特許 6223558 有機太陽電池およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223558

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】有機太陽電池およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/44 20060101AFI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 130

【請求項の数】19

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-519449(P2016-519449)

(86)(22)【出願日】2014年6月13日

(65)【公表番号】特表2016-521920(P2016-521920A)

(43)【公表日】2016年7月25日

(86)【国際出願番号】KR2014005219

(87)【国際公開番号】WO2014200309

(87)【国際公開日】20141218

【審査請求日】2015年12月11日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0068543

(32)【優先日】2013年6月14日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ハンケン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ミン・チェ

(72)【発明者】

【氏名】ソンリム・ジャン

(72)【発明者】

【氏名】クン・チョ

(72)【発明者】

【氏名】ジェチョル・イ

【審査官】 濱田 聖司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６０９０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００６−５２１７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０７８５８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００１２１７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５０７５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／４２−５１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板、
前記基板上に備えられた第１電極、
前記第１電極に対向して備えられた第２電極、
前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および
前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、
前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、
前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、
前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっており、
前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の厚さは１Å〜３Åであり、
前記ハロゲン化アルカリ系金属はＭｇＦ_２である、有機太陽電池。

【請求項2】

前記第１電極上に前記金属酸化物を含む層が備えられ、前記金属酸化物を含む層上に前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層が備えられる、請求項１に記載の有機太陽電池。

【請求項3】

前記第１電極上に前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層が備えられ、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層上に前記金属酸化物を含む層が備えられる、請求項１に記載の有機太陽電池。

【請求項4】

基板、
前記基板上に備えられた第１電極、
前記第１電極に対向して備えられた第２電極、
前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および
前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、
前記電極改質層は金属酸化物およびハロゲン化アルカリ系金属を含む単一層構造であり、
前記ハロゲン化アルカリ系金属はＭｇＦ_２である、有機太陽電池。

【請求項5】

前記電極改質層は、前記金属酸化物の陽イオンと前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンの比率が１００：１〜１０：２である、請求項４に記載の有機太陽電池。

【請求項6】

前記電極改質層は前記第１電極に接して備えられる、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項7】

前記第１電極は透明電極である、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項8】

前記金属酸化物は、ＺｎＯ、ＴｉＯ_ｘ、ＮｉＯ、ＲｕＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_ｘ、Ｃｓ_２ＣＯ_３、ＭｏＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３およびＭｇＯからなる群から選択された１種または２種以上を含む、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項9】

前記金属酸化物を含む層の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の有機太陽電池。

【請求項10】

前記電極改質層の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項４に記載の有機太陽電池。

【請求項11】

前記基板は、ガラス、高分子物質および金属からなる群から選択された１種以上を含む、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項12】

前記基板はフレキシブル基板である、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項13】

前記光活性層は、バルク異種接合構造または二重層接合構造である、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項14】

前記第１電極と前記第２電極との間に、正孔注入層、正孔輸送層、中間層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）、正孔遮断層、電荷発生層、電子遮断層および電子輸送層からなる群から選択された１層以上の有機物層をさらに含む、請求項１または４に記載の有機太陽電池。

【請求項15】

基板を準備するステップ、
前記基板上に第１電極を形成するステップ、
前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、
前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および
前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、
前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、
前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、
前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっており、
前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の厚さは１Å〜３Åであり、
前記ハロゲン化アルカリ系金属はＭｇＦ_２である、有機太陽電池の製造方法。

【請求項16】

基板を準備するステップ、
前記基板上に第１電極を形成するステップ、
前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、
前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および
前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、
前記電極改質層はハロゲン化アルカリ系金属および金属酸化物を含む単一層構造であり、
前記ハロゲン化アルカリ系金属はＭｇＦ_２である、有機太陽電池の製造方法。

【請求項17】

前記金属酸化物層は、熱処理工程を省略して形成されるか、５０℃以上２５０℃以下の熱処理工程を利用して形成される、請求項１５に記載の有機太陽電池の製造方法。

【請求項18】

前記電極改質層は、熱処理工程を省略して形成されるか、５０℃以上２５０℃以下の熱処理工程を利用して形成される、請求項１６に記載の有機太陽電池の製造方法。

【請求項19】

前記電極改質層は、ハロゲン化アルカリ系金属粒子および金属酸化物粒子を用いた溶液工程で形成される、請求項１５または１６に記載の有機太陽電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は２０１３年６月１４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１３−００６８５４３号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。

【0002】

本明細書は有機太陽電池およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

現在、主に用いられているエネルギー源は石油、石炭、ガスである。これは全体的に用いられているエネルギー源の８０％に達する。しかし、現在のところ、石油および石炭エネルギーの枯渇状態が益々大きい問題となっており、増加する二酸化炭素と他の温室ガスの空気中への排出は益々深刻な問題を生じさせている。それに反し、無公害のグリーンエネルギーである再生エネルギーの利用は未だに全体エネルギー源の約２％にしかならない。そのため、エネルギー源の問題解決のための悩みは新たな再生エネルギーの開発研究にさらに拍車を加えるきっかけとなっている。風、水、太陽などといった新再生エネルギーの中でも最も関心を受けているのは太陽エネルギーである。太陽エネルギーを用いた太陽電池は、公害が少なく、資源が無限的で半永久的な寿命を有しているため、未来のエネルギー問題を解決できるエネルギー源として期待されている。

