플루오르화 측쇄는 소재의 캐리어 수송 성능을 향상시키는 효과적인 수단이지만, 현재까지 이 전략을 기반으로 한 유기 태양전지의 광전 성능 향상에 관한 보고는 적다. 따라서 본 논문에서는 디(티오펜벤조사이클로펜타다이엔) 및 카바졸 기반의 수용체-공여체-수용체(A-D-A) 유형의 비풀러렌 수용체 소재 세 가지(HP1, HP2, HP3)를 설계 및 합성하고, 측쇄 및 말단기의 플루오르화가 소재 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 측쇄에 플루오르가 포함된 HP2와 비교하여, 말단기에만 플루오르가 포함된 HP1은 빨간색 이동된 흡수 및 낮아진 에너지 준위를 나타냈다. HP1의 측쇄에 플루오르 원자를 추가 도입하자, HP3의 최저 미점유 분자 궤도(LUMO) 준위가 다소 상승하고 광학 밴드갭(E_g)은 1.57 eV에서 1.61 eV로 증가하였다. HP1 및 HP2와 비교해 PM6∶HP3 기반의 혼합막은 더 명확한 상 분리 형태 및 더 높은 캐리어 수송 성능을 보였고, 이에 따른 소자 에너지 변환 효율(PCE)은 11.48%까지 상승하였으며 개방 전압(V_oc)은 0.97 V를 기록했다. 그러나 PM6∶HP1 기반 소자의 PCE는 11.08%로 감소했고 V_oc는 0.93 V로 떨어졌다. PM6∶HP2 기반 소자의 PCE는 4.20%에 불과했다. 주목할 점은 PM6∶HP1∶HP3 (1∶0.5∶0.5, w/w/w) 기반 소자의 PCE가 11.95%까지 추가 상승했다는 것이다. 결과는 플루오르화 측쇄가 유기 태양전지 소자의 광전 성능을 향상시키는 효과적인 전략임을 보여준다.

비풀러렌 수용체; 유기 태양전지; 디(티오펜벤조사이클로펜타다이엔) 및 카바졸; 플루오르화 측쇄; 에너지 변환 효율