KR101777325B1 - 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101777325B1
KR101777325B1 KR1020110042506A KR20110042506A KR101777325B1 KR 101777325 B1 KR101777325 B1 KR 101777325B1 KR 1020110042506 A KR1020110042506 A KR 1020110042506A KR 20110042506 A KR20110042506 A KR 20110042506A KR 101777325 B1 KR101777325 B1 KR 101777325B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unsubstituted
substituted
group
same
different
Prior art date
Application number
KR1020110042506A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120124695A (ko
Inventor
최용석
인수강
자비에
윤성영
임윤희
정연지
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020110042506A priority Critical patent/KR101777325B1/ko
Priority to US13/293,756 priority patent/US9112156B2/en
Publication of KR20120124695A publication Critical patent/KR20120124695A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101777325B1 publication Critical patent/KR101777325B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/12—Copolymers
    • C08G2261/124—Copolymers alternating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/141—Side-chains having aliphatic units
    • C08G2261/1412—Saturated aliphatic units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1424—Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1426—Side-chains containing oxygen containing carboxy groups (COOH) and/or -C(=O)O-moieties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/146—Side-chains containing halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3243—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. benzothiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/40—Polymerisation processes
    • C08G2261/41—Organometallic coupling reactions
    • C08G2261/414—Stille reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90—Applications
    • C08G2261/91—Photovoltaic applications
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Abstract

화학식 1로 표시되는 반복단위 및 화학식 2로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나의 반복단위, 그리고 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 A; 및 화학식 4로 표시되는 반복단위, 그리고 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 B를 포함하는 전자 공여체 고분자를 제공한다.

