KR101807391B1 - 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{POLYMER AND ORGANIC SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
본 출원은 2015년 3월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2015-0032475호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
유기 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 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 유기물 반도체 태양전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
태양전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 엑시톤을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다. 전하가 손실되는 원인 중의 하나가 생성된 전자 및 정공이 재결합(recombination)에 의해 소멸하는 것이다. 생성된 전자나 정공이 손실되지 않고 전극에 전달되기 위한 방법으로 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분 추가 공정이 요구되고 이에 따라 제조 비용이 상승할 수 있다.
한국 특허 공개공보 2014-0025621호
Two-layer organic photovoltaic cell(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))
본 명세서는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 및
하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112016022974500-pat00001
[화학식 2]
Figure 112016022974500-pat00002
상기 화학식 1 및 2에 있어서,
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이고,
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이며,
X, X', X" 및 X"'는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 불소이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; O; 또는 S 이고,
A3 및 A4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 불소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
L1 및 L2 중 적어도 하나는 O 또는 S 이고,
R, R', R" 및 R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
a1 내지 a4는 각각 0 또는 1의 정수이다.
또한, 본 명세서는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 전술한 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 에너지 레벨이 700nm 이상으로 단락전류(Jsc)가 높아 높은 효율의 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 용해도가 우수하여, 소자의 제조시, 시간 및 비용 상 경제적이다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 중합체 1의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 중합체 2의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4는 실험예 1에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 5는 실험예 3 내지 5에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 6은 실험예 6 내지 8에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 7은 실험예 9 내지 11에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 8은 중합체 3의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 9는 중합체 4의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 10은 중합체 5의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 11은 중합체 6의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 12는 중합체 7의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 13은 중합체 8의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 14는 중합체 9의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 15은 중합체 10의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 16은 중합체 11의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 17는 중합체 12의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 18은 중합체 13의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 19는 중합체 14의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 20은 중합체 15의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 21은 중합체 16의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 22는 중합체 17의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 23은 중합체 18의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 24는 중합체 19의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 25은 중합체 20의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 26는 실험예 17-1 및 17-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 27는 실험예 18-1 및 18-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 28는 실험예 19-1 및 19-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 29는 실험예 20-1 및 20-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 30는 실험예 21-1 및 21-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 31는 실험예 22-1 및 22-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 32는 실험예 23-1 및 23-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 33는 실험예 24-1 및 24-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 34는 실험예 25-1 및 25-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 35는 실험예 26-1 및 26-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 36는 실험예 27-1 및 27-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 37는 실험예 28-1 및 28-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 38는 실험예 29-1 및 29-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에 있어서 '단위'란 단량체가 중합체에 포함되는 반복되는 구조로서, 단량체가 중합에 의하여 중합체 내에 결합된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서 '단위를 포함'의 의미는 중합체 내의 주쇄에 포함된다는 의미이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 중합체에 포함되는 1 또는 2 이상의 화학식 1로 표시되는 제1 단위와 1 또는 2 이상의 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함한다.
본 명세서에서 상기 중합체에 포함하는 제1 단위 및/또는 제2 단위가 2 이상인 경우, 2 이상의 제1 단위 및/또는 제2 단위는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 복수 개의 제1 단위 및/또는 제2 단위를 동일하거나 상이하게 조절함으로써, 소자의 제조시 필요한 중합체의 용해도 및/또는 소자의 수명, 효율 특성 등을 조절할 수 있다.
화학식 1로 표시되는 제1 단위는 불소를 포함하고, 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 알콕시기 또는 티오에테르기를 포함한다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 동시에 포함하는 경우에는 중합체의 용해도가 우수하다. 이 경우, 소자의 제조시 시간 및/또는 비용 상 경제적인 이점이 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 에너지 레벨이 700nm 이상으로 단락전류(Jsc)가 높아 높은 효율의 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 용해도가 우수하여, 소자의 제조시, 시간 및 비용 상 경제적이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, -L1-A3와 -L2-A4를 포함하는 제2 단위는 HOMO 에너지 준위의 값을 높이고, A1 및 A2를 포함하는 제1 단위는 HOMO 에너지 준위의 값을 낮춘다. 따라서, 제1 단위와 제2 단위의 비율을 조절하여, 적절한 HOMO 에너지 준위를 조절하여, 높은 유기 태양 전지를 구현할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
또한, 상기 HOMO 에너지 준위 값을 낮춘다는 의미는 에너지 준위의 절대값이 커진다는 것을 의미하며, HOMO 에너지 준위 값을 높인다는 의미는 에너지 준위의 절대값이 작아진다는 것을 의미한다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 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 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112016022974500-pat00003
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 30의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112016022974500-pat00004
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
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, 시클로헥실메틸, 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.
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.
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.
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.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112016022974500-pat00005
,
Figure 112016022974500-pat00006
,
Figure 112016022974500-pat00007
,
Figure 112016022974500-pat00008
,
Figure 112016022974500-pat00009
,
Figure 112016022974500-pat00010
,
Figure 112016022974500-pat00011
및
Figure 112016022974500-pat00012
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로 고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Si, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로 고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기는 N 원자에, 아릴기, 알킬기, 아릴알킬기, 및 헤테로고리기 등으로 치환될 수 있으며, 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.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기 및 아릴술폭시기 중의 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.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기 및 알킬술폭시기 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.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1은 S 이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Y1은 N이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Y2는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a1은 1이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 a2는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R2는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R3는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위는 1종 또는 2종 이상 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 1 종 또는 2종 이상 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위는 하기 화학식 1-1로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure 112016022974500-pat00013
상기 화학식 1-1에 있어서,
X, X', A1, A2, R1 및 R4는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X는 S이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 X'는 S이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X는 Se이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X'는 Se이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A1은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A1은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A2는 수소이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 A2는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A2는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-1로 표시되는 제1 단위는 하기 화학식 1-1-1 내지 1-1-3 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-1-1]
Figure 112016022974500-pat00014
[화학식 1-1-2]
Figure 112016022974500-pat00015
[화학식 1-1-3]
Figure 112016022974500-pat00016
상기 화학식 1-1-1 내지 1-1-3에 있어서,
X, X', R1 및 R4는 전술한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2는 S이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Y3는 N이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Y4는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L1은 O이다.
또 다른 실시상태에 있어서 상기 L1은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합이고, A3는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 S이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 L2는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 직접결합이고, A4는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -O-A3 및 -O-A4이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -S-A3 및 -S-A4이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -S-A3 및 -F이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -O-A3 및 -F이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -F 및 -O-A4이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -L1-A3 및 -L2-A4는 각각 -F 및 -S-A4이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a3는 0이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 a3는 1이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 a4는 0이다.
