Solar cells based on p-conjugated donor-acceptor (D-A) organic molecular systems are a promising alternative to conventional electrical energy generation. D-A molecular systems, which have a triphenylamine (TPA) moiety linked with a benzothiadiazole (BTD) moiety, open the potential development of new small molecule donors for bulk heterojunction (BHJ) solar cells. Here, a series of donor-acceptor-π-acceptor (D-A-π-A) small molecule donors (SMD) derived from triphenylamine (TPA) donor and benzothiadiazole (BTD) acceptor building blocks, were designed for BHJ organic solar cells. The small molecule donors SMD1-4 were studied using density functional theory (DFT) and time dependent-DFT (TDDFT) methods, to understand the effect of cyano and fluorine group functionalization on their properties. The effect of structure alteration by cyano and fluorine group functionalization on the optoelectronic properties, the calculated highest occupied molecular orbitals (HOMOs) and lowest unoccupied molecular orbitals (LUMOs) and the HOMO-LUMO gaps were theoretically explored. The Voc (open-circuit photovoltage) and fill factor (FF) for SMD1-4 were obtained with a PC71BM acceptor, which showed that these organic small molecules are potential small molecule donors for organic bulk heterojunction solar cells.

연구에서는 새로 설계한 고분자 절연체 위에 전자 주개(Donor)-받개(Acceptor) 기반의 반도체성 공중합체인 Cyclopentadithiophene-alt-benzothiadiazole (CDT-BTZ)를 활성 반도체층으로 형성하여 제작한 고분자 반도체 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성을 살펴보았다. 이 연구에서 제시하는 고분자 절연체 박막은 내열성과 전기절연성이 우수한 포스파젠과 멜리민 구조가 가교된 형태를 가지기 때문에 0.006 nm의 매우 평탄한 RMS 표면 거칠기를 가졌으며, 4.5 MV/cm 이상의 매우 우수한 절연강도와 1.55의 다소 낮은 유전 상수를 가진 것으로 측정되었다. 그리고, 고분자 절연 막과 계면을 이루는 CDT-BTZ D-A 타입 반도체성 공중합체 박막은 2.0 x 10-3 cm2/Vs의 선형영역 이동도와 1.0 x 10-3 cm2/Vs의 포화영역 이동도를 갖는 것으로 측정되었다. 이를 통해, 고분자 절연체 위에 형성된 CDT-BTZ 고분자 반도체 박막은 유연 전자회로의 스위칭 소자로 쓰이기에 충분한 잠재성이 있다고 여겨진다.