유기 태양전지 소자 모델링의 진보

OPV에서 전하 수송은 중요하며 전하들이 활성층으로 부터 충분히 빨리 수송될 수 없다면 재결합될 가능성이 크다. 

더우기, 어떤 한 캐리어 종이 다른 종에 비해 매우 느리게 움직인다면 순공간전하(net space-charge)가 활성층 내에서 형성될 것이다. 이 공간 전하는 전기장을 왜곡하여 빠른 캐리어 종의 추출을 늦춘다. 전자와 홀의 이동도의 불균형이 태양전지의 FF와 효율을 떨어뜨린다. 

전하 수송은 캐리어들이 어떤 한 지역에서 다른 지역으로 깡충깡충 뛰어 넘어 가는 호핑 이벤트(hopping event) 시퀀스를 수반한다. 명벽하게, 이는 고품질의 무기 반도체에서의 밴드 형태의 수송과는 매우 다르다. 

유기 물질에서 전하 캐리어의 이동도는 전기장과 전하 밀도의 함수라는 것은 잘 알려져 있다. 

전하 수송과 관해 또 다른 중요한 깨달음은 도너/업셉터 혼합물은 그들 원래 물질에 비해 매우 다른 수송 특성을 가질 수 있다는 발견이다. 예를 들어, PPV/PCBM 혼합물에서 홀 이동도는 원래 물질인 PPV에 비해 몇 오더 크기로 더 높다. 이 거동은 백본(backbone)에 있는 π-stacking에 영향을 주는 플러렌과 공액 폴리머의 팬던트(pendant) 사이에 상호작용을 암시한다. 

유기 태양전지의 중요한 변수중 하나는 Voc이다. 대충 말하면, Voc는 접촉의 일함수, 물질의 에너지 준위 그리고 캐리어 생성과 재결합 과정에 의해 결정된다.

참고: modern plastic solar cells: materials, mechanisms and modeling, Ryan C. Chiechi, et al, Materials Today-Volume 16, Numbers 7/8* July/August 2013.