Solar cells made up of organic materials such as polymers and small molecules have been established as an affordable alternative to conventional silicon solar cells. Although the performance had significantly improved through the years, organic solar cells (OSCs) still exhibit relatively low efficiency and high device instability preventing their commercialization.
The theoretical energy conversion efficiency limit of any single-junction solar cell is a function of the band-gap energy of the semiconductor, referred to as Shockley-Queisser (SQ) limit. Down-conversion (DC) is one of the suggested approaches to overcome the SQ limit wherein high-energy photons are converted into low-energy photons of which the energy is just enough to overcome the band-gap energy to minimize the thermalization of the charge carriers. In the case of organic emitters, DC is not only limited to minimizing the lattice thermalization loss. Since the bandwidths of organic materials are limited, they have a limited absorption spectrum, thus some wavelengths will be unabsorbed causing a transparency loss.
In this work, we discuss the effect of an efficient organic light-emitting material as an ultra-violet (UV)-filtering down-conversion (UVDC) layer on the efficiency of a flexible organic solar cell. With the help of those UVDC layers, high-energy photons in the UV spectrum can be converted into photons within the 600 nm range, which falls on the absorption spectra of the active layer (PBDB-T-2F: BTP-4Cl). Absorption of these down-converted photons within the cell leads to an increase in the photocurrent in the device and eventually improves the power conversion efficiency. Adding the UVDC layer on the OSCs not just increases the efficiency but also provides an additional filter to prevent the UV light from harming the active layer. But although the device degradation is not fully prevented, the UVDC layer is able to successfully improve the device stability under UV and AM1.5G illumination.
고분자 및 저분자 유기물질로 구성된 태양전지는 기존의 실리콘 태양 전지에 비해 원가 경쟁력을 갖춘 대안으로 주목을 받고 있다. 지난 수년간 유기 태양전지의 성능이 크게 향상되었으나, 여전히 낮은 효율과 높은 불안정성으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다.
단일 접합 태양 전지의 에너지 변환 효율은 반도체의 밴드갭 에너지 특성으로 인해 ‘쇼클리-퀘이서 한계(Shockley-Queisser limit)’로 알려진 이론적 한계를 지닌다. 이 한계를 극복하기 하기 위해, 높은 에너지의 광자를 낮은 에너지의 광자로 변환하는 ‘다운 광 변환’ 필름을 활용할 수 있다. 이때, 변환된 에너지의 크기는 열에 의한 전하 캐리어의 손실을 최소화하고자 태양 전지 활성층의 밴드갭 에너지에 비해 약간 큰 것이 적합하다.
본 연구는 유기 발광 물질로 구성된 자외선 필터링 다운 광 변환 필름이 유연 유기 태양 전지의 효율에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 제작된 광 변환 필름은 자외선 영역의 광자를 광활성 층인 PBDB-T-2 F : BTP-4Cl의 흡수 스펙트럼에 해당하는 600nm 영역으로 변환한다. 필름을 적용함으로써 자외선에 의한 활성층의 성능 저하를 완화시키며, 태양전지의 광전류 및 전력 변환 효율이 향상됨을 확인하였다.
