliability of the organic solar cell 100.

이에 따라, 종래 유기 태양전지와 동일한 수준의 효율을 가지면서도 우수한 투명성 및 신뢰성을 가지며 연속생산이 가능하기 때문에 전력이 필요한 다양한 분야에 적용 가능하다.Accordingly, since the organic solar cell has the same level of efficiency as that of the conventional organic solar cell, but has excellent transparency and reliability and can be continuously produced, it can be applied to various fields requiring electric power.

이하, 본 발명의 효과에 대한 이해를 돕기 위하여 실시예, 비교예 및 실험예를 기재한다. 다만, 하기 기재는 본 발명의 내용 및 효과에 관한 일 예에 해당할 뿐, 본 발명의 권리 범위 및 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES, COMPARATIVE EXAMPLES AND EXPERIMENTAL EXAMPLES will be described below to help understand the effects of the present invention. It should be noted, however, that the following description is only an example of the contents and effects of the present invention, and the scope and effect of the present invention are not limited thereto.

[실시예][Example]

실시예Example 1 One

ITO층이 형성된 기재 필름을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 상기 ITO층 위에 ZnO 함유 코팅액(Zn(OAC)2·2H2O 247mg, KOH 126mg 및 1-부탄올(1-Butanol) 1ml를 혼합하여 제조함)을 스트라이프 형태로 슬롯다이 코팅한 후 140℃에서 건조하여 ZnO의 금속산화물 박막층을 형성하였다. 상기 슬롯다이 코팅시 라인 속도(line speed)는 5mm/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량(flow rate)은 0.15ml/min으로 하였다.(Prepared by mixing 247 mg of ZnO-containing coating solution (Zn (OAC) 2 .2H 2 O, 126 mg of KOH and 1 ml of 1-butanol) onto the ITO layer while transferring the base film on which the ITO layer was formed, Was coated on a slot die in stripe form and then dried at 140 ° C to form a metal oxide thin film layer of ZnO. The slot die coating was performed at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 100 m, and a coating liquid flow rate of 0.15 ml / min.

이어서 상기 ZnO 금속산화물 박막층 위에 광활성층(40) 형성용 코팅용액(lisico®SP001(머크사제) 15mg, lisicon® A-600(머크사제) 12mg 및 디클로로벤젠(Dichlorobenzene) 1ml를 혼합하여 제조함)을 슬롯 다이 코팅하고 80℃에서 건조하여 광활성층(40)을 제조하였다. 상기 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 5mm/sec, 슬롯다이 높이는 100㎛, 코팅액 유량은 0.5ml/min로 하였다.(Prepared by mixing 15 mg of lisico® SP001 (manufactured by Merck), 12 mg of lisicon® A-600 (manufactured by Merck) and 1 ml of dichlorobenzene) on the ZnO metal oxide thin film layer, Slot-die coating, and dried at 80 캜 to prepare a photoactive layer (40). The slot die coating was performed at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 100 m, and a coating liquid flow rate of 0.5 ml / min.

상기 광활성층(40) 위에 PEDOT:PSS(Orgacon® EL-P 5010, agfa사제)과 이소프로필알코올, 그리고 불소계 첨가제(Zonyl FS300 제품, 듀폰사)를 2:1:0.1의 중량비로 포함하는 코팅 용액을 슬롯 다이 코팅하고, 120℃에서 건조하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 슬롯 다이 코팅시 라인 속도는 5mm/sec, 슬롯다이 높이는 800㎛, 코팅액 유량은 3.0ml/min로 하였다.A coating solution containing PEDOT: PSS (manufactured by Orgacon EL-P 5010, agfa), isopropyl alcohol, and a fluorine-based additive (Zonyl FS300 manufactured by DuPont) in a weight ratio of 2: 1: 0.1 Was coated on a slot die, and dried at 120 캜 to form a hole transport layer. The slot die coating was performed at a line speed of 5 mm / sec, a slot die height of 800 m, and a coating fluid flow rate of 3.0 ml / min.

