2차원적인 벤조다이티오펜 기반의 새로운 고분자 합성 및 유기태양전지 특성 연구 Synthesis and characterization of new two-dimensional benzodithiophene (BDT) based polymer for organic solar cells원문보기
본 연구에서는 유기 태양전지 효율 향상 연구의 일환으로 이차원적인 공액형 곁사슬을 포함한 benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiphene(BDT)기반의 공중합체(PBDT-2D)를 합성하고 그 특성에 대하여 연구하였다. 고분자는 Stille 축합중합법을 이용하여 합성하였으며 비교를 위해 알콕시기가 도입된 고분자 PBDT-OR도 같은 방법으로 합성하였다. 고분자 PBDT-OR과 PBDT-2D는 각각 25,100과 31,200g/mol의 수 평균 분자량을 나타냈고, 1.9와 2.0의 분자량 분포(Ð)를 나타냈다. PBDT-OR과 PBDT-2D는 ...
본 연구에서는 유기 태양전지 효율 향상 연구의 일환으로 이차원적인 공액형 곁사슬을 포함한 benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiphene(BDT)기반의 공중합체(PBDT-2D)를 합성하고 그 특성에 대하여 연구하였다. 고분자는 Stille 축합중합법을 이용하여 합성하였으며 비교를 위해 알콕시기가 도입된 고분자 PBDT-OR도 같은 방법으로 합성하였다. 고분자 PBDT-OR과 PBDT-2D는 각각 25,100과 31,200g/mol의 수 평균 분자량을 나타냈고, 1.9와 2.0의 분자량 분포(Ð)를 나타냈다. PBDT-OR과 PBDT-2D는 클로로포름을 이용하여 용액상태와 박막상태의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼(UV-visible absorption spectrum)을 측정하였다. 측정결과 PBDT-OR과 PBDT-2D의 최대흡수파장은 용액상태에서 553nm와 442, 565, 616nm, 박막상태에서 534nm와 458, 567, 616nm에서 나타났다. UV-visible 흡수 스펙트럼으로부터 얻은 PBDT-OR과 PBDT-2D의 광학적 밴드갭은 각각 1.90eV, 1.87eV였다. CV(Cyclic voltammetry)를 이용하여 측정된 PBDT-OR과 PBDT-2D의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 각각 –5.53eV, -5.61eV로 측정되었으며, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 값은 광학적 밴드갭을 이용하여 계산한 결과 –3.63eV와 –3.74eV로 나타났다. 또한 SCLC(space-charge limited current) 방법을 통해 측정한 각 고분자의 정공 이동도는 각각 3.8×10-5cm2/Vs와 1.6×10-4cm2/Vs로 나타났다. 유기 태양전지 소자는 합성된 고분자와 PC70BM을 이용하여 용액 공정으로 ITO/PEDOT:PSS/광활성층/Ca/Al의 샌드위치 구조로 제작하였고, 고분자:PC70BM (1:2)일 때 PBDT-OR과 PBDT-2D의 에너지 전환효율은 각각 2.44%와 4.76%로 측정되었다.
