有機太陽能電池及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本申請要求于2013年6月14日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第 10-2013-0068553號的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文。
[0002] 本說明書設及有機太陽能電池及其制造方法。
【背景技術】
[0003] 由于快速增長的能量消耗量和有限的能源儲備量，諸如燃料費用的快速增長和能 源枯竭的問題已達到了臨界水平。此外，與此同時，進一步嚴格了各個國家對于二氧化碳排 放的規定。作為運些問題的對策，已更積極地對能夠再生并且幾乎取之不盡的天然能量如 清潔且沒有資源枯竭問題的太陽能、風能和水能進行了研究。特別地，關于使用不受地點、 位置等很大限制的太陽能的研究已成為關注的焦點。
[0004] 在使用太陽能作為能源的方法中，最近，太陽能電池是最積極研究的。太陽能電池 是通過使用光伏效應將太陽光轉換為電力的半導體器件，并且使用無機半導體材料如娃或 化合物半導體的太陽能電池已經投入市場使用。此外，最近，對使用有機材料如聚合物樹脂 的有機太陽能電池已經進行了研究。 陽〇化]有機太陽能電池的光轉換效率是入射光轉換為電能的轉換效率，并且是指入射光 激發光活性層中的有機材料形成激子的效率，所述激子為其中電子和空穴不穩定地結合并 且電子和空穴分別通過供體層和受體層并遷移至電極W被轉換為電能的形式。
[0006] 用于有機太陽能電池的材料大體上可分成作為供體的P型有機半導體材料和作 為受體的n型有機半導體材料。如果激子通過吸收光而產生，則P型有機半導體材料是供 體，其可在與n型有機半導體材料的結節處分為空穴和電子W良好地提供電子。n型有機半 導體材料是指可被還原為受體W良好地接受電子的材料。已報道了多種供體和受體材料， 但除了P3HT/PCBM、PCPDTBT/PCBM等之外，很難預期3%或更高的效率。
[0007] 有機太陽能電池的效率低于無機太陽能電池的效率的原因之一是因為有機太陽 能電池的電荷遷移率遠低于無機太陽能電池的電荷遷移率。例如，在增加光活性層的厚度 W便增加光吸收的情況下，由于電荷遷移率和電場減弱所致，因為提高了電荷的重組，所W 在改善效率方面存在限制，而在制造大面積電池W實現模塊的情況下，由于透明電極的電 阻增加，所W顯著地發生了效率降低（電池至模塊損失）。為了解決該問題，已經提出了使 用光學墊片、金屬納米顆粒等，或者使電極電阻最小化的新模塊結構。
[0008] [現有技術文獻]
[0009] Adv.Mater. 2006,18, 572-576
[0010] Appl.Phys.Lett. 93,073307 (2008)
[0011] Solar化ergyMaterials&SolarCells101(2012)289-294 陽〇1引發明詳述 陽〇1引[技術問題]
[0014] 本說明書致力于提供能夠增加光轉換效率的有機太陽能電池及其制造方法。 陽〇1引[技術方案]
[0016] 本說明書提供了有機太陽能電池，其包括：第一電極；設置成面向第一電極的第 二電極；設置在第一電極和第二電極之間的包含光活性層的一層或更多層的有機材料層； W及設置成與第一電極相接觸的輔助電極，其中在輔助電極中，靠近入射光所到達的第一 電極或第二電極的表面的面積小于其面對的表面的面積。
[0017] 此外，本說明書提供了一種制造有機太陽能電池的方法。具體地，提供了制造有機 太陽能電池的方法，該方法包括：準備基材；在基材上形成第一電極；在第一電極上形成輔 助電極；在輔助電極上形成包含光活性層的一層或更多層的有機材料層；W及在有機材料 層上形成第二電極，其中輔助電極的上表面和下表面的面積彼此不同。
[0018][有益效果]
[0019] 本說明書的有機太陽能電池通過增加到達光活性層的光量而具有高的光吸收效 率。
[0020] 此外，本說明書的有機太陽能電池通過使光能夠被再吸收而具有高的光吸收效 率。
[0021] 此外，在本說明書的有機太陽能電池中，當通過減小電極電阻來制造大面積器件 時可W體現高的填充因子。
【附圖說明】
[0022] 圖1至圖3示出了根據本說明書的一個示例性實施方案的有機太陽能電池中的輔 助電極的形狀。
[0023] 圖4和圖5示出了根據本說明書的該示例性實施方案的有機太陽能電池的實例。
[0024] 圖6示出了制造根據本說明書的該示例性實施方案的有機太陽能電池的方法。
[0025] 圖7是在通過制備實施例1的方法進行PR圖案化之后立即獲得的光學顯微鏡圖。
