초록 ▼

○ 연구목표: 전하이동도 향상을 위한 결정성 광활성 고분자 개발
- 국제협력을 통한 아이디어 및 합성 기술 교류를 통해 분자졍렬 극대화를 위한 광활성 고분자 총 5종 이상 합성. 넓은 광흡수 확보 : 300 ~ 900 nm
- 고분자의 평면성, 분자정렬 및 결정성 증대
전하 이동도 향상 : 1 cm²V^-1S^-1 이상
- 고효율 태양전지 소자 제작 : 에너지 변환 효율 8% 이상
-TEM, GIWAXS 등의 분석법을 통한 분자정렬과 전하 이동 메커

○ 연구목표: 전하이동도 향상을 위한 결정성 광활성 고분자 개발
- 국제협력을 통한 아이디어 및 합성 기술 교류를 통해 분자졍렬 극대화를 위한 광활성 고분자 총 5종 이상 합성. 넓은 광흡수 확보 : 300 ~ 900 nm
- 고분자의 평면성, 분자정렬 및 결정성 증대
전하 이동도 향상 : 1 cm²V^-1S^-1 이상
- 고효율 태양전지 소자 제작 : 에너지 변환 효율 8% 이상
-TEM, GIWAXS 등의 분석법을 통한 분자정렬과 전하 이동 메커니즘 상세연구
○ 분자 내 비공유 결합성 쿨롬 상호작용 도입을 통한 결정성 공액 고분자 합성 및 전하 이동 특성 연구.
-고분자 주쇄의 평면성 및 인접 분자 간 정렬 유도를 위해 주쇄 내 수소결합, dipole-dipole 상호작용을 도입하여 고분자 체인의 conformation을 고정시키고 필름 제막시 결정성 모폴로지를 갖도록 분자 디자인 및 합성 (6종 이상)
-고분자 박막의 제막 조건을 변경하면서 결정성 모폴로지 유도 및 전하 이동 특성 규명.
- Thiophene과 benzotriazole (BTz) 단량체 기반의 고분자에 불소 원소 치환시, 정공이동도가 2 order 이상 증가하여 1.91 cm²V^-1s^-1에 해당하는 높은 정공 이동도를 측정하였으며 알콕시기를 치환 시, 0.07 cm²V^-1s^-1의 높은 정공 이동도를 측정함.
- XRD 측정을 통하여 고분자 배열 변화를 관찰한 결과, 열처리 후 고분자 체인의 정렬에 의한 라멜라 피크와 고분자 π-π stacking 배열 피크가 관측됨. 분자 구조의 평면성과 인접 분자간 상호 작용 증대에 의해 열처리 후 결정성이 증대되고 전하 이동도가 증가함.
- 불소가 치환된 benzodithiazole 기반 결정성 광활성 고분자를 합성하여 ITO/PEDOT:PSS/polymer:PC70BM/Al 의 conventional 단일 셀 구조의 소자를 제작함. 두께 ~300 nm에서 ~9%의 에너지 변환 효율을 측정함. 특히 상업적인 프린팅 기술로 구현 가능한 300 nm 두께에서 고효율의 태양전지를 구현했다는 점에서 상업적인 응용 가능성을 제시했다는 큰 의의가 있음.
○ 본 과제를 통하여 관련 연구결과를 Advanced Functional Materials, Macromolecular Rapid Communication 등 상위 10% 저널 포함 SCI 국외 저널 5편, 국내저널 1편에 발표하였음. 또한 관련 분야 연구자를 초청하여 한중 공동 심포지움 (2014. 5/9^-10, 중국 칭다오)을 공동 개최하였고 연구원을 파견하여 실질적인 공동연구를 수행하고자 하였음 (Ms. Jing Guo (Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, China) 부산대 방문 공동연구 수행, 2012. 11/26^-12/7).

Abstract ▼

ꠑ This joint project focuses on design and synthesis of novel photo-active polymers with low band gap, high crystallinity and high carrier mobility for applications in opto-electronic devices such as OTFT and OPVCs.
- Design and synthesis of low band gap polymers with high inter-chain ordering: c

ꠑ This joint project focuses on design and synthesis of novel photo-active polymers with low band gap, high crystallinity and high carrier mobility for applications in opto-electronic devices such as OTFT and OPVCs.
- Design and synthesis of low band gap polymers with high inter-chain ordering: charge carrier mobility > 1 cm²/Vs and energy conversion efficiency over 8%. Material design-structure-property relationships will be investigated to develop the optimized photo-active polymers.
ꠑ Synthesis and characterization of crystalline conjugated polymers
- Synthesis of planar and crystalline conjugated polymers by incorporating intrachain H-bond and dipole-dipole interactions with conformational lock (synthesis of ~6 polymers)
- Film fabrication optimization for increasing interchain ordering with crystalline morphology. Characterization of charge transport properties.
- Fluorine or alkoxy substituents were introduced to the benzotriazole (BTz) unit to enhance the molecular ordering through intra- and intermolecular F-S, F-H-C, C−F-πF, or S-O attractive interactions. Thiophene-BTz based alternating copolymers with fluorine substituents (PTBTz-F): hole mobility of 1.91 cm²V^-1s^-1 was measured. Fluorine or alkoxy substitution induced tight interchain ordering with edge-on orientation, as confirmed by X-ray diffraction measurements.
- Semi-crystalline photovoltaic polymers containing fluorine substituents, showing energy conversion efficiency exceeding 9% in a 300 nm thick conventional single-cell device. These excellent characteristics are closely related to the molecular structures where intra- and/or intermolecular noncovalent hydrogen bonds and dipole–dipole interactions assure strong interchain interactions without losing solution processability.
ꠑ We published 6 SCI papers containing top 10% SCI journals such as Advanced
Functional Materials, Macromolecular Rapid Communication, etc. We also organized a Korea-China joint symposium on photovoltaic polymer semiconductors with the
Chinese counterpart together (2014. 5/9^-10, Qingdao, China). Ms. Jing Guo in Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology visited Pusan National University and worked together for collaboration (2012. 11/26^-12/7).

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 국문과제요약서 ... 2
• Summary ... 3
• 1. 서론 ... 4
• 2. 연구방법 및 이론 ... 6
• 3. 연구결과 ... 9
• 4. 시사점 및 고찰 ... 12
• 5. 결론 ... 13
• 6. 기타 ... 14
• 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 15