• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.410.2-410.2
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• 2016

Tandem structure is promising in organic solar cells because of its double open-circuit voltage (VOC) and efficient photon energy conversion. In a typical tandem device, the two single sub-cells are stacked and connected by an interconnecting layer. The fabrication of two sub-cells are usually carried out in a glovebox filled with nitrogen or argon gas, which makes it expensive and laborious. We report a glovebox-free fabricated inverted tandem organic solar cells wherein the tandem structure comprises sandwiched interconnecting layer based on p-doped hole-transporting, metal, and electron-transporting materials. Complete fabrication process of the tandem device was performed outside the glove box. The tandem solar cells based on poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and (6,6)-phenyl C61-butyric acid methyl ester (PCBM) can realize a high VOC, which sums up of the two sub-cells. The tandem device structure was ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/MoO3/Au/Al/ZnO-d/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag. The separate sub-cells were morphologically and thermally stable up to 160 oC. The high stability of the active layer benefits in the fabrication processes of tandem device. The performance of tandem organic solar cells comes from the sub-cells with an 50 nm thick active layer of P3HT:PCBM, achieving an average power conversion efficiency (PCE) of 2.9% (n=12) with short-circuit current density (JSC) = 4.26 mA/cm2, VOC = 1.10 V, and fill factor (FF) = 0.62. Based on these findings, we propose a new method to improve the performance and stability of tandem organic solar cells.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11a
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• pp.488-490
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• 2010

최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그중에서 태양정지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 P3HT(regioregular poly(3-hexylthiophene))와 PCBM(fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)을 전자 도너와 억셉터 물질을 하나의 브랜드로 광 활성층을 형성하는 BHJ(bulk hetero junction)구조를 갖는 고분자 유기 박막 태양전지를 각각 Toluene, Mono-Chlorobenzene, Dichlorobenzene에 $60^{\circ}C$, 200rpm으로 약 12시간동안 1wt%로 교반(Stirring)한 후에 중량비(1:1 wt%)로 혼합하여 스핀코팅(Spin-coating)으로 제작하였고, 완성된 소자의 광활성층 면적은 0.04cm2이며, $150^{\circ}C$에서 후속 열처리 공정을 통해 특성 향상이 측정 되었다. 태양전지 소자 구조는 Glass / ITO / PEDOT:PSS / P3HT : PCBM / Al이다. 전류-전압, FF(Fill Factor), 변환효율 측정을 위해 solar simulator를 AM1.5 조건(100 mW/cm2)으로 이용하였으며, 소자의 최대 전류밀도는 12mA/$cm^2$, 개방전압은 0.566V이고 F.F(Fill Factor)는 55.2%이고 변환효율은 3.7%이다. 후속 열처리후 더욱 좋은 성능을 갖게 되었고, 최대 효율은 Dichl orobenzene일 때 이다.

• Journal of Powder Materials
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• v.21 no.3
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• pp.179-184
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• 2014

In this study, we prepare polymer solar cells incorporating organic ligand-modified Ag nanoparticles (O-AgNPs) highly dispersed in the P3HT:PCBM layer. Ag nanoparticles decorated with water-dispersible ligands (WAgNPs) were also utilized as a control sample. The existence of the ligands on the Ag surface was confirmed by FT-IR spectra. Metal nanoparticles with different surface chemistries exhibited different dispersion tendencies. O-AgNPs were highly dispersed even at high concentrations, whereas W-AgNPs exhibited significant aggregation in the polymer layer. Both dispersion and blending concentration of the Ag nanoparticles in P3HT:PCBM matrix had critical effects on the device performance as well as light absorption. The significant changes in short-circuit current density ($J_{SC}$) of the solar cells seemed to be related to the change in the polymer morphology according to the concentration of AgNPs introduced. These findings suggested the importance of uniform dispersion of plasmonic metal nanoparticles and their blending concentration conditions in order to boost the solar cell performance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.151.2-151.2
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• 2016