【0004】

太陽電池は、光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）を応用することにより、太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる素子である。太陽電池は、薄膜を構成する物質に応じて無機太陽電池と有機太陽電池に分けることができる。典型的な太陽電池は、無機半導体である結晶性シリコン（Ｓｉ）をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）してｐ−ｎ接合に作ったものである。光を吸収して生じる電子と正孔はｐ−ｎ接合点にまで拡散し、その電界によって加速されて電極に移動する。この過程の電力変換効率は外部回路に与えられる電力と太陽電池に入った太陽電力の比で定義され、現在標準化された仮想の太陽照射条件で測定した時に２４％程度まで達成された。しかし、従来の無機太陽電池は既に経済性と材料上の需給に限界を見せているため、加工し易く安価で様々な機能性を有する有機太陽電池が長期的な代替エネルギー源として脚光を浴びている。

【0005】

初期の有機太陽電池は米国ＵＣＳＢのＨｅｅｇｅｒ教授グループが主導的に技術開発を牽引した。有機太陽電池に用いられる単分子有機物質または高分子材料は、容易で、速く、低価、大面積の工程が可能な長所を有している。

【0006】

しかし、現在までの研究で、有機太陽電池はエネルギー変換効率が低いという短所がある。よって、現時点で他の太陽電池との競争力を確保するためには効率向上が非常に重要であると言える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】韓国公開公報第２０１３−００９０３０４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本明細書は有機太陽電池およびその製造方法を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本明細書の一実施状態は、基板、前記基板上に備えられた第１電極、前記第１電極に対向して備えられた第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっている有機太陽電池を提供する。

【0010】

本明細書の一実施状態は、基板、前記基板上に備えられた第１電極、前記第１電極に対向して備えられた第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、前記電極改質層は金属酸化物およびハロゲン化アルカリ系金属を含む単一層構造である有機太陽電池を提供する。

【0011】

本明細書の一実施状態は、基板を準備するステップ、前記基板上に第１電極を形成するステップ、前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっている有機太陽電池の製造方法を提供する。

【0012】

本明細書の一実施状態は、基板を準備するステップ、前記基板上に第１電極を形成するステップ、前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、前記電極改質層はハロゲン化アルカリ系金属および金属酸化物を含む単一層構造である有機太陽電池の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0013】

本明細書の一実施状態による有機太陽電池は電子伝達能力に優れるため、光短絡電流密度Ｊ_ｓｃの増加および効率の上昇を実現することができる。

【0014】

また、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は、充填率（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ：ＦＦ）を向上させて高効率を実現することができる。

【0015】

また、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は電極と有機物層の界面接触特性を改善することができ、エネルギー障壁の調節によって電荷注入障壁を下げて電荷収集の増加および電荷の再結合を防止することができる。

【0016】

なお、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は製造時の熱処理温度を下げることができ、それによって工程単価を下げることができる。

【0017】

さらに、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は低い熱処理温度で製造することができるため、プラスチック材質の基板を適用できるという長所がある。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本明細書の一実施状態による有機太陽電池の積層構造を示すものである。

【図2】本明細書の一実施状態による有機太陽電池の積層構造を示すものである。

【図3】本明細書の一実施状態による有機太陽電池の積層構造を示すものである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本明細書において、ある部材が他の部材「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、２つの部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。

【0020】

本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に逆の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。

【0021】

以下、本明細書についてより詳細に説明する。

【0022】

本明細書の一実施状態は、基板、前記基板上に備えられた第１電極、前記第１電極に対向して備えられた第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、
前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、
前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、
前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっている有機太陽電池を提供する。

【0023】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１０％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっていてもよい。

【0024】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極上に前記金属酸化物を含む層が備えられ、前記金属酸化物を含む層上に前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層が備えられることができる。

【0025】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極上に前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層が備えられ、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層上に前記金属酸化物を含む層が備えられることができる。

【0026】

図１および図２は、本明細書の一実施状態による有機太陽電池の積層構造を示すものである。具体的には、図１および図２は、基板１０１上に第１電極２０１が備えられ、前記第１電極２０１上に２層構造の電極改質層として金属酸化物を含む層４０１およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層５０１が備えられ、前記電極改質層上に光活性層６０１が備えられ、前記光活性層上に第２電極のバッファ層７０１が備えられ、前記第２電極のバッファ層７０１上に第２電極が備えられた積層構造を示すものである。但し、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は図１および図２の積層構造に限定されず、追加の層がさらに備えられることができる。

【0027】

前記金属酸化物を含む層は前記第１電極の特性を改質する役割をすることができる。具体的には、第１電極がｐ型の半導体特性を示す場合、ｎ型の半導体特性を有する金属酸化物を含む層を形成して第１電極の特性を変化させることができる。

【0028】

前記金属酸化物を含む層がない場合、ｐ型の半導体特性を有する透明電極上に有機物層が接する場合、オーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）がなされず、有機太陽電池の効率低下が発生しうる。よって、前記金属酸化物を含む層は透明電極と有機物層との間に電子流れを円滑にすることができる。但し、金属酸化物を含む層のみを電極改質層として用いる場合、ｎタイプ層として性能が低い。また、金属酸化物を含む層上に塗布される有機物層との界面特性が良くないため、有機太陽電池の充電効率が良くなく、薄膜の厚さおよび平坦化に対する制御が困難な問題がある。さらに、前記金属酸化物を含む層はナノ構造を生成するために高温で熱処理をする過程が必要であるため、熱に弱いプラスチック基板などの使用が制限されるという問題があった。そこで、本発明者らは、金属酸化物を含む層の熱処理温度を下げても高性能を実現できる有機太陽電池を開発した。