도 다른 실시상태에 있어서, 상기 a4는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중 어느 하나로 표시되는 것인 중합체:
[화학식 2-1]
Figure 112016022974500-pat00017
[화학식 2-2]
Figure 112016022974500-pat00018
[화학식 2-3]
Figure 112016022974500-pat00019
[화학식 2-4]
Figure 112016022974500-pat00020
[화학식 2-5]
Figure 112016022974500-pat00021
[화학식 2-6]
Figure 112016022974500-pat00022
상기 화학식 2-1 내지 2-6에 있어서,
X", X'", R5 내지 R8, A3 및 A4는 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1 내지 a4는 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1 내지 a4가 1인 경우에는 분자의 회전을 방지하고, X 내지 X'"의 S 또는 Se 원자와 A1, A2의 할로겐기 또는 L1, L2의 S 원자 또는 O 원자와 서로 상호작용(interaction)을 통하여 평면성이 증가할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X"는 S이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 X"는 Se이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X"'는 S이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 X"'는 Se이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 3 중 어느 하나로 표시되는 제3 단위를 더 포함한다.
[화학식 3]
Figure 112016022974500-pat00023
상기 화학식 3에 있어서,
X3 내지 X6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR10, NR10, O, SiR10R11, PR10, S, GeR10R11, Se 또는 Te이고,
Y5 및 Y6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR12, N, SiR12, P 또는 GeR12이며,
b는 1 내지 3의 정수이고,
b가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
R10 내지 R14는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오에테르기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X3는 S이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Y5는 CR12이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Y6는 CR12이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R12는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X3는 Se 이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X3는 Ge이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 X4는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 Se 이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X4는 Ge이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X4는 NR10이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 SiR10R11 이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X4는 CR10R11이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 GeR10R11 이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 X4는 CR10R11이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X5는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X5는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X6은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Y5는 CR12이다.
또 다른 실시상태에 있어서, Y6는 CR12이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 3-1 중 어느 하나로 표시되는 제3 단위를 더 포함한다.
[화학식 3-1]
Figure 112016022974500-pat00024
상기 화학식 3-1에 있어서, R10, R11, R12는 전술한 바와 동일하고,
R12'는 R12의 정의와 동일하며,
상기 화학식 3-1의 구조는 각각 독립적으로 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오에테르기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 추가로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 단위 및 제2 단위를 포함하는 중합체는 교대 중합체이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 단위 및 제2 단위를 포함하는 중합체는 랜덤 중합체이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 4 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 4]
Figure 112016022974500-pat00025
[화학식 5]
Figure 112016022974500-pat00026
[화학식 6]
Figure 112016022974500-pat00027
[화학식 7]
Figure 112016022974500-pat00028
상기 화학식 4 내지 7에 있어서,
A 및 A'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위이고,
B는 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위이며,
C, C' 및 C"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 3 중 어느 하나로 표시되는 제3 단위이고,
[화학식 3]
Figure 112016022974500-pat00029
상기 화학식 3에 있어서,
X3 내지 X6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR10, NR10, O, SiR10R11, PR10, S, GeR10R11, Se 또는 Te이고,
Y5 및 Y6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR12, N, SiR12, P 또는 GeR12이며,
b는 1 내지 3의 정수이고,
b가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
R10 내지 R14는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오에테르기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,
p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
l + m = 1이고,
o + p + q = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서에서 상기 화학식 4로 표시되는 단위를 포함하는 중합체는 제1 단위 및 제2 단위만으로 구성된 단위를 포함하는 것으로 교대 중합체를 구성할 수 있다.
본 명세서에서 상기 화학식 5로 표시되는 단위를 포함하는 중합체는 제1 단위 및 제2 단위만으로 구성된 단위를 포함하는 것으로 랜덤 중합체를 구성할 수 있으며, l 및 m의 몰분율에 따라서, 제1 단위 및 제2 단위의 함량을 조절할 수 있다.
본 명세서에서 상기 화학식 6으로 표시되는 단위를 포함하는 중합체는 제1 단위 및 제2 단위 외에도 추가의 단위를 더 포함하는 것으로 랜덤 중합체를 구성할 수 있다.
본 명세서에서 상기 화학식 7로 표시되는 단위를 포함하는 중합체는 서로 같거나 상이한 2개의 제1 단위 및 제2 단위 외에도 추가의 단위를 더 포함하는 것으로 랜덤 중합체를 구성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 단위는 하기 화학식 4-1로 표시된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 5로 표시되는 단위는 하기 화학식 5-1로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 6으로 표시되는 단위는 하기 화학식 6-1로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 7로 표시되는 단위는 하기 화학식 7-1로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 4-1, 화학식 5-1, 화학식 6-1 및 화학식 7-1 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 4-1]
Figure 112016022974500-pat00030
[화학식 5-1]
Figure 112016022974500-pat00031
[화학식 6-1]
Figure 112016022974500-pat00032
[화학식 7-1]
Figure 112016022974500-pat00033
상기 화학식 4-1 내지 7-1에 있어서,
A1 내지 A4, R1, R4 내지 R8, L1 및 L2는 화학식 1 및 2에서 정의한 바와 동일하고,
A'1, A'2, R'1, R'4는 상기 화학식 1의 A1, A2, R1 및 R4의 정의와 동일하며,
R15 내지 R18, R'17 및 R'18은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,
p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
l + m = 1이고,
o + p + q = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3 및 A4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A3 및 A4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A3 및 A4는 치환 또는 비치환된 도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A3 및 A4는 치환 또는 비치환된 옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A3 및 A4는 치환 또는 비치환된 헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A3 및 A4는 치환 또는 비치환된 부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 n-도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 n-도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 n-옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 n-옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 n-헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 n-헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3은 n-부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A4는 n-부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-옥틸도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-에틸데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 2-에틸헥실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 2-옥틸도데실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 2-옥틸도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 2-에틸데실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 2-에틸데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 2-부틸옥틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R4는 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R6는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R6는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R7은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R7은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R8은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R8은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R8은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R15는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R15는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R15는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R16은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R16은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R16은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R17은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R17은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R17은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R18은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R18은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R18은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A'1은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A'1은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A'1은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A'2는 수소이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 A'2는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A'2는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-옥틸도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-에틸데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1 및 R'4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1은 2-에틸헥실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'4는 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1은 2-옥틸도데실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'4는 2-옥틸도데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1은 2-에틸데실기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'4는 2-에틸데실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'1은 2-부틸옥틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'4는 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'17은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'17은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'17은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R'18은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'18은 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R'18은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 4-1-1 내지 화학식 4-1-14, 화학식 5-1-1 내지 화학식 5-1-3, 화학식 6-1-1 내지 화학식 6-1-17 및 화학식 7-1-1 내지 7-1-5 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 4-1-1]
Figure 112016022974500-pat00034
