Here, we report enhanced internal quantum efficiency (IQE) and absorption of small molecular organic solar cells (OSC) in broadband by inserting a multi-functional layer (MFL). An MFL has energy level between main donor and acceptor levels, assisting the charge transport in the active layers. Furthermore, two donors have complementary absorption band yield higher and broader absorption spectra. Experimentally, when $ClAlPc:C_{60}$ was inserted as an MFL on top of $ClAlPc:C_{60}$, the short circuit current ($J_sc$) was improved from $10.35 mA/cm^2$ to $11.63 mA/cm^2$, leading to increase the power conversion efficiency (PCE) from 2.3 % to 2.71 %. In addition, when ClAlPc was inserted as an MFL between CuPc and $C_{60}$ in a trilayer OSC, $J_{sc}$ was enhanced from $5.04 mA/cm^2$ to $6.08 mA/cm^2$, resulting to an increase of the PCE from 1.33 % to 1.69 %.
유기 태양전지의 낮은 효율을 증가시키기 위한 방법에는 보상적인 광반응 유기물질을 넣어주어 낮고 좁은 흡수영역을 증가시켜주는 방법과 광반응에 의해 생성된 전하가 전극으로 수집되기 위해 이동하는 물질들의 에너지 준위 차이를 줄여 전하의 이동도를 증가시켜 내부양자효율을 증가시켜주는 방법이 있다. 우리는 앞에서 말한 두 종류의 증가를 동시에 얻을 수 있는 구조를 제안하였다. 먼저 기존 전자 주개와 보상적인 흡수영역을 가지고 또한 기존 전자 주개의 호모레벨과 전자 받개의 호모레벨 사이에 호모레벨이 오는 전자 주개를 이용한 다기능층을 기존 유기태양전지 소자에 삽입하였다. 이때 중요한 점은 기존 연구들과 같이 전자 주개끼리 섞지 않고 다기능층을 기존 전자 주개층 위에 삽입하여 전자 주개들 사이의 계면을 최소화하여 엑시톤의 분리가 감소하는 것을 최소화 하였다는 것이다. 이렇게 만들어진 다기능층을 벌크이종접합구조 소자와 평판이종접합구조 소자에 각각 삽입하였을 때 두 소자에서 모두 흡수와 내부양자효율이 증가하여 전류가 증가하였다. 따라서 효율이 최대 27% 까지 증가하였다. 실험을 통해, 전하이동을 증가시키기 위해 계단식 구조를 형성 할 수있고 흡수를 증가시키기 위해 보상적인 영역을 흡수할 수 있는 물질을 이용해 다기능층을 만들어 유기태양전지에 삽입하였을 때, 광대역의 내부양자효율과 흡수증가를 얻을 수 있음을 증명하였다.