Description

전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{ELECTRON DONATING POLYMER AND ORGANIC SOLAR CELL INCLUDING THE SAME}
본 기재는 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.
태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. 유기 태양 전지는 광활성층의 구조에 따라 p형 반도체와 n형 반도체가 별개의 층으로 이루어진 바이레이어 p-n 접합(bi-layer p-n junction) 구조와 p형 반도체와 n형 반도체가 혼합되어 있는 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조로 나눌 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 넓은 파장영역의 빛을 흡수할 수 있고, 정공 이동도를 개선할 수 있고, 유기용매에의 용해도가 우수한 전자 공여체 고분자를 제공한다.
본 발명의 다른 일 구현예는 광 흡수율 및 단락전류밀도(Jsc, short circuit current density)를 높이고, 정공 이동도를 높여 효율을 개선할 수 있는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나의 반복단위, 그리고 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 A; 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위, 그리고 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 B를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112011033382498-pat00001
[화학식 2]
Figure 112011033382498-pat00002
상기 화학식 1 및 2에서,
X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR100이고, 여기서 R100은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다.
구체적으로는 상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있으며,
상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기일 수 있다.
R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 또는 상기 R1 내지 R4에 포함되는 적어도 하나의 CH2 그룹이 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -OCO-, -COO-, -CH=CH-, -C≡C- 및 -SiR101R102(여기서 R101 및 R102는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나임)로 치환될 수 있다.
구체적으로는 상기 R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 R1 내지 R4는 수소일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112011033382498-pat00003
상기 화학식 3에서,
X11 및 X12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR103이고, 여기서 R103은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다.
구체적으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 3-1로 표시되는 반복단위, 화학식 3-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112011033382498-pat00004
[화학식 3-2]
Figure 112011033382498-pat00005
상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이다.
구체적으로는 상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011033382498-pat00006
상기 화학식 4에서,
X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다.
구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기일 수 있다.
R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 또는 상기 R5 및 R6에 포함되는 적어도 하나의 CH2 그룹이 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -OCO-, -COO-, -CH=CH-, -C≡C- 및 -SiR105R106(여기서 R105 및 R106은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나임)로 치환될 수 있다.
구체적으로는 상기 R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 R5 및 R6은 수소일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011033382498-pat00007
상기 화학식 5에서,
X15 및 X16은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR107이고, 여기서 R107은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다.
구체적으로는 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[화학식 5-1]
Figure 112011033382498-pat00008
[화학식 5-2]
Figure 112011033382498-pat00009
상기 화학식 5-1 및 5-2에서,
X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이다.
구체적으로는 상기 X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 11로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 11]
Figure 112011033382498-pat00010
상기 화학식 11에서,
X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R1 및 R2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R1 및 R2는 수소이고, 상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
한편, 구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 13으로 표시되는 반복단위를 포함할 수도 있다.
[화학식 13]
Figure 112011033382498-pat00011
상기 화학식 13에서,
X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R3 및 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R3 및 R4는 수소이고, 상기 X11은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
구체적으로는 상기 반복단위 B는 하기 화학식 12로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 12]
Figure 112011033382498-pat00012
상기 화학식 12에서,
X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R5 및 R6은 수소이고, 상기 X15는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X16은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 반복단위 A는 약 1.1 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭(band gap)을 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 반복단위 B는 약 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 약 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A와 상기 반복단위 B를 약 1:10 내지 약 10:1의 몰비로 포함할 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1,000 내지 약 800,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1.1 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 약 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유기 태양 전지는 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고 상기 전자 공여체 고분자를 포함하는 전자 공여체(electron donor) 및 전자 수용체(electron acceptor)를 포함하는 광 활성층을 포함한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 유기용매에의 용해도가 우수하여 태양 전지의 제조에 효과적으로 사용될 수 있고, 광 흡수율, 단락전류밀도(Jsc) 및 정공 이동도를 높여 유기 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 4의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼이다.
도 4는 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 4 및 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 1의 전자 공여체 고분자를 사용하여 형성한 광활성 층의 이미지 분석 사진이다.
도 7은 비교예 2의 전자 공여체 고분자를 사용하여 형성한 광활성 층의 이미지 분석 사진이다.
도 8은 실시예 7, 실시예 10 및 비교예 5의 태양 전지에 대한 전압 변화에 따른 캐리어 농도 변화를 측정한 그래프이다.
도 9는 실시예 7, 실시예 10, 비교예 5 및 비교예 6의 태양 전지에 대한 I-V 곡선이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환" 내지 "치환된"이란, 본 발명의 작용기 중의 하나 이상의 수소가 할로겐(F, Br, Cl 또는 I), 하이드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기(NH2, NH(R200) 또는 N(R201)(R202)이고, 여기서 R200, R201　및 R202는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 C1 내지 C10 알킬기임), 아미디노기, 하이드라진기, 하이드라존기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "지방족"이란 C1 내지 C20 알킬, C2 내지 C20 알케닐, C2 내지 C20 알키닐, C1 내지 C20 알킬렌, C2 내지 C20 알케닐렌, 또는 C2 내지 C20 알키닐렌을 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알킬, C2 내지 C15 알케닐, C2 내지 C15 알키닐, C1 내지 C15 알킬렌, C2 내지 C15 알케닐렌, 또는 C2 내지 C15 알키닐렌을 의미하고, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알킬, C2 내지 C10 알케닐, C2 내지 C10 알키닐, C1 내지 C10 알킬렌, C2 내지 C10 알케닐렌, 또는 C2 내지 C10 알키닐렌을 의미하고, "방향족"이란 C6 내지 C30 아릴, C2 내지 C30 헤테로아릴, C6 내지 C30 아릴렌 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴렌을 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20　아릴, C2 내지 C20　헤테로아릴, C6 내지 C20　아릴렌 또는 C2 내지 C20　헤테로아릴렌을 의미한다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "헤테로사이클로알킬기", "헤테로아릴기" 및 "헤테로아릴렌기"는 각각 독립적으로 N, O, S, Si 또는 P의 헤테로 원자를 하나의 고리 내에 1개 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 사이클로알킬기, 아릴기 및 아릴렌기를 의미한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬기"란 C1 내지 C20 알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15　알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10　알킬기를 의미하고, "사이클로알킬기"란 C3 내지 C20 