KR102162863B1 - Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same - Google Patents

Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR102162863B1
KR102162863B1 KR1020180155577A KR20180155577A KR102162863B1 KR 102162863 B1 KR102162863 B1 KR 102162863B1 KR 1020180155577 A KR1020180155577 A KR 1020180155577A KR 20180155577 A KR20180155577 A KR 20180155577A KR 102162863 B1 KR102162863 B1 KR 102162863B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
poly
group
present
semiconductor compound
Prior art date
Application number
KR1020180155577A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200068513A (en
Inventor
김영규
김화정
이철연
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
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 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020180155577A priority Critical patent/KR102162863B1/en
Publication of KR20200068513A publication Critical patent/KR20200068513A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102162863B1 publication Critical patent/KR102162863B1/en

Links

Images

Classifications

    • H01L51/0071—
    • 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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/04—Ortho-condensed systems
    • H01L51/5012—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 명세서는 억셉터물질로서 화학식 1로 표시되는 유기 반도체 화합물과; 기판, 게이트전극, 소스전극, 드레인전극, 절연층, 및 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터로서,상기 유기박막층은 도너물질 및 억셉터물질을 포함하고, 상기 억셉터물질은 마찬가지로 화학식 1로 표시되는, 유기 광트랜지스터를 개시한다.The present specification relates to an organic semiconductor compound represented by Formula 1 as an acceptor material; An organic phototransistor including a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulating layer, and an organic thin layer, wherein the organic thin layer includes a donor material and an acceptor material, and the acceptor material is similarly represented by Formula 1 , An organic phototransistor is disclosed.

Description

단분자 유기 반도체 화합물, 및 이를 포함하는 유기 광트랜지스터 {Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same}Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same

본 발명은 단분자 유기 반도체 화합물, 및 이를 포함하는 유기 광트랜지스터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 상기 단분자 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기박막층, 및 상기 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a monomolecular organic semiconductor compound, and an organic phototransistor comprising the same, and more specifically, to an organic thin film layer comprising the monomolecular organic semiconductor compound, and an organic phototransistor comprising the organic thin film layer .

유기 광트랜지스터는 유기전자소자의 일종이다. 유기전자소자는 에너지의 공급을 통하여, 유기화합물로부터 전류 또는 전압을 발생시키는 전자소자를 총칭한다. 특히, 유기전자소자의 일 예시의 경우, 외부의 광원으로부터 유입된 광자를 활용하여, 전기에너지를 생산하게 된다. 구체적으로, 광자에 의하여 유기 화합물이 여기되며 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤은 전자 및 정공으로 분리되어 각각 다른 전극으로 전달된다. Organic phototransistors are a kind of organic electronic device. The organic electronic device is a generic term for an electronic device that generates a current or voltage from an organic compound through the supply of energy. In particular, in the case of an example of an organic electronic device, electric energy is produced by utilizing photons introduced from an external light source. Specifically, the organic compound is excited by photons to form excitons, which are separated into electrons and holes and transferred to different electrodes.

한편, 상술한 바와 같은 특성을 가지는 유기전자소자로서 유기 광트랜지스터를 고려할 수 있다. 일반적으로, 트랜지스터란 증폭작용과 회로 내 스위칭 역할을 수행하는 반도체 소자를 의미하며, 광트랜지스터란 광을 에너지원으로 하는 트랜지스터를 의미한다. 근래에는 트랜지스터의 채널층에 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터에 대한 연구가 상당히 진척된 상태이다. 가령, 채널층에 포함되는 유기화합물로서, 테트라센, 펜타센, 전화이동 착체(TCNQ)나 다양한 중합체 같은 소형 분자를 포함하며, 효율을 향상시키기 위한 새로운 물 질이 활발하게 개발된 바 있다.Meanwhile, an organic phototransistor may be considered as an organic electronic device having the above-described characteristics. In general, a transistor means a semiconductor device that performs an amplification action and a switching role in a circuit, and a phototransistor means a transistor using light as an energy source. In recent years, studies on organic field effect transistors including organic semiconductor compounds in the channel layer of the transistor have been considerably advanced. For example, as organic compounds contained in the channel layer, small molecules such as tetracene, pentacene, teletransfer complex (TCNQ) and various polymers are included, and new materials have been actively developed to improve efficiency.