[화학식 4-1-2]
Figure 112016022974500-pat00035
[화학식 4-1-3]
Figure 112016022974500-pat00036
[화학식 4-1-4]
Figure 112016022974500-pat00037
[화학식 4-1-5]
Figure 112016022974500-pat00038
[화학식 4-1-6]
Figure 112016022974500-pat00039
[화학식 4-1-7]
Figure 112016022974500-pat00040
[화학식 4-1-8]
Figure 112016022974500-pat00041
[화학식 4-1-9]
Figure 112016022974500-pat00042
[화학식 4-1-10]
Figure 112016022974500-pat00043
[화학식 4-1-11]
Figure 112016022974500-pat00044
[화학식 4-1-12]
[화학식 4-1-13]
Figure 112016022974500-pat00046
[화학식 4-1-14]
Figure 112016022974500-pat00047
[화학식 5-1-1]
Figure 112016022974500-pat00048
[화학식 5-1-2]
Figure 112016022974500-pat00049
[화학식 5-1-3]
Figure 112016022974500-pat00050
[화학식 6-1-1]
Figure 112016022974500-pat00051
[화학식 6-1-2]
Figure 112016022974500-pat00052
[화학식 6-1-3]
Figure 112016022974500-pat00053
[화학식 6-1-4]
Figure 112016022974500-pat00054
[화학식 6-1-5]
Figure 112016022974500-pat00055
[화학식 6-1-6]
Figure 112016022974500-pat00056
[화학식 6-1-7]
Figure 112016022974500-pat00057
[화학식 6-1-8]
Figure 112016022974500-pat00058
[화학식 6-1-9]
Figure 112016022974500-pat00059
[화학식 6-1-10]
Figure 112016022974500-pat00060
[화학식 6-1-11]
Figure 112016022974500-pat00061
[화학식 6-1-12]
Figure 112016022974500-pat00062
[화학식 6-1-13]
Figure 112016022974500-pat00063
[화학식 6-1-14]
Figure 112016022974500-pat00064
[화학식 6-1-15]
Figure 112016022974500-pat00065
[화학식 6-1-16]
[화학식 6-1-17]
Figure 112016022974500-pat00067
[화학식 7-1-1]
Figure 112016022974500-pat00068
[화학식 7-1-2]
Figure 112016022974500-pat00069
[화학식 7-1-3]
Figure 112016022974500-pat00070
[화학식 7-1-4]
Figure 112016022974500-pat00071
[화학식 7-1-5]
Figure 112016022974500-pat00072
상기 화학식 4-1-1 내지 화학식 4-1-14, 화학식 5-1-1 내지 화학식 5-1-2, 화학식 6-1-1 내지 화학식 6-1-17 및 화학식 7-1-1 내지 7-1-5에 있어서,
l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,
p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
l + m = 1이고,
o + p + q = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 l은 0.5이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 l은 0.6이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 m은 0.5이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 m은 0.4이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 o는 0.5이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.4이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.35이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.3이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.25이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.2이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 p는 0.15이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.1이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.15이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.2이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.25이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.3이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 q는 0.35이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 HOMO 에너지 준위는 5 eV 내지 5.9 eV 이다.
본 명세서에서 상기 HOMO 에너지 준위의 측정은 전기화학적 방법인 사이클릭 볼타메트리 (cyclic voltammetry)로 HOMO 에너지 준위를 측정하였고, LUMO 에너지 준위는 HOMO 에너지 에서 UV 엣지(edge)로부터 나온 에너지 밴드갭의 차이로 측정하였다.
구체적으로 사이클릭 볼타메트리 (cyclic voltammetry)는 카본 전극인 작업(Working)전극, 기준(Reference) 전극, 백금 판인 카운터(Counter) 전극으로 이루어져 있으며 전위를 시간에 따라 일정한 속도로 오르내리게 하면서 전극에 흐르는 전류를 측정하는 방법이다. HOMO 및 LUMO의 계산식은 아래와 같다.
[식]
HOMO(or LUMO)(eV)＝-4.8-(Eonset-E1/2(Ferrocene))
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 클로로벤젠에 대한 용해도가 0.1 wt% 내지 20 wt%이다. 상기 용해도 측정은 상온에서 측정된 값을 의미할 수 있다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 트라이플루오로-벤젠기(trifluoro-benzene) 및/또는 4-Bromodiphenyl ether를 사용하나, 일반적으로 공지된 말단기를 당업자의 필요에 따라 변경하여 사용할 수 있으며, 이를 한정하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체의 수평균 분자량은 5,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 1 내지 10의 분자량 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 중합체는 1 내지 3의 분자량 분포를 가진다.
또한, 일정 이상의 용해도를 가져서 용액도포법 적용이 유리하도록 하기 위해 수평균 분자량은 100,000이하인 것이 바람직하다.
본 명세서에 따른 중합체는 다단계 화학반응으로 제조할 수 있다. 알킬화 반응, 그리냐르(Grignard) 반응, 스즈끼(Suzuki) 커플링 반응 및 스틸(Stille) 커플링 반응 등을 통하여 모노머들을 제조한 후, 스틸 커플링 반응 등의 탄소-탄소 커플링 반응을 통하여 최종 중합체들을 제조할 수 있다. 도입하고자 하는 치환기가 보론산(boronic acid) 또는 보론산 에스터(boronic ester) 화합물인 경우에는 스즈키 커플링 반응을 통해 제조할 수 있고, 도입하고자 하는 치환기가 트리부틸틴(tributyltin) 또는 트리메틸틴(trimethyltin) 화합물인 경우에는 스틸 커플링 반응을 통해 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공 수송층, 정공 주입층 또는 정공 수송과 정공 주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 정공 수송층, 정공 주입층 또는 정공 수송과 정공 주입을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자 수송층 또는 전자 주입과 전자 수송을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자 수송층 또는 전자 주입과 전자 수송을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
도 1 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기 태양 전지는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 애노드, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노말 구조는 기판 상에 애노드가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기태양전지가 노말 구조인 경우, 기판 상에 형성되는 제1 전극이 애노드일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조는 기판 상에 캐소드가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기태양전지가 인버티드 구조인 경우, 기판 상에 형성되는 제1 전극이 캐소드일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 탠덤 (tandem) 구조이다. 이 경우 상기 유기 태양 전지는 2 층 이상의 광활성층을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 버퍼층이 광활성층과 정공수송층 사이 또는 광활성층과 전자수송층 사이에 구비될 수 있다. 이때, 정공 주입층이 애노드와 정공수송층사이에 더 구비될 수 있다. 또한, 전자주입층이 캐소드와 전자수송층 사이에 더 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 및 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고, 상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질은 플러렌, 플러렌 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로 플러렌(fullerene), 플러렌 유도체(PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) 또는 PCBCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester), 페릴렌(perylene) PBI(polybenzimidazole), 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 첨가제를 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 분자량은 50 g/mol 내지 1000 g/mol이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 끓는점은 30 내지 300 의 유기물이다.
본 명세서에서 유기물이란 탄소 원자를 적어도 1 이상 포함하는 물질을 의미한다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 1,8-디아이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether), 옥탄디티올(octane dithiol) 및 테트라브로모싸이오펜(tetrabromothiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 중에서 1 또는 2 종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
유기 태양 전지에서 엑시톤의 원활한 분리와 분리된 전하의 효과적인 수송을 위해서는 전자 주개와 받개 사이의 계면을 최대한으로 늘리되 적당한 상분리를 통해 전자 주개와 받개의 연속적 통로를 확보하여, 모폴로지의 향상을 유도하는 것이 요구된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, 첨가제를 활성층에 도입함으로써 고분자와 플러렌 유도체의 첨가제에 대한 선택적 용해도 및 용매와 첨가제의 끓는점 차이로 유도되는 효과적인 상분리를 유도할 수 있다. 또한 전자받개물질이나 전자주개물질을 가교화시켜 모폴로지를 고정시켜 상분리가 일어나지 않도록 할 수가 있고, 전자주개물질의 분자 구조의 변화를 통해서도 모폴로지를 컨트롤할 수 있다.
추가로 전자주개 물질의 입체규칙성 제어를 통한 모폴로지 향상뿐만 아니라, 고온에서의 열처리와 같은 후처리를 통해 모폴로지를 향상시킬 수 있다. 이는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체의 배향 및 결정화를 유도할 수 있고, 광활성층의 거칠기를 증가시켜, 전극과 접촉이 용이하게 하여 효과적인 전하의 이동을 유도할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 중합체를 포함한다.
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.
상기 애노드 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 애노드 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100~150에서 1~30분간, 바람직하게는 120에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 애노드 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
애노드 전극의 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 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 등이 있다.
애노드 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 애노드 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 캐소드 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다.
상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3), 폴리 에틸렌 이민(PEI) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
광활성층은 전자공여체 및/또는 전자수용체와 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
합성예 1. 모노머 1의 합성
Figure 112016022974500-pat00073
[모노머 1]
상기 모노머 1의 화합물은 JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A: POLYMER CHEMISTRY 2011, 49, 4387-4397 4389를 기초로 합성하였다.
합성예 2. 모노머 2의 합성
Figure 112016022974500-pat00074
Figure 112016022974500-pat00075
1) 3-(2-Ethyldecyl)thiophene의 합성
50mmol의 1-bromo-2-ethyldecane과 50mmol의 Mg turnings를 50ml diethylether에 넣고 교반시켜 Grignard reagent 만든 후, 0.1mmol의 Ni(dppp)Cl2 을 실온에서 첨가하고, 20ml의 diethylether에 들어있는 50mmol의 3-bromothiophene을 천천히 첨가해주었다. 환류 조건에서 15시간 동안 교반시켜 0 ℃에서 2M HCl로 quneching 시킨 후 diethylether로 추출하였다. 컬럼 크로마토 그래피로 정제하여 무색의 액체 3-(2-Ethyldecyl)thiophene를 얻었다. (수득률 70%)
2) 2-(Trimethylstannyl)-4-(2-ethyldecyl)thiophene의 합성
10mmol의 3-(2-Ethyldecyl)thiophene을 100ml의 테트라하이드로퓨란에 녹이고 -78℃에서 n-BuLi을 11mmol 첨가하여 1시간 교반시킨 후 0℃에서 30분 교반시켰다. 다시 -78℃로 냉각 시키고 12mmol의 Me3SnCl을 첨가하였다. 1시간 동안 -78℃에서 교반시키고 천천히 실온으로 온도를 올리며 교반한 후 용매를 제거하고 남은 것은 hexane에 녹여 필터한다. 여과액으로 침전을 잡아 무색의 2-(Trimethylstannyl)-4-(2-ethyldecyl)thiophene 결정을 얻었다.
3) 5,6-Difluoro-4,7-diiodobenzo[c][1,2,5]thiadiazole의 합성
5,6-Difluoro-4,7-diiodobenzo[c][1,2,5]thiadiazole는 Polymer Chemistry, 5(2), 502-511; 2014을 기초로 합성하였다.
4) 5,6-Difluoro-4,7-bis(4-(2-ethyldecyl)-2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole의 합성
12 mmol의 5,6-Difluoro-4,7-diiodobenzo[c][1,2,5]thiadiazole 과 2-(Trimethylstannyl)-4-(2-ethyldecyl)thiophene 26.4 mmol 을 50 mL dry toluene 에 녹이고 100mg의 Pd(PPh3)4 을 넣은 후 24시간 동안 환류 교반시켰다. 반응이 끝나면 실온으로 온도를 내리고 용매를 제거한 후 컬럼 크로마토그래피로 정제를 하여 주황색 고체의 5,6-Difluoro-4,7-diiodobenzo[c][1,2,5]thiadiazole을 얻었다.
전술한 합성예 1 및 2를 기초로, 화학식 1로 표시되는 제1 단위 및 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 제조하였다.
제조예 1. 중합체의 제조
상기 중합체 각 제1 단위 및 제2 단위의 단량체를 클로로 벤젠을 용매로 하여, Pd2(dba)3, P(o-tolyl)3, 넣고 마이크로웨이브 반응기로 중합하여 제조하였다.
중합체의 특성 측정
상기 제조예 1에서 제조된 하기 중합체 1 내지 20의 특성은 하기와 같다.
[중합체 1]
Figure 112016022974500-pat00076