사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C15　사이클로알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C3 내지 C10　사이클로알킬기를 의미하고, "알킬렌기"란 C1 내지 C20 알킬렌기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알킬렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알킬렌기를 의미하고, "알케닐기"란 C2 내지 C20 알케닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알케닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10　알케닐기를 의미하고, "알케닐렌기"란 C2 내지 C20 알케닐렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알케닐렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10 알케닐렌기를 의미하고, "알키닐기"란 C2 내지 C20 알키닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알키닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10　알키닐기를 의미하고, "알키닐렌기"란 C2 내지 C20 알키닐렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알키닐렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10 알키닐렌기를 의미하고, "알콕시기"란 C1 내지 C20 알콕시기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알콕시기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알콕시기를 의미하고, "에스테르기"란 C1 내지 C20 에스테르기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 에스테르기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 에스테르기를 의미하고, "아릴기"란 C6 내지 C30 아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C6 내지 C15 아릴기를 의미하고, "헤테로사이클로알킬기"란 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기를 의미하며, "할로겐"이란 F, Cl, Br 또는 I를 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 일반적으로는 혼합 또는 공중합을 의미한다. 　여기서, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합 또는 그래프트 공중합을 의미하고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 그래프트 공중합체를 의미한다.
또한 본 명세서에서 "＊"는 동일하거나 상이한 원자 또는 화학식과 연결되는 부분을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나의 반복단위, 그리고 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 A; 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위, 그리고 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 B를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112011033382498-pat00013
[화학식 2]
Figure 112011033382498-pat00014
상기 화학식 1 및 2에서,
X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR100이다. 여기서 R100은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. X1 내지 X10이 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있으며,
상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기일 수 있다.
R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 또는 상기 R1 내지 R4에 포함되는 적어도 하나의 CH2 그룹이 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -OCO-, -COO-, -CH=CH-, -C≡C- 및 -SiR101R102(여기서 R101 및 R102는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나임)로 치환될 수 있다.
구체적으로는 상기 R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 R1 내지 R4는 수소일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112011033382498-pat00015
상기 화학식 3에서,
X11 및 X12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR103일 수 있다. 여기서 R103은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. X11 및 X12가 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 3-1로 표시되는 반복단위, 화학식 3-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112011033382498-pat00016
[화학식 3-2]
Figure 112011033382498-pat00017
상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이다.
구체적으로는 상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011033382498-pat00018
상기 화학식 4에서,
X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. X13 및 X14가 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기일 수 있다.
R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 또는 상기 R5 및 R6에 포함되는 적어도 하나의 CH2 그룹이 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -OCO-, -COO-, -CH=CH-, -C≡C- 및 -SiR105R106(여기서 R105 및 R106은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나임)로 치환될 수 있다.
구체적으로는 상기 R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 R5 및 R6은 수소일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011033382498-pat00019
상기 화학식 5에서,
X15 및 X16은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR107이고, 여기서 R107은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. X15 및 X16이 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[화학식 5-1]
Figure 112011033382498-pat00020
[화학식 5-2]
Figure 112011033382498-pat00021
상기 화학식 5-1 및 5-2에서,
상기 X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
상기 X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이다.
구체적으로는 상기 X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 반복단위 A는 상기 화학식 1, 그리고 상기 화학식 2와 같은 다중고리 방향족 유기기(polycyclic aromatic group)를 포함함으로써 고분자 간의 상호 작용(interaction)을 증가시켜서 밴드갭을 줄일 수 있다. 이에 의해, 보다 넓은 파장 영역의 태양광을 흡수할 수 있다. 또한 상기 고분자 간의 상호 작용 증가로 적층 구조를 개선하여 정공 이동도(hole mobility)를 증가시킬 수 있고, 이로 인해 충진 인자(fill factor, FF)를 개선할 수 있다. 따라서, 상기 전자 공여체 고분자를 유기 태양 전지에 사용하는 경우, 유기 태양 전지의 광전변환효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 상기 반복단위 A에 포함되는 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위는 전자 수용기(electron accepting group)로서 작용할 수 있다.
상기 반복단위 A는 약 1.1 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭(band gap)을 가질 수 있다. 상기 반복단위 A의 밴드갭이 상기 범위 내인 경우, 전자-정공쌍(exciton)을 용이하게 형성할 수 있고, 높은 개방전압(open circuit voltage, Voc)을 효과적으로 유지할 수 있다. 구체적으로는 상기 반복단위 A는 약 1.2 eV 내지 약 1.95 eV의 밴드갭(band gap)을 가질 수 있다.
구체적으로는 상기 반복단위 A에서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 6-1 내지 6-3으로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 7-1 내지 7-3으로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 8-1 내지 8-12로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6-1] [화학식 6-2]
Figure 112011033382498-pat00022
Figure 112011033382498-pat00023
[화학식 6-3]
Figure 112011033382498-pat00024
[화학식 7-1] [화학식 7-2]
Figure 112011033382498-pat00025
Figure 112011033382498-pat00026
[화학식 7-3]
Figure 112011033382498-pat00027
[화학식 8-1] [화학식 8-2] [화학식 8-3] [화학식 8-4]
Figure 112011033382498-pat00028
Figure 112011033382498-pat00029
Figure 112011033382498-pat00030
Figure 112011033382498-pat00031
[화학식 8-5] [화학식 8-6] [화학식 8-7] [화학식 8-8]
Figure 112011033382498-pat00032
Figure 112011033382498-pat00033
Figure 112011033382498-pat00034
Figure 112011033382498-pat00035
[화학식 8-9] [화학식 8-10] [화학식 8-11] [화학식 8-12]
Figure 112011033382498-pat00036
Figure 112011033382498-pat00037
Figure 112011033382498-pat00038
Figure 112011033382498-pat00039
구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 11로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 13으로 표시되는 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 11]
Figure 112011033382498-pat00040
상기 화학식 11에서,
X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R1 및 R2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R1 및 R2는 수소이고, 상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
[화학식 13]
Figure 112011033382498-pat00041
상기 화학식 13에서,
X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R3 및 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R3 및 R4는 수소이고, 상기 X11은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
구체적으로 상기 반복단위 A는 하기 화학식 11-1 내지 11-36으로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 13-1 내지 13-36으로 표시되는 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 11-1] [화학식 11-2]
