Fullerene-Based Triads with Controlled Alkyl Spacer Length as Photoactive Materials for Single-Component Organic Solar Cells

이 연구에서는 p-type donor(BDTRh)와 n-type acceptor(PC61BA)를 양단에 연결한 A–D–A 형태의 단일 분자 광활성 물질 두 종류(BDTRh–C2–PC61BA, BDTRh–C10–PC61BA)를 합성하고, 알킬 spacer 길이(ethyl vs. decyl)에 따른 구조–물성 관계를 유기 태양전지에 대해 체계적으로 분석하였다. 용액 상태에서는 두 분자가 유사한 흡수 스펙트럼을 보이지만, 고체 박막에서는 C10 spacer를 가진 분자가 더 강한 분자간 집합과 π-π stacking을 나타내며 흡수 계수도 더 높았다. 전하 이동과 수송 측면에서도 BDTRh–C10–PC61BA는 더 빠른 전자 및 정공 이동, 더 낮은 재결합율, 더 높은 CT state 에너지를 보여 전기적 손실이 줄어들었고, 그 결과 단일 구성 소자(single-component organic solar cell, SCOSC)로서 더 높은 개방 전압, 단락 전류, fill factor 및 PCE(2.00%)를 기록하였다. 반면 C2 spacer를 가진 구조는 intramolecular charge transfer 효율은 높지만, 분자간 정렬이 부족해 전하 수송이 저해되었다. 본 연구는 spacer 길이가 전자적 특성뿐 아니라 박막 내 구조 및 광전 변환 효율에 미치는 영향을 정량적으로 규명하였고, SC 태양전지용 분자 설계 시 중요한 구조적 설계 원리를 제공한다.