KR102159301B1 - 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지 - Google Patents

유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지에 대한 것이다:
[화학식 1]
Figure 112018098533449-pat00010

(상기 화학식 1에서, Ar은 치환 또는 비치환된 싸이엔일렌(thienylene), 치환 또는 비치환된 페닐렌(phenylene) 또는 결합이고, R1은 탄소수 2 이상의 알킬이고, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소, 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬임).

Description

유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지{CONJUGATED SMALL MOLECULE FOR DONOR OF ORGANIC SOLAR CELL AND ORGANIC SOLAR CELL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유기태양전지의 광활성층에 포함되는 도너용 공액 저분자 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지에 대한 것이다.
공액형 전자 도너(donor)와 전자 억셉터(acceptor)를 블렌딩해 구성되는 벌크 헤테로 접합(bulk heterojunction, BHJ) 구조를 기반으로 하며 용액 공정(solution-processed)으로 제조되는 유기태양전지(organic solar cell, OSC)는 경량, 기계적 유연성 및 대면적의 저비용 제조와 같은 우수한 특성으로 인해 전기 발생 장치로서 큰 주목을 받고 있다.
지난 수십 년 동안 p형 유기 반도체로서의 공액 고분자 및 저분자의 개발은 장치 성능을 점차 향상시켜 이제는 10%를 상회하는 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)에 이르게 되었다.
저분자 도너는 고분자 도너와 비교해 단분산성, 잘 정의되고 쉽게 변경 가능한 구조를 가지며 배치별 변화(batch-to-batch)가 없다는 장점을 가지고 있는데, 특히, 최근 π-브리지 유닛이 있는 A-D-A(acceptor-donor-acceptor) 구조의 저분자 기반 도너는 유기태양전지에서의 응용에 있어서 큰 잠재력을 보여줬다.
A-D-A 형태의 저분자 도너의 광학 및 전기화학적 특성은 D-A 부분 내에서 효율적인 분자 내 전하 수송(intramolecular charge transport, ICT)을 가능케 하는 서로 다른 공여 유닛(donating unit) 및 수용 유닛(accepting unit)를 사용함으로써 용이하게 조정할 수 있다.
benzodithiophene(BDT), dithienosilole(DTS) 또는 oligothiophene과 같은 많은 전자 공여 유닛이 높은 광전지 성능을 목표로 이상적인 분자 구조 설계를 위해 연구되었다. 지금까지 이러한 전자 공여 유닛을 기반으로 한 p형 저분자는 단일 접합(single-junction) 유기태양전지에서 최대 11.3%의 높은 PCE를 나타냈다.
다양한 전자 공여 유닛이 저분자의 합성에 적용되었지만, indacenodithieno[3,2-b]thiophene(IDTT)가 동일 평면 구조(coplanar structure)와 연장된 골격(backbone)을 가져 π-전자 비편재화(delocalization), 광수확(light harvesting) 및 정공 이동성(hole mobility)을 향상시키는데 유리하기 때문에 A-D-A 저분자 도너의 중심 구성 요소(central building block)로서 유망한 후보 물질이다. 또한, IDTT 골격 상에서 4개의 부피가 큰(bulky) 측쇄는 강력한 자기 응집(self-aggregation)을 방지하므로 IDTT 기반 분자는 통상의 유기 용매에 더 잘 용해되며 바람직한 형상을 형성한다.
하지만, 종래 ITIC와 같이 IDTT 유닛을 포함하는 A-D-A 저분자 억셉터에 대한 연구가 이뤄진 바는 있으나, IDTT 유닛을 포함하는 유기태양전지용 저분자 도너에 대한 연구는 사실상 전무하다.
한국공개특허 제10-2016-0126008호 (공개일 : 2016.11.01) 일본등록특허 제5599469호 (등록일 : 2014.08.22) 유럽등록특허 제2530085호 (등록일 : 2015.03.18.)
본 발명은 전자 수용 유닛(electron-withdrawing unit)으로서 2-(2-methyl-4H-chromen-4-ylidene)malononitrile (CMCN)를 포함하는 신규한 유기태양전지용 저분자 도너 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지의 제공을 그 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112018098533449-pat00001
(상기 화학식 1에서,
Ar은 치환 또는 비치환된 싸이엔일렌(thienylene), 치환 또는 비치환된 페닐렌(phenylene) 또는 결합이고,
R1은 탄소수 2 이상의 알킬이고,
R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소, 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬임).
또한, 하기 화학식 2로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물을 제공한다:
[화학식 2]
Figure 112018098533449-pat00002
(상기 화학식에서, R은 n-헥실기임).
또한, 하기 화학식 3으로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물을 제공한다:
[화학식 3]
Figure 112018098533449-pat00003
(상기 화학식에서, R은 n-헥실기임).
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 공액 저분자 화합물을 도너로 포함하는 광활성층(active layer)을 가지는 유기태양전지를 제공한다.
이때, 상기 본 발명에 따른 유기태양전지의 적층 구조 및 각 층의 소재는 특별히 제한되지 않는다.
