• 제목/요약/키워드: PEDOT/PSS

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Excimer-Based White Phosphorescent OLEDs with High Efficiency

  • Yang, Xiaohui;Wang, Zixing;Madakuni, Sijesh;Li, Jian;Jabbour, Ghassan E.
    • 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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    • 한국정보디스플레이학회 2008년도 International Meeting on Information Display
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    • pp.1520-1521
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    • 2008
  • There are several ways to demonstrate white organic light emitting diodes (OLEDs) for displays and solid state lighting applications. Among these approaches are the stacked three primary or two complementary colors light-emitting layers, multiple-doped emissive layer, and excimer and exciplex emission [1-10]. We report on white phosphorescent excimer devices by using two light emitting materials based on platinum complexes. These devices showed a peak EQE of 15.7%, with an EQE of 14.5% (17 lm/W) at $500\;cd/m^2$, and a noticeable improvement in both the CIE coordinates (0.381, 0.401) and CRI (81). Devices with the structure ITO/PEDOT:PSS/TCTA (30 nm)/26 mCPy: 12% FPt (10 nm) /26 mCPy: 2% Pt-4 (15 nm)/BCP (40 nm)/CsF/Al [device 1], ITO/PEDOT:PSS/TCTA (30 nm)/26 mCPy: 2% Pt-4 (15 nm)/26 mCPy: 12% FPt (10 nm)/BCP (40 nm)/CsF/Al [device 2], and ITO/PEDOT:PSS/TCTA (30 nm)/26 mCPy: 2% Pt-4: 12% FPt (25 nm)/BCP (40 nm)/CsF/Al [device 3] were fabricated. In these cases, the emissive layer was either the double-layer of 26 mCPy:12% FPt and 15 nm 26 mCPy: 2% Pt-4, or the single layer of 26mCPy with simultaneous doping of Pt-4 and FPt. Device characterization indicates that the CIE coordinates/CRI of device 2 were (0.341, 0.394)/75, (0.295, 0.365)/70 at 5 V and 7 V, respectively. Significant change in EL spectra with the drive voltage was observed for device 2 indicating a shift in the carrier recombination zone, while relatively stable EL spectra was observed for device 1. This indicates a better charge trapping in Pt-4 doped layers [10]. On the other hand, device 3 having a single light-emitting layer (doped simultaneously) emitted a board spectrum combining emission from the Pt-4 monomer and FPt excimer. Moreover, excellent color stability independent of the drive voltage was observed in this case. The CIE coordinates/CRI at 4 V ($40\;cd/m^2$) and 7 V ($7100\;cd/m^2$) were (0.441, 0.421)/83 and (0.440, 0.427)/81, respectively. A balance in the EL spectra can be further obtained by lowering the doping ratio of FPt. In this regard, devices with FPt concentration of 8% (denoted as device 4) were fabricated and characterized. A shift in the CIE coordinates of device 4 from (0.441, 0.421) to (0.382, 0.401) was observed due to an increase in the emission intensity ratio of Pt-4 monomer to FPt excimer. It is worth noting that the CRI values remained above 80 for such device structure. Moreover, a noticeable stability in the EL spectra with respect to changing bias voltage was measured indicating a uniform region for exciton formation. A summary of device characteristics for all cases discussed above is shown in table 1. The forward light output in each case is approximately $500\;cd/m^2$. Other parameters listed are driving voltage (Bias), current density (J), external quantum efficiency (EQE), power efficiency (P.E.), luminous efficiency (cd/A), and CIE coordinates. To conclude, a highly efficient white phosphorescent excimer-based OLEDs made with two light-emitting platinum complexes and having a simple structure showed improved EL characteristics and color properties. The EQE of these devices at $500\;cd/m^2$ is 14.5% with a corresponding power efficiency of 17 lm/W, CIE coordinates of (0.382, 0.401), and CRI of 81.

