[논문]ZnO를 대체 가능한 새로운 Viologen 유도체가 적용된 역구조 고분자 태양전지

김윤환; 김동근; 김주현

doi:10.14478/ace.2016.1074

ZnO를 대체 가능한 새로운 Viologen 유도체가 적용된 역구조 고분자 태양전지
ZnO-free Inverted Polymer Solar Cells Based on New Viologen Derivative as a Cathode Buffer Layer 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.5, 2016년, pp.512 - 515

김윤환 (부경대학교 고분자공학과) , 김동근 (부경대학교 고분자공학과) , 김주현 (부경대학교 고분자공학과)

초록
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새로운 viologen 유도체인 1,1'-bis(3,4-dihydroxybutyl)-[4,4'-bipyridine]-1,1'-diium bromide (V-Pr-2OH)을 합성하여 PTB7 : $PC_{71}BM$ Blend를 기반으로 하는 inverted polymer solar cells (iPSCs)에 cathode buffer layer로 적용하였다. V-Pr-2OH이 cathode buffer layer로 적용된 PSCs (ITO/V-Pr-2OH/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$)의 power conversion efficiency (PCE)는 7.28%이었다. V-Pr-2OH이 없는 iPSCs (ITO/ZnO/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$)의 PCE (7.41%)에 상응하는 값이다. 그러므로 본 연구에서는 높은 열처리 공정이 필요한 ZnO가 배제된, 즉 높은 온도의 열처리 없이도 제작 가능한 PSC에 대한 가능성을 보여주고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A new viologen derivative namely 1,1'-bis(3,4-dihydroxybutyl)-[4,4'-bipyridine]-1,1'-diium bromide (V-Pr-2OH) was synthesized and applied as a cathode buffer layer to inverted polymer solar cells (PSCs) based on the blend of PTB7 : $PC_{71}BM$. PSCs with the structure of ITO/V-Pr-2OH/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$ as the cathode buffer layer showed the power conversion efficiency (PCE) up to 7.28%, which is comparable to that of the PSCs with the structure of ITO/ZnO/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$ (7.44%) in the absence of V-Pr-2OH. This study demonstrates that a highly efficient PSCs without any high temperature heat treatment can be obtained.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 저분자 물질은 합성이나 정제가 간단하고 게다가 batch-tobatch 변화가 적고 분자량 분포가 작기 때문에 고분자 물질에 비해 장점이 있다. 본 연구에서는 저분자 물질인 viologen을 기본 골격하고 말단에 극성 수산화기(-OH)를 가지고 있는 새로운 유기 전해질 물질을 합성하였다. 본 연구에서 고안한 전해질의 구조는 1,1’-bis(3,4-dihydroxybutyl)-[4,4’-bipyridine]-1,1’-diium bromide (V-Pr-2OH)(Scheme 1)이다.

제안 방법

또한 수산화기들에 의해 interface dipole의 크기가 커질 것으로 기대된다(Figure 1 (b)). V-Pr-2OH의 photovoltaic properties를 알아보기 위해 ITO/V-Pr-2OH/PTB7 : PC₇₁BM (Figure 1(c))(1 : 1.5)/ MoO₃ /Ag (Figure 1 (a)) 구조를 갖는 iPSCs를제작하였다. 위 구조의 iPSCs의 최대 PCE는 7.

대상 데이터

Poly({4,8-bis[(2 -ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b:4,5-b’] dithiophene2,6-diyl} {3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})(PTB7)(Cat. No. OS0007)은 1-material Co.에서 구입하였고, [6,6]-phenylC₇₁ butyric acid methyl ester (PC₇₁BM)(Cat No. nano-cPCBM-SF)은 Nano-C,Inc.에서 구입하였다. 그 밖에 다른 시약들은 Alfa Aesar에서구입하였다.

성능/효과

즉, 이 연구는 높은 온도에서의 열처리 과정이 필요 없이 높은 효율의 PSCs를 비교적 간단하게 제작할 수 있다는 것을 보여 주고 있다. 또한 V-Pr-2OH는 roll-to-roll 공정에 의한 유연 유기태양전지 제작이 가능하다.
ITO/ V-Pr-2OH 소자의 PCE는 ITO/ZnO 소자와 거의 비슷하게 나타났다. 즉, 이 연구는 높은 온도에서의 열처리 과정이 필요 없이 높은 효율의 PSCs를 비교적 간단하게 제작할 수 있다는 것을 보여 주고 있다. 또한 V-Pr-2OH는 roll-to-roll 공정에 의한 유연 유기태양전지 제작이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Bulk-heterojunction (BHJ) polymer solar cells의 장점은?	Bulk-heterojunction (BHJ) polymer solar cells (PSCs)는 가볍고, 유연하여 대면적의 소자 제작이 가능하며, 청정 에너지 자원[1-4]이라는 다양한 장점을 가지고 있기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 고효율의공액 고분자(유기)소재 개발이나[5,6] 계면의 특성조절[7] 등과 같은 분야의 연구들에 의해 power conversion efficiencies (PCEs)는 점점 개선되고 있으며, 최근 10%에 달하는 PCEs도 보고되고 있다.
	PSCs의효율향상에 있어서 중요한 요소는 무엇인가?	고효율의공액 고분자(유기)소재 개발이나[5,6] 계면의 특성조절[7] 등과 같은 분야의 연구들에 의해 power conversion efficiencies (PCEs)는 점점 개선되고 있으며, 최근 10%에 달하는 PCEs도 보고되고 있다. PSCs의효율향상에 있어서 전극 계면에서의 전하 이동이나 수집은 매우 중요한 요소이다. 그래서 PCEs를 향상시키기 위한 노력으로 alcohol/water에 용해되는 공액 고분자 전해질[8-9], 비공액 고분자[10-15], alcohol/water에 용해되는 공액 또는 비공액 저분자 물질[16-18,19,20], 그리고 polar solvent treatment와 같은 방법들이 시도되어 왔다.
	PSCs의효율향상시키기 위한 방법에는 어떤 것들이 시도되었는가?	PSCs의효율향상에 있어서 전극 계면에서의 전하 이동이나 수집은 매우 중요한 요소이다. 그래서 PCEs를 향상시키기 위한 노력으로 alcohol/water에 용해되는 공액 고분자 전해질[8-9], 비공액 고분자[10-15], alcohol/water에 용해되는 공액 또는 비공액 저분자 물질[16-18,19,20], 그리고 polar solvent treatment와 같은 방법들이 시도되어 왔다. 이러한 노력들은 용액공정에서 미리 코팅된 유기 반도체 층이 파괴되지 않고 다층소자 제작을 가능하게 하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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