일례로, 상기 본 발명에 따른 유기태양전지는 투명 기판 위에 형성된 음극; 상기 공액 저분자 화합물로 이루어진 전자 도너 및 전자 억셉터를 갖는 광활성층; 및 양극을 포함하는 역구조태양전지(inverted type polymer solar cell, iPSC) 일 수 있다.
상기 기판은 광투과율이 높은 투명한 소재로 이루어진 것을 사용할 수 있고, 유리(glass), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리아미드(polyamide), 폴리에트르술폰(polyehtersulfone) 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
또한, 상기 광활성층은 상기 공액 저분자 화합물로 이루어진 전자 도너 및 전자 억셉터를 포함하는 혼합물이 헤테로접합 구조로 형성된 것일 수 있으며, 이때, 상기 전자억셉터로는 전자 친화도가 큰 C60, C70, C76, C78, C82, C90, C94, C96, C720, C860 등의 플러렌 유도체를 사용할 수 있고, PC61BM, PC71BM, C84-PCBM, bis-PCBM 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
상기 양극 및 음극은 ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, IZO(In2O3-ZnO), AZO(aluminum doped ZnO), GZO(gallium doped ZnO) 등의 금속 산화물, 알루미늄(Al); 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 등의 전이금속, 희토류 금속, 셀렌(Se) 등의 반금속을 사용할 수 있으며, 일함수를 고려하여 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 유기태양전지의 구체적인 예로는, ITO 기판; 상기 공액 저분자 화합물로 이루어진 전자 도너 및 [6,6]-페닐-C71-부틸산 메틸 에스테르([6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester, PC71BM)로 이루어진 전자 억셉터를 포함하는 활성층; 산화몰리브덴(MoO3)를 포함하는 금속산화물층; 및 은(Ag) 전극층;이 순차적으로 적층된 유기태양전지를 들 수 있으며, 이때, 상기 ITO 기판 및 상기 활성층 사이에 산화아연(ZnO)층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공액 저분자 화합물은 전자 수용 유닛(CMCN) 및 전자 공여 유닛(IDTT)가 결합한 구조를 가져 효과적인 분자 내 전하 수송(intramolecular charge transport, ICT) 및 향상된 광흡수를 유도하는 강력한 푸시-풀(push-pull) 구조를 유효하게 형성해 전력 변환 효율(PCE)이 향상된 유기태양전지를 구현할 수 있다.
특히, π-공액 길이 연장을 위해 IDTT와 CMCN 사이에 π-브리지 유닛(HT)을 가지는 화합물(IDTT-HT-CMCN)은 밴드갭이 작고 용해도가 우수해, IDTT 기반 저분자 도너 포함 유기태양전지에 대해 지금까지 보고된 가장 높은 PCE 값(7.36%)를 나타낸다.
도 1은 본원 실시예에서 공액 저분자 화합물(IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN)를 합성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 2는 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 열중량 분석(TGA) 결과이다.
도 3은 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 시차주사 열량 분석(DSC) 결과이다.
도 4(a)는 클로로포름 내 용액에서의 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 UV-Vis 스펙트럼이고 도 4(b)는 유리 기판 상 필름에서의 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 5(a)는 IDTT-CMCN의 순환 전압 전류 그래프이고, 도 5(b)는 IDTT-HT-CMCN의 순환 전압 전류 그래프이다.
도 6은 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN를 포함해 본원 실시예에서 유기태양전지 제조시 사용된 사용된 재료의 에너지 준위 다이어그램이다.
도 7은 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN에 대해 계산된 경계 분자 궤도(frontier molecular orbital) 및 HOMO/LUMO 에너지 준위를 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 1.0 태양 조명(삽입도 : 암조건) 하에서의 IDTT-HT-CMCN 포함 유기태양전지의 전류 밀도-전압 곡선이며, 도 8(b)는 IDTT-HT-CMCN 포함 유기태양전지의 IPCE 스펙트럼이다.
도 9는 IDTT-HT-CMCN 기반 활성층((a): 첨가제 미포함, (b): 1.5% DIO 포함, (c): 1.5% DPE 포함)의 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 10은 IDTT-HT-CMCN 기반 활성층((a): 첨가제 미포함, (b): 1.5% DIO 포함, (c): 1.5% DPE 포함)을 다양한 배율로 촬영한 TEM 이미지이다.
도 11(a)는 IDTT-HT-CMCN의 면외(Out-of-plane) XRD 패턴이고, 도 11(b)는 DTT-HT-CMCN의 XRD 패턴의 2D 이미지이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
그리고, 달리 명시되지 않는 한 본 명세서에서 사용되는 이하의 용어 및 어구는 아래와 같은 의미를 갖는다.
