공액 고분자 전해질 정공수송층을 이용한 유기 태양전지 개발 연구

Abstract

고분자를 이용한 유기 태양전지는 저가의 원료 물질 및 공정과정의 이점이 있으며 가볍고 유연소자로 응용가능한 장점이 있다. 태양전지의 구조에서 적절한 정공수송물질의 선택이 중요한데 이는 정공 수송을 위한 에너지 장벽을 감소시키고 전하 선택성을 높여 태양전지의 성능을 개선하며 태양전지의 안정성에 영향을 주기 때문이다. 본 연구에서는 정공수송 물질로서 공액 고분자 전해질에 대해 논한다. 대표적인 정공수송체인 PEDOT:PSS 대신 공액고분자전해질을 정공수송층으로 이용하여 P3HT는 도너 고분자로, PCBM을 억셉터로 이용한 소자를 제작하였다. narrow bandgap π-π conjugated cyclopenta-[2,1-b; 3,4-b’]-dithiophene-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole) (CPDT-alt-BT)[1, 2]를 주사슬로 가지는 CPE-K, CPE-Na, CPDT 주사슬을 가지는 CPE PCPDT-K를 이용한 소자 제작을 통해 기존의 PEDOT:PSS 기반 소자 대비 단락전류의 증가(7.65 mAcm-2 에서 최대 7.88 mAcm-2)에 따른 에너지 변환효율 증가(2.64%에서 최대 3.11%)를 확인하였다. 공액 고분자전해질 정공수송층의 광학적 특성과 표면 모폴로지를 분석하였으며, 태양전지 소자 제작을 통해 임피던스 특성을 통한 저항 및 캐퍼시턴스 특성의 확인하였으며, 이로 인한 전류밀도 상승을 확인하였다. 산성 및 흡습성을 가지는 PEDOT:PSS 정공수송층의 대체를 통해 대기중 안정성 향상(70.2%에서 최대 78.9%유지)을 확인하였다.