Synthesis and photovoltaic properties of the new conjugated polymers with alkoxy group

Abstract

본 논문은 활성층 내 새로운 공액 고분자 개발을 통해 유기 발광소자와 고분자 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 연구한 결과이다. 전도성을 가지는 유기 물질은 다양한 분야에 적용이 가능하여 인간의 삶에 깊이 뿌리를 내리는 과정 중에 있다. 그 쓰임의 한계는 감히 예측할 수 없을 정도로 무한한 잠재성을 가지고 있지만, 특히 가장 이슈가 되고 있는 분야가 바로 고분자 태양전지와 유기 발광소자이다. 고갈되어가는 화석연료를 대처할 수 있는 많은 대체에너지 자원 중에서 유기물을 이용하는 유기태양전지는 다른 태양전지들에 비해 경제성과 제작용이성에서 뛰어나 가장 유망한 차세대 태양전지로 고려되어 최근 국내외에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 고분자 태양전지는 가볍고, 박막으로 만들 수 있으며, 구부릴 수 있는 장점으로 인해 그 역할이 더욱 기대되고 있다. 더불어 기존의 LCD의 단점을 보완하고 공정성 및 상품성을 향상시킨 유기 발광소자 또한 ‘꿈의 디스플레이’라 불릴 만큼 각광받고 있으며 이를 구성하는 신 유기물질의 개발과 상용화 하기 위한 공정 기술이 활발히 연구되고 있다. 유기 발광소자 및 고분자 태양전지는 양극/정공 주입 및 수송층/발광층 (유기발광소자) 또는 활성층 (고분자 태양전지)/전자 주입 및 수송층/음극의 구조를 가진다. 지난 10년간, 벌크 이종접합을 근간으로 하는 고분자 태양전지에 관한 연구는 P3HT/PCBM을 주 대상으로 이루어져 왔다. 하지만, P3HT의 비교적 큰 밴드 갭은 흡수할 수 있는 태양 스펙트럼의 영역을 제한하고, P3HT의 HOMO와 PCBM의 LUMO사이의 비교적 작은 에너지 차는 낮은 개방전압의 원인이 되어 결과적으로 낮은 에너지 전환효율을 갖는다고 보고되었다. 이를 개선하고자 상대적으로 높은 HOMO 에너지 준위로부터 개방전압의 상승과 더불어 더 넓은 영역의 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있는 낮은 밴드 갭을 가지는 구조의 새로운 고분자를 고분자 태양전지 내 활성층을 이루는 전자주개로 이용하기 위해 (poly(2,2'-(2,5-bis(alkoxy)-1,4-phenylene)dithiophene)s with benzothiadiazole units)를 이용하여 새로운 공액 고분자를 합성하였다. 이를 태양광 소자로서 그 효율을 예측하기 위해 합성한 단분자와 고분자의 광학적 성질을 UV-visible spectrum을 통해 측정해 보았으며 그 데이터를 이용하여 옵티컬 밴드 갭을 산출하였다. 용액 상태에서 최대 흡수 피크는 P(p-OOTPBT)는 648.3 nm에서, P(p-EHOTPBT)는 649.3 nm에서 나타났으며, 광학적 밴드갭은 두 고분자 모두 1.91 eV로 측정되었다.