Syntheses and Properties of Novel Alternating Polymers for Photovoltaic Devices

국문 초록 (Abstract)

대표적인 bulkheterojunction D-A system 고분자인 PCPDTBT의 유도체로 용해도를 높인 벤즈이미다졸 단량체를 이용하여 PEHCPDTMBI 와 PHCPDTMBI를 합성하였으며 고분자 중첩능력을 키울 수 있도록 벤젠고리가 아닌 페난스렌기를 도입하여 PCPDTPT, PCPDTDTPT, PCDTPT를 합성하였고 그 특성을 보았다. PEHCPDTMBI와 PCHCPDTMBI는 900nm 이상까지 가는 UV-vis 스펙트럼을 보여주어 1.30 ~ 1.34 eV 의 low band gap 고분자를 합성할 수 있었다. 고분자 태양전지의 특성을 확인한 결과 Ehtyl hexyl 작용기가 도입된 고분자에 비해 Hexyl 작용기가 도입된 고분자의 morphology가 상대적으로 형성이 잘 되어 다소 높은 Jsc를 형성함을 알 수 있었다. 각각의 태양전지 효율은 PEHCPDTMBI는 0.10 %, PHCPDTMBI는 0.15%로 나타났다.
페난스렌기를 도입한 고분자 PCPDTPT, PCPDTDTPT, PCDTPT를 합성하였으나 BT계열을 고분자에 비해서 low band gap 을 잘 형성하지 않음을 알 수 있었고 PCPDTDTPT가 thiophene 유닛을 도입함으로써 가장 red shift 되어 600nm정도 까지의 UV edge를 보여주었다. PCPDTBT 만큼의 low band gap은 형성하지 못하였지만 페난스렌기의 도입으로 HOMO level을 낮출수 있었다. 이에 1.0 V 정도의 높은 Voc를 보여주었다. 각 고분자의 태양전지 효율을 측정한 결과 PCPDTPT, PCPDTDTPT, PCDTPT는 각각 1.0, 1.24, 0.77%로 나타났으며 고분자의 분자량 증가와 태양전지의 device modification을 통해서 좀 더 높은 효율을 보여줄 수 있는 태양전지의 active layer로 활용이 가능해 질 것으로 기대 되어진다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter I 1
• 1. Introduction 1
• 2. Results and Discussion 4
• 2.1. Synthesis and Characterization 4
• 2.1.1. Preparation of PEHCPDTMBI 4
• 2.1.2. Preparation of PHCPDTMBI 7
• 2.2. Characterization of the Polymers 8
• 2.3. Optical Properties 10
• 2.4. Electrochemical Properties 12
• 2.5. Photovoltaic Properties 15
• 3. Conclusions 18
• 4. Experimental 19
• 5. References 35
• Chapter II 37
• 1. Introduction 37
• 2. Results and Discussion 40
• 2.1. Synthesis and Characterization 40
• 2.1.1. Preparation of PCPDTPT 40
• 2.1.2. Preparation of PCPDTDTPT 41
• 2.1.3. Preparation of PCDTPT 43
• 2.2. Characterization of the Polymers 45
• 2.3. Optical Properties of the Polymers 47
• 2.4. Electrochemical Properties 50
• 2.5. Photovoltaic Properties 53
• 3. Conclusions 59
• 4. Experimental 60
• 5. References 75
• Abstract 76