Comparison of the mechanical properties of polymer blend and main-chain conjugated copolymer films with donor-acceptor heterojunctions
- “전 유기 유연소자구현”을 위한 공액 거대분자 소재 적용 연구
(CHEM ENG J,. 2021, 415, 128952 IF : 13.273)
초록
To implement a highly flexible polymer solar cell (PSC), the mechanical properties of the material constituting the active layer are considered crucial, having a significant influence on the stability of the device. In this study, the mechanical properties of a main-chain conjugated copolymer (PBDT2T-b-PNDI2T) containing donor- and acceptor-based macromolecular species in the polymer backbone was measured and compared with that of donor and acceptor polymer blend film (P(BDT2T):P(NDI2T)). It was observed that the PBDT2T-b-PNDI2T active layer exhibited a higher crack-onset-strain and toughness compared to P(BDT2T):P(NDI2T) active layer. Correspondingly, the YTRON/polyethylene naphthalate (PEN) based flexible PSC with a PBDT2T-b-PNDI2T active layer was used, which exhibited superior mechanical stability under multiple bending conditions. The results of this study indicate that flexible PSCs with excellent durability can be developed by replacing the polymer blend used for all-PSCs with PBDT2T-b-PNDI2T as the active layer material for highly efficient future applications.
현재 실용화되고 있는 대부분의 전자 및 광전자 소자의 전극재료는 단단한 무기계 물질을 사용하고 있다. 차세대 유연 전자 및 광전자 소자구현을 위해서는 이들 전극 재료를 대체할 수 있는 새로운 유연 유기소재의 개발이 필요한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 신규 유연전극소재를 적용하여 연구를 수행하였다. PEN/YTRON전극/PEDOT:PSS/광활성층/LiF:Al 구성의 conventional 태양전지 소자에 고분자 투명전극을 적용하여 소자의 유연성을 확인하였다. 광 활성층에는 일반적으로 사용되는 두 가지 고분자의 blend( P(BDT2T):P(NDI2T))와 양극성 블록 공중합체(PBDT2T-b-PNDI2T)를 사용하여 소자성능과 그의 안정성을 비교하였다. 소자의 유연성은 다양한 bending radius에서 1000회 이상의 bending test를 하여 소자성능의 안정성 연구를 진행하였다. 결과적으로 4.0 mm bending radius에서 1000회 bending test를 진행한 결과 양극성 블록 공중합체를 사용하였을 때 bending전 대비 70%에 달하는 power conversion efficiency(PCE, 광전변환효율) 값을 유지하여 고분자 blend를 사용하였을 때와 비교하여 (50% 효율 유지) 우수한 bending endurance를 증명하였다.