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Efficiency Improvement of Organic Solar Cells Using Zinc Diethyldithiocarbamate (ZDDC) as an Electron Transporting Layer

Efficiency Improvement of Organic Solar Cells Using Zinc Diethyldithiocarbamate (ZDDC) as an Electron Transporting Layer
Issue Date
교육대학원 화학교육전공
이화여자대학교 교육대학원
In this work, we introduced a solution-processed zinc diethyldithiocarbamate (ZDDC) interlayer for use in inverted bulk heterojunction (BHJ) solar cells. Different three concentrations of solution-processed ZDDC (0.0, 0.6, and 0.9 wt%) on ZnO layer were used in solar cells. Organic solar cells (OSCs) are fabricated with blended active layers of poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]:[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl-ester (PTB7-Th:PC71BM). Introduction of a ZDDC interlayer improved power conversion efficiency (PCE) of inverted PTB7-Th:PC71BM devices from 8.21% to 8.56%. 1-5 nm thick ZDDC on top of the ZnO layer. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measured the elemental composition, empirical formula, and chemical state of ZDDC. Contact angle measurements exhibited that this layer modified the ZnO surface more hydrophobic, resulting in a good contact with PTB7-Th:PC71BM photoactive films. These results indicate that the film thickness of ETL effect on a high performance. The device with ZDDC shows a high power conversion efficiency (PCE) of 8.56% along with an open-circuit voltage (Voc) of 0.80 V, a short-circuit current (Jsc) of 15.50 mA/cm2, and a fill factor (FF) of 0.69.;본 논문에서는 ZnO는 다양한 장점을 가지고 있어 역구조형 태양전지에서 전자 수송층으로서 주로 사용되고 있지만 전자 추출 효과를 감소시키는 전자 트랩을 가지고 있어 소자의 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 역구조형 태양전지에서 ZnO층 위에 Zinc Diethyldithiocarbamate (ZDDC)이라는 새로운 전자 수송층을 사용하여 평균 효율을 8.21%에서 8.56%가지 상승시키는 연구를 진행하였다. ZnO 위에 ZDDC을 0.0, 0.3, 0.6, 0.9 wt% 의 농도로 코팅해주었으며 Atomic force microscopy를 통해서 ZDDC가 표면의 거칠기에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다. 접촉각 측정 결과 ZnO 표면이 좀 더 소수성에 가까워지는 것을 볼 수 있었는데 그렇기에 ZDDC은 광활성층이 더 잘 접촉되도록 하는 역할을 할 것이다. 또한 ZDDC의 코팅으로 ZDDC에 포함된 황(S)의 풍부한 전자가 ZnO에 존재하는 산소(O)의 defect를 일부 보완하였다는 것으로 생각할 수 있었다. 소자의 안정성을 측정해보았는데 600시간 이상까지 소자의 효율이 안정적으로 유지되었다. 즉, ZDDC는 역구조형 태양전지에서 ZnO와 함께 사용함으로 효율상승을 가져오고 안정성측면에서도 좋은 작용을 하였다.
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