【0029】

本明細書の一実施状態による有機太陽電池は、電極改質層として前記金属酸化物を含む層にハロゲン化アルカリ系金属を含む層をさらに備えることにより、低い熱処理をしても優れた性能を発揮することができる。具体的には、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は、透明電極と金属酸化物との間または金属酸化物と光活性層との間に形成されるダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）による電荷注入障壁を低下することができる。また、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層によるアルカリ系金属のドーピング効果が発生して、電荷の収集および輸送特性が改善し、電荷密度の増加を実現することができる。

【0030】

前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層は、透明電極および／または金属酸化物を含む層の特性を改質する役割をすることができる。前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層は有機物層との界面障壁を下げることができ、低温の熱処理によっても金属酸化物を含む層を形成できるという長所がある。

【0031】

具体的には、金属酸化物を含む層のみを電極改質層として用いる場合には２００℃以上の高温の熱処理過程が必要であったが、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は１５０℃以下の低温の熱処理過程によっても前記金属酸化物を含む層を形成することができる。

【0032】

本明細書の一実施状態による有機太陽電池は低温の熱処理による金属酸化物を含む層の短所を改善することができ、それによって様々な種類の基板を適用できるという利点がある。すなわち、高温の適用が困難なフレキシブル基板、具体的にはプラスチック材質の基板を用いて有機太陽電池を製作できるという長所もある。

【0033】

本明細書の一実施状態は、基板、前記基板上に備えられた第１電極、前記第１電極に対向して備えられた第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた光活性層を含む１層以上の有機物層、および前記第１電極と前記光活性層との間に備えられた電極改質層を含み、
前記電極改質層は金属酸化物およびハロゲン化アルカリ系金属を含む単一層構造である有機太陽電池を提供する。

【0034】

図３は、本明細書の一実施状態による有機太陽電池の積層構造を示すものである。具体的には、図３は、基板１０１上に第１電極２０１が備えられ、前記第１電極２０１上に単一層構造の電極改質層８０１が備えられ、前記電極改質層８０１上に光活性層６０１が備えられ、前記光活性層上に第２電極のバッファ層７０１が備えられ、前記第２電極のバッファ層７０１上に第２電極が備えられた積層構造を示すものである。但し、本明細書の一実施状態による有機太陽電池は図３の積層構造に限定されず、追加の層がさらに備えられることができる。

【0035】

本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層は、前記金属酸化物の陽イオンと前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンの比率が１００：１〜１０：２であってもよい。

【0036】

前記単一層構造の電極改質層を含む前記有機太陽電池は、前述した前記２層構造の電極改質層を含む有機太陽電池と同一の効果を発揮することができる。すなわち、前記単一層構造の電極改質層を含む前記有機太陽電池は、１５０℃以下の低温の熱処理過程によっても優れた性能を実現することができる。具体的には、前記ハロゲン化アルカリ系金属によって前記電極改質層の電荷移動能力が上昇し、それによって低温の熱処理工程によっても高導電性の金属酸化物構造が前記電極改質層内に形成されることができる。特に、前記単一層構造の電極改質層の場合、ハロゲン化アルカリ系金属層を構成するために蒸着などの乾式工程を用いることなく溶液上で容易に実現することができるため、大面積化する場合に低費用で実現できるという長所がある。

【0037】

本明細書の一実施状態によれば、前記電極改質層は前記第１電極に接して備えられることができる。

【0038】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物は、ＺｎＯ、ＴｉＯ_ｘ、ＮｉＯ、ＲｕＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_ｘ、Ｃｓ_２ＣＯ_３、ＭｏＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３およびＭｇＯからなる群から選択された１種または２種以上を含むことができる。

【0039】

本明細書の一実施状態によれば、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＦｒＦ、ＢｅＦ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２およびＲａＦ_２からなる群から選択された１種または２種以上を含むことができる。

【0040】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物を含む層はアルカリ系金属イオンでドーピングされることができる。

【0041】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物を含む層の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物を含む層の厚さは２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であってもよい。

【0042】

本明細書の一実施状態によれば、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の厚さは０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下であってもよい。具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の厚さは１ｎｍ以上７ｎｍ以下であってもよい。

【0043】

本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層の厚さは２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であってもよい。

【0044】

本明細書の一実施状態によれば、前記電極改質層は透明電極改質層であってもよい。

【0045】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極は透明電極であってもよい。

【0046】

本明細書の一実施状態によれば、前記第２電極は金属電極であってもよい。

【0047】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極は透明電極であり、前記第２電極は金属電極であってもよい。

【0048】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極および前記第２電極は透明電極であってもよい。

【0049】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極は金属電極であり、前記第２電極は透明電極であってもよい。

【0050】

本明細書の「透明」は可視光線の透過率が５０％以上であることを意味することができる。具体的には、前記「透明」は可視光線の透過率が７５％以上１００％以下であることを意味することができる。

