n형 수용성 나프탈렌 다이미드 기반 공액 폴리머를 이용한 고성능 폴리머 태양전지

작은 면적의 단일 접합 폴리머 태양전지(PSCs)가 10% 성능 이정표를 넘는 전력 변환 효율(PCE)을 보여줌에 따라, 고성능 대면적 PSC 모듈의 제조가 상업적 응용을 위한 가장 중요한 이슈가 되고 있습니다. 그러나 작은 면적 장치를 제작하기 위해 최적화된 재료와 공정이 고성능 대면적 PSC 모듈의 생산에는 적용되지 않을 수 있습니다. 그 중 하나의 도전 과제는 PSC의 성능에 중대한 영향을 미치지 않으면서 다양한 두께로 쉽게 가공할 수 있는 새로운 전도성 계면 재료를 개발하는 것입니다. 이를 위해 우리는 5nm에서 100nm의 폭넓은 두께 범위로 가공할 수 있는 자체 도핑된 n형 수용성 공액 폴리머(WSCP) 두 가지를 보고합니다. 이들은 고성능 PSCs를 위한 효율적인 전자 수송층(ETL)으로 작용합니다. 공간 전하 제한 전류 및 전자 스핀 공명 분광학 연구는 WSCP의 측쇄에서 아민 또는 암모늄 브로미드 그룹이 존재하면 bulk heterojunction (BHJ)/ETL 계면에서 PC71BM을 n-도핑할 수 있어 음극에서 전자 추출 특성을 개선한다는 것을 확인합니다. 또한, 두 개의 아미노 기능 그룹 모두 WSCP에 자가 도핑을 유도할 수 있지만, 서로 다른 도핑 메커니즘을 통해 전자 수송 및 추출 시 옴 손실을 줄이는 고도로 전도성 ETL을 생성합니다. 궁극적으로, 자기 도핑된 WSCP ETL을 기반으로 한 PSC는 PTB7-Th/PC71BM 및 PffBT4T-2OD/PC71BM 시스템에서 각각 9.7% 및 10.11%의 높은 PCE를 나타내며 장치 성능이 크게 향상됩니다. 더욱 중요하게, PffBT4T-2OD/PC71BM BHJ를 활성층으로 사용했을 때, 두꺼운 ETL인 100nm 사용 시에도 8% 이상의 두드러진 PCE가 달성되었습니다. 우리가 아는 한, 이는 두꺼운 인터레이어와 빛 흡수 층을 가진 PSC에 대해 입증된 가장 높은 효율입니다. 이는 롤 투 롤 코팅 공정을 기반으로 한 유기 태양광 모듈을 만드는 데 중요한 기준입니다.