"알킬"은 노말(normal), 2급(secondary), 3급(tertiary) 또는 사이클릭 탄소원자를 갖는 탄화수소이다. 예를 들면, 알킬기는 1 내지 20개의 탄소원자(즉, C1-C20 알킬), 1 내지 10개의 탄소원자(즉, C1-C10 알킬), 또는 1 내지 6개의 탄소원자(즉, C1-C6 알킬)를 가질 수 있다. 적합한 알킬기의 예는 메틸(Me, -CH3), 에틸(Et, -CH2CH3), 1-프로필(n-Pr, n-프로필, -CH2CH2CH3), 2-프로필(i-Pr, i-프로필, -CH(CH3)2), 1-부틸(n-Bu, n-부틸, -CH2CH2CH2CH3), 2-메틸-1-프로필(i-Bu, i-부틸, -CH2CH(CH3)2), 2-부틸(s-Bu, s-부틸, -CH(CH3)CH2CH3), 2-메틸-2-프로필(t-Bu, t-부틸, -C(CH3)3), 1-펜틸(n-펜틸, -CH2CH2CH2CH2CH3), 2-펜틸(-CH(CH3)CH2CH2CH3), 3-펜틸(-CH(CH2CH3)2), 2-메틸-2-부틸(-C(CH3)2CH2CH3), 3-메틸-2-부틸(-CH(CH3)CH(CH3)2), 3-메틸-1-부틸(-CH2CH2CH(CH3)2), 2-메틸-1-부틸(-CH2CH(CH3)CH2CH3), 1-헥실(-CH2CH2CH2CH2CH2CH3), 2-헥실(-CH(CH3)CH2CH2CH2CH3), 3-헥실(-CH(CH2CH3)(CH2CH2CH3)), 2-메틸-2-펜틸(-C(CH3)2CH2CH2CH3), 3-메틸-2-펜틸(-CH(CH3)CH(CH3)CH2CH3), 4-메틸-2-펜틸(-CH(CH3)CH2CH(CH3)2), 3-메틸-3-펜틸(-C(CH3)(CH2CH3)2), 2-메틸-3-펜틸(-CH(CH2CH3)CH(CH3)2), 2,3-디메틸-2-부틸(-C(CH3)2CH(CH3)2), 3,3-디메틸-2-부틸(-CH(CH3)C(CH3)3, 및 옥틸(-(CH2)7CH3)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
알킬 등에 관하여 "치환된"이라는 용어, 예를 들면, "치환된 알킬" 등은 각각 하나 이상의 수소 원자가 각각 독립적으로 비(非)수소 치환기로 치환된 알킬, 등을 의미한다. 전형적인 치환기는 -X, -R, -O-, =O, -OR, -SR, -S-, -NR2, -N+R3, =NR, -CX3, -CN, -OCN, -SCN, -N=C=O, -NCS, -NO, -NO2, =N2, -N3, -NHC(=O)R, -C(=O)R, -C(=O)NRR -S(=O)2O-, -S(=O)2OH, -S(=O)2R, -OS(=O)2OR, -S(=O)2NR, -S(=O)R, -OP(=O)(OR)2, -N(=O)(OR)2, -N(=O)(O-)2, -N(=O)(OH)2, -N(O)(OR)(O-), -C(=O)R, -C(=O)X, -C(S)R, -C(O)OR, -C(O)O-, -C(O)O-, -C(O)SR, -C(S)SR, -C(O)NRR, -C(S)NRR, -C(=NR)NRR(여기서, 각 X는 독립적으로 할로겐: F, Cl, Br, 또는 I이고, R은 독립적으로 H, 알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로사이클, 또는 보호기나 전구약물 부분임)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
<실시예>
1. 본 발명에 따른 공액 저분자 도너(IDTT-HT-CMCN 및 IDTT-CMCN)의 합성
본 실시예에서는 전자 공여 유닛으로서 IDTT를, 전자 흡인 유닛으로서 CMCN을 각각 포함하는 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN으로 표시되는 2개의 A-D-A 형태의 저분자 도너를 설계 및 합성하였다. IDTT-CMCN와 비교해 IDTT-HT-CMCN은 용해도를 높이고 π-공액 길이를 늘리기 위해 IDTT와 CMCN 부분 사이에 π-브리지 유닛으로 3-헥실티오펜(HT)을 더 포함한다.
IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 상세한 합성 경로는 도 1에 도시되어 있다.
(1) 5-Bromo-4-hexylthiophene-2-carbaldehyde (화합물 3)의 합성
vilsmeier 시약으로서 POCl3(767 mg, 5 mmol) 및 DMF(365 mg, 5 mmol)의 혼합물을 디클로로에탄 중 2-브로모-3-헥실티오펜(1.24 g, 5 mmol)의 용액에 적가하였다. 혼합물을 N2 분위기 하에 90 ℃에서 24 시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 물을 혼합물에 첨가하고 혼합물을 디클로로메탄(MC)으로 추출하였다. 유기층을 무수 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고, 용매를 회전 증발기를 사용하여 제거하였다. 생성된 액체를 용리액으로서 MC/n-헥산을 사용하여 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 담황색 액체(959 mg, 70 %)를 얻었다.
MS: [M+],m/z276. 1H-NMR(600MHz, CDCl3, ppm): δ 9.75 (s, 1H), 7.49~7.46 (d, J=21.2 Hz, 1H), 2.62~2.58 (m, 2H), 1.66~1.54 (m, 2H), 1.40~1.26 (m, 6H), 0.95~0.87 (m, 3H). 13C-NMR (600MHz, CDCl3, ppm): δ 182.30, 144.07, 141.47, 137.09, 122.28, 31.62, 29.43, 28.89, 28.02, 22.63, 14.15. Anal. Calcd. for C11H15BrOS: C, 48.01; H, 5.49; Br, 29.03; O, 5.81; S, 11.65. Found: C, 48.13; H, 5.37; S, 11.52.