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유기태양전지를 위한 작은 밴드갭 고분자의 합성과 광전특성 (Synthesis and Photovoltaic Properties of a Low Band Gap Polymer for Organic Solar Cell)

  • 우용호;이효상;박성남;최이준;김봉수
    • 폴리머
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    • 제39권1호
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    • pp.71-77
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    • 2015
  • 본 연구에서는 전자가 풍부한 구조단위(dithienosilole 및 benzodithiophene)와 전자가 부족한 구조단위(difluorobenzothiadiazole)를 주사슬에 교대로 갖는 작은 밴드갭 공중합체를 Stille 짝지움 반응을 이용하여 합성하였다. $^1H$ NMR을 통하여 각 단계별 화합물과 고분자의 구조를 확인하였다. GPC, TGA, UV-vis 분광분석기 및 cyclic voltammetry를 이용하여 합성한 고분자의 특성을 조사하였다. 합성한 공액고분자와 $PC_{70}BM$을 1:1.5, 1:2, 1:3, 1:3.5 및 1:4의 중량비로 혼합하여 ITO/PEDOT:PSS/polymer:$PC_{70}BM/Al$의 구조로 유기태양전지 소자를 제작하여 그 광전특성을 조사하였다. 고분자:$PC_{70}BM$의 혼합비율이 1:3에서 최고 1.0%의 광전변환효율이 달성되었다. TEM 실험을 통하여 1:3 혼합비율에서 유기태양전지에 가장 적합한 나노규모로 상분리가 일어났으며, 다른 혼합비율에서는 고분자와 $PC_{70}BM$의 뭉침현상에 기인하여 태양전지 특성이 낮아졌다.

Rubrene:CuPc 정공 수송층이 도입된 p-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능 특성 연구 (Performance Characteristics of p-i-n type Organic Thin-film Photovoltaic Cell with Rubrene:CuPc Hole Transport Layer)

  • 강학수;황종원;강용수;이혜현;최영선
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제48권5호
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    • pp.654-659
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    • 2010
  • 박막형 유기 태양전지의 효율 향상을 위하여 정공 수송층인 CuPc 층에 p형 유기 반도체인 rubrene을 함량 별로 도핑하여 ITO/PEDOT:PSS/CuPc: rubrene/CuPc:C60(blending ratio 1:1)/C60/BCP/Al의 이종접합구조를 가지는 p-i-n형 유기 박막형 태양전지 소자를 제조한 후, 유기 태양전지의 전류 밀도-전압(J-V) 특성, 단락 전류($J_{sc}$), 개방 전압($V_{oc}$), 충진 인자(fill factor:FF), 에너지 전환 효율(${\eta}_e$) 등을 측정하고 계산하여 성능 평가를 수행 하였다. 정공 수송층으로 사용된 CuPc 층에 rubrene을 도핑함으로써 에너지 흡수 스펙트럼에서 흡수 강도가 감소하였다. 그러나 CuPc 보다 큰 밴드갭을 가지며 높은 정공 이동도를 가지는 결정성 rubrene의 도핑에 의해 제조된 p-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능은 향상 되는 것으로 확인되었다. 제조된 유기 태양전지의 에너지 전환 효율(${\eta}_e$)은 1.41%로 실리콘 태양전지와 비교해서 아직도 성능 향상을 위한 많은 노력이 필요함을 보여 준다.

유기 패시베이션 박막이 P3HT:PC61BM 활성층을 갖는 고분자 태양전지의 특성에 미치는 영향 (Effects of Organic Passivation Films on Properties of Polymer Solar Cells with P3HT:PC61BM Active Layers)

  • 이상희;박병민;조양근;장호정;정재진;피재호
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제21권4호
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    • pp.105-110
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    • 2014
  • 재생에너지 광소자로서 스마트 농장 등의 에너지원으로서 고분자 태양전지의 응용이 기대되며 향후 상업화를 위해 효율과 신뢰성 개선이 요구된다. 본 연구에서는 유기 패시베이션 박막을 가지는 헤테로정션 고분자태 전지를 제작하고, 패시베이션 박막이 고분자 태양전지의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 사용된 패시베이션 유기재료로는 폴리비닐알코올과 이크롬산 암모늄을 혼합하여 용해한 후 스핀코팅방법으로 P3HT:$PC_{61}BM$/LiF/Al 기판위에 코팅하여 소자를 제작하였다. 제작된 소자구조는 glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:$PC_{61}BM$/LiF/Al/passivation layer 이며, 140시간 공기 중에 노출 후 전기적 특성을 측정, 비교한 결과, 패시베이션 처리된 고분자 태양전지가 패시베이션 박막 처리되지 않은 소자에 비해 보다 우수한 전기적 특성을 보여주었다. 즉, 패시베이션 처리된 소자의 전력변환효율은 제작직후 3.0%에서 140시간 노출 후 1.3%로 감소한 반면 패시베이션 처리되지 않은 소자의 경우는 동일한 노출조건에서 3.5%에서 0.1%로 급격한 특성저하를 나타내었다.

