유기 태양전지용 다층 봉지 기술

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Organic photovoltaic materials are known to be rather unstable in air, being particularly susceptible to photo-degradation induced by oxygen and moisture. Moreover, the material for the low work function electrode is usually chosen from meters like Al and Ca, in order to minimize the electron injection barrier and to maximize when exposed to air. This leads to the formation of thin insulating oxide barriers, hindering electric conduction and collection of the charger carriers. Besides, it has been reported that water can affect the interface between the metallic contact and organic semiconductors by electrochemical process that caused delamination of the electrode. In spite of the fact that the degradation effect is significantly decreased when conjugated polymers are mixed with fullerene, organic solar cells usually do not operate for more than a few days in air. Therefore, appropriate encapsulation in mandatory for organic photovoltaic devices.
In order to prevent the ingression of moisture and oxygen into organic layer, SiNx passivation layer was grown by a specially designed hot-wire chemical vapor deposition (HW-CVD). Even at low substrate temperature, two-layer SiNx (400 nm) film and SiNx/DLC films prepared by HWCVD exhibited water vapor transmission rate (WVTR) of 0.06 g/day-m2 and 0.13 g/day-m2. The normalized efficiency of OSCs device passivated with a two-layer SiNx and SiNx/DLC multi-layer films were much longer than that of single layer SiNx with sample. We suggested possibility of long-lifetime with optimized SiNx encapsulation for OSCs such as controlling defects.

국문 초록 (Abstract)

유기발광소자 또는 유기태양전지와 같은 유기물 기반 광전소자는 대기 중의 수분이나 산소에 취약하며 수분과 산소의 침투시에 유기소자의 열화가 급속하게 일어나 광학적, 전기적, 기계적 특성이 변하게 된다. 유기태양전지 소자 상에 HWCVD(Hot-Wire Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용한 SiNx 박막 형성을 통해 박막 봉지를 수행하였다. 텅스텐 또는 탄탈 열선을 1400°C 로 가열하여 SiH4, H2, NH3 가스를 주입하여 SiNx 박막을 형성 하였다. 150 도 이하의 저온 공정임에도 두층의 SiNx 및 SiNx/DLC 다층 박막을 사용하여 0.06 g/day-m2과 0.13 g/day-m2의 낮은 투습도 값을 얻을 수 있었다. 또 한 유기태양전지의 수명 평가를 위해 두층의 SiNx 및 SiNx/DLC 다층박막을 유기태양전지에 적용한 결과 단일층의 SiNx 적용한 소자보다 수명이 연장됨을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서는 SiNx 박막의 다층구조 형성 및 박막 최적화를 통해 유기태양전지의 장수명화의 가능성을 제시하고자 한다

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 유기물을 이용한 광전자 소자 시대의 개막 1
• 1.1.1 유기발광소자 3
• 1.1.2 유기태양전지 4
• 1.2 유기관전소자용 보호막 개발의 필요성 10
• 2. 실험방법 14
• 2.1 SiNx 박막 제작 공정 최적화 14
• 2.2 DLC 박막 제작 공정 14
• 2.3 SiNx 다층 박막의 특성 분석 18
• 2.3.1 성막 속도 특성 분석 18
• 2.3.2 광학적 특성 분석 18
• 2.3.3 투습도 특성 분석 18
• 2.4 보호막 특성 평가를 위한 유기태양전지 제작 20
• 2.4.1 유기태양전지 제작 20
• 2.4.2 유기태양전지 측정 21
• 3. 결과 및 고찰 24
• 3.1 SiNx 박막의 성막 속도 및 기판온도 분석 결과 24
• 3.1.1 두층 구조의 SiNx 박막의 성막 속도 24
• 3.1.2 SiNx/DLC 다층 박막의 성막 속도 및 기판 온도 24
• 3.2 SiNx 박막의 성막 속도 및 기판온도 분석 결과 26
• 3.3 두층 구조의 SiNx 박막 및 SiNx/DLC 다층 박막의 광학적 특성 결과 28
• 3.1.1 두층 구조의 SiNx 박막의 광학적 특성 28
• 3.1.2 SiNx/DLC 다층 박막의 광학적 특성 28
• 3.4 두층 고조의 SiNx 박막 및 SiNx/DLC 다층박막의 표면적 특성 결과 31
• 3.4.1 두층 고조의 SiNx 박막의 표면적 특성 31
• 3.4.2 SiNx/DLC 다층 박막이 표면적 특성 31
• 3.5 두층 구조의 SiNx 박막 및 SiNx.DLC 다층박막의 투습도 특성 결과 36
• 3.5.1 두층 구조의 SiNx 박막의 투습도 특성 36
• 3.5.2 SiNx/DLC 다층 박막의 투습도 특성 36
• 3.6 두층 구조의 SiNx 박막 및 SiNx/DLC 다층 박막의 유기태양전지 보호막 특성 결과 40
• 3.6.1 두층 구조의 SiNx 박막의 유기태양전지 보호막 특성 40
• 3.6.2 SiNx/DLC 다층 박막의 유기태양전지 보호막 특성 41
• 4. 결론 44
• [참 고 문 헌] 46
• 감사의 글 48