(2) 2-{2-[2-(5-Bromo-4-hexyl-thiophen-2-yl)-vinyl]chromen-4-ylidene} malononitrile (화합물 4)의 합성
화합물 4는 아세토니트릴(acetonitrile, ACN) 중 촉매로서 피페리딘(piperidine)의 존재 하에 화합물 2와 3 사이의 축합 반응에 의해 합성되었다.
무수(dried) 아세토니트릴(acetonitrile, ACN) 중 화합물 3(828 mg, 3 mmol), 화합물 2(624 mg, 3 mmol) 및 피페리딘의 혼합물을 N2 분위기 하에 80 ℃에서 24 시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 상기 혼합물을 메탄올 상에 붓고 여과하였다. 잔류물을 메탄올로부터 재결정화시켜 갈색 고체 (607 mg, 44 %)를 수득하였다.
MS: [M+],m/z466. 1H-NMR(600MHz, CDCl3, ppm): δ 8.91 ~ 8.89 (d, J= 8.2 Hz, 1H), 7.73~7.70 (t, J=8.0 Hz, 1H), 7.58~7.54 (m, 1H), 7.50~7.49 (d, J=8.2 Hz, 1H), 7.45~ 7.43 (m, 1H), 7.03~7.01 (d, J=13.1 Hz, 1H), 6.81~6.80 (d, J= 3.4 Hz, 1H), 6.47~6.42 (m, 1H), 2.57~2.54 (m, 2H), 1.60~1.57 (m, 2H), 1.33~1.30 (m, 6H), 0.90~0.87 (m, 3H). 13C-NMR(150MHz, CDCl3, ppm): δ 157.01, 152.64, 152.30, 144.02, 141.32, 136.62, 134.75, 131.83, 126.08, 125.93, 118.55, 117.88, 117.43, 117.18, 116.87, 115.79, 106.76, 62.79, 31.66, 29.49, 28.93, 27.99, 22.66, 14.18. Anal. Calcd. for C24H21BrN2OS: C, 61.94; H, 4.55; Br, 17.17; N, 6.02; O, 3.44; S, 6.89. Found: C, 61.83; H, 4.66; N, 6.02; S, 6.61.
(3) IDTT-CM-CN의 합성
IDTT-CMCN의 합성은 화합물 4의 합성과 유사하게 진행되었으나, ACN에 대한 용해도가 낮기 때문에 클로로포름(CF)과 ACN의 혼합 용매를 사용하여 IDTT-CMCN을 합성하였다.
클로로포름 및 아세토니트릴의 혼합용매 중 화합물 5 (215 mg, 0.2 mmol), 화합물 2 (41.6 mg, 0.4 mmol) 및 피페리딘 (0.1 ml)의 혼합물을 N2 분위기 하에 80 ℃에서 24 시간 동안 환류시켰다. 혼합물을 클로로포름으로 추출하고 추출된 유기층을 무수 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고 여과하였다. 여과액으로부터 용매를 제거한 후, 용리액으로서 MC/n-헥산을 사용하여 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 어두운 자주색 고체 (128 mg, 44 %)를 얻었다.
MS (MALDI-TOF): [M+]m/z1455.1H-NMR(600MHz, CDCl3, ppm): δ 8.90~8.89 (d, J=8.2 Hz, 2H), 7.73~7.72 (d, J=6.1 Hz, 2H), 7.70 (s, 2H), 7.55 (s, 2H), 7.52~7.51 (d, J=8.3 Hz, 2H), 7.47 (s, 2H), 7.45~7.42 (t, J=7.2 Hz, 2H), 7.17~7.16 (d, J=8.2 Hz, 8H), 7.13~7.12 (d, J=8.2 Hz, 8H), 6.77 (s, 2H), 6.52~6.50 (d, J=15.1 Hz, 2H), 2.58~2.55 (t, J=7.6 Hz, 8H), 1.35~1.30 (m, 12H), 1.27~1.25 (m, 12H), 0.9001~0.8326 (m, 20H). 13C-NMR(150MHz, CDCl3, ppm): δ 157.22, 154.31, 152.57, 152.35, 146.96, 146.74, 142.71, 142.33, 141.79, 139.61, 136.35, 136.02, 134.61, 132.13, 128.77, 127.99, 126.01, 125.94, 124.74, 118.55, 117.97, 117.58, 117.06, 116.81, 115.95, 106.78, 63.02, 62.31, 35.69, 31.77, 31.38, 29.26, 22.68, 14.19. Anal. Calcd. for C96H86N4O2S4: C, 79.19; H, 5.95; N, 3.85; O, 2.20; S, 8.81. Found: C, 79.03; H, 5.88; N, 3.92; S, 8.81.
(4) IDTT-HT-CM-CN의 합성
IDTT-HT-CMCN은 화합물 4와 6 사이의 Stille 커플링 반응에 의해 제조되었다.