더하여, 유기 광트랜지스터의 채널층은 다음과 같은 특성을 가진다. 통상적으로, 상기 채널층은 광자에 의하여 전자를 내놓게 되는 도너물질(D)과 전자를 받아 전극으로 전달하는 억셉터물질(A) 모두 포함한다. 또한, 도너물질과 억셉터물질의 연결관계를 기초로 하여 채널층은 크게, 도너물질과 억셉터물질이 명확하게 분리/적층된 이층구조(bi-layer) 내지 다층구조(multi-layer), 도너물질과 억셉터물질이 단일층에 혼합되어 있는 벌크이종접합구조(Bulk heterojuntion, BHJ), 및 다층구조와 벌크이종접합구조가 섞여 있는 혼합구조 등을 가진 것으로 분류될 수 있다.In addition, the channel layer of the organic phototransistor has the following characteristics. Typically, the channel layer includes both a donor material (D) that emits electrons by photons and an acceptor material (A) that receives electrons and transfers them to an electrode. In addition, based on the connection relationship between the donor material and the acceptor material, the channel layer is large, and the donor material and the acceptor material are clearly separated/stacked in a bi-layer structure or a multi-layer structure, It can be classified as having a bulk heterojuntion (BHJ) in which a material and an acceptor material are mixed in a single layer, and a mixed structure in which a multilayer structure and a bulk heterojunction structure are mixed.

특히, 벌크이종접합구조의 경우, 단순한 구조로 인하여 물성조절 및 대량생산이 용이하다는 장점이 있다. 다만, 도너물질로서 통상적으로 사용되는 유기 고분자 물질과 균일한 혼합을 위하여, 억셉터물질로서 통상적인 유기 고분자 물질의 사용이 제한된다는 한계가 있다. 따라서, 벌크이종접합구조의 달성을 위해서는 도너물질인 고분자 물질과 균일하게 혼합되어, 응집현상을 발견할 수 없는 단분자 억셉터물질의 개발이 일차적으로 요구된다. In particular, in the case of a bulk heterojunction structure, there is an advantage in that it is easy to control properties and mass production due to a simple structure. However, for uniform mixing with the organic polymer material commonly used as a donor material, there is a limitation in that the use of a conventional organic polymer material as an acceptor material is limited. Therefore, in order to achieve the bulk heterojunction structure, the development of a monomolecular acceptor material that is uniformly mixed with a polymer material as a donor material and cannot detect agglomeration phenomenon is primarily required.

한국공개특허 제10-2018-0056000호Korean Patent Publication No. 10-2018-0056000

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 벌크이종접합구조를 가지는 유기박막층의 구현에 적합한 유기 반도체 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been developed to solve the above technical problem, and an object of the present invention is to provide an organic semiconductor compound suitable for realization of an organic thin film layer having a bulk heterojunction structure.

또한, 본 발명은 열안정성, 광민감성이 개선된 유기박막층을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide an organic thin film layer having improved thermal stability and light sensitivity.

또한, 본 발명은 상술한 특성을 가지는 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an organic phototransistor including an organic thin film layer having the above-described characteristics.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 유기 광트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic phototransistor as described above.

본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 이하의 구성을 포함하는 발명을 안출하기에 이르렀다. 본 명세서는 억셉터물질로서, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 화합물을 개시한다.As a result of researching in order to solve the above-described problems, the present inventors have come up with an invention including the following configuration. The present specification discloses an organic semiconductor compound having a structure represented by the following formula (1) as an acceptor material.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020034193646-pat00012
Figure 112020034193646-pat00012

