Enhanced Stability of Organic Solar Cells Using Crosslinked Photoconductive Interlayer

Abstract

ZnO is the mainly used cathode interlayer because it has various advantages. However, when oxygen vacancy occurs, an electron trap is generated and reduces the extraction of electrons. In this work, we used a new crosslinked photoconductive interlayer called PNDI3OT-Se2 or PNDI3OT-F2T2 on top of the ZnO layer for inverted solar cells to par-tially complement the electron trap of the ZnO layer. To enhance the air stability, a small amount of four bridged crosslinker (4Bx) is added into the new photoconductive interlay-er. The crosslinked photoconductive interlayer reducd the dark current by 10times and improved the detectivity (D*) by 3 times. After 2000hours at room temperature, the PCE of the non-crosslinked solar cell decreased to 67.6% of the initial efficiency while the PCE of the crosslinked solar cell was maintained at 88.8% of the initial efficiency. Atomic force microscopy showed that the surface of device with crosslinked photoconductive interlayer is more even. These results indicate that the stability of the interface improves the air stability of the device. In summary, crosslinked photoconductive interlayer of PNDI3OT-Se2 or PNDI3OT-F2T2 with 4Bx crosslinker can be considered to partially complement the electron trap of the ZnO layer and improved the air stability of the device by reducing dark current, allowing additional hole blocking and making the device surface even.;역구조형 태양전지에서 전자의 원활한 수송을 위해서는 음극 중간층의 역할이중요하며, ZnO는 다양한 주로 사용되는 음극 중간층이다. 하지만, ZnO는산소 결원이 생기면 전자 트랩이 생겨 전자의 추출 효과를 감소시킨다. 본 논문에서는 역구조형 태양전지의 ZnO층 위에 PNDI3OT-Se2 혹은 PNDI3OT-F2T2 라는 새로운 광 전도성 중간층을 도입하여 ZnO층의 전자 트랩을 일부 보완하고, 4Bx 가교제를 통해 광 전도성 중간층을 가교 결합시켜 공기 안정성을 증가시켰다. 새로운 가교결합된 광 전도성 중간층은 검출력(D*)을 3배 향상시켰으며, 암전류를 10배 감소시켰으므로 산소 결원으로 인한 전자 트랩을 일부 보완한 것으로 볼 수 있다. 공기 안정성 측정은 2000시간 동안 상온에서 이루어졌으며 가교시키지 않은 소자의 효율은 초기 효율의 67.6%로 감소한 반면 가교 결합시킨 소자의 효율은 88.8%까지 유지되었다. 원자 힘 현미경을 통해서 표면을 확인해보면, 4Bx 가교제로 가교결합시킨 광 전도성 중간층을 코팅해주었을 때가 ZnO층만 코팅하였을 때보다 표면이 더 고르다는 것을 확인하였으며 소자의 공기 안정성은 향상되었다. 종합해 볼 때, 4Bx 가교제로 가교결합시킨 PNDI3OT-Se2 혹은 PNDI3OT-F2T2 의 광전도성 중간층은 ZnO층의 전자 트랩을 일부 보완하였으며, 광 전도성 중간층의 표면을 고르게 해주며, 추가적인 hole blocking을 가능하게 함으로써 소자의 공기 안정성을 향상시켰음을 입증했다.