Organic photovoltaic (OPV) solar cells are promising candidates for future power generation needs due to their low-cost, ease of processing, and flexibility. In efforts to improve efficiency, graphene quantum dots (GQDs) have been studied as a supplemental material in the active layer, but the fundamental role of GQDs and their functional groups remains unknown. In this work, we have shown a significant improvement in OPV effi-ciency (nearly 40%) using GQDs functionalized with various molecular weights of PEG. Through use of UV-Vis analysis on P3HT/PCBM thin films, we found that the active layer absorption increase of GQD-containing de-vices originates from faster P3HT exciton dissociation, an explanation confirmed with faster decay constants extracted from TA-spectroscopy. Functionalization with PEG was shown to further boost this mechanism by promoting charge transfer, resulting in the shortest molecular weight (200 MW) producing the highest cell efficiency.
유기 태양전지는 낮은 단가, 공정의 용이성, 그리고 우수한 휨 특성으로 인해 차세대 대체에너지 소자로서 각광받고 있다. 그 효율을 향상시키는 방안 중 하나로 그래핀 양자점을 활성층에 첨가하는 방법이 연구되어 왔으나 그래핀 양자점이나 그에 존재하는 기능기가 갖는 역할에 대한 근본 메커니즘과 관련된 연구는 아직 진행이 충분히 이뤄지지 못한 상황이다. 본 연구에서 우리는 다양한 분자량을 가진 폴리에틸렌글리콜을 이용하여 그래핀 양자점을 기능기화하고 이를 유기 태양전지에 적용하여 약 40%의 큰 효율 향상을 보였다. 활성층으로 사용된 P3HT/PCBM 박막에 대한 자외 및 가시광선 분광분석을 통해 우리는 그래핀 양자점이 첨가된 소자에서의 효율 향상이 증가된 흡수량과 관계되며 이는P3HT의 엑시톤 분리가 촉진됨에 기인한 것을 밝혔다. 또한 이러한 설명은 순간 흡수 분광법을 통해 더 빠른 엑시톤 소멸 상수를 도출함으로써 검증되었다. 기능기화된 폴리에틸렌글리콜의 경우 전하 전달을 개선시켜 상기 메커니즘에 추가적인 향상을 보이며 분자량의 가장 작은 200 MW의 폴리에틸렌글리콜이 기능기화된 경우에 가장 큰 효율을 나타내었다.
