KR101046278B1 - Organic semiconductor material and electronic device comprising same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 새로운 유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 파이렌기를 중심으로, 티오펜기 또는 트리이소프로필실릴 아세틸렌기가 연결된 구조의 유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 유기 박막 트랜지스터, 유기물 태양전지 등의 유기 전자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a novel organic semiconductor material and an electronic device including the same, and more particularly, to an organic semiconductor material having a structure in which a thiophene group or a triisopropylsilyl acetylene group are connected with respect to a pyrene group, and an organic thin film transistor including the same; The present invention relates to an organic electronic device such as an organic solar cell.

본 발명에 따른 유기 반도체 물질은 열적으로 안정하며, 유기 박막트랜지스터의 p-형 재료로서 우수한 정공이동도를 가지며, 유기 태양전지에서 전자 주개 물질로서 우수한 전기적 특성을 가진다.The organic semiconductor material according to the present invention is thermally stable, has excellent hole mobility as a p-type material of an organic thin film transistor, and has excellent electrical properties as an electron donor material in an organic solar cell.

유기 반도체 물질, 유기 박막트랜지스터, 유기 태양전지 Organic Semiconductor Materials, Organic Thin Film Transistors, Organic Solar Cells

Description

유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 전자 소자{Organic semiconductor materials and Electronic Devices containing the same}Organic semiconductor materials and electronic devices containing the same

본 발명은 새로운 유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 파이렌기를 중심으로, 티오펜기 또는 트리이소프로필실릴 아세틸렌기가 연결된 구조의 유기 반도체 물질 및 이를 포함하는 유기 박막 트랜지스터, 유기 태양전지 등의 유기 전자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a novel organic semiconductor material and an electronic device including the same, and more particularly, to an organic semiconductor material having a structure in which a thiophene group or a triisopropylsilyl acetylene group are connected with respect to a pyrene group, and an organic thin film transistor including the same; The present invention relates to an organic electronic device such as an organic solar cell.

최근 10여 년간 반도체 성질을 띄는 유기 소재의 개발과 이를 이용한 다양한 응용 연구 또한 어느 때보다 활발히 진행되어 왔다. 전자파 차폐막, 캐패시터, OLED 디스플레이, 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor;OTFT), 태양 전지, 다광자 흡수 현상을 이용한 메모리 소자 등 유기 반도체를 이용한 응용 연구의 영역은 계속해서 확장되고 있다. 이 중 특히 OLED 분야는 대형 디스플레이 상품화를 목전에 두고 있어 유기물을 이용한 응용 연구를 활성화시키는 촉매제 역할을 하고 있으며, OLED의 능동 구동용 회로로 시작하여 차세대 스마트카드 등의 응용에도 기대되는 유기 반도체 박막 트랜지스터도 급부상을 하고 있다. 또한 유기물 반도체를 활성층으로 하여 전기적 발전 특성 발표가 있은 후 레이저 다이오드로 서의 응용성에 대해서도 많은 관심을 다시 불러일으키고 있다. 비유기물에 비해 소자 제작 단가가 현저히 저렴하므로 미래의 태양 전지 시장에 변혁을 예고하고 있다.In recent decades, the development of organic materials with semiconductor properties and various application studies using them have been actively conducted. The scope of application research using organic semiconductors such as electromagnetic shielding films, capacitors, OLED displays, organic thin film transistors (OTFTs), solar cells, and memory devices using multiphoton absorption phenomena continues to expand. In particular, the OLED field is expected to commercialize large-scale displays, and thus serves as a catalyst for activating application research using organic materials.It is started as an active driving circuit for OLED and is expected to be applied to next-generation smart cards. There is also a sudden rise. In addition, after the announcement of the electric power generation characteristics using the organic semiconductor as an active layer, it is also attracting a lot of attention to the application as a laser diode. The cost of device fabrication is significantly lower than that of inorganic materials, thus foreseeing a revolution in the solar cell market in the future.

유기 반도체 박막 트랜지스터에 관한 연구는 1980년 이후부터 시작되었으나 근래에 들어 전 세계적으로 본격적인 연구가 진행되고 있다. 제작 공정이 간단하고 비용이 저렴하며 충격에 의해 깨지지 않고 구부리거나 접을 수 있는 전자 회로 기판이 미래의 산업에 필수적인 요소가 될 것으로 예상되고 있으며, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 유기 트랜지스터의 개발은 아주 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 유기 트랜지스터는 유기 반도체의 특성상 전하 이동도가 낮아 Si이나 Ge 등이 쓰이는 빠른 속도를 필요로 하는 소자에는 쓰일 수 없다. 하지만 넓은 면적 위에 소자를 제작할 필요가 있을 때나 낮은 공정 온도를 필요로 하는 경우, 또한 구부림이 가능해야 하는 경우, 특히 저가 공정이 필요한 경우 유용하게 쓰일 수 있다. 최근에 Philips의 연구진들은 기판과 전극, 유전체(절연체), 반도체를 모두 고분자를 이용하여 326개의 트랜지스터로 구성된 programmable code generator를 제작, 발표하여 세상을 놀라게 하였다. 이는 지금까지 반도체는 딱딱한 것이라는 고정 관념을 완전히 뒤집은 것으로, 인간의 상상력에 따라 무궁무진한 응용 분야를 예고하고 있다. The research on the organic semiconductor thin film transistor has been started since 1980, but in recent years, full-scale research is being conducted worldwide. It is anticipated that electronic circuit boards that are simple to manufacture, inexpensive, and that can be bent or folded without impact are expected to be essential to the industry of the future, and the development of organic transistors to meet these needs is very important. It is emerging as a research field. Organic transistors cannot be used in devices requiring high speeds such as Si or Ge due to their low charge mobility due to the characteristics of organic semiconductors. However, it can be useful when the device needs to be fabricated over a large area, when low process temperatures are required, and when bending is required, especially when low-cost processes are required. Recently, researchers at Philips surprised the world by designing and publishing programmable code generators consisting of 326 transistors using substrates, electrodes, dielectrics (insulators), and semiconductors all using polymers. This completely reverses the stereotype that semiconductors are hard so far, foreshadowing endless applications based on human imagination.

유기 반도체 트랜지스터는 소재의 특성상 유기 전기발광 트랜지스터에 쓰이는 발광 유기물과 같은 유기물 반도체이므로 증착 방법이 같고, 물리적 화학적 성질이 비슷하여 같은 공정 조건을 유지하면서 소자를 제작할 수 있다. 또한 둘 다 상온 및 저온(섭씨 100℃ 이하) 공정이 가능하므로 유기 트랜지스터를 이용한 플라스틱 기반의 유기 전기 발광 소자 제작이 가능하다. 같은 맥락에서 플라스틱을 기판으로 하여 구부림이 가능한 액정 표시 소자를 구현하는 곳에서도 사용이 가능하다. 또한 최근 큰 관심을 불러일으키고 있는 전자종이의 구동을 들 수 있는데, 전자종이는 전류구동이 아니라 전압 구동이고, 높은 전하 이동도나 빠른 스위칭 속도를 필요로 하는 표시 소자가 아닐 뿐 아니라 구부림이 가능한 대면적에 적용되는 기술이므로 유기 트랜지스터가 가장 제격이라 볼 수 있다. 또한 현재 반도체 공정을 통한 실리콘 기반으로 사용되고 있는 스마트 카드용 마이크로 프로세서도 유기 트랜지스터를 적용할 경우 실리콘 프로세서와 플라스틱 베이스 등의 접합 등에 따른 경비를 절감할 수 있어 사용이 기대된다. 더 나아가서 입는 컴퓨터의 다양한 부분에 응용이 가능할 것으로 생각된다.Organic semiconductor transistors are organic semiconductors such as light emitting organic materials used in organic electroluminescent transistors because of the characteristics of the material, so the deposition method is the same, and the physical and chemical properties are similar, so that the device can be manufactured while maintaining the same process conditions. In addition, since both process is possible at room temperature and low temperature (less than 100 ℃), it is possible to manufacture a plastic-based organic electroluminescent device using an organic transistor. In the same vein, it is also possible to use a liquid crystal display device that can be bent using plastic as a substrate. In addition, the driving of electronic paper, which has attracted great attention recently, is not only driving current but driving voltage, and not only a display device requiring high charge mobility or fast switching speed, but also a large area that can be bent. The organic transistor is the most suitable technology because it is applied to. In addition, micro cards for smart cards, which are currently used as silicon bases through semiconductor processes, are expected to be used because organic transistors can be used to reduce costs associated with bonding silicon processors to plastic bases. Furthermore, it is thought that it can be applied to various parts of the computer.

고성능의 소자를 얻기 위해서 유기 반도체는 다음과 같은 전하 주입과 전류이동성에 대한 일반적인 사항을 만족해야 한다. (ⅰ) 유기반도체 물질은 전기장이 인가되었을 때 정공과 전자의 주입이 쉽게 일어나는 분자 오비탈(HOMO/LUMO) 에너지를 가져야 한다. (ⅱ) 이웃한 분자들 사이의 효과적인 전하이동이 일어날 수 있도록 물질의 결정구조는 프론티어 오비탈(frontier orbital) 의 충분한 겹침을 가져야 한다. (ⅲ) 불순물은 전하트랩으로 작용하기 때문에 고체는 아주 순수하여야 한다. (ⅳ) 분자 내 파이-파이 스태킹(π-π stacking)의 방향을 따라서 효과적인 전하이동이 일어날 수 있도록 분자는 소자기판에 나란한 긴축을 따라서 선택적으로 배열해야 한다. (ⅴ) 유기반도체의 결정영역은 소스와 드레인 전극사이를 단결정 같은 박막 형태를 가진 필름의 형태로 덮여야 한다. 부가적으로 유기 물질의 용해도도 우수한 것이 바람직하다. 소자 제작 시 용액 공정은 저온공정이 가능하기 때문에 플라스틱 기판에도 쉽게 박막을 형성할 수 있어, 비용이 저렴한 소자의 제작이 가능하다.In order to obtain a high performance device, an organic semiconductor must satisfy the following general matters regarding charge injection and current mobility. (Iv) Organic semiconductor materials must have molecular orbital (HOMO / LUMO) energy that facilitates the injection of holes and electrons when an electric field is applied. (Ii) The crystal structure of a substance must have sufficient overlap of frontier orbitals so that effective charge transfer between neighboring molecules can occur. (Iii) Solids must be pure because impurities act as charge traps. (Iii) Molecules should be selectively arranged along the lengthening side-by-side on the device substrate so that effective charge transfer can occur along the direction of intra-molecular pi-pi stacking. (Iii) The crystal region of the organic semiconductor should be covered between the source and drain electrodes in the form of a film with a thin film like single crystal. In addition, it is desirable that the solubility of the organic material is also excellent. Since the solution process can be a low temperature process during device fabrication, a thin film can be easily formed on a plastic substrate, thereby making it possible to fabricate an inexpensive device.

1980년대 초부터 OTFT에 관한 연구가 본격적으로 시작된 이래 펜타센(pentacene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), α-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 풀러렌(fullerene,C60) 박막 등이 적용되어 왔으며 이는 OTFT 소자의 중요한 특성인 전하 이동도와 점멸비를 증가시키기 위한 방향으로 개발이 진행되어 왔다. 현재 가장 우수한 p형 채널 재료는 펜타센이나, 산소와 반응을 하여 전기적 특성이 변하는 안정성의 문제를 가지고 있다. 이렇게 유기 반도체가 산화되면 결합이 깨어지고, 따라서 전하 이동도가 낮아지게 된다. 또한 결정 내부에 격자 뒤틀어짐 현상이 발생하여 전하 트랩을 형성하게 되고, 이들에 의한 전하 산란도 이동도를 감소시키는 원인이 된다. 또한 유기 반도체의 전하의 이동도를 향상시키기 위한 연구는 증착 시 기판의 온도를 올리거나 자기 조립(self-assembly) 방법을 이용하여 유기분자의 결정화를 유도하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 그러나 무엇보다 분자간(inter-molecular) 전도가 쉽게 일어나도록 분자를 설계하는 것이 중요하다.Pentacene, polythiophene, polyacetylene, α-hexathienylene, and fullerene (C60) thin films since OTFT began in earnest since the early 1980s Has been applied in the direction to increase the charge mobility and the flashing ratio, which are important characteristics of the OTFT device. The best p-type channel material at present is pentacene, but has a problem of stability in that electrical properties change due to reaction with oxygen. When the organic semiconductor is oxidized in this manner, the bond is broken and thus the charge mobility is lowered. In addition, lattice distortion occurs in the crystal to form charge traps, and charge scattering caused by these causes a decrease in mobility. In addition, researches to improve charge mobility of organic semiconductors have been conducted to increase the temperature of the substrate during deposition or to induce crystallization of organic molecules using a self-assembly method. But first of all, it is important to design the molecules so that inter-molecular conduction occurs easily.

한편, 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 전형적인 태양전지는 무기반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자(electron)와 정공(hole)은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의된다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 그 한계를 보이고 있기 때문에 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기물 반도체 태양전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다. On the other hand, solar cells are devices that can directly convert solar energy into electrical energy by applying a photovoltaic effect. Typical solar cells are made of p-n junctions by doping crystalline silicon (Si), an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorbing light diffuse to the p-n junction and are accelerated by the electric field to move to the electrode. The power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit and the solar power entered into the solar cell. However, since the conventional inorganic solar cell has already shown its limitations in terms of economic and material supply and demand, organic semiconductor solar cells having easy processing, low cost, and various functionalities have been spotlighted as alternative energy sources in the long term.

