KR101719028B1 - Organic solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 유기 태양 전지에 관한 것이다. The present disclosure relates to organic solar cells.

Description

유기 태양 전지 및 이의 제조방법 {ORGANIC SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.

본 명세서는 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic solar cell and a method of manufacturing the same.

미국 국립연구소인 NREL의 에너지 리뷰 자료에 따르면 현재 주로 사용되고 있는 에너지원은 석유, 석탄, 가스이다. 이는 전체 사용되고 있는 에너지원의 80 %에 달한다. 그러나, 현재 석유 및 석탄 에너지 고갈 상태가 점차 큰 문제가 되고 있으며, 증가하는 이산화탄소와 다른 온실가스들의 공기 중으로의 배출은 점차 심각한 문제를 발생시키고 있다. 그에 반하여, 무공해 그린 에너지인 재생 에너지의 이용은 아직까지 전체 에너지원의 약 2% 밖에 되지 않는다. 그래서 에너지원의 문제 해결을 위한 고민들은 더욱더 신재생 에너지 개발 연구에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 바람, 물, 태양 등 신재생 에너지 중에서도 가장 관심을 받고 있는 것은 태양에너지이다. 태양에너지를 이용한 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.According to the NREL Energy Review, US National Laboratories are currently using oil, coal and gas. This amounts to 80% of the total energy source used. However, current petroleum and coal energy depletion is becoming a major problem, and increasing emissions of carbon dioxide and other greenhouse gases into the air are becoming increasingly serious. On the contrary, the use of renewable energy, which is pollution-free green energy, is still only about 2% of the total energy source. Therefore, the problems for solving the problems of the energy sources are becoming an opportunity to spur more research on the development of renewable energy. Among the renewable energy sources such as wind, water, and sun, solar energy is the most interested. Solar cells using solar energy are expected to be an energy source capable of solving future energy problems because of their low pollution, their infinite resources and their semi-permanent life span.

태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24 %정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.Solar cells are devices that can convert solar energy directly into electrical energy by applying a photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material constituting the thin film. A typical solar cell is made of p-n junction by doping crystalline silicon (Si), which is an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorption of light are diffused to the p-n junction, accelerated by the electric field, and moved to the electrode. The power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit to the solar power entering the solar cell, and is achieved up to 24% when measured under the current standardized virtual solar irradiation conditions. However, since conventional inorganic solar cells have already been limited in terms of economic efficiency and supply / demand of materials, organic solar cells, which are easy to process, have low cost and various functions, are attracting attention as long-term alternative energy sources.

초기 유기 태양 전지는 미국 UCSB의 Heeger 교수 그룹에서 주도적으로 기술 개발을 이끌었다. 유기 태양 전지는 사용되는 단분자 유기물질 또는 고분자 재료는 쉽고, 빠르게 저가, 대면적 공정이 가능한 장점을 가지고 있다.The initial organic solar cell was led by UCSB's Heeger professor group to lead the technology development. Organic solar cells have the advantages of easy, fast, low-cost, and large-area processing of monomolecular organic materials or polymer materials.

그러나, 현재까지의 연구에서는 아직 유기 태양 전지는 에너지 변환 효율이 낮은 단점이 있다. 그러므로 현 시점에서 다른 태양전지와의 경쟁력을 확보하기 위해서는 효율 향상이 매우 중요하다고 할 수 있다.However, up to now, organic solar cells still have a low energy conversion efficiency. Therefore, in order to secure competitiveness with other solar cells at present, it is very important to improve the efficiency.

Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1996))Two-layer organic photovoltaic cells (C. W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1996) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995)

본 명세서의 목적은 유기 태양 전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an organic solar cell.

본 명세서의 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 광활성층; 상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전자수송층; 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 정공수송층; 및 상기 광활성층과 상기 전자수송층 사이에 구비되는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지를 제공한다. The first electrode of the present specification; A second electrode facing the first electrode; A photoactive layer disposed between the first electrode and the second electrode; An electron transport layer provided between the photoactive layer and the first electrode; A hole transport layer provided between the photoactive layer and the second electrode; And an organic material layer including a fullerene derivative provided between the photoactive layer and the electron transporting layer. The present invention also provides an organic solar cell having an inverted structure.

또한, 본 명세서는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계; 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. The present disclosure also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; Forming a first electrode on the substrate; Forming an electron transport layer on the first electrode; Forming an organic material layer including a fullerene derivative on the electron transporting layer; Forming a photoactive layer on the organic material layer including the fullerene derivative; Forming a hole transport layer on the photoactive layer; And forming a second electrode on the hole transport layer. The present invention also provides a method of manufacturing an organic solar battery.

본 명세서에 따른 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지는 전자 전달 능력이 우수하여, 광단락 전류밀도(Jsc)의 증가 및 효율의 상승을 구현할 수 있다. An organic solar cell including an organic material layer including a fullerene derivative according to the present invention has an excellent electron transferring capability and can realize an increase in optical short-circuit current density (Jsc) and an increase in efficiency.

또한, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지는 광활성층 및 전자수송층 사이에 구비되어, 광활성층과 전자수송층 사이의 접촉이 향상되어, 필팩터(Fill Factor: FF)를 향상시켜 높은 효율을 구현할 수 있다. Further, an organic solar cell including an organic material layer including a fullerene derivative is provided between the photoactive layer and the electron transporting layer to improve contact between the photoactive layer and the electron transporting layer, thereby improving the fill factor (FF) Can be implemented.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 간단한 제조 공정으로 인하여, 생산 원가의 단축 및/또는 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. In addition, the organic solar cell according to one embodiment of the present disclosure can shorten the production cost and / or the efficiency of the process owing to the simple manufacturing process.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 권취된 구조일 수 있으며, 원통형인 경우, 여러 방향의 빛을 효율적으로 흡수하여 효율을 증가시킬 수 있다. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention can be a wound structure, and when it is cylindrical, efficiency can be increased by efficiently absorbing light in various directions.

도 1은 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 유기 태양 전지를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 따른 실시예 및 비교예의 전류밀도-전압(J-V) 특성 그래프이다.
1 shows an organic solar cell according to one embodiment.
2 shows a conventional organic solar cell.
FIG. 3 is a graph of current density-voltage (JV) characteristics of an embodiment and a comparative example according to the present invention.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 출원은 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시상태들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present application, and how to accomplish them, will be apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the present application is not limited to the illustrated embodiments but is to be accorded the widest scope consistent with the teachings of the present application. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and this application is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of the components shown in the figures may be exaggerated for clarity of description.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. In addition, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 광활성층; 상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전자수송층; 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 정공수송층; 및 상기 광활성층과 상기 전자수송층 사이에 구비되는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지를 제공한다. One embodiment of the present disclosure includes a first electrode; A second electrode facing the first electrode; A photoactive layer disposed between the first electrode and the second electrode; An electron transport layer provided between the photoactive layer and the first electrode; A hole transport layer provided between the photoactive layer and the second electrode; And an organic material layer including a fullerene derivative provided between the photoactive layer and the electron transporting layer. The present invention also provides an organic solar cell having an inverted structure.

본 명세서의 상기 유기 태양 전지의 일 실시상태를 도 1에 도시하였다. An embodiment of the organic solar cell of the present specification is shown in Fig.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드일 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the first electrode may be a cathode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the second electrode may be an anode.

본 명세서의 상기 제1 전극은 캐소드 전극일 수 있으며, 투명 전도성 산화물층 또는 금속 전극일 수 있다. The first electrode in the present specification may be a cathode electrode, and may be a transparent conductive oxide layer or a metal electrode.

본 명세서의 상기 전극이 투명 전도성 산화물층인 경우, 상기 전극은 유리 및 석영판 이외에 PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PP (polyperopylene), PI(polyimide), PC (polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxymethylene), AS 수지 (acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지 (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC (Triacetyl cellulose), PAR (polyarylate)등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질 위에 도전성을 갖는 물질이 도핑된 것이 사용될 수 있다. 구체적으로, ITO (indium tin oxide), 플루오린이 도핑된 틴 옥사이드 (fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 (aluminium doped zink oxide, AZO), IZO (indium zink oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO (antimony tin oxide) 등이 될 수 있으며, 보다 구체적으로 ITO일 수 있다.When the electrode of the present invention is a transparent conductive oxide layer, the electrode may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyperopylene (PP), polyimide (PI), polycarbornate conductive material such as plastics such as polystyrene, polyoxymethylene (POM), acrylonitrile styrene copolymer (ABS), acrylonitrile butadiene styrene copolymer and TAC (triacetyl cellulose) Materials doped may be used. Specifically, a metal oxide such as ITO (indium tin oxide), fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zink oxide (AZO), IZO (indium zink oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 and ATO (antimony tin oxide), and more specifically ITO.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 애노드일 수 있으며, 상기 제2 전극은 금속 전극일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 보다 더 구체적으로 상기 금속 전극은 은(Ag)일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second electrode may be an anode, and the second electrode may be a metal electrode. Specifically, the metal electrode may be formed of a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni) ) Or a combination thereof. More specifically, the metal electrode may be silver (Ag).

