As energy crisis has become a serious problem all over the world, polymer solar cells (PSCs) are considered as being one of the most important renewable resources due to the advantages such as low-cost, printable, flexible devices and easy processing. Yet, there are obstacles in achieving high power conversion efficiencies (PCE), resulting from the mismatch between the solar spectrum and the band gap of organic materials used in the active layer. To overcome this limitation, synthesis of new low band gap polymers is proposed. In the last year, three different groups reported a low band gap polymer, PBDTTPD, based on electron donating, benzodithiophenes (BDT), and electron accepting, thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD). Claudia Piliego and co-workers reported that a solar cell with PBDTTPD showed 6.3% (PCE) without 1,8-diiodooctane and 6.6%(PCE) with 1,8-diiodooctane as addictives. The advantages of PBDTTPD include the high open circuit voltage (Voc), 0.86V, and orientation in the active layer between each electrode. However, compared to conventional electron donor material (~1.5eV) with PCBM, PBDTTPD has a higher band gap (1.73~1.82eV). Therefore, we have synthesized new low band gap polymer having lower energy band gap compared to that of PBDTPD by modifying energy level.
지금까지 보고된 최적의 유기태양전지 활성층은 P3HT(poly(3-hexyl thiophene)) / PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 시스템으로 현재 5 % 대의 광변환 효율을 나타내고 있으나, 실질적으로 상용화가 가능한 8 % 이상의 광변환 효율을 구현하기 위해서는 근본적으로 새로운 전도성 물질의 개발이 절실히 필요하다. 태양 스펙트럼에서 최대 광자 밀도(maximum photon flux density)가 대략 700 nm (밴드갭으로 보면 약 1.77 eV)에 위치하고 있는데 반해, P3HT의 경우 약 2.1 eV의 높은 밴드 갭을 가지고 있어, 전체 태양 스펙트럼의 22.4 % 만을 흡수할 수 있어 그 효율에 근본적인 제약이 따르게 된다. 따라서 유기태양전지의 효율향상을 위해 가장 시급한 부분 중 하나는 태양전지 스펙트럼의 흡수를 증가시키는 것이고, 이를 위해서는 밴드 갭이 낮으면서도 동시에 넓게 분포되어 있는 저 밴드 갭 전도성 고분자의 합성이 필수적이다.
따라서 본 연구에서는 빛의 흡수를 획기적으로 증가시킬 수 있는 donor와 acceptor를 alternative 형태 (DA구조)를 기반으로 하여 새로운 저 밴드갭 고분자를 합성하고자 했다. 최근 발표된 논문에서는 DA구조를 이용해 새로운 물질 PBDTTPD(밴드 갭: 1.81 eV)를 합성해 PBDTTPD/PC60BM구조의 디바이스에서 최대 6.6 %의 효율을 얻었고 본 연구실에서는 재현성을 확인하기 위해 PBDTTPD는 합성을 하였으며 이 고분자의 밴드 갭을 더 줄이고자 modified된 구조를 이용한 새로운 고분자 합성 및 태양전지를 제작하고 있다.