유기 태양전지의 가능성이 처음 제시되었던 것은 1970년대이지만 효율이 너무 낮아 실용성이 없었다. 그러나 1986년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)의 탕(C.W. Tang)이 프탈로시아닌 구리(copper phthalocyanine, CuPc) 와 페릴렌 테트라카복실산(perylene tetracarboxylic acid) 유도체를 이용한 이중층 구조로 다양한 태양전지로서의 실용화 가능성을 보이자, 유기 태양전지에 대한 관심과 연구가 급속도로 증가하며 많은 발전을 가져왔다. 이후 1995년에는 유(Yu) 등에 의해 BHJ(bulk-heterojunction) 개념이 도입되었고, PCBM과 같이 용해도가 향상된 풀러렌(fullerene) 유도체가 n 형 반도체 물질로 개발되면서 유기 태양전지의 효율 면에서 획기적인 발전이 있었다. 특히 고분자 태양전지의 경우 최근 3∼4 년 사이에 새로운 소자 구성 및 공정 조건의 변화 등으로 효율의 향상이 두드러지고 있으며, 기존의 물질을 대체하기 위해 낮은 밴드갭(bandgap)을 지니는 주개(donor) 물질과 전하 이동도가 좋은 새로운 받개(acceptor) 물질들의 개발이 지속적으로 연구되고 있다. The possibility of an organic solar cell was first proposed in the 1970s, but its efficiency was so low that it was not practical. However, in 1986, Eastman Kodak's Tang showed a double-layer structure using copper phthalocyanine (CuPc) and perylene tetracarboxylic acid derivatives, showing the possibility of practical application as various solar cells. Interest and research on solar cells has increased rapidly and brought about a lot of development. Since 1995, the concept of bulk-heterojunction (BHJ) was introduced by Yu et al., And fullerene derivatives with improved solubility, such as PCBM, were developed as n-type semiconductor materials. there was. In particular, in the case of polymer solar cells, the improvement of efficiency is remarkable due to the change of new device configuration and process conditions in recent 3-4 years, and the donor having low bandgap to replace the existing material. The development of new acceptor materials with good material and charge mobility is constantly being studied.

본 발명의 목적은 전기전도성 물질로서 열적으로 안정하며 유기박막 트랜지스터 및 유기 태양전지 등의 활성층에 함유되어 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 새로운 구조의 유기 반도체 물질을 제공하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an organic semiconductor material having a novel structure that is thermally stable as an electrically conductive material and is contained in an active layer such as an organic thin film transistor and an organic solar cell and can exhibit excellent electrical characteristics.

또한 본 발명은 새로운 유기 반도체 물질을 포함하는 유기 박막 트랜지스터, 유기물 태양전지 등의 유기 전자 소자를 제공하는 데 있다.The present invention also provides an organic electronic device such as an organic thin film transistor and an organic solar cell including a new organic semiconductor material.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 정공이동도가 뛰어난 특성을 가지고 방향족 고리이면서 황(S)을 함유한 티오펜기 또는 실리콘(Si)을 함유한 트리이소프로필실릴 아세틸렌기(triisopropylsilyl acetylene)와, 확장된 파이-파이 스태킹(π-π stacking)과 함께 고체 상태에서 강한 분자간 인력(intermolecular-interaction)을 가지는 파이렌(Pyrene)기를 포함하는 새로운 유기 반도체 물질이 열적으로 안정하며 유기박막 트랜지스터 및 유기 태양전지 등의 활성층에 함유되어 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 것을 확인하여 본 발명에 도달하게 되었다.The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, they have excellent hole mobility and have an aromatic ring and a thiophene group containing sulfur (S) or triisopropylsilyl acetylene containing silicon (Si). Thermally stable new organic semiconductor materials, including triisopropylsilyl acetylene and pyrene groups, which have strong intermolecular-interaction in the solid state with extended π-π stacking In addition, it was confirmed that the present invention can exhibit excellent electrical properties by being included in active layers such as organic thin film transistors and organic solar cells.

본 발명은 구체적으로 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 유기 반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.The present invention specifically relates to an organic semiconductor compound having a structure represented by the following formula (1) and an organic electronic device comprising the same.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009008982426-pat00001
Figure 112009008982426-pat00001

[상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 알킬기이고, n은 1 내지 2,000의 정수이다.][In Formula 1, R 1 and R 2 are independently hydrogen or an alkyl group of C 1 to C 20 , and n is an integer of 1 to 2,000.]

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art. Repeated descriptions of the same technical constitution and operation as those of the conventional art will be omitted.

본 발명에 따른 유기 반도체 화합물은 전도성을 가지는 유기 화합물로서 하기 화학식 1의 구조를 물질 내에 포함한다.The organic semiconductor compound according to the present invention includes a structure of Chemical Formula 1 below as a conductive organic compound.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009008982426-pat00002
Figure 112009008982426-pat00002

상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 알킬기이고, n은 1 내지 2,000의 정수이다. 상기 n의 범위가 2,000을 초과할 경우에는 일반적인 중합 조건으로는 제조가 어렵다.In Formula 1, R 1 and R 2 are independently hydrogen or C 1 ~ C 20 Alkyl group, n is an integer of 1 to 2,000. When the range of n exceeds 2,000, it is difficult to manufacture under general polymerization conditions.

상기 화학식 1의 구조는 보다 구체적으로는 하기 화학식 2의 구조일 수 있다.More specifically, the structure of Formula 1 may be a structure of Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112009008982426-pat00003
Figure 112009008982426-pat00003

상기 화학식 2에서 R1 및 R2는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, n은 1 내지 2,000의 정수이다.In Formula 2 R 1 and R 2 are independently hydrogen or an alkyl group of a linear or branched C 1 ~ C 20, n is an integer from 1 to 2,000.

본 발명에 따른 유기 반도체 화합물은 보다 구체적으로는 단분자 화합물로서 하기 화학식 3의 화합물일 수 있으며, 고분자 물질로서 화학식 4의 구조를 포함하는 올리고머일 수 있다.More specifically, the organic semiconductor compound according to the present invention may be a compound represented by the following Chemical Formula 3 as a monomolecular compound, and may be an oligomer including the structure of Chemical Formula 4 as a polymer material.

[화학식 3](3)

Figure 112009008982426-pat00004
Figure 112009008982426-pat00004

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112009008982426-pat00005
Figure 112009008982426-pat00005

상기 화학식 3 및 4에서 R3 R4는 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, m은 1 내지 2,000의 정수이다. 단분자 물질에 비해서 고분자물질은 용액공정으로 용이하게 유기 반도체 층을 형성할 수 있는 장점이 있다.R 3 in Formulas 3 and 4 And R 4 is a C 1 to C 20 linear or branched alkyl group, m is an integer from 1 to 2,000. Compared to the monomolecular material, the polymer material has an advantage of easily forming an organic semiconductor layer by a solution process.

본 발명에 따른 화합물 중 상기 화학식 3의 화합물을 예로 들어 이의 제조방법을 설명하면 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 화합물 중 상기 화학식 4의 고분자 화합물의 제조방법은 그 일례로서 하기 반응식 2의 방법으로 제조될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 제조방법이 하기 반응식 1 및 반응식 2의 제조방법으로 국한되는 것은 아니고 공지의 유기 합성법을 사용하여 다양하게 제조 가능하다.Taking the compound of Formula 3 as an example among the compounds according to the present invention, the preparation method thereof may be represented by the following Scheme 1. In addition, the method for preparing the polymer compound of Chemical Formula 4 of the compound according to the present invention may be prepared by the method of Scheme 2 below as an example. However, the production method according to the present invention is not limited to the production methods of Schemes 1 and 2 below, and can be variously manufactured using a known organic synthesis method.

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009008982426-pat00006
Figure 112009008982426-pat00006

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112009008982426-pat00007
Figure 112009008982426-pat00007

상기 반응식 1 내지 반응식 2에서 R3, R4 및 m은 상기 화학식 3 또는 화학식 4에서 정의한 바와 같다.R 3 , R 4 and m in Schemes 1 to 2 are as defined in Formula 3 or Formula 4.

또한 본 발명은 유기 반도체 화합물로서 하기 화학식 5 및 화학식 6을 더 포함한다.In addition, the present invention further includes the following Chemical Formula 5 and Chemical Formula 6 as an organic semiconductor compound.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112009008982426-pat00008
Figure 112009008982426-pat00008

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112009008982426-pat00009
Figure 112009008982426-pat00009

상기 화학식 5에서 R5는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이다.R 5 in Formula 5 is independently hydrogen or a C 1 ~ C 20 linear or branched alkyl group.

본 발명에 따른 화합물 중 상기 화학식 5 및 화학식 6의 화합물의 제조방법을 일례로 들어서 설명하면 하기 반응식 3 및 반응식 4로 나타낼 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 제조방법이 하기 반응식 3 및 반응식 4의 제조방법으로 국한되는 것은 아니고 공지의 유기 합성법을 사용하여 다양하게 제조 가능하다.In the compounds according to the present invention, the preparation method of the compounds of Formulas 5 and 6 may be represented by the following Scheme 3 and Scheme 4. However, the production method according to the present invention is not limited to the production methods of Schemes 3 and 4 below, and can be variously manufactured using a known organic synthesis method.

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112009008982426-pat00010
Figure 112009008982426-pat00010

Figure 112009008982426-pat00011
Figure 112009008982426-pat00011

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112009008982426-pat00012
Figure 112009008982426-pat00012

본 발명은 상술한 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자을 제공한다. 본 발명에 따른 유기 전자 소자로는 트랜지스터, 다이오드, 포토 다이오드, 태양 전지, 발광 다이오드, 메모리,발광 트랜지스터, 센서 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 트랜지스터로는, 특별히 제한은 없고, 바이폴러 트랜지스터, 정전 유도형 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터 등이 포함된다. The present invention provides an organic electronic device comprising the organic semiconductor compound of the present invention described above. The organic electronic device according to the present invention includes a transistor, a diode, a photodiode, a solar cell, a light emitting diode, a memory, a light emitting transistor, a sensor, and the like. The transistor of the present invention is not particularly limited and includes a bipolar transistor, an electrostatic induction transistor, a field effect transistor, and the like.

구체적인 일 양태로서 본 발명은 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물을 활성층에 함유하는 유기 박막트랜지스터를 제공한다. As a specific aspect, the present invention provides an organic thin film transistor containing the organic semiconductor compound according to the present invention in an active layer.

본 발명에 따른 유기 박막트랜지스터는 소스 전극 및 드레인 전극, 이들 전극 간의 전류 경로가 되고 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물을 함유하는 활성층, 전류 경로를 통과하는 전류를 제어하는 게이트 전극, 및 활성층과 게이트 전극 사이에 배치된 절연층을 포함하여 이루어진다. 유기 박막트랜지스터의 구조는 도 1 에 도시한 바와 같이 상 접촉(Top contact) 방식과 하 접촉(bottom contact) 방식일 수 있으며, 상 접촉 구조의 경우 소스와 드레인이 채널층의 위쪽에 있기 때문에 채널층의 굴곡이 없어 소스 및 드레인 부분에서 전하의 흐름에 대한 방해가 적어 보다 바람직하다.The organic thin film transistor according to the present invention includes a source electrode and a drain electrode, an active layer which becomes a current path between these electrodes and contains an organic semiconductor compound according to the present invention, a gate electrode which controls a current passing through the current path, and an active layer and a gate electrode. It comprises an insulating layer disposed between. The structure of the organic thin film transistor may be a top contact method or a bottom contact method, as shown in FIG. 1. In the case of the phase contact structure, the source layer and the drain are located above the channel layer. There is no curvature of, which is more desirable because of less interference with the flow of charge in the source and drain portions.

구체적인 또 다른 양태로서 본 발명은 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물을 전자 주개 물질로서 활성층에 함유하는 유기 태양 전지를 제공한다. As another specific aspect, the present invention provides an organic solar cell comprising the organic semiconductor compound according to the present invention as an electron donor material in an active layer.

유기물 태양전지는 금속/유기반도체(광활성층)/금속(Metal-Samicondustor or Insulator-Metal, MSM) 구조로 높은 일함수를 가지며 투명전극인 ITO(indium tin oxide)를 양극으로, 낮은 일함수를 가진 Al이나 Ca 등을 음극으로 사용한다. 여기서 유기반도체로 반도체 고분자/C60 복합재를 각각 주개(donor)와 받개(acceptor)로 사용하는 BHT(Bulk-heterojunction) 구조를 예를 들어 설명하면, 먼저 광활성층인 고분자/C60 복합재 용액을 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 100nm 정도의 두께로 ITO 층 위에 코팅한다. 이 위에 다시 Al 이나 Ca 금속을 진공 증착하여 음극으로 사용하게 되는데, 필요에 따라 이 전극과 광활성층 사이에 전하의 수명을 증진시키는 EBL(exciton blocking layer) 층을 삽입하기도 한다. 상기 EBL 층으로는 PEDOT 및 PSS의 혼합물이 사용될 수 있다.The organic solar cell has a high work function with a metal / oil-based conductor (photoactive layer) / metal (Metal-Samicondustor or Insulator-Metal (MSM)) structure, and has a low work function with ITO (indium tin oxide) as a transparent electrode. Al or Ca is used as the cathode. Here, the BHT (Bulk-heterojunction) structure using a semiconductor polymer / C60 composite as a donor and an acceptor as an organic semiconductor will be described as an example. First, the polymer / C60 composite solution, which is a photoactive layer, is spin coated, Coating on the ITO layer to a thickness of about 100nm by inkjet printing or the like method. On top of this, Al or Ca metal is vacuum-deposited and used as a cathode, and an extruder blocking layer (EBL) layer is inserted between the electrode and the photoactive layer to enhance the life of the charge as necessary. As the EBL layer, a mixture of PEDOT and PSS may be used.

도 2는 유기 태양전지의 구조 중 BL(bi-layer) 모드(a) 및 BHT(Bulk-heterojunction) 모드(b)를 비교하여 나타낸 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a comparison of a bi-layer (B) mode (B) and a bulk-heterojunction (BHT) mode (B) in the structure of an organic solar cell.

일반적으로 유기물 주개(donor) 안에서 엑시톤(exciton)의 확산거리는 10∼30nm 정도이기 때문에 태양광 흡수를 위한 주개(donor) 물질의 적절한 두께(100nm 이상) 보다 휠씬 짧다. 이것은 유기 태양전지의 효율을 제한하는 근본적인 원인 중의 하나인데 기존의 BL(bi-layer) 구조로는 이러한 문제점을 해결하기 어렵다. 또한 BL(bi-layer) 구조를 이루는 두 가지 물질이 모두 유기물 단분자이기 때문에 증착을 시켜야 하고 고분자의 경우에는 스핀 코팅과 같은 간단한 공정에 의한 제작이 어려웠다. 반면에 고분자 BHJ 구조는 주개(donor,D)와 받개(acceptor, A) 물질을 섞어 사용하기 때문에 제작 공정이 간편하고 D/A 계면의 표면적이 크게 증가하기 때문에 전하 분리의 가능성이 커질 뿐만 아니라 전극으로서의 전하수집 효율도 증가하게 된다.In general, the diffusion distance of excitons in organic donors is about 10-30 nm, which is much shorter than the appropriate thickness of donor material for absorbing sunlight (over 100 nm). This is one of the fundamental causes of limiting the efficiency of the organic solar cell, the existing bi-layer (BL) structure is difficult to solve this problem. In addition, since both materials forming the BL (bi-layer) structure are organic monomolecules, deposition is required, and in the case of polymers, it is difficult to manufacture by simple processes such as spin coating. On the other hand, the polymer BHJ structure uses a mixture of donor (D) and acceptor (A) materials, which simplifies the manufacturing process and greatly increases the surface area of the D / A interface. As a result, the charge collection efficiency increases.

