P3HT와 Fullerene 유도체를 혼합하여 광활성층으로 이용한 유기 태양 전지의 제작과 특성 연구
Fabrication and Characterization of Organic Solar Cells blending P3HT with Fullerene Derivatives as Photoactive Layer
- 주제(키워드) 유기태양전지 , 벌크이종접합
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이순일
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011160
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 유기 광기전력 소자 중에서 벌크이종접합 구조의 반도체 소자를 이용하여 광기전력 특성을 연구하였다. 벌크이종접합 고분자 유기 태양전지는 대개 ITO 투명 전극과 광활성 유기층 사이에 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) 층을 사용하여 만든다. 소자를 제작할 때 PEDOT:PSS 층을 넣을 경우 ITO 투명 전극에 비해 다소 큰 일함수를 가지므로 양극의 선택이 용이하고, 광활성 유기층과 음극 사이를 매끄럽게 해주는 등의 긍정적이 효과를 나타낸다. 또한 소자의 높은 효율을 위해 PEDOT:PSS 층의 전기적 특성은 매우 중요하다. 따라서 PEDOT:PSS 층의 전도성과 소자 효율과의 상관관계를 연구하였다. 그 후 두께, 표면 상태와 소자의 효율과의 관계를 조사하였다. 유기물은 전자 도너 물질로 Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 사용하였으며 전자 억셉터 물질로는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM)을 사용하였다. 그리고 이러한 구조에서 BCP를 엑시톤 억제층으로 사용하여 광전변환효율 개선 및 엑시톤 억제층의 역할에 대한 연구를 하였다. P3HT:PCBM 벌크이종접합 구조에서 제작된 유기태양전지 소자는 180nm 두께에서 최적화된 특성을 보였다. 그리고 엑시톤 억제층으로 BCP를 삽입한 소자를 제작하여 특성을 연구하였다. 광활성층의 최적화된 두께와 열처리 조건과 함께 소자의 효율의 향상을 비교하였다. 최적화된 소자는 AM 1.5G, 100㎽/㎠하에서 3.7%의 효율을 나타냈다.
more초록/요약
In this thesis, electrical properties of organic photovoltaic devices using Poly(3-hexylthiophene)(P3HT), [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM), LiF, and BCP were studied. A structure of bulk heterojunction photovoltaic device was made, and its photovoltaic properties were studied by varying organics. To make a device, alayer of PEDOT:PSS was spin-coated on ITO coated glass substrates as hole transport layer. P3HT was used as donor-like material, PCBM as a acceptor-like material and incorporating BCP as an exciton-blocking layer(EBL). Photovoltaic characteristics were studied in ITO/P3HT:PCBM/LiF/Al devices as a P3HT:PCBM bulk heterojunction type. The BCP as an exction blocking layer were between active layer and cathode. Together with condition of thermal annealing, controlling of photoactive layer thickness results in improvement of the device performances; V_(OC),J_(SC),FF,PCE. We resulted in PCE of up to 3.7% under AM 1.5G, 100㎽/㎠ illumination.
more목차
I. 서론 1
II. 관계 이론 3
2.1. 태양에너지 3
2.2. 유기태양전지의 작동원리 5
2.2.1. 광전변환의 원리 5
2.2.2. 태양전지의 효율 6
2.3. 유기태양전지의 등가회로 8
2.3.1. 이상적인 태양전지의 등가회로 8
2.3.2. 실제 태양전지의 등가회로 11
2.3.3. 병렬저항의 영향 14
2.4. 유기태양전지의 구조 15
2.5. 유기태양전지의 광활성층 물질 15
III. 실험 방법 17
3.1. 실험 재료 17
3.2. 유기태양전지 제작공정 17
3.2.1. ITO 투명전극 17
3.2.2. 정공 수송층(hole-transporting layer) 17
3.2.3. 광활성층(photo-active layer) 18
3.2.4. 음전극(cathode) 형성 18
3.3. 유기태양전지 측정 18
IV. 실험 결과 19
4.1. 정공수송층(Hole-transporting layer)으로 쓰인 PEDOT:PSS의 전도성에 따른 특성 19
4.2. 광활성층의 두께에 따른 유기태양전지의 특성 27
4.3. 전자 수송층의 도입에 따른 유기태양전지의 특성 32
4.3.1. LiF의 유무에 따른 특성 32
4.3.2. 버퍼로 쓰인 Liq와 LiF의 따른 소자 특성 비교 40
4.3.3. 엑시톤 억제층(Exciton-blocking layer)으로 쓰인 BCP의 유무에 따른 결과 44
4.4. ITO 전극 패턴에 따른 유기태양전지의 특성 49
V. 결론 55
참고문헌 58