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 및/또는 제2 전극을 형성하는 단계는 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로판올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음 수분제거를 위해 가열판에서 100 ~ 250 ℃로 1 ~ 30분간, 구체적으로 250 ℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질할 수 있다. 이를 위한 전처리 기술로는 a) 평행평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등을 이용할 수 있다. 상기와 같은 표면 개질을 통하여 접합표면전위를 정공주입층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있으며, ITO 기판 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수 있다. 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택하게 되는데 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the first electrode and / or the second electrode comprises sequentially cleaning the patterned ITO substrate with a detergent, acetone, and isopropanol (IPA) To 250 ° C for 1 to 30 minutes, specifically at 250 ° C for 10 minutes, and the surface of the substrate can be modified to be hydrophilic when the substrate is completely cleaned. Pre-treatment techniques for this include a) surface oxidation using a parallel plate discharge, b) a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV ultraviolet radiation in vacuum, and c) using oxygen radicals generated by the plasma And a method of oxidizing it by the above method can be used. Through the surface modification as described above, the junction surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the hole injection layer, the formation of the polymer thin film on the ITO substrate is facilitated, and the quality of the thin film can be improved. It is possible to select one of the above methods depending on the state of the substrate. Regardless of which method is used, a substantial effect of the pretreatment can be expected in order to prevent oxygen escape from the surface of the substrate and to keep moisture and organic matter as much as possible.

본 명세서의 하기 기술한 실시예에서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용하였으며, 초음파 세정 후 패턴된 ITO 기판을 가열판 (hot plate)에서 베이킹 (baking)하여 잘 건조시킨 다음 챔버에 투입하고 UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV광과 반응하여 발생하는 오존에 의해 패턴된 ITO 기판을 세정하게 된다. 그러나, 본 발명에 있어서의 패턴된 ITO 기판의 표면 개질방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.In an embodiment of the present invention described below, a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV is used. After the ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate is baked on a hot plate, The next chamber is filled with the UV lamp, and the ITO substrate patterned by the ozone generated by the reaction of the oxygen gas with the UV light is cleaned. However, the method for modifying the surface of the patterned ITO substrate in the present invention is not particularly limited, and any method may be used as long as it is a method for oxidizing the substrate.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 역방향(Invertecd) 구조이다. In one embodiment of the present invention, the organic solar cell is an inverted structure.

본 명세서의 상기 역방향 구조의 유기 태양 전지는 일반적인 구조의 유기 태양 전지의 애노드와 캐소드가 역방향으로 구성된 것을 의미할 수 있다. 일반적인 구조의 유기 태양 전지에서 사용되는 Al층은 공기 중에서 산화반응에 매우 취약하고, 잉크화하기 곤란하여 이를 인쇄공정을 통하여 상업화하는데 제약이 있다. 그러나, 본 명세서의 상기 역방향 구조의 유기 태양 전지는 Al 대신 Ag를 사용할 수 있으므로, 일반적인 구조의 유기 태양 전지에 비하여 산화반응에 안정적이고, Ag 잉크의 제작이 용이하므로 인쇄공정을 통한 상업화에 유리한 장점이 있다. The organic solar cell having the reverse structure in this specification may mean that the anode and the cathode of the organic solar cell having a general structure are formed in the reverse direction. The Al layer used in organic solar cells of general structure is very vulnerable to oxidation reaction in the air and is difficult to be inked, so there is a limitation in commercialization through a printing process. However, since the organic solar cell of the above-described reverse structure can use Ag instead of Al, it is more stable than an organic solar cell having a general structure and is easy to produce Ag ink because it is stable in oxidation reaction. .

또한, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 전자수송층 상부에 화학적 결합으로 적층시키는 데 용이하다. Further, it is easy to laminate the organic material layer including the fullerene derivative on the electron transporting layer by chemical bonding.

본 명세서의 상기 전자수송층은 캐소드 버퍼층일 수 있다. The electron transport layer in this specification may be a cathode buffer layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층은 전도성 산화물 및 금속으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택된다.In one embodiment of the present invention, the electron transporting layer is selected from the group consisting of a conductive oxide and a metal or a combination thereof.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 전자수송층의 전도성 산화물은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the conductive oxide of the electron transport layer may be electron-extracting metal oxides, and specifically titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ).

본 명세서의 일 실시예에 따르면 상기 금속은 은 나노입자(Ag nanoparticle), 금 나노입자(Au nanoparticle), Ag-SiO2, Ag-TiO2, Au-TiO2 등의 금속 산화물을 포함한 코어쉘(core shell)물질이 될 수 있다. 상기 코어쉘 물질은 코어로 금속을 포함하고, Ag-SiO2, Ag-TiO2, Au-TiO2 등의 금속 산화물을 쉘로서 포함한다. According to one embodiment of the present invention, the metal may be a core shell including a metal oxide such as Ag nanoparticle, Ag nanoparticle, Ag-SiO 2 , Ag-TiO 2 , or Au-TiO 2 core shell material. And the core-shell material comprises a metal core and a metal oxide such as Ag-SiO 2, Ag-TiO 2, Au-TiO 2 as a shell.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 전자수송층을 포함하여, 효율을 높이고, 플러렌 유도체를 포함하는 유기층과 화학적 결합을 하여, 소자의 안정성을 높이는 역할을 한다. The organic solar cell according to one embodiment of the present invention includes an electron transporting layer, enhances the efficiency, and chemically bonds with the organic layer including the fullerene derivative, thereby enhancing the stability of the device.

본 명세서의 상기 전자수송층은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 제1 전극의 일면에 도포되거나 필름 형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.The electron transport layer may be formed on one side of the first electrode using a sputtering method, an E-beam method, a thermal evaporation method, a spin coating method, a screen printing method, an inkjet printing method, a doctor blade method or a gravure printing method, have.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 카르복실기; 히드록시기; 또는 카로복실기와 히드록시기가 동시에 치환된 플러렌 유도체를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the organic material layer including the fullerene derivative is a carboxyl group; A hydroxy group; Or a fullerene derivative in which a carboxy group and a hydroxy group are simultaneously substituted.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 카르복실기가 치환된 플러렌 유도체를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the organic material layer containing the fullerene derivative includes a fullerene derivative substituted with a carboxyl group.

본 명세서의 실시상태에 따른 카르복실기 및/또는 히드록시기가 치환된 플러렌 유도체는 전자수송층에 포함된 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)과 화학적 결합이 가능하다. 따라서, 광활성층과 전자수송층 사이에 구비된 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 광활성층과 전자수송층의 접촉력을 향상시킨다. 또한, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 전자 받는 능력이 우수한 플러렌 유도체를 포함하여, 광활성층에서 전자수송층으로의 전자 전달 능력을 향상시킬 수 있다. A fullerene derivative substituted with a carboxyl group and / or a hydroxy group according to an embodiment of the present invention is capable of chemical bonding with electron-extracting metal oxides contained in an electron transport layer. Therefore, the organic material layer including the fullerene derivative provided between the photoactive layer and the electron transporting layer improves the contact force between the photoactive layer and the electron transporting layer. In addition, the organic material layer including the fullerene derivative may include a fullerene derivative having an excellent electron accepting ability to improve the electron transferring ability from the photoactive layer to the electron transporting layer.

또한, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 광활성층과 전자수송층 사이에 구비되어 광활성층과 전자수송층 사이의 에너지 장벽을 낮춘다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태는 높은 효율의 유기 태양 전지를 제공할 수 있다. Further, the organic material layer including the fullerene derivative is provided between the photoactive layer and the electron transporting layer, thereby lowering the energy barrier between the photoactive layer and the electron transporting layer. Therefore, one embodiment of the present invention can provide a high efficiency organic solar cell.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 접한다. In one embodiment of the present invention, the electron transport layer and the organic material layer including the fullerene derivative are in contact with each other.