P3HT:PCBM 활성층을 갖는 유기 박막태양전지의 후속 열처리 효과 (The Post Annealing Effect of Organic Thin Film Solar Cells with P3HT:PCBM Active Layer)

  • 장성규;공수철;장호정
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제17권2호
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    • pp.63-67
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    • 2010
  • 본 연구에서는 P3HT와 PCBM 물질을 전자도너와 억셉터 광활성층 물질로 사용하여 벌크이종접합 구조를 갖는 Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-PCBM/Al 구조의 유기박막태양전지를 제작하였다. P3HT와 PCBM은 각각 0.5 wt%의 농도로 톨루엔 용액에 용해하였다. 광활성층 농도를 최적화하기 위하여 P3HT:PCBM= 3:4, 4:4, 4:3 wt%의 농도비로 소자를 제작하고, 농도비에 따른 전기적 특성을 조사하였다. 또한 활성층의 후속열처리 온도가 소자의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. P3HT와 PCBM의 농도비가 4:4 wt%의 비율에서 가장 우수한 전기적 특성을 나타내었으며, 이때 단락전류밀도 ($J_{SC}$), 개방전압 ($V_{OC}$), 및 충실인자 (FF)는 4.7 $mA/cm^2$, 0.48 V 및 43.1%를 각각 나타내었다. 또한 전력변환효율(PCE)은 0.97%의 값을 얻었다. 최적화된 농도비를 갖는 태양전지 소자에 대해 $150^{\circ}C$에서 5분, 10분, 15분, 20분간 후속 열처리를 실시한 결과 P3HT 전자도너의 흡광계수가 증가하는 경향을 보였다. 후속 열처리 조건이 $150^{\circ}C$에서 15분인 경우 전기적 특성이 열처리 하지 않은 소자에 비해 특성이 개선되었다. 즉, 이때의 전기적 특성은 $J_{SC},\;V_{OC}$, FF, PCE의 값이 각각 7.8 $mA/cm^2$, 0.55 V, 47%, 2.0%를 나타내었다.

Benzothiadiazole-benzodithiophene을 기반으로 한 D/A구조의 공액 고분자 합성 및 광전변환 효율 특성 개선 연구 (Synthesis and Characterization of Power Conversion Efficiency of D/A Structure Conjugated Polymer Based on Benzothiadiazole-Benzodithiophene)

  • 성기호;윤대희;우제완
    • 공업화학
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    • 제24권5호
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    • pp.537-543
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    • 2013
  • 본 연구에서는 유기박막태양전지로 적용 가능한 push-pull 구조의 고분자를 합성하여 그 특성을 확인하였다. 전자주개 물질로는 benzodithiophene 유도체를 도입하였고, 전자받개물질은 benzothiadiazole 유도체를 사용하여 Stille coupling 반응으로 poly{4,8-didodecyloxybenzo[1,2-b;3,4-b]dithiophene-alt-5,6-bis(octyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole} (PDBDT-TBTD)를 합성하였다. 각 합성 단계별 단량체의 확인은 $^1H-NMR$과 GC-MS를 통해 이루어졌으며, 합성된 conjugated polymer는 GPC, TGA, UV-Vis, cyclic voltammetry를 이용하여 물리적, 광학적 및 전기화학적 특성을 확인하였다. PDBDT-TBTD의 수평균 분자량은 6200이였으며, 초기 분해온도(5% weight loss temperature, $T_d$)값은 $323^{\circ}C$로 측정 되었다. 박막형태에서의 최대 흡수파장은 599 nm이며, 광학적 밴드갭(${E_g}^{opt}$)은 1.70 eV으로 확인되었다. 유기박막태양전지 소자는 ITO/PEDOT : PSS/PDBDT-TBTD : $PC_{71}BM/BaF_2/Ba/Al$ 구조로 제작하였으며, PDBDT-TBTD와 $PC_{71}BM$를 1 : 2 (w/w)의 비율로 블렌딩하여 광활성층으로 사용하였다. 제작된 소자는 solar simulator으로 광전변환효율을 확인하였고, 최대 광전변환효율은 2.1%이었다.

