벤조티아졸(benzothiadiazole) 기반 폴리머

벤조티아졸 복수 고리는 강한 전자 친화력을 갖는다. 

Arias et al.에 의해 최초로 PFB(도너):PF8BT(업셉터) 혼합물이 연구되었다. PF8BT는 발광성이 큰 폴리머이고 PFB는 triarylamine 기반 홀 수송 폴리머이다. 

이 혼합물은 chloroform 용매에 녹여져 스핀 코팅에 의해 막으로 형성되었는데 휘발성의 chloroform의 사용했을 때 미세한 상분리를 일으킬 수 있는 폴리머체인의 재배열을 방지할 수 있었다. 

이렇게 만들어진 소자는 3.2 eV 여기 전압에서 4%의 EQE을 나타냈다.

특히 drop-casting에 의해 제공된 PFB:PF8BT 혼합물의 PL 효율은 18%으로서 순수 PF8BT의 PL 효율 58%에 비해 상당히 낮다.  이 큰 PL quenching은 높은 exciton 분리 확률을 뜻하며 이 혼합물은 전하 분리와 전하 수송 사이에 tradeoff가 있다는 것을 암시한다. 

Bradley et al. 은 P3HT(도너):PF8BT(업셉터) 혼합물에 대해 연구했다. 그들은 혼합물의 조성비, 두께, 용매, 그리고 중간층(LiF)을 제조 변수로 뒀다. 

가장 큰 EQE는 p-xylene 용매에 60 wt%의 P3HT에서 얻어졌다. LiF 중간층이 삽입되었을 때 효율은 0.13%을 보였는데 효율이 나쁜 이유는 PF8BT의 나쁜 전자 이동도와 관계가 있다. 

ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PF8TBT6(1:1), 70~80 nm/LiF/Al 소자에서 효율 1.8%을 얻었다. 

위와 똑같은 구조로 Friend와 Huck et al.은 나노임프린트 리소그래피로 혼합물을 나노패턴으로 형성하였고 25 nm 크기의 feature가 관찰했다. 효율은 1.85%으로 확실히 향상되었다. 

MacNeill은 P3HT:(PF8TBT6, PF8BT) 혼합물에서 열처리 효과를 연구했다. 

PF8TBT6와 혼합물에서 P3HT는 낮은 열처리 온도( <100 °C)에서 reorganize되고 140 °C에서 열처리하면 소자 성능을 최적화 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 

P3HT 단독 reorganization은 소자 성능을 최적화하는데 충분하지 않지만 전하 분리를 촉진하는 모폴로지 조대화(coarsening)가 따라 와야 한다.

PF8BT와 P3HT가 혼합될때는 P3HT는 열처리 온도가 200  °C 이상일때 reorganize됐다. P3HT:PF8BT 기반 소자의 낮은 효율은 좋지 못한 전하 생성과 분리에 의한 것인데 근본적인 것은 P3HT가 reorganize 되지 않아서이다. 

Miyake는 P3HT:PF12TBT 혼합물과 chloroform 용매를 사용해서 소자효율 2.0%을 얻었다. 

참고: Polymer donor-polymer acceptor (all-polymer) solar cells, Antonio Facchetti, Materials Today, Volume 16, Number 4, April 2013.