또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 서로 화학적 결합을 한다. In another embodiment, the electron transport layer and the organic material layer including the fullerene derivative are chemically bonded to each other.

상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체를 물 또는 알코올에 분산시킨 후, 전자수송층에 흡착시켜서 화학적으로 결합시킬 수 있다. The organic material layer containing the fullerene derivative may be chemically bonded by dispersing the fullerene derivative in water or alcohol and then adsorbing the fullerene derivative in the electron transporting layer.

구체적으로, 플러렌 유도체의 히드록시기 또는 카르복실기의 수소와 물 또는 알코올의 히드록시기가 결합하여, 탈수 반응(dehydration)으로 플러렌 유도체와 전자수송층이 공유결합을 형성한다. 예컨대, 전자수송층의 금속산화물-O-(O=)C-플러렌의 구조일 수 있다. Specifically, the hydrogen of the hydroxyl group or the carboxyl group of the fullerene derivative is combined with the hydroxyl group of the water or the alcohol, and the fullerene derivative and the electron transporting layer form a covalent bond by dehydration. For example, it may be a structure of a metal oxide -O- (O =) C-fullerene in an electron transporting layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 수송층의 계면과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층의 접하는 계면에서 화학적 결합이 형성된다. 이 경우, 물리적 및/또는 열적으로 안정성이 우수하여, 소자의 수명에서 우수한 효과를 얻을 수 있다. In one embodiment of the present invention, a chemical bond is formed at the interface between the interface of the electron transporting layer and the organic material layer including the fullerene derivative. In this case, it is excellent in physical and / or thermal stability, and an excellent effect can be obtained in the lifetime of the device.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체만을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the organic material layer including the fullerene derivative includes only a fullerene derivative.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 하기 화학식 1 내지 4 중 어느 하나로 표시된다. In one embodiment of the present invention, the fullerene derivative is represented by any one of the following formulas (1) to (4).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112013109893558-pat00001
Figure 112013109893558-pat00001

[화학식 2](2)

Figure 112013109893558-pat00002
Figure 112013109893558-pat00002

[화학식 3](3)

Figure 112013109893558-pat00003
Figure 112013109893558-pat00003

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112013109893558-pat00004
Figure 112013109893558-pat00004

화학식 1 내지 4에 있어서, In formulas (1) to (4)

n은 1 내지 10의 정수이고, n is an integer of 1 to 10,

n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 동일하거나 상이하며, When n is 2 or more, the structures in parentheses are the same or different,

Cn은 C60 내지 C120의 플러렌이고, Cn is a C 60 to C 120 fullerene,

a, b, c 및 d는 각각 1 내지 4의 정수이며, a, b, c and d are each an integer of 1 to 4,

a가 2 이상인 경우, L1은 서로 동일하거나 상이하고, When a is 2 or more, L1 is the same or different from each other,

b가 2 이상인 경우, L2는 서로 동일하거나 상이하며, When b is 2 or more, L2 is the same or different from each other,

c가 2 이상인 경우, L3는 서로 동일하거나 상이하고, When c is 2 or more, L 3 are the same or different from each other,

d가 2 이상인 경우, L4는 서로 동일하거나 상이하며, When d is 2 or more, L 4 are the same or different from each other,

L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,L1 to L4 are the same or different and each independently represents a substituted or unsubstituted alkylene group; A substituted or unsubstituted alkenylene group; A substituted or unsubstituted arylene group; Or a divalent substituted or unsubstituted heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms,

R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트로기; 니트릴기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 에스터기; 카보닐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다. R1 and R2 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitro group; A nitrile group; Imide; Amide group; A hydroxy group; Ester group; A carbonyl group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted arylalkyl group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms.

상기 괄호 내의 구조는 플러렌 유도체의 플러렌 골격을 구성하는 탄소 원자와 결합할 수 있으며, 결합 가능한 부위라면 그 위치를 한정하지 않는다. The structure in the parentheses can be bonded to the carbon atom constituting the fullerene skeleton of the fullerene derivative, and the position is not limited if it is a bondable site.

또한, 본 명세서에서 카르복실기 및/또는 히드록시기가 치환된 플러렌 유도체라면 그 구조를 한정하지 않는다. 플러렌 유도체와 카르복실기 및/또는 히드록시기를 연결하는 구조는 상기 화학식 1 및 2와 같이 단일 결합일 수 있고, 화학식 3 및 4와 같이 삼각 고리를 형성할 수 있다. 그 외에도, 4각 내지 8각 고리도 포함할 수 있으며, 이를 한정하지 않는다. In the present specification, the structure is not limited as long as it is a fullerene derivative substituted with a carboxyl group and / or a hydroxy group. The structure connecting the fullerene derivative and the carboxyl group and / or the hydroxy group may be a single bond as shown in the above formulas (1) and (2), and may form a triangular ring as shown in the following formulas (3) and (4). In addition, it may include, but is not limited to, quadrangular to octagonal rings.

본 명세서에서 상기 삼각 고리는

Figure 112013109893558-pat00005
,
Figure 112013109893558-pat00006
,
Figure 112013109893558-pat00007
,
Figure 112013109893558-pat00008
,
Figure 112013109893558-pat00009
등의 구조일 수 있으며, 이를 한정하지 않는다. In this specification, the triangular ring
Figure 112013109893558-pat00005
,
Figure 112013109893558-pat00006
,
Figure 112013109893558-pat00007
,
Figure 112013109893558-pat00008
,
Figure 112013109893558-pat00009
And the like, but it is not limited thereto.

상기 구조에서 *는 플러렌 유도체의 탄소 원자를 의미한다. In the above structure, * denotes a carbon atom of the fullerene derivative.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 내지 L4는 이중결합을 포함한다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 내지 L4는 공액(conjugated) 구조를 포함한다. In one embodiment of the present disclosure, L1 to L4 include a double bond. In one embodiment of the present specification, L1 to L4 include a conjugated structure.

이 경우, 전자수송층으로부터 전자를 받아 플러렌 유도체로 전달하는 전자수송능력이 높아질 수 있다. In this case, the electron transporting ability to receive electrons from the electron transporting layer and transfer them to the fullerene derivative can be enhanced.

구체적으로 하나의 실시상태에 있어서, L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 2가의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다. Specifically, in one embodiment, L1 to L4 are the same or different and each independently represents a substituted or unsubstituted alkenylene group; A substituted or unsubstituted arylene group; Or a divalent substituted or unsubstituted heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms.

상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다. Illustrative examples of such substituents are set forth below, but are not limited thereto.

본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 에스터기; 카보닐기; 카복실기; 히드록시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로아릴기; 카바졸기; 아릴아민기; 아릴기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. As used herein, the term " substituted or unsubstituted " A halogen group; An alkyl group; An alkenyl group; An alkoxy group; Ester group; A carbonyl group; A carboxyl group; A hydroxy group; A cycloalkyl group; Silyl group; An arylalkenyl group; An aryloxy group; An alkyloxy group; An alkylsulfoxy group; Arylsulfoxy group; Boron group; An alkylamine group; An aralkylamine group; An arylamine group; A heteroaryl group; Carbazole group; An arylamine group; An aryl group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; And a heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms, or does not have any substituent (s).

본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.In the present specification, the halogen group may be fluorine, chlorine, bromine or iodine.

본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the number of carbon atoms of the imide group is not particularly limited, but is preferably 1 to 25 carbon atoms. Specifically, it may be a compound having the following structure, but is not limited thereto.

Figure 112013109893558-pat00010
Figure 112013109893558-pat00010

본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the amide group may be mono- or di-substituted by nitrogen of the amide group with hydrogen, a straight-chain, branched-chain or cyclic alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 25 carbon atoms. Specifically, it may be a compound of the following structural formula, but is not limited thereto.

Figure 112013109893558-pat00011
Figure 112013109893558-pat00011

본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the ester group may be substituted with a straight-chain, branched or cyclic alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 25 carbon atoms in the ester group. Specifically, it may be a compound of the following structural formula, but is not limited thereto.

Figure 112013109893558-pat00012
Figure 112013109893558-pat00012

본 명세서에 있어서, 카보닐기는

Figure 112013109893558-pat00013
로 표시될 수 있다. In the present specification, a carbonyl group is
Figure 112013109893558-pat00013
. ≪ / RTI >

상기 R은 수소; 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기; 탄소수 3 내지 60의 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 탄소수 7 내지 50의 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 탄소수 6 내지 60의 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다. R is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 60 carbon atoms; A substituted or unsubstituted arylalkyl group having 7 to 50 carbon atoms; A substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 60 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms containing at least one of N, O and S atoms.