탈기된 톨루엔 중 화합물 6 (263mg, 0.2 mmol), 화합물 4 (186mg, 0.4 mmol), Pd(dba)2 (5% mmol) 및 tri-(o-tolyl)phosphine 트리-(o-톨릴)포스핀(10% mmol)의 혼합물을 N2 분위기 하에서 110 ℃에서 48 시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 물을 혼합물에 첨가하고 혼합물을 클로로포름으로 추출하였다. 추출된 유기층을 무수 황산마그네슘(MgSO4)으로 건조시키고, 용매를 회전 증발기를 사용하여 제거하였다. 생성된 고체를 용리액으로서 MC/n-헥산을 사용하여 실리카겔 크로마토그래피로 정제하여 진한 파란색 고체 (88mg, 25 %)를 얻었다.
MS (MALDI-TOF): [M+]m/z1787. 1H-NMR(600MHz, CDCl3, ppm): δ 8.91~8.90 (d, J=1.4 Hz, 2H), 7.72~7.70 (t, J=7.9 Hz, 2H), 7.63~7.61 (d, J=15.9 Hz, 2H), 7.52 (s, 2H), 7.51~7.50 (d, J=8.2 Hz, 2H), 7.44~7.42 (t, J=7.6 Hz, 2H), 7.38 (s, 2H), 7.20~7.19 (d, J=7.5 Hz, 8H), 7.15 (s, 2H), 7.11~7.10 (d, J=7.6 Hz, 8H), 6.80 (s, 2H), 6.51~6.49 (d, J=15.1 Hz, 2H), 2.77~2.74 (t, J=7.9 Hz, 4H), 2.57~2.54 (t, J=7.9 Hz, 8H), 1.65~1.63 (m, 6H), 1.60~1.54(m, 18H), 1.40~1.38 (m, 4H), 1.31~1.24 (m, 18H), 0.89~0.84 (m, 20H). 13C-NMR(150MHz, CDCl3, ppm): δ 157.34, 153.65, 152.63, 152.36, 146.28, 144.07, 142.29, 142.08, 140.98, 140.11, 137.78, 136.49, 136.20, 135.76, 134.63, 134.66, 134.29, 131.24, 128.65, 128.09, 125.99, 125.94, 119.59, 118.53, 117.95, 117.18, 117.14, 117.08, 115.96 106.70, 63.03, 62.30, 35.70, 31.80, 31.71, 31.39, 30.35, 29.80, 29.52, 29.31, 29.29, 22.71, 22.69, 14.20. Anal. Calcd. for C116H114N4O2S6: C, 77.90; H, 6.42; N, 3.13; O, 1.79; S, 10.76. Found: C, 77.83; H, 6.35; N, 3.25; S, 10.66.
2. IDTT-HT-CMCN 또는 IDTT-CMCN를 포함하는 유기태양전지(OSC)의 제작
상기 1에서 합성한 저분자 도너(IDTT-HT-CMCN 및 IDTT-CMCN)와 억셉터로서 [6,6] -phenyl-C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)를 포함한 유기태양전지를 제작해 알킬티오펜(alkyl thiophenes)의 광전지 특성에 대한 영향을 조사하였다.
ITO / ZnO / 활성층 (실시예에서 제조된 공액 저분자 도너 : PC71BM) / MoO3 / Ag의 순으로 적층된 역구조형(inverted) 유기태양전지를 제조하기 위해, 먼저 15nm 두께의 ZnO 막이 ITO 표면에 졸-겔 공정을 사용하여 증착되었다. 부분적으로 결정질인 ZnO 막은 200 ℃에서 10 분 동안 미리 증착된 ZnO 전구체의 열경화에 의해 준비되었다. ZnO 전구체 용액은 메톡시에탄올(methoxyethanol) (1mL) 에 아세트산 아연 이수화물(zinc acetate dehydrate) (0.164g) 및 에탄올아민(ethanolamine) (0.05㎖)을 용해시키고 필름 증착 전에 30 분 동안 혼합물을 교반해 제조하였다. 활성층은 스핀 코팅에 의해 폴리머 도너 및 PC71BM 억셉터의 클로로포름 (또는 첨가제 포함 클로로포름) 용액을 사용하여 제조되었다. 스핀 코팅 전에, 혼합된 용액을 0.2 ㎛ 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 멤브레인 필터를 통해 여과하였다. 마지막으로, 0.12 cm2의 디바이스 면적을 갖는 쉐도우 마스크를 통해 10 nm 두께의 MoO3 층과 100 nm 두께의 Ag 층을 2 x 10-6 Torr에서 열 증착으로 연속적으로 증착시켰다. 장치의 J-V 특성은 150W Xe 램프로부터 100 mW/cm2의 AM 1.5G 조명 하에서 케이틀리 모델 2400 소스-측정 유닛(KEITHLEY Model 2400 source-measure unit)을 사용하여 분석하였다. 태양 모사(solar simulation)의 조건은 일본 산업기술총합연구소(AIST)에서 인증한 KG5 필터를 가지는 Si 기준 셀을 사용하여 측정 전에 보정되었다.