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 벤젠고리에 치환된 하나 이상의 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Chemical Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group; Each of X and Y is preferably one or more electron withdrawing groups substituted on a benzene ring.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, X 및 Y는, 각각 모노할로기, o-다이할로기, m-다이할로기, p-다이할로기, 트리할로기, 테트라할로기, 펜타할로기, 및 나이트로소기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, X and Y are each a monohalo group, o-dihalo group, m-dihalo group, p-dihalo group, trihalo group, tetra It is more preferable that it is one selected from the group consisting of a halo group, a pentahalo group, and a nitroso group.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, X 및 Y는, 각각 o-다이플루오로기, m-다이플루오로기, 및 p-다이플루오로기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, it is more preferable that X and Y are one selected from the group consisting of o-difluoro group, m-difluoro group, and p-difluoro group, respectively.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, X는 모노할로기, o-다이할로기, m-다이할로기, p-다이할로기, 트리할로기, 테트라할로기, 펜타할로기, 및 나이트로소기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, Y는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, X is a monohalo group, o-dihalo group, m-dihalo group, p-dihalo group, trihalo group, tetrahalo group, It is one selected from the group consisting of a pentahalo group and a nitroso group, and Y is H, and it is more preferable to include a carbon chain having 1 to 4 carbon atoms.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, Y는 모노할로기, o-다이할로기, m-다이할로기, p-다이할로기, 트리할로기, 테트라할로기, 펜타할로기, 및 나이트로소기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, X는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, Y is a monohalo group, o-dihalo group, m-dihalo group, p-dihalo group, trihalo group, tetrahalo group, It is one selected from the group consisting of a pentahalo group and a nitroso group, and it is more preferable that X is H and a carbon chain having 1 to 4 carbon atoms.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, R3 내지 R6는 -H기이고, X 및 Y는, 모두 m-플루오로기인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, it is more preferable that R 3 to R 6 are -H groups, and both X and Y are m-fluoro groups.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, R1 및 R2는 2-에틸헥실기인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, it is more preferable that R 1 and R 2 are 2-ethylhexyl groups.

한편, 본 명세서는 기판, 게이트전극, 소스전극, 드레인전극, 절연층, 및 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터로서, 유기박막층은 도너물질 및 억셉터물질을 포함하고, 억셉터물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지는, 유기 광트랜지스터를 추가적으로 개시한다.Meanwhile, the present specification is an organic phototransistor including a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulating layer, and an organic thin film layer, wherein the organic thin film layer includes a donor material and an acceptor material, and the acceptor material is the following Chemical Formula 1 An organic phototransistor having the structure of is further disclosed.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020034193646-pat00013
Figure 112020034193646-pat00013

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 벤젠고리에 치환된 하나 이상의 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Chemical Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group; Each of X and Y is preferably one or more electron withdrawing groups substituted on a benzene ring.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, X 및 Y는, 각각 o-다이플루오로기, m-다이플루오로기, 및 p-다이플루오로기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that X and Y are one selected from the group consisting of o-difluoro group, m-difluoro group, and p-difluoro group, respectively.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, R3 내지 R6는 -H기이고, X 및 Y는, 모두 m-플루오로기인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that R 3 to R 6 are -H groups, and both X and Y are m-fluoro groups.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, R1 및 R2는 2-에틸헥실기인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that R 1 and R 2 are 2-ethylhexyl groups.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 도너물질은 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌)[poly(9,9-dioctyl fluorene), F8], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-알트-바이싸이오펜)[poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene),F8T2], 폴리(9.9-디옥틸플루오렌-알트-벤조티아디아졸)[poly(9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole),F8BT], 폴리(2-메톡시-5-(3,7-디메틸옥토시-p-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸헥옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) [poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH-PPV], 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene)], 폴리(3,3'''-다이도데실쿼터싸이오펜[poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT-12], 비스(트리이소필실릴에티닐)펜타신[bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN)], 비스(트리에틸실릴에티닐)-안트라디티오펜[bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT)], 펜타센 (pentacene), 테트라센 (tetracene), 루브렌 (rubrene), 및 5-클로로테트라센 (5-chlorotetracene)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each of the organic phototransistors of the present invention, the donor material is poly(3-hexylthiophene) [poly(3-hexylthiophene), P3HT], poly(9,9-dioctylfluorene)[poly(9, 9-dioctyl fluorene), F8], poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene) [poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene), F8T2], poly(9.9-dioctylfluorene Orene-alt-benzothiadiazole) [poly(9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole), F8BT], poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctocy-p-phenylenevinylene) )[poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenyl Lenvinylene) [poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH-PPV], poly(3-hexylthiophene)[poly(3-hexylthiophene)], poly( 3,3'''-didodecylquaterthiophene [poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT-12], bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene [bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS- PEN)], bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene [bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT)], pentacene, tetracene, rubrene, and 5 More preferably, it is selected from the group consisting of -chlorotetracene (5-chlorotetracene).

