Study on Morphological Engineering via solvent additive and Silver Nanowire Electrodes for High Performance Organic Photovoltaics

Abstract

The climate crisis caused by environmental pollution is intensifying. To overcome this, the necessity of developing renewable energy that does not cause environmental pollution is emerging. Solar cells, one of various renewable energy candidates, are in the spotlight because of their infinite solar energy base. Organic solar cells have advantages such as light weight, high permeability, thin thickness, and inexpensive solution process. The purpose of this study is twofold. I was intended to 1) improve the photoconversion efficiency of organic solar cells and 2) produce electrodes applicable to wearable devices. A method for fabricating flexible electrodes for fabricating wearable devices was also studied. Indium tin oxide (ITO) electrodes are mainly used due to their high transmittance and high conductivity, but the need for alternative materials is emerging due to their brittle properties and high manufacturing cost. Silver nanowire-based electrodes have high transmittance, high electrical conductivity and flexible properties, which can complement the fragile properties of ITO. For commercialization, it is necessary to reduce the manufacturing cost at the same time as manufacturing the flexible electrode. The production cost was reduced by producing a silver nanowire film that can be used as an electrode even at a low concentration (0.003-0.02 mg/ml). By applying the fabricated electrode to the device, the performance equivalent to 98% compared to the ITO-based device was secured. In order to improve the light conversion efficiency, it is essential to control the morphology of the film. We tried to improve the performance by controlling the initial morphology using solvent additives. It showed the effect of improving the crystallinity of the film and the mobility of free electrons by controlling the morphology.A flexible device and low-cost and high-efficiency device manufacturing process technology were developed.|환경오염으로 인한 기후위기가 심화되고 있다. 이를 극복하기 위해 환경오염을 일으키지 않는 재생에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 다양한 재생에너지 후보 중 하나인 태양전지는 무한한 태양에너지 기반이라는 점에서 각광받고 있다. 유기태양전지는 가벼운 무게, 고투과도, 얇은 두께, 용액공정 등이 가능하다는 장점이 있다. 유기태양전지의 1) 광변환 효율을 향상시키고 2) 웨어러블 소자에 적용가능한 전극을 제작하고자 했다. 웨어러블 소자를 제작하기 위한 플렉서블 전극 제작법을 연구했다. Indium tin oxide (ITO) 전극은 고투과도, 고전기전도도로 인해 주로 사용되고 있지만 깨지는 특성과 높은 제작 비용으로 인해 대체재 개발의 필요성이 대두되고 있다. 은 나노와이어 기반 전극은 높은투과도, 높은 전기전도도 그리고 유연한 특성이 있어 깨지기 쉬운 ITO 특성을 보완할 수 있다. 상용화를 위해서는 플렉서블 전극을 제작과 동시에 제작 단가를 감축해야한다. 낮은 농도 (0.003-0.02 mg/ml)로도 전극으로 사용가능한 은 나노와이어 필름을 제작하여 제작 단가를 감축했다. 제작한 전극을 소자에 적용하여 ITO 기반 소자 대비 98%에 해당하는 성능을 확보했다. 광변환 효율을 향상시키기 위해서는 필름의 모폴로지를 조절하는 것이 필수적이다. 용매 첨가제를 이용하여 초기 모폴로지를 조절하여 성능을 향상시키고자 했다. 모폴로지를 조절하여 필름의 결정성, 자유전자의 이동도를 향상시키는 효과를 보였다. 플렉서블 소자 및 저비용 고효율 소자 제작 공정 기술을 개발하였다.