【0051】

本明細書の一実施状態によれば、前記透明電極は透明導電酸化物層であってもよい。具体的には、前記透明導電酸化物層は、ガラスおよび石英板の他にＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈｅｌａｔｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｒｎａｔｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＯＭ（ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｌｅｎｅ）、ＡＳ樹脂（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＡＢＳ樹脂（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）およびＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）などを含むプラスチックのようにフレキシブルで透明な基板上に導電性を有する物質がドーピングされたものが用いられることができる。より具体的には、前記透明導電酸化物層はＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３およびＡＴＯ（ａｎｔｉｍｏｎｙ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）などであってもよく、より具体的にはＩＴＯであってもよい。

【0052】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属電極は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択された１種または２種以上を含むことができる。より具体的には、前記金属電極は銀（Ａｇ）であってもよい。

【0053】

本明細書の一実施状態によれば、前記基板は、ガラス、高分子物質および金属からなる群から選択された１種以上を含むことができる。具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記基板は透明基板であってもよい。具体的には、前記透明基板はソーダ灰ガラスまたは透明プラスチックであってもよいが、これらに限定されるものではない。

【0054】

本明細書の一実施状態によれば、前記基板はフレキシブル基板であってもよい。

【0055】

本明細書の一実施状態によれば、前記基板は高分子物質を含むフレキシブル基板であってもよい。具体的には、前記基板はプラスチック材質の基板であってもよい。

【0056】

本明細書の一実施状態によれば、前記高分子物質は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン共重合体、ポリプロピレン（ＰＰ）、プロピレン共重合体、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）（ＴＰＸ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリビニルアセタール、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ素樹脂、フェノール樹脂（ＰＦ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、尿素樹脂（ＵＦ）、不飽和ポリエステル（ＵＰ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ジアリルフタルレート樹脂（ＤＡＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリアミド（ＰＡ）、シリコン樹脂（ＳＩ）またはこれらの混合物および化合物を含むことができる。

【0057】

本明細書の一実施状態によれば、前記第１電極はアノードであり、前記第２電極はカソードであってもよい。また、前記第１電極はカソードであり、前記第２電極はアノードであってもよい。

【0058】

本明細書の一実施状態によれば、前記有機太陽電池は逆（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）構造であってもよい。具体的には、前記逆構造は基板上に備えられた第１電極がカソードであることを意味する。

【0059】

本明細書の一実施状態によれば、前記有機太陽電池はノーマル構造であってもよい。具体的には、前記ノーマル構造は基板上に備えられた第１電極がアノードであることを意味する。

【0060】

本明細書の一実施状態によれば、前記有機太陽電池は、前記光活性層と前記第２電極との間に備えられた第２電極のバッファ層をさらに含むことができる。具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記第２電極のバッファ層は金属電極と光活性層との間に位置することができ、前記バッファ層は金属電極と光活性層との間の界面エネルギーを制御して円滑な電荷流れを誘導することができる。

【0061】

本明細書の一実施状態によれば、前記第２電極のバッファ層は導電性高分子および／または金属酸化物を含むことができる。具体的には、前記導電性高分子は共役高分子物質、誘電体高分子、グラフェン炭素ナノチューブおよびそれらの複合体などが可能である。具体的には、前記共役高分子物質は、ＰＥＮ（ｐｏｌｙ［（９，９−ｂｉｓ（３０−（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ）−２，７−ｆｌｕｏｒｅｎｅ）−ａｌｔ−２，７−（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ）］）およびＦＰＱ−Ｂｒ（ｐｏｌｙ［９，９’−ｂｉｓ［６’’−（Ｎ，Ｎ，Ｎ−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ）ｈｅｘｙｌ］ｆｌｕｏｒｅｎｅ−ｃｏ−ａｌｔ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ］ｄｉｂｒｏｍｉｄｅ）などであってもよい。また、前記誘電体高分子は、ＰＥＩ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ）およびＰＥＩＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ）などであってもよい。また、前記導電性高分子は、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、芳香族アミン化合物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）およびポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）からなる群から選択された１種または２種以上を含むことができる。

【0062】

本明細書の一実施状態によれば、第２電極のバッファ層に含まれる前記金属酸化物はＶ_２Ｏ_５および／またはＭｏＯ_３を含むことができる。

【0063】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層はバルク異種接合構造または二重層接合構造であってもよい。前記バルク異種接合構造はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ：ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）の接合型であってもよく、前記二重層接合構造はバイレイヤ（ｂｉ−ｌａｙｅｒ）の接合型であってもよい。前記バイレイヤ（ｂｉ−ｌａｙｅｒ）のｐ−ｎ接合型の光活性単位は、ｐ型半導体薄膜とｎ型半導体薄膜の２層からなる光活性層を含む。ＢＨＪ（ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）接合型の光活性単位は、ｎ型半導体とｐ型半導体がブレンドされた光活性層を含む。

【0064】

本明細書の前記光活性層は光励起によってｐ型半導体が電子と正孔が対をなしたエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成し、前記エキシトンがｐ−ｎ接合部において電子と正孔に分離する。分離した電子と正孔はｎ型半導体薄膜およびｐ型半導体薄膜に各々移動し、これらが各々第１電極と第２電極に収集されることにより、外部で電気エネルギーとして利用することができる。

