고성능 유기 태양전지 소분자 공여체 측쇄 길이 변조

측쇄 엔지니어링은 고성능 벌크 이종접합 유기 태양전지(OSC)의 결정성과 활성층 형태를 정밀하게 조절하는 효과적인 전략입니다. 본 연구는 측쇄 길이와 특성 간의 관계를 체계적으로 규명하고자 티에노[3,2-c]아이소크로멘 기반의 소분자 공여체 TiC6, TiC8, TiC12 동족체를 설계하고 활용했습니다. 이들은 헥실에서 도데실까지 다양한 알킬 사슬 길이를 가집니다. PTB7-Th:PC71BM 시스템을 기반으로, 이 세 가지 공여체를 삼원계 OSC의 세 번째 구성 요소로 사용하여 광전 성능과 안정성을 체계적으로 비교했습니다. 비교 연구 결과, 측쇄 길이에 따른 비단조적 의존성이 나타났습니다. TiC8 기반 소자가 11.12%로 가장 높은 전력 변환 효율(PCE)을 달성하여 TiC6(9.80%) 및 TiC12(10.42%)보다 우수했으며, 이는 최적화된 π–π 스태킹에 기인합니다. 주목할 점은 안정성 경향이 역순으로 나타났다는 것입니다. TiC12 기반 소자는 100°C에서 48시간 후 초기 PCE의 92%를 유지하여 TiC8(86%) 및 TiC6(77%)보다 훨씬 뛰어난 열 안정성을 보였습니다. 모든 삼원계 소자는 이원계 PTB7-Th:PC71BM 대조군(9.16%)보다 훨씬 우수한 성능을 보였고, 장기 저장 안정성도 크게 향상되었습니다. 예를 들어, TiC6는 상온에서 360시간 후 90%를 유지한 반면, 대조군은 100°C에서 10분 이내에 63%로 감소했습니다. 이 연구는 공여체 라이브러리를 확장할 뿐만 아니라 측쇄 길이와 특성 간의 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공하며, 효율성과 열 안정성을 최적화하기 위해 서로 다른 측쇄 길이 선택이 필요함을 보여줍니다.