For the recent past decades, organic solar cell technology has shown its dramatic increase in its power
conversion efficiency. However, studies on the integration of organic solar cells into modules were relatively
scarce. With the recent development of high-efficiency organic solar cells, they are expected to be entering
the market within a few years. Hence studies on the integrations are highly relevant for the timely
deployment of actual products. This thesis looks at the fabrication of integrated modules of organic solar
cells based on vacuum-deposited small molecules. In particular, it presents a novel way to minimize the loss
of efficiency originating from the passive area at the interconnection region. Inspired from the previous work
on a-Si thin film solar cells, oblique deposition of organic thin films and metal layers are performed over the
microstructures that predefine interconnection. In order to maintain the low-cost benefits of organic
technologies and the compatibility with large-area fabrication, the proposed method tries to embrace the
printing-based technologies for definition of the microstructures.
At the beginning, an inverse-pyramidal microstructure fabricated by photolithographic process is
used along with oblique deposition to pattern the both organic and metal layers without using a shadow mask
to check the feasibility of the proposed method. Because its feasibility is limited at the small area device due
to the photolithography process, however, a round-shape separator (RSS) fabricated through nozzle printing
is employed instead. Hydrophobic surface treatment and use of high-viscosity resin is shown to be effective
in realizing a continuous line with a large contact angle. Disconnection/ connection of deposited layer is then
enabled through oblique deposition of metal on the substrate with RSS. Series-connected integrated modules
of three cells are performed for ClAlPc/C60 based solar cells. Passive length exhibit only 555??m thereby
resulting in 91.3% of active area ratio for a unit cell having the 6.4mm-wide transparent conductor. Module
to single cell power conversion efficiency ratio of 88.6% is demonstrated, which is far superior to the
previously reported cases. Suggestion for further improvement is also provided.
최근 몇 년에 걸쳐 유기 태양전지는 그 단위 셀의 효율에 있어서 급속한 상승을 보여왔다.
하지만 모듈 제작에 관하여서는 비교적 활발한 연구가 진행되지 못하여 왔다. 단위 셀의 효율이
기존의 무기물 기반의 박막 태양전지의 효율을 급속하게 따라 잡아가며 본격적인 시장 진입을
앞두고 있는 상황에서 유기 태양전지의 모듈 제작에 관한 연구는 실제적인 상품화를 위해 반드시
필요한 연구라고 할 수 있다. 본 논문에서는 진공 증착으로 제작되는 저 분자형 유기 태양전지
모듈에 관한 연구 중 특별히 단위셀 간의 연결지점에서 발생하게 되는 무효 면적을 최소화하는
새로운 방법을 제시한다. 무결정 실리콘 박막 태양전지로부터 영감을 받아, 기판 위에 형성된
마이크로 구조물 위에 유기층과 금속층의 경사 증착을 통해 모듈을 제작하였다. 더불어 저가
공정과 대면적화를 위하여 인쇄 방법을 통한 마이크로 구조물의 제작을 시도하였다.
먼저 역-피라미드 모양의 마이크로 구조물을 포토 리소그래피를 통하여 구현하고 유기층과
금속층을 열 진공 증착 하는데 있어서 경사 증착 방법을 사용함으로써 새도우 마스크를 사용하지
않고서도 패터닝이 가능함을 확인하였다. 하지만 포토 리소그래피를 사용함으로 인하여 본
기술은 작은 면적에서의 구현만으로 제한된다. 때문에 노즐 인쇄를 통한 반원 모양의 분리선
제작에 대한 연구를 진행하였다. 소수성 표면 처리와 높은 점도를 갖는 용액을 사용함으로써
끊기지 않으며 동시에 큰 접촉각을 갖는 선을 인쇄할 수 있었다. 반원 모양의 분리선이 인쇄된
기판 위에 금속층을 증착함으로써 증착층의 연결 또는 단선이 가능함을 확인하였다. 세 개의
단위 셀이 연결된 ClAlPc/C60기반의 유기 태양전지 모듈이 제작되었으며 본 모듈은 555??m의
무효 길이를 가짐으로써 단위 투명전극의 폭이 6.4mm값을 가질 때에 91.3%의 단위 셀 면적 대비
모듈면적을 보였다. 또한 단위 셀 대비 모듈 효율은 88.6%를 기록하며 이전의 보고들보다 큰
집적율을 나타내었다. 향후 추가적인 향상을 위한 제안도 제시 하였다.