본 연구에서는 유기 태양전지 효율 향상 연구의 일환으로 이차원적인 공액형 곁사슬을 포함한 benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiphene(BDT)기반의 공중합체(PBDT-2D)를 합성하고 그 특성에 대하여 연구하였다. 고분자는 Stille 축합중합법을 이용하여 합성하였으며 비교를 위해 알콕시기가 도입된 고분자 PBDT-OR도 같은 방법으로 합성하였다. 고분자 PBDT-OR과 PBDT-2D는 각각 25,100과 31,200g/mol의 수 평균 분자량을 나타냈고, 1.9와 2.0의 분자량 분포(Ð)를 나타냈다. PBDT-OR과 PBDT-2D는 클로로포름을 이용하여 용액상태와 박막상태의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼(UV-visible absorption spectrum)을 측정하였다. 측정결과 PBDT-OR과 PBDT-2D의 최대흡수파장은 용액상태에서 553nm와 442, 565, 616nm, 박막상태에서 534nm와 458, 567, 616nm에서 나타났다. UV-visible 흡수 스펙트럼으로부터 얻은 PBDT-OR과 PBDT-2D의 광학적 밴드갭은 각각 1.90eV, 1.87eV였다. CV(Cyclic voltammetry)를 이용하여 측정된 PBDT-OR과 PBDT-2D의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 값은 각각 –5.53eV, -5.61eV로 측정되었으며, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 값은 광학적 밴드갭을 이용하여 계산한 결과 –3.63eV와 –3.74eV로 나타났다. 또한 SCLC(space-charge limited current) 방법을 통해 측정한 각 고분자의 정공 이동도는 각각 3.8×10-5cm2/Vs와 1.6×10-4cm2/Vs로 나타났다. 유기 태양전지 소자는 합성된 고분자와 PC70BM을 이용하여 용액 공정으로 ITO/PEDOT:PSS/광활성층/Ca/Al의 샌드위치 구조로 제작하였고, 고분자:PC70BM (1:2)일 때 PBDT-OR과 PBDT-2D의 에너지 전환효율은 각각 2.44%와 4.76%로 측정되었다.
A new donor-acceptor (D-A) conjugated copolymer based on benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene (BDT) and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD) was synthesized via a Stille cross-coupling reaction. A highly conjugated thiophene-based side group was incorporated into each BDT unit to generate the two-dimensio...
A new donor-acceptor (D-A) conjugated copolymer based on benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene (BDT) and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD) was synthesized via a Stille cross-coupling reaction. A highly conjugated thiophene-based side group was incorporated into each BDT unit to generate the two-dimensional (2D) D-A copolymer (PBDT-2D). An alkoxy-substituted BDT-based TPD copolymer (PBDT-OR) was synthesized with the same polymerization method for comparison, and their optoelectronic and photovoltaic properties were determined. PBDT-2D thin films produce two distinct absorption peaks. The shorter wavelength absorption (458 nm) is attributed to the BDT units containing conjugated thiophene-based side groups, and the longer wavelength band (567–616 nm) is attributed to intramolecular charge transfer between the BDT donor and the TPD acceptor. The highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels of PBDT-OR and PBDT-2D were calculated to be –5.53 and –5.61 eV respectively. The band gaps of PBDT-OR and PBDT-2D are 1.90 and 1.87 eV respectively. PBDT-2D thin films harvested a broad solar spectrum covering the range 300–700 nm. A comparison with PBDT-OR films revealed stronger interchain π-π interactions in PBDT-2D films and, thus, a higher hole mobility. A polymer solar cell device prepared by using PBDT-2D as the active layer was found to exhibit a higher power conversion efficiency (PCE) than a device prepared using PBDT-OR under AM 1.5 G (100 mW/cm2) conditions.
A new donor-acceptor (D-A) conjugated copolymer based on benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene (BDT) and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD) was synthesized via a Stille cross-coupling reaction. A highly conjugated thiophene-based side group was incorporated into each BDT unit to generate the two-dimensional (2D) D-A copolymer (PBDT-2D). An alkoxy-substituted BDT-based TPD copolymer (PBDT-OR) was synthesized with the same polymerization method for comparison, and their optoelectronic and photovoltaic properties were determined. PBDT-2D thin films produce two distinct absorption peaks. The shorter wavelength absorption (458 nm) is attributed to the BDT units containing conjugated thiophene-based side groups, and the longer wavelength band (567–616 nm) is attributed to intramolecular charge transfer between the BDT donor and the TPD acceptor. The highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels of PBDT-OR and PBDT-2D were calculated to be –5.53 and –5.61 eV respectively. The band gaps of PBDT-OR and PBDT-2D are 1.90 and 1.87 eV respectively. PBDT-2D thin films harvested a broad solar spectrum covering the range 300–700 nm. A comparison with PBDT-OR films revealed stronger interchain π-π interactions in PBDT-2D films and, thus, a higher hole mobility. A polymer solar cell device prepared by using PBDT-2D as the active layer was found to exhibit a higher power conversion efficiency (PCE) than a device prepared using PBDT-OR under AM 1.5 G (100 mW/cm2) conditions.
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