Synthesis of indandione-based Conjugated polymers for Polymer Solar Cells.

Abstract

대표적인 에너지원인 화석연료의 사용에 따른 화석 연료의 고갈과 환경 문제에 따라 대체 에너지의 개발이 중요시되고 있다. 그 중 태양광의 발전은 환경적인 문제나 별다른 기계적 장치 없이 직접적으로 전기를 생산이 가능하기에 오늘날 중요한 에너지원으로 꼽히고 있다. 이 중 유기태양전지는 투명하고 유연하며 가볍다는 특성을 가지기 때문에, 다양한 공간과 다양한 장소에 적용이 가능하며 휴대성도 좋다는 장점을 가진다. 또한 유기태양전지는 용액 공정으로 제작이 가능하기에 제작단가도 저렴하며 친환경적이다. 하지만 아직까지 낮은 효율성과 안정성 등으로 상용화에 어려움을 가진다. 이에 본 연구에서는 고분자 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서 유기 태양전지의 구조인 유리/인듐-주석 산화물(ITO)/산화아연(ZnO)/유기 광활성층/은(Ag) 중에서 유기 광활성층에 연구를 집중하였다. 유기 광활성층에 사용되는 물질 중 대표적으로 전자 수용체로 사용되는 fullerene계 유도체인 PC71BM의 경우 에너지 준위를 조절할 수 없고 가시광선 영역의 흡수가 적으며 높은 순도로 정제하기 어려운 단점이 있다. 이를 개선한 물질인 non-fullerene계 유도체인 Y6BO의 경우, 가시광선 영역에서 큰 흡수 파장 범위를 가지며 말단기의 조절을 통해 에너지 준위를 조절하기가 쉽다는 장점을 가지기에 이를 전자 수용체로 선택을 하였으며, Y6BO의 말단기에서 영감을 받아 indandione을 기반으로 물질을 합성하였으며 이는 전자 수용체와 전자 공여체의 상응성을 증가시켰으며, 고분자의 용해도를 증가시키기 위해서 말단기에 hexyl기를 도입하였으며, 전자의 이동성을 증가시키기 위해서 구조적 안정성 및 평면성의 특징을 가지는 BDT 및 BDTF를 도입한 고분자를 만들고, 광전변환 특성을 평가하였다. 그 결과, 2개의 전자 공여체 소재 중에서 IND-HT-BDTF를 기반으로 하는 유기태양전지 소자가 최대 6.43%의 효율을 나타났었다.