Polymer solar cells are an attractive worldwide research target because of their low cost, light weight, mechanical flexibility, large area and good processability. The performance of polymer solar cells has been improved by using new materials and new structure in devices. Many factors influence the performance of solar cells, including the absorption spectrum of the active layer, the HOMO and LUMO level of donors and acceptors, the work functions of the electrodes, and the morphology and charge carrier mobility in the active layer.
We focused on the Al electrode deposition step. Al electrode is usually deposited at high vacuum. But reaching high vacuum in evaporation chamber is accompanied with high cost and inconvenience such as expensive equipment including high performance vacuum pump and time for reaching high vacuum. So, we studied polymer solar cells with Al electrode deposited at low vacuum. It is well known that aluminum oxide is formed when aluminum is deposited at low vacuum. Because of the formation of aluminum oxide, Al film deposited at low vacuum has rough surface as compared with Al film deposited at high vacuum. The rough Al surface decreases the performance of polymer solar cells by making the interface between the active layer and the Al electrode defective. In order to overcome this problem, $TiO_x$ which is efficient electron transport material was introduced. If the $TiO_x$ layer is inserted between the active layer and the Al electrode, electron path way in the defective interface deposited at low vacuum can be maintained. By using this process, the device fabricated at low vacuum could show almost same performance as the device fabricated at high vacuum.
고분자 태양전지는 낮은 제작 단가와 가벼운 무게, 기계적 유연성, 넓은 적용 면적 그리고 쉬운 공정으로 인해서 전세계적으로 매력적인 연구 목표이다. 고분자 태양전지의 성능은 소자에 새로운 물질이나 새로운 구조를 이용하여 향상되어왔다. 활성층의 흡수 스펙트럼, 주게와 받게 물질의 호모, 루모 레벨, 전극들의 일함수 그리고 활성층의 형태와 전하 수송체의 이동성을 포함하는 많은 요인들이 태양전지의 성능을 향상시킨다.
우리는 알루미늄 전극 증착 단계에 초점을 맞추었다. 알루미늄 전극은 보통 고진공에서 증착이 된다. 그러나 증착기 내에서 고진공으로 도달하는 과정은 고성능의 진공 펌프를 포함하는 비싼 증착 장비와 고진공에 도달하는 시간과 같은 고비용과 불편함을 수반한다. 그래서 우리는 저진공에서 증착된 알루미늄 전극을 가지는 고분자 태양전지를 연구하였다. 알루미늄이 저진공에서 증착이 될 때 알루미늄 옥사이드가 형성된다는 것은 잘 알려져 있다. 알루미늄 옥사이드의 형성 때문에 저진공에서 증착된 알루미늄 막은 고진공에서 증착된 알루미늄에 비해서 거친 표면을 가지고 있다. 이러한 거친 알루미늄 표면은 활성층과 알루미늄 전극 사이의 계면을 불완전하게 만들어 고분자 태양전지의 효율을 감소시킨다. 이것을 극복하기 위해서 뛰어난 전자 전달 물질인 타이타늄 옥사이드가 이용되었다. 타이타늄 옥사이드층을 활성층과 알루미늄 전극 사이에 넣게 되면 저진공에서 증착되어 불완전해진 계면의 전자 이동 통로를 확보하게 된다. 이러한 방법으로 저진공에서 제작된 고분자 태양전지는 고진공에서 제작된 소자와 거의 같은 성능을 보여줄 수 있었다.
