Characterization of charge transport in bulk heterojunction organic solar cells

Abstract

공액 유기물질계면에서 일어나는 빛에 의해 유발된 전하이동(Photoinduced charge transfer, PICT)은 이종접합 유기태양전지에서 개로 전압 등의 광-전 효율을 결정짓는 중요한 역할을 하는 요소이다. PICT는 두 종류의 다른 상을 가지는 유기물질간의 비편재화된 상태 결맞음에서 비롯되기 때문에 공액 유기물질 사이의 에너지 특성에 대한 이해가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 유기물질 계면상 발생하는 전하이동에 대한 연구를 다각적으로 진행했다. Chapter 1에서는 유기물질 간의 들뜸 에너지 준위 매칭을 효율적으로 정량화는 방법을 연구했다. 본 연구에서는 두 유기물질의 광밀도 겹침을 이용하여 불균형 상수를 계산함으로써 전자 주개 물질과 받개 물질간의 에너지 준위 균형을 정량화했으며, 이를 바탕으로 불균형 상수와 전하이동간의 상관관계를 규명했다. Chapter 2에서는 유기태양전지의 개로 전압과 불균형 상수간의 상관관계를 연구함으로써, 본 연구에서 새롭게 제시된 불균형 상수 개념을 실제 소자에 적용했다. 그 결과 불균형 상수가 적은 혼합계 일수록 낮은 개로 전압손실로 인해 높은 개로 전압을 얻을 수 있었다. Chapter 3에서는 유기물질의 사이오펜의 개수를 조절함으로써 HOMO 준위를 조절하는 연구를 진행했다. 위의 세 가지 연구 결과는 전자 주개와 받개의 에너지 준위 균형이 PICT를 향상시키는데 매우 중요한 역할을 하는 것을 보여준다. 결과적으로 위와 같이 세가지 방법을 통해 유기 물질 계면상 발생하는 전하이동 특성을 분석하고 이를 통해 더욱 효율적인 전하이동을 유도하는데 성공했다.