[0026] 圖8是在通過制備實施例1的方法進行PR圖案化和化/Al刻蝕之后立即獲得的 SEM截面圖。
【具體實施方式】
[0027] 在本說明書中，應理解，當元件被稱為位于另一個元件"上"時，則該元件可W直接 在另一個元件上或者在兩個元件之間也可W存在居間元件。
[00測在本說明書中，除非有明確相反描述，否則詞語"包含"及其變體如"包括"或"含 有"將理解為暗指包括所聲稱元件，但不排除任意其他元件。
[0029] 下文中，將更詳細地描述本說明書。
[0030] 本說明書的一個示例性實施方案提供了有機太陽能電池，其包括：第一電極；設 置成面向第一電極的第二電極；設置在第一電極和第二電極之間的包含光活性層的一層或 更多層的有機材料層；W及設置成與第一電極相接觸的輔助電極，其中在輔助電極中，靠近 入射光所到達的第一電極或第二電極的表面的面積小于其面對的表面的面積。
[0031] 本發明人引入了輔助電極W便解決透明電極的高電阻值，并且開發了能夠通過調 整輔助電極的形狀來增加光吸收效率的有機太陽能電池。
[0032] 根據本說明書的示例性實施方案，有機太陽能電池的第一電極可為用于光吸收的 透明電極。然而，透明電極的問題在于，透光率高但電導率低。因此，根據本說明書的示例性 實施方案，為了補償透明電極的低電導率，可在透明電極上使用具有高電導率的輔助電極。
[0033] 根據本說明書的示例性實施方案，為了高電導率，輔助電極可由金屬材料制成，并 且為了減少由此引起的光透過率降低的問題，靠近入射光所到達的電極的表面的面積可小 于其面對的表面的面積。
[0034] 根據本說明書的示例性實施方案，在有機太陽能電池中，入射光到達第一電極，并 且在輔助電極中，與第一電極接觸的表面的面積可小于其面對的表面的面積。運種情況可 意味著其中第一電極是透明電極并且光入射在透明電極上的情況。
[0035] 圖1示出了根據本說明書的示例性實施方案的有機太陽能電池中輔助電極的形 狀。具體地，圖1示出了設置在第一電極201上的輔助電極301，第一電極201設置在基材 101上。圖1示出了輔助電極在由ITO形成的第一電極上形成并且光透過的情況下的截面。 在圖1中，箭頭表示入射的光。此外，在圖1中，可W看到，由于光入射在其上的輔助電極的 面積較小，因而更多的光可透過第一電極，并且入射光可被反射至輔助電極的外側表面W 被再吸收到光活性層中。圖1僅示出了光W垂直方向入射到第一電極上的情況下的效果， 但是即使在光W非垂直的入射方向入射的情況下，也可實現相同的效果。
[0036] 此外，根據本說明書的示例性實施方案，沒有被吸收到光活性層中而是從第二電 極反射出來的光可通過輔助電極再被反射W被吸收到光活性層中。
[0037] 圖4示出了根據本說明書的示例性實施方案的有機太陽能電池的實例。具體地， 圖4示出了運樣的有機太陽能電池，其中第一電極201、輔助電極301、空穴傳輸層401、光活 性層501和第二電極601按順序設置在基材101上。圖4示出了在光入射在第一電極上的 情況下輔助電極的截面形狀。
[0038] 根據本說明書的示例性實施方案，在有機太陽能電池中，入射光到達第二電極，并 且在輔助電極中，與第一電極相接觸的表面的面積可大于其面對的表面的面積。運可為倒 置方向結構的有機太陽能電池，其中第二電極是透明電極。即，在光入射在有機太陽能電池 的第二電極的情況下，在輔助電極中，與第一電極相接觸的表面的面積可大于其面對的表 面的面積。在運種情況下，透過第二電極并且沒有在光活性層中被吸收的殘余光可通過輔 助電極被反射W被再吸收。具體地，由于輔助電極，可減少照射到第一電極的光的量，并且 光可被再吸收W增加光吸收效率。
[0039] 圖5示出了根據本說明書的示例性實施方案的有機太陽能電池的實例。具體地， 圖5示出了運樣的有機太陽能電池，其中第一電極201、輔助電極301、空穴傳輸層401、光活 性層501和第二電極601按順序設置在基材101上。圖5示出了在光入射在第二電極上的 情況下輔助電極的截面形狀。目P，在圖5中，與其中透過第二電極和光活性層的殘余光穿過 第一電極照射的面積相比，通過輔助電極的光的反射面積更大，并因此通過輔助電極反射 的殘余光可被再吸收到光活性層中。
[0040] 此外，根據本說明書的示例性實施方案，在有機太陽能電池中，直射光可入射在第 二電極上，并且沒有被吸收到光活性層中的殘余光可通過設置在第一電極上的輔助電極反 射W被再吸收到光活性層中。在運種情況下，由于光效率減小的反射光可被輔助地吸收，所 W有機太陽能電池的效率可進一步增加。
[0041] 根據本說明書的示例性實施方案，輔助電極的垂