Figure 112011033382498-pat00042
Figure 112011033382498-pat00043
[화학식 11-3] [화학식 11-4]
Figure 112011033382498-pat00044
Figure 112011033382498-pat00045
[화학식 11-5] [화학식 11-6]
Figure 112011033382498-pat00046
Figure 112011033382498-pat00047
[화학식 11-7] [화학식 11-8]
Figure 112011033382498-pat00048
Figure 112011033382498-pat00049
[화학식 11-9] [화학식 11-10]
Figure 112011033382498-pat00050
Figure 112011033382498-pat00051
[화학식 11-11] [화학식 11-12]
Figure 112011033382498-pat00052
Figure 112011033382498-pat00053
[화학식 11-13] [화학식 11-14]
Figure 112011033382498-pat00054
Figure 112011033382498-pat00055
[화학식 11-15] [화학식 11-16]
Figure 112011033382498-pat00056
Figure 112011033382498-pat00057
[화학식 11-17] [화학식 11-18]
Figure 112011033382498-pat00058
Figure 112011033382498-pat00059
[화학식 11-19] [화학식 11-20]
Figure 112011033382498-pat00060
Figure 112011033382498-pat00061
[화학식 11-21] [화학식 11-22]
Figure 112011033382498-pat00062
Figure 112011033382498-pat00063
[화학식 11-23] [화학식 11-24]
Figure 112011033382498-pat00064
Figure 112011033382498-pat00065
[화학식 11-25] [화학식 11-26]
Figure 112011033382498-pat00066
Figure 112011033382498-pat00067
[화학식 11-27] [화학식 11-28]
Figure 112011033382498-pat00068
Figure 112011033382498-pat00069
[화학식 11-29] [화학식 11-30]
Figure 112011033382498-pat00070
Figure 112011033382498-pat00071
[화학식 11-31] [화학식 11-32]
Figure 112011033382498-pat00072
Figure 112011033382498-pat00073
[화학식 11-33] [화학식 11-34]
Figure 112011033382498-pat00074
Figure 112011033382498-pat00075
[화학식 11-35] [화학식 11-36]
Figure 112011033382498-pat00076
Figure 112011033382498-pat00077
[화학식 13-1] [화학식 13-2]
Figure 112011033382498-pat00078
Figure 112011033382498-pat00079
[화학식 13-3] [화학식 13-4]
Figure 112011033382498-pat00080
Figure 112011033382498-pat00081
[화학식 13-5] [화학식 13-6]
Figure 112011033382498-pat00082
Figure 112011033382498-pat00083
[화학식 13-7] [화학식 13-8]
Figure 112011033382498-pat00084
Figure 112011033382498-pat00085
[화학식 13-9] [화학식 13-10]
Figure 112011033382498-pat00086
Figure 112011033382498-pat00087
[화학식 13-11] [화학식 13-12]
Figure 112011033382498-pat00088
Figure 112011033382498-pat00089
[화학식 13-13] [화학식 13-14]
Figure 112011033382498-pat00090
Figure 112011033382498-pat00091
[화학식 13-15] [화학식 13-16]
Figure 112011033382498-pat00092
Figure 112011033382498-pat00093
[화학식 13-17] [화학식 13-18]
Figure 112011033382498-pat00094
Figure 112011033382498-pat00095
[화학식 13-19] [화학식 13-20]
Figure 112011033382498-pat00096
Figure 112011033382498-pat00097
[화학식 13-21] [화학식 13-22]
Figure 112011033382498-pat00098
Figure 112011033382498-pat00099
[화학식 13-23] [화학식 13-24]
Figure 112011033382498-pat00100
Figure 112011033382498-pat00101
[화학식 13-25] [화학식 13-26]
Figure 112011033382498-pat00102
Figure 112011033382498-pat00103
[화학식 13-27] [화학식 13-28]
Figure 112011033382498-pat00104
Figure 112011033382498-pat00105
[화학식 13-29] [화학식 13-30]
Figure 112011033382498-pat00106
Figure 112011033382498-pat00107
[화학식 13-31] [화학식 13-32]
Figure 112011033382498-pat00108
Figure 112011033382498-pat00109
[화학식 13-33] [화학식 13-34]
Figure 112011033382498-pat00110
Figure 112011033382498-pat00111
[화학식 13-35] [화학식 13-36]
Figure 112011033382498-pat00112
Figure 112011033382498-pat00113
상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 반복단위 B는 상기 화학식 4와 같은 벤조디티오펜(benzodithiophene)으로부터 유도된 작용기를 포함함으로써 유기 용매에의 용해도가 우수하다. 이에 의해, 상기 전자 공여체 고분자에서 상 분리가 일어나지 않고, 상기 전자 공여체 고분자를 사용하여 광활성 층을 제조할 때 전자 수용체와 균일하게 혼합되어 모폴로지를 개선할 수 있으며, 고 분자량의 전자 공여체 고분자를 용이하게 형성할 수 있어 정공 이동도를 증가시킬 수 있고, 또한 태양 전지의 제조에 용이하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 상기 반복단위 B의 사용량을 조절함으로써, 상기 전자 공여체 고분자의 밴드갭을 용이하게 제어할 수 있고, 치환기를 조절함으로써 태양광의 흡수효율도 개선할 수 있다. 따라서, 상기 전자 공여체 고분자를 유기 태양 전지에 사용하는 경우, 유기 태양 전지의 광전변환효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 상기 반복단위 B에 포함되는 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위는 전자 수용기로서 작용할 수 있다.
상기 반복단위 B는 약 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 약 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. 상기 반복단위 B의 정공 이동도가 상기 범위 내인 경우, 우수한 전류 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로는 상기 반복단위 B는 약 1 × 10-6 cm2/V·s내지 약 1 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도를 가질 수 있다.
구체적으로는 상기 반복단위 B에서, 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 9-1 내지 9-9로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 10-1 내지 10-12로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 9-1] [화학식 9-2]
Figure 112011033382498-pat00114
Figure 112011033382498-pat00115
[화학식 9-3] [화학식 9-4]
Figure 112011033382498-pat00116
Figure 112011033382498-pat00117
[화학식 9-5] [화학식 9-6]
Figure 112011033382498-pat00118
Figure 112011033382498-pat00119
[화학식 9-7] [화학식 9-8]
Figure 112011033382498-pat00120
Figure 112011033382498-pat00121
[화학식 9-9]
Figure 112011033382498-pat00122
[화학식 10-1] [화학식 10-2] [화학식 10-3] [화학식 10-4]
Figure 112011033382498-pat00123
Figure 112011033382498-pat00124
Figure 112011033382498-pat00125
Figure 112011033382498-pat00126
[화학식 10-5] [화학식 10-6] [화학식 10-7] [화학식 10-8]
Figure 112011033382498-pat00127
Figure 112011033382498-pat00128
Figure 112011033382498-pat00129
Figure 112011033382498-pat00130
[화학식 10-9] [화학식 10-10] [화학식 10-11] [화학식 10-12]
Figure 112011033382498-pat00131
Figure 112011033382498-pat00132
Figure 112011033382498-pat00133
Figure 112011033382498-pat00134
구체적으로는 상기 반복단위 B는 하기 화학식 12로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 12]
Figure 112011033382498-pat00135
상기 화학식 12에서,
X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
구체적으로는 상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 R5 및 R6은 수소이고, 상기 X15는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고, 상기 X16은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기일 수 있다.
구체적으로 상기 반복단위 B는 하기 화학식 12-1 내지 12-16으로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 12-1] [화학식 12-2]
Figure 112011033382498-pat00136
Figure 112011033382498-pat00137
[화학식 12-3] [화학식 12-4]
Figure 112011033382498-pat00138
Figure 112011033382498-pat00139
[화학식 12-5] [화학식 12-6]
Figure 112011033382498-pat00140
Figure 112011033382498-pat00141
[화학식 12-7] [화학식 12-8]
Figure 112011033382498-pat00142
Figure 112011033382498-pat00143
[화학식 12-9] [화학식 12-10]
Figure 112011033382498-pat00144
Figure 112011033382498-pat00145
[화학식 12-11] [화학식 12-12]
Figure 112011033382498-pat00146
Figure 112011033382498-pat00147
[화학식 12-13] [화학식 12-14]
Figure 112011033382498-pat00148
Figure 112011033382498-pat00149
[화학식 12-15] [화학식 12-16]
Figure 112011033382498-pat00150
Figure 112011033382498-pat00151