본 발명에 따른 유기 태양전지는 BHJ 구조인 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물을 전자 주개 물질로서 사용하고 하기의 전자 받개 물질로부터 선택되는 1종 이상을 혼합하여 활성층을 형성하는 것이 바람직하다.The organic solar cell according to the present invention preferably has a BHJ structure, and it is preferable to use the organic semiconductor compound according to the present invention as an electron donor material and mix one or more selected from the following electron acceptor materials to form an active layer. .

Figure 112009008982426-pat00013
Figure 112009008982426-pat00013

상기 전자 받개 물질 중에서도 유기 용매에 잘 녹도록 설계된 PCBM, PCBCR 등의 물질을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Among the electron acceptor materials, it is more preferable to use materials such as PCBM and PCBCR designed to be well dissolved in an organic solvent.

본 발명에 따른 유기 반도체 화합물은 정공이동도가 뛰어난 특성을 가지고 방향족 고리이면서 황(S)을 함유한 티오펜기와 확장된 파이-파이 스태킹(π-π stacking)과 함께 고체 상태에서 강한 분자간 인력(intermolecular-interaction)을 가지는 파이렌(Pyrene)기를 포함하는 새로운 유기 반도체 물질이 열적으로 안정하며 유기박막 트랜지스터 및 유기 태양전지 등의 활성층에 함유되어 우수한 전기적 특성을 나타내는 장점이 있다.The organic semiconductor compound according to the present invention has an excellent hole mobility and has a strong intermolecular attraction in solid state with an aromatic ring and an thiophene group containing sulfur (S) and extended pi-pie stacking (π-π stacking). The new organic semiconductor material including pyrene group having intermolecular-interaction is thermally stable and is contained in active layers such as organic thin film transistors and organic solar cells, and thus has excellent electrical characteristics.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예][Example]

2-브로모티오펜(2-Bromothiophene), 3-브로모티오펜(3-Bromothiophene), 1,2-디브로모에탄(1,2-Dibromoethane, Pyrene), n-부틸리튬(n-Butyllitium 2.5M in Hexanes), 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보란(2-Isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane), 브롬(Bromine), 무수 톨루엔(Anhydrous Toluene), 플로리실(Florisil)은 알드리치(Aldrich Chemical Co.)에서 구입하였다. 촉매로 쓰인 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)), 1,3-비스(비페닐포스피노)프로판 니켈(Ⅱ) 클로라이드(1,3-Bis(biphenylphosphino)propane nickel(Ⅱ) chloride)는 스트렘 케미컬社(Strem Chemicals, Inc)로부터 구입하였으며, 1-브로모옥탄(1-Bromooctane), 1-브로모헥산(1-bromohexane), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 톨루엔(toluene), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, purified with sodium wire), 무수 황산마그네슘(anhydrous magnesium sulfate, MgSO4), 탄산칼륨(potassium carbonate, K2CO3), 수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH)은 준세이(Junsei)에서 구입하였다. 실리카겔(silicagel)은 머크(Merck)에서 마그네슘(Mg, purified diethyl ether)은 플루카(Fluka)에서 구입하였으며, 물질의 정제 과정에 쓰인 HPLC 용 클로로포름(Chloroform)과 헥산(Hexane), 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone)은 제이 티 베이커(J.T.Baker)에서 구입하였다. 필름(film) 상태의 UV 와 PL 측정 전 0.45 μm 실린지 필터를 사용하여 여과한 후 스핀 코팅에 사용 하였다. 태양전지 받개(acceptor)로는 PCBM([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester) 을 사용하였다.2-Bromothiophene, 3-Bromothiophene, 1,2-Dibromoethane, Pyrene, n-Butyllitium 2.5M in Hexanes), 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborane (2-Isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2 -dioxaborolane, bromine, anhydrous toluene and florisil were purchased from Aldrich Chemical Co. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) as catalyst, 1,3-bis (biphenylphosphino) propane nickel (II) chloride (1,3-Bis (biphenylphosphino) propane nickel (II) chloride was purchased from Strem Chemicals, Inc., 1-bromooctane, 1-bromohexane, carbon tetrachloride, toluene (toluene), tetrahydrofuran (purified with sodium wire), anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH) It was purchased from (Junsei). Silica gel was purchased from Merck and magnesium (Mg, purified diethyl ether) was purchased from Fluka.Chloroform, hexane (Hexane) and methanol (Methanol) were used for the purification of materials. Acetone was purchased from JTBaker. Before the UV and PL measurements of the film (film) was filtered using a 0.45 μm syringe filter was used for spin coating. PCBM ([6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester) was used as a solar cell acceptor.

1H NMR과 13C NMR 스펙트럼은 Bruker AM-400을 사용하였고, 원소분석은 EA 1110 - Fisons를 사용하였다. 자외선 흡수 스펙트럼은 Shimadzu UV-3600, 빛 발광 스펙트럼은 Shimadzu RF 5301 PC Fluorometer를 사용하였다. 열분석은 TGA instruments의 TGA Q-50 장비를 이용하여 질소기류 하에서 분당 10 ℃의 가열 시스템에서 분해온도(Td)를 측정하였고, NETZSCH 의 DSC 200F3를 이용하여 물질의 Tg , Tm 및 Tc를 측정하였다. 물질의 HOMO Level을 구하기 위하여 순환 전류-전압 분석 (Cyclic Voltammetry)을 측정하였고, AUTOLAB, Poteniostat/Galvanostat Model을 사용하였다. 트랜지스터 소자의 전기적 특성 분석은 반도체 파라미터 분석 기(semiconductor parameter analyzer, Agilent 4155C)에 의하여 측정되었고, 원자힘 현미경(atomic force microscopy (AFM),PSIA XE-100)으로 트랜지스터 소자의 활성층(active layer) 표면을 측정하였다. 태양전지의 I-V 곡선(curve)은 1kW 솔라 시뮬레이터(solar simulator, Newport 91192), IPCE 특성은 Solar cell response/Quantum efficiency/IPCE Measurement system (PV Measurements, Inc.)으로 측정하였다. For 1 H NMR and 13 C NMR spectra, Bruker AM-400 was used, and elemental analysis was performed using EA 1110-Fisons. The UV absorption spectrum was Shimadzu UV-3600 and the light emission spectrum was Shimadzu RF 5301 PC Fluorometer. Thermal analysis was carried out using a TGA Q-50 instrument from TGA instruments to measure the decomposition temperature (T d ) in a heating system at 10 ℃ per minute under nitrogen stream, and T g , T m and T of the material using DSC 200F3 from NETZSCH. c was measured. Cyclic Voltammetry was measured to determine HOMO Level of the material, and AUTOLAB, Poteniostat / Galvanostat Model was used. The electrical characterization of the transistor device was measured by a semiconductor parameter analyzer (Agilent 4155C) and the surface of the active layer of the transistor device by atomic force microscopy (AFM), PSIA XE-100. Was measured. The IV curve of the solar cell was measured using a 1 kW solar simulator (Newport 91192), and the IPCE characteristics were measured using a Solar cell response / Quantum efficiency / IPCE Measurement system (PV Measurements, Inc.).

[실시예 1] D2OBTP [1,6-(di-2-octyl-bithiophenyl)-pyrene]의 제조Example 1 Preparation of D2OBTP [1,6- (di-2-octyl-bithiophenyl) -pyrene]

2,2′-비티오펜 [2,2′-bithiophene] 의 제조 (Product 1)Preparation of 2,2′-bithiophene [2,2′-bithiophene] (Product 1)

둥근 플라스크에 콘덴서를 장착하고, Mg (4.473g, 183.9mmol)를 넣은 후 약간의 온도를 가하면서 약 2시간 동안 진공 처리하여 산소 및 수분을 제거한다. 장갑상자(glove box)에서 상기 Mg이 든 플라스크에 무수 테트라하이드로퓨란 30 ml 을 넣은 후 1,2-브로모에탄 0.3ml을 가하여 Mg의 표면을 닦아 낸다. 이어서 2-브로모티오펜 (15g, 91.95mmol)을 넣어 2시간 정도 환류시킨 후 상온으로 냉각하여 그리냐드 시약(grignard reagent)을 준비한다. Mount the condenser in a round flask, add Mg (4.473g, 183.9mmol), and vacuum for 2 hours with slight temperature to remove oxygen and moisture. In a glove box, 30 ml of anhydrous tetrahydrofuran was added to the flask containing Mg, and 0.3 ml of 1,2-bromoethane was added to wipe the surface of the Mg. Then, 2-bromothiophene (15 g, 91.95 mmol) was added to reflux for about 2 hours, and cooled to room temperature to prepare a grignard reagent.

Ni(dppp)Cl2 (0.33g, 0.613mmol), 무수 THF 30 ml 및 2-브로모티오펜 (10g, 61.3mmol)을 혼합한 혼합액에 0℃에서 상기 그리냐드 시약을 적가한 후 24시간 환류반응 시킨다.To the mixture of Ni (dppp) Cl 2 (0.33 g, 0.613 mmol), 30 ml of anhydrous THF, and 2-bromothiophene (10 g, 61.3 mmol) was added dropwise the Grignard reagent at 0 ° C., followed by reflux for 24 hours. Let's do it.

반응 후 메탄올을 가하여 반응을 종료한 후 EA(에틸 아세테이트) 및 소금물(NaCl+증류수)투입하여 생성물을 추출한 후 용매를 증류하여 투명한 액상의 물질(product 1)을 얻는다(60% yield). After completion of the reaction, methanol was added to terminate the reaction, and then EA (ethyl acetate) and brine (NaCl + distilled water) were added thereto to extract the product, followed by distillation of the solvent to obtain a transparent liquid substance (product 1) (60% yield).

1H-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 6.90 (d, 2H), 7.15 (d, 2H), 7.20 (d, 2H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ) δ 6.90 (d, 2H), 7.15 (d, 2H), 7.20 (d, 2H)

5-5- 옥틸Octyl -2,2′--2,2′- 비티오펜Vithiophene [5- [5- OctylOctyl -2,2′--2,2′- bithiophenebithiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 2) 2)

Product 1 (2.85g, 0.017mol)을 1시간 정도 진공 처리하여 산소 및 수분을 제거한 후 무수 THF 50 ml에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬(2.5M in hexane , 7.14ml, 0.0178mol)을 천천히 첨가한 후 2시간 동안 교반한다. 다시 -78℃에서 1-브로모옥탄 (3.61g, 0.017mol)을 천천히 첨가 시킨 후 1시간 교반시키고 상온에서 2시간 교반시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 반응종결(quenching) 시킨 후 MC(메틸렌클로라이드)와 소금물(brine)로 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘 (MgSO4)으로 남은 수분을 제거하고 용매를 증발시키고 증류하여 액상의 물질을 얻는다. (59% yield)Product 1 (2.85g, 0.017mol) is vacuumed for 1 hour to remove oxygen and water, and then dissolved in 50 ml of dry THF. N-butyllithium (2.5M in hexane, 7.14ml, 0.0178mol) was added slowly at -78 ° C and stirred for 2 hours. Then, 1-bromooctane (3.61 g, 0.017 mol) was slowly added at -78 ° C, stirred for 1 hour, and stirred at room temperature for 2 hours to terminate the reaction. After quenching with methanol, the organic layer is extracted with MC (methylene chloride) and brine, and the remaining water is removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), and the solvent is evaporated and distilled to obtain a liquid substance. (59% yield)

1H-NMR (200MHZ, CDCl3) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 10H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.75 (d, 1H), 6.90 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.15 (d, 1H), 7.20 (d, 1H) 1 H-NMR (200MHZ, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 10H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.75 (d, 1H), 6.90 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.15 (d, 1H), 7.20 (d, 1H)

5-5- 옥틸Octyl -5'-[4,4,5,5--5 '-[4,4,5,5- 테트라메틸Tetramethyl -1,3,2--1,3,2- 디옥사보롤라닐Dioxaborolanyl ]-2,2'-] -2,2'- 비티오펜Vithiophene {5- {5- OctylOctyl -5'-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl]-2,2′--5 '-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl] -2,2'- bithiophenebithiophene } 의 제조 (} Manufacturing ( ProductProduct 3) 3)

Product 2 (2.9g, 0.01mol)을 1시간 정도 진공 처리하여 산소 및 수분을 제거한 후 무수 THF 30 ml에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬(2.5M in hexane, 4.4ml, 0.011mol)을 천천히 첨가한 후 2시간 동안 교반시킨다. 다시 -78℃에서 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란(2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane) (2.05g, 0.01mol)을 천천히 첨가시킨 후 2시간 교반시키고 40시간 상온에서 교반시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 반응종결(quenching)시킨 후 MC와 소금물(brine)로 extraction 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘 (MgSO4)으로 남은 수분을 제거하고 용매를 증발시키고 컬럼크로마토그래피(헥산 사용)로 액상의 물질을 얻는다. (61% yield)Product 2 (2.9g, 0.01mol) is vacuumed for 1 hour to remove oxygen and water, and then dissolved in 30 ml of dry THF. N-butyllithium (2.5M in hexane, 4.4ml, 0.011mol) was slowly added at -78 ° C, followed by stirring for 2 hours. 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane again at -78 ° C (2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3 , 2-dioxaborolane) (2.05 g, 0.01 mol) was added slowly, followed by stirring for 2 hours and stirring at room temperature for 40 hours to terminate the reaction. After quenching with methanol, extract the organic layer with MC and brine, remove the remaining water with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), evaporate the solvent, and remove the liquid substance with column chromatography (using hexane). Get (61% yield)