중합체 1의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 18,700이고 중량 평균 분자량은 26,200이었고, HOMO는 5.28eV, LUMO는 3.62eV 이고 band gap은 1.63이었다.
도 2는 중합체 1의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 3의 UV 흡광 스펙트럼은 1) 중합체 1이 석슐렛에서 클로로 포름에 녹아나온 것을 클로로 벤젠에 녹여 만든 필름 샘플의 흡광 스펙트럼 2) 클로로 벤젠에 녹아나온 중합체 1을 클로로 벤젠에 녹여 만든 필름 샘플의 흡광 스펙트럼, 3) 1)을 120 열처리 한 뒤 측정한 샘플의 흡광 스펙트럼, 4) 2)를 120 열처리 한 뒤 측정한 샘플의 흡광 스펙트럼으로 UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 2]
Figure 112016022974500-pat00077
도 3은 중합체 2의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 4의 UV 흡광 스펙트럼은 1) 필름 상태의 중합체 2의 샘플의 흡광 스펙트럼, 2) 필름 상태의 중합체 2를 120 열처리 한 뒤 측정한 샘플의 흡광 스펙트럼, 3) 중합체 2를 클로로 벤젠에 녹인 샘플의 흡광 스펙트럼, 4) 중합체 2를 클로로 포름에 녹인 후, 120 열처리 한 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 3]
Figure 112016022974500-pat00078
중합체 3의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 30,740이고 중량 평균 분자량은 49,500이었고, HOMO는 5.31eV, LUMO는 3.62eV 이고 band gap은 1.69이었다.
도 8은 중합체 3의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 8의 UV 흡광 스펙트럼은 1필름 상태의 중합체 3의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 4]
Figure 112016022974500-pat00079
중합체 4의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 38,540이고 중량 평균 분자량은 54,000이었고, HOMO는 5.32eV, LUMO는 3.63eV 이고 band gap은 1.69이었다.
도 9는 중합체 4의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 9의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태의 중합체 4의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 5]
Figure 112016022974500-pat00080
중합체 5의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 33,742이고 중량 평균 분자량은 47,700이었고, HOMO는 5.32eV, LUMO는 3.63eV 이고 band gap은 1.69이었다.
도 10은 중합체 5의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 10의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태의 중합체 5의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 6]
Figure 112016022974500-pat00081
중합체 6의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 31,650이고 중량 평균 분자량은 43,920이었고, HOMO는 5.31eV, LUMO는 3.63eV 이고 band gap은 1.68이었다.
도 11은 중합체 6의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 11의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태의 중합체 6의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 7]
Figure 112016022974500-pat00082
중합체 7의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 18,500이고 중량 평균 분자량은 29,200이었고, HOMO는 5.35eV, LUMO는 3.71eV 이고 band gap은 1.58이었다.
도 12는 중합체 7의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 12의 UV 흡광 스펙트럼은, 필름 상태의 중합체 7의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 8]
Figure 112016022974500-pat00083
중합체 8의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 36,866이고 중량 평균 분자량은 50,477이었고, HOMO는 5.33eV, LUMO는 3.67eV 이고, band gap은 1.66, λedge는 743nm, PDI는 1.37이었다.
도 13은 중합체 8의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 13의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액상태의 중합체 8의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 9]
Figure 112016022974500-pat00084
중합체 9의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 30,000이고 중량 평균 분자량은 47,100이었고, HOMO는 5.4eV, LUMO는 3.7eV 이고, band gap은 1.7, λedge는 732nm, PDI는 1.57이었다.
도 14는 중합체 9의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 14의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액상태의 중합체 9의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 10]
Figure 112016022974500-pat00085
중합체 10의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 27,300이고 중량 평균 분자량은 45,400이었고, HOMO는 5.32eV, LUMO는 3.63eV 이고, band gap은 1.69, λedge는 732nm, PDI는 1.66이었다.
도 15는 중합체 10의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 15의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액상태의 중합체 10의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 11]
Figure 112016022974500-pat00086
중합체 11의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 31,300이고 중량 평균 분자량은 48,700이었고, HOMO는 5.3eV, LUMO는 3.63eV 이고, band gap은 1.67, λedge는 743.8nm, PDI는 1.56이었다.
도 16은 중합체 11의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 16의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태의 중합체 11의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 12]
Figure 112016022974500-pat00087
중합체 12의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 36,200이고 중량 평균 분자량은 51,800이었고, HOMO는 5.29eV, LUMO는 3.61eV 이고, band gap은 1.68, λedge는 740nm, PDI는 1.43이었다.
도 17은 중합체 12의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 17의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태의 중합체 12의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 13]
Figure 112016022974500-pat00088
중합체 13의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 34,800이고 중량 평균 분자량은 51,900이었고, HOMO는 5.30eV, LUMO는 3.62eV 이고, band gap은 1.68, λedge는 739nm, PDI는 1.49이었다.
도 18은 중합체 13의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 18의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 13의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 14]
Figure 112016022974500-pat00089
중합체 14의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 31,800이고 중량 평균 분자량은 50,360이었고, HOMO는 5.31eV, LUMO는 3.62eV 이고, band gap은 1.69, λedge는 734nm, PDI는 1.58이었다.
도 19은 중합체 14의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 19의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 14의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 15]
Figure 112016022974500-pat00090
중합체 15의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 38,300이고 중량 평균 분자량은 52,000이었고, HOMO는 5.3eV, LUMO는 3.65eV 이고, band gap은 1.65, λedge는 741nm, PDI는 1.36이었다.
도 20은 중합체 15의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 20의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 15의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 16]
Figure 112016022974500-pat00091
중합체 16의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 38,500이고 중량 평균 분자량은 52,700이었고, HOMO는 5.29eV, LUMO는 3.62eV 이고, band gap은 1.67, λedge는 742nm, PDI는 1.37이었다.
도 21은 중합체 16의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 21의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 16의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 17]
Figure 112016022974500-pat00092
중합체 17의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 28,900이고 중량 평균 분자량은 43,500이었고, HOMO는 5.27eV, LUMO는 3.61eV 이고, band gap은 1.66, λedge는 745nm, PDI는 1.5이었다.
도 22은 중합체 17의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 22의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 17의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 18]
Figure 112016022974500-pat00093
중합체 18의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 34,000이고 중량 평균 분자량은 52,400이었고, HOMO는 5.33eV, LUMO는 3.66eV 이고, band gap은 1.67, λedge는 744.6nm, PDI는 1.54이었다.
도 23은 중합체 18의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 23의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 18의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 19]
Figure 112016022974500-pat00094
중합체 19의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 26,390이고 중량 평균 분자량은 39,310이었고, HOMO는 5.31eV, LUMO는 3.63eV 이고, band gap은 1.68, λedge는 737nm, PDI는 1.49이었다.
도 24은 중합체 19의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 24의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 19의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
[중합체 20]
Figure 112016022974500-pat00095
중합체 20의 제조 후 GPC 측정 결과 수평균 분자량은 25,600이고 중량 평균 분자량은 38,400이었고, HOMO는 5.31eV, LUMO는 3.63eV 이고, band gap은 1.68, λedge는 740nm, PDI는 1.5이었다.
도 25은 중합체 20의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
구체적으로 도 25의 UV 흡광 스펙트럼은 필름 상태 및 용액 상태의 중합체 20의 샘플의 흡광 스펙트럼으로, UV-Vis 흡광 스펙트럼(UV-Vis absorption spectrometer)를 이용하여 분석하였다.
실험예 1. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 1과 PC61BM 을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 4 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/PEDOT:PSS/광활성층/Al 의 구조로 하였다. ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 × 1.5 cm2가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 45 nm 두께로 PEDOT:PSS(AI4083)를 4000 rpm으로 40초간 스핀코팅하고, 235 ℃에서 10 분 동안 열처리하였다. 광활성층의 코팅을 위해서는 중합체 PC61BM 복합용액을 158nm 두께로 1,000 rpm으로 20초간 스핀코팅하여, 3x10-8 torr 진공 하에서 열 증발기(thermal evaporator)를 이용하여 100 nm 두께로 1 Å/s 속도로 Al 을 증착하여 유기 태양전지를 제조하였다.
도 4는 실험예 1에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
상기 실험예 1 및 하기 실험예 2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예 1 0.643 16.728 0.495 5.32
실험예 2 0.723 14.307 0.607 6.27
실험예 2. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 1과 PC71BM 을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 4 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag 의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 × 1.5 cm2가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 산화 아연 전구체(ZnO precursor solution: ZnO nanoparticle 25mg/ml in butanol)를 만들고, 이 산화아연(ZnO) 용액을 4000 rpm으로 40초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 100℃ 에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 1과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm으로 20초간 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10 nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1,8-디아이오도옥탄(DIO: 1,8-diiodooctane)을 1 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1,8-디아이오도옥탄(DIO: 1,8-diiodooctane)을 2 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1,8-디아이오도옥탄(DIO: 1,8-diiodooctane)을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 3 내지 5에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예 3 0.754 17.795 0.605 8.12
실험예 4 0.74 17.538 0.594 7.72
실험예 5 0.734 17.263 0.578 7.33
도 5는 실험예 3 내지 5에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1-클로로나프탈렌(1-CN: 1-chloronaphthalene)을 1 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 7. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1-클로로나프탈렌(1-CN: 1-chloronaphthalene)을 2 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 8. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 1-클로로나프탈렌(1-CN: 1-chloronaphthalene)을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 6 내지 8에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예 6 0.8 16.711 0.57 7.62