상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A와 상기 반복단위 B를 약 1:10 내지 약 10:1의 몰비로 포함할 수 있다. 상기 반복단위 A와 상기 반복단위 B의 몰비가 상기 범위 내인 경우, 상기 전자 공여체 고분자의 밴드갭 및 수평균 분자량을 효과적으로 제어할 수 있고, 상기 전자 공여체 고분자를 용액 공정으로 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 상기 전자 공여체 고분자에서 상 분리가 일어나지 않고, 상기 전자 공여체 고분자를 사용하여 광활성 층을 제조할 때 전자 수용체와 균일하게 혼합되어 모폴로지를 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A와 상기 반복단위 B를 약 1:5 내지 약 5:1의 몰비, 더욱 구체적으로는 1:3 내지 3:1의 몰비로 포함할 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1,000 내지 약 800,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량이 상기 범위 내인 경우, 상기 전자 공여체 고분자의 형성 시에 용액 조성을 용이하게 조절할 수 있어, 상기 전자 공여체 고분자의 물성을 효과적으로 조절할 수 있다. 또한 상기 전자 공여체 고분자를 용이하게 가공할 수 있어, 이를 유기 태양 전지의 제조에 용이하게 사용할 수 있다. 구체적으로는 전자 공여체 고분자는 약 2,000 내지 약 100,000의 수평균 분자량을 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 2,000 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1.1 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. 전자 공여체 고분자의 밴드갭이 상기 범위 내인 경우, 넓은 파장 영역에서 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 높일 수 있고, 이로 인해 이를 사용하는 유기 태양 전지의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 약 1.2 eV 내지 약 2.0 eV, 더욱 구체적으로는 약 1.25 eV 내지 약 1.85 eV의 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 전자 공여체 고분자는 약 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 약 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도를 가질 수 있다. 상기 전자 공여체 고분자의 정공 이동도가 상기 범위 내인 경우, 우수한 전류 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 약 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 약 1 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도를 가질 수 있다.
이하 도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 유기 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 태양 전지(100)는 기판(10), 기판(10)의 일면에 위치하는 하부 전극(20), 하부 전극(20)의 일면에 위치하는 광 활성층(30), 광 활성층(30)의 일면에 위치하는 상부 전극(40)을 포함한다.
기판(10)은 투광성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 유리와 같은 무기 물질 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드 및 폴리에테르술폰과 같은 유기 물질로 만들어질 수 있다.
하부 전극(20) 및 상부 전극(40) 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 하부 전극(20) 및 상부 전극(40) 중 하나는 ITO(indium tin oxide), 인듐 도핑된 산화아연(indium doped ZnO, IZO), 산화주석(SnO2), 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum doped ZnO, AZO), 갈륨 도핑된 산화아연(gallium doped ZnO, GZO) 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 다른 하나는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 리튬(Li) 등의 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
광 활성층(30)은 n형 반도체 물질로 만들어진 전자 수용체와 p형 반도체 물질로 만들어진 전자 공여체를 포함한다.
전자 수용체는 예컨대 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61, PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등과 같은 플러렌 유도체들; 페릴렌(perylene); CdS, CdTe, CdSe, ZnO 등과 같은 무기 반도체; 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
전자 공여체는 상술한 전자 공여체 고분자를 포함한다. 상기 전자 공여체 고분자를 포함함으로써, 상기 유기 태양 전지는 기존의 유기 태양 전지에 비해 더 높은 단락전류밀도(Jsc)를 가질 수 있고, 정공 이동도를 효과적으로 개선할 수 있다. 이로 인해, 상기 유기 태양 전지는 우수한 광전변환효율을 가질 수 있다.
전자 수용체와 전자 공여체는 예컨대 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조를 이룰 수 있다. 벌크 이종접합 구조는 광 활성층(30)에 흡수된 빛에 의해 여기된 전자-정공 쌍이 확산을 통해 전자 수용체와 전자 공여체의 계면에 도달하면 그 계면을 이루는 두 물질의 전자 친화도 차이에 의하여 전자와 정공으로 분리되고, 전자는 전자 수용체를 통해 캐소드로 이동하고 정공은 전자 공여체를 통해 애노드로 이동하여 광전류(photocurrent)를 발생시킨다.
이하 본 기재의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 기재의 일 실시예일뿐이며, 본 기재가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 전자 공여체 고분자의 제조
하기 반응식 1로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다.
[반응식 1]
Figure 112011033382498-pat00152
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜(bis(trimethyl tin)-5,11-bis(octyloxy)anthra[2,3-b:6,7-b']dithiophene) 0.06 mmol, 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜(2,6-bis(trimethyltin)-1,8-bis((2-ethylhexyl)oxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 0.18 mmol 및 도데실카르복시-6-디브로모-티에노[3,4-b]티오펜(dodecyl carboxy-6-dibromo-thieno[3,4-b]thiophene) 0.24 mmol을 DMF/톨루엔(dimethylforamide/toluene)(부피비=1:4) 7.5 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh3)4 0.011 mmol을 넣고 120℃의 온도에서 6시간 동안 교반하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 12000이다.
실시예 2: 전자 공여체 고분자의 제조
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.12 mmol, 그리고 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 0.12 mmol을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 15000이다.
실시예 3: 전자 공여체 고분자의 제조
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.18 mmol, 그리고 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 0.06 mmol을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 12500이다.
실시예 4: 전자 공여체 고분자의 제조
하기 반응식 2로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다.
[반응식 2]
Figure 112011033382498-pat00153
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.03 mmol, 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 0.09 mmol 및 2-에틸헥실 카르복시-6-디브로모-3-플루오로티에노[3,4-b]티오펜(2-ethylhexyl carboxy-6-dibromo-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene) 0.12 mmol을 DMF/톨루엔(dimethylforamide/toluene)(부피비=1:4) 5 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh3)4 0.0055 mmol을 넣고 120℃의 온도에서 6시간 동안 교반하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 32000이다.
실시예 5: 전자 공여체 고분자의 제조
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.06 mmol, 그리고 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 0.06 mmol을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 28000이다.
실시예 6: 전자 공여체 고분자의 제조
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.09 mmol, 그리고 2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스((2-에틸헥실)옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 0.03 mmol을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 29500이다.
비교예 1: 전자 공여체 고분자의 제조
하기 반응식 3으로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다.
[반응식 3]
Figure 112011033382498-pat00154
2,6-비스(트리메틸틴)-1,8-비스(옥틸옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜(2,6-bis(trimethyltin)-1,8-bis(octyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 0.250 mmol 및 도데실카르복시-6-디브로모-티에노[3,4-b]티오펜(dodecyl carboxy-6-dibromo-thieno[3,4-b]thiophene) 0.250 mmol을 DMF/톨루엔(부피비=1:4) 5 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh3)4 0.010 mmol을 넣고 120℃의 온도에서 6시간 동안 교반하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 40000이다.
비교예 2: 전자 공여체 고분자의 제조
하기 반응식 4로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다.
[반응식 4]
Figure 112011033382498-pat00155
비스(트리메틸틴)-5,11-비스(옥틸옥시)안트라[2,3-b:6,7-b']디티오펜 0.10 mmol 및 2-에틸헥실 카르복시-6-디브로모-3-플루오로티에노[3,4-b]티오펜 0.10 mmol을 DMF/톨루엔(dimethylforamide/toluene)(부피비=1:4) 5 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh3)4 0.004 mmol을 넣고 120℃의 온도에서 6시간 동안 교반하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 12000이다.
비교예 3: 전자 공여체 고분자의 제조
하기 화학식 14로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 전자 공여체 고분자로 사용한다. 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 35000이다.
[화학식 14]
Figure 112011033382498-pat00156
실시예 7: 태양 전지의 제조
먼저 1 mm 두께의 투명 유리기판을 준비한다. 이어서, 상기 투명 유리기판 위에 스퍼터링 방법으로 150 nm 두께의 ITO(indium tin oxide) 애노드를 형성한다.
이어서, 상기 ITO 애노드 위에 스핀 코팅 방법으로 30 nm 두께의 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythoiphene):poly(styrenesulfonate)) 막을 형성한 후, 1시간 동안 소성한다. 상기 스핀 코팅에는 SPIN-1200D(Midas System사제) 장비를 사용한다.