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 도너물질과 억셉터물질의 질량비는 10 대 1 내지 5 대 5 사이인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that the mass ratio of the donor material and the acceptor material is between 10 and 1 to 5 and 5.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 도너물질과 억셉터물질의 몰비는 1 대 0.01 내지 1 대 0.2 사이인 것이 더욱 바람직하다.Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that the molar ratio of the donor material and the acceptor material is between 1 to 0.01 and 1 to 0.2.

상술한 수단의 채용을 통하여, 본 발명은 벌크이종접합구조를 가지는 유기박막층의 구현에 적합한 유기 반도체 화합물을 제공할 수 있다.Through the use of the above-described means, the present invention can provide an organic semiconductor compound suitable for realization of an organic thin film layer having a bulk heterojunction structure.

또한, 본 발명이 유기 반도체 화합물을 포함함으로써, 본 발명의 유기박막층은 개선된 열안정성, 광민감성을 제공할 수 있다.In addition, since the present invention includes the organic semiconductor compound, the organic thin film layer of the present invention can provide improved thermal stability and light sensitivity.

또한, 본 발명의 유기박막층을 포함함으로써, 본 발명은 고온조건, 저전압조건, 및 장파장조건에서 작동이 가능한 유기 광트랜지스터를 제공할 수 있다.In addition, by including the organic thin film layer of the present invention, the present invention can provide an organic phototransistor capable of operating under high temperature conditions, low voltage conditions, and long wavelength conditions.

도 1은 본 발명의 유기 반도체 화합물의 합성방법을 간략하게 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 유기 반도체 화합물의 이론적인 1H-NMR peak와 촬영된 spectrum을 비교하여 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 일 유기 반도체 화합물의 이론적인 13H-NMR peak와 촬영된 spectrum을 비교하여 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 유기 반도체 화합물의 열안정성을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 유기박막층의 광민감성을 측정한 결과를 도시한 것이다.1 is a flow chart schematically showing a method of synthesizing an organic semiconductor compound of the present invention.
2 is a diagram showing a comparison of a theoretical 1 H-NMR peak and a photographed spectrum of an organic semiconductor compound of the present invention.
3 is a diagram showing a comparison of a theoretical 13 H-NMR peak and a photographed spectrum of an organic semiconductor compound of the present invention.
4 shows the results of measuring the thermal stability of the organic semiconductor compound of the present invention.
5 shows the result of measuring the light sensitivity of the organic thin film layer of the present invention.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific examples. So, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly has to be singular. In addition, terms such as "include" or "include" used in the present application are used to clearly refer to the existence of features, steps, functions, components or combinations thereof described in the specification, but other features It should be noted that it is not used to preliminarily exclude the presence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be viewed as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Therefore, unless clearly defined in the specification, specific terms should not be interpreted in an excessively ideal or formal sense.

<1. 본 발명의 유기 반도체 화합물><1. Organic semiconductor compound of the present invention>

본 명세서는 억셉터물질로서, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 화합물을 개시한다.The present specification discloses an organic semiconductor compound having a structure represented by the following formula (1) as an acceptor material.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020034193646-pat00014
Figure 112020034193646-pat00014