실험예 7 0.796 16.076 0.587 7.51
실험예 8 0.792 15.324 0.583 7.08
도 6은 실험예 6 내지 8에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 9. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether)를 1 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 10. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether)를 2 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 11. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1과 PC71BM 의 복합 용액에 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether)를 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 9 내지 11에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 4에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예 9 0.767 17.672 0.597 8.09
실험예 10 0.755 16.72 0.62 7.82
실험예 11 0.744 17.35 0.635 8.19
도 7은 실험예 9 내지 11에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 12-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 3과 PC61BM 을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 4 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag 의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 cm × 1.5 cm가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 ZnO NP(ZnO nanograde N-10 2.5wt% in isopropanol)를 만들고, 이 ZnO NP 용액을 4000 rpm으로 20초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 100 ℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 3과 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm으로 20초간 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10 nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 12-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 3과 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 12-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 3과 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 12-1 내지 12-3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 5에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
12-1		 0.808 11.388 0.714 6.57
실험예
12-2		 0.807 9.679 0.736 5.75
실험예
12-3		 0.802 9.303 0.687 5.12
실험예 12-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층의 전자받개(acceptor)물질로 PC61BM 대신 PC71BM을 사용한 것을 제외하고는 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 12-5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 3과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 12-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 12-6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 3과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 12-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 12-4 내지 12-6에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 6에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
12-4		 0.823 12.727 0.673 7.05
실험예
12-5		 0.830 11.264 0.719 6.72
실험예
12-6		 0.831 11.549 0.730 7.01
실험예 13-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층 전자주개(donor)물질로 중합체 3 대신 중합체 4를 사용한 것을 제외하고, 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 13-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 13-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 4와 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 13-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 13-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 13-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 4와 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 13-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 13-1 내지 13-3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 7에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
13-1		 0.784 15.577 0.708 8.65
실험예
13-2		 0.798 13.35 0.691 7.36
실험예
13-3		 0.806 12.182 0.716 7.03
실험예 13-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 13-1에서 광활성층의 전자받개(acceptor)물질로 PC61BM 대신 PC71BM을 사용한 것을 제외하고는 실험예 13-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 13-5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 13-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 4와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 13-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 13-6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 13-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 4와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 13-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 13-4 내지 13-6에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 8에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
13-4		 0.804 16.651 0.632 8.46
실험예
13-5		 0.820 15.614 0.603 7.71
실험예
13-6		 0.819 13.302 0.713 7.77
실험예 14-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층 전자주개(donor)물질로 중합체 3 대신 중합체 5를 사용한 것을 제외하고, 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 14-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 14-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 5와 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 14-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 14-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 14-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 5와 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 14-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 14-1 내지 14-3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 9에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
14-1		 0.785 16.581 0.644 8.38
실험예
14-2		 0.79 14.24 0.638 7.17
실험예
14-3		 0.794 12.946 0.663 6.82
실험예 14-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 14-1에서 광활성층의 전자받개(acceptor)물질로 PC61BM 대신 PC71BM을 사용한 것을 제외하고는 실험예 14-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 14-5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 14-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 5와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 14-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 14-6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 14-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 5와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 14-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 14-4 내지 14-6에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 10에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
14-4		 0.798 16.481 0.569 7.48
실험예
14-5		 0.807 14.573 0.561 6.60
실험예
14-6		 0.810 14.848 0.615 7.39
실험예 15-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 12-1에서 광활성층 전자주개(donor)물질로 중합체 3 대신 중합체 6을 사용한 것을 제외하고, 실험예 12-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 15-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 15-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 6과 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 15-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 15-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 15-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 6과 PC61BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 15-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 15-1 내지 15-3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 11에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
15-1		 0.742 16.534 0.555 6.82
실험예
15-2		 0.76 13.556 0.603 6.21
실험예
15-3		 0.76 12.401 0.633 5.97
실험예 15-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 15-1에서 광활성층의 전자받개(acceptor)물질로 PC61BM 대신 PC71BM을 사용한 것을 제외하고는 실험예 15-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 15-5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 15-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 6과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 15-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 15-6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 15-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 6과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 15-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 15-4 내지 15-6에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 12에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
15-4		 0.758 14.489 0.477 5.23
실험예
15-5		 0.769 13.910 0.565 6.05
실험예
15-6		 0.774 13.350 0.575 5.95
실험예 16-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 7과 PC71BM 을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2.5 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag 의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 cm × 1.5 cm가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 ZnO NP(ZnO nanograde N-10 2.5wt% in isopropanol)를 만들고, 이 ZnO NP 용액을 4000 rpm으로 20초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 100 ℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm으로 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10 nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 16-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 16-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 16-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 16-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 16-1 내지 16-3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 13에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
16-1		 0.868 7.906 40.21 2.761
실험예
16-2		 0.899 9.458 48.81 4.151
실험예
16-3		 0.903 8.149 49.94 3.674
실험예 16-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-1에서 중합체 7과 PC71BM 을 1:2로 제조한 것을 제외하고, 실험예 16-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 16-5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm 대신 1000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 16-4과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 16-6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 16-4과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 16-7. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 16-4에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 7과 PC71BM의 복합 용액을 500rpm 대신 2000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 16-4과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 16-4 내지 16-7에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 14에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
