불소화된 측쇄는 재료의 전하 운반체 전달 성능을 향상시키는 효과적인 수단이지만, 현재까지 이러한 전략에 기반한 유기 태양전지의 광전 성능 향상에 대한 보고는 적다. 따라서 본 논문에서는 디(티오펜 융합 사이클로펜타디엔) 및 카바졸을 기반으로 한 수용체-공여체-수용체(A-D-A)형 비풀러렌 수용체 물질 세 종류(HP1, HP2, HP3)를 설계 및 합성하였으며, 측쇄 및 말단기의 불소화가 물질 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 불소가 포함된 측쇄를 가진 HP2와 비교하여, 말단기만 불소화된 HP1은 적색 이동된 흡수와 낮아진 에너지 준위를 나타냈다. HP1의 측쇄에 불소 원자를 추가하면 HP3의 최하 궤도 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지가 다소 상승하고, 광학 밴드갭(E_g)이 1.57 eV에서 1.61 eV로 증가하였다. HP1 및 HP2와 비교하여 PM6:HP3 기반 혼합막은 더 뚜렷한 상분리 형태와 더 높은 전하 운반체 전달 성능을 나타내었으며, 이에 따른 소자 에너지 변환 효율(PCE)은 11.48%로 증가하고 개방 회로 전압(V_oc)은 0.97 V였다. 그러나 PM6:HP1 기반 소자의 PCE는 11.08%로 감소하였고, V_oc는 0.93 V로 줄었다. PM6:HP2 기반 소자의 PCE는 단지 4.20%였다. 주목할 점은 PM6:HP1:HP3(1:0.5:0.5, w/w/w) 기반 소자의 PCE가 더욱 향상되어 11.95%에 이르렀다는 것이다. 결과는 측쇄 불소화가 유기 태양전지 소자의 광전 성능을 향상시키는 효과적인 전략임을 보여준다.

비풀러렌 수용체;유기 태양전지;디(티오펜 융합 사이클로펜타디엔) 카바졸;불소화 측쇄;에너지 변환 효율