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 벤젠고리에 치환된 하나 이상의 전자구인기인 것이 바람직하다. 이하에서는 본 발명의 유기 반도체 화합물의 구조와 관련하여 더욱 상세히 서술한다.However, in [Chemical Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group; Each of X and Y is preferably one or more electron withdrawing groups substituted on a benzene ring. Hereinafter, the structure of the organic semiconductor compound of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, X 및 Y는, 각각 모노할로기, o-다이할로기, m-다이할로기, p-다이할로기, 트리할로기, 테트라할로기, 펜타할로기, 및 나이트로소기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다. 상술한 조건을 만족함으로써, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 HOMO-LUMO의 갭이 약 -1.5 eV 보다 작을 수 있다. 그 결과, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 파장이 약 700 nm인 적색광 내지 근적외선의 흡수가 용이하다.In each of the organic semiconductor compounds of the present invention, X and Y are each a monohalo group, an o-dihalo group, an m-dihalo group, a p-dihalo group, a trihalo group, and a tetrahalo group. It is more preferable that it is one selected from the group consisting of a group, a pentahalo group, and a nitroso group. By satisfying the above conditions, the gap of HOMO-LUMO of the organic semiconductor compound of the present invention may be less than about -1.5 eV. As a result, the organic semiconductor compound of the present invention can easily absorb red light or near-infrared light having a wavelength of about 700 nm.

또한, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, X 및 Y는, 각각 o-다이플루오로기, m-다이플루오로기, 및 p-다이플루오로기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다. 상술한 조건을 만족함으로써, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 HOMO 값이 -5 eV 이하에서 형성되는 동시에, LUMO 값은 -4.5 eV 내지 -3.5 eV 사이에서 형성될 수 있다. In addition, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, it is more preferable that X and Y are one selected from the group consisting of o-difluoro group, m-difluoro group, and p-difluoro group, respectively. By satisfying the above-described conditions, the HOMO value of the organic semiconductor compound of the present invention can be formed at -5 eV or less, and the LUMO value can be formed between -4.5 eV and -3.5 eV.

더하여, 상술한 HOMO 및 LUMO 값을 만족함으로써, 다음과 같은 메커니즘을 통하여 추가적인 이점을 향유할 수 있게 된다. 본 발명의 유기 반도체 화합물은 파장이 약 700 nm인 입사광에 의하여 여기되어, HOMO의 비공유전자쌍을 구성하는 전자 중 하나가 LUMO 준위로 들뜨게 된다. 그 결과, 인접한 도너물질, 특히, HOMO의 에너지 준위가 -4.5 eV 이하인 도너물질로부터 전자가 전달되어, 정공과 전자의 분리가 성공적으로 이루어질 수 있다.In addition, by satisfying the above-described HOMO and LUMO values, it is possible to enjoy additional advantages through the following mechanism. The organic semiconductor compound of the present invention is excited by incident light having a wavelength of about 700 nm, and one of the electrons constituting the unshared electron pair of the HOMO is excited to the LUMO level. As a result, electrons are transferred from an adjacent donor material, in particular, a donor material having an energy level of -4.5 eV or less of the HOMO, so that the separation of holes and electrons can be successfully achieved.

더욱 구체적으로, 본 발명의 각 유기 반도체 화합물에 있어서, R3 내지 R6는 -H기이고, X 및 Y는, 모두 m-플루오로기인 것이 더욱 바람직하다. 특히, X 및 Y가 모두 m-플루오로기인 경우, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 준위 차가 약 -1.3 eV 내지 -1.4 eV 사이인 동시에, HOMO 값은 -5 eV 이하이고, LUMO 값은 약 -4.5 eV이다.More specifically, in each of the organic semiconductor compounds of the present invention, it is more preferable that R 3 to R 6 are -H groups, and both X and Y are m-fluoro groups. In particular, when both X and Y are m-fluoro groups, the energy level difference between HOMO-LUMO of the organic semiconductor compound of the present invention is between about -1.3 eV and -1.4 eV, and the HOMO value is -5 eV or less, The LUMO value is about -4.5 eV.

추가적으로, 본 발명이 유기 반도체 화합물에 있어서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기인 것이 바람직하다. 그러나, R1 내지 R6의 길이, 결합양상 등은 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성을 훼손하지 않는 한도이면 충분하며, 통상의 기술자에 의하여 자유롭게 선택될 수 있다. In addition, in the organic semiconductor compound of the present invention, R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms; It is preferable that R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group. However, the lengths and bonding patterns of R 1 to R 6 are sufficient as long as they do not impair the planarity of the organic semiconductor material of the present invention, and can be freely selected by a person skilled in the art.

