Molecular orientation, with respect to donor/acceptor interface and electrodes, plays a critical role in determining the performance of all-polymer solar cells (all-PSCs) but is often difficult to rationally control. Here, an effective approach for tuning the molecular crystallinity and orientation of naphthalene diimide-bithiophene-based n-type polymers (P(NDI2HD-T2)) by controlling their number average molecular weights ($M_n$) is reported. Increasing the $M_n$ values of P(NDI2HD-T2) polymers leads to a remarkable shift of dominant lamellar crystallite textures from edge-on to face-on as well as more than a twofold increase in the crystallinity. These different packing structures in terms of the molecu-lar orientation greatly affect the charge dissociation efficiency at the donor/acceptor interface and thus the short-circuit current density of the all-PSCs. All-PSCs with PTB7-Th as electron donor and high molecular weight electron acceptor show the highest efficiency of 6.14%.
전자 받개/전자 주개 계면과 전극에 대해서 분자 패킹구조의 방향은 전-고분자 태양전지의 효율을 결정하는데 중요한 역할을 하지만 이를 정확하게 조절하기는 어렵다. 본 학위논문에서는 나프탈렌 다이이미드 계 고분자인 P(NDI2HD-T2) 고분자의 분자량을 조절함으로서 결정성과 방향을 제어하는 효과적인 방법이 제시하였다. 분자량이 높아질수록 edge-on에서 face-on으로 결정화 방향이 변함과 동시에 결정화도가 두배 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 결정과 관련된 구조적 특징은 전자주개/받개 계면에서의 방향에도 영향을 주었으므로 전하 분리 확률, 그리고 전류 밀도에 크게 영향을 끼침을 알 수 있다. 최종적으로는PTB7-Th를 전자 주개 고분자로 하여 만들어진 전고분자 태양전지에서 매우 높은 효율인 6.14%를 얻을 수 있었다.