1H-NMR (400MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 8H), 1.30 (m, 2H), 1.35 (m, 12H), 1.65 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.65 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.12 (d, 1H), 7.47 (d, 1H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 8H), 1.30 (m, 2H), 1.35 (m, 12H), 1.65 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.65 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.12 (d, 1H), 7.47 (d, 1H)

1,6-1,6- 디브로모파이렌Dibromopyrene [1,6- [1,6- dibromopyrenedibromopyrene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 4) 4)

2L 3-목 플라스크(three-necked flask)을 준비하여 사염화탄소 (500ml)에 파이렌(Pyrene 37.67g, 185.7mmol)을 녹인 후 사염화탄소 (800ml)에 녹인 브 롬(bromine 20.0ml, 388mmol) 용액을 8시간 동안 적가(drop-wise)한다. 12시간 동안 교반 시킨 후 반응을 종료하여 얻어진 흰색 침전물을 글라스필터(glass filter)로 여과한 후 60 ℃의 톨루엔 (1.4L) 에 녹인다. 톨루엔 용액을 5% NaHCO3 (1200ml) 와 H2O (600ml)에 세척한 후 100℃ 로 가열하고 다시 여과하여 갈색 고체물질을 제거한다. 용매를 제거하면 Product 4가 얻어지며 톨루엔(1400ml, 800ml, 450ml)으로 3번 재결정하여 Product 4 (1,6-dibromopyrene)를 얻었다. (23% yield) Prepare a 2L three-necked flask, dissolve pyrene (Pyrene 37.67g, 185.7mmol) in carbon tetrachloride (500ml), and then bromine (bromine 20.0ml, 388mmol) solution in carbon tetrachloride (800ml). Drop-wise over time. After stirring for 12 hours, the white precipitate obtained by terminating the reaction was filtered through a glass filter and dissolved in toluene (1.4 L) at 60 ° C. The toluene solution was washed with 5% NaHCO 3 (1200 ml) and H 2 O (600 ml), heated to 100 ° C. and filtered again to remove the brown solid. Product 4 was obtained by removing the solvent, and recrystallized three times with toluene (1400ml, 800ml, 450ml) to obtain Product 4 (1,6-dibromopyrene). (23% yield)

1H-NMR (400MHz, CDCl3) δ 8.02 (d, 2H), 8.10 (d, 2H), 8.25 (d, 2H), 8.45 (d, 2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.02 (d, 2H), 8.10 (d, 2H), 8.25 (d, 2H), 8.45 (d, 2H)

D2OBTPD2OBTP [1,6-( [1,6- ( didi -2--2- octyloctyl -- bithiophenylbithiophenyl )-) - pyrenepyrene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 5) 5)

Product 4 (1.0g, 2.8mmol)과 Product 3 (2.38g, 5.88mmol)을 준비한 콘덴서가 장착된 둥근 플라스크에 진공 처리하여 수분 및 산소를 제거한 후 무수 톨루엔 (10ml)을 가하여 녹인다. Pd(pph3)4 촉매 (0.03eq)를 넣은 후 THF (20ml)와 K2CO3 (4eq) 첨가한다. 100∼120 ℃ 온도에서 48시간 교반 시킨 후 반응을 종료한다. Product 5를 클로로포름에 녹여 플로리실(Florisil)과 실리카겔(Silicagel)로 컬럼하여 Pd(pph3)4을 제거하고 메탄올에 재결정하여 노란색의 고체를 얻은 후 메탄올을 사용하여 추출기(Soxhlet)로 정제하였다. (85% yield) Vacuum and remove water and oxygen in a round flask equipped with a condenser containing Product 4 (1.0g, 2.8mmol) and Product 3 (2.38g, 5.88mmol), and dissolve by adding anhydrous toluene (10ml). Pd (pph 3 ) 4 catalyst (0.03eq) and then THF (20ml) and K 2 CO 3 (4eq) is added. The reaction is terminated after stirring at 100 to 120 ° C. for 48 hours. Product 5 was dissolved in chloroform and columned with Florisil and Silicagel to remove Pd (pph 3 ) 4 and recrystallized in methanol to obtain a yellow solid, which was purified by Soxhlet using methanol. (85% yield)

1H-NMR (200MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 20H), 1.62 (m, 4H), 2.75 (t, 4H), 6.75 (d, 4H), 7.07 (d, 4H), 8.08 (d, 2H), 8.12 (d, 2H), 8.18 (d, 2H), 8.58 (d, 2H) 1 H-NMR (200 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 20H), 1.62 (m, 4H), 2.75 (t, 4H), 6.75 (d, 4H), 7.07 (d, 4H), 8.08 (d, 2H), 8.12 (d, 2H), 8.18 (d, 2H), 8.58 (d, 2H)

유기 전자 재료의 응용 측면에서 봤을 때 사용되는 유기물이 외부 온도에 따라 변형되지 않고 높은 열적 안정성을 가지는 것이 중요하다. 본 실시예에서 제조된 유기 반도체 물질(D2OBTP)은 클로로포름 또는 톨루엔에 상온에서 잘 용해되었다. 합성한 저분자의 열적 특성을 알아보기 위하여 TGA와 DSC를 측정하였으며 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시하였다. 먼저 TGA는 N2하에서 분당 10℃로 온도를 높여 측정하였고, 측정 시료의 무게 감소가 최초 무게의 5% 분해 온도(Decomposition Temperature)가 435℃인 것으로 보아 열적으로 아주 안정한 유기 물질임을 알 수 있었다. In view of the application of the organic electronic material, it is important that the organic materials used have high thermal stability without being deformed according to the external temperature. The organic semiconductor material (D2OBTP) prepared in this example was well dissolved in chloroform or toluene at room temperature. TGA and DSC were measured to investigate the thermal properties of the synthesized small molecules, and the results are shown in FIGS. 3 and 4. First, TGA was measured by increasing the temperature to 10 ° C. per minute under N 2 , and the weight reduction of the measured sample was found to be a very thermally stable organic material as the 5% Decomposition Temperature of the initial weight was 435 ° C.

고체에서는 분자들이 주어진 특정한 위치를 차지하도록 구속되어 있다. 우리는 이러한 상태를 고체상이 '위치질서 (positional order)'를 가지고 있다고 한다. 게다가 이러한 특정한 위치에 있는 분자들은 서로 정렬하는 방향으로 구속되어 있고 이러한 고체상은 '방향질서 (orientational order)'를 보유한다고 말한다. 고체가 녹아서 액체가 될 때의 위의 두 종류의 질서를 완전히 잃어버리게 되어 분자들이 불규칙하게 움직이고 구르게 된다. 고체가 녹아 약간의 방향질서는 남아있고 위치질서는 잃은 상태를 '액정(liquid crystal)' 이라고 한다. 액정상에서의 분자들 은 액체 상태와 아주 똑같은 방식으로 자유롭게 움직이지만, 특정한 방향으로 정렬하려는 경향은 남아 있다. In solids, molecules are constrained to occupy a given position. We call this state that the solid phase has a 'positional order'. In addition, molecules at these particular positions are constrained in the direction they align with each other, and this solid phase is said to have an 'orientative order'. When the solid melts and becomes a liquid, the two kinds of order are completely lost, causing the molecules to move and roll irregularly. Some solid order remains due to the melting of solids, and positional order is called a 'liquid crystal'. The molecules in the liquid crystal phase move freely in exactly the same way as in the liquid state, but the tendency to align in a particular direction remains.

많은 분자구조들이 액정 상을 형성하지는 않지만, 유기화학 전반에 걸쳐 합성된 화합물 중 200가지 중 1가지 정도는 액정 상을 갖는다. 다음조건의 분자들이 액정성을 잘 나타낸다. 우선 분자의 모양이 길어야 하며, 즉 분자 폭보다 길이가 상당히 켜야 한다. 둘째, 분자의 중앙 부분이 단단함을 유지해야 한다. 마지막으로 분자의 끝 부분들이 다소 휘기 쉽다면 더욱 유리하다.Many molecular structures do not form a liquid crystal phase, but about one in 200 compounds synthesized throughout organic chemistry have a liquid crystal phase. Molecules with the following conditions show good liquid crystallinity. First of all, the shape of the molecule must be long, that is, it must be considerably longer than the width of the molecule. Second, the central part of the molecule must remain firm. Finally, it is even more advantageous if the ends of the molecules are rather bent.

D2OBTP[1,6-(di-2-octyl-bithiophenyl)-pyrene]는 분자 구조상 이러한 액정 조건을 거의 완벽하게 만족하고 있고, DSC[heating and cooling rates = 10℃/min(Left), 5℃/min(Right)] 측정 결과 223∼240℃ 사이에서 뚜렷한 액정특성을 보이고 있음을 관찰하였다. 상온에서 300℃까지의 구간에서 뚜렷한 Tg (glass transition temperature)는 찾아볼 수 없었으며, Tm (melting temperature)와 Tc (crystalline temperature)는 각각 223℃와 195℃에서 나타났다.D2OBTP [1,6- (di-2-octyl-bithiophenyl) -pyrene] almost completely satisfies these liquid crystal conditions due to its molecular structure, and heating and cooling rates = 10 ° C / min (Left), 5 ° C / min (Right)] As a result, it was observed that clear liquid crystal characteristics were shown between 223 and 240 ° C. Tg (glass transition temperature) was not found in the range from room temperature to 300 ℃, and melting temperature (Tm) and crystalline temperature (Tc) were found at 223 ℃ and 195 ℃, respectively.

액정상태를 더 자세히 관찰하고 확인하기 위하여 216℃에서 250℃까지의 D2OBTP 의 가열과 냉각 시 상태를 편광현미경으로 관찰하였으며 그 결과는 도 3에 나타내었다. 도 5를 참조하면 냉각 시 233℃ 부근에서 액정 배열이 잘 나타남을 잘 확인할 수 있다.In order to observe and confirm the liquid crystal state in more detail, the state of heating and cooling of D2OBTP from 216 ° C to 250 ° C was observed with a polarizing microscope, and the results are shown in FIG. 3. Referring to FIG. 5, it can be seen that the arrangement of liquid crystals appears well at around 233 ° C. during cooling.

제조된 유기 반도체 물질(D2OBTP)의 흡광도와 형광변화를 알아보기 위하여 CHCl3 용매에 녹여 UV 및 PL를 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 흡광 영역 이 410 nm에서 최대 흡수를 보이고 PL 발광은 500 nm에서 나타났다. In order to determine the absorbance and fluorescence change of the prepared organic semiconductor material (D2OBTP) dissolved in a CHCl 3 solvent UV and PL was measured and the results are shown in FIG. The absorption region showed maximum absorption at 410 nm and PL emission at 500 nm.

또한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)으로 측정하여 물질의 HOMO 레벨을 구하였다. Ferrocene/ferrocenium redox system (-4.8 eV)을 기준(reference)으로 고체 필름상태에서 측정하였고 HOMO Level은 -5.1 eV로 계산되었고, 클로로포름 용액의 UV 스펙트럼의 UVedge (465 nm)을 이용하여 밴드 갭을 계산한 결과 2.66 eV로 나타났다. HOMO 레벨과 밴드 갭으로 LUMO 레벨-2.44 eV을 구할 수 있었다.In addition, the HOMO level of the material was determined by cyclic voltammetry. Ferrocene / ferrocenium redox system (-4.8 eV) was measured in the solid film state as a reference and the HOMO level was calculated to be -5.1 eV, and the UV edge of the UV spectrum of the chloroform solution. The band gap was calculated using (465 nm) and found to be 2.66 eV. From the HOMO level and the band gap, LUMO level-2.44 eV was obtained.

[실시예 2] P3H5PBT [Poly(3,3'-dihexyl-5-pyrenyl-2,2'-bithiophene)]의 제조Example 2 Preparation of P3H5PBT [Poly (3,3'-dihexyl-5-pyrenyl-2,2'-bithiophene)]

3-3- 헥실티오펜Hexylthiophene [3- [3- hexylthiophenehexylthiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 6) 6)

둥근 플라스크에 콘덴서를 장착하고, Mg (4.473g, 183.9mmol)를 넣은 후 약간의 온도를 가하면서 약 2시간 동안 진공 처리하여 산소 및 수분을 제거한다. 장갑상자(glove box)에서 상기 Mg이 든 플라스크에 무수 테트라하이드로퓨란 30 ml 을 넣은 후 1,2-브로모에탄 0.3ml을 가하여 Mg의 표면을 닦아 낸다. 이어서 1-브로모헥산 (15g, 91.95mmol)을 넣어 2시간 정도 환류시킨 후 상온으로 냉각하여 그리냐드 시약(grignard reagent)을 준비한다. Mount the condenser in a round flask, add Mg (4.473g, 183.9mmol), and vacuum for 2 hours with slight temperature to remove oxygen and moisture. In a glove box, 30 ml of anhydrous tetrahydrofuran was added to the flask containing Mg, and 0.3 ml of 1,2-bromoethane was added to wipe the surface of the Mg. Then, 1-bromohexane (15 g, 91.95 mmol) was added to reflux for about 2 hours, and cooled to room temperature to prepare a grignard reagent.

Ni(dppp)Cl2 (0.33g, 0.613mmol), 무수 THF 30 ml 및 3-bromothiophene (10g, 61.3mmol)을 혼합한 혼합액에 0℃에서 상기 그리냐드 시약을 적가한 후 24시간 환류반응 시킨다.The Grignard reagent was added dropwise at 0 ° C. to a mixed solution of Ni (dppp) Cl 2 (0.33 g, 0.613 mmol), anhydrous THF 30 ml, and 3-bromothiophene (10 g, 61.3 mmol), followed by reflux for 24 hours.