16-4		 0.864 9.283 54.90 4.404
실험예
16-5		 0.880 10.06 61.95 5.488
실험예
16-6		 0.877 9.302 58.62 4.784
실험예
16-7		 0.880 8.374 60.25 4.440
실험예 17-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 8을 사용한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 17-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 17-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 8과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1200rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 17-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 17-1 및 17-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 15에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
17-1		 0.792 15.623 0.637 7.89
실험예
17-2		 0.797 15.498 0.632 7.80
도 26은 실험예 17-1 및 17-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 18-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 9를 사용하고, 중합체 9와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 18-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 18-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 9와 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1100rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 18-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 18-1 및 18-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 16에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
18-1		 0.792 11.711 0.706 6.55
실험예
18-2		 0.799 10.446 0.703 5.87
도 27은 실험예 18-1 및 18-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 19-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 10를 사용하고, 중합체 10과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 19-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 19-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 10과 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1100rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 19-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 19-1 및 19-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 17에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
19-1		 0.839 12.065 0.667 6.74
실험예
19-2		 0.840 10.594 0.691 6.14
도 28은 실험예 19-1 및 19-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 20-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 11를 사용하고, 중합체 11과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 900rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 20-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 11를 사용한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 20-1 및 20-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 18에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
20-1		 0.764 16.760 0.555 7.11
실험예
20-2		 0.763 16.721 0.588 7.50
도 29은 실험예 20-1 및 20-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 21-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 12를 사용하고, 중합체 12와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 21-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 21-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 12와 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1300rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 21-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 21-1 및 21-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 19에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
21-1		 0.775 15.698 0.502 6.11
실험예
21-2		 0.787 14.077 0.682 7.56
도 30은 실험예 21-1 및 21-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 22-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 13을 사용하고, 중합체 13과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 22-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 13을 사용한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 22-1 및 22-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 20에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
22-1		 0.813 11.331 65.49 6.033
실험예
22-2		 0.818 11.278 66.95 6.179
도 31은 실험예 22-1 및 22-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 23-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 14를 사용하고, 중합체 14와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 23-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 14를 사용한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 23-1 및 23-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 21에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
23-1		 0.793 10.308 67.08 5.482
실험예
23-2		 0.792 8.898 65.66 4.627
도 32은 실험예 23-1 및 23-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 24-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 15와 PC71BM 을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2.5 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag 의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 cm × 1.5 cm가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 ZnO NP(ZnO nanograde N-10 2.5wt% in isopropanol)를 만들고, 이 ZnO NP 용액을 4000 rpm으로 20초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 100 ℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 15과 PC71BM의 복합 용액을 700rpm으로 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10 nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 24-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 24-1에서 중합체 15와 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 24-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 24-1 및 24-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 22에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
24-1		 0.804 13.477 0.664 7.19
실험예
24-2		 0.810 13.295 0.662 7.13
도 33은 실험예 24-1 및 24-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 25-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 16를 사용하고, 중합체 16와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 700rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 25-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 25-1에서 중합체 16와 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 25-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 25-1 및 25-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 23에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
25-1		 0.761 16.474 0.459 5.75
실험예
25-2		 0.778 13.838 0.580 6.25
도 34은 실험예 25-1 및 25-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 26-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 24-1에서 중합체 15 대신 중합체 17을 사용한 것을 제외하고, 실험예 24-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 26-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 26-1에서 중합체 17과 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 26-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 26-1 및 26-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 24에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
26-1		 0.750 14.230 0.619 6.60
실험예
26-2		 0.749 13.486 0.660 6.67
도 35은 실험예 26-1 및 26-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 27-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 2에서 중합체 1 대신 중합체 18를 사용한 것을 제외하고, 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 27-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 27-1에서 중합체 18와 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1200rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 27-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 27-1 및 27-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 25에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
27-1		 0.693 16.398 53.18 6.045
실험예
27-2		 0.687 16.788 57.34 6.617
도 36은 실험예 27-1 및 27-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 28-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 중합체 19와 PC71BM 을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag 의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 × 1.5 cm2가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 산화 아연 전구체(ZnO precursor solution: ZnO nanoparticle 25mg/ml in butanol)를 만들고, 이 산화아연(ZnO) 용액을 4000 rpm으로 40초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 100 ℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 중합체 19과 PC71BM의 복합 용액을 700rpm으로 20초간 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10 nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 28-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 28-1에서 중합체 19와 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 28-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 28-1 및 28-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 26에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
28-1		 0.755 12.702 0.595 5.70
실험예
28-2		 0.798 13.206 0.618 6.52
도 37은 실험예 28-1 및 28-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 29-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 28-1에서 중합체 19 대신 중합체 20을 사용하고, 중합체 20과 PC71BM의 복합 용액을 700rpm 대신 1000rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 28-1와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 29-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 29-1에서 중합체 20과 PC71BM의 복합 용액을 1000rpm 대신 1500rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 29-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 29-1 및 29-2에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 27에 그 결과를 나타내었다.
VOC (V) JSC (mA/cm2) FF (%) PCE (%)
실험예
29-1		 0.794 12.254 0.571 5.55
실험예
29-2		 0.782 12.335 0.580 5.60
도 38은 실험예 29-1 및 29-2에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
상기 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE(η)는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다. 상기 표 1 내지 27의 결과로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
101: 기판
102: 제1 전극
103: 정공수송층
104: 광활성층
105: 제2 전극

