Synthesis and Characterization of Conjugated Copolymers with Fluorinated Quinoxaline for Polymer Solar Cells

Abstract

전 세계적인 에너지 고갈과 환경오염 문제로 친환경 재생에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있는 가운데, 태양을 이용한 대체에너지는 특히 각광받고 있다. 태양은 친 환경적이고 전 세계 어디에서나 접근이 용이하며 에너지의 양이 무한하다는 점 에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 기존의 무기계 실리콘을 이용한 태양전지는 그 재료비용과 제조비용이 비싸 경제적으로 어려움이 많다. 이러한 문제를 해결하기 위해 저 가격의 태양전지가 요구되었고, 전도성고분자를 이용한 유기태양전지는 저 가격 대면적의 용액공정으로 그 제작비용이 크게 절감되고 유연한 물성으로 다양한 Device에 적용가능하기 때문에 최근 많은 연구가 진행 되고 있다. 현재 많은 연구팀에서 10% 이상의 효율을 가지는 단일 층의 Bulk-heterojunction(BHJ) 고분자 태양전지가 보고되고 있다. 이 논문에서는 fluorine이 도입된 Quinoxaline을 electron-withdrawing 물질로 이용하여 다양한 공액고분자를 합성하였고 그 특성을 분석 하였다. Florine이 하나 또는 두 개가 도입되었을 때, π- conjugation system이 확장 되었을 때, regioregular한 배열을 가졌을 때, sidechain의 배열이 바뀌었을 때, 각각 고분자태양전지의 효율에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 연구를 실시하였다. 그 결과 10개의 고분자는 1.29 ~ 5.95% 의 광 전환 효율을 얻었고, 그 중 YJ-53가 0.74의 Voc 11.76의 Jsc 0.68의FF 와 5.95%의 광 전환 효율을 보였다.