다만, 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성 및 대칭성을 개선할 수 있다는 측면에서 R1 및 R2는 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 같은 맥락에서, R3 및 R5, R4 및 R6 또한 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 한편, 용매에 대한 용해도 등을 개선하여 제조용이성을 확보할 수 있다는 관점에서, 본 발명의 각 화합물에 있어서, R1 및 R2는 2-에틸헥실기인 것이 더욱 바람직하다.However, in terms of improving the planarity and symmetry of the organic semiconductor material of the present invention, R1 and R2 are preferably the same functional group. In the same vein, it is preferred that R 3 and R 5 , R 4 and R 6 are also the same functional groups. On the other hand, in each compound of the present invention, from the viewpoint of improving the solubility in a solvent and ensuring ease of manufacture, it is more preferable that R 1 and R 2 are 2-ethylhexyl groups.

본 발명의 유기 반도체 화합물의 합성에 있어서, 커플링 반응을 사용함으로써, 각 전구체로부터 본 발명의 유기 반도체 화합물을 합성하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명은 sp2 혼성인 탄소-sp2 혼성인 탄소 사이에서 새로운 결합을 형성할 수 있는 커플링 반응의 사용이 고려될 수 있다. 이 경우, 적절한 사전기를 각각의 전구체에 미리 도입하여, 티오펜(Thiophene)의 고리에 포함된 탄소와 아릴 알켄(Aryl alkene)의 알케닐 탄소 사이의 새로운 단일결합이 형성되는 것을 의도할 수 있다.In the synthesis of the organic semiconductor compound of the present invention, it is possible to synthesize the organic semiconductor compound of the present invention from each precursor by using a coupling reaction. In particular, the present invention can be considered for use in the coupling reaction to form a new bond between the carbon sp 2 -sp 2 mixed mixed-in carbon. In this case, it may be intended that a new single bond is formed between the carbon contained in the ring of Thiophene and the alkenyl carbon of Aryl alkene by introducing an appropriate dictionary group in advance to each precursor.

상술한 조건을 충족하는 커플링 반응의 예시로서, 스틸(stille) 커플링, 네기시(negishi) 커플링, 스즈키(Suzuki) 커플링, 히야마(Hiyama) 커플링 반응 등을 열거할 수 있다. 또한, 상기 커플링 반응 중 어느 하나를 수행하기 위하여, 치환기를 전구체에 도입하는 단계, 촉매를 혼합하는 단계 등이 수반될 수 있다.As an example of the coupling reaction satisfying the above-described conditions, a stille coupling, a negishi coupling, a Suzuki coupling, a Hiyama coupling reaction, and the like can be listed. In addition, in order to perform any one of the coupling reactions, a step of introducing a substituent to a precursor, a step of mixing a catalyst, and the like may be involved.

<2. 본 발명의 유기 광트랜지스터><2. Organic phototransistor of the present invention>

한편, 본 명세서는 기판, 게이트전극, 소스전극, 드레인전극, 절연층, 및 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터로서, 유기박막층은 도너물질 및 억셉터물질을 포함하고, 억셉터물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지는, 유기 광트랜지스터를 추가적으로 개시한다.Meanwhile, the present specification is an organic phototransistor including a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulating layer, and an organic thin film layer, wherein the organic thin film layer includes a donor material and an acceptor material, and the acceptor material is the following Chemical Formula 1 An organic phototransistor having the structure of is further disclosed.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020034193646-pat00015
Figure 112020034193646-pat00015