다음으로, 상기 정공수송층(50) 위에 DMSO(디메틸술폭사이드)를 10초 동안 슬롯다이 코팅한 다음, 150℃에서 2분 30초 동안 건조하였다.Next, DMSO (dimethylsulfoxide) was slot-die-coated on the hole transport layer 50 for 10 seconds and then dried at 150 DEG C for 2 minutes and 30 seconds.

이후, 스크린 프린터를 이용하여 상기 정공수송층 위에 Ag 전극을 프린팅하여 유기 태양전지를 제작하였다.Then, an Ag electrode was printed on the hole transport layer using a screen printer to produce an organic solar cell.

실시예Example 2 2

표면 처리로서 에틸렌글리콜을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유기 태양전지를 제작하였다.An organic solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was used as the surface treatment.

실시예Example 3 3

표면 처리로서 4-톨루엔 설폰산을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유기 태양전지를 제작하였다.An organic solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 4-toluenesulfonic acid was used as the surface treatment.

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, DMSO로 표면 처리하는 공정을 제외하여 유기 태양전지를 제작하였다.Except that the step of performing the surface treatment with DMSO was carried out in the same manner as in Example 1, and an organic solar cell was fabricated.

실험예Experimental Example 1 One

TD 방향으로의 수축 여부를 확인하기 위해, 광활성층 상에 상기 실시예 및 비교예의 방법으로 정공수송층 막을 캐스팅한 다음, 수축율을 측정하였다. In order to confirm whether or not the film was shrunk in the TD direction, the film of the hole transporting layer was cast on the photoactive layer by the methods of the above Examples and Comparative Examples, and then the shrinkage ratio was measured.

수축율의 측정은 각각 제조된 박막을 가로 (MD) 50 mm × 세로 (TD) 50 mm로 서로 다른 10개의 지점에서 재단한 10개의 시편을 제작하였다. 상기 각 시편을 150℃의 오븐에서 2분 30초 동안 방치한 다음, 각 시편의 TD 방향의 수축 정도를 측정하여 평균 열수축률을 계산하였다.The shrinkage measurements were made on 10 specimens, each of which was cut at 10 different points with a width of 50 mm (MD) and a length of 50 mm (MD). Each of the specimens was allowed to stand in an oven at 150 ° C. for 2 minutes and 30 seconds, and the degree of shrinkage of each specimen in the TD direction was measured to calculate an average heat shrinkage rate.

그 결과, 실시예 1 내지 3과 같이 표면 처리된 정공수송층의 경우 비교예 1의 표면 미처리 정공수송층 대비 TD 방향의 수축이 거의 없음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that in the case of the hole-transporting layer surface-treated as in Examples 1 to 3, there was almost no shrinkage in the TD direction as compared with the surface-untreated hole-transporting layer of Comparative Example 1. [

또한, 실시예 1 내지 3을 비교하면, 실시예 1의 DMSO와 실시예 3의 4-톨루엔 설폰산을 처리할 경우가 실시예 2의 이소프로필알코올을 이용한 표면 처리보다 좀더 우수한 결과를 나타내었다.Further, comparing Examples 1 to 3, the treatment with DMSO of Example 1 and 4-toluenesulfonic acid of Example 3 showed better results than the surface treatment with isopropyl alcohol of Example 2.

실험예Experimental Example 2 2

(1) 박막 프로파일 확인(1) Confirm thin film profile

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 태양전지의 정공수송층의 박막 특성을 확인하기 위해, 단면 SEM(주사전자현미경)을 수행하였다. Sectional SEM (scanning electron microscope) was performed to confirm the characteristics of the thin film of the hole transporting layer of the organic solar cell produced in the above Examples and Comparative Examples.