본 명세서에 있어서, 이민기는

Figure 112013109893558-pat00014
또는
Figure 112013109893558-pat00015
로 표시될 수 있다. R 및R'는 서로 동일하거나 상이하고, 수소; 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다. In the present specification,
Figure 112013109893558-pat00014
or
Figure 112013109893558-pat00015
. ≪ / RTI > R and R 'are the same or different from each other and represent hydrogen; A straight, branched or cyclic, substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 25 carbon atoms.

본 명세서에 있어서, 상기 에테르기는

Figure 112013109893558-pat00016
로 표시될 수 있다. R은 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다. 구체적으로 Z1 내지 Z3는 서로 동일하거나 상이하고, 탄소수 6 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기이다. In the present specification, the ether group
Figure 112013109893558-pat00016
. ≪ / RTI > R is a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 25 carbon atoms. Specifically, Z 1 to Z 3 are the same or different and each is a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group having 6 to 25 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 25 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 에테르기는 알킬에테르기이다. In one embodiment of the present invention, the ether group is an alkyl ether group.

본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 50. Specific examples include methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec- N-pentyl, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl, n-hexyl, N-octyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, n-nonyl, 2,2-dimethyl Heptyl, 1-ethyl-propyl, 1,1-dimethyl-propyl, isohexyl, 2-methylpentyl, 4-methylhexyl, 5-methylhexyl and the like.

본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. In the present specification, the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 60 carbon atoms. Specific examples thereof include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, 3-methylcyclopentyl, 2,3-dimethylcyclopentyl, But are not limited to, 3-methylcyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, 2,3-dimethylcyclohexyl, 3,4,5-trimethylcyclohexyl, 4-tert- butylcyclohexyl, cycloheptyl, Do not.

본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkoxy group may be linear, branched or cyclic. The number of carbon atoms of the alkoxy group is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 carbon atoms. Specific examples include methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, i-propyloxy, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, N-hexyloxy, n-hexyloxy, 3,3-dimethylbutyloxy, 2-ethylbutyloxy, n-octyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, benzyloxy, But is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 상기 아릴알킬기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 아릴알킬기의 탄소수는 7 내지 50이다. 구체적으로 아릴부분은 탄소수 6 내지 49이고, 알킬 부분은 탄소수 1 내지 44이다. 구체적인 예로는 벤질기기, p-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-에틸벤질기, m-에틸벤질기, 3,5-디메틸벤질기, α-메틸벤질기, α,α-디메틸벤질기, α,α-메틸페닐벤질기, 1-나프틸벤질기, 2-나프틸벤질기, p-플루오르벤질기, 3,5-디플루오르벤질기, α,α-디트리플루오로메틸벤질기, p-메톡시벤질기, m-메톡시벤질기, α-페녹시벤질기, α-벤질기옥시벤질기, 나프틸메틸기, 나프틸에틸기, 나프틸이소프로필기, 피롤릴메틸기, 피롤렐에틸기, 아미노벤질기, 니트로벤질기, 시아노벤질기, 1-히드록시-2-페닐이소프로필기, 1-클로로-2-페닐이소프로필기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. In the present specification, the number of carbon atoms of the arylalkyl group is not particularly limited, but in one embodiment of the present specification, the arylalkyl group has 7 to 50 carbon atoms. Specifically, the aryl moiety has 6 to 49 carbon atoms and the alkyl moiety has 1 to 44 carbon atoms. Specific examples thereof include benzyl group, p-methylbenzyl group, m-methylbenzyl group, p-ethylbenzyl group, m-ethylbenzyl group, 3,5-dimethylbenzyl group, Group, an?,? -Methylphenylbenzyl group, a 1-naphthylbenzyl group, a 2-naphthylbenzyl group, a p-fluorobenzyl group, a 3,5-difluorobenzyl group, , p-methoxybenzyl group, m-methoxybenzyl group,? -phenoxybenzyl group,? -benzyloxybenzyl group, naphthylmethyl group, naphthylethyl group, naphthylisopropyl group, pyrrolylmethyl group, But are not limited to, an ethyl group, an aminobenzyl group, a nitrobenzyl group, a cyanobenzyl group, a 1-hydroxy-2-phenylisopropyl group, a 1-chloro-2-phenylisopropyl group and the like.

본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkenyl group may be straight-chain or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 40. Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, Butenyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, (Diphenyl-1-yl) vinyl-1-yl, stilbenyl, stilenyl, and the like.

본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다. In the present specification, the silyl group specifically includes a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a t-butyldimethylsilyl group, a vinyldimethylsilyl group, a propyldimethylsilyl group, a triphenylsilyl group, a diphenylsilyl group, But are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 비페닐기, 트라이페닐기, 터페닐기, 스틸벤기 등의 단환식 방향족 및 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타센닐기, 트리페닐렌기, 플루오란텐(fluoranthene)기 등의 다환식 방향족등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the aryl group may be monocyclic, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 6 to 60 carbon atoms. Specific examples of the aryl group include monocyclic aromatic and naphthyl groups such as phenyl group, biphenyl group, triphenyl group, terphenyl group and stilbene group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, pyrenyl group, perylenyl group, tetracenyl group, A cyclic aromatic group such as a fluorenyl group, an acenaphthacenyl group, a triphenylene group, and a fluoranthene group, but is not limited thereto.

본 명세서에서 상기 플루오레닐기는 열린 플루오레닐기의 구조를 포함하며, 여기서 열린 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조에서 한쪽 고리 화합물의 연결이 끊어진 상태의 구조이다.In the present specification, the fluorenyl group includes a structure of an open fluorenyl group, wherein the open fluorenyl group is a structure in which one ring compound is disconnected in a structure in which two ring organic compounds are connected via one atom.

상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,

Figure 112013109893558-pat00017
,
Figure 112013109893558-pat00018
,
Figure 112013109893558-pat00019
Figure 112013109893558-pat00020
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.When the fluorenyl group is substituted,
Figure 112013109893558-pat00017
,
Figure 112013109893558-pat00018
,
Figure 112013109893558-pat00019
And
Figure 112013109893558-pat00020
And the like. However, the present invention is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 헤테로 고리기 또는 헤테로 아릴기는 이종원자로 O, N 및 S를 1 이상 포함하는 헤테로 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline) 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. In the present specification, the heterocyclic group or heteroaryl group is a hetero ring group containing at least one of O, N and S as a heteroatom, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 60 carbon atoms. Examples of the heterocyclic group include a thiophene group, a furan group, a pyrrolyl group, an imidazole group, a thiazole group, an oxazole group, an oxadiazole group, a triazole group, a pyridyl group, a bipyridyl group, a triazine group, , A quinolinyl group, an isoquinoline group, an indole group, a carbazole group, a benzoxazole group, a benzoimidazole group, a benzothiazole group, a benzocarbazole group, a benzothiophene group, a dibenzothiophene group, a benzofuranyl group, (phenanthroline), dibenzofuranyl group, and the like, but are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 상기 헤테로아릴옥시기 중의 헤테로아릴은 전술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2-메틸페닐티옥시기, 4-tert-부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p-톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the present specification, the heteroaryl in the heteroaryloxy group may be selected from the examples of the above-mentioned heteroaryl group. In the present specification, the aryl group in the aryloxy group, the arylthioxy group, the arylsulfoxy group and the aralkylamine group is the same as the aforementioned aryl group. Specific examples of the aryloxy group include phenoxy, p-tolyloxy, m-tolyloxy, 3,5-dimethyl-phenoxy, 2,4,6-trimethylphenoxy, Naphthyloxy, 4-methyl-1-naphthyloxy, 5-methyl-2-naphthyloxy, 1-anthryloxy, 2-anthryl Phenanthryloxy, 9-phenanthryloxy and the like. Examples of the arylthioxy group include phenylthio group, 2-methylphenylthio group, 4-tert-butylphenyl And the like. Examples of the aryl sulfoxy group include a benzene sulfoxy group and a p-toluenesulfoxy group. However, the present invention is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, 알킬아민기 및 아랄킬아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert-부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkyl group in the alkylthio group, alkylsulfoxy group, alkylamine group, and aralkylamine group is the same as the alkyl group described above. Specific examples of the alkyloxy group include a methylthio group, an ethylthio group, a tert-butylthio group, a hexylthio group and an octylthio group. Examples of the alkylsulfoxy group include a mesyl group, an ethylsulfoxy group, a propylsulfoxy group, But are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the number of carbon atoms of the amine group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30. Specific examples of the amine group include a methylamine group, a dimethylamine group, an ethylamine group, a diethylamine group, a phenylamine group, a naphthylamine group, a biphenylamine group, an anthracenylamine group, a 9- , A diphenylamine group, a phenylnaphthylamine group, a ditolylamine group, a phenyltolylamine group, a triphenylamine group, and the like, but are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. In the present specification, examples of the arylamine group include a substituted or unsubstituted monoarylamine group, a substituted or unsubstituted diarylamine group, or a substituted or unsubstituted triarylamine group. The aryl group in the arylamine group may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. The arylamine group having at least two aryl groups may contain a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group at the same time.