이어서, 상기 실시예 1에서 제조한 전자 공여체 고분자 8 mg과 C71-PCBM 12 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 mg을 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(2000 rpm)으로 80 nm 두께가 되도록 도포하여 광 활성층을 형성한다. 상기 스핀 코팅에는 SPIN-1200D(Midas System사제) 장비를 사용한다.
이어서, 상기 광 활성층 위에 열 증착(thermal evaporation) 방법으로 20 nm/80 nm 두께의 Ca/Al 캐소드를 형성한다. 상기 열 증착에는 GVtech사의 장비를 사용한다.
이로써, 태양 전지를 제조한다.
실시예 8 내지 12: 태양 전지의 제조
각각 상기 실시예 2 내지 6에서 제조한 전자 공여체 고분자를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다.
비교예 4: 태양 전지의 제조
상기 비교예 1에서 제조한 전자 공여체 고분자 12 mg과 C71-PCBM 12 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 mg을 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(2500 rpm)으로 100 nm 두께가 되도록 도포하여 광 활성층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다.
비교예 5 및 6: 태양 전지의 제조
각각 상기 비교예 2 및 3에서 제조한 전자 공여체 고분자를 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 4와 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다.
시험예 1: IR 측정
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 3의 전자 공여체 고분자 각각에 대하여, Bio Rad FTS 6000 FTIR spectrometer를 사용하여 ATR 방법에 따라 IR 스펙트럼을 얻었다. 이 중, 상기 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼을 도 2에 나타내고, 상기 실시예 4의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼을 도 3에 나타내고, 상기 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼을 도 4에 나타낸다.
도 2에 나타난 바에 의하면, 방향족 CH 신축(aromatic CH stretching)을 나타내는 2953 cm-1 피크, 지방족 CH 신축(aliphatic CH stretching)을 나타내는 2850 cm-1 피크, C=O 신축(C=O stretching)을 나타내는 1708 cm-1 피크, 그리고 C-O 신축(C-O stretching)을 나타내는 1240 cm-1 및 1082 cm-1 피크가 나타남을 확인할 수 있어, 상기 실시예 1의 전자 공여체 고분자는 상기 반응식 1에 따른 결과물임을 확인할 수 있다.
도 3에 나타난 바에 의하면, 방향족 CH 신축(aromatic CH stretching)을 나타내는 2954 cm-1 피크, 지방족 CH 신축(aliphatic CH stretching)을 나타내는 2856 cm-1 피크, C=O 신축(C=O stretching)을 나타내는 1703 cm-1 피크, C-F 신축(C-F stretching)을 나타내는 1568 cm-1 피크, 그리고 C-O 신축(C-O stretching)을 나타내는 1244 cm-1 및 1047 cm-1 피크가 나타남을 확인할 수 있어, 상기 실시예 4의 전자 공여체 고분자는 상기 반응식 2에 따른 결과물임을 확인할 수 있다.
도 4에 나타난 바에 의하면, 방향족 CH 신축(aromatic CH stretching)을 나타내는 2954 cm-1 피크, 지방족 CH 신축(aliphatic CH stretching)을 나타내는 2848 cm-1 피크, C=O 신축(C=O stretching)을 나타내는 1708 cm-1 피크, 그리고 C-O 신축(C-O stretching)을 나타내는 1247 cm-1 피크가 나타남을 확인할 수 있어, 상기 비교예 2의 전자 공여체 고분자는 상기 반응식 4에 따른 결과물임을 확인할 수 있다.
시험예 2: 밴드갭 측정
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 3의 전자 공여체 고분자 각각에 대하여, 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)으로 HOMO 레벨, LUMO 레벨 및 밴드갭을 측정한다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
HOMO(eV) LUMO(eV) 밴드갭(eV)
실시예 1 -5.145 -3.575 1.57
실시예 2 -5.060 -3.5 1.56
실시예 3 -5.035 -3.485 1.55
실시예 4 -5.005 -3.415 1.59
실시예 5 -5.035 -3.465 1.57
실시예 6 -5.015 -3.435 1.58
비교예 1 -4.9 -3.2 1.7
비교예 2 -4.595 -3.045 1.55
비교예 3 -4.97 -3.07 1.9
상기 표 1에 나타난 바에 의하면, 상기 실시예 1 내지 6의 전자 공여체 고분자는 상기 비교예 1 및 3의 전자 공여체 고분자보다 작은 밴드갭을 가짐을 확인할 수 있고, 포함하는 반복단위의 몰비를 조절함으로써 밴드갭을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 한편, 상기 실시예 1 내지 6의 전자 공여체 고분자의 밴드갭은 상기 비교예 2의 전자 공여체 고분자의 밴드갭과 상응하는 수준이다.
이는 상기 실시예 1 내지 6의 전자 공여체 고분자에 포함되는 다중고리 방향족 유기기가 고분자 간의 상호 작용을 증가시켜서 밴드갭을 줄인 결과이다.
시험예 3: 광흡수 특성 평가
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 3의 전자 공여체 고분자 각각을 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 녹인 후, 유리판 위에 떨어뜨린다. 이어서, 건조하여 용매를 제거함으로써 필름(film)을 얻는다. 상기 얻어진 필름 각각의 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 Varian 사의 Cary 5000 UV spectroscopy 장비를 사용하여 얻는다.
이 중, 상기 실시예 1, 실시예 4 및 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타난 바에 의하면, 실시예 1의 전자 공여체 고분자의 최대흡광계수(maximum absorption coefficient)는 1.1 ⅹ 105 cm-1이고, 실시예 4의 전자 공여체 고분자의 최대흡광계수는 6.6 ⅹ 104 cm-1임을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 및 4의 전자 공여체 고분자는 약 300 nm 내지 약 800 nm의 넓은 파장 영역의 빛을 모두 충분히 흡수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 2의 전자 공여체 고분자의 최대흡광계수는 3.5 ⅹ 104 cm-1이며, 약 400 nm 내지 약 600 nm의 파장 영역의 빛을 일부분만 흡수함을 확인할 수 있다.
결과적으로 상기 실시예 1 및 4의 전자 공여체 고분자는 작은 밴드갭을 가지며, 또한 우수한 광흡수 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
시험예 4: 유기 용매에의 용해도 평가
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 3의 전자 공여체 고분자 각각에 대하여, 0.5 ㎛ 필터(filter)를 이용하여 필터링(filtering)한 후, 용액 내의 고분자량을 측정하는 방법으로 유기 용매에의 용해도를 측정한다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
용해도
(mg/cc)
실시예 1 12
실시예 2 11
실시예 3 12
실시예 4 11
실시예 5 14
실시예 6 11
비교예 2 0.2
상기 표 2에 나타난 바에 의하면, 상기 실시예 1 내지 6의 전자 공여체 고분자가 상기 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 비해 유기용매에의 용해도가 우수함을 확인할 수 있다.
시험예 5: 모폴로지 평가
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 3의 전자 공여체 고분자 각각을 C71-PCBM과 1:1의 몰비로 클로로벤젠에 넣고 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 유리 기판에 스핀코팅 방법으로 100 nm의 두께가 되도록 도포하여 광활성 층을 형성한다. 상기 광활성 층을 G2 F30(TECNAI사제) 장비를 사용하여 TEM 이미지(image)를 얻고 이미지 분석(image analysis)을 실시한다. 이 중, 실시예 1의 전자 공여체 고분자를 사용하여 형성한 광활성 층의 이미지 분석 사진을 도 6에 나타내고, 비교예 2의 전자 공여체 고분자를 사용하여 형성한 광활성 층의 이미지 분석 사진을 도 7에 나타낸다. 상기 도 6 및 도 7에서 하얀색으로 나타나는 것이 C71-PCBM이다.
도 6에 나타난 바에 의하면, 실시예 1의 전자 공여체 고분자를 사용하여 광활성 층을 형성한 경우는 C71-PCBM이 골고루 분산되어 우수한 모폴로지를 나타냄을 확인할 수 있다.
반면, 도 7에 나타난 바에 의하면, 비교예 2의 전자 공여체 고분자를 사용하여 광활성 층을 형성한 경우는 C71-PCBM이 분산되지 않고 덩어리져 있어 모폴로지가 열악함을 확인할 수 있다.
실시예 1 내지 6의 전자 공여체 고분자를 사용한 경우와 같이 광활성 층에서 C71-PCBM이 골고루 분산되는 경우, 전자 공여체와 전자 수용체의 접촉 표면적이 넓어져 발생하는 전류가 증가될 수 있으며 태양 전지의 광전변환효율이 개선될 수 있다.
시험예 6: 정공 이동도 측정
상기 실시예 7 내지 12, 비교예 4 내지 6의 태양 전지에 대하여, customized (vertical beam direction) 300W Solar Simulator(Newport사제) 장비와 Keithley 2400(Keithley사제) 장비를 사용하여 전압 변화에 따른 캐리어(carrier) 농도 변화를 측정한다.
이 중, 실시예 7, 실시예 10 및 비교예 5의 태양 전지에 대한 전압 변화에 따른 캐리어 농도 변화를 측정한 그래프를 도 8에 나타낸다.
도 8에서, 가로축은 장비에서의 전압강하(voltage drop across the device)로서 V=Vapp-Vbi-Vr로 나타낸다. 여기서, Vapp는 인가전압(applied voltage)을 의미하고, Vbi는 내부전압(bulit in voltage)을 의미하고, Vr은 직렬저항에 의한 전압강하(voltage drop due to series resistance)를 의미한다.
도 8에서, 세로축은 캐리어 농도로서 J0 .5L1 .5(A0.5cm)로 나타낸다. 여기서, J는 공간 전하 제한 전류 밀도(space charge limit current density)를 의미하고, L은 고분자 두께(polymer thickness)를 의미한다.
이때, 정공 이동도(hole mobility)는 각각의 곡선의 기울기를 측정하여 평가할 수 있다.
도 8에 나타난 바에 의하면, 실시예 7의 태양 전지의 정공 이동도는 1.8 ⅹ 10-4 cm2/V·s이고, 실시예 10의 태양 전지의 정공 이동도는 3.8 ⅹ 10-5 cm2/V·s이고, 비교예 5의 태양 전지의 정공 이동도는 2.8 ⅹ 10-5 cm2/V·s임을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 7 및 10의 태양 전지의 정공 이동도가 비교예 5의 태양 전지의 정공 이동도보다 개선되었음을 확인할 수 있다.
시험예 7: 태양 전지 효율 평가
상기 실시예 7 내지 12, 및 비교예 4 내지 6의 태양 전지에 대하여, customized (vertical beam direction) 300W Solar Simulator(Newport사제) 장비와 Keithley 2400(Keithley사제) 장비를 사용하여 I-V 곡선을 얻는다. 이 중, 실시예 7, 실시예 10, 비교예 5 및 비교예 6의 태양 전지에 대한 I-V 곡선을 도 9에 나타낸다.
상기 I-V 곡선으로부터 얻은 최대 전류밀도, 최대 전압, 충진 인자(fill factor, FF) 및 광전변환효율을 하기 표 3에 나타낸다.
전류
(mA/cm2)		 전압
(mV)		 충진 인자
(%)		 광전변환효율
(%)
실시예 7 12.4 557.6 59.0 4.10
실시예 10 13.4 658.6 63.5 5.61
비교예 5 5.6 527.2 59.6 1.76
비교예 6 9.0 628.3 63.7 3.60
상기 표 3에 나타난 바에 의하면, 실시예 7 및 10의 태양 전지가 비교예 5 및 6의 태양 전지보다 우수한 광전변환효율을 가짐을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 유기 태양 전지, 10: 기판,
20: 하부 전극, 30: 광 활성층,
40: 상부 전극

