본 연구는 성능이 우수한 유기 태양전지(Organic Solar Cells; OSCs)의 개발을 위하여 고성능 폴리머 공여체로 3성분계 랜덤 폴리머 (Terpolymer)를 도입한 최신 연구결과로, 대부분의 D-A 공중합체 공여체는 현재까지 D(전자공여체)와 A(전자수용체) 단위가 같은 비율로 구성되어 있었다.

본 연구에서는 PM6기반의 Terpolymer를 합성하였으며, 각각 10%, 20%, 30%의 비율로 Triisopropylsilylethynyl-substituted benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene (BDT-TIPS)유닛을 D1 유닛으로 첨가하여, D1-A-D2-A 구조의 분자 설계 기반 폴리머를 합성 하였다.

이 폴리머들은 다음과 같은 특성을 보였다.

1. 구조적 유사성

두 가지 블록(D1과 A)이 폴리머 백본에서 유사한 구조를 가지고 있어, 질서 있는 분자 배열을 보였다.

2. 광 흡수 확대

넓은 빛 흡수 범위를 제공하여, 유기 태양전지의 효율성을 높였다.

3. 면대면 방향성

활성층의 면대면 방향을 유지하여 전하 수송을 촉진하였다.

4. HOMO 에너지 준위

새로운 폴리머는 PM6보다 훨씬 더 깊은 HOMO Level을 가지며, 이는 개방회로전압 (Voc)을 향상시키는 데 기여하였다.

이 연구결과, BTP-eC9과 조합했을 때, PM-TIPS10과 PM-TIPS20은 각각 16.7%와 16.5%의 광전변환 효율(PCE)을 기록하였고, 이는 PM6 기반 장치의 효율인 15.7%에 비하여 우수한 성능을 보여주었다.

본 연구에서는 BDT-TIPS 단위의 도입이 폴리머 특성과 광전성능에 미치는 상관관계를 밝혔으며, Terpolymer 도입을 통한 고효율 유기태양전지를 제조할 수 있었다.