The simultaneous achievement of a high-power conversion efficiency (PCE) and long-term stability is essential for the commercialization of organic solar cells (OSCs). Conventionally, polymer donor and small molecule acceptor (SMA) are key components in active layer for achieving high power conversion efficiency (PCE) in OSCs. However, efficient OSCs based on SMAs typically show poor stability mainly because of morphological deterioration caused by the fast diffusion of SMA molecules during the thermal- and photo-stresses. To address this issue effectively, it is crucial to conduct a comprehensive investigation in dimerized SMA (DSMA), which is an efficient structure to attain both enhanced stability and efficiency. In this study, two DSMAs comprising selenophene spacers with different regio-positions, DYSe-I and DYSe-O, are developed to achieve efficient and thermally stable OSCs. The different regio-positions in DSMAs have a substantial effect on various molecular properties. DYSe-I possesses a more planar backbone conformation and more continuously connected conjugation than DYSe-O. Consequently, DYSe-I exhibits a relatively higher crystallinity, electron mobility, and glass transition temperature. These favorable features of DYSe-I lead to a higher PCE (16.8%) and thermal stability (t80% lifetime = 514 h) in the resulting OSCs, surpassing those of the DYSe-O-based devices (PCE = 14.0% and t80% lifetime = 115 h).
높은 광전변환효율과 안정성을 동시에 확보하는 것은 유기태양전지에서 매우 중요한 과제이다. 유기태양전지에서 가장 중요한 층은 바로 광활성층이다. 일반적으로 높은 광전변환효율을 확보하기 위해 광활성층은 고분자 전자 주개와 단분자 전자 받개로 구성되어있다. 그러나 단분자 전자 받개 기반의 유기태양전지는 단분자의 확산으로 인한 박막 모폴로지 변화가 매우 빠르게 일어나 광 및 열적 응력에 대한 안정성이 매우 부족하다. 따라서 우수한 내구성과 기능의 유기태양전지를 개발하기위해서는 효율과 안정성을 동시에 확보할 수 있는 구조인 이량체 전자 받개에 대한 연구가 매우 중요하다. 본 연구에서는 이량체 전자 받개의 구조 이성질체에 따른 효과에 대해 알아보기 위해 구조 이성질체 관계에 있는 두 가지 이량체 전자 받개를 개발하였다. (DYSe-I와 DYSe-O). DYSe-I 이량체 전자 받개는 대조군인 DYSe-O에 비해 단량체 연결부에서 보다 평평한 주쇄와 연속적인 공액 구조를 나타내어 더 높은 전기적 특성을 지님으로써 DYSe-O (14.0%)보다 높은 광전변환효율을 달성하였다(16.8%). 또한 DYSe-I에서 보다 우수한 결정질과 유리전이온도를 가짐으로써 100 도씨 열적 응력 아래에서 514 시간동안 초기효율의 80%를 유지하는 결과를 보여주며 우수한 열적 안정성을 보여주었다.