CuPc: $F_4$-TCNQ 정공 수송층이 도입된 P-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능 특성 연구 (Performance Characteristics of p-i-n Type Organic Thin-film Photovoltaic Cell with CuPc: $F_4$-TCNQ Hole Transport Layer)

  • 박소현;강학수;나타라잔센틸루마르;박대원;최영선
    • 폴리머
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    • 제33권3호
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    • pp.191-197
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    • 2009
  • 박막형 유기 태양전지의 성능 향상을 위하여 정공 수송층인 CuPc 층에 강한 p형 유기 반도체인 $F_4$-TCNQ을 도핑하여 ITO/PEDOT:PSS/CuPc: $F_4$-TCNQ(5wt%)/CuPc:C60 (blending ratio 1 : 1)/C60/BCP/LiF/Al의 이종 접합 구조를 가지는 P-i-n형 유기 박막형 태양전지 소자를 진공증착 장비를 이용하여 제조한 후, 유기 태양전지의 전류 밀도-전압(J-V) 특성, 단락 전류($J_{sc}$), 개방 전압($V_{oc}$), 충진 인자(fill factor: FF), 에너지 전환 효율(${\eta}_e$) 등을 측정하고 계산하여 성능 굉가를 수행하였다. CuPc 층에 $F_4$-TCNQ을 도핑함으로써 에너지 흡수 스펙트럼에서 흡수강도가 증가하였으며, $F_4$-TCNQ가 도핑된 CuPc 박막에서 $F_4$-TCNQ 유기 분자의 분산성 향상, 박막의 표면 균일성, 주입 전류(injection currents) 향상 효과등에 의해서 제조된 p-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능이 향상되는 것으로 확인되었다. 제조된 유기 태양전지의 에너지 전환 효율(${\eta}_e$)은 0.15%로 실리콘 태양전지와 비교해서 아직도 성능 향상을 위한 많은 노력이 필요함을 보여 준다.

ITO 투명전극의 $O_2$ 플라즈마 처리가 고분자 유기발광다이오드의 전기.광학적 특성에 미치는 영향 (Dependence of $O_2$ Plasma Treatment of ITO Electrode on Electrical and Optical Properties of Polymer Light Emitting Diodes)

  • 공수철;백인재;유재혁;임현승;양신혁;신상배;신익섭;장지근;장호정
    • 한국표면공학회지
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    • 제39권3호
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    • pp.93-97
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    • 2006
  • Polymer light emitting diodes (PLEDs) are expected to be commercialized as next generation displays by advantages of the fast response time, low driving voltage and easy manufacturing process for large sized flexible display. Generally, the electrical and optical properties of PLEDs are affected by the surface conditions of transparent electrode. The PLED devices with ITO/PEDOT:PSS/PVK/PFO-poss/LiF/Al structures were prepared by using the spin coating method. For this, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfolnate)) Al 4083 and PVK(N-vinylcabozole) were used as hole injection and transport layers. The PFO-poss(poly(9,9-dioctylfluorene)) was used as the emitting layer. The dependence of $O_2$ plasma treatment of ITO electrode on the electrical and optical properties of PLEDs were investigated. The sheet resistances increased slightly with an improved surface roughness of ITO electrode as the RF power increased during $O_2$ plasma treatment. The PLED devices prepared on the ITO/Glass substrates, which were plasma-treated at 40 watt in RF power for 30 seconds under 40 mtorr $O_2$ pressure, showed the maximum external emission efficiency of 0.86 lm/W and the maximum luminance of $250\;cd/m^2$, respectively. The CIE color coordinates are ranged $X\;=\;0.13{\sim}0.18$ and $Y\;=\;0.10{\sim}0.16$, showing blue color. emission.

Rigid한 Phenothiazine-Quinoxaline D/A 공액 고분자 구조의 용해성 향상 연구 및 유기박막태양전지로의 특성 분석 (Improved Solubility and Characterization of Photovoltaic Properties D/A Copolymers based on Rigid Structure of Phenothiazine-Quinoxaline)