<실험예>
IDTT-CMCN과 IDTT-HT-CMCN의 열 중량 분석(TGA)은 대기 분위기 하에서 10 ℃/분의 가열 속도로 수행하였으며 그 결과는 도 2에 도시하였다. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN은 5wt % 손실시 각각 407 ℃ 및 393 ℃에서 분해 온도가 개시되어 양호한 열적 안정성을 보였다.
또한, IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 시차주사 열량 분석(DSC)은 질소 분위기 하에서 10 ℃/분의 가열 속도로 수행하였다(도 3). 도 3에 따르면 비정질 특성으로 인해 최대 300 ℃의 가열 공정에서 용융 또는 유리 전이와 같은 식별 가능한 열전이가 검출되지 않았다.
도 4(a)에서 도시된 것과 같이 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN 용액의 UV-Vis 스펙트럼은 각각 더 짧은 파장 영역(350-470 nm) 및 더 긴 파장 영역(470-670 nm)에서 두 개의 흡수 밴드를 나타낸다. 전자는 공액 골격의 π-π* 전이에 해당하고 후자는 도너 및 억셉터 구조가 있는 공액 물질에서 일반적으로 관찰되는 ICT에 해당한다. IDTT-HT-CMCN의 π-π* 전이에 해당하는 최대 파장은 430 nm이며 이는 IDTT-CMCN의 π-π* 전이 대응 최대 파장(400 nm)보다 길다. 이는 IDTT와 CMCN 사이에 티오펜 고리를 삽입하여 연장된 π-공액 길이의 연장 때문이다. 반면, IDTT-CMCN의 ICT 밴드의 최대 위치(569 nm)는 IDTT-CMCN의 ICT 밴드의 최대 위치(601 nm)보다 짧았다. 이것은 아마도 IDTT-CMCN의 ICT가 IDTT-HT-CMCN의 ICT보다 강하기 때문일 수 있다. IDTT-CMCN의 601 nm에서의 몰 흡광 계수(ε)는 1.2 x 10-5 M-1cm-1로 569 nm에서의 IDTT-HT-CMCN 몰 흡광 계수(1.0 × 10-5 M-1cm-1) 보다 높았다. IDTT-CMCN의 더 높은 ε은 IDTT-CMCN에서 ICT가 더 강력하다는 관찰을 뒷받침한다. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN 필름의 UV-Vis 스펙트럼(도 4(b))은 용액상의 UV-Vis 스펙트럼과 유사하다.
IDTT-HT-CMCN의 π-π* 전이, λ edge ,
Figure 112018098533449-pat00004
의 최대 파장값은 각각 439 nm, 724 nm, 1.71 eV로 IDTT-CMCN의 해당값(400 nm, 700 nm, 1.77 eV)과 비교해 적색 편이(red-shifted)를 나타낸다. 이것은 IDTT-HT-CMCN에서 티오펜 고리의 수가 증가했기 때문이다. IDTT-CMCN과 IDTT-HT-CMCN의 ICT 밴드 위치는 용액 스펙트럼에서 비슷한 경향을 보였다. 필름의 흡수 피크의 위치는 분자간 π-π 스태킹으로 인해 용액의 흡수 피크와 비교해 위치가 적색 편이를 나타낸다.
도 5의 해당 순환 전압 전류(cyclic voltammogram, CV)의 산화 개시 전위에서 결정된 IDTT-HT-CMCN의 HOMO 에너지 준위는 -5.27 eV로 IDTT-CMCN (-5.33 eV)보다 높았으며, 이는 IDTT-HT-CMCN에 티오펜 고리가 결합되기 때문이다. 상응하는 CV의 환원 개시 전위로부터 계산된 IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 LUMO 에너지 준위는 각각 -3.49 및 -3.43eV였다. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 광학적 특성 및 전기 화학적 특성이 표 1에 요약되어 있다.
표 1. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 광학 및 전기 화학적 특성 요약
Figure 112018098533449-pat00005
a필름의 흡수단(absorption edge); b λ edge 로부터 추정; c, dCV로부터 추정.
유기태양전지에서 IDTT-CMCN, IDTT-HT-CMCN 및 기타 재료의 에너지 준위 다이어그램을 도 6에 나타내었다. 에너지 준위에서 도너에서 PC71BM으로의 용이한 엑시톤(exciton) 해리뿐만 아니라 에너지 측면에서 선호되는 전하 이동 프로세스를 예상할 수 있다.
