첫번째로 플러렌이 아닌 업셉터 물질을 사용해서 높은 개방 전압과 가시광에서 효과적인 광흡수를 얻었다.
두번째로는 높은 Jsc를 상호보완적인 흡수 스펙트럼을 가지면서 효율적인 엑시톤 수확이 일어나는 3종류의 활성 반도체층으로 이루어진 다층 소자 구조로부터 얻었다.
플러렌은 현재의 OPV셀에서 널리 사용되고 있는 업셉터 물질인데 그 이유는 전자를 받을 수 있는 능력과 높은 전자 이동도 때문이다.
하지만 플러렌 업셉터는 태양광 스펙트럼과 흡수 스펙트럼의 겹침이 적어 광전류 생성이 제한적이고 전자 전도를 위한 에너지 준위가 깊어 Voc를 제한한다.
OPV셀의 효율을 증가시키기 위해 여러개의 광 활성 물질의 엑시톤 수확을 결합하는 복잡한 텐덤 아키텍처가 종종 제안되고 있다.
(그림 1: 에너지 이동 중간층이 있는 3층 소자 아키텍처. (a) 활성 물질의 분자 구조. (b) 소자 아키텍처의 도식도. (c) 2 단계 엑시톤 분리 메케니즘을 설명하는 활성층의 에너지-준위 다이아그램)
Imec 팀은 태양광 파장별 반응 범위를 향상시키기 위해 간단한 3층 스택을 제안했다. 이 소자 아키텍처는 플러렌이 아닌 두 업셉터와 하나의 도너로 구성되어 있고 불연속한 이종접합으로 배열되어 있다.
중앙에 있는 도너와 업셉터 사이의 계면에서의 전통적인 엑시톤 분리에 더해서 외곽의 밴드갭이 큰 업셉터 층에서 생성된 엑시톤이 원거리 Forster 에너지 이동에 의해 중앙에 있는 밴드갭이 작은 업셉터으로 가는 것이 지연되고 나중에 도너 계면에서 엑시톤 분리가 일어난다.
이것은 400nm와 720nm 사이에서 양자효율을 75%이상 낳았고 Voc는 1V에 가깝고 전력 변환 효율 8.4%을 얻었다.
참고: http://phys.org/news/2014-03-percent-conversion-efficiency-fullerene-free-solar.html
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