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 벤젠고리에 치환된 하나 이상의 전자구인기인 것이 바람직하다. 본 발명의 유기 반도체 화합물과 관련하여, 상기 <1. 본 발명의 유기 반도체 화합물>의 기재사항이 준용된다.However, in [Chemical Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group; Each of X and Y is preferably one or more electron withdrawing groups substituted on a benzene ring. With respect to the organic semiconductor compound of the present invention, the above <1. The description of the organic semiconductor compound of the present invention> applies mutatis mutandis.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 본 발명의 유기 반도체 화합물과 혼용하여 사용시에 전자와 정공의 분리가 용이하다는 관점에서, 도너물질은 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌)[poly(9,9-dioctyl fluorene), F8], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-알트-바이싸이오펜)[poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene),F8T2], 폴리(9.9-디옥틸플루오렌-알트-벤조티아디아졸)[poly(9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole),F8BT], 폴리(2-메톡시-5-(3,7-디메틸옥토시-p-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸헥옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) [poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH-PPV], 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene)], 폴리(3,3'''-다이도데실쿼터싸이오펜[poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT-12], 비스(트리이소필실릴에티닐)펜타신[bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN)], 비스(트리에틸실릴에티닐)-안트라디티오펜[bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT)], 펜타센 (pentacene), 테트라센 (tetracene), 루브렌 (rubrene), 및 5-클로로테트라센 (5-chlorotetracene)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 더욱 바람직하다. In addition, in each of the organic phototransistors of the present invention, from the viewpoint of easy separation of electrons and holes when used in combination with the organic semiconductor compound of the present invention, the donor material is poly(3-hexylthiophene)[poly(3- hexylthiophene), P3HT], poly(9,9-dioctylfluorene)[poly(9,9-dioctyl fluorene), F8], poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene)[poly (9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene),F8T2], poly(9.9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) [poly(9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole), F8BT], poly( 2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy-p-phenylenevinylene) [poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], Poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene) [poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH- PPV], poly(3-hexylthiophene) [poly(3-hexylthiophene)], poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene [poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT- 12], bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene [bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN)], bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene [bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT) ], more preferably selected from the group consisting of pentacene, tetracene, rubrene, and 5-chlorotetracene.

한편, 본 발명의 유기 반도체 화합물에 비하여 HOMO 에너지의 준위가 미세하게 높은 값을 가지어 전자와 정공의 분리가 쉽게 일어날 수 있으며, 본 발명의 유기 반도체 화합물과 혼합이 용이하다는 관점에서, 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene)]이 본 발명의 도너물질로서 더더욱 바람직하다. On the other hand, the level of HOMO energy is slightly higher than that of the organic semiconductor compound of the present invention, so that the separation of electrons and holes can easily occur, and from the viewpoint of easy mixing with the organic semiconductor compound of the present invention, poly(3) -Hexylthiophene) [poly(3-hexylthiophene)] is even more preferable as the donor material of the present invention.

한편, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 상술한 바와 같은 도너물질과 혼합되어 유기박막층을 구성한다. 특히, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 고분자가 아닌 단분자 화합물에 해당하므로, 고분자 또는 단분자인 도너물질과 벌크이종접합을 형성하게 된다. Meanwhile, the organic semiconductor compound of the present invention is mixed with the donor material as described above to form an organic thin film layer. In particular, since the organic semiconductor compound of the present invention corresponds to a monomolecular compound, not a polymer, a bulk heterojunction is formed with a donor material which is a polymer or monomolecular.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 도너물질과 억셉터물질의 질량비는 10 대 1 내지 5 대 5 사이인 것이 더욱 바람직하다. 만일, 억셉터물질의 질량비가 1 이하인 경우, 약 700 nm 이상의 파장대역을 가지는 입사광의 흡수가 충분히 이루어지지 않는다. 반대로, 억셉터물질의 질량비가 5 이상인 경우, 도너물질과 억셉터물질의 균일한 혼합 및 유기박막층의 균일한 형성이 억제되며, 벌크이종접합이 균일하게 형성되지 아니한 결과 에너지 변환효율이 저하될 수 있다. Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that the mass ratio of the donor material and the acceptor material is between 10 and 1 to 5 and 5. If the mass ratio of the acceptor material is 1 or less, absorption of incident light having a wavelength band of about 700 nm or more is not sufficiently performed. Conversely, when the mass ratio of the acceptor material is 5 or more, uniform mixing of the donor material and the acceptor material and uniform formation of the organic thin film layer are suppressed, and as a result of not forming the bulk heterojunction uniformly, the energy conversion efficiency may decrease. have.