아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specific examples of the arylamine group include phenylamine, naphthylamine, biphenylamine, anthracenylamine, 3-methylphenylamine, 4-methyl-naphthylamine, 2-methyl- But are not limited to, cenylamine, diphenylamine, phenylnaphthylamine, ditolylamine, phenyltolylamine, carbazole and triphenylamine groups.

본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다. In the present specification, the heteroaryl group in the heteroarylamine group can be selected from the examples of the above-mentioned heterocyclic group.

본 명세서에 있어서, 알킬렌기, 아릴렌기는 각각 알킬기, 아릴기에 결합위치가 두 개 있는 것 즉, 2가기를 의미한다. 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기 및 아릴기의 설명이 적용될 수 있다. In the present specification, an alkylene group and an arylene group each mean an alkyl group or an aryl group having two bonding positions, that is, a divalent group. 2, the description of the alkyl and aryl groups described above may be applied.

본 명세서의 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 광활성 물질로서, 전자주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함한다. 본 명세서에서 광활성 물질은 상기 전자주개 물질 및 상기 전자받개 물질을 의미할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the photoactive layer is a photoactive material, including an electron donor material and an electron acceptor material. In this specification, the photoactive material may mean the electron donor material and the electron acceptor material.

상기 광활성층은 광 여기에 의하여 상기 전자주개 물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자주개/전자받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자주개 물질 및 전자받개 물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1 전극과 제2 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.In the photoactive layer, the electron donor material forms excitons paired with electrons and holes by photoexcitation, and the excitons are separated into electrons and holes at the interface of the electron donor / electron acceptor. The separated electrons and holes move to the electron donor material and the electron acceptor material, respectively, and they are collected in the first electrode and the second electrode, respectively, so that they can be used as electric energy from the outside.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 벌크 이종 접합구조 또는 이중층 접합구조일 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조는 벌크 헤테로정션(BHJ: bulk heterojunction) 접합형일 수 있으며, 상기 이중층 접합구조는 바이레이어(bi-layer) 접합형일 수 있다.  Further, in one embodiment of the present specification, the photoactive layer may be a bulk heterojunction structure or a double layer junction structure. The bulk heterojunction structure may be a bulk heterojunction (BHJ) junction type, and the bilayer junction structure may be a bi-layer junction type.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1:10 내지 10:1일 수 있다. 구체적으로 본 명세서의 상기 전자받개 물질과 전자 주개 물질의 질량비는 1: 0.5 내지 1: 5일 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the mass ratio of the electron donor material and the electron donor material may be from 1:10 to 10: 1. Specifically, the mass ratio of the electron-accepting material to the electron-donating material in the present specification may be 1: 0.5 to 1: 5.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자주개 물질은 적어도 한 종의 전자 공여체; 또는 적어도 한 종의 전자수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 공여체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 공여물질은 적어도 한 종의 전자 수용체와 적어도 한 종의 전자 공여체의 중합체를 포함한다. According to one embodiment of the present disclosure, the electron donor material comprises at least one electron donor; Or a polymer of at least one electron acceptor and at least one electron donor. The electron donor may include at least one kind of electron donor. Further, the electron donor material includes a polymer of at least one kind of electron acceptor and at least one kind of electron donor.

구체적으로 상기 전자주개 물질은 MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene])를 시작으로 티오펜계, 플루오렌계, 카바졸계 등의 다양한 고분자 물질 및 단분자 물질일 수 있다. Specifically, the electron donor may be selected from the group consisting of thiophene, fluorene, carbazole, etc. based on MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) Of various polymeric and monomolecular materials.

구체적으로, 상기 단분자 물질은 구리(Ⅱ)프탈로시아닌(Copper(Ⅱ) phthalocyanine), 아연프탈로시아닌(zinc phthalocyanine), 트리스[4-(5-디사이노메틸이덴메틸-2-티에닐)페닐]아민(tris[4-(5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl)phenyl]amine), 2,4-비스[4-(N,N-디벤질아미노)-2,6-디히드록시페닐]스쿠아레인(2,4-bis[4-(N,N-dibenzylamino)-2,6-dihydroxyphenyl]squaraine), 벤즈[b]안트라센(benz[b]anthracene), 및 펜타센(pentacene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.Specifically, the monomolecular material is selected from the group consisting of copper (II) phthalocyanine, zinc phthalocyanine, tris [4- (5-decynomethylidene methyl- Amine (tris [4- (5-dicyanomethylidenemethyl-2-thienyl) phenyl] amine, 2,4-bis [4- (N, N- dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] (2,4-bis [4- (N, N-dibenzylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squaraine, benz [b] anthracene, and pentacene. ≪ / RTI >

구체적으로, 상기 고분자 물질은 폴리 3-헥실 티오펜 (P3HT: poly 3-hexyl thiophene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'-7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2,ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benxothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7(Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PSiF-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole])로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. Specifically, the polymer material may be poly-3-hexyl thiophene (P3HT), poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole- 2 ', 3'-benzothiadiazole)], PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2, ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ 1-b, 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7- (2,1,3-benxothiadiazole)], PFO-DBT (poly [2,7- (9,9- ) -tallow-5,5- (4,7-di2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)], PTB7 (Poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [ , 2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2- (2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4- b] thiophenediyl] DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctyl-dibenzosilole) -alt-4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole] Or more species.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자받게 물질은 플러렌 유도체 또는 비플러렌 유도체일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electron accepting material may be a fullerene derivative or a non-fullerene derivative.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C60 내지 C90의 플러렌 유도체이다. 구체적으로, 상기 플러렌 유도체는 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러레 유도체일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the fullerene derivative is a fullerene derivative of C60 to C90. Specifically, the fullerene derivative may be a C60 fullerene derivative or a C70 fullerene derivative.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 C60 플러렌 유도체 또는 C70 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the C60 fullerene derivative or the C70 fullerene derivative is independently selected from the group consisting of hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; Imide; Amide group; A hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; And a substituted or unsubstituted heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms, or two adjacent substituents may be further substituted with a substituent forming a condensed ring.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체는 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fullerene derivative may be selected from the group consisting of a C76 fullerene derivative, a C78 fullerene derivative, a C84 fullerene derivative, and a C90 fullerene derivative.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 C76 플러렌 유도체, C78 플러렌 유도체, C84 플러렌 유도체 및 C90 플러렌 유도체는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 인접한 2개의 치환기는 축합고리를 형성하는 치환기로 추가로 치환될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the C76 fullerene derivative, the C78 fullerene derivative, the C84 fullerene derivative, and the C90 fullerene derivative are each independently selected from the group consisting of hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; Imide; Amide group; A hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; And a substituted or unsubstituted heterocyclic group containing at least one of N, O and S atoms, or two adjacent substituents may be further substituted with a substituent forming a condensed ring.

상기 플러렌 유도체는 비 플러렌유도체에 비하여, 전자-정공 쌍(exciton, electron- hole pair)을 분리하는 능력과 전하 이동도가 우수해 효율 특성에 유리하다. The fullerene derivative has an ability to separate excitons (electron-hole pairs) and an excellent charge mobility as compared with the non-fullerene derivative, which is advantageous for the efficiency characteristics.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 벌크헤테로 정션(BHJ: bulk heterojunction)을 형성할 수 있다. 본 명세서의 상기 광활성층은 상기 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 혼합된 후에 특성을 최대화 시키기 위하여 30 ℃ 내지 300 ℃에서 1 초 내지 24 시간동안 어닐링할 수 있다. The photoactive layer according to one embodiment of the present disclosure may form bulk heterojunction (BHJ) with the electron donor material and the electron acceptor material. The photoactive layer may be annealed at 30 ° C to 300 ° C for 1 second to 24 hours to maximize the characteristics after the electron donor and electron donor materials are mixed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 폴리 3-헥실 티오펜 [P3HT: poly 3-hexyl thiophene]을 전자주개 물질로 하고, [6,6]-페닐-C61-부틸산 메틸에스테르 (PC61BM) 및/또는 [6,6]-페닐-C71-부틸산 메틸에스테르 (PC71BM)를 전자받개 물질로 포함할 수 있다. In one embodiment of this disclosure, the optically active layer is poly 3-hexyl thiophene [P3HT: poly 3-hexyl thiophene ] to the electron donor material, and [6,6] -phenyl -C 61 - butyric acid methyl ester (PC 61 BM) and / or [6,6] -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester (PC 71 BM) as electron acceptor materials.