【0065】

本明細書の実施状態において、前記光活性層は、光活性物質として、電子供与物質および電子受容物質を含む。本明細書において、光活性物質は前記電子供与物質および前記電子受容物質を意味することができる。

【0066】

前記光活性層は光励起によって前記電子供与物質が電子と正孔が対をなしたエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成し、前記エキシトンが電子供与体／電子受容体の界面において電子と正孔に分離する。分離した電子と正孔は電子供与物質および電子受容物質に各々移動し、これらが各々第１電極と第２電極に収集されることにより、外部で電気エネルギーとして利用することができる。

【0067】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子供与物質と電子受容物質の質量比は１：１０〜１０：１であってもよい。具体的には、本明細書の前記電子受容物質と電子供与物質の質量比は１：０．５〜１：５であってもよい。

【0068】

本明細書の前記光活性層は、電子供与物質および電子受容物質がＢＨＪ（ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することができる。本明細書の前記光活性層は、前記電子供与物質および電子受容物質が混合された後に特性を最大化させるために３０〜３００℃で１秒〜２４時間アニーリングを行うことができる。

【0069】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層は、少なくとも１種の電子供与物質および少なくとも１種の電子受容物質を含むことができる。

【0070】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層は、少なくとも２種の電子供与物質および少なくとも１種の電子受容物質を含むことができる。

【0071】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層は、少なくとも１種の電子供与物質および少なくとも２種の電子受容物質を含むことができる。

【0072】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子供与体、または少なくとも１種の電子受容体と少なくとも１種の電子供与体の重合体を含むことができる。前記電子供与物質は少なくとも１種の電子供与体を含むことができる。また、前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子受容体と少なくとも１種の電子供与体の重合体を含むことができる。

【0073】

具体的には、本明細書の一実施状態によれば、前記電子供与物質は下記化学式で表される電子受容体のうち少なくとも１つを含む共重合体であってもよい。

【化1】

【0074】

前記電子供与物質において、
Ｒ_２〜Ｒ_５は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、ＯおよびＳ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成してもよい。

【0075】

Ｘ_１およびＸ_２は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、ＣＲＲ’、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ’、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ’、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択され、Ｙ_１〜Ｙ_４は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、ＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群から選択される。

【0076】

ＲおよびＲ’は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、ＯおよびＳ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成してもよい。

【0077】

また、本明細書の一実施状態によれば、前記電子供与物質は、下記化学式で表される電子供与体のうち少なくとも１つを含む共重合体であってもよい。

【化2】

【0078】

前記電子供与体において、
Ｒ_２およびＲ_３は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成してもよい。

【0079】

Ｘ_１〜Ｘ_３は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、ＣＲＲ’、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ’、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ’、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択され、Ｙ_１およびＹ_２は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、ＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群から選択され、
前記ＲおよびＲ’は互いに同一であるかまたは異なり、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、ＯおよびＳ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成してもよい。

【0080】

前記ａは１〜４の整数であってもよく、前記ｂは１〜６の整数であってもよく、前記ｃは１〜８の整数であってもよく、前記ｄは１〜３の整数であってもよく、前記ｅは１〜３の整数であってもよい。

【0081】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層は添加剤をさらに含むことができる。

【0082】

本明細書の一実施状態によれば、前記添加剤は電荷の移動および電荷の密度を調節するための物質であることができ、具体的には、ルイス酸物質、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ジヒドロベンゾイミダゾール系物質、メタロセンダイマー物質などであってもよい。

【0083】

また、本明細書の一実施状態によれば、前記添加剤は前記光活性層の混和性および／またはモルホロジーの調節のための物質であることができ、具体的には、１，８−ジヨードオクタン（１，８−Ｄｉｉｏｄｏｏｃｔａｎｅ）、１，８−オクタンジチオール（１，８−ｏｃｔａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）、トリエチレングリコール（Ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）、１，８−ジブロモオクタン（１，８−Ｄｉｂｒｏｍｏｏｃｔａｎｅ）、１，４−ジヨードブタン（１，４−Ｄｉｉｏｄｏｂｕｔａｎｅ）、１，６−ジヨードヘキサン（１，６−Ｄｉｉｏｄｏｈｅｘａｎｅ）、ヘキサデカン（Ｈｅｘａｄｅｃａｎｅ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（Ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｄｉｂｕｔｙｌｅｔｈｅｒ）、１−クロロナフタレン（１−Ｃｈｌｏｒｏｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）、ニトロベンゼン（Ｎｉｔｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）、４−ブロモアニソール（４−Ｂｒｏｍｏａｎｉｓｏｌｅ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、３−メチルチオフェン（３−Ｍｅｔｈｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、３−ヘキシルチオフェン（３−Ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、１−メチルナフタレン（１−Ｍｅｔｈｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）、ジフェニルエーテル（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｅｔｈｅｒ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高分子などであってもよい。

【0084】

具体的には、前記電子供与物質は、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２’−ｅｔｈｙｌ−ｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ］）をはじめとして、チオフェン系、フルオレン系、カルバゾール系などの様々な高分子物質および単分子物質であってもよい。