  • 성기호;윤대희;박용성
    • 청정기술
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    • 제20권4호
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    • pp.415-424
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    • 2014
  • 본 연구는 전자주개 물질인 phenothiazine 유도체와 전자받개 물질로 quinoxaline 유도체를 Suzuki coupling reaction으로 push-pull 구조의 고분자(PPQX-2hdPTZ (P1), POPQX-2hdPTZ (P2))를 합성하였다. 용해도 향상을 위해 기본 골격에 alkoxy 사슬을 도입하였고, 반응시간을 단축시키고 중합도를 높이기 위해 마이크로웨이브 합성 반응기를 이용하여 중합시켰다. 합성된 고분자는 물리적, 열적, 광학적 및 전기화학적 특성을 확인하였다. 두 고분자의 초기분해온도는 $323-328^{\circ}C$로서 열 안정성이 우수함을 확인하였고, 추가로 alkoxy 사슬을 도입한 P2의 중합도가 더 높았다. 전기화학적 특성을 분석한 결과 두 고분자의 HOMO에너지 레벨은 유사하였다. 합성된 고분자는 ITO/PEDOT:PSS/active layer/$BaF_2$/Al 구조로 소자를 제작하여 유기박막태양전지로의 특성을 확인하였다. 각 소자는 박막의 두께를 다르게 하여 이에 따른 효율의 변화를 확인하였고, 박막의 두께가 얇아질수록 높은 효율을 나타내었다($PCE_{max}:P1=1.0%$, P2 = 1.1%).

Effects of the Thickness and the Morphology of a ZnO Buffer Layer in Inverted Organic Solar Cells

  • 이현우;오진영;백홍구
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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    • pp.151-151
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    • 2013
  • 무기물 기반, Si-based 태양전지에 비해 가볍고 저렴하다는 관점에서 유기태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 Si-based 태양전지에 비해 그 효율이 낮다는 점이 문제로 제기되어 왔지만, 억셉터와 도너의 nanocomposite 구조인 bulk-heterojunction (BHJ) 구조가 개발이 되면서 유기물의 짧은 엑시톤(exciton) 거리를 극복할 수 있게 되어 그 효율이 비약적으로 증가되는 결과를 낳았다. 또한 넓은 범위의 파장을 흡수 할 수 있는 작은 band-gap을 갖는 물질이 개발됨으로써 유기 태양전지의 효율은 점차 증가하고 있다. 최근에는 독일 회사인 Heliatek에서 12%가 넘는 유기태양전지를 발표함으로써 유기태양전지가 Si-based 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 에너지 공급원으로의 가능성을 충분히 보였다. 이런 유기 태양전지는 하부 투명전극인 인듐주석산화물(ITO)/정공이동층(PEDOT:PSS)/광흡수층/전자이동층(LiF)/낮은 일함수를 갖는 상부전극인 Al 구조의 일반적인 구조; ITO/전자이동층/광흡수층/정공이동층/높은 일함수를 갖는 상부전극(Ag), 전하의 이동방향이 반대인 역구조 태양전지, 두 가지로 분류할 수 있다. 하지만 소자 안정성의 관점에서 일반적인 구조의 태양전지는 ITO/PEDOT:PSS 계면에서의 화학적 불안정성과, 낮을 일함수를 갖는 상부전극이 쉽게 산화되는 등의 문제가 있어 상부전극으로 높은 일함수를 갖는 전극을 사용하는 역구조 태양전지가 더 유리하다. 이러한 역구조 태양전지에서 효율을 높일 수 있는 요인 중 하나는 전자이동층에 있다. 광흡수층에서 형성되어 분리된 전자가 전극으로 이동하기위해서는 전자이동층을 거쳐야 한다. 하지만 이 전자이동층 내에서의 전자 이동속도가 느리다면, 즉 저항이 크다면 광흡수증과의 계면에서 Back electron trasnfer현상으로 재결합이 일어나게 되어 전극으로 도달하는 전자의 양이 줄어들게 되고, 이는 유기태양전지 효율을 낮추는 요인이 된다. 전자이동층 자체의 저항뿐만 아니라, 전자이동층의 표면 거칠기(morphology) 또한 유기 태양전지의 효율을 좌우하는 요인 중 하나이다. 광흡수층과 전자이동층의 계면에서 전자의 이동이 일어나는데, 전자이동층의 표면 거칠기가 크게되면 그 위에 박막으로 형성되는 광흡수층과의 계면저항이 증가하게 되고, 이는 광흡수층에서 전자이동층으로의 원활한 전자이동을 저해함으로써 소자 효율의 감소를 일으키게 된다. 따라서 우리는 전자이동층인 ZnO 박막의 스퍼터링 조건을 변화시킴으로써 ZnO 층의 두께에 따른 광투과도, 전기전도성 변화 및 유기태양전지의 효율변화와, 표면 거칠기에 따른 광변환 효율 변화를 관찰하고자 한다.

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