[发明专利]有机太阳能电池和其制造方法

说明书

相关申请的交互参考 

本专利申请要求2008年6月18日提交的韩国专利申请No.10-2008-0057357的优先权，在此引入其内容作为参考。 

技术领域

本发明涉及一种有机太阳能电池和其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种制造有机太阳能电池的方法，包括使用纳米压印工艺在有机太阳能电池的光活性层上形成纳米图案，以及在具有纳米图案的光活性层上涂布阴极电极材料，使得阴极电极材料渗入光活性层的纳米图案，从而提高电子导电率并且有效地形成输送电子的通路；还涉及一种通过上述方法制造的有机太阳能电池。 

背景技术

太阳能电池是一种将太阳光能直接转换成电能的半导体装置，并且根据所使用材料的种类大致分为硅太阳能电池和有机太阳能电池。由于硅太阳能电池很难用在太阳能的应用中，因为其中使用的硅昂贵并且其保存受到限制，所以有机太阳能电池最近正受到重视，因为其具有诸如制造成本低、易于制造且不需要特殊的真空系统以及可以通过低温工艺制造柔性装置等优点。特别是，在可以通过诸如旋涂、浸涂或刮涂等溶液工艺而不需要真空沉积来制造有机太阳能电池的情况下，非常有利于降低制造成本或简化工艺。 

为了提高太阳能电池的效率，目前对有机太阳能电池的材料和结构进行了深入研究。特别是，已知的是使用电子供体和电子受体混合物的本体异质结型结构表现出最高的效率。 

然而，本体异质结型结构存在问题，因为作为由于太阳光而形成在 诸如导电聚合物等电子供体中的电子和空穴对的激子在聚合物中的扩散距离只有约10nm，因此它们在上述距离内在未到达电子供体和电子受体之间的界面时会复合并且消失。此外，这种电子供体/受体结构不能在外部人为确定，而是由溶剂的类型、混合物的组成、旋涂条件、干燥条件、热处理条件和其他后处理条件决定，并主要取决于导电聚合物的自组装性能，因此难于制造理想的电子供体/受体结构。 

此外，在激子于电子供体和电子受体之间的界面处分离成电子和空穴之后，电子和空穴分别输送到作为阴极的金属电极和作为阳极的透明电极。为此，电子供体/受体结构应该是双连续的，其中全部电子供体以连续形式提供并配置成与阳极接触，全部电子受体以连续形式提供并配置成与阴极接触。然而，电子供体/受体结构不能人为确定，而是取决于材料混合后的相分离性能，从而不可能获得这种理想结构。 

事实上，通过旋涂涂布溶解在溶剂中的电子供体和电子受体的混合物而获得的本体异质结型结构不是其中以连续形式分别提供电子供体和电子受体的双连续形式。此外，电子供体或电子受体变得成簇，从而取决于它们的相对量以岛形式提供。另外，在电子供体和电子受体以相近量混合的情况下，电子供体富集区域构成没有被连接而是被隔离的岛，对电子导电性产生负面影响。为了解决这个问题，可以采用双层结构。然而，在这种情况下，电子供体和电子受体之间的界面面积很小，会不希望地降低效率。 

图1显示光活性层的理想电子供体/受体结构，其中电子供体以连续形式提供并配置成与作为阳极的透明电极接触，并且其中电子供体和电子受体之间的界面面积非常大，电子供体和电子受体之间的界面位于距离电子供体的任何位置均小于10nm的位置。如图1所示，本体异质结型结构构造成使得电子供体和电子受体均沿垂直于电极的方排列，以使光活性产生的电子和空穴的输送距离最小，也使得电子受体以连续形式提供并配置成与作为阴极的金属电极接触。 

然而，如图2所示，在实际的本体异质结型结构中，电子供体和电子受体以海-岛结构的形式相分离，并且电子受体富集的岛结构的尺寸随工艺条件而不同，包括组成比例、溶剂类型和干燥条件。 

因此，为了人为控制电子供体/受体结构，已经提出了一种方法，包括涂布电子供体，对电子供体进行纳米压印，从而形成具有预定的纳米图案结构的电子供体，并在电子供体上沉积电子受体(D.M.N.M.Dissanayake等人，Applied Physics Letters，90：253502，2007)。这种方法不能形成比激子在聚合物中的扩散距离更短的微图案，因此，激子的扩散距离相对较长的低分子量有机材料被用作电子受体，来代替使用聚合物的电子供体。然而，电子受体的沉积不希望地需要昂贵的真空系统和长的工艺时间，并带来诸如产生的太阳能电池的效率非常低等问题。