단면 SEM 이미지 확인 결과, 실시예 1 내지 3과 같이 표면 처리된 정공수송층(총 두께 1㎛)의 경우 상부 표면(두께 150~200nm)에 PEDOT 결정립이 하부 영역보다 치밀한 박막 구조가 형성됨을 확인하였다. As a result of the cross-sectional SEM image inspection, it was confirmed that the thin film structure of PEDOT grains denser than the lower region was formed on the upper surface (150-200 nm thick) of the hole transport layer (total thickness 1 μm) surface-treated as in Examples 1 to 3.

이와 비교하여, 비교예 1의 정공수송층의 경우 막 전체에 걸쳐 PEDOT 결정립이 거의 고르게 분포하되, 하부 영역에 결정립이 좀더 많이 분포되어 있음을 확인하였다.On the other hand, in the case of the hole transport layer of Comparative Example 1, it was confirmed that the PEDOT crystal grains were distributed almost evenly throughout the film, while the crystal grains were more distributed in the lower region.

(2) 전기 전도도 변화 측정(2) Measurement of electrical conductivity change

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 태양전지의 정공수송층의 막 특성을 확인하기 위해, 홀 효과(Hall-Effect) 측정 장치를 사용하여 정공수송층(50) 막의 저항 및 전기 전도도를 측정하였다.In order to confirm the film characteristics of the hole transporting layer of the organic solar cell manufactured in the Examples and Comparative Examples, the resistance and electrical conductivity of the film of the hole transporting layer 50 were measured using a Hall-Effect measuring apparatus.

그 결과, 실시예 1 내지 3과 같이 표면 처리된 정공수송층의 경우 비교예 1의 정공수송층 대비 낮은 전기 전항을 나타내었으며, 이로 인해 표면 처리를 통해 정공수송층의 전기 전도도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다.As a result, it was found that the surface-treated positive hole transport layer as in Examples 1 to 3 exhibited a lower electric field than the positive hole transport layer of Comparative Example 1, and thus it was confirmed that the electric conductivity of the hole transport layer can be improved through surface treatment .

또한, 실시예 1 내지 3의 전기 전도도의 향상은 실시예 1의 DMSO와 실시예 3의 4-톨루엔 설폰산을 처리할 경우가 실시예 2의 이소프로필알코올 표면 처리보다 우수한 결과를 나타내었다.In addition, the improvement of the electrical conductivity of Examples 1 to 3 was superior to the isopropyl alcohol surface treatment of Example 2 when DMSO of Example 1 and 4-toluenesulfonic acid of Example 3 were treated.

(3) (3) 금속 이온 침투Metal ion penetration 방지 Prevention

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 유기 태양전지의 정공수송층 내 Ag 이온의 이동을 확인하기 위해, IPC-TM 650, Method 2.6.14에서 제안하는 항온항습을 이용한 시험방법(Resistance to electrochemical migration Polymer solder mask)를 이용하여 측정하였다. In order to confirm the migration of Ag ions in the hole transport layer of the organic solar cell prepared in the above Examples and Comparative Examples, a test method using constant temperature and humidity proposed in IPC-TM 650, Method 2.6.14 (Resistance to electrochemical migration Polymer solder mask).

그 결과, 실시예 1 내지 3과 같이 표면 처리된 정공수송층의 경우 Ag 이온의 마이그레이션이 거의 없었으며, 이와 비교하여 비교예 1의 정공수송층 내에서 Ag 이온이 석출됨을 확인하였다. As a result, in the case of the hole transport layer surface-treated as in Examples 1 to 3, there was almost no migration of Ag ions, and in comparison with this, it was confirmed that Ag ions were precipitated in the hole transport layer of Comparative Example 1.

실험예Experimental Example 3: 유기 태양전지 성능 평가 3: Evaluation of organic solar cell performance

상기 실시예 및 비교예에서 제작된 유기 태양전지의 성능을 평가하였다.The performance of the organic solar cell fabricated in the above Examples and Comparative Examples was evaluated.