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나의 반복단위, 그리고 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 A; 및
    하기 화학식 4로 표시되는 반복단위, 그리고 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 반복단위 B
    를 포함하는 전자 공여체 고분자:
    [화학식 1]
    Figure 112017051220181-pat00157

    [화학식 2]
    Figure 112017051220181-pat00158

    상기 화학식 1 및 2에서,
    X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR100이고, 여기서 R100은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기(여기서 상기 방향족 유기기는 C6 내지 C30 아릴기와 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함함), 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고,
    R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    [화학식 3]
    Figure 112017051220181-pat00159

    상기 화학식 3에서,
    X11 및 X12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR103이고, 여기서 R103은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기(여기서 상기 방향족 유기기는 C6 내지 C30 아릴기와 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함함), 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고,
    [화학식 4]
    Figure 112017051220181-pat00160

    상기 화학식 4에서,
    X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기(여기서 상기 방향족 유기기는 C6 내지 C30 아릴기와 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함함), 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고,
    R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    [화학식 5]
    Figure 112017051220181-pat00161

    상기 화학식 5에서,
    X15 및 X16은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR107이고, 여기서 R107은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기(여기서 상기 방향족 유기기는 C6 내지 C30 아릴기와 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함함), 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 및 2에서,
    상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
    상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
    상기 R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 3-1로 표시되는 반복단위, 화학식 3-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함하고,
    [화학식 3-1]
    Figure 112011033382498-pat00162

    [화학식 3-2]
    Figure 112011033382498-pat00163

    상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
    X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 X1 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 R1 내지 R4는 수소이고,
    상기 X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    상기 X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4에서,
    상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    상기 R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    상기 화학식 5로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 또는 이들의 조합을 포함하고,
    [화학식 5-1]
    Figure 112011033382498-pat00164

    [화학식 5-2]
    Figure 112011033382498-pat00165

    상기 화학식 5-1 및 5-2에서,
    X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 R5 및 R6은 수소이고,
    상기 X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    상기 X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반복단위 A는 하기 화학식 11로 표시되는 반복단위를 포함하고,
    상기 반복단위 B는 하기 화학식 12로 표시되는 반복단위를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자:
    [화학식 11]
    Figure 112011033382498-pat00166

    상기 화학식 11에서,
    X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
    X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
    R1 및 R2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    [화학식 12]
    Figure 112011033382498-pat00167

    상기 화학식 12에서,
    X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
    R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 X1 내지 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X1 내지 X4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 R1, R2, R5 및 R6은 수소이고,
    상기 X11 및 X15는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    상기 X12 및 X16은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반복단위 A는 하기 화학식 13으로 표시되는 반복단위를 포함하고,
    상기 반복단위 B는 하기 화학식 12로 표시되는 반복단위를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자:
    [화학식 13]
    Figure 112011033382498-pat00168

    상기 화학식 13에서,
    상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이며,
    X11은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X12는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
    R3 및 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    [화학식 12]
    Figure 112011033382498-pat00169