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 및
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함하는 중합체:
    [화학식 1]
    Figure 112017107667661-pat00194

    [화학식 2]
    Figure 112017107667661-pat00097

    상기 화학식 1 및 2에 있어서,
    X2는 S이고,
    Y3 및 Y4는 N이며,
    X, X', X" 및 X"'는 S이고,
    A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 불소이며,
    L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; O; 또는 S 이고,
    A3 및 A4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 비치환된 알킬기이며,
    L1 및 L2 중 적어도 하나는 O 또는 S 이고,
    R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 30의 알킬기이며,
    R5 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 불소이고,
    a3 및 a4는 각각 0 또는 1의 정수이다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위는 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중 어느 하나로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 2-1]
    Figure 112016022974500-pat00099

    [화학식 2-2]
    Figure 112016022974500-pat00100

    [화학식 2-3]
    Figure 112016022974500-pat00101

    [화학식 2-4]
    Figure 112016022974500-pat00102

    [화학식 2-5]
    Figure 112016022974500-pat00103

    [화학식 2-6]
    Figure 112016022974500-pat00104

    상기 화학식 2-1 내지 2-6에 있어서,
    X", X'", R5 내지 R8, A3 및 A4는 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체는 하기 화학식 3으로 표시되는 제3 단위를 더 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 3]
    Figure 112017107667661-pat00192

    상기 화학식 3에 있어서,
    X3는 S이고,
    Y5 및 Y6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR12이며,
    b는 1이고,
    R12는 수소; 또는 불소이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체는 하기 화학식 4 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 4]
    Figure 112017107667661-pat00106

    [화학식 5]
    Figure 112017107667661-pat00107

    [화학식 6]
    Figure 112017107667661-pat00108

    [화학식 7]
    Figure 112017107667661-pat00109

    상기 화학식 4 내지 7에 있어서,
    A 및 A'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위이고,
    B는 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위이며,
    C, C' 및 C"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 제3 단위이고,
    [화학식 3]
    Figure 112017107667661-pat00193

    상기 화학식 3에 있어서,
    X3는 S이고,
    Y5 및 Y6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR12이며,
    b는 1이고,
    R12는 수소; 또는 불소이고,
    l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
    m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
    o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
    q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
    l + m = 1이고,
    o + p + q = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체는 하기 화학식 4-1, 화학식 5-1, 화학식 6-1 및 화학식 7-1 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 4-1]
    Figure 112017107667661-pat00111