본 명세서의 일 실사상태에 있어서, 상기 전자주개 물질과 전자받개 물질의 질량비는 1: 0.4 내지 1: 2일 수 있으며, 구체적으로 1: 0.7일 수 있다. 다만 상기 광활성층은 위 물질에만 한정되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the mass ratio of the electron donor material and the electron donor material may be 1: 0.4 to 1: 2, and specifically 1: 0.7. However, the photoactive layer is not limited to the above materials.

상기와 같은 광활성 물질들은 유기 용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅 등의 방법으로 50 nm에서 280 nm 범위의 두께로 광 활성층을 도입한다. 이때, 광 활성층은 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법을 응용할 수 있다. The photoactive material is dissolved in an organic solvent, and then the photoactive layer is introduced into the solution at a thickness ranging from 50 nm to 280 nm by spin coating or the like. At this time, dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting and the like can be applied to the photoactive layer.

또한, 상기 전자수용체는 PC61BM을 포함하여, C70, C76, C78, C80, C82, C84등의 다른 플러렌 유도체를 사용할 수도 있으며, 코팅된 박막은 80 ℃ ~ 160 ℃에서 열처리하여 전도성 고분자의 결정성을 높여주는 것이 좋다. 구체적으로, 본 명세서의 유기 태양 전지는 역방향(inverted) 구조이며, 이 경우 120 ℃로 어닐링 전처리(pre-annealing)를 할 수 있다.The electron acceptor may include other fullerene derivatives such as C70, C76, C78, C80, C82, and C84, including PC 61 BM. The coated thin film may be heat treated at 80 to 160 ° C to form crystals of the conductive polymer It is good to raise the castle. Specifically, the organic solar cell of the present invention has an inverted structure, and in this case, annealing pre-annealing can be performed at 120 ° C.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the organic solar cell further comprises one or more organic layers in the group consisting of a hole injecting layer, a hole transporting layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, an electron injecting layer and an electron transporting layer .

본 명세서의 상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 전자와 정공을 광활성층으로 효율적으로 전달시킴으로써, 생성되는 전하가 전극으로 이동되는 확률을 높이는 물질이 될 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.The hole transporting layer and / or the electron transporting layer material of the present invention may be a material that increases the probability that electrons and holes are efficiently transferred to the electrode by efficiently transferring electrons and holes to the photoactive layer, but is not particularly limited.

본 명세서의 상기 정공수송층은 애노드 버퍼층일 수 있다. The hole transport layer in this specification may be an anode buffer layer.

상기 전처리된 광 활성층의 상부에는 정공수송층이 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅, 열증착 등의 방법을 통해 도입될 수 있다. 이 경우, 주로 전도성 고분자 용액으로서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트) [PEDOT:PSS]이 사용되며, 정공추출금속 산화물(hole-extracting metal oxides) 물질로는 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(V2O5), 니켈 산화물(NiO), 텅스텐 산화물(WOx) 등을 사용할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층은 MoO3를 열증착 시스템을 통해 5 nm ~ 10 nm 의 두께로 형성될 수 있다.A hole transport layer may be introduced onto the pre-treated photoactive layer through spin coating, dip coating, inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting, thermal evaporation or the like. In this case, poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrenesulfonate) [PEDOT: PSS] is mainly used as a conductive polymer solution, and hole-extracting metal oxides Molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), nickel oxide (NiO), tungsten oxide (WO x ), and the like can be used. According to an embodiment of the present invention, the hole transport layer may be formed to a thickness of 5 nm to 10 nm through a thermal deposition system of MoO 3 .

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 권취된 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 태양 전지는 유연한 필름 형태로 제조가 가능하며, 이를 원통형으로 말아 속이 비어 있는 권취된 구조의 태양전지로 만들 수 있다. 상기 유기 태양 전지가 권취된 구조인 경우, 이를 지면에 세워 놓는 방식으로 설치할 수 있다. 이 경우, 상기 유기 태양 전지를 설치한 위치의 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 동안, 빛의 입사각이 최대가 되는 부분을 확보할 수 있다. 따라서, 태양이 떠 있는 동안, 최대한 많은 빛을 흡수하여 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the organic solar cell may be a wound structure. Specifically, the organic solar cell can be manufactured in the form of a flexible film, and it can be made into a cylindrical solar cell having a winding structure that is hollow. When the organic solar cell is a structure in which the organic solar cell is wound, it can be installed in a manner to stand on the ground. In this case, it is possible to secure a portion where the angle of incidence of light is maximized while the sun at the location where the organic solar cell is installed moves from east to west. Thus, while the sun is floating, it has the advantage of absorbing as much light as possible and increasing efficiency.

본 명세서의 일 실시상태는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계; 상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계; 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계; 상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및 상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. One embodiment of the present disclosure provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; Forming a first electrode on the substrate; Forming an electron transport layer on the first electrode; Forming an organic material layer including a fullerene derivative on the electron transporting layer; Forming a photoactive layer on the organic material layer including the fullerene derivative; Forming a hole transport layer on the photoactive layer; And forming a second electrode on the hole transport layer. The present invention also provides a method of manufacturing an organic solar battery.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 카르복실기; 히드록시기; 또는 카르복실기와 히드록시기가 동시에 치환된 플러렌 유도체를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the organic material layer including the fullerene derivative is a carboxyl group; A hydroxy group; Or a fullerene derivative in which a carboxyl group and a hydroxy group are simultaneously substituted.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 물 또는 알코올에 분산시켜 전자수송층에 흡착하는 단계로 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of dispersing the fullerene derivative in water or alcohol and adsorbing the fullerene derivative in the electron transporting layer may form an organic material layer containing the fullerene derivative.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플러렌 유도체를 물 또는 알코올에 분산 시켜, 전자수송층에 흡착 시킨 후, 화학적 결합으로 전자수송층 상부에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하고, 화학적 결합을 하지 않은 플러렌 유도체는 물 또는 알코올로 제거할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fullerene derivative is dispersed in water or an alcohol and is adsorbed on the electron transporting layer. Then, an organic material layer containing a fullerene derivative is formed on the electron transporting layer by chemical bonding, Unfractionated fullerene derivatives can be removed with water or alcohol.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지에서 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층, 제1 전극, 제2 전극, 광활성층, 정공수송층, 전자수송층 및 플러렌 유도체는 상기에서 전술한 바와 동일하다. The organic material layer including the fullerene derivative, the first electrode, the second electrode, the photoactive layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the fullerene derivative in the organic solar cell according to one embodiment of the present invention are the same as those described above.

본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.In this specification, the substrate may be a glass substrate or a transparent plastic substrate having excellent transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness, but is not limited thereto, and is not limited as long as it is a substrate commonly used in organic solar cells. Specific examples include glass or polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetyl cellulose (TAC) But is not limited thereto.

본 명세서에서의 "상"은 하나의 층 위에 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다. As used herein, the term "phase" does not only mean that it is placed on one layer but may mean that it is positioned on the position. That is, the layers located on any one layer may have other layers in between.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 단층 유기 태양전지를 제조하는 단계는 정공수송층을 형성하는 단계 및 전자수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of fabricating the single-layer organic solar cell may further include a step of forming a hole transporting layer and a step of forming an electron transporting layer.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 세정 후 표면을 친수성으로 개질하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the first electrode may include a step of hydrophilizing the surface after cleaning.

본 명세서의 상기 유기 태양 전지의 이해를 돕기 위하여, 하기 실시예 및 비교예를 통하여 설명한다. 다만, 본 명세서의 범위는 실시예에 한정되는 것은 아니다. In order to facilitate understanding of the organic solar cell of this specification, the following examples and comparative examples will be described. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.

