A new series of n-type D-A terpolymers (P(NDI2HD-T-S)) was synthesized from an electron-deficient naphthalene diimide (NDI)-based unit in conjugation with two electron-rich thiophene (T) and selenophene (S) units and their performances as electron acceptors in all-polymer solar cells (all-PSCs) were compared. The crystallinity of the P(NDI2HD-T-S) terpolymers can be controlled systematically by tuning the T/S molar ratios (T/S= 100/0, 80/20, 50/50, 20/80, and 0/100) in the polymer backbone; an increase in S content induced a significant enhancement in the crystallinity of the terpolymers. Thus, incorporation of more S unit enhanced the structural ordering of the terpolymers and the electron mobility in the all-PSCs. All-PSCs based on P(NDI2HD-T-S) terpolymer acceptor and PTB7 polymer donor exhibited an increasing trend of the power conversion efficiency from 2.50 to 3.60 % for higher S content, which was mainly attributed to the enhanced short circuit current. To understand the effects of the T/S compositions on the photovoltaic performances, we investigated their influence on the optical, electrical, and structural properties of the n-type D-A terpolymers.
본 연구에서는 싸이오펜 그룹과 달리 퀴노이달 구조에 대한 선호도가 큰 셀레노펜 그룹을 세 번째 단량체로 나프탈렌 다이이미드 기반의 전자받개 고분자에 도입함으로써 체계적으로 결정성이 조절된 삼원공중합체를 합성하였다. 셀레노펜 그룹의 도입은 나프탈렌 다이이미드 기반의 전자받개 삼원공중합 고분자의 결정성을 상승 시켰으며 도입 정도가 늘어남에 따라 전자 이동도가 향상되는 특성을 보였다. 이를 바탕으로 PTB7 전자주개 고분자를 사용하여 전 고분자 태양전지를 제작하였으며 셀레노펜 비율이 증가 함에 따라 에너지 전환 효율이 2.50%에서 3.60%까지 향상되었으며 이는 주로 향상된 단락 전류에 기인하는 결과를 확인하였다. 더불어 싸이오펜과 셀레노펜의 비율 변화에 따른 나프탈렌 다이이미드 기반 전자받개 삼원공중합 고분자의 광학적, 전기적, 구조적 특성의 변화를 확인하였다.