【0085】

具体的には、前記単分子物質は、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、亜鉛フタロシアニン（ｚｉｎｃ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、トリス［４−（５−ジシアノメチリデンメチル−２−チエニル）フェニル］アミン（ｔｒｉｓ［４−（５−ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｉｄｅｎｅｍｅｔｈｙｌ−２−ｔｈｉｅｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ］ａｍｉｎｅ）、２，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジベンジルアミノ）−２，６−ジヒドロキシフェニル］スクアライン（２，４−ｂｉｓ［４−（Ｎ，Ｎ−ｄｉｂｅｎｚｙｌａｍｉｎｏ）−２，６−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ］ｓｑｕａｒａｉｎｅ）、ベンズ［ｂ］アントラセン（ｂｅｎｚ［ｂ］ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ）およびペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）からなる群から選択された１種以上の物質を含むことができる。

【0086】

具体的には、前記高分子物質は、ポリ３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ：ｐｏｌｙ ３−ｈｅｘｙｌ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ＰＣＤＴＢＴ（ｐｏｌｙ［Ｎ−９’−ｈｅｐｔａｄｅｃａｎｙｌ−２，７−ｃａｒｂａｚｏｌｅ−ａｌｔ−５，５−（４’−７’−ｄｉ−２−ｔｈｉｅｎｙｌ−２’，１’，３’−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ）］）、ＰＣＰＤＴＢＴ（ｐｏｌｙ［２，６−（４，４−ｂｉｓ−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）−４Ｈ−ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−ａｌｔ−４，７−（２，１，３−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ）］）、ＰＦＯ−ＤＢＴ（ｐｏｌｙ［２，７−（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌ−ｆｌｕｏｒｅｎｅ）−ａｌｔ−５，５−（４，７−ｄｉ ２−ｔｈｉｅｎｙｌ−２，１，３−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ）］）、ＰＴＢ７（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］］）、ＰＳｉＦ−ＤＢＴ（Ｐｏｌｙ［２，７−（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌ−ｄｉｂｅｎｚｏｓｉｌｏｌｅ）−ａｌｔ−４，７−ｂｉｓ（ｔｈｉｏｐｈｅｎ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｏ−２，１，３−ｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ］）からなる群から選択された１種以上の物質を含むことができる。

【0087】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子受容物質はフラーレン誘導体または非フラーレン誘導体であってもよい。

【0088】

本明細書の一実施状態によれば、前記フラーレン誘導体はＣ６０〜Ｃ９０のフラーレン誘導体である。具体的には、前記フラーレン誘導体はＣ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体であってもよい。

【0089】

本明細書の一実施状態によれば、前記Ｃ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体は、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成する置換基でさらに置換されてもよい。

【0090】

本明細書の一実施状態によれば、前記フラーレン誘導体は、Ｃ７６フラーレン誘導体、Ｃ７８フラーレン誘導体、Ｃ８４フラーレン誘導体およびＣ９０フラーレン誘導体からなる群から選択されることができる。

【0091】

本明細書の一実施状態によれば、前記Ｃ７６フラーレン誘導体、Ｃ７８フラーレン誘導体、Ｃ８４フラーレン誘導体およびＣ９０フラーレン誘導体は、各々独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうち１個以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群から選択されるか、隣接した２個の置換基は縮合環を形成する置換基でさらに置換されてもよい。

【0092】

前記フラーレン誘導体は、非フラーレン誘導体に比べて、電子−正孔対（ｅｘｃｉｔｏｎ、ｅｌｅｃｔｒｏｎ− ｈｏｌｅ ｐａｉｒ）を分離する能力と電荷移動度に優れて効率特性に有利である。

【0093】

本明細書の一実施状態によれば、前記光活性層は、ポリ３−ヘキシルチオフェン［Ｐ３ＨＴ：ｐｏｌｙ ３−ｈｅｘｙｌ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ］を電子供与物質とし、［６，６］−フェニル−Ｃ_６１−ブチル酸メチルエステル（ＰＣ_６１ＢＭ）および／または［６，６］−フェニル−Ｃ_７１−ブチル酸メチルエステル（ＰＣ_７１ＢＭ）を電子受容物質として含むことができる。

【0094】

本明細書の一実施状態において、前記電子供与物質と電子受容物質の質量比は１：０．４〜１：２であってもよく、具体的には１：０．７であってもよい。但し、前記光活性層は上記の物質にのみ限定されるものではない。

【0095】

前記のような光活性物質は、有機溶媒に溶解させた後、溶液をスピンコーティングなどの方法により、５０ｎｍから２８０ｎｍ範囲の厚さで光活性層を導入する。この時、光活性層は、ディップコーティング、スクリーン印刷、スプレーコーティング、ドクターブレード、刷毛塗り法などの方法を応用することができる。

【0096】

また、前記電子受容体はＰＣ_６１ＢＭを含み、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４などの他のフラーレン誘導体を用いることもでき、コーティングされた薄膜は８０℃〜１６０℃で熱処理して導電性高分子の結晶性を高めた方が良い。

【0097】

本明細書の前記正孔輸送層および／または電子輸送層物質は、電子と正孔を光活性層に効率的に伝達させることによって、生成される電荷が電極に移動する確率を高める物質であることができるが、特に制限されない。

【0098】

本明細書の一実施状態によれば、前記正孔輸送層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_ｘ）、バナジウム酸化物（Ｖ_２Ｏ_５）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびタングステン酸化物（ＷＯ_ｘ）からなる群から選択された１種以上を含むことができる。