[[ 실시예Example 1]  One]

(1) 패턴된 ITO 기판의 세정(1) Cleaning of patterned ITO substrate

패턴된 ITO glass (면저항: ~11.5 Ω/sq, 신안 SNP)기판의 표면을 세정하기 위하여, 세정제, 아세톤, 및 이소프로판올 (IPA)을 사용해 순차적으로 각각 20분씩 초음파 세정을 실시한 후, 질소로 물기를 완전히 불어낸 다음 가열판에서 250 ℃로 10분간 건조해 수분을 완전히 제거하였다. 패턴된 ITO 기판의 세정이 완료되면, UVO 세정기 (UVO cleaner, Ahtech LTS, 한국)에서 30분 동안 표면을 개질하였다.Patterned ITO glass (substrate resistance: ~ 11.5 Ω / sq, Shinan SNP) In order to clean the surface of the substrate, ultrasonic cleaning was performed for 20 minutes each using a cleaning agent, acetone, and isopropanol (IPA) After thoroughly blowing, the substrate was dried on a hot plate at 250 ° C for 10 minutes to completely remove moisture. Once the patterned ITO substrate was cleaned, the surface was modified in a UVO scrubber (UVO cleaner, Ahtech LTS, Korea) for 30 minutes.

(2) 전자수송층의 제조(2) Preparation of electron transport layer

미리 가수분해(hydrolysis) 반응을 이용하여 산화 아연 전구체(ZnO precursor solution)를 만들고, 이 산화아연(ZnO) 용액을 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다.A ZnO precursor solution is prepared using a hydrolysis reaction in advance and the zinc oxide (ZnO) solution is spin-coated, and then the remaining solvent is removed by heat treatment to form an electron transport layer Completed.

(3)플러렌 유도체를 포함하는 유기물층의 제조 (3) Preparation of an organic material layer containing a fullerene derivative

0.3 mM의 하기 플러렌 1로 표시되는 플러렌 유도체를 이소프로판올(IPA)에 녹이거나 분산시켜 0.3mM의 용액을 만들었다. 전자수송층까지 제조된 필름을 이 용액에 담가두고, 용매가 휘발되지 않게 공기 중에 장기간 놓아두었다. 이렇게 전자수송층에 플러렌 화합물을 붙인 필름을 다시 꺼내어 이소프로판올에 헹구고, 공기중에서 건조시켰다. A fullerene derivative represented by 0.3 mM of the following fullerene 1 was dissolved or dispersed in isopropanol (IPA) to prepare a 0.3 mM solution. The film prepared up to the electron transporting layer was immersed in this solution, and the solvent was allowed to stand in the air for a long time so that the solvent was not volatilized. The film having the fullerene compound adhered to the electron transport layer was taken out again, rinsed in isopropanol, and dried in the air.

[플러렌 1][Fullerene 1]

n: 1 내지 5n: 1 to 5

플러렌: C60의 플러렌 Fullerene: C60 fullerene

(4) 광활성층의 제조(4) Production of photoactive layer

P3HT와 PC61BM을 1:0.7의 중량비로 혼합한 광 활성층 재료를 클로로벤젠 용매에 2 중량% 농도로 용해시키고, 상기의 전자수송층이 도입된 ITO 기판에 스핀 코팅하여 각각 약 80 nm의 광 활성층을 형성하였다.A photoactive layer material obtained by mixing P3HT and PC 61 BM in a weight ratio of 1: 0.7 was dissolved in a chlorobenzene solvent at a concentration of 2 wt%, and spin-coated on the ITO substrate into which the electron transport layer was introduced to form a photoactive layer .

(5) 정공수송층의 제조(5) Production of hole transport layer

열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 5 내지 10 nm의 다양한 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. In the thermal evaporator, MoO 3 was deposited at a thickness of 5 to 10 nm at a rate of 0.2 Å / s to form a hole transport layer.

(6) 역방향 구조의 유기 태양 전지의 제조(6) Fabrication of reverse-structured organic solar cell

상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.In this order, Ag was deposited in a thermal evaporator at a rate of 1 Å / s to form a 100 nm organic solar cell.

[[ 비교예Comparative Example ]]

상기 실시예 1에서 (3)의 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 제조하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared using the 2 wt% concentration of P3HT and PC 61 BM in the same manner as in Example 1, except that the organic material layer containing the fullerene derivative (3) in Example 1 was prepared.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 유기 태양 전지의 전기 광학적 특성을 측정하기 위하여 ABET solar simulator를 이용해 표준조건 (Air mass 1.5 Global, 100mW/cm2)에서 전류-전압 밀도를 측정하였다. In order to measure the electrooptical characteristics of the organic solar cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1, current-voltage densities were measured under standard conditions (Air mass 1.5 Global, 100 mW / cm 2 ) using an ABET solar simulator.

상기 유기 태양 전지들의 광단락전류밀도(J sc), 광개방전압(V oc), 필팩터(Fill Factor; FF) 및 에너지 변환효율은 하기 표 1에 나타내었다.The optical short-circuit current density J sc , the open-circuit voltage V oc , the fill factor (FF) and the energy conversion efficiency of the organic solar cells are shown in Table 1 below.

이때, Fill Factor(FF)는 최대 전력점에서 전압값(V max) × 전류밀도(J max)/(V oc × J sc), 에너지 변환효율은 FF × (J sc × V oc)/Pin, Pin=100 [㎽/㎠]으로 계산하였다.At this time, the fill factor (FF) is the voltage value ( V max ) × the current density ( J max ) / ( V oc × J sc ) at the maximum power point, the energy conversion efficiency is FF × ( J sc × V oc ) / P in , And P in = 100 [mW / cm < 2 >].

표 1에서는 비교예는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 사용하지 않은 유기 태양 전지의 전류-전압 밀도를 측정한 것이고, 실시예 1은 전자수송층과 광활성층 사이에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하여 측정한 것이다. In Table 1, the comparative example is a measurement of the current-voltage density of an organic solar cell that does not use an organic material layer including a fullerene derivative. In Example 1, an organic material layer containing a fullerene derivative is formed between the electron transporting layer and the photoactive layer It is.

플러렌Fullerene J sc
(mA/cm2)
J sc
(mA / cm 2 )
V oc
(V)
V oc
(V)
FFFF η(%)侶 (%)
실시예 1Example 1 플러렌 1Fullerene 1 10.3910.39 0.6340.634 0.5890.589 3.893.89 비교예 1Comparative Example 1 -- 9.859.85 0.6200.620 0.5310.531 3.253.25

상기 표 1 및 도 3에서 알 수 있 듯이, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 광단락전류밀도와 필팩터가 증가하여 효율은 약 20% 증가함을 확인할 수 있다. 즉, 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하는 역방향 구조의 유기 태양 전지는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하지 않는 유기 태양 전지에 비하여, 전자 전달 능력이 향상되어, 광단락전류밀도가 증가하고, 광활성층과 전자수송층 사이의 접촉 향상으로 필팩터도 증가한다. 이에 따라서, 높은 효율을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 1 and FIG. 3, comparing Example 1 with Comparative Example 1, it can be seen that the optical short-circuit current density and the fill factor increase and the efficiency increases by about 20%. That is, an organic solar cell having a reverse structure including an organic material layer including a fullerene derivative has an improved electron transporting capability and an increased optical short-circuit current density as compared with an organic solar cell containing no organic material layer containing a fullerene derivative, The improvement in contact between the layer and the electron transport layer also increases the fill factor. Accordingly, it can be confirmed that high efficiency can be realized.

[[ 실시예Example 2] 2]

상기 실시예1에서 (3)의 플러렌 1로 표시되는 플러렌 유도체 대신 하기 플러렌 2로 표시되는 플러렌 유도체를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다. In the same manner as in Example 1 except that the fullerene derivative represented by the following fullerene 2 was used in place of the fullerene derivative represented by the fullerene 1 in (3) in Example 1, a 2 wt% concentration of P3HT and PC 61 BM To prepare an organic solar cell.

[플러렌 2][Fullerene 2]

Figure 112013109893558-pat00022
Figure 112013109893558-pat00022

n: 1 내지 5n: 1 to 5

플러렌: C60의 플러렌 Fullerene: C60 fullerene

실시예 2의 경우, 광단락전류밀도(J sc)는 7.09 mA/cm2, 광개방전압(V oc)은 0.208 V, 필팩터(Fill Factor; FF)는 0.305 및 에너지 변환효율은 0.45 %를 나타내었다. In the case of Example 2, the optical short-circuit current density J sc is 7.09 mA / cm 2 , the optical open-circuit voltage V oc is 0.208 V, the fill factor (FF) is 0.305 and the energy conversion efficiency is 0.45% Respectively.

