Synthesis of Self-doped Conjugated Polyelectrolytes Bearing Cyclopentadithiophene for Use in Organic Photovoltaic Cells

Abstract

PEDOT:PSS is extensively used as a hole extracting layer (HEL) material in the normal-structured organic photovoltaic cells (OPCs). However PEDOT:PSS has acidic and hygroscopic properties which can erode adjacent layers. In addition, its anisotropic conductivity give a negative effect when it is used as a HEL material. There are many researches studying new materials which can overcome these drawbacks. One strategy is replace PEDOT:PSS with conjugated polyelectrolyte (CPE). We have attempted to synthesize better performance materials superior to PEDOT:PSS. Our new HEL materials are based on cyclopentadithiophene and benzene (or thiophene) moieties. They show self-doping property, implying that our materials have good conductivity. They have similar work function values and surface roughnesses to those of PEDOT:PSS when they are coated on substrate. OPC devices incorporating our new HEL materials display similar performance (around 7%) compared with the PEDOT:PSS based device.;본 논문에서는 벌크이종접합의 광활성층을 가지는 유기태양전지의 성능향상을 위한 정공수송층 연구를 진행하였다. 노말 구조의 유기태양전지의 정공수송층으로 광범위하게 이용되고 있는 PEDOT:PSS는 산성이고, 흡습성이 있기 때문에 인접한 층을 부식시키며, 비등방성인 전도도를 가진다는 단점이 있다. 본 연구에서는 PEDOT:PSS의 단점을 극복할 대체 물질에 대한 연구 영역 중 공액고분자 (CPEs)에 집중하여 연구를 진행하였다. 싸이클로펜타다이싸이오펜과 벤젠, 싸이오펜을 백본으로 하며 썰포네이트 그룹이 결합된 알킬체인을 가진 고분자 (CPDT polymer)를 개발하였다. 합성된 고분자는 자기도핑되는 성질을 가지며, 이 과정에서 전도도가 증가한다. 새로운 고분자들은 PEDOT:PSS와 유사한 HOMO level 을 가지며, 스핀 코팅 시 표면을 매끄럽게 덮는 특성을 보였다. CPDT polymer들을 소자에 적용하였을 때, PEDOT:PSS를 적용한 소자와 유사한 성능(7% 내외)을 보이며 PEDOT:PSS를 대체할 가능성이 있음을 보여주었다.