In this study, we investigated the heteroatom substitution effect on the donor-acceptor copolymer with femtosecond transient absorption spectroscopy and density functional theory calculation. We observed a new-bandgap polymers of which are composed by two different electron donor moieties: benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene (BDT) and diketopyrrolopyrrole (DPP). In order to change the ability of electron donating on BDT. We synthesized a new low-bandgap polymer (PBDTThSDPP and PBDTTzSDPP). PBDTTzSDPP is sub-stituted by nitrogen atoms instead of carbon atoms on pyrrole ring. Each power conversion efficiency (PCE) of PBDTThSDPP and PBDTTzSDPP is 5.06 % and 3.65 %. To understand why those efficiency is different, we employed broadband femtosecond transient absorption spectroscopy. We focused on the ultrafast dynamics of each conjugated polymer solar cells. We found that ultrafast dynamics differ between PBDTThSDPP:PCBM and PBDTTzSDPP:PCBM. We explained those dynamics as the results of TD-DFT calculation.
본 연구에서는 이원자 치환을 통한 컨쥬게이트 고분자의 전자 공여효과를 팸토초 순간 흡수 분광학과 밀도범함수 이론을 통해 관찰하였다. 새로운 띠간격을 가진 고분자 화합물은 두개의 전자 친화도를 가진 단량체로 이루어져있다. 전자친화도가 낮은 단량체인 Diketopyrrolopyrrole(DPP)의 Pyrrole고리에 탄소대신 질소 원자를 치환하여, 서로 다른 전자친화도 환경을 가진 두 가지 고분자화합물을 만들었다. 각각의 에너지 전환 효율은 PBDTThSDPP가 5.06 %, 질소 원자가 치환된 PBDTTzSDPP가 3.65 % 였으며, 우리는 왜 이런 효율 차이를 보이는지 팸토초 순간 흡수 분광학으로 조사하였다. 팸토초 순간 흡수 분광학을 통해 컨쥬게이트 고분자의 폴라론의 극초단 다이나믹스에 집중하였고, 두 고분자의 극초단 다이나믹스가 다르다는 점을 찾아 냈다. 또한 우리는 이러한 결과를 바탕으로 범밀도함수이론을 통하여 고분자의 극초단 다이나믹스를 설명하였다.
