The use of toxic halogenated solvents, commonly used in the manufacture of polymer solar cells (PSCs), are highly detrimental to humans and the environment, and is a major constraint on commercial use. In this context, we synthesized a series of water/ethanol-soluble naphthalene diimide (NDI)-based polymers and utilized them in the photoactive and electron transporting layers (ETLs) in PSCs. To ensure sufficient solubility in the eco-friendly solvents, hydrophilic olygoethylene glycol (OEG) side chains were introduced, and consequently three novel polymers (P(NDIDEG-T), P(NDITEG-T), and P(NDITEG-T2)) having different lengths of the side chain or the backbone structures were synthesized. When P(NDIDEG-T), which has the shortest OEG side chain, was used as the electron acceptor in the photoactive layer, a remarkable power conversion efficiency (PCE) of 2.15% was achieved. Interestingly, the PSC devices maintained more than 90% of the initial performance in the ambient condition even after 4 days
용액 공정을 기반으로 하는 유기태양전지 제작 시 일반적으로 사용되는 할로젠 계열 용매의 사용은 인체 및 환경에 매우 유해하며 막대한 사회적 비용을 초래할 수 있기 때문에 상용화에 있어서 큰 제약 조건이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 친환경 용매인 물/에탄올 혼합물에 용해 가능한 나프탈렌 다이이미드 계열의 전도성 고분자를 합성하여 유기태양전지의 광활성층에 활용하였다. 충분한 용해도 확보를 위해 친수성의 올리고에틸렌글라이콜 곁사슬을 도입하였고, 곁사슬의 길이와 주쇄의 구조가 다른 세 가지 P(NDIDEG-T), P(NDITEG-T), P(NDITEG-T2) 고분자를 설계하였다. 곁사슬의 길이가 가장 짧은 P(NDIDEG-T)를 전-고분자 광활성층의 전자 받개로 활용하였을 때 2.15% 라는 높은 광전변환효율을 구현하였고 4일이 지나도 초기 효율의 90% 이상을 유지하는 뛰어난 대기 안정성까지 보임으로써 본 고분자의 우수성을 확인하였다.