반응 후 메탄올을 가하여 반응을 종료한 후 EA(에틸 아세테이트) 및 소금물(NaCl+증류수)투입하여 생성물을 추출한 후 컬럼크로마토그래피(n-헥산 사용)로 정제하여 투명한 액상의 물질을 얻는다. (56% yield) After the reaction, methanol was added to terminate the reaction, and then, EA (ethyl acetate) and brine (NaCl + distilled water) were added thereto to extract the product, and then purified by column chromatography (using n-hexane) to obtain a transparent liquid substance. (56% yield)

1H-NMR (200MHZ, CDCl3) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 6H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.90 (d, 2H), 7.15 (d, 1H) 1 H-NMR (200MHZ, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 6H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.90 (d, 2H), 7.15 (d, 1H)

2-2- 브로모Bromo -3--3- 헥실티오펜Hexylthiophene [2- [2- bromobromo -3--3- hexylthiophenehexylthiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 7) 7)

전 반응에서 합성한 3-헥실티오펜 (5.8g, 34.5mmol)을 둥근 플라스크에 넣고 아세트산/클로로포름(부피비 7:3) 50 ml 및 n-브로모숙신이미드 (6.45g, 36.2 mmol)를 넣는다. 0℃에서 약 2시간 교반 후 반응 완료한다. 워크-업(work-up) 과정은 MC(메틸렌클로라이드) 및 소금물(Brine)로 하되 아세트산을 제거하기 위하여 충분히 추출해 주는 것이 필요하다. MgSO4로 수분을 제거하고 용매를 제거한 뒤 투명한 액상의 화합물을 얻는다. (89% yield) 3-hexylthiophene (5.8 g, 34.5 mmol) synthesized in the previous reaction was placed in a round flask and 50 ml of acetic acid / chloroform (volume ratio 7: 3) and n-bromosuccinimide (6.45 g, 36.2 mmol) was added. The reaction was completed after stirring at 0 ° C. for about 2 hours. The work-up process is performed with MC (methylene chloride) and brine (Brine), but it is necessary to extract enough to remove acetic acid. Water is removed with MgSO 4 , the solvent is removed and a clear liquid compound is obtained. (89% yield)

1H-NMR (200MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 6H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.90 (d, 1H), 7.15 (d, 1H) 1 H-NMR (200 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 3H), 1.25 (m, 6H), 1.62 (m, 2H), 2.75 (t, 2H), 6.90 (d, 1H), 7.15 (d, 1H)

3,3'-3,3'- 디헥실Dihexyl -2,2'--2,2'- 비티오펜Vithiophene [3,3'- [3,3'- dihexyldihexyl -2,2'--2,2'- bithiophenebithiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 8) 8)

콘덴서가 장착된 둥근 플라스크에 Mg (2.26g, 93.0mmol)를 넣은 후 약간의 온도를 가하면서 약 2시간 동안 진공처리하여 수분 및 산소를 제거한다. 장갑상자(glove box)에서 상기 Mg이 든 플라스크에 무수 테트라하이드로퓨란 30 ml 을 넣은 후 1,2-브로모에탄 0.3ml을 가하여 Mg의 표면을 닦아 낸다. 이어서 2-브로모-3-헥실티오펜 (9.15g, 37.2mmol)을 넣어 2시간 정도 환류시킨 후 상온으로 냉각하여 그리냐드 시약(grignard reagent)을 준비한다. Mg (2.26g, 93.0mmol) was put in a round flask equipped with a condenser and vacuumed for about 2 hours while applying a slight temperature to remove moisture and oxygen. In a glove box, 30 ml of anhydrous tetrahydrofuran was added to the flask containing Mg, and 0.3 ml of 1,2-bromoethane was added to wipe the surface of the Mg. Subsequently, 2-bromo-3-hexylthiophene (9.15 g, 37.2 mmol) was added thereto, refluxed for about 2 hours, and cooled to room temperature to prepare a grignard reagent.

Ni(dppp)Cl2 (0.17g, 0.31mmol), 무수 THF 30 ml 및 3-bromothiophene (10g, 61.3mmol)을 혼합한 혼합액에 0℃에서 상기 그리냐드 시약을 적가한 후 24시간 환류반응 시킨다.The Grignard reagent was added dropwise at 0 ° C. to a mixed solution of Ni (dppp) Cl 2 (0.17 g, 0.31 mmol), 30 ml of anhydrous THF, and 3-bromothiophene (10 g, 61.3 mmol), followed by reflux for 24 hours.

반응 후 메탄올을 가하여 반응을 종료한 후 EA(에틸 아세테이트) 및 소금물(NaCl+증류수)투입하여 생성물을 추출한 후 용매를 제거하여 투명한 액상의 물질을 얻는다.(60% yield) After completion of the reaction, methanol was added to terminate the reaction, and then EA (ethyl acetate) and brine (NaCl + distilled water) were added to extract the product, and then the solvent was removed to obtain a transparent liquid substance. (60% yield)

1H-NMR (400MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 12H), 1.52 (m, 4H), 2.45 (t, 4H), 6.93 (d, 2H), 7.25 (d, 2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 12H), 1.52 (m, 4H), 2.45 (t, 4H), 6.93 (d, 2H), 7.25 (d, 2H)

3,3'-3,3'- 디헥실Dihexyl -5,5'-[디-4,4,5,5--5,5 '-[di-4,4,5,5- 테트라메틸Tetramethyl -1,3,2--1,3,2- 디옥사보롤라닐Dioxaborolanyl ]-2,2'-] -2,2'- 비티오펜Vithiophene {3,3'- {3,3'- dihexyldihexyl -5,5'-[di-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl]-2,2'-bithiophene} 의 제조 (Preparation of -5,5 '-[di-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl] -2,2'-bithiophene} ProductProduct 9) 9)

앞에서 합성한 3,3’-디헥실-2,2’-비티오펜(4.36g, 13.0mmol)을 1시간 정도 진공처리하여 산소 및 수분을 제거한 후 THF 30 ml에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬(2.5M in hexanes, 17.1 ml, 27.37mmol)을 천천히 첨가 후 2시간 동안 교반시킨다. 다시 -78℃에서 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란 (5.32g, 28.6mmol)을 천천히 첨가한 후 2시간 교반하고 40시간 상온에서 교반시킨 후 반응을 종결한다. 반응 후 메탄올을 가하여 반응을 종료한 후 메틸클로라이드 및 염수(brine)를 투입하여 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘으로 남은 수분을 제거하고 용매를 증발시킨다. 컬럼크로마토그래피(n-헥산 사용)로 정제하여 액상의 물질을 얻는다. (40% yield) The 3,3'-dihexyl-2,2'-bithiophene (4.36g, 13.0mmol) synthesized above was vacuumed for about 1 hour to remove oxygen and water, and then dissolved in 30 ml of THF. N-butyllithium (2.5M in hexanes, 17.1 ml, 27.37 mmol) was slowly added at −78 ° C., followed by stirring for 2 hours. Again, 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (5.32 g, 28.6 mmol) was slowly added at -78 ° C, followed by stirring for 2 hours and 40 hours. After stirring at room temperature, the reaction is terminated. After the reaction, methanol was added to terminate the reaction, methyl chloride and brine were added thereto, the organic layer was extracted, the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated. Purification by column chromatography (using n-hexane) gives a liquid material. (40% yield)

1H-NMR (400MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 6H), 1.20 (m, 8H), 1.26 (m, 4H), 1.30 (m, 24H), 1.48 (m, 4H), 2.45 (t, 4H), 7.50 (s, 2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 6H), 1.20 (m, 8H), 1.26 (m, 4H), 1.30 (m, 24H), 1.48 (m, 4H), 2.45 (t, 4H), 7.50 (s, 2H)

P3H5PBTP3H5PBT [Poly(3,3'- [Poly (3,3'- dihexyldihexyl -5--5- pyrenylpyrenyl -2,2'--2,2'- bithiophenebithiophene )]()] ( PolymerPolymer )의 제조Manufacturing

Product 9 (1.5g, 2.558mmol) 과 Product 4 (0.921g, 2.588mmol) 을 콘덴서가 장착된 둥근플라스크에 넣고 진공 처리하여 수분 및 산소를 제거한 뒤 무수 톨루엔 (10ml)을 가하여 녹인다. Pd(0) 촉매 (0.084mmol)를 넣은 후 THF (10ml)와 K2CO3 수용액(4eq)을 첨가한다. 마지막으로 Aliquit (0.103g, 0.2558mmol)을 넣고 100∼120℃ 온도에서 48시간 교반시킨 후 2-브로모티오펜 0.1g을 넣은 후 6시간 후 2-티오펜보론산(2-thiopheneboronic acid) 0.1g을 넣고 6시간 후에 반응을 종료한다. 생성물을 클로로포름에 녹여 플로리실(Florisil)로 컬럼하여 Pd(pph3)4을 제거 한 후 메탄올에 재결정하여 붉은색의 고체를 얻은 후 메탄올, 헥산 및 아세톤을 사용하여 속슬렛(Soxhlet) 추출기로 정제하였다. Product 9 (1.5g, 2.558mmol) and Product 4 (0.921g, 2.588mmol) are placed in a round flask equipped with a condenser and vacuumed to remove moisture and oxygen, and then dissolved by adding anhydrous toluene (10ml). THF (10ml) and K 2 CO 3 after adding Pd (0) catalyst (0.084mmol) Aqueous solution (4eq) is added. Finally, add Aliquit (0.103g, 0.2558mmol) and stir at 100-120 ℃ for 48 hours, add 0.1 g of 2-bromothiophene, and after 6 hours, 0.1g of 2-thiopheneboronic acid 6 hours later, the reaction is terminated. The product was dissolved in chloroform, columned with Florisil to remove Pd (pph 3 ) 4 , and then recrystallized in methanol to obtain a red solid, which was purified by Soxhlet extractor using methanol, hexane and acetone. It was.

GPC:Mn 4300, Mw 7300, GPC: Mn 4300, Mw 7300,

1H-NMR (400MHz, CDCl3) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 8H), 1.45 (m, 4H) 1.75 (m, 4H), 2.85 (t, 4H), 7.32 (s, 2H), 8.02 (d, 2H), 8.10 (d, 2H), 8.25 (d, 2H), 8.45 (d, 2H), 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 0.85 (t, 6H), 1.25 (m, 8H), 1.45 (m, 4H) 1.75 (m, 4H), 2.85 (t, 4H), 7.32 (s, 2H ), 8.02 (d, 2H), 8.10 (d, 2H), 8.25 (d, 2H), 8.45 (d, 2H),

13C-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 17.0, 21.5, 24.5, 25.0, 25.5, 120.5, 125.5, 126.0, 126.5, 128.0, 129.0, 129.5, 130.0, 131.0, 132.0 13 C-NMR (400MHZ, CDCl 3 ) δ 17.0, 21.5, 24.5, 25.0, 25.5, 120.5, 125.5, 126.0, 126.5, 128.0, 129.0, 129.5, 130.0, 131.0, 132.0

합성된 고분자(P3H5PBT)는 상온에서 일반적인 유기 용매인 클로로포름, THF 및 톨루엔에 잘 용해되었다. 합성된 고분자(P3H5PBT)의 열적 안정성을 평가하기 위하여 TGA와 DSC를 측정하였고 그 결과를 도 7에 나타내었다. TGA는 N2 하에서 분당 10℃로 온도를 높여 측정하였고, 측정 시료의 무게 감소가 최초 무게의 5% 분해 온도(Decomposition Tempertature)가 370℃인 것으로 보아 열적으로 아주 안정한 유기 물질임을 알 수 있었다. 그러나 DSC 분석 결과(도 7의 (b))에서 볼 수 있듯이 뚜렷한 상온에서 300℃까지의 구간에서 뚜렷한 Tg나 Tm을 찾아볼 수 없었다.The synthesized polymer (P3H5PBT) was well dissolved in chloroform, THF and toluene, which are common organic solvents at room temperature. In order to evaluate the thermal stability of the synthesized polymer (P3H5PBT) TGA and DSC were measured and the results are shown in FIG. TGA N 2 It was measured by increasing the temperature to 10 ℃ per minute under the weight loss of the sample was found to be a very thermally stable organic material with a 5% Decomposition Tempertature of the original weight of 370 ℃. However, as shown in the DSC analysis results (FIG. 7 (b)), no distinct Tg or Tm was found in the section from the apparent room temperature to 300 ℃.

합성된 고분자(P3H5PBT)의 흡광도와 형광변화를 알아보기 위하여 P3H5PBT을 클로로포름에 녹인 용액상태와 1w%의 농도로 스핀 코팅한 필름에서 UV 및 PL를 측정하였고 그 결과를 도 8에 나타내었다. 용액상태와 고체 필름상태의 UV 흡수 스펙트럼에서 용액상태는 397 nm에서 필름상태는 401 nm에서 최대 흡수를 보이고 큰 차이는 보이지 않았다. 하지만 PL 발광에서는 용액상태는 525 nm에서 필름상태는 550 nm로 약 25 nm정도 적색-편이현상(red-shift)을 보였다. 용액상태일 때 분자들이 넓은 범위에 걸쳐 분포되어있고 비교적 자유롭게 움직일 수 있지만, 고체 필름상태일 경우에는 파이렌(Pyrene) 그룹들의 응집(aggregation) 경향과 박막(film)에서 파이렌으로 인한 동일평면상(coplanar) 배열과 이웃하는 3-헥실티오펜의 영향으로 분자간의 스태킹(stacking) 현상으로부터 나타난 결과라고 추정된다.In order to determine the absorbance and fluorescence change of the synthesized polymer (P3H5PBT), UV and PL were measured in a solution in which P3H5PBT was dissolved in chloroform and spin-coated at a concentration of 1w%, and the results are shown in FIG. 8. In the UV absorption spectra of the solution state and the solid film state, the solution state showed the maximum absorption at 397 nm and the film state at 401 nm, but there was no significant difference. However, in the PL emission, the solution state was 525 nm and the film state was 550 nm, showing a red-shift of about 25 nm. In solution, the molecules are distributed over a wide range and can move relatively freely; in the solid film state, the tendency of aggregation of pyrene groups and the coplanar due to pyrene in the film It is presumed to be the result of intermolecular stacking due to the influence of coplanar configuration and neighboring 3-hexylthiophene.

또한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)으로 측정하여 물질의 HOMO 레벨을 구하였다. Ferrocene/ferrocenium redox system (-4.8 eV)을 기준(reference)으로 고체 필름상태에서 측정하였고 HOMO Level은 -5.48 eV로 계산되었고, 고체 필름 상태의 UV 스펙트럼의 UVedge (470 nm)을 이용하여 밴드 갭을 계산한 결과 2.64 eV로 나타났다. HOMO 레벨과 밴드 갭으로 LUMO 레벨-2.84 eV을 구할 수 있었다.In addition, the HOMO level of the material was determined by cyclic voltammetry. Ferrocene / ferrocenium redox system (-4.8 eV) was measured in the solid film state as a reference, HOMO level was calculated as -5.48 eV, UV edge of the UV spectrum of the solid film state The band gap was calculated using (470 nm) and found to be 2.64 eV. From the HOMO level and the band gap, LUMO level-2.84 eV was obtained.

[실시예 3] 1,6-(디-2-[3,7-디메틸]옥틸-2,2′-비티오페틸)-파이렌 {1,6-(di-2-[3,7-dimethyl]octyl-2,2’-bithiophenyl)-pyrene} 의 제조Example 3 1,6- (di-2- [3,7-dimethyl] octyl-2,2'-bithiopetyl) -pyrene {1,6- (di-2- [3,7- dimethyl] octyl-2,2'-bithiophenyl) -pyrene}

3,7-디메틸-3,7-dimethyl- 옥틸브로마이드Octyl bromide [3,7- [3,7- dimethyldimethyl -- octylbromideoctylbromide ] 의 제조Manufacture of

얼음조(Ice bath) 하에서 500ml 2-neck 둥근플라스크에 트리페닐포스핀(triphenyl phosphine, 27.3g, 0.1042mol)과 3,7-디메틸옥탄올(3,7-dimethyloctanol, 15g, 0.09477mol) 을 메틸클로라이드 100ml에 녹인다. N-브로모석신이미드(N-Bromosuccinimide, 20.25g, 0.1137mol) 을 조금씩 넣어준 뒤(열발생), 상온에서 12시간 동안 교반 시킨 후 반응을 종결한다. 메틸클로라이드 와 염수(brine)로 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘(MgSO4)으로 남은 수분을 제거하고 회전식증발장치(rotary evaporation) 시킨 후 헥산을 첨가하여 생긴 고체들을 걸러낸다. 마지막으로 증류하여 액체 상태의 생성물을 얻는다. (80% yield) Triphenylphosphine (27.3 g, 0.1042 mol) and 3,7-dimethyloctanol (3,7-dimethyloctanol (15 g, 0.09477 mol) were methylated in a 500 ml 2-neck round flask under an ice bath. Dissolve in 100 ml of chloride. N-bromosuccinimide (N-Bromosuccinimide, 20.25g, 0.1137mol) was added little by little (heat generation), and then stirred at room temperature for 12 hours to terminate the reaction. The organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), followed by rotary evaporation to filter out solids formed by adding hexane. Finally, distillation gives a product in the liquid state. (80% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): 0.86 (d, 6H), 0.92(d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.26 (m, 2H), 1.50 (m, 1H), 1.62 (m, 2H), 1.85 (m, 1H), 3.42 (m, 2H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ): 0.86 (d, 6H), 0.92 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.26 (m, 2H), 1.50 (m, 1H), 1.62 (m, 2H), 1.85 (m, 1H), 3.42 (m, 2H)

5-[3,7-디메틸]5- [3,7-dimethyl] 옥틸Octyl -2,2′--2,2′- 비티오펜Vithiophene {5-[3,7- {5- [3,7- dimethyldimethyl ]] octyloctyl -2,2′-bithiophene} 의 제조-2,2′-bithiophene} Preparation

2,2′-비티오펜 (4.0g, 0.024mol) 을 1시간 정도 진공 상태로 유지한 후 THF에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬 (n-butyllitium 2.5M in hexanes, 10.08ml, 0.0252mol) 을 천천히 첨가 후, 2시간 동안 교반 시킨다. 다시 -78℃에서 3,7-디메틸-옥틸브로마이드 (5.84g, 0.0264mol) 을 천천히 첨가 시킨 후 1시간 교반 시키고 상온에서 2시간 교반 시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 냉각시킨 후 메틸클로라이드 와 염수(brine) 로 유기층을 추출한 후 무수황산마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수 분을 제거하고, 회전식증발시킨 후 마지막으로 증류하여 액체 상태의 생성물을 얻는다. (50% yield) The 2,2'-bithiophene (4.0 g, 0.024 mol) is kept in vacuum for about 1 hour and then dissolved in THF. N-butyllithium (n-butyllitium 2.5M in hexanes, 10.08ml, 0.0252mol) was slowly added at -78 ° C, followed by stirring for 2 hours. Again, 3,7-dimethyl-octylbromide (5.84 g, 0.0264 mol) was slowly added at -78 ° C, and then stirred for 1 hour, and stirred at room temperature for 2 hours to terminate the reaction. After cooling with methanol, the organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining moisture was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ). After rotary evaporation, the final product was distilled to obtain a liquid product. (50% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.75 (d, 1H), 6.90 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.15 (d, 1H), 7.20 (d, 1H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ): 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m , 1H), 2.75 (m, 2H), 6.75 (d, 1H), 6.90 (d, 1H), 7.00 (t, 1H), 7.15 (d, 1H), 7.20 (d, 1H)

5-[3,7-디메틸]5- [3,7-dimethyl] 옥틸Octyl -5′-[4,4,5,5--5 '-[4,4,5,5- 테트라메틸Tetramethyl -1,3,2--1,3,2- 디옥사보롤라닐Dioxaborolanyl ]2,2′-] 2,2′- 비티오펜Vithiophene {5-[3,7-dimethyl]octyl-5'-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl]-2,2′- {5- [3,7-dimethyl] octyl-5 '-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl] -2,2'- bithiophenebithiophene } 의 제조} Manufacturing

5-[3,7-디메틸]옥틸-2,2′-비티오펜 (3.7g, 0.01207mol) 을 1시간 정도 진공을 잡은 후 THF 에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬 (n-butyllitium 2.5M in hexanes, 5.31ml, 0.01328mol) 을 천천히 첨가 후 2시간 동안 교반시킨다. 다시 -78℃에서 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸l-1,3,2-디옥사보롤란 (2.47g, 0.01328mol) 을 천천히 첨가시킨 후 2시간 교반시키고 40시간 상온에서 교반시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 냉각시킨 후 메틸클로라이드 와 염수로 유기층을 추출한 후 무수황산마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수분을 제거하고 회전식증발시킨 후 마지막으로 헥산으로 컬럼하여 액체 상태의 생성물을 얻는다. (45% yield) 5- [3,7-dimethyl] octyl-2,2'-bithiophene (3.7 g, 0.01207 mol) is vacuumed for about 1 hour and then dissolved in THF. N-butyllithium (n-butyllitium 2.5M in hexanes, 5.31ml, 0.01328mol) was added slowly under -78 ° C and stirred for 2 hours. Again, 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyll-1,3,2-dioxaborolane (2.47 g, 0.01328 mol) was added slowly at -78 ° C, followed by stirring for 2 hours and 40 The reaction is terminated after stirring at room temperature for time. After cooling with methanol, the organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), followed by rotary evaporation, and finally column with hexane to obtain a liquid product. (45% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.32 (s, 12H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (d, 1H), 7.02 (d, 1H), 7.12 (d, 1H), 7.48 (d, 1H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ): 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.32 (s, 12H), 1.49 (m , 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (d, 1H), 7.02 (d, 1H), 7.12 (d, 1H), 7.48 (d, 1H)

1,6-(디-2-[3,7-디메틸]1,6- (di-2- [3,7-dimethyl] 옥틸Octyl -2,2′--2,2′- 비티오페틸Vithiopetyl )-) - 파이렌Pyrene {1,6-( {1,6- ( didi -2-[3,7--2- [3,7- dimethyldimethyl ]] octyloctyl -2,2’-bithiophenyl)-pyrene} 의 제조-2,2'-bithiophenyl) -pyrene}

1,6-디브로모파이렌 (0.832g, 0.00231mol) 과 5-[3,7-디메틸]옥틸-5'-[4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤라닐]-2,2′-비티오펜 (2.0g, 0.00462mol) 을 준비한 응축기(condenser)가 달린 둥근 플라스크에 진공을 잡은 후 무수 톨루엔(약 10ml)에 녹인다. Pd(0) 촉매(0.08g, 0.03eq)를 넣은 후 THF(10ml)와 탄산칼륨(K2CO3, 6ml, 4eq) 넣어 준다. 100~120 ℃ 온도에서 48시간 교반 시킨 후 반응을 종료한다. 화합물을 클로로포름에 녹여 Florisil로 컬럼하여 Pd(pph3)4을 제거한 후 메탄올에 재결정하여 노란색의 고체를 얻은 후 헥산에 속슬렛(Soxhlet) 하여 정제하였다. (40% yield) 1,6-dibromopyrene (0.832g, 0.00231mol) and 5- [3,7-dimethyl] octyl-5 '-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-di In a round flask equipped with a condenser prepared with oxaborolanyl] -2,2'-bithiophene (2.0 g, 0.00462 mol), a vacuum was taken and dissolved in anhydrous toluene (about 10 ml). Add Pd (0) catalyst (0.08g, 0.03eq) and add THF (10ml) and potassium carbonate (K 2 CO 3 , 6ml, 4eq). The reaction is terminated after stirring for 48 hours at 100 ~ 120 ℃ temperature. The compound was dissolved in chloroform and columned with Florisil to remove Pd (pph 3 ) 4, and then recrystallized in methanol to obtain a yellow solid, and then purified by Soxhlet in hexane. (40% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): 0.86 (d, 12H), 0.89 (d, 6H), 1.12 (m, 8H), 1.28 (m, 4H), 1.49 (m, 6H), 1.67 (m, 2H), 2.80 (m, 4H), 6.65 (d, 4H), 7.05 (d, 4H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.16 (d, 2H), 8.59 (d, 2H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ): 0.86 (d, 12H), 0.89 (d, 6H), 1.12 (m, 8H), 1.28 (m, 4H), 1.49 (m, 6H), 1.67 (m , 2H), 2.80 (m, 4H), 6.65 (d, 4H), 7.05 (d, 4H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.16 (d, 2H), 8.59 (d, 2H)

[실시예 4] 1,6-(디-(2-[3,7-디메틸]옥틸)티에노(3,2-b)티오펜)파이렌 {1,6-(di-(2-[3,7-dimethyl]octyl) thieno(3,2-b)thiophene)-pyrene} 의 제조Example 4 1,6- (di- (2- [3,7-dimethyl] octyl) thieno (3,2-b) thiophene) pyrene {1,6- (di- (2- [ 3,7-dimethyl] octyl) thieno (3,2-b) thiophene) -pyrene}

3-3- 브로모티오펜Bromothiophene -2--2- 카르발데히드Carbaldehyde [3- [3- BromothiopheneBromothiophene -2--2- carbaldehydecarbaldehyde ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 10) 10)

500ml 둥근 플라스크에 3-브로모티오펜 (16.3g, 0.1mol)을 1시간 정도 진공처리를 하여 산소 및 수분을 제거한 후 무수 THF 250ml에 녹인다. 0℃ 에서리튬디이소프로필아미드 (Lithium diisopropylamide 2M in THF, 50ml, 0.001mol)를 천천히 첨가한 후 1시간 동안 교반한다. 다시 0℃에서 N-포르밀피페리딘 (11.11ml, 0.001mol)을 천천히 첨가한 후 3시간 동안 교반 시키고 반응을 종결한다. 20% 염화암모늄수용액으로 반응종결을 시킨 후 디에틸 에테르와 소금물(brine)로 유기층을 추출 후 무수 황산 마그네슘(MgSO4)으로 남은 수분을 제거 하고 용매를 증발시킨 후 분별증류 하여 액상의 물질을 얻는다. (68% yield)In a 500 ml round flask, 3-bromothiophene (16.3 g, 0.1 mol) was evacuated for 1 hour to remove oxygen and water, and then dissolved in 250 ml of dry THF. Lithium diisopropylamide (Lithium diisopropylamide 2M in THF, 50ml, 0.001mol) was added slowly at 0 ° C. and stirred for 1 hour. Again, N-formylpiperidine (11.11ml, 0.001mol) was slowly added at 0 ° C, stirred for 3 hours, and the reaction was terminated. The reaction was terminated with 20% aqueous ammonium chloride solution and the organic layer was extracted with diethyl ether and brine. The remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), the solvent was evaporated and fractional distillation to obtain a liquid substance. . (68% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): δ 7.11(d, 1H), 7.69(d, 1H), 9.92(d, 1H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ): δ 7.11 (d, 1H), 7.69 (d, 1H), 9.92 (d, 1H)

에틸 ethyl 티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene -2--2- 카르복실레이트Carboxylate [ [ EthylEthyl thienothieno (3,2-b) (3,2-b) thiophenethiophene -2--2- carboxylatecarboxylate ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 11) 11)

Product 10 (12.5g, 0.0654mol)과 DMF 125ml와 K2CO3(12.21g, 0.0883mol)을 넣고 1시간 동안 교반을 시킨다. 에틸 설파닐아세테이트 (7.99g, 0.0665mol)를 천천히 첨가한 후 72시간 동안 교반을 시킨 후 반응을 종결한다. 증류수로 반응종결 시킨 후 메틸클로라이드와 소금물(brine)로 유기층을 추출 후 무수 황산 마그네 슘(MgSO4)으로 남은 수분을 제거 하고 용매를 증발시킨 후 분별증류 하여 액상의 물질을 얻는다. (85% yield)Add Product 10 (12.5g, 0.0654mol), 125ml DMF and K 2 CO 3 (12.21g, 0.0883mol) and stir for 1 hour. Ethyl sulfanyl acetate (7.99 g, 0.0665 mol) was added slowly, followed by stirring for 72 hours and the reaction was terminated. After completion of the reaction with distilled water, the organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), the solvent was evaporated and fractional distillation to obtain a liquid substance. (85% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): δ 1.37(t, 3H), 4.34(m, 2H), 7.24(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.97(s, 1H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ): δ 1.37 (t, 3H), 4.34 (m, 2H), 7.24 (d, 1H), 7.55 (d, 1H), 7.97 (s, 1H)

티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene -2--2- 카르발데히드Carbaldehyde [ [ ThienoThieno (3,2-B)thiophene-2-(3,2-B) thiophene-2- carbaldehydecarbaldehyde ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 12) 12)

Product 11 (12.31g 0.0579mol)에 수산화나트륨(4.639g, 0.1159mol)수용액 115.975ml와 THF 116ml를 넣고 70℃ 에서 3시간 동안 교반을 시킨 후 반응을 종결한다. 용매를 증발시키고 0℃ 에서 1M HCl 232ml를 첨가하면 흰 고체 침전물이 발생한다. 침전물을 여과하고 다시 증류수 300ml에 여과물을 넣고 24시간 동안 교반 후 다시 여과과정을 거쳐 진공오븐에서 말린다. (55% yield)115.975ml of an aqueous solution of sodium hydroxide (4.639g, 0.1159mol) and 116ml of THF were added to Product 11 (12.31g 0.0579mol), followed by stirring at 70 ° C for 3 hours to terminate the reaction. Evaporation of the solvent and addition of 232 ml of 1M HCl at 0 ° C. resulted in a white solid precipitate. The precipitate is filtered, and the filtrate is again poured into 300 ml of distilled water, stirred for 24 hours, and then filtered again and dried in a vacuum oven. (55% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 7.50(d, 1H), 7.91(d, 1H), 8.09(s, 1H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ) δ 7.50 (d, 1H), 7.91 (d, 1H), 8.09 (s, 1H)

티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene [Thieno(3,2-B) Thieno (3,2-B) thiophenethiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 13) 13)

Product 12 (5.7g, 0.0309mol)에 구리분말을 넣고 2시간 동안 진공처리를 하여 산고 및 수분을 제거한 후 퀴놀린(quinoline, 50ml)에 녹인다. 180℃ 에서 4시간 동안 교반을 시킨후 반응을 종결한다. Diethyl ether로 반응종결 시킨 후 디에 틸 에테르와 1M의 HCl로 유기층을 추출 후 무수 황산 마그네슘(MgSO4)으로 남은 수분을 제거 하고 용매를 증발 시 증발시키고 컬럼크로마토그래피(Petroleum ether사용)로 액상의 물질을 얻는다. (53% yield)Copper powder is added to Product 12 (5.7g, 0.0309mol), vacuumed for 2 hours to remove acid and moisture, and then dissolved in quinoline (50ml). The reaction is terminated after stirring at 180 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction with diethyl ether, the organic layer was extracted with diethyl ether and 1M HCl, the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), the solvent was evaporated when evaporated, and the liquid phase was purified by column chromatography (using Petroleum ether). Get the material. (53% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 7.25(d, 2H), 7.37(d, 2H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ) δ 7.25 (d, 2H), 7.37 (d, 2H)

2,5-2,5- 디브로모Dibromo 티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene [2,5- [2,5- DibromoDibromo thieno(3,2-b) thieno (3,2-b) thiophenethiophene ] 의 제조 (Manufacturing of ProductProduct 14) 14)

Product 13 (2.4g, 0.0171mol)을 아세트산 80ml와 클로로포름 20ml에 녹인다. 0℃ 에서 N-브로모석신이미드(6.09g, 0.0342mol)를 첨가한 후 6시간 동안 교반을 시킨 후 반응을 종결 시킨다. 메틸클로라이드와 소금물(brine)로 유기층을 추출 후 무수 황산 마그네슘(MgSO4)으로 남은 수분을 제거 하고 용매를 증발 시 증발시키고 메탄올로 12시간 동안 재결정을 시킨 후 여과를 하고 진공오븐에서 말린다. (82% yield) Dissolve Product 13 (2.4 g, 0.0171 mol) in 80 ml of acetic acid and 20 ml of chloroform. After adding N-bromosuccinimide (6.09 g, 0.0342 mol) at 0 ° C., the mixture was stirred for 6 hours and the reaction was terminated. Extract the organic layer with methyl chloride and brine, remove the remaining moisture with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), evaporate the solvent when evaporated, recrystallize with methanol for 12 hours, filter, and dry in a vacuum oven. (82% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): δ 6.96(s, 2H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ): δ 6.96 (s, 2H)

2-[3,7-2- [3,7- 디메틸옥틸Dimethyloctyl ]-5-] -5- 브로모Bromo 티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene {2-[3,7- {2- [3,7- dimethyloctyldimethyloctyl ]-5-] -5- bromobromo thieno(3,2-b)thiophene} 의 제조 ( Preparation of thieno (3,2-b) thiophene} ProductProduct 15) 15)

글로브박스(Glove box) 안에서 2,5-디브로모 디에노(3,2-B)티오펜 (Dibromo thieno(3,2-B)thiophene, 2.0g, 6.71mmol)을 넣고 THF에 녹인다. -78℃ 하에서 n-부틸리튬(n-butyllitium 2.5M in hexanes, 2.8ml, 7.0mmol) 을 천천히 첨가 후 2시간 동안 교반 시킨다. 다시 -78℃에서 3,7-디메틸옥틸브로마이드(1.63g, 7.3mmol) 을 천천히 첨가 시킨 후 1시간 교반 시키고 상온에서 2시간 교반 시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 냉각시킨 후 메틸클로라이드와 염수(brine)로 유기층을 추출한 후 무수 황상마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수분을 제거하고 회전식증발시킨 후 마지막으로 분별증류 하여 액상의 생성물을 얻는다. (67% yield)In a glove box, 2,5-dibromo dieno (3,2-B) thiophene (Dibromo thieno (3,2-B) thiophene, 2.0 g, 6.71 mmol) is dissolved in THF. N-butyllithium (n-butyllitium 2.5M in hexanes, 2.8ml, 7.0mmol) was slowly added at -78 ° C and stirred for 2 hours. Again, 3,7-dimethyloctylbromide (1.63g, 7.3mmol) was slowly added at -78 ° C, stirred for 1 hour, and stirred at room temperature for 2 hours, and then terminated. After cooling with methanol, the organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining moisture was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), followed by rotary evaporation, and finally fractional distillation to obtain a liquid product. (67% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): δ 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (s, 1H), 6.96 (s, 1H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ): δ 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m , 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (s, 1H), 6.96 (s, 1H)

5-[3,7-디메틸]5- [3,7-dimethyl] 옥틸Octyl -5′-[4,4,5,5--5 '-[4,4,5,5- 테트라메틸Tetramethyl -1,3,2--1,3,2- 디옥사보롤라닐Dioxaborolanyl ]-]- 티에노(3,2-b)티오펜Thieno (3,2-b) thiophene 5-[3,7-dimethyl]octyl-5'-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl]-thieno(3,2-B)thiophene} 의 제조 (Product 16) Preparation of 5- [3,7-dimethyl] octyl-5 '-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolanyl] -thieno (3,2-B) thiophene} (Product 16)

글로브 박스 안에서 2-[3,7-디메틸옥틸]-5-브로모 티에노(3,2-B)티오펜 (2.0g, 5.56mmol) 을 넣은 후 THF에 녹인다. -78℃ 하에서 n-butyllitium 2.5M in hexanes (2.45ml, 6.12mmol) 을 천천히 첨가 후 2시간 동안 교반시킨다. 다시 -78℃에서 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란 (1.25ml, 6.12mmol) 을 천천히 첨가시킨 후 2시간 교반시키고 40 시간 상온에서 교반시킨 후 반응을 종결한다. 메탄올로 냉각시킨 뒤 메틸클로라이드와 염수로 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수분을 제거하고 회전식증발시킨 후 마지막으로 헥산으로 컬럼하여 액상의 생성물을 얻는다. (55% yield)In a glove box, 2- [3,7-dimethyloctyl] -5-bromo thieno (3,2-B) thiophene (2.0 g, 5.56 mmol) is added and dissolved in THF. Under -78 ° C, n-butyllitium 2.5M in hexanes (2.45ml, 6.12mmol) was slowly added and stirred for 2 hours. Then again 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (1.25ml, 6.12mmol) was slowly added at -78 ° C, then stirred for 2 hours and 40 hours. After stirring at room temperature, the reaction is terminated. After cooling with methanol, the organic layer was extracted with methyl chloride and brine, and the remaining water was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), rotary evaporation, and finally columned with hexane to obtain a liquid product. (55% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3): δ 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.32 (s, 12H), 1.49 (m, 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (s, 1H), 6.96 (s, 1H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ): δ 0.86 (d, 6H), 0.89 (d, 3H), 1.12 (m, 4H), 1.28 (m, 2H), 1.32 (s, 12H), 1.49 (m , 3H), 1.67 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 6.65 (s, 1H), 6.96 (s, 1H)

1,6-(디-(2-[3,7-디메틸]1,6- (di- (2- [3,7-dimethyl] 옥틸Octyl )) 티에노Tieno (3,2-b)티오펜)(3,2-b) thiophene) 파이렌Pyrene {1,6-( {1,6- ( didi -(2-[3,7--(2- [3,7- dimethyldimethyl ]] octyloctyl ) thieno(3,2-b)thiophene)-pyrene} 의 제조) Preparation of thieno (3,2-b) thiophene) -pyrene}

1,6-디브로모파이렌 (0.886g, 2.46mmol)과 5-[3,7-디메틸]옥틸-5'-[4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤라닐]-티에노(3,2-B)티오펜 (2.0g, 4.92mmol)을 준비한 응축기가 달린 둥근 플라스크에 진공을 잡은 후 무수 톨루엔(약 10ml)에 녹인다. Pd(0) 촉매(0.085g, 0.03eq) 를 넣은 후 THF(10ml)와 K2CO3(6ml, 4eq) 넣어 준다. 100~120 ℃ 온도에서 48시간 교반 시킨 후 반응을 종료한다. 화합물을 클로로포름에 녹여 Florisil로 컬럼하여 Pd(pph3)4을 제거한 후 메탄올에 재결정하여 노란색의 고체를 얻은 후 헥산, 아세톤, 메탄올에 속슬렛(Soxhlet) 하여 정제하였다. (67% yield) 1,6-dibromopyrene (0.886 g, 2.46 mmol) and 5- [3,7-dimethyl] octyl-5 '-[4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-di Vacuum in a round flask equipped with a condenser prepared with oxaborolanyl] -thieno (3,2-B) thiophene (2.0 g, 4.92 mmol) and dissolved in anhydrous toluene (about 10 ml). Pd (0) catalyst (0.085g, 0.03eq) was added and THF (10ml) and K 2 CO 3 (6ml, 4eq) were added. The reaction is terminated after stirring for 48 hours at 100 ~ 120 ℃ temperature. The compound was dissolved in chloroform and columned with Florisil to remove Pd (pph 3 ) 4, and then recrystallized in methanol to obtain a yellow solid, and purified by Soxhlet in hexane, acetone, and methanol. (67% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 0.86 (d, 12H), 0.89 (d, 6H), 1.12 (m, 8H), 1.28 (m, 4H), 1.49 (m, 6H), 1.67 (m, 2H), 2.80 (m, 4H), 6.65 (s, 2H), 7.05 (s, 2H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.16 (d, 2H), 8.59 (d, 2H) 1 H-NMR (400MH Z , CDCl 3 ) δ 0.86 (d, 12H), 0.89 (d, 6H), 1.12 (m, 8H), 1.28 (m, 4H), 1.49 (m, 6H), 1.67 (m , 2H), 2.80 (m, 4H), 6.65 (s, 2H), 7.05 (s, 2H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.16 (d, 2H), 8.59 (d, 2H)

[실시예 5] TIPS-Pyrene [1,6-bis[(triisopropylsilyl)ethynyl]pyrene] 의 제조Example 5 Preparation of TIPS-Pyrene [1,6-bis [(triisopropylsilyl) ethynyl] pyrene]

N2하에서 건조 THF (10ml)와 트리이소프로필실릴 아세틸렌(triisopropylsilyl acetylene, 4.11ml, 18.33mmol)을 건조시킨 250ml 둥근바닥 플라스크에 넣은 후 0℃ 로 냉각한 뒤 t-BuLi (11.76ml, 20.0mmol)을 천천히 주사기로 주입한다. 반응물을 2시간 동안 교반한 후 무수 THF (120ml)와 1,6-디브로모파이렌 (3g, 8.33mmol)을 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하여 반응을 종결한다. H20로 냉각시킨 후 염화암모늄과 에틸 아세테이트로 유기층을 추출한 뒤 염수로 씻는다. 무수 황산마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수분을 제거하고 회전식증발시킨 뒤 화합물을 THF (100ml)에 녹여 SnCl2·2H2O (15g, 66.5mmol, in 50ml 50% acetic acid)를 첨가한다. 화합물을 상온에서 12시간 동안 교반한 후 다시 에틸 아세테이트와 염수로 유기층을 추출한 후 무수 황산마그네슘(MgSO4) 으로 남은 수분을 제거한다. 회전식증발시킨 뒤 헥산으로 컬럼한 후, 마지막으로 석유에테르(petroleum ether)에 재결정하여 고체를 얻는다. (45% yield)Dry NF (10ml) and triisopropylsilyl acetylene (4.11ml, 18.33mmol) under N 2 into a dried 250ml round bottom flask, cool to 0 ° C and then t-BuLi (11.76ml, 20.0mmol) Slowly inject into the syringe. After the reaction was stirred for 2 hours, anhydrous THF (120ml) and 1,6-dibromopyrene (3g, 8.33mmol) were added thereto, and the reaction was terminated by stirring at room temperature for 24 hours. After cooling with H 2 O, an organic layer was extracted with ammonium chloride and ethyl acetate and washed with brine. Remove the remaining water with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), rotary evaporate, and dissolve the compound in THF (100ml) and add SnCl 2 · 2H 2 O (15g, 66.5mmol, in 50ml 50% acetic acid). After stirring the compound at room temperature for 12 hours, the organic layer was extracted again with ethyl acetate and brine, and the remaining moisture was removed with anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ). After rotary evaporation and columning with hexane, finally recrystallization from petroleum ether to obtain a solid. (45% yield)

1H-NMR (400MHZ, CDCl3) δ 1.25 (m, 42H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.06 (d, 2H), 8.40 (d, 2H) 1 H-NMR (400MHZ, CDCl 3 ) δ 1.25 (m, 42H), 8.07 (d, 2H), 8.09 (d, 2H), 8.06 (d, 2H), 8.40 (d, 2H)

[실시예 6] 유기 박막 트랜지스터의 제조Example 6 Fabrication of Organic Thin Film Transistor

실시예 1에서 제조한 유기 반도체 물질(D2OBTP)을 사용하여 도 9에 도시한 바와 같이 유기 박막 트랜지스터(OTFT)를 제조하였다. 게이트 전극과 절연체의 재료를 다르게 3가지 종류의 상-접촉/하-게이트(top-contact/bottom-gate) OTFT(organic thin film transistor) 소자를 제작하였다. a) 소자는 절연체로서 SiO2이 코팅된 n-Si wafer를 게이트 전극으로 사용하였다. 활성층은 유기 반도체 물질(D2OBTP)을 고진공 상태에서 0.5 Å/s의 속도로 증착하였고 증착하는 동안 기판의 온도는 70℃로 하였으며 제조된 활성층의 두께는 100 nm이다. 그 위에 소스-드레인 전극으로 Au를 1Å/s의 속도로 80 nm 진공 증착하였다. b)와 c)는 게이트 전극으로 쓰인 ITO가 코팅된 유리 위에 절연체로서 각각 PVP [poly(vinylphenol)]과 PVA [poly(vinylalcohol)]을 사용하여 소자를 제작하였다. 활성층과 소스-드레인 전극의 진공 증착은 N2 분위기에서 쉐도우 마스크(shadow mask)에 의해 이루어 졌으며, 채널의 길이는 40 , 폭은 1000 이다.An organic thin film transistor (OTFT) was manufactured as shown in FIG. 9 using the organic semiconductor material (D2OBTP) prepared in Example 1. Three kinds of top-contact / bottom-gate organic thin film transistor (OTFT) devices were fabricated with different gate electrodes and insulator materials. a) The device used an n-Si wafer coated with SiO 2 as an insulator as a gate electrode. The active layer deposited organic semiconductor material (D2OBTP) at a rate of 0.5 dl / s in a high vacuum state, the substrate temperature was 70 ℃ during deposition and the thickness of the prepared active layer is 100 nm. Au was deposited on the 80 nm vacuum at a rate of 1 dB / s. b) and c) were fabricated using PVP [poly (vinylphenol)] and PVA [poly (vinylalcohol)] as insulators on ITO-coated glass used as gate electrodes, respectively. The vacuum deposition of the active layer and the source-drain electrode was performed by a shadow mask in N 2 atmosphere, and the channel length was 40 and the width was 1000.

D2OBTP를 사용하여 제조된 p 채널 FET에 있어서, 캐리어는 정공이며 소스-드레인 전압은 음의 값(n 채널의 경우 캐리어는 전자로 양의 값을 가짐)이 된다. 따라서 정공이 소스로부터 드레인으로 흐르며 ID는 음의 값이 된다. 제작한 트랜지스터 소자는 정공 이동도 0.7 cm2/Vs, 점멸비 108 로 측정되어 같은 조건에서 펜타센을 사용하여 제작한 소자와 비슷한 이동도를 보였으며 점멸비는 월등히 높고 좋은 특성을 나타내었다. 이는 분자구조 설계 시 높은 전하 이동도물질로 잘 알려진 티오펜 유도체가 접합 방향족고리인 파이렌의 양 옆에 연결됨으로써 좀 더 평면적(planar) 구조를 가지며 이로부터 π-π 스태킹(stacking)의 확장과 분자 간 전도가 좀 더 쉽게 일어난 결과로 보여진다.In a p-channel FET fabricated using D2OBTP, the carrier is a hole and the source-drain voltage is negative (in the case of n-channel, the carrier is electronically positive). Therefore, holes flow from the source to the drain and I D becomes negative. The fabricated transistor device was measured with a hole mobility of 0.7 cm 2 / Vs and a blink rate of 10 8 , showing similar mobility to the device fabricated using pentacene under the same conditions. In the design of molecular structure, thiophene derivatives, which are well known as high charge mobility materials, are connected to both sides of the conjugated aromatic ring pyrene, which has a more planar structure, from which the expansion of π-π stacking and Intermolecular conduction appears to be the result of more ease.

[실시예 7] 유기태양전지 소자의 제조Example 7 Fabrication of Organic Solar Cell Device

새로운 전자주개 고분자를 사용하여 만든 유기 태양전지 소자의 광전기력 특성을 알아보고자 도 11에 도시한 바와 같이 [ITO/PEDOT:PSS/Polymer(P3H5PBT)+PCBM(C60 또는 C70)/LiF/Al] 구조의 태양전지 소자를 제작하였다.To investigate the photovoltaic characteristics of an organic solar cell device made using a new electron donor polymer, as shown in FIG. 11, [ITO / PEDOT: PSS / Polymer (P3H5PBT) + PCBM (C 60) or C 70 ) / LiF / Al] structure solar cell device.

먼저 깨끗하게 세척한 ITO(Indium tin oxide) 글라스 위에 UV-O3를 처리한 후, PEDOT:PSS 층을 약 54 nm 두께로 스핀 코팅하였다. Polymer(P3H5PBT)와 PCBM(C70) (or PCBM(C60))를 클로로벤젠에 1:3(중량비)으로 첨가한 뒤 두 물질의 충분한 혼합을 위하여 50℃로 20시간 동안 교반하여 혼합액을 제조하였다. 장갑 상자(Glove box, Ar gas) 안에서 PEDOT:PSS를 코팅한 유리 기판을 140℃로 10분간 베이킹(baking)하여 약 100 nm의 EBL 층을 형성하였다. 상기 혼합액을 상기 EBL층 상에 스핀 코팅하고 다시 120℃로 10분간의 열처리 하여 약 100nm의 활성층을 형성한 후, LiF (0.6nm)/Al (144nm)로 고온 증착하였다.First, UV-O 3 was treated on a cleanly washed indium tin oxide (ITO) glass, and the PEDOT: PSS layer was spin coated to a thickness of about 54 nm. Polymer (P3H5PBT) and PCBM (C 70 ) (or PCBM (C 60 )) were added to chlorobenzene in a ratio of 1: 3 (by weight) and then stirred at 50 ° C. for 20 hours for sufficient mixing of the two materials to prepare a mixed solution. It was. The glass substrate coated with PEDOT: PSS in a glove box (Ar gas) was baked at 140 ° C. for 10 minutes to form an EBL layer of about 100 nm. The mixed solution was spin coated on the EBL layer and heat-treated again at 120 ° C. for 10 minutes to form an active layer of about 100 nm, followed by high temperature deposition of LiF (0.6 nm) / Al (144 nm).

태양전지 소자는 받개 물질(acceptor)의 흡수(absorbtion)에 따른 광전 효율 특성 영향도 알아보기 위하여 활성층에 Polymer(P3H5PBT)+PCBM(C70)과 Polymer(P3H5PBT)+PCBM(C60)의 소자를 제작하여 광기전력 특성을 알아보았다.The solar cell device uses polymer (P3H5PBT) + PCBM (C 70 ) and polymer (P3H5PBT) + PCBM (C 60 ) in the active layer to examine the effect of photoelectric efficiency characteristics according to the absorption of acceptor. The fabrication of the photovoltaic characteristics was investigated.

제작된 소자의 광전기력 특성은 조사하기 위하여 솔라시뮬레이터(Solar simulator)와 복사출력계(radiant power meter)를 사용하여 AM 1.5 조건의 100 mW 태양광을 생성하였고, 1kW solar simulator (Newport 91192)을 사용하여 유기 태양전지 소자의 전류밀도-전압(current density-voltage) 특성을 측정하였고 그 결과를 도 12에 도시하였다.In order to investigate the photovoltaic characteristics of the fabricated device, 100 mW solar power under AM 1.5 was generated using a solar simulator and a radiant power meter, and a 1kW solar simulator (Newport 91192) was used. The current density-voltage characteristics of the organic solar cell device were measured, and the results are shown in FIG. 12.

두 개의 소자 모두 단락 전류에 값에 비하여 높은 개방 전압 값을 보였고, 낮은 FF 값에 비하여 최대 에너지 변환효율은 비교적 높게 나왔음을 알 수 있다. 그리고 도 13에 도시한 바와 같이 P3H5PBT+PCBM(C60) 소자와 P3H5PBT+ PCBM(C70) 소자의 최대 에너지 변환효율 값이 두 배 이상의 차이를 보이고 있는데, 이는 도 14에 도시한 바와 같이 받개 물질(acceptor)인 PCBM(C70)이 PCBM(C60)에 비하여 넓은 가시광 흡수 영역을 가져 혼합된 활성층의 전체 광흡수 영역의 증가되는 것에 의한 것으로 사료된다.Both devices showed a high open-circuit value relative to the short-circuit current, and the maximum energy conversion efficiency was relatively high compared to the low FF value. As shown in FIG. 13, the maximum energy conversion efficiency value of the P3H5PBT + PCBM (C 60 ) device and the P3H5PBT + PCBM (C 70 ) device is more than doubled, which is illustrated in FIG. 14. The acceptor PCBM (C 70 ) has a wider visible light absorption area than the PCBM (C 60 ) and is considered to be due to the increase of the total light absorption area of the mixed active layer.

도 1은 유기박막트랜지스터(OTFT)의 구조를 나타낸 것으로 상 접촉(a)식 및 하 접촉(b)식 구조를 도시한 것이다.FIG. 1 shows the structure of an organic thin film transistor (OTFT) and shows a structure of an upper contact (a) and a lower contact (b) type.

도 2는 유기 태양전지의 BL(bi-layer) 모드(a) 및 BHT(Bulk-heterojunction) 모드(b)를 비교하여 나타낸 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a comparison of a bi-layer (BL) mode (a) and a bulk-heterojunction (BHT) mode (b) of an organic solar cell.

도 3은 실시예 1에서 제조한 화합물(D2OBTP)의 TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석 결과이다.3 is a result of analysis of the thermogravimetric analysis (TGA) of the compound prepared in Example 1 (D2OBTP).

도 4는 실시예 1에서 제조한 화합물(D2OBTP)의 DSC 분석결과이다.4 is a DSC analysis result of the compound (D2OBTP) prepared in Example 1.

도 5는 실시예 1에서 제조한 화합물(D2OBTP)의 편광 현미경 사진(Cross-polarized optical micrographes, x 250)이다. FIG. 5 is a cross-polarized optical micrographes (x250) of the compound (D2OBTP) prepared in Example 1. FIG.

도 6은 실시예 1에서 제조한 화합물(D2OBTP)의 UV 스펙트럼 및 PL 스펙트럼이다.6 is a UV spectrum and a PL spectrum of the compound (D2OBTP) prepared in Example 1. FIG.

도 7은 실시예 2에서 제조한 고분자 반도체 물질(P3H5PBT)의 TGA(a) 및 DSC(b)결과이다.7 shows TGA (a) and DSC (b) results of the polymer semiconductor material (P3H5PBT) prepared in Example 2. FIG.

도 8은 실시예 2에서 제조한 고분자 반도체 물질(P3H5PBT)의 UV 및 PL 스펙트럼이다.8 is a UV and PL spectrum of the polymer semiconductor material (P3H5PBT) prepared in Example 2.

도 9는 실시예 3에서 제조한 유기 박막트랜지스터(OTFTs)의 전류-전압(ID-VD) 특성에 대한 1차 측정 결과이다.FIG. 9 is a first measurement result of current-voltage (I D -V D ) characteristics of organic thin film transistors (OTFTs) prepared in Example 3. FIG.

도 10은 실시예 3에서 제조한 유기박막트랜지스터 중 SiO2 유전체를 사용한 경우의 유기박막트랜지스터의 이동도(Mobility)특성에 대한 2차 측정 결과이다.FIG. 10 is a secondary measurement result of mobility characteristics of an organic thin film transistor when an SiO 2 dielectric is used among the organic thin film transistors prepared in Example 3. FIG.

도 11은 실시예 2에서 제조한 고분자 반도체 물질(P3H5PBT)을 BHT(Bulk-heterojunction) 태양전지의 모식도이다.FIG. 11 is a schematic diagram of a bulk-heterojunction (BHT) solar cell of the polymer semiconductor material (P3H5PBT) prepared in Example 2. FIG.

도 12는 실시예 4에서 제조한 유기 태양전지의 J-V 특성 곡선이다.12 is a J-V characteristic curve of the organic solar cell prepared in Example 4.

도 13은 실시예 4에서 제조한 유기 태양전지의 IPCE(Incident Photon to Current Efficiency)를 나타낸 것이다.FIG. 13 illustrates an Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) of the organic solar cell prepared in Example 4. FIG.

도 14는 PCBM(C60) 박막 및 PCBM(C70) 박막의 UV-vis 흡광 스펙트럼이다.14 is a UV-vis absorption spectrum of PCBM (C 60 ) thin film and PCBM (C 70 ) thin film.

Claims (10)

하기 화학식 1 또는 화학식 3으로 표시되는 구조를 가지는 유기 반도체 화합물.An organic semiconductor compound having a structure represented by the following formula (1) or (3). [화학식 1][Formula 1]
Figure 112010084713042-pat00014
Figure 112010084713042-pat00014
[상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, n은 1 내지 2,000의 정수이다.][In Formula 1, R 1 and R 2 are independently hydrogen or a C 1 to C 20 linear or branched alkyl group, n is an integer of 1 to 2,000.] [화학식 3](3)
Figure 112010084713042-pat00035
Figure 112010084713042-pat00035
[상기 화학식 3에서 R3는 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이다.][In Formula 3, R 3 is a C 1 ~ C 20 linear or branched alkyl group.]
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 가지는 유기 반도체 화합물.The organic semiconductor compound is an organic semiconductor compound having a structure of formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112010084713042-pat00015
Figure 112010084713042-pat00015
[상기 화학식 2에서 R1 및 R2는 독립적으로 수소이거나 C1~C20의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, n은 1 내지 2,000의 정수이다.][In Formula 2, R 1 and R 2 are independently hydrogen or a C 1 to C 20 linear or branched alkyl group, n is an integer of 1 to 2,000.]
삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 의한 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자.An organic electronic device comprising the organic semiconductor compound according to claim 1. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 유기 전자 소자는 상기 유기 반도체 화합물을 활성층에 함유하는 유기 박막 트랜지스터인, 유기 전자 소자.The organic electronic device is an organic thin film transistor containing the organic semiconductor compound in an active layer. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 유기 전자 소자는 상기 유기 반도체 화합물을 전자 주개 물질로서 활성층에 함유하는 유기 태양전지인, 유기 전자 소자.The organic electronic device is an organic electronic device comprising an organic solar cell containing the organic semiconductor compound as an electron donor material in an active layer. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 유기 태양전지의 활성층은 하기 전자 받개 물질로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는, 유기 전자 소자.The organic layer of the organic solar cell further comprises one or more selected from the following electron acceptor materials.
Figure 112010084713042-pat00036
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