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제안 방법
- 광원의 광량을 주어진 조건으로 맞추기 위해 ORIEL 기준태양전지(reference cell)을 이용하여 100 mW/cm2의 광량으로 맞춘 후 제작된 유기물 태양전지를 측정하였다. 위의 Fig.
- 박막 공정으로는 먼저 정공 수송층인 PEDOT:PSS를 스핀코터(Spin Coater)를 이용하여 패터닝 된 유리기판 위에 코팅한 후 90℃의 진공상태 오븐에서 1시간 동안 가열하였다. 광활성층은 MDMO-PPV와 PCBM의 각각의 비율로 혼합 된 용액을 정공 수송층 위에 동일한 방법의 스핀코팅법을 이용하여 박막을 형성한 뒤 90℃의 진공상태 오븐에서 1시간 동안 가열하였다. 이 시료를 금속 증착실로 옮겨 Al을 1200 Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성 하였다.
- 5wt-%의 농도로 섞은 뒤 상온에서 200rpm으로 10시간 교반하였다. 그 후에 각 시약을 MDMO-PPV와 PCBM의 비율이 각각 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5의 무게 비율로 섞어서 상온에서 1시간 교반하였다.
- 모든 소자의 전기적인 특성 및 효율은 ORIEL Solar Simulator와 KEITHELY SMU 2400 Source Measurement System을 연동하여 측정하였다.
- 박막 공정으로는 먼저 정공 수송층인 PEDOT:PSS를 스핀코터(Spin Coater)를 이용하여 패터닝 된 유리기판 위에 코팅한 후 90℃의 진공상태 오븐에서 1시간 동안 가열하였다. 광활성층은 MDMO-PPV와 PCBM의 각각의 비율로 혼합 된 용액을 정공 수송층 위에 동일한 방법의 스핀코팅법을 이용하여 박막을 형성한 뒤 90℃의 진공상태 오븐에서 1시간 동안 가열하였다.
- 본 논문에서 제작된 소자는 전자 주개 물질인 MDMO-PPV와 전자 받개 물질인 PCBM의 혼합 박막구조에서, 광활성층에서의 PCBM의 조성 비율을 변화시켜 가면서 유기물 태양전지를 구성하였다. 이 때 적절한 조성비를 구성하여 광여기 된 전자-정공쌍의 생성율을 증가시킴으로써 태양전지의 단락전류밀도(JSC)와 개방전압(VOC)의 증가를 초래하였고, 또한 최대 효율을 얻을 수 있는 VOpt, IOpt 값도 증가하여, 결과적으로 곡선인자(FF)와 에너지 변환 효율(PCE)의 개선을 가져 온 것으로 판단된다.
- 본 실험에서는 양극 ITO 전극과 음극 Al 전극 사이의 광활성층에 대하여 전자 주개 물질은 PPV 계열의 MDMO-PPV(Poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy1,4-phenylenevinylene)을 사용하였고, 전자 받개 물질은 Fullerene C60계열의 PCBM([6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)을 사용하여 복합박막 구조인 Bulkhetero Juction 구조로, 또한 ITO 양극과 광활성층 사이에는 정공 수송층으로 PEDOT:PSS를 사용하여 유기물 태양전지 소자를 제작하고, 이 때 광활성층의 전자 주개 물질(MDMO-PPV)와 전자 받개 물질(PCBM)의 혼합 농도 비율을 조절하여 그에 따른 태양전지 소자의 광변환 효율 특성을 평가하였다.
- 이 시료를 금속 증착실로 옮겨 Al을 1200 Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성 하였다.
- 표면 저항이 10Ω/□ 인 ITO가 코팅된 소다라임 유리 기판을 photolithography 공정을 통해 양극 전극을 패터닝(patterning)하였다. 이 후 기판 위의 유기물과 같은 오염물질을 제거하기 위해 아세톤, 메탄올, 이소프로필알코올(IPA)에 각각 5분간 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조하였다. 패터닝 된 유리 기판상에 유기물을 증착하기 전 기판상에 생길 수 있는 오염을 제거하고, 유기물과 ITO 사이의 계면 접착력을 향상시키기 위하여 유리 기판을 플라즈마 처리실로 옮겨 O2/Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF 전력 조건으로 1분간 플라즈마 표면처리 공정을 실시하였다.
- 정공 수송층과 광활성층은 스핀코팅 공법을 이용하여 박막을 증착하였으며, 음극 전극을 위한 금속(Al)은 5 × 10-8 Torr 이하의 고진공 상태에서 in-situ 방식으로 증착 되었으며, 증착 장비는 SUNICEL PLUS 200을 사용하였다.
- 제작된 유기물 태양전지의 전기적인 특성은 ORIEL Solar Simulator를 이용하여 100 mW/cm2의 세기로 광량을 맞춘 뒤 AM1.5조건에서 측정하였다. 광원은 150W 크기의 Xe 램프를 사용하였다.
- 이 후 기판 위의 유기물과 같은 오염물질을 제거하기 위해 아세톤, 메탄올, 이소프로필알코올(IPA)에 각각 5분간 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조하였다. 패터닝 된 유리 기판상에 유기물을 증착하기 전 기판상에 생길 수 있는 오염을 제거하고, 유기물과 ITO 사이의 계면 접착력을 향상시키기 위하여 유리 기판을 플라즈마 처리실로 옮겨 O2/Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF 전력 조건으로 1분간 플라즈마 표면처리 공정을 실시하였다. 정공 수송층과 광활성층은 스핀코팅 공법을 이용하여 박막을 증착하였으며, 음극 전극을 위한 금속(Al)은 5 × 10-8 Torr 이하의 고진공 상태에서 in-situ 방식으로 증착 되었으며, 증착 장비는 SUNICEL PLUS 200을 사용하였다.
- 표면 저항이 10Ω/□ 인 ITO가 코팅된 소다라임 유리 기판을 photolithography 공정을 통해 양극 전극을 패터닝(patterning)하였다. 이 후 기판 위의 유기물과 같은 오염물질을 제거하기 위해 아세톤, 메탄올, 이소프로필알코올(IPA)에 각각 5분간 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조하였다.
대상 데이터
- 5조건에서 측정하였다. 광원은 150W 크기의 Xe 램프를 사용하였다.
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