【0099】

本明細書の一実施状態によれば、前記正孔輸送層はアノードバッファ層であってもよい。

【0100】

前記前処理された光活性層の上部には、正孔輸送層がスピンコーティング、ディップコーティング、インクジェット印刷、グラビア印刷、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、グラビアコーティング、刷毛塗り法、熱蒸着などの方法によって導入されることができる。本明細書の一実施状態によれば、前記正孔輸送層はＭｏＯ_３を熱蒸着システムによって５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成されることができる。

【0101】

本明細書の一実施状態によれば、前記有機太陽電池は巻き取られた構造であってもよい。具体的には、前記有機太陽電池は柔軟なフィルム形態に製造することができ、これを円筒形に巻いて中が空いている巻き取られた構造の太陽電池に作ることができる。前記有機太陽電池が巻き取られた構造である場合、これを地面に立てておく方式で設置することができる。この場合、前記有機太陽電池を設置した位置の太陽が東方から西方に移動する間、光の入射角が最大になる部分を確保することができる。よって、太陽が照り付ける間、最大限に多くの光を吸収して効率を上げるという利点がある。

【0102】

本明細書の一実施状態によれば、前記有機太陽電池は、前記第１電極と前記第２電極との間に正孔注入層、正孔輸送層、中間層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）、正孔遮断層、電荷発生層、電子遮断層および電子輸送層からなる群から選択された１層以上の有機物層をさらに含むことができる。

【0103】

本明細書の一実施状態によれば、前記正孔輸送層および／または電子輸送層物質は、電子と正孔を光活性層に効率的に伝達させることによって、生成される電荷が電極に移動する確率を高める物質であることができるが、特に制限されない。

【0104】

前記中間層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）は、正孔注入層と正孔輸送層との間に位置する層をいう。

【0105】

前記電荷発生層（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）は、電圧を印加すれば正孔と電子が発生する層をいう。

【0106】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子輸送層は、導電性酸化物および金属からなる群から選択された１または２以上を含むことができる。

【0107】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子輸送層の導電性酸化物は電子抽出金属酸化物（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ）であってもよく、具体的には、チタニウム酸化物（ＴｉＯ_ｘ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）およびセシウムカーボネート（Ｃｓ_２ＣＯ_３）からなる群から選択された１種以上を含むことができる。

【0108】

前記電子輸送層は、スパッタリング、Ｅ−Ｂｅａｍ、熱蒸着、スピンコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ドクターブレードまたはグラビア印刷法を利用して第１電極の一面に塗布されるか、フィルム形態でコーティングされることによって形成されることができる。

【0109】

本明細書の一実施状態によれば、前記電子輸送層はカソードバッファ層であってもよい。

【0110】

以下、本明細書の一実施状態による有機太陽電池の製造方法を記載する。

【0111】

本明細書の一実施状態は、基板を準備するステップ、前記基板上に第１電極を形成するステップ、前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、
前記電極改質層は金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層からなる２層構造であり、
前記金属酸化物を含む層およびハロゲン化アルカリ系金属を含む層は互いに接して備えられ、
前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層の界面から前記金属酸化物を含む層の全体厚さの１５％以下の厚さにまで前記ハロゲン化アルカリ系金属の陽イオンが広がっている有機太陽電池の製造方法を提供する。

【0112】

本明細書の一実施状態は、基板を準備するステップ、前記基板上に第１電極を形成するステップ、前記第１電極上に電極改質層を形成するステップ、前記電極改質層上に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ、および前記有機物層上に第２電極を形成するステップを含み、
前記電極改質層はハロゲン化アルカリ系金属および金属酸化物を含む単一層構造である有機太陽電池の製造方法を提供する。

【0113】

本明細書の一実施状態によれば、前記金属酸化物層は、熱処理工程を省略して形成されるか、５０℃以上２５０℃以下の熱処理工程を利用して形成されることができる。

【0114】

本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層は、熱処理工程を省略して形成されるか、５０℃以上２５０℃以下の熱処理工程を利用して形成されることができる。

【0115】

本明細書の一実施状態によれば、前記電極改質層は、ハロゲン化アルカリ系金属粒子および金属酸化物粒子を用いた溶液工程で形成されることができる。

【0116】

本明細書の一実施状態による前記２層構造の電極改質層において、前記金属酸化物を含む層と前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層を各々溶液工程で形成することができる。または、本明細書の一実施状態による前記２層構造の電極改質層において、前記金属酸化物を含む層は溶液工程で形成され、前記ハロゲン化アルカリ系金属を含む層は蒸着工程を用いて形成されることができる。

【0117】

本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層は、ハロゲン化アルカリ系金属粒子および金属酸化物粒子が分散したゾル−ゲルコーティング溶液を用いて形成されることができる。

【0118】

本明細書の一実施状態によれば、前記単一層構造の電極改質層は、ハロゲン化アルカリ系金属粒子および金属酸化物粒子を溶液に分散して形成されることができる。

【実施例】

【0119】

以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。但し、本明細書による実施例は色々な他の形態に変形されることができ、本明細書の範囲が下記にて詳述する実施例に限定されるものではない。本明細書の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。

