With the rapid growth of power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells (OSCs) based on polymer donors (PDs) and small molecule acceptors (SMAs), it is of great interest to find an optimal combination of PD and SMA mediated by favorable donor/acceptor (D/A) interaction. To address this important issue, here we investigated the effects of the PD/SMA pairing in terms of fine-chlorination of non-conjugated phenoxyl units in side chain of the newly developed SMA series on the blend morphology, the interfacial molecular interactions, and the resulting photovoltaic properties. Our investigation was conducted with the four SMAs, named A1, A2, A3, and A4, having different inner side-chains and terminal groups. And the PD, named PBDT-Cl, was paired with the SMAs. As a result, we demonstrate that the terminal chlorine atom of side chain placed on the non-conjugated position can significantly affect to the enhanced interfacial interactions, the blend morphology (miscibility and crystallinity) with PD, and reduced voltage loss, resulting improved PCEs of the OSCs. Particularly, the devices based on the PBDT-Cl:A3 pairs showed the highest PCE of 17.19%.
고분자 전자 주개와 단분자 기반의 전자 받개를 기반으로 하는 유기태양전지의 광전환효율의 증가를 위해서, 전자 주기 및 받개 사이의 유리한 상호작용에 의한 최적의 조합을 찾는 것이 굉장히 중요하다. 이를 위해서 본 연구에서는 공액구조를 이루지 않은 페녹실 유도체에 염소 원자를 도입한 새로운 전자 받개군 개발을 통해 블렌드 모폴로지, 계면에서의 분자 상호작용 및 결과적으로 광전 특성에 해당 과정이 끼치는 영향을 조사했다. 본 연구에서는 다른 종류의 말단기와 측쇄를 가진 A1, A2, A3, A4로 명명된 4가지 단분자 전자 받개군을 가지고 연구를 진행했다. 그리고 고분자 전자 주개는 PBDT-Cl로 명명된 물질을 앞선 4가지 전자 받개와 함께 조합하여 사용했다. 결론적으로, 본 연구를 통해 공액구조가 끊어져 있는 측쇄에 염소 원자를 도입하는 방식으로도 계면에서의 에너지적인 상호작용 및 혼화성과 결정성, 그리고 억제된 전압 손실을 통해 태양 전지 소자의 전반적인 특성을 향상시켰으며, 특히 PBDT-Cl와 A3를 기반으로 한 소자의 경우 17.19%의 고효율을 보였다.