밀도범함수이론(density functional theory, DFT)을 기반으로 한 전산 계산을 통해 광학 및 전기 화학적 특성을 결정했다. DFT 계산은 하이브리드 B3LYP 상관 범함수(hybrid B3LYP correlation functional) 및 split valence 6-31G(d) 기저집합(basis set)를 가지는 Gaussian 09 소프트웨어를 사용하여 수행되었다. 계산의 한계로 인해, IDTT 및 티오펜 상의 헥실 측쇄는 메틸기로 대체되었다. IDTT-CMCN과 IDTT-HT-CMCN의 최적화된 구조가 도 7에 도시되어 있다. HOMO 궤도는 공액 골격(conjugated backbone)에서 비편재되어(delocalized) 있다. 반면, LUMO 궤도는 CMCN 유닛에 편재되어 있다. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 계산된 HOMO/LUMO 준위는 각각 -5.28/-3.07 및 -5.03/-2.97이다. 이 값은 UV-Vis 스펙트럼 및 CV에서 관찰된 것과 정확히 일치하지는 않지만 실험 결과와 잘 연관되어 있다. IDTT-CMCN 및 IDTT-HT-CMCN의 UV-Vis 스펙트럼에서 약 620 nm의 흡수 피크에서 관찰된 어깨(shoulder)는 분자 간 응집체(intermolecular aggregate)의 형성으로 인한 것임을 알 수 있다. IDTT-CMCN의 스펙트럼에서 이 어깨 피크가 IDTT-HT-CMCN의 것보다 강하다는 것은 매우 흥미롭다. 도 7의 IDTT-CMCN과 IDTT-HT-CMCN의 측면에서 볼 때, IDTT-CMCN은 IDTT-HT-CMCN에 비해 보다 평면인 구조를 보여준다. 이론적인 계산 또한 필름 상태에서 관찰된 응집에 대한 좋은 해석을 제공한다. 이는 IDTT-CMCN의 용해도가 IDTT-HT-CMCN의 용해도에 비해 낮다는 관찰을 뒷받침한다.
유기태양전지에서 도너로서의 IDTT-CMCN과 IDTT-HT-CMCN의 성능을 평가하기 위해 상기 실시예에서와 같이 ITO/ZnO(15nm)/도너:PC71BM/MoO3(10nm)/Ag(100nm) 구조의 역구조형(inverted type) 폴리머 태양 전지(PSC)를 제조해 시험하였다.
디바이스 제조 조건의 최적화를 위해 도너로서 DTT-CMCN와 억셉터로서 PC71BM의 블렌드 비를 3 : 3에서 3 : 4 (w/w)로 달리한 DTT-CMCN 기반 디바이스를 제조해 시험하였다. 이때, 1,8-diiodooctane(DIO)를 공정 첨가제로 사용하여 유기태양전지를 제조했다. AM 1.5G 조건 하에서의 해당 유기태양전지의 PCE는 약 1.0 % (단락 전류 (Jsc) = 4.0 mA/cm2, 개방 회로 전압 (Voc) = 0.8V, 충진율(FF) = 30 %)였다. 활성층의 배합 비율에 관계없이 1,8-diiodooctane(DIO)을 공정 첨가제로 사용하는 장치는 감소된 PCE를 나타냈다. 이것은 활성층의 형태 때문이다. TEM 이미지에 따르면 공정 첨가제가 포함된 활성층에서는 어떠한 식별 가능한 형태학적 변화도 관찰되지 않았다. 그 이유 중 하나는 CF에서의 IDTT-CMCN의 낮은 용해도(CF에서 최대 5 mg/mL)이다.
또한, 도너로서 IDTT-HT-CMCN와 억셉터로서 PC71BM을 3 : 4의 배합비로 블렌딩하고 CF에 1.5 vol.%의 농도로 포함된 DIO 및 디페닐에테르(DPE)와 같은 공정 첨가제를 포함시켜 IDTT-HT-CMCN 기반 유기태양전지를 제조하였다. 도 8(a)는 1.0 태양 조명(sun illumination) (삽입도 : 암조건(dark conditions)) 하에서 최상의 PCE를 나타내는 상기 IDTT-HT-CMCN 기반 유기태양전지의 전류 밀도를 전압의 함수로서 도시한 것이며, 관련 광전지 파라미터는 표 2에 요약되어 있다.
표 2. IDTT-HT-CMCN과 PC71BM을 3:4(w/w) 배합비로 포함한 IDTT-HT-CMCN 기반 유기태양전지의 광전지 파라미터 (각 장치의 광전지 매개변수 평균은 괄호 안에 표시)
Figure 112018098533449-pat00006
a IPCE 곡선으로부터 계산; b 최상의 PCE를 나타내는 장치로부터 추정된 직렬 저항
IDTT-CMCN의 광학적 특성과 전기 화학적 특성이 IDTT-CMCN의 특성과 거의 동일하더라도 IDTT와 CMCN 간의 존재하는 헥실티오펜기(HT)가 PCE를 1.00%에서 3.30%로 230% 향상시켰다. 이러한 PCE의 증가는 각각 Jsc, Voc 및 FF가 각각 75.0%, 15.0% 및 52.4% 향상됨에 따른 것이다. PCE의 증가는 아마도 CF에서의 IDTT-HT-CMCN의 용해도(최대 10 mg/mL) 증가 때문일 것이다. 공정 첨가제로서 DIO를 함유하는 장치는 Voc가 0.92V에서 0.88V로 감소함에도 불구하고 PCE가 3.30%에서 7.04%로 현저히 향상되었다. PCE의 향상은 주로 Jsc가 97.1 % 증가함에 따른 결과이다. 유사하게, 공정 첨가제로서 DPE를 갖는 장치의 PCE는 7.36 %의 최상의 PCE를 나타냈다. Rs 데이터 또한 디바이스 데이터와 잘 일치한다. IPCE(incident photon-to-current efficiency) 곡선(도 8(b))을 기초로 계산된 Jsc 값은 1.0 태양 조명하에서 장치로부터 측정된 Jsc 데이터와 매우 잘 일치했다.
