전자 억셉터 물질로 신규 DCNQI 유도체를 도핑한 유기태양전지의 특성에 관한 연구
The Study of DCNQI Dopants as an N type Organic Semiconductor in the Organic Photovoltaic Cell Performance
- 주제(키워드) 유기태양전지 , DCNQI 유도체 , 양자효율 , trap 준위
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000049455
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
Organic photovoltaics (OPVs) have been attracted much attention due to their advantages such as low cost, large area processibility and good flexibility compared to the conventional inorganic thin film solar cells. A lot of research for improving the efficiency of these OPV cells has been carried out and power-conversion efficiency (PCE) of the OPV cells has been improved steadily. In general bulkheterojunction (BHJ) OPV cells have been studied to improve the photoinduced electron transfer and separation in order to develop the solar energy conversion. In this study, we are trying to improve the charge transfer and separation using the dicyanoquinonediimine derivatives (DCNQI derivatives) as an n type electron transfer material. It is well known that DCNQI derivatives have an ability to be an acceptor. We have fabricated P3HT:PCBM based OPV cell using DCNQI derivatives as an n type dopant in order to improve the separation efficiency and charge transfer. Also, we have synthesized DCNQI derivative, dihexydicyanoquinonediimine (DHDCNQI), containing long alkyl chain. The compatibility of the DHDCNQI dopant and P3HT host polymer was improved due to the amorphous property of DHDCNQI material. Especially the device using 3 wt% DHDCNQI dopant shows high short circuit current density of 11.85 mA/cm2 and 3.23% maximum energy conversion efficiency.
more초록/요약
최근 주목받고 있는 유기태양전지는 결정 실리콘의 원료 공급 문제 해결, 저비용, roll ？to-roll 대면적 박막 태양전지의 개발 가능성 때문에 많은 투자 및 연구가 진행되고 있다. 또한 유기박막 태양전지의 특징은 저비용, 유연성, 경량, 디자인의 다양성, 간단한 공정 등으로 새로운 시장창출이 가능하다. 최근 유기태양전지의 효율과 안정성 개선을 위하여 새로운 구조와 물질에 대한 연구가 활발이 진행되고 있다. 구조적인 접근으로는 기존의 conversional 구조에서 벗어나 inverted 구조를 통하여 상당한 성과를 이루고 있으며, 물질로는 신규 C60 계의 억셉터 물질 개발과 low band 갭의 도너 물질 개발이 진행되고 있다. 그러나 이러한 새로운 접근법은 축적된 know-how와 오랜 시간을 필요로 한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 새로운 물질의 개발이 아닌 기존 물질을 새롭게 적용하여 유기태양전지의 효율개선을 연구하였다. ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:DCNQI derivatives/Al 구조의 소자를 제작하여 DCNQI 유도체 물질을 제2억셉터 물질로서 활용하여 소자의 특성을 조사하였다. DCNQI 유도체 물질은 유기활성층에서 엑시톤의 분리 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 분리된 전자와 정공의 재결합 비율을 감소시켜 소자의 단락전류 값을 크게 증가시켰다. 특히 유기반도체와의 혼화성을 개선시키기 위하여 측쇄에 hexyl 기를 도입한 DHDCNQI 를 사용한 소자에서는 11.85 mA/cm2의 높은 단락전류밀도를 나타냄으로써 3.23%의 크게 증가한 효율을 보였다.
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