    [화학식 5-1]
    Figure 112017107667661-pat00112

    [화학식 6-1]
    Figure 112017107667661-pat00113

    [화학식 7-1]
    Figure 112017107667661-pat00114

    상기 화학식 4-1, 화학식 5-1, 화학식 6-1 및 화학식 7-1 에 있어서,
    A1 내지 A4, R1, R4 내지 R8, L1 및 L2는 화학식 1 및 2에서 정의한 바와 동일하고,
    A'1, A'2, R'1, R'4는 상기 화학식 1의 A1, A2, R1 및 R4의 정의와 동일하며,
    R15 내지 R18, R'17 및 R'18은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 불소이고,
    l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
    m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
    o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,
    p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
    q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
    l + m = 1이고,
    o + p + q = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체는 하기 화학식 4-1-1 내지 화학식 4-1-14, 화학식 5-1-1 내지 화학식 5-1-3, 화학식 6-1-1 내지 화학식 6-1-17 및 화학식 7-1-1 내지 7-1-5 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 4-1-1]
    Figure 112016022974500-pat00115

    [화학식 4-1-2]
    Figure 112016022974500-pat00116

    [화학식 4-1-3]
    Figure 112016022974500-pat00117

    [화학식 4-1-4]
    Figure 112016022974500-pat00118

    [화학식 4-1-5]
    Figure 112016022974500-pat00119

    [화학식 4-1-6]
    Figure 112016022974500-pat00120

    [화학식 4-1-7]
    Figure 112016022974500-pat00121

    [화학식 4-1-8]
    Figure 112016022974500-pat00122

    [화학식 4-1-9]
    Figure 112016022974500-pat00123

    [화학식 4-1-10]
    Figure 112016022974500-pat00124

    [화학식 4-1-11]
    Figure 112016022974500-pat00125

    [화학식 4-1-12]
    Figure 112016022974500-pat00126

    [화학식 4-1-13]
    Figure 112016022974500-pat00127

    [화학식 4-1-14]
    Figure 112016022974500-pat00128

    [화학식 5-1-1]
    Figure 112016022974500-pat00129

    [화학식 5-1-2]
    Figure 112016022974500-pat00130

    [화학식 5-1-3]
    Figure 112016022974500-pat00131

    [화학식 6-1-1]
    Figure 112016022974500-pat00132

    [화학식 6-1-2]
    Figure 112016022974500-pat00133

    [화학식 6-1-3]
    Figure 112016022974500-pat00134

    [화학식 6-1-4]
    Figure 112016022974500-pat00135

    [화학식 6-1-5]
    Figure 112016022974500-pat00136

    [화학식 6-1-6]
    Figure 112016022974500-pat00137

    [화학식 6-1-7]
    Figure 112016022974500-pat00138

    [화학식 6-1-8]
    Figure 112016022974500-pat00139

    [화학식 6-1-9]
    Figure 112016022974500-pat00140

    [화학식 6-1-10]
    Figure 112016022974500-pat00141

    [화학식 6-1-11]
    Figure 112016022974500-pat00142

    [화학식 6-1-12]
    Figure 112016022974500-pat00143

    [화학식 6-1-13]
    Figure 112016022974500-pat00144

    [화학식 6-1-14]
    Figure 112016022974500-pat00145

    [화학식 6-1-15]
    Figure 112016022974500-pat00146

    [화학식 6-1-16]
    Figure 112016022974500-pat00147

    [화학식 6-1-17]
    Figure 112016022974500-pat00148

    [화학식 7-1-1]
    Figure 112016022974500-pat00149

    [화학식 7-1-2]
    Figure 112016022974500-pat00150

    [화학식 7-1-3]
    Figure 112016022974500-pat00151

    [화학식 7-1-4]
    Figure 112016022974500-pat00152

    [화학식 7-1-5]
    Figure 112016022974500-pat00153

    상기 화학식 4-1-1 내지 화학식 4-1-14, 화학식 5-1-1 내지 화학식 5-1-2, 화학식 6-1-1 내지 화학식 6-1-17 및 화학식 7-1-1 내지 7-1-5에 있어서,
    l은 몰분율로서 0 < l < 1 이며,
    m은 몰분율로서 0 < m <1 이고,
    o는 몰분율로서 0 < o < 1이며,
    p는 몰분율로서 0 < p <1 이고,
    q는 몰분율로서 0 < q < 1이며,
    l + m = 1이고,
    o + p + q = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체의 HOMO 에너지 준위는 5 eV 내지 5.9 eV인 것인 중합체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체는 클로로벤젠에 대한 용해도가 0.1 wt% 내지 20 wt%인 것인 중합체.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체의 수평균 분자량은 5,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol인 것인 중합체.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체의 분자량 분포는 1 내지 10인 것인 중합체.
  12. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 및 3 내지 11 중 어느 하나의 항에 따른 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고,
    상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 태양 전지.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 광활성층은 첨가제를 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 광활성층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer)구조이며,
    상기 p형 유기물층은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102074556B1 (ko) * 2017-03-06 2020-02-06 주식회사 엘지화학 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
CN113233508B (zh) * 2021-05-10 2022-10-21 北京化工大学 一种α-MoO3溶液的制备方法及其应用
CN113583156B (zh) * 2021-06-30 2023-01-13 苏州大学 用于高通量太阳光敞口聚合的孔板制备方法及高通量太阳光敞口聚合方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140312317A1 (en) 2013-04-19 2014-10-23 Au Optronics Corporation Organic semiconductor material and thin-film transistor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5728797B2 (ja) * 2008-09-03 2015-06-03 住友化学株式会社 高分子化合物及びそれを用いた高分子発光素子
AU2009321486A1 (en) * 2008-11-28 2011-07-07 The University Of Melbourne Novel compounds, derivatives thereof and their use in heterojunction devices
CN101875716B (zh) * 2009-04-30 2012-01-11 中国科学院化学研究所 一种嵌段共轭聚合物及其制备方法与应用
CN102391479B (zh) * 2011-09-19 2013-05-22 南昌大学 功能基封端的基于n-取代咔唑和氟代苯并噻二唑共轭聚合物及制备和应用
KR20130090736A (ko) * 2012-02-06 2013-08-14 주식회사 엘지화학 헤테로 방향족 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양전지
TWI635111B (zh) * 2012-03-16 2018-09-11 馬克專利公司 共軛聚合物
KR101595147B1 (ko) 2012-08-20 2016-02-18 주식회사 엘지화학 방향족 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양전지
CN103030790A (zh) * 2012-12-14 2013-04-10 华南理工大学 一种含氟代苯并噻二唑的共轭聚合物及其制备方法与应用
JP6174800B2 (ja) * 2013-07-15 2017-08-02 エルジー・ケム・リミテッド 共重合体およびこれを含む有機太陽電池
KR101707028B1 (ko) * 2014-09-15 2017-02-16 한국화학연구원 신규한 벤조티아디아졸기를 포함한 유기 반도체 화합물, 이의 제조방법 및 이를 채용한 유기 반도체 소자

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140312317A1 (en) 2013-04-19 2014-10-23 Au Optronics Corporation Organic semiconductor material and thin-film transistor

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