비교예 1에 비하여, 실시예 2의 경우 광개방전압이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다. Compared with the first comparative example, it can be confirmed that the optical open-circuit voltage is significantly lowered in the second embodiment.

[ [ 실시예Example 3] 3]

상기 실시예1에서 (3)의 플러렌 1로 표시되는 플러렌 유도체 대신 하기 플러렌 3으로 표시되는 플러렌 유도체를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P3HT와 PC61BM의 2 중량% 농도를 사용한 유기 태양 전지를 제조하였다. In the same manner as in Example 1 except that the fullerene derivative represented by the following fullerene 3 was used in place of the fullerene derivative represented by the fullerene 1 in (3) in Example 1, a 2 wt% concentration of P3HT and PC 61 BM To prepare an organic solar cell.

[플러렌 3][Fullerene 3]

Figure 112013109893558-pat00023
Figure 112013109893558-pat00023

플러렌: C60의 플러렌 Fullerene: C60 fullerene

실시예 3의 경우, 광단락전류밀도(J sc)는 7.89 mA/cm2, 광개방전압(V oc)은 0.618 V, 필팩터(Fill Factor; FF)는 0.346 및 에너지 변환효율은 1.68 %를 나타내었다. In Example 3, the optical short-circuit current density J sc was 7.89 mA / cm 2 , the optical open-circuit voltage V oc was 0.618 V, the fill factor (FF) was 0.346, and the energy conversion efficiency was 1.68% Respectively.

비교예 1에 비하여, 실시예 3의 경우 광개방전압이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다. It can be confirmed that the optical open-circuit voltage is significantly lowered in the third embodiment as compared with the first comparative example.

또한, 도 3은 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 유기 태양 전지의 전류 밀도- 전압(J-V) 특성 그래프를 나타낸 도이다. FIG. 3 is a graph showing current density-voltage (J-V) characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples.

이상 본 발명의 실시예들을 기술하였지만 본 발명이 속하는 분야의 지식을 가진자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이므로 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 광활성층;
상기 광활성층과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전자수송층;
상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 정공수송층; 및
상기 광활성층과 상기 전자수송층 사이에 구비되는 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 포함하고,
상기 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 벌크헤테로 정션(BHJ: bulk heterojunction)을 형성하고,
상기 플러렌 유도체는 하기 화학식 1 내지 4 중 어느 하나로 표시되는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지:
[화학식 1]
Figure 112016100489643-pat00031

[화학식 2]
Figure 112016100489643-pat00032

[화학식 3]
Figure 112016100489643-pat00033

[화학식 4]
Figure 112016100489643-pat00034

화학식 1 내지 4에 있어서,
n은 1 내지 10의 정수이고,
n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 동일하거나 상이하며,
Cn은 C60 내지 C120의 플러렌이고,
a, b, c 및 d는 각각 1 내지 4의 정수이며,
a가 2 이상인 경우, L1은 서로 동일하거나 상이하고,
b가 2 이상인 경우, L2는 서로 동일하거나 상이하며,
c가 2 이상인 경우, L3는 서로 동일하거나 상이하고,
d가 2 이상인 경우, L4는 서로 동일하거나 상이하며,
L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬렌기 또는 아릴렌기이고,
R1 및 R2는 아릴기이다.
A first electrode;
A second electrode facing the first electrode;
A photoactive layer disposed between the first electrode and the second electrode;
An electron transport layer provided between the photoactive layer and the first electrode;
A hole transport layer provided between the photoactive layer and the second electrode; And
And an organic material layer including a fullerene derivative provided between the photoactive layer and the electron transporting layer,
The photoactive layer is formed by forming an electron donor material and an electron acceptor material in a bulk heterojunction (BHJ)
Wherein the fullerene derivative is represented by any one of the following formulas (1) to (4):
[Chemical Formula 1]
Figure 112016100489643-pat00031

(2)
Figure 112016100489643-pat00032

(3)
Figure 112016100489643-pat00033

[Chemical Formula 4]
Figure 112016100489643-pat00034

In formulas (1) to (4)
n is an integer of 1 to 10,
When n is 2 or more, the structures in parentheses are the same or different,
Cn is a C 60 to C 120 fullerene,
a, b, c and d are each an integer of 1 to 4,
When a is 2 or more, L1 is the same or different from each other,
When b is 2 or more, L2 is the same or different from each other,
When c is 2 or more, L 3 are the same or different from each other,
When d is 2 or more, L 4 are the same or different from each other,
L1 to L4 are the same or different and each independently an alkylene group or an arylene group,
R1 and R2 are aryl groups.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전자수송층과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 접하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electron transport layer and the organic material layer including the fullerene derivative are in contact with each other.
청구항 1에 있어서,
상기 전자수송층과 상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 서로 화학적 결합을 하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electron transport layer and the organic material layer including the fullerene derivative are chemically bonded to each other.
청구항 1에 있어서,
상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층은 플러렌 유도체만을 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the organic material layer including the fullerene derivative includes only a fullerene derivative.
청구항 1에 있어서,
상기 전자수송층은 전도성 산화물 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electron transport layer comprises one or more selected from the group consisting of a conductive oxide and a metal.
청구항 1에 있어서,
상기 전자수송층은 티타늄 산화물; 아연 산화물; 및 세슘 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electron transporting layer comprises titanium oxide; Zinc oxide; And cesium carbonate. 2. The organic solar cell according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함하는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the organic solar cell further comprises one or more organic layers selected from the group consisting of a hole injecting layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, and an electron injecting layer. battery.
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 전자수송층을 형성하는 단계;
상기 전자수송층 상에 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층을 형성하는 단계;
상기 플러렌 유도체를 포함하는 유기물층 상에 광활성층을 형성하는 단계;
상기 광활성층 상에 정공수송층을 형성하는 단계; 및
상기 정공수송층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광활성층은 전자주개 물질 및 전자받개 물질이 벌크헤테로 정션(BHJ: bulk heterojunction)을 형성하고,
상기 플러렌 유도체는 하기 화학식 1 내지 4 중 어느 하나로 표시되는 것인 역방향 구조(Inverted)의 유기 태양 전지의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112016100489643-pat00035

[화학식 2]
Figure 112016100489643-pat00036

[화학식 3]
Figure 112016100489643-pat00037

[화학식 4]
Figure 112016100489643-pat00038

화학식 1 내지 4에 있어서,
n은 1 내지 10의 정수이고,
n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 동일하거나 상이하며,
Cn은 C60 내지 C120의 플러렌이고,
a, b, c 및 d는 각각 1 내지 4의 정수이며,
a가 2 이상인 경우, L1은 서로 동일하거나 상이하고,
b가 2 이상인 경우, L2는 서로 동일하거나 상이하며,
c가 2 이상인 경우, L3는 서로 동일하거나 상이하고,
d가 2 이상인 경우, L4는 서로 동일하거나 상이하며,
L1 내지 L4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬렌기 또는 아릴렌기이고,
R1 및 R2는 아릴기이다.
Preparing a substrate;
Forming a first electrode on the substrate;
Forming an electron transport layer on the first electrode;
Forming an organic material layer including a fullerene derivative on the electron transporting layer;
Forming a photoactive layer on the organic material layer including the fullerene derivative;
Forming a hole transport layer on the photoactive layer; And
And forming a second electrode on the hole transport layer,
The photoactive layer is formed by forming an electron donor material and an electron acceptor material in a bulk heterojunction (BHJ)
Wherein the fullerene derivative is represented by any one of the following Chemical Formulas 1 to 4:
[Chemical Formula 1]
Figure 112016100489643-pat00035

(2)
Figure 112016100489643-pat00036

(3)
Figure 112016100489643-pat00037

[Chemical Formula 4]
Figure 112016100489643-pat00038

In formulas (1) to (4)
n is an integer of 1 to 10,
When n is 2 or more, the structures in parentheses are the same or different,
Cn is a C 60 to C 120 fullerene,
a, b, c and d are each an integer of 1 to 4,
When a is 2 or more, L1 is the same or different from each other,
When b is 2 or more, L2 is the same or different from each other,
When c is 2 or more, L 3 are the same or different from each other,
When d is 2 or more, L 4 are the same or different from each other,
L1 to L4 are the same or different and each independently an alkylene group or an arylene group,
R1 and R2 are aryl groups.
삭제delete
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