원적외선과 UV를 이용한 유기태양전지의 고속 생산 기술에 관한 연구

Abstract

유기태양전지를 구성하고 있는 각 층은 모두 액체 상태로 인쇄되기 때문에 인쇄 후 건조 및 열처리 등의 공정을 거치게 되는데 유기태양전지를 생산하는 공정에서 위의 공정들이 많은 공정 시간을 요구한다. 특히 공정속도가 빨라질수록 이 공정들은 매우 거대한 생산장비를 필요로 하기 때문에 이를 단축하는 것이 매우 중요하게 여겨지고 있다. 본 연구에서는 유기태양전지의 생산 공정 시간을 단축시키기 위해 자외선(ultraviolet, UV)을 이용한 후처리에 관하여 연구하였다. 유기태양전지를 구성하고 있는 ZnO층, 유기활성성층(active layer), PEDOT:PSS, 은 전극층을 인쇄한 후 원적외선, 자외선 방식을 이용하여 각 층에 적합한 최적 조건을 도출하였다. 기존의 에어 오븐을 이용한 방식에 비해서 원적외선과 자외선을 이용하여 각각의 공정을 최적화한 경우 공정시간을 30 % 이상 단축할 수 있었다. 고속 생산에 적합하도록 공정 시간을 더 단축하기 위하여 활성층의 어닐링 구간을 1분의 짧은 건조 구간으로 대체하고 최종적으로 은 전극을 인쇄한 후에 자외선을 이용하여 은 전극의 소결과 활성층의 후처리 어닐링을 동시에 수행하였다. 이 방법을 통하여 최적화된 공정을 통하여 제작된 소자의 효율인 0.683 % 와 유사한 0.556 % 의 소자 효율을 얻을 수 있었다. 위의 기술을 이용하여 전체 공정 시간을 기존 에어 오븐 방식에 비해 16분, 최적화된 공정에 비해 4분 감축할 수 있었다.