첨가제가 포함된 활성층의 UV-Vis 흡수 스펙트럼은 첨가제가 없는 활성층의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 비교하여 적색 편이를 나타냈다(도 9). 또한, 500 ~ 800 nm에서 첨가제가 포함된 장치의 IPCE 스펙트럼은 첨가제가 없는 장치에 비해 약간 적색 편이가 된다. 이것이 첨가제가 포함된 장치가 첨가제가 없는 장치보다 높은 PCE를 나타내는 또 다른 이유이다. IDTT-HT-CMCN를 기반으로 하는 활성층의 형태는 투과전자현미경(TEM)를 이용해 살펴보았다(도 10). 도 10의 삽입도는 대응하는 제한시야 전자회절(selected-area electron diffraction, SAED) 패턴을 나타낸다. 첨가제가 없는 활성층은 상당한 상분리와 응집을 보였다(도 10(a)). 그러나, DIO와 DPE를 갖는 활성층은 보다 양호한 나노 스케일 상분리 및 쌍연속 상호침투 네트워크 (bicontinuous interpenetrating network)를 나타냈다(도 10(b) 및 10(c)). DPE를 갖는 활성층은 가장 우수한 나노 스케일 상분리 형태를 보여주었다. 따라서, 활성층에서의 바람직한 나노 스케일 상 분리는 효율적인 전하 분리 및 수송을 통해 관련 유기태양전지가 더 높은 PCE를 나타내게 할 수 있다. 활성층의 SAED 이미지는 또한 PC71BM이 풍부한 도메인에 무작위로 분포된 PC71BM 나노 결정에서 유래하는 넓은 디바이-셰러(Debye-Scherrer) 회절 고리만을 보여주는 불명확한 회절 패턴을 나타낸다. 또한, DTT-HT-CMCN의 스침각 입사 광각 X-선 산란(grazing incidence wide angle X-ray scattering, GIWAXS)(도 11)에 근거해, IDTT-HT-CMCN 필름은 패킹(packing) 거동을 나타내지 않는다고 결론 낼 수 있다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112020055071992-pat00007

    (상기 화학식 1에서,
    Ar은 치환 또는 비치환된 싸이엔일렌(thienylene), 치환 또는 비치환된 페닐렌(phenylene) 또는 결합이고,
    R1은 n-헥실기이고,
    R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소, 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬임).
  2. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 2로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112018098533449-pat00008

    (상기 화학식에서, R은 n-헥실기임).
  3. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 3으로 표시되는 유기태양전지 도너용 공액 저분자 화합물:
    [화학식 3]
    Figure 112018098533449-pat00009

    (상기 화학식에서, R은 n-헥실기임).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 공액 저분자 화합물을 도너로 포함하는 광활성층(active layer)을 가지는 유기태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    ITO 기판;
    상기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 공액 저분자 화합물로 이루어진 도너 및 [6,6]-페닐-C71-부틸산 메틸 에스테르([6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester, PC71BM))로 이루어진 억셉터를 포함하는 광활성층;
    산화몰리브덴(MoO3)를 포함하는 금속산화물층; 및
    은(Ag) 전극층;이 순차적으로 적층된 인버티드(inverted) 구조인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 ITO 기판 및 상기 광활성층 사이에 산화아연(ZnO) 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002363175A (ja) 2001-03-23 2002-12-18 Ind Technol Res Inst 赤色有機エレクトロルミネセンス素子およびデバイスに用いる新規化合物
CN106883247A (zh) 2017-02-24 2017-06-23 武汉大学 基于噻吩并环戊二酮衍生物的a‑d‑a共轭分子及其制备方法
WO2018078080A1 (en) 2016-10-31 2018-05-03 Merck Patent Gmbh Organic semiconducting compounds

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5599469B2 (ja) 2009-12-14 2014-10-01 オーシャンズ キング ライティング サイエンスアンドテクノロジー カンパニー リミテッド チオフェン含有有機光電材料、並びにその製造方法及び太陽電池部品
CN102574867B (zh) 2010-01-30 2013-10-02 海洋王照明科技股份有限公司 含杂环醌型噻吩有机光电材料、其制备方法和应用
TW201542548A (zh) 2014-02-24 2015-11-16 Basf Se 新穎環吖嗪及其作為半導體之用途
KR102074556B1 (ko) * 2017-03-06 2020-02-06 주식회사 엘지화학 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002363175A (ja) 2001-03-23 2002-12-18 Ind Technol Res Inst 赤色有機エレクトロルミネセンス素子およびデバイスに用いる新規化合物
WO2018078080A1 (en) 2016-10-31 2018-05-03 Merck Patent Gmbh Organic semiconducting compounds
CN106883247A (zh) 2017-02-24 2017-06-23 武汉大学 基于噻吩并环戊二酮衍生物的a‑d‑a共轭分子及其制备方法

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