또한, 본 발명의 각 유기 광트랜지스터에 있어서, 도너물질과 억셉터물질의 몰비는 1 대 0.01 내지 1 대 0.2 사이인 것이 더욱 바람직하다. 만일, 억셉터물질의 몰비가 0.01 이하인 경우, 약 700 nm 이상의 파장대역을 가지는 입사광의 흡수가 충분히 이루어지지 않는다. 반대로, 억셉터물질의 질량비가 0.2 이상인 경우, 도너물질과 억셉터물질의 균일한 혼합 및 유기박막층의 균일한 형성이 억제되어, 벌크이종접합이 균일하게 형성되지 아니한 결과 에너지 변환효율이 저하될 수 있다. Further, in each of the organic phototransistors of the present invention, it is more preferable that the molar ratio of the donor material and the acceptor material is between 1 to 0.01 and 1 to 0.2. If the molar ratio of the acceptor material is 0.01 or less, absorption of incident light having a wavelength band of about 700 nm or more is not sufficiently performed. Conversely, when the mass ratio of the acceptor material is 0.2 or more, uniform mixing of the donor material and the acceptor material and uniform formation of the organic thin film layer are suppressed, and as a result, the bulk heterojunction is not formed uniformly, resulting in a decrease in energy conversion efficiency. have.

특히, 상술한 기술적 의의의 연장선상에서, 광반응성 및 광민감성을 모두 극대화할 수 있다는 관점에서 도너물질과 억셉터물질의 몰비는 1 대 0.05인 것이 가장 바람직하다.In particular, from the viewpoint of maximizing both photoreactivity and light sensitivity, the molar ratio of the donor material and the acceptor material is most preferably 1 to 0.05.

한편, 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기박막층은 유기 광트랜지스터의 일 구성으로서 포함되고 있으나, 이와 같은 서술이 하기와 같은 응용을 배제하고 있는 것은 아니다.On the other hand, the organic thin film layer including the organic semiconductor compound of the present invention is included as a constitution of the organic phototransistor, but such description does not exclude the following applications.

가령, 본 발명의 유기 반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기박막층은 유기 반도체 화합물을 포함하는 소자 전반에 사용이 가능하다. 즉, 본 발명이 유기 반도체 화합물의 HOMO 에너지 준위, LUMO 에너지 준위, 및 HOMO-LUMO 사이의 준위 차를 이용하여 전기화학적 반응을 유도하는 소자라면, 어떠한 것이든 본 발명의 유기 반도체 화합물을 채용할 수 있다. 가령, 대표적인 예시로서, 유기태양전지, 유기발광다이어드 등을 더욱 고려할 수 있다.For example, the organic semiconductor compound of the present invention and the organic thin film layer including the same can be used for the entire device including the organic semiconductor compound. That is, if the present invention is a device that induces an electrochemical reaction using the HOMO energy level, the LUMO energy level, and the level difference between HOMO-LUMO of the organic semiconductor compound, any organic semiconductor compound of the present invention can be employed. have. For example, as a representative example, an organic solar cell, an organic light emitting diode, and the like may be further considered.

{실시예 및 평가}{Examples and evaluation}

이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Hereinafter, what is claimed by the present specification will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and embodiments. However, the drawings or examples presented in the present specification may be modified in various ways by a person skilled in the art to have various forms, and the description of the present specification is not limited to a specific disclosure form. It should be viewed as including all equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In addition, the accompanying drawings are presented to help a person skilled in the art to understand the present invention more accurately, and may be exaggerated or reduced than in actuality.

실시예 1: 본 발명의 유기 반도체 화합물Example 1: Organic semiconductor compound of the present invention

도 1은 본 발명의 유기 반도체 화합물의 합성방법을 간략하게 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 유기 반도체 화합물의 전구체인 3,6-비스(5-브로모티오펜-2-일)-2,5-비스(2-에틸헥실)피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-디온 [3,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione] (이하, '전구체 A', Solarmer Energy, Inc 제)과, 또 다른 전구체인 트랜스-2(2,4-디플루오로페닐)바이닐 보로닉산 피나콜 에스터[trans-2(2,4-difluorophenyl) vinyl boronic acid pinacol ester] (이하, '전구체 B', Sigma-Aldrich사 제) 사이의 스즈키 커플링 반응(suzuki coupling reaction)을 통하여 본 발명의 유기 반도체 화합물을 얻을 수 있었다. 1 is a flow chart schematically showing a method of synthesizing an organic semiconductor compound of the present invention. 3,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1, which is a precursