Design and Synthesis of Conjugated Copolymer Based on Rearranged Pechmann Dye for Polymer Solar Cells

Abstract

본 연구에서는 재배열된 페크만 염료를 합성하여 고분자 태양전지의 활성층에 사용되는 전자 주개전자 받개 형태의 고분자의 구성 요소 중 전자 받개 단위로의 활용 가능성을 확인하였다. 재배열된 페크만 염료는 전자 주개 단위로 thiophene, alkoxy-BDT, alkylthienyl-BDT를 활용하여 Stille coupling을 통해 고분자로 합성되었고, 합성된 고분자는 2.21 eV에서 2.29 eV에 이르는 넓은 밴드갭을 갖고 있었다. 이를 바탕으로 태양 전지를 제작하였을 시 0.9 V의 높은 개방전압을 나타냈고 최고 1.39%의 효율을 보였다. 나아가, 광흡수 특성을 향상시키기 위해 디케토피롤로피롤과 재배열된 페크만 연료를 전자 받개 단위로 동시에 활용하는 전도성 랜덤 고분자를 디자인하고 합성하였다. 이 고분자는 낮은 밴드갭을 갖는 동시에 넓은 영역대의 광흡수 영역을 가지고 있었고 태양전지에 적용한 결과 300 nm에서 900 nm에 이르는 넓은 빛에서 전자를 만들어내어 2.40%의 효율을 보였다. 이처럼, 재배열된 페크만 염료는 다양한 전자 주개 단위와 조합될 수 있고 낮은 밴드갭 물질의 광 흡수 영역을 보완할 수 있어 고분자 태양전지의 활성층 재료로서 높은 가능성을 보였다.