We characterized the n-type organic field-effect transistors (OFETs) with non-conjugated polyelectrolytes (NPEs) interlayers as the electron injection layer. Novel NPEs with various ions (Cl-, Br-, I-) improved the electron mobility from $5.06{\times}10^{-3}$ to $2.10{\times}10^{-2}cm^2V^{-1}s^{-1}$ in OFETs based [6,6]-Phenyl-$C_{61}$-butyric acid methyl ester (PCBM) when $PEIEH^+I^-$ spin-cast from 0.6% solution was deposited onto the PCBM layer. Reduced electron injection barrier (${\phi}_e$) at NPE/metal electrode interface was induced by dipole formation and led to increase the electron injection and transport. These findings are important for understanding how NPEs function in devices, the improvement of device performance, and the design of new materials for use in optoelectronic devices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.445-445
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• 2013

유기태양전지는 간단한 제조공정, 낮은 제조단가, 가벼운 무게 및 우수한 유연성의 장점을 가지고 있기 때문에 모바일 기기의 응용에 많은 관심을 가지고 있다. 그러나 이종접합 유기태양전지의 광전 변환효율이 낮기 때문에 유기태양전지를 상용화하기 위해서는 광전변환 효율을 높이기 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 태양전지의 광전 변환효율을 증진하기 위하여 열처리 시간 변화에 따른 이종접합 유기 태양전지의 특성에 미치는 효과를 조사하였다. 전자 주게 물질인 P3HT와 전자 받게 물질인 PCBM 물질을 특정용매에 녹여 패턴화된 ITO를 코팅한 glass 기판 위에 스핀 코팅 방법을 이용하여 glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al 구조를 가진 이종접합 유기태양전지를 제작하였다. UV-Vis 분광학, X-선 광전자 분광학 및 원자힘 현미경 측정을 하여 제작한 소자의 광학적 및 구조적 특성을 분석하였다. 이종접합 유기태양전지의 우수한 광흡수율과 평탄한 표면을 가지는 최적화 조건을 열처리 시간에 따라 비교 분석하였다. 제작한 소자들을 열처리를 하지 않은 소자와 다양한 시간 동안 열처리를 한 소자의 특성을 비교하였다. 제작한 이종접합 태양전지의 전류-전압 측정 결과를 분석하여 최대의 광전 변환효율을 가지는 최적의 열처리 조건을 결정하였다. 열처리를 할 경우 열처리를 하지 않은 소자보다 광전 변환효율이 증가함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1154-1155
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• 2008

본 연구에서는 전자 주개 물질(electron donor)인 regioregular poly(3-hexylthiophene)(P3HT)와 전자 받개 물질(electron acceptor)인 phenyl-$C_{61}$-butyric acid methyl ester (PCBM)을 혼합한 복합 박막 구조(Bulk Heterojunction)를 이용하여 태양전지를 제작하고 광활성층(Active layer)의 두께를 변화시키면서 광학적 특성 및 전기적 특성에 대해 분석하였다. 광활성층의 두께가 두꺼워 질수록 광흡수율이 높기 때문에 태양전지의 효율이 증가하여 200nm정도의 두께에서 가장 좋은 특성을 보였으며, 그 이상의 두께에서는 광흡수율이 높더라도 직렬저항(Series resistance)의 증가로 개방 회로 전압이 감소하는 것을 볼 수 있었으며, 최적화된 광활성층의 두께(190nm)에서 개방 회로 전압($V_{oc}$)은 0.6V, 단락 회로 전류($J_{sc}$)는 8.29mA, Fill factor(FF)는 0.59, 전력변환효율($\eta$)은 2.94%였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.329-329
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• 2011

