Reducing Burn-in Loss in Small molecule Organic Semiconductor by the Addition of a Crystalline Polymer

Abstract

Organic solar cells are attracting attention for various applications. Among them, small molecule organic solar cells(SM-OSCs) are widely used because they have advantages of tunable molecular energy level and obvious molecular weight. However, when SM-OSCs are exposed to light for a long time, long-term stability is not good and this is a problem to be solved for commercialization. First, the theoretical background of solar cells(OSCs) is given for understanding the basic principles of this thesis and then operating system of OSCs will be described. Next, a ternary blending device will be investigated, which adds two kinds of small amount of polymer named poly[(2,5-bis(2-hexyldecyloxy)-phenylene)-alt-(5,6-difluoro-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole)] (PPDT2FBT) and poly[(2,5-bis(2-decyltetradecyloxy)-phenylene)-alt-(5,6-dicyano-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c] [1,2,5]-thiadiazole)] (PPDT2CNBT) to a host small molecule used binary blending device. The host binary blending device is made of a small molecule named LGC-D073 for p-type material and [6,6] phenyl–C70-butyric acid methyl ester(PC70BM) for n-type material. In the case of the ternary blending devices, not only the light absorption band is broadened but also the Voc is improved by the influence of the bandgap. In addition, it facilitates the hopping process in the small molecule solar cell to reduce the current leakage and increase the adhesion between the MoO3 layer and the active layer. It can reduce the penetration depth of Ag and MoO3 into the active layer. Particularly, in the case of using polymer having a high crystallinity, the adhesion is formed strongly and the penetration is inhibited, so that impurities in the active layer are reduced and the generation of the trap is reduced. Thus the long-term stability under 1 sun intensity is improved because the recombination of the generated charges is reduced.;단분자 유기태양전지의 경우 공정성, 재현성이 용이하여 널리 사용되고 있다. 하지만 장시간 빛에 노출되면 장기안정성이 좋지 안아 상용화를 위해서는 해결해야 하는 문제이다, 본 연구에서는 LGC-D073을 단분자 전자 주개로 사용하여 소자를 제작하였다. 이 소자는 효율뿐 아니라 안정성 면에서 우수하지 못하다. 따라서 이를 개선하기 위해 기존의 단분자 유기태양전지에 고분자를 소량 첨가하는 공정을 진행하여 소자를 최적화 하였다. 결정성이 높은 고분자인 PPDT2FBT, 결정성이 낮은 고분자인 PPDT2CNBT를 첨가하였고 그 결과 흡광 영역의 증가, 그리고 물질의 밴드갭에 의한 Voc 증가로 효율이 증가하였고, 태양전지 내 생성된 전하의 이동을 도와주어 전류의 손실을 막아주었다. 뿐만 아니라 MoO3 층과 활성층 사이의 접착력을 향상시켜 전극으로 사용되는 Ag의 활성층 내로의 침투를 막아주었다. 특히 결정성이 높은 고분자를 첨가해준 경우 이 접착력이 크게 향상되어 활성층내 불순물로 작용하는 Ag의 양이 적어 전하의 손실의 원인이 되는 trap의 생성이 줄어들었다. 그 결과 1500시간의 장기 안정성 테스트 결과 초기 효율의 76%을 유지하는 높은 광 안정성을 보임을 확인할 수 있었다.