Enhancing Reproducibility in Organic Solar Cells

Abstract

Currently, organic solar cells (OSCs) are achieving efficiencies of over 19%, demonstrating rapid advancements. However, the commercialization process has been considerably slow compared to efficiency improvements, and they have not yet found practical use in reality. This study focuses on utilizing the Sequential Deposition (SqD) method for the fabrication of a bulk heterojunction (BHJ) structure employing a polymer donor and a non-fullerene acceptor (NFA), with a specific emphasis on processing methods for commercialization. To facilitate the easy coating of acceptors on donors, a strategy called crosslinking was employed. Crosslinking is a technique that involves connecting chains and interlinking polymers to enhance the properties of the polymer. Using the crosslinkers 2Bx-4EO and 2Bx-8EO, polymers were crosslinked, resulting in a donor layer with excellent solvent resistance. This led to the formation of a highly solvent-resistant donor layer, addressing the solvent selectivity limitations of the Y6 acceptor, which is not easily soluble. The increased solvent resistance, coupled with high reproducibility, facilitated the fabrication of SqD OSCs. UV results confirmed that crosslinking sequential deposition (XSqD) exhibited approximately 95%-86% solvent resistance, whereas SqD had about 10% solvent resistance. Additionally, XSqD using 2Bx-4EO demonstrated approximately 12 times improved reproducibility compared to SqD, marking a significant advancement for commercialization. ;현재 유기태양전지는 19% 이상의 효율을 달성하며 빠르게 발전하고 있습니다. 그러나 이러한 효율 향상에 비해 유기태양전지 기술의 상용화 과정은 상당히 느리며, 아직까지 시장에 나오지 못하고 있습니다. 본 연구는 Sequential deposition (SqD) 공정방식을 활용하여 고분자 Donor와 비풀러 렌 Acceptor로 이루어진 Bulk heterojunction (BHJ) 구조를 형성하고, 이를 상용화하기 위한 공정 과정에 중점을 두었습니다. Donor layer 위에 Acceptor를 쉽게 코팅하기 위해 Crosslinking이라는 전략이 사용되었습니다. Crosslinking은 고분자의 특성을 향상시키기 위해 사슬을 연결하고 고분자를 상호 연결하는 전략입니다. Crosslinker인 2Bx-4EO와 2Bx-8EO를 사용하여 고분자를 연결하였고, 이로써 Donor layer가 높은 용매 저항성을 갖게 되었습니다. 이러한 결과로 Y6 Acceptor와 같이 용매에 쉽게 녹지 않는 문제를 극복하고, 간단한 공정과 높은 재현성을 갖는 SqD 유기 태양전지를 제작할 수 있었습니다. UV-Vis 결과는 crosslinked SqD (XSqD)가 약 95%-86%의 용매 저항성을 나타내었으며, 일반 SqD는 약 10%의 용매 저항성을 가졌음을 확인했습니다. 더불어, 2Bx-4EO를 사용한 4XSqD는 SqD에 비해 대략 12배 향상된 재현성을 나타내어, 상용화를 위한 중요한 발전을 이루어 냈습니다.