    상기 화학식 12에서,
    X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 또는 -SR104이고, 여기서 R104는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
    X15는 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    X16은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기이고,
    R5 및 R6은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 X5 내지 X10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고, 상기 X5 내지 X10 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 X13 및 X14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기이고,
    상기 R3 내지 R6은 수소이고,
    상기 X11 및 X15는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
    상기 X12 및 X16은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기인 것인 전자 공여체 고분자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반복단위 A는 1.1 eV 내지 2.5 eV의 밴드갭(band gap)을 가지는 것인 전자 공여체 고분자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반복단위 B는 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도(hole mobility)를 가지는 것인 전자 공여체 고분자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A와 상기 반복단위 B를 1:10 내지 10:1의 몰비로 포함하는 것인 전자 공여체 고분자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전자 공여체 고분자는 1,000 내지 800,000의 수평균 분자량을 가지는 것인 전자 공여체 고분자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자 공여체 고분자는 1.1 eV 내지 2.5 eV의 밴드갭을 가지는 것인 전자 공여체 고분자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전자 공여체 고분자는 1 × 10-6 cm2/V·s 내지 9 × 10-1 cm2/V·s의 정공 이동도를 가지는 것인 전자 공여체 고분자.
  16. 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고 전자 공여체(electron donor) 및 전자 수용체(electron acceptor)를 포함하는 광 활성층
    을 포함하고,
    상기 전자 공여체는 상기 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 전자 공여체 고분자를 포함하는 유기 태양 전지.
KR1020110042506A 2011-05-04 2011-05-04 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 KR101777325B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110042506A KR101777325B1 (ko) 2011-05-04 2011-05-04 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
US13/293,756 US9112156B2 (en) 2011-05-04 2011-11-10 Electron donating polymers and organic solar cells including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110042506A KR101777325B1 (ko) 2011-05-04 2011-05-04 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120124695A KR20120124695A (ko) 2012-11-14
KR101777325B1 true KR101777325B1 (ko) 2017-09-12

Family

ID=47089420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110042506A KR101777325B1 (ko) 2011-05-04 2011-05-04 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9112156B2 (ko)
KR (1) KR101777325B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9660207B2 (en) 2012-07-25 2017-05-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic solar cell
KR101698666B1 (ko) * 2014-03-27 2017-01-23 주식회사 엘지화학 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
US9663612B2 (en) * 2014-05-30 2017-05-30 Phillips 66 Company Process of manufacturing and applications of a multi-component benzo[1,2-B:4,5-B] dithiphene-thienothiophene randomly substituted conjugated polymers for organic solar cells
US9663604B2 (en) * 2014-05-30 2017-05-30 Phillips 66 Company Composition and applications of a multi-component benzo[1,2-B:4,5-B] dithiophene-difluorothienothiophene randomly substituted polymers for organic solar cells
US9527963B2 (en) * 2014-05-30 2016-12-27 Phillips 66 Company Process of producing and applications of a multi-component benzo[1,2-B:4,5-B] difluorothienothiophene randomly substituted polymers for organic solar cells
US9537100B2 (en) * 2014-05-30 2017-01-03 Phillips 66 Company Process of producing and applications of three component benzo[1,2-B:4,5-B] dithiophene-thienothiophene randomly substituted polymers for organic solar cells
US9711727B2 (en) * 2014-05-30 2017-07-18 Phillips 66 Company Compositions and applications of a multi-component benzo[1,2-B:4,5-B] dithiophene-thienothiophene randomly substituted polymers for organic solar cells
US9537099B2 (en) * 2014-05-30 2017-01-03 Phillips 66 Company Compositions and applications of three component benzo[1,2-B:4,5-B] dithiophene-thienothiophene randomly substituted polymers for organic solar cells
US9673398B2 (en) * 2014-05-30 2017-06-06 Phillips 66 Company Difluorothienothiophene based conjugated polymers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005206750A (ja) 2004-01-26 2005-08-04 Konica Minolta Holdings Inc 有機半導体材料、有機トランジスタ、電界効果トランジスタ、スイッチング素子及び５員複素環化合物
JP2009215546A (ja) 2008-02-13 2009-09-24 Sumitomo Chemical Co Ltd 多環縮環化合物、多環縮環重合体及びこれらを含む有機薄膜

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7432340B2 (en) * 2002-07-11 2008-10-07 Air Products And Chemicals, Inc. Fluorinated alkyl substituted-thieno[3,4-]thiophene monomers and polymers therefrom
US7507764B2 (en) 2003-10-15 2009-03-24 Tego Biosciences Corporation Amphiphilic [5:1]- and [3:3]- hexakisadducts of fullerenes
US20080213352A1 (en) 2007-03-02 2008-09-04 Luna Innovations Incorporated Liposome carriers for in vivo delivery of fullerenes
KR100872957B1 (ko) 2008-02-29 2008-12-08 광주과학기술원 풀러렌 유도체
EP2307483B1 (en) * 2008-07-18 2015-04-22 University Of Chicago Semiconducting polymers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005206750A (ja) 2004-01-26 2005-08-04 Konica Minolta Holdings Inc 有機半導体材料、有機トランジスタ、電界効果トランジスタ、スイッチング素子及び５員複素環化合物
JP2009215546A (ja) 2008-02-13 2009-09-24 Sumitomo Chemical Co Ltd 多環縮環化合物、多環縮環重合体及びこれらを含む有機薄膜

Also Published As

Publication number Publication date
US20120279568A1 (en) 2012-11-08
KR20120124695A (ko) 2012-11-14
US9112156B2 (en) 2015-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101777325B1 (ko) 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR101946076B1 (ko) 신규한 광활성 폴리머를 함유하는 광기전 전지
EP2399947B1 (en) Electron-donating polymers and organic solar cells including the same
KR101853395B1 (ko) 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 태양 전지
KR101790678B1 (ko) 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
TW201437249A (zh) Ｐ型半導體聚合物及相關方法
TWI784295B (zh) 有機半導體混合材料及應用其之有機光電元件
KR101099601B1 (ko) 디티에노티오펜 화합물이 도입된 전도성 고분자 및 그를 광전변환재료로 이용한 유기 태양전지
KR101777326B1 (ko) 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR20230112349A (ko) 삼원계 광활성층 조성물 및 이를 포함하는 유기태양전지
TWI647250B (zh) Polymer compound, organic photoelectric conversion element, and method of manufacturing the same
EP2711382B1 (en) Difluoro benzotriazolyl solar cell material and preparation method and use thereof
KR101790677B1 (ko) 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR101861226B1 (ko) 전자 공여 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
KR20200004743A (ko) 카페인을 포함하는 유기반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지
EP2759556B1 (en) Difluoro benzotriazolyl solar cell polymeric material and preparation method and use thereof
KR101564406B1 (ko) 신규한 공액계 고분자 및 이를 이용한 유기전자소자
EP2759558A1 (en) Difluoro benzotriazolyl organic semiconductor material and preparation method and use thereof
KR20230084034A (ko) 효과적인 근적외선 흡수 전자공여체 물질 및 이를 이용한 근적외선 감응 유기 전자 소자
US8871897B2 (en) Amine-containing difluoro benzotriazolyl polymer, preparation method and use thereof
KR20160032785A (ko) 전도성 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
EP2759557B1 (en) Fluorene-containing difluoro benzotriazolyl copolymer and preparation method and use thereof
KR20130025077A (ko) 전도성 고분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant