KR101125192B1 - Fullerene derivatives, organic photovoltaic cell including the derivatives, and organic TFT including the derivatives - Google Patents
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Abstract
플러렌 유도체, 이를 포함하는 유기태양전지, 및 이를 포함하는 유기박막트랜지스터를 제공한다. 플러렌 유도체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.Provided is a fullerene derivative, an organic solar cell including the same, and an organic thin film transistor including the same. The fullerene derivative may be represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R1은 치환 또는 비치환된 셀레노펜(selenophene), 텔루로펜(tellurophene), 또는 싸이에노싸이오펜(thienothiophene)이고, R2은 수소 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이다.In Formula 1, A is C 60 , C 70 , C 72 , C 76 , C 78 , C 84 , or C 90 fullerene, R 1 is substituted or unsubstituted selenophene, telurophen ( tellurophene), or thienothiophene, R 2 is hydrogen or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, n is an integer of 1 to 5.
Description
본 발명은 유기물질에 관한 것으로, 자세하게는 플러렌 유도체, 이를 포함하는 유기태양전지, 및 유기트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic material, and more particularly, to a fullerene derivative, an organic solar cell including the same, and an organic transistor.
유기 태양전지는 실리콘 기반의 무기 태양전지에 비해 월등히 싼 가격경쟁력을 갖춘 차세대 저탄소 친환경적인 에너지 소스라고 할 수 있다. 현재 유기태양전지를 구성하는 물질은 전자주개 물질 고분자와 전자 받개 물질인 플러렌(fullerene) 유도체로 나눌 수 있다. 하지만 실리콘 태양전지에 비해 유기태양전지는 낮은 효율로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있다. 현재 대부분 사용되는 유기태양전지의 전자주개 고분자로는 P3HT가 사용되고, 전자 받개 물질로는 PCBM이 사용되었으나 아직은 상업화 수치에는 미치지 못하는 실정이다. Organic solar cells are the next generation of low-carbon, environmentally friendly energy sources with significantly lower prices than silicon-based inorganic solar cells. Currently, the organic solar cell may be divided into an electron donor material polymer and an electron acceptor material, a fullerene derivative. However, compared with silicon solar cells, organic solar cells have difficulty in commercialization due to low efficiency. Currently, P3HT is used as an electron donor polymer of organic solar cells, and PCBM is used as an electron acceptor material, but it is not yet reached the commercialization value.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있 는 플러렌 유도체와 이를 구비하는 유기 태양 전지를 제공함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fullerene derivative that can improve the efficiency of the organic solar cell and an organic solar cell having the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 플러렌 유도체를 사용한 유기전계효과박막트랜지스터를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an organic field effect thin film transistor using a fullerene derivative.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 플러렌 유도체를 제공한다. 플러렌 유도체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.One aspect of the present invention to achieve the above object provides a fullerene derivative. The fullerene derivative may be represented by the following Chemical Formula 1.
상기 화학식 1에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R1은 치환 또는 비치환된 셀레노펜(selenophene), 텔루로펜(tellurophene), 또는 싸이에노싸이오펜(thienothiophene)이고, R2은 수소 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이다.In
상기 플러렌 유도체는 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 플러린 유도체일 수 있다.The fullerene derivative may be a fullerene derivative represented by the following Chemical Formula 2 or the following Chemical Formula 3.
상기 화학식 2에서, M은 Se 또는 Te이고, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다.In
상기 화학식 3에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다.In
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 유기태양전지를 제공한다. 상기 유기태양전지는 기판 상에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 위치하고, 상기 화학식 1로 표시되는 플러렌 유도체를 함유하는 유기 활성층, 및 상기 유기 활성층 상에 위치하는 제2 전극을 구비한다.Another aspect of the present invention to achieve the above object provides an organic solar cell. The organic solar cell includes a first electrode positioned on a substrate, an organic active layer disposed on the first electrode and containing a fullerene derivative represented by Chemical Formula 1, and a second electrode positioned on the organic active layer. .
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 유기태양전지의 제조방법을 제공한다. 먼저, 기판 상에 제1 전극을 형성한다. 상기 제1 전극 상에 상기 화학식 1로 표시되는 플러렌 유도체를 함유하는 유기 활성층을 형성한다. 상기 유기 활성층 상에 제2 전극을 형성한다.Another aspect of the present invention to achieve the above object provides a method of manufacturing an organic solar cell. First, a first electrode is formed on a substrate. An organic active layer containing a fullerene derivative represented by Chemical Formula 1 is formed on the first electrode. A second electrode is formed on the organic active layer.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 유기박막트랜지스터를 제공한다. 상기 유기박막트랜지스터는 기판 상에 위치하고 상기 화학식 1로 표시되는 플러렌 유도체를 함유하는 유기 반도체층, 상기 유기 반도체층의 상부 또는 하부에서 상기 유기 반도체층과 중첩된 게이트 전극, 및 상기 유기 반도체층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 전극과 드레인 전극을 구비한다.Another aspect of the present invention to achieve the above object provides an organic thin film transistor. The organic thin film transistor is disposed on a substrate and includes an organic semiconductor layer containing a fullerene derivative represented by Chemical Formula 1, a gate electrode overlapping with the organic semiconductor layer on or below the organic semiconductor layer, and both sides of the organic semiconductor layer. A source electrode and a drain electrode are respectively connected to the ends.
본 발명에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 플러렌 유도체 즉, 셀레노펜, 텔루로펜, 또는 싸이에노싸이오펜을 치환기로서 함유하는 플러렌 유도체를 합성하였다. 상기 플러렌 유도체는 현재 사용되고 있는 PCBM을 대체할 수 있을 정도의 특성을 나타낸다. According to the present invention, a fullerene derivative represented by Chemical Formula 1, that is, a fullerene derivative containing selenophene, tellurofen, or thienothiophene as a substituent was synthesized. The fullerene derivative exhibits properties that can replace the PCBM currently used.
나아가, 상기 플러렌 유도체를 사용하면 전하전달특성이 향상된 막을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 플러렌 유도체를 유기 태양전지의 유기 활성층으로 사용하는 경우 전류밀도 및 효율을 향상시킬 수 있다.Furthermore, the use of the fullerene derivative may form a film having improved charge transfer characteristics. Therefore, when the fullerene derivative is used as the organic active layer of the organic solar cell, current density and efficiency can be improved.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.
하기 화학식 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러렌 유도체이다.Formula 1 is a fullerene derivative according to an embodiment of the present invention.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R1은 치환 또는 비치환된 셀레노펜(selenophene), 텔루로펜(tellurophene), 또는 싸이에노싸이오펜(thienothiophene)이고, R2은 수소 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이다.In
상기 R1은 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 및 플로린기 중 어느 하나 또는 다수 개가 1 내지 3개 치환된 셀레노펜, 텔루로펜, 또는 싸이에노싸이오펜일 수 있다. R2은 직쇄형 또는 분지형 알킬기 예를 들어, CH2CH(CH3)2일 수 있다.R 1 may be a selenophene, telurofen, or thienothiophene having 1 to 3 substituted or unsubstituted alkoxy, cyan, and fluorine groups having 1 to 12 carbon atoms. have. R 2 may be a straight or branched alkyl group, for example CH 2 CH (CH 3 ) 2 .
상기 화학식 1로 표기되는 플러렌(fullerene) 유도체는 유기태양전지의 전자받개 물질이거나, 유기트랜지스터의 반도체 물질로 사용될 수 있다.The fullerene derivative represented by Chemical Formula 1 may be used as an electron acceptor material of an organic solar cell or as a semiconductor material of an organic transistor.
상기 플러렌 유도체의 구체적 예들은 다음과 같은 것들일 수 있다.Specific examples of the fullerene derivative may be as follows.
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, M은 Se 또는 Te이고, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다. 상기 R2은 직쇄형 또는 분지형 알킬기 예를 들어, CH2CH(CH3)2일 수 있다.In
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다. 상기 R2은 직쇄형 또는 분지형 알킬기 예를 들어, CH2CH(CH3)2일 수 있다.In
하기 반응식 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러렌 유도체의 제조방법이다.
[반응식 1]
상기 반응식 3에서, M은 Se 또는 Te이고, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다.In
상기 반응식 1을 참조하면, 셀레노펜 유도체 또는 텔루로펜 유도체인 화합물(4)를 알킬 옥소클로로알카노에이트(alkyl oxo-chloroalkanoate)와 프리델 크래프츠 아실레이션(Friedel Craft acylation reaction) 반응시켜 화합물(5)를 얻을 수 있다. 상기 화합물(5)를 염화메틸렌(Methylene Chloride; MC) 용액을 사용하고 리플럭스(reflux)조건에서 파라톨루엔설포닐 하이드라자이드(p-toluenesulfonyl hydrazide)와 반응시켜 하이드라존(hydrazone)계 화합물(6)을 합성할 수 있다. 상기 하이드라존(hydrazone)계 화합물(6)을 피리딘 및 소듐메톡사이드과 반응시킨 후, 여기에 플러렌(A)-다이클로로벤젠 용액을 조금씩 떨어뜨려(dropwise) 반응시켜, 플러렌 유도체(2)를 합성할 수 있다.Referring to
하기 반응식 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러렌 유도체의 다른 제조방법이다.
[반응식 2]
상기 반응식 3에서, A는 C60, C70, C72, C76, C78, C84, 또는 C90의 플러렌이고, R2은 수소, 또는 탄소수가 1 내지 12개인 치환 또는 비치환된 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이고, R3a, R3b, 및 R3c은 서로에 관계없이 수소, 탄소수 1 내지 12의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 시안기, 또는 플로린기이다.In
상기 반응식 2를 참조하면, 싸이에노싸이오펜 유도체인 화합물(7)을 알킬 옥소클로로알카노에이트와 프리델 크래프츠 아실레이션 반응시켜 화합물(8)을 얻을 수 있다. 상기 화합물(8)을 염화메틸렌 용액을 사용하고 리플럭스 조건에서 파라톨루엔설포닐 하이드라자이드와 반응시켜 하이드라존계 화합물(9)을 합성할 수 있다. 상기 하이드라존계 화합물(9)을 피리딘 및 소듐메톡사이드과 반응시킨 후, 여기에 플러렌(A)-다이클로로벤젠 용액을 조금씩 떨어뜨려 반응시켜, 플러렌 유도체 (3)를 합성할 수 있다.Referring to
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 제1 전극(11), 제1 전하수송층(13), 활성층(15), 제2 전하수송층(17) 및 제2 전극(19)을 차례로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, a
상기 기판(10)은 투명기판일 수 있다. 투명기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 제1 전극(11)은 투명전극일 수 있으며, 또한 캐소드일 수 있다. 이러한 제1 전극(11)은 ITO(Indium Tin Oxide)막, IO(Indium Oxide)막, TO(Tin Oxide)막, FTO(Fluorinated Tin Oxide)막, IZO(Indium Zinc Oxide)막, 또는 ZO(Znic Oxide)막일 수 있다.The
상기 제1 전하수송층(13)은 정공수송층일 수 있다. 이러한 제1 전하수송층(13)의 일 예는 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate)층일 수 있다.The first
상기 유기 활성층(15)은 광을 흡수하여 여기자(exiton)를 생성하는 층으로, 도너 물질과 억셉터 물질을 구비할 수 있다. 상기 유기 활성층(15)은 도너 물질과 억셉터 물질이 서로 섞여 있는 벌크-헤테로정션(bulk heterojunction; BHJ)층일 수 있다. 이와는 달리, 상기 유기 활성층(15)은 차례로 적층된 도너 물질층과 억셉터 물질층을 구비할 수 있다.The organic
상기 전자 도너 물질은 MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]), MDMO-PPV (poly(2-methoxy-5-(3',7'-dimethyl-octyloxy))-p-phenylene vinylene)와 같은 PPV계 고분자 또는 P3HT(poly(3-hexylthiophene)) 계 고분자일 수 있다.The electron donor material is MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene vinylene]), MDMO-PPV (poly (2-methoxy-5- (3 ' It may be a PPV polymer such as, 7'-dimethyl-octyloxy))-p-phenylene vinylene) or a poly (3-hexylthiophene) polymer.
상기 전자 억셉터 물질은 상기 화학식 1에서 나타낸 플러렌 유도체이다. 상기 플러렌 유도체는 벤젠에 비해 금속성이 높은 셀레노펜 또는 텔루로펜을 분자 내에 함유하므로 벤젠을 함유하는 플러렌 유도체 예를 들어, PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid methyl ester)에 비해 전자전달특성이 향상될 수 있다. 이 경우, 유기태양전지의 전류밀도가 향상될 수 있다.The electron acceptor material is a fullerene derivative represented by
상기 유기 활성층(15)은 상기 도너 물질과 상기 억셉터 물질을 용매에 녹인 후, 용액 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 용매는 클로로벤 젠(chrolobenzene) 또는 디클로로벤젠(dichrolobenzene)일 수 있다. 상기 유기 활성층(15)이 벌크-헤테로정션층인 경우에, 상기 도너 물질과 상기 억셉터 물질의 혼합농도는 1:0.5 내지 1:1의 질량비를 가질 수 있다.The organic
상기 용액 공정은 스핀 코팅(spin coating)법, 잉크젯 프린팅(ink-jet printing)법, 또는 스크린 프린팅(screen printing)법일 수 있다. 상기 용액 공정을 사용하여 상기 유기 활성층(15)을 형성함으로써, 고가의 진공장비가 필요하지 않으므로 공정단가를 낮출 수 있으며, 대면적 태양전지 제작이 실현될 수 있다.The solution process may be a spin coating method, an ink-jet printing method, or a screen printing method. By forming the organic
상기 기판 상에 형성된 유기 활성층(15)을 열처리할 수 있다. 그 결과, 상기 유기 활성층(15) 구체적으로는 상기 전자 도너 물질의 결정성을 향상시킬 수 있다. 상기 열처리는 110 ℃ 내지 130 ℃, 바람직하게는 110℃에서 수행할 수 있다.The organic
상기 제2 전하수송층(17)은 분리되지 않은 여기자의 확산을 방지하는 여기자 저지층(exiton blocking layer)일 수 있다. 상기 여기자 저지층은 BPhen(bathophen-anthroline)층일 수 있다.The second
상기 제2 전극(19)은 광반사 전극일 수 있으며, 또한 애노드일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극(19)은 상기 제1 전극(11)에 비해 일함수가 낮은 금속전극이다. 일 예로서, 상기 제2 전극(19)은 Al막, Ca막, 또는 Mg막일 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 전극(19)은 일함수가 낮은 금속인 Ca막과 전도도가 우수한 금속인 Al막의 이중층일 수 있다.The
도 2a은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기박막트랜지스터를 나타낸 단면도이 다.2A is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 기판(20) 상에 버퍼층(21)을 형성할 수 있다. 상기 기판(20)은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다. 상기 버퍼층(21)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.Referring to FIG. 2A, a
상기 기판(20) 상에 게이트 전극(G)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(G)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 형성할 수 있다.A gate electrode G may be formed on the
상기 게이트 전극(G) 상에 게이트 절연막(GI)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(GI)은 유기 절연막 또는 무기 절연막의 단일막 또는 다층막으로 구성되거나 유-무기 하이브리드 막일 수 있다. 상기 무기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, 또는 PZT일 수 있으며, 상기 유기 절연막은 폴리메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 파릴렌(parylene), PVP(Poly-4-vinylphenol), PVA(poly vinylalcohol), BCB(divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene)), PαMS(Poly-Alpha-Methylstyrene), 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)일 수 있다.A gate insulating layer GI may be formed on the gate electrode G. The gate insulating layer GI may be formed of a single layer or a multilayer of an organic insulating layer or an inorganic insulating layer or may be an organic-inorganic hybrid layer. The inorganic insulating film may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, Al2O3, Ta2O5, BST, or PZT, and the organic insulating film may be polymethacrylate (PMMA, polymethylmethacrylate), polystyrene (PS, polystyrene), parylene, PVP (Poly-4-vinylphenol), PVA (poly vinylalcohol), BCB (divinyltetramethyldisiloxane-bis (benzocyclobutene) (BCB), PαMS (Poly-Alpha-Methylstyrene), or PET (Poly ethylene Terephthalate).
상기 화학식 1에 나타난 플러렌 유도체를 용매에 용해시킨 용액을 사용하여 용액 공정을 통해 기판 상에 코팅함으로써 상기 유기 반도체층(A)을 형성할 수 있다. 상기 용매는 클로로벤젠(chrolobenzene) 또는 디클로로벤젠(dichrolobenzene)일 수 있다. 상기 용액 공정은 스핀 코팅법 또는 잉크젯 프린팅법일 수 있다. 따라서, 필름을 형성함에 있어서 고가의 진공장비가 필요하지 않으므로 공정단가를 낮출 수 있으며, 대면적 소자 제작에 적합하다.The organic semiconductor layer (A) may be formed by coating the fullerene derivative represented by
상기 유기 반도체층(A)을 열처리할 수 있다. The organic semiconductor layer A may be heat treated.
이러한 유기박막트랜지스터에서 게이트 전극은 유기 반도체층의 아래부분에 위치하고, 소오스 및 드레인 전극들은 상기 유기 반도체층 상에 접속하므로, 본 실시예의 유기박막트랜지스터는 바텀 게이트-탑 컨택형 박막트랜지스터일 수 있다.In the organic thin film transistor, since the gate electrode is positioned under the organic semiconductor layer, and the source and drain electrodes are connected to the organic semiconductor layer, the organic thin film transistor of the present embodiment may be a bottom gate-top contact type thin film transistor.
도 2b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 유기박막트랜지스터는 후술한는 것을 제외하고는 도 2a을 참조하여 설명한 유기박막트랜지스터와 실질적으로 동일할 수 있다.2B is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to another embodiment of the present invention. The organic thin film transistor according to the present exemplary embodiment may be substantially the same as the organic thin film transistor described with reference to FIG. 2A except as described below.
도 2b를 참조하면, 기판(20) 상에 버퍼층(21)을 형성할 수 있다. 상기 기판(10) 상에 게이트 전극(G)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(G) 상에 게이트 절연막(GI)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2B, a
상기 게이트 절연막(GI) 상에 서로 이격된 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 형성한다. 상기 소오스 및 드레인 전극들(S, D) 사이에는 상기 게이트 절연막(GI)이 노출될 수 있다.Source and drain electrodes S and D are spaced apart from each other on the gate insulating layer GI. The gate insulating layer GI may be exposed between the source and drain electrodes S and D.
상기 소오스 및 드레인 전극들(S, D), 및 상기 게이트 절연막(GI) 상에 유기 반도체층(A)을 형성할 수 있다. 상기 유기 반도체층(A)은 상기 화학식 1에 나타난 플러렌 유도체을 사용하여 형성할 수 있다. An organic semiconductor layer A may be formed on the source and drain electrodes S and D and the gate insulating layer GI. The organic semiconductor layer (A) may be formed using the fullerene derivative represented by
이러한 유기박막트랜지스터에서 게이트 전극은 유기 반도체층의 아래부분에 위치하고, 소오스 및 드레인 전극들은 상기 유기 반도체층의 하부면에 접속하므로, 본 실시예의 유기박막트랜지스터는 바텀 게이트-바텀 컨택형 박막트랜지스터일 수 있다.In the organic thin film transistor, since the gate electrode is positioned below the organic semiconductor layer, and the source and drain electrodes are connected to the lower surface of the organic semiconductor layer, the organic thin film transistor of the present embodiment may be a bottom gate-bottom contact type thin film transistor. have.
도 2c은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 유기박막트랜지스터는 후술하는 것을 제외하고는 도 2a를 참조하여 설명한 유기박막트랜지스터와 실질적으로 동일할 수 있다.2C is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to another embodiment of the present invention. The organic thin film transistor according to the present exemplary embodiment may be substantially the same as the organic thin film transistor described with reference to FIG. 2A except as described below.
도 2c를 참조하면, 기판(20) 상에 버퍼층(21)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(11) 상에 서로 이격된 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 형성할 수 있다. 상기 소오스 및 드레인 전극들(S, D) 사이에는 상기 버퍼층(11)이 노출될 수 있다.Referring to FIG. 2C, a
상기 소오스 및 드레인 전극들(S, D), 및 그들 사이에 노출된 상기 버퍼층(11) 상에 유기 반도체층(A)을 형성할 수 있다. 상기 유기 반도체층(A)은 상기 화학식 1에 나타난 플러렌 유도체를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 유기 반도체층(A) 상에 게이트 절연막(GI)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(GI) 상에 게이트 전극(G)을 형성할 수 있다.An organic semiconductor layer A may be formed on the source and drain electrodes S and D and the
이러한 유기박막트랜지스터에서 게이트 전극은 유기 반도체층의 윗부분에 위치하고, 소오스 및 드레인 전극들은 상기 유기 반도체층의 하부면에 접속하므로, 본 실시예의 유기박막트랜지스터는 탑 게이트-바텀 컨택형 박막트랜지스터일 수 있다.In the organic thin film transistor, since the gate electrode is positioned above the organic semiconductor layer, and the source and drain electrodes are connected to the lower surface of the organic semiconductor layer, the organic thin film transistor of the present embodiment may be a top gate-bottom contact type thin film transistor. .
다음으로 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 그러나 다음의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로써, 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.Next, a preferable experimental example is provided to help understanding of the present invention. However, the following experimental example is for illustrating the present invention and does not limit the content of the present invention.
합성예 1: SeCBM 합성Synthesis Example 1 SeCBM Synthesis
셀레노펜과 메틸 5-옥소클로로펜타노에이트(methyl 5-oxochloropentanoate, 5-methyl-2-chloroxavalerate)을 프리델 크래프츠 아실레이션 반응시켜 화합물(5a)를 얻었다. 화합물(5a)을 염화메틸렌 용액 내에서 파라톨루엔설포닐 하이드라자이드물질을 이용하여 12시간 동안 리플럭스(reflux)하여 하이드라존계 화합물(6a)을 합성하였다. 연속적으로 화합물(6a)을 피리딘 10mL 및 소듐메톡사이드와 약 30분간반응시킨 후, 여기에 C60인 플러렌을 녹인 다이클로로 벤젠 용액을 조금씩 떨어뜨리면서 12시간 동안 반응을 시켰다. 반응 완료 후, 반응물을 실리카 컬럼(전개 용 매: 톨루엔)을 사용하여 정제함으로써 화합물(2a) 즉, SeCBM(Selenyl-C61-butyric acid methyl ester)을 얻었다. 화합물(2a)을 다시 마이크로튜브(micro-tube)에 넣고 15000 rpm에서 원심분리를 통하여 침전물을 얻고, 70에서 24시간 건조시켰다. 이를 클로로포름-d 용매에 녹여 1H-NMR로 구조분석을 하여 도 3에 나타내었다.Selenophene and methyl 5-oxochloropentanoate (methyl 5-oxochloropentanoate, 5-methyl-2-chloroxavalerate) were subjected to Friedel Crafts acylation reaction to obtain compound (5a). Hydrazone-based compound (6a) was synthesized by refluxing compound (5a) in a methylene chloride solution using paratoluenesulfonyl hydrazide for 12 hours. After continuously reacting Compound (6a) with 10 mL of pyridine and sodium methoxide for about 30 minutes, the reaction was carried out for 12 hours while dropping a dichlorobenzene solution in which C 60 phosphorus fuller was dissolved. After completion of the reaction, the reaction product was purified using a silica column (developing solvent: toluene) to obtain compound (2a), that is, SeCBM (Selenyl-C61-butyric acid methyl ester). Compound (2a) was put back into a micro-tube (micro-tube) to obtain a precipitate by centrifugation at 15000 rpm, and dried at 70 to 24 hours. This was dissolved in chloroform-d solvent and subjected to structural analysis by 1 H-NMR.
합성예 2: TThCBM 합성Synthesis Example 2 TThCBM Synthesis
싸이에노싸이오펜과 메틸 5-옥소클로로펜타노에이트(methyl 5-oxochloropentanoate, 5-methyl-2-chloroxavalerate)을 프리델 크래프츠 아실레이 션 반응시켜 화합물(8a)를 얻었다. 화합물(8a)을 염화메틸렌 용액 내에서 파라톨루엔설포닐 하이드라자이드물질을 이용하여 12시간 동안 리플럭스(reflux)하여 하이드라존계 화합물(9a)을 합성하였다. 연속적으로 화합물(9a)을 피리딘 10mL 및 소듐메톡사이드와 약 30분간 반응시킨 후, 여기에 C60인 플러렌을 녹인 다이클로로 벤젠 용액을 조금씩 떨어뜨리면서 12시간 동안 반응을 시켰다. 반응 완료 후, 반응물을 실리카 컬럼(전개 용매: 톨루엔)을 사용하여 정제함으로써 화합물(3a) 즉, TThCBM(thienothienyl-C61-butyric acid methyl ester)을 얻었다. 화합물(3a)을 다시 마이크로튜브(micro-tube)에 넣고 15000 rpm에서 원심분리를 통하여 침전물을 얻고, 70에서 24시간 건조시켰다. 이를 클로로포름-d 용매에 녹여 1H-NMR로 구조분석을 하여 도 4에 나타내었다.Thienothiophene and methyl 5-oxochloropentanoate (methyl 5-oxochloropentanoate, 5-methyl-2-chloroxavalerate) were subjected to Friedel Crafts acylation reaction to obtain Compound (8a). Hydrazone-based compound (9a) was synthesized by refluxing compound (8a) with paratoluenesulfonyl hydrazide in methylene chloride solution for 12 hours. After continuously reacting Compound (9a) with 10 mL of pyridine and sodium methoxide for about 30 minutes, the reaction was carried out for 12 hours while dropping a dichloro benzene solution in which C 60 phosphorus fuller was dissolved. After the reaction was completed, the reaction product was purified using a silica column (developing solvent: toluene) to obtain compound 3a, that is, thienothienyl-C61-butyric acid methyl ester (TThCBM). Compound (3a) was put back into the micro-tube (micro-tube) to obtain a precipitate by centrifugation at 15000 rpm, and dried at 70 to 24 hours. This was dissolved in chloroform-d solvent and subjected to structural analysis by 1 H-NMR.
분석예 1 : 플러렌 유도체의 전기화학특성Analytical Example 1: Electrochemical Properties of Fullerene Derivatives
합성예 1에 따른 SeCBM, 합성예 2에 따른 TThCBM, 또는 PCBM을 클로로벤젠 용매에 각각 녹여 0.5 wt% 농도의 용액들을 만들고 작업전극인 ITO 기판 상에 스핀코팅하였고, Ag/AgCl을 기준전극으로 설치하고, 이들 두 전극들 사이에 0.1M 테트라부틸암모늄 퍼클로레이트(tetrabutylammonium perchlorate)-아세토나이트릴(CH3CN) 전해질 용액을 가한 후, 순환전압전류법을 사용하여 상기 순환전압전류곡선을 얻었다.SeCBM according to Synthesis Example 1, TThCBM or
도 5는 합성예 1에 따른 SeCBM, 합성예 2에 따른 TThCBM, 및 PCBM에 대한 순 환전압전류곡선이다.5 is a cyclic voltage current curve for SeCBM according to Synthesis Example 1, TThCBM according to Synthesis Example 2, and PCBM.
구체적으로, 도 5를 참조하면, SeCBM, TThCBM 및 PCBM은 온셋전위가 -0.14V, -0.14V, 및 -0.22V로 각각 측정되었다. 이로부터, SeCBM, TThCBM 및 PCBM의 LUMO는 4.24eV, 4.24eV, 및 4.16eV로 각각 계산되었다.Specifically, referring to FIG. 5, SeCBM, TThCBM, and PCBM have measured onset potentials of −0.14 V, −0.14 V, and −0.22 V, respectively. From this, the LUMOs of SeCBM, TThCBM and PCBM were calculated to be 4.24 eV, 4.24 eV, and 4.16 eV, respectively.
비교예 1: 유기태양전지 제조(P3HT:PCBM(DCB))Comparative Example 1: Manufacture of Organic Solar Cell (P3HT: PCBB (DCB))
투명전극 기판인 ITO (Indium Tin Oxide) 상에 PEDOT:PSS를 4000rpm의 속도로 40초간 스핀 코팅 후, 110℃에서 10분 동안 건조시켰다. P3HT(poly [3-hexylthiophene])과 PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid methyl ester)을 다이클로로벤젠(Dichlorobenzene)에 각각 0.8 wt%로 녹인 후, 두 용액을 섞고 12시간 교반하여 활성층 용액을 얻었다. 상기 PEDOT:PSS층 상에 상기 활성층 용액을 1200rpm의 속도로 40초간 스핀코팅한 후, 페트리디쉬(Petri dish)에 30분간 넣어두고, 110℃에서 10분 동안 건조하여 활성층을 형성하였다. 상기 활성층 상에 10-6 Torr의 고진공 상태에서 칼슘(calcium)과 알루미늄(aluminum)을 각각 열증착하여, 약 20nm의 칼슘층과 약 100nm의 알루미늄층을 차례로 형성하였다.PEDOT: PSS was spin-coated at a speed of 4000 rpm for 40 seconds on ITO (Indium Tin Oxide), which is a transparent electrode substrate, and then dried at 110 ° C. for 10 minutes. P3HT (poly [3-hexylthiophene]) and PCBM (Phenyl-C61-Butyric acid methyl ester) were dissolved in dichlorobenzene at 0.8 wt%, respectively, and the two solutions were mixed and stirred for 12 hours to obtain an active layer solution. The active layer solution was spin-coated on the PEDOT: PSS layer at a speed of 1200 rpm for 40 seconds, then placed in a Petri dish for 30 minutes, and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an active layer. Calcium and aluminum were thermally deposited on the active layer at a high vacuum of 10 −6 Torr, respectively, to form a calcium layer of about 20 nm and an aluminum layer of about 100 nm.
비교예 2: 유기태양전지 제조(P3HT:PCBM(CB))Comparative Example 2: Preparation of Organic Solar Cell (P3HT: PCBB (CB))
투명전극 기판인 ITO (Indium Tin Oxide) 상에 PEDOT:PSS를 4000rpm의 속도로 40초간 스핀 코팅 후, 110에서 10분 동안 건조시켰다. P3HT(poly [3- hexylthiophene])과 PCBM(Phenyl-C61-Butyric acid methyl ester)을 클로로벤젠(chlorobenzene)에 각각 0.8 wt%로 녹인 후, 두 용액을 섞고 12시간 교반하여 활성층 용액을 얻었다. 상기 PEDOT:PSS층 상에 상기 활성층 용액을 2000rpm의 속도로 40초간 스핀코팅한 후, 110에서 10분 동안 건조하여 활성층을 형성하였다. 상기 활성층 상에 10-6 Torr의 고진공 상태에서 칼슘(calcium)과 알루미늄(aluminum)을 각각 열증착하여, 약 20nm의 칼슘층과 약 100nm의 알루미늄층을 차례로 형성하였다.PEDOT: PSS was spin-coated at a speed of 4000 rpm for 40 seconds on ITO (Indium Tin Oxide), which is a transparent electrode substrate, and then dried at 110 to 10 minutes. P3HT (poly [3-hexylthiophene]) and PCBM (Phenyl-C61-Butyric acid methyl ester) were dissolved in chlorobenzene at 0.8 wt%, respectively, and the two solutions were mixed and stirred for 12 hours to obtain an active layer solution. The active layer solution was spin coated on the PEDOT: PSS layer at a speed of 2000 rpm for 40 seconds and then dried at 110 for 10 minutes to form an active layer. Calcium and aluminum were thermally deposited on the active layer at a high vacuum of 10 −6 Torr, respectively, to form a calcium layer of about 20 nm and an aluminum layer of about 100 nm.
제조예 1: 유기태양전지 제조(P3HT: SeCBM(DCB))Preparation Example 1: Fabrication of Organic Solar Cell (P3HT: SeCBM (DCB))
PCBM 대신 합성예 1을 통해 합성된 SeCBM을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법을 사용하여 유기태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that SeCBM synthesized through Synthesis Example 1 was used instead of PCBM.
제조예 2: 유기태양전지 제조(P3HT: TThCBM(CB))Preparation Example 2 Preparation of Organic Solar Cell (P3HT: TThCBM (CB))
PCBM 대신 합성예 2를 통해 합성된 TThCBM을 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법을 사용하여 유기태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2, except that TThCBM synthesized through Synthesis Example 2 was used instead of PCBM.
분석예 2 : 활성층의 광학특성 분석Analysis Example 2 Analysis of Optical Properties of Active Layer
도 6a는 제조예 1과 비교예 1을 통해 얻어진 활성층들의 UV-vis spectra를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 얻어진 활성층들의 UV- vis spectra를 나타낸 그래프이다.Figure 6a is a graph showing the UV-vis spectra of the active layers obtained through Preparation Example 1 and Comparative Example 1, Figure 6b is a graph showing the UV-vis spectra of the active layers obtained through Preparation Example 2 and Comparative Example 2.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제조예 1과 비교예 1을 통해 얻어진 활성층들의 최대 흡수파장대가 거의 동일하고, 제조예 2과 비교예 2를 통해 얻어진 활성층들의 최대 흡수파장대가 거의 동일함을 알 수 있다. 다만, TThCBM을 함유하는 활성층의 경우 PCBM을 함유하는 활성층에 비해 320nm~350nm 부분에서 흡광도가 소량 감소한 것으로 나타났다. 그 이유는 TThCBM의 경우 용해도가 낮기 때문에 흡광도를 측정할 때 필터에 걸러지는 부분이 발생하기 때문이다.6A and 6B, it can be seen that the maximum absorption wavelength bands of the active layers obtained through Preparation Example 1 and Comparative Example 1 are almost the same, and the maximum absorption wavelength bands of the active layers obtained through Preparation Example 2 and Comparative Example 2 are almost the same. Can be. However, in the case of the active layer containing TThCBM, the absorbance was found to decrease a little in the 320nm to 350nm portion compared to the active layer containing the PCBM. The reason for this is that TThCBM has low solubility, so that a filter part occurs when measuring absorbance.
분석예 3 : 활성층의 표면분석Analysis Example 3: Surface Analysis of Active Layer
도 7a는 제조예 1과 비교예 1을 통해 얻어진 활성층들에 대한 열처리 전후의 AFM이미지들을 나타낸다. 도 7b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 얻어진 활성층들에 대한 열처리 전후의 AFM이미지들을 나타낸다.7A shows AFM images before and after heat treatment of active layers obtained through Preparation Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 7B shows AFM images before and after heat treatment of the active layers obtained through Preparation Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, PCBM(비교예 1) 대신 SeCBM(제조예 1)을 적용한 경우 표면 거칠기가 거의 유사하게 나타났다. 그러나, PCBM(비교예 2) 대신 TThCBM(제조예 2)을 적용한 경우 표면 거칠기가 증가하였는데, 이는 TThCBM의 경우 용해도가 낮아 나노크기의 몰폴로지를 형성하지 못했기 때문인 것으로 추측되었다.Referring to FIGS. 7A and 7B, when the SeCBM (Preparation Example 1) was applied instead of the PCBM (Comparative Example 1), the surface roughness was almost similar. However, when TThCBM (Preparation Example 2) was applied instead of PCBM (Comparative Example 2), the surface roughness was increased, which was presumably due to the low solubility of TThCBM that did not form nano-scale morphology.
분석예 4 : 유기태양전지의 특성Analysis Example 4: Characteristics of Organic Solar Cell
도 8a은 제조예 1과 비교예 1을 통해 제조된 유기태양전지들의 전압에 대한 전류밀도를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 제조된 유기 태양전지들의 전압에 대한 전류밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 8A is a graph showing current densities of voltages of organic solar cells manufactured through Preparation Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 8B illustrates current versus voltage of organic solar cells manufactured through Preparation Example 2 and Comparative Example 2. It is a graph showing the density.
상기 그래프들에 나타난 데이터들을 사용하여 제조예들 1 및 2, 그리고 비교예들 1 및 2의 유기태양전지들 각각의 개방전압(open circuit voltage; Voc), 단락전류밀도(Short Circuit Current density; Jsc), 및 채움상수(fill factor; FF)를 추출하고, 입력전력밀도(Ps)를 100mW/cm2으로 하여 전력변환효율(Power Conversion Efficiency; PCE)을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.Open circuit voltage (Voc), Short Circuit Current Density (Jsc) of each of the organic solar cells of Preparation Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 using the data shown in the graphs. ), And a fill factor (FF) were extracted, and a power conversion efficiency (PCE) was calculated using an input power density (Ps) of 100 mW / cm 2 and is shown in Table 1 below.
<표 1>TABLE 1
(mA/cm2)Jsc
(mA / cm 2 )
(V)Voc
(V)
(%)FF
(%)
(%)Efficiency
(%)
도 8a, 도 8b 및 표 1을 참조하면, 제조예 1의 경우 비교예 1에 비해 전류밀도(Jsc)가 증가된 것을 알 수 있고, 또한 전체 효율이 증가한 것을 알 수 있다. 이러한 전류밀도의 증가는 셀레노펜이 금속성 특징을 가지고 있고, 그만큼 전하이동도가 뛰어나기 때문으로 추측된다. 특히 개방전압(Jsc)이 0.02 V 감소하였음에도 불구하고 제조예 1의 향상된 전류밀도 및 필팩터(FF, Fill Factor)로 인하여 전체 효율은 비교예 1에 비해서 상승되었음을 알 수 있다. 필팩터(FF)의 향상은 보다 크고 극성을 띠는 셀레늄 원소와 P3HT에서 극성을 띄는 황원소간의 상호작용으로 인하여 전자 도너 물질과 전자 억셉터 물질의 필름 내 균일한 나노미터 크기의 필름 모폴로지(morphology)를 형성하였음에 기인하는 것으로 추측된다.8A, 8B, and Table 1, it can be seen that in the case of Preparation Example 1 compared with Comparative Example 1, the current density Jsc was increased, and the overall efficiency was increased. This increase in current density is presumably because selenofene has a metallic characteristic and excellent charge mobility. In particular, although the open voltage (Jsc) was reduced by 0.02 V, the overall efficiency was increased compared to Comparative Example 1 due to the improved current density and fill factor (FF) of Preparation Example 1. The enhancement of the fill factor (FF) is due to the interaction between the larger and more polar elements of selenium and the polar elements of P3HT which are polar in P3HT, resulting in uniform nanometer-sized film morphology in films of electron donor and electron acceptor materials. Is probably due to the formation of
그러나, 제조예 2의 경우 비교예 2에 비해 낮은 개방전압(Voc) 및 전류밀도(Jsc)를 나타내었는데 그 이유는 TThCBM의 용해도가 낮기 때문에 나노크기의 몰폴로지를 형성하지 못했기 때문인 것으로 추측되었다.However, in Preparation Example 2, it showed lower open voltage (Voc) and current density (Jsc) than in Comparative Example 2 because the low solubility of TThCBM was estimated to be due to the failure to form a nano-scale morphology.
제조예 3 : 유기전계효과트랜지스터 제조(SeCBM)Preparation Example 3 Preparation of Organic Field Effect Transistor (SeCBM)
도 9에 도시한 바와 같은 유기전계효과트랜지스터를 제조하였다. 구체적으로, 기판으로서 n-형 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 상기 기판은 게이트 전극(G)으로서의 역할을 수행한다. 상기 게이트 전극(G) 상에 게이트 절연막(GI)로서의 실리콘 산화막을 300nm의 두께로 열성장시켰다. 제조예 1에 따라 합성된 SeCBM을 DCB(o-Dichlorobenzene) 용매에 녹여 1wt% 농도의 용액을 만들고, 이 용액을 상기 게이트 절연막(GI) 상에 1500rpm으로 스핀 코팅하여 45nm 두께의 유기 반도체층(A)을 형성하였다. 상기 유기 반도체층(A)을 110℃에서 20분간 열처리하였다.An organic field effect transistor as shown in FIG. 9 was prepared. Specifically, an n-type silicon wafer was used as the substrate. The substrate serves as a gate electrode (G). A silicon oxide film as a gate insulating film GI was thermally grown on the gate electrode G to a thickness of 300 nm. SeCBM synthesized according to Preparation Example 1 was dissolved in a DCB (o-Dichlorobenzene) solvent to form a 1 wt% solution, and the solution was spin-coated at 1500 rpm on the gate insulating film GI to form an organic semiconductor layer having a thickness of 45 nm (A ) Was formed. The organic semiconductor layer (A) was heat treated at 110 ° C. for 20 minutes.
상기 유기 반도체층(A) 상에 금을 증착하여 30nm 두께의 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 형성하였다.Gold was deposited on the organic semiconductor layer A to form a source electrode S and a drain electrode D having a thickness of 30 nm.
비교예 3 : 유기전계효과트랜지스터 제조(PCBM)Comparative Example 3 Preparation of Organic Field Effect Transistor (PCBM)
유기 반도체층으로서 SeCBM 대신 PCBM을 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법을 사용하여 유기태양전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 3, except that PCBM was used instead of SeCBM as the organic semiconductor layer.
분석예 5 : 유기전계효과트랜지스터의 특성Analysis Example 5: Characteristics of Organic Field Effect Transistor
도 10a 및 도 10b는 각각 제조예 3에 따라 제조된 유기전계효과트랜지스터의 트랜스퍼 커브 및 아웃풋 커브이고, 도 11a 및 도 11b는 각각 비교예 3에 따라 제조된 유기전계효과트랜지스터의 트랜스퍼 커브 및 아웃풋 커브이다.10A and 10B are transfer curves and output curves of the organic field effect transistors prepared in Preparation Example 3, respectively. FIGS. 11A and 11B are transfer curves and output curves of the organic field effect transistors prepared in Comparative Example 3, respectively. to be.
도 10a, 도 10b, 도 11a, 및 도 11b를 참조하면, 제조예 3에 따라 제조된 유기전계효과 트랜지스터의 문턱전압 및 전하이동도는 각각 약 11.5V 및 약 0.04cm2/Vs이고, 비교예 3에 따라 제조된 유기전계효과 트랜지스터의 문턱전압 및 전하이동도는 각각 약 8.9V 및 약 0.04cm2/Vs인 것으로 계산되었다.10A, 10B, 11A, and 11B, the threshold voltage and the charge mobility of the organic field effect transistor manufactured according to Preparation Example 3 are about 11.5V and about 0.04 cm 2 / Vs, respectively, and Comparative Examples Threshold voltage and charge mobility of the organic field effect transistor prepared according to 3 were calculated to be about 8.9V and about 0.04 cm 2 / Vs, respectively.
이상 본 발명을 바람직한 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.While the invention has been described above with reference to specific preferred embodiments, it is intended that the specific modifications and variations of the invention fall within the scope of the invention and the specific scope of the invention will be apparent from the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기태양전지를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2a은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계효과트랜지스터를 나타낸 단면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating an organic field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계효과트랜지스터를 나타낸 단면도이다.2B is a cross-sectional view illustrating an organic field effect transistor according to another embodiment of the present invention.
도 2c은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전계효과트랜지스터를 나타낸 단면도이다.2C is a cross-sectional view illustrating an organic field effect transistor according to another embodiment of the present invention.
도 3은 합성예 1을 통해 얻어진 SeCBM에 대한 1H-NMR을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing 1 H-NMR of SeCBM obtained through Synthesis Example 1. FIG.
도 4는 합성예 2를 통해 얻어진 TThCBM에 대한 1H-NMR을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing 1 H-NMR of TThCBM obtained through Synthesis Example 2. FIG.
도 5는 합성예 1에 따른 SeCBM, 합성예 2에 따른 TThCBM, 및 PCBM에 대한 순환전압전류곡선이다.5 is a cyclic voltage current curve for SeCBM according to Synthesis Example 1, TThCBM according to Synthesis Example 2, and PCBM.
도 6a는 제조예 1과 비교예 1을 통해 얻어진 활성층들의 UV-vis spectra를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 얻어진 활성층들의 UV-vis spectra를 나타낸 그래프이다.6A is a graph showing UV-vis spectra of active layers obtained through Preparation Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 6B is a graph showing UV-vis spectra of active layers obtained through Preparation Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
도 7a는 제조예 1과 비교예 1을 통해 얻어진 활성층들에 대한 열처리 전후의 AFM이미지들을 나타낸다. 도 7b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 얻어진 활성층들에 대한 열처리 전후의 AFM이미지들을 나타낸다.7A shows AFM images before and after heat treatment of active layers obtained through Preparation Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 7B shows AFM images before and after heat treatment of the active layers obtained through Preparation Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
도 8a은 제조예 1과 비교예 1을 통해 제조된 유기태양전지들의 전압에 대한 전류밀도를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 제조예 2과 비교예 2를 통해 제조된 유기태양전지들의 전압에 대한 전류밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 8A is a graph showing current densities of voltages of organic solar cells manufactured through Preparation Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 8B illustrates current versus voltage of organic solar cells manufactured through Preparation Example 2 and Comparative Example 2. It is a graph showing the density.
도 11은 제조예 3에 따른 유기전계효과트랜지스터를 나타낸 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing an organic field effect transistor according to Preparation Example 3. FIG.
도 10a 및 도 10b는 각각 제조예 3에 따라 제조된 유기전계효과트랜지스터의 트랜스퍼 커브 및 아웃풋 커브이다.10A and 10B are transfer curves and output curves of the organic field effect transistors prepared according to Preparation Example 3, respectively.
도 11a 및 도 11b는 각각 비교예 3에 따라 제조된 유기전계효과트랜지스터의 트랜스퍼 커브 및 아웃풋 커브이다.11A and 11B are transfer curves and output curves of the organic field effect transistors prepared in Comparative Example 3, respectively.
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