【0120】

［実施例１］
ＩＴＯガラスをアセトンおよびエタノールに各々３０分ずつ音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）を利用して洗浄し、ＵＶＯ（ｕｖ／ｏｚｏｎｅ）を用いて１５分間表面処理した。前記ＩＴＯガラス上にＺｎＯ溶液をコーティングした後、２００℃で１０分間熱処理した。前記ＺｎＯ層上にＬｉＦを１×１０^−７ｔｏｒｒの真空度で１Åの厚さで真空蒸着した後、１：０．７の比率で混合したＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ溶液をコーティングして約２２０ｎｍの光活性層を形成した後、１１０℃で１０分間熱処理した。前記光活性層上に１×１０^−７ｔｏｒｒでＭｏＯ_３／Ａｇ電極を蒸着して有機太陽電池を製作した。

【0121】

［実施例２］
ＬｉＦを３Å厚さで蒸着したことを除いては、前記実施例１と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0122】

［実施例３］
ＬｉＦを５Å厚さで蒸着したことを除いては、前記実施例１と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0123】

［比較例１］
ＬｉＦ層を形成せず、前記実施例１と同様の方法により有機太陽電池を製造した。
前記実施例１〜３および比較例１による有機太陽電池の物性を下記の表１に示す。

【0124】

【表1】

【0125】

本明細書において、Ｖ_ｏｃは開放電圧を、Ｊ_ｓｃは短絡電流を、ＦＦは充填率（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を、ＰＣＥはエネルギー変換効率を意味する。開放電圧と短絡電流は各々電圧−電流密度曲線の四象限においてＸ軸とＹ軸の切片であり、この２値が高いほど太陽電池の効率は好ましく高くなる。また、充填率（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）は、曲線内部に描ける長方形の広さを短絡電流と開放電圧の積で分けた値である。この３つの値を照射された光の強さで分けるとエネルギー変換効率を求めることができ、高い値であるほど好ましい。

【0126】

［実施例４］
ＩＴＯガラスをアセトンおよびエタノールに各々３０分ずつ音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）を利用して洗浄し、ＵＶＯ（ｕｖ／ｏｚｏｎｅ）を用いて１５分間表面処理した。前記ＩＴＯガラス上にＺｎＯ溶液をコーティングした後、熱処理なしで乾燥した。前記ＺｎＯ層上にＬｉＦを１×１０^−７ｔｏｒｒの真空度で３Åの厚さで真空蒸着した後、１：０．７の比率で混合したＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ溶液をコーティングして約２２０ｎｍの光活性層を形成した後、１１０℃で１０分間熱処理した。前記光活性層上に１×１０^−７ｔｏｒｒでＭｏＯ_３／Ａｇ電極を蒸着して有機太陽電池を製作した。

【0127】

［実施例５］
ＺｎＯを１００℃で１０分間熱処理したことを除いては、前記実施例４と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0128】

［実施例６］
ＺｎＯを１５０℃で１０分間熱処理したことを除いては、前記実施例４と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0129】

［実施例７］
ＺｎＯを２００℃で１０分間熱処理したことを除いては、前記実施例４と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0130】

［比較例２］
ＬｉＦ層を形成せず、前記実施例４と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0131】

［比較例３］
ＬｉＦ層を形成せず、前記実施例５と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0132】

［比較例４］
ＬｉＦ層を形成せず、前記実施例６と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0133】

［比較例５］
ＬｉＦ層を形成せず、前記実施例７と同様の方法により有機太陽電池を製造した。
前記実施例４〜７および比較例２〜５による有機太陽電池の物性を下記の表２に示す。

【0134】

【表2】

【0135】

［実施例８］
ＩＴＯガラスをアセトンおよびエタノールに各々３０分ずつ音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）を利用して洗浄し、ＵＶＯ（ＵＶ／ｏｚｏｎｅ）を用いて１５分間表面処理した。前記ＩＴＯガラス上にＭｇＦ_２を１×１０^−７ｔｏｒｒの真空度で１Åの厚さで真空蒸着した後、ＺｎＯ溶液をコーティングして２００℃で１０分間熱処理した。前記ＺｎＯ層上にＰＢＤＴＴＰＤ（Ｐｏｌｙ（ｂｅｎｚｏ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅａｌｔ−ｔｈｉｅｎｏ［３，４−ｃ］ｐｙｒｒｏｌｅ−４，６−ｄｉｏｎｅ）とＰＣ_６１ＢＭを１：１．５でコーティングした溶液を１００ｎｍ厚さでコーティングした後、８０℃で５分間熱処理して光活性層を形成した。前記光活性層上に１×１０^−７ｔｏｒｒでＭｏＯ_３／Ａｇ電極を蒸着して有機太陽電池を製造した。

【0136】

［実施例９］
ＭｇＦ_２層を３Å厚さで形成したことを除いては、前記実施例８と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0137】

［実施例１０］
ＭｇＦ_２層を５Å厚さで形成したことを除いては、前記実施例８と同様の方法により有機太陽電池を製造した。

【0138】

［比較例６］
ＭｇＦ_２層を形成せず、前記実施例８と同様の方法により有機太陽電池を製造した。
前記実施例８〜１０および比較例６による有機太陽電池の物性を下記の表３に示す。

【0139】

【表3】

【符号の説明】

【0140】

１０１ 基板
２０１ 第１電極
３０１ 第２電極
４０１ 金属酸化物を含む層
５０１ ハロゲン化アルカリ系金属を含む層
６０１ 光活性層
７０１ 第２電極のバッファ層
８０１ 単一層構造の電極改質層

【図1】

【図2】

【図3】