We investigated the thin films of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and C61-butyric acid methylester (PCBM) prepared by ultrahigh vacuum (UHV) electrospray depositioin (ESD) by using in-situ XPS, UPS and ambient-pressure AFM. The morphology, chemical structures, and interface properties of these materials, most widely used for bulk heterojunction organic solar cells, were studied depending on the ESD solution compositions and concentrations. We found that the solution conductivity and flow rate as well as applied voltage are the important parameters for stable electrospray and film formation. These results suggest that UHV ESD is a viable method for the deposition of multilayers of polymers under UHV condition. We also discuss the energy level alignment for the various deposition conditions at the interface, which is one of the most important operating parameters of the bulk heterojunction organic solar cells.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.8 no.3
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• pp.1-5
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• 2009

In this study, we have shown the power conversion efficiency of organic thin film photovoltaic devices utilizing a conjugated polymer/fullerene bulk-hetero junction structure. We use MDMO-PPV(Poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy -1,4-phenylenevinylene) as an electron donor, PCBM([6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester) as an electron accepter, and PEDOT:PSS used as a HTL(Hole Transport Layer). We have fabricated OPV(Organic Photovoltaic) devices as a function of the MDMO-PPV/PCBM concentration from 1:1 to 1:5. The electrical characteristics of the fabricated devices were investigated by means of I-V, P-V, F·F(Fill Factor) and PCE(power conversion efficiency). The power conversion efficiency was gradually increased until 1:4 ratio, also the highest efficiency of 0.4996% was obtained at the ratio.

• Polymer(Korea)
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• v.37 no.6
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• pp.694-701
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• 2013

A new copolymer named T-TI24T (poly((5,5-(2-butyl-5,6-bisdecyloxy-4,7-di-thiophen-2-yl-isoindole-1,3-dione))- alt-(2,5-thiophene))) based on phthalimide derivative and thiophene is synthesized by the Stille-coupling reaction. The polymer shows relatively high number average molecular weight of 86500 g/mol with good solubility in common organic solvents such as chloroform, 1,2-dichlorobenzene, and toluene and is thermally stable up to $380^{\circ}C$. Besides, it possesses a relatively low highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level of -5.33 eV, promising the high open circuit voltage ($V_{oc}$) for photovoltaic applications. Active layer solution of polymer T-TI24T-as a donor and (6)-1-(3-(methoxycarbonyl)- {5}-1-phenyl[5,6]-fullerene (PCBM)-as an acceptor in different weight ratios is applied to fabricate the polymer solar cell devices. The ratio of polymer/PCBM affects the solar cell efficiency and the best performance exhibits in the device with polymer/PCBM = 1:3 (w/w), which shows a power conversion efficiency (PCE) of 0.199% and a $V_{oc}$ of 0.99 V, respectively. Even though the device shows the very low PCE, the $V_{oc}$ is higher than that of well known bulk heterojunction type solar cell based on P3HT:PC61BM (c.a. 0.5 V).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.425-425
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• 2012

입사되는 태양광의 광 경로와 투과도는 태양전지 효율에 밀접한 관련이 있기 때문에 이를 개선하기 위한 많은 연구들이 진행 중에 있다. 본 연구에서는 광 경로를 길게 하고, 투과도를 개선하기 위해 알루미늄 도핑된 ZnO (AZO) 씨드층을 ICP플라즈마 처리를 하였고, 플라즈마 처리된 기판에 ZnO 나노와이어를 성장하였다. 플라즈마 처리된 AZO 기판과 ZnO 나노와이어가 성장된 기판의 광 투과도를 분석하기 위해 Haze meter를 이용하였으며, FE-SEM을 이용하여 각 기판의 형상을 분석하였다. AZO 씨드층을 플라즈마 처리했을 경우 ITO 기판보다 400-500 nm 영역에서 투과도가 향상되었고, ZnO 나노와이어가 성장한 기판은 400~600 nm 영역에서 투과도가 개선되는 것을 확인 할 수 있었다. ZnO 나노와이어가 성장된 기판을 이용하여 P3HT:PCBM 블랜딩된 유기 태양전지를 제작하여 전기적 특성 및 효율을 평가 하였다.