Voc : open-circuit voltage, 개방전압Voc: open-circuit voltage, open-circuit voltage

Isc : short-circuit photocurrent density, 단락전류밀도Isc: short-circuit photocurrent density, short-circuit current density

FF : fill factor, 필팩터FF: fill factor, fill factor

Eff.: Efficiency, 효율Eff .: Efficiency, Efficiency

본 발명에 따라 표면 처리된 정공수송층을 구비한 실시예 1 내지 3의 유기 태양전지가 비교예 1의 유기 태양전지 대비 Isc 및 FF 면에서 향상된 효과를 확보할 수 있음을 확인하였다. It was confirmed that the organic solar cells of Examples 1 to 3 having the surface-treated hole transporting layer according to the present invention can secure an improved effect on the Isc and FF surfaces as compared with the organic solar cell of Comparative Example 1. [

본 발명에 따른 유기 태양전지는 차세대 전력 공급 장치로서 바람직하게 적용 가능하다.The organic solar cell according to the present invention can be suitably applied as a next generation power supply device.

100: 유기 태양전지
10: 기판
20: 하부 전극
30: 전자수송층
40: 광활성층
50: 표면 처리 정공수송층
60: 상부 전극
100: Organic solar cell
10: substrate
20: Lower electrode
30: electron transport layer
40: photoactive layer
50: Surface treatment Hole transport layer
60: upper electrode

Claims (8)

기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층되며,
상기 정공수송층은 표면 처리된 것인 유기 태양전지.
Board; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode are sequentially stacked,
Wherein the hole transport layer is surface-treated.
제1항에 있어서,
상기 정공수송층은 정공수송층 전체 두께 대비 표면 처리된 층이 1:0.01 내지 1:0.2의 두께비를 갖는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the hole transport layer has a thickness ratio of 1: 0.01 to 1: 0.2 in terms of the surface-treated layer with respect to the total thickness of the hole transport layer.
제1항에 있어서,
상기 표면 처리는 유기 용매 및 산 중 어느 하나의 표면 처리제로 수행하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the surface treatment is performed as a surface treatment agent of any one of an organic solvent and an acid.
제3항에 있어서,
상기 유기 용매는 에틸렌글리콜, 디메틸술폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, 4-메톡시페놀, 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 아세톤, 사이클로헥산, 사이클로펜타논, 사이클로헥사논, 디옥산, 터피네올 및 메틸에텔케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 유기 태양전지.
The method of claim 3,
The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, 4-methoxyphenol, acetonitrile, tetrahydrofuran, methanol, , Butanol, acetone, cyclohexane, cyclopentanone, cyclohexanone, dioxane, terpineol and methyl ether ketone.
제3항에 있어서,
상기 산은 포름산, 황산, 4-톨루엔 설폰산, 1-나프탈렌 설폰산 및 도데실설폰산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 유기 태양전지.
The method of claim 3,
Wherein the acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, sulfuric acid, 4-toluenesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid and dodecylsulfonic acid.
제1항에 있어서,
상기 정공수송층은 이온성 액체, 계면 활성제 및 불소계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종을 더 포함하는 유기 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the hole transport layer further comprises one selected from the group consisting of an ionic liquid, a surfactant, and a fluorinated polymer.
기판; 하부 전극; 전자수송층; 광활성층; 정공수송층; 및 상부 전극이 순차적으로 적층하는 단계를 포함하되,
상기 정공수송층 형성 이후 표면 처리 공정을 수행하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 유기 태양전지의 제조방법.
Board; A lower electrode; An electron transport layer; A photoactive layer; A hole transport layer; And an upper electrode are stacked in this order,
The method of manufacturing an organic solar battery according to any one of claims 1 to 6, wherein a surface treatment process is performed after the hole transport layer is formed.
제7항에 있어서,
상기 표면 처리 공정은 표면 처리제를 도포한 후 건조 공정으로 수행하는 유기 태양전지의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the surface treatment is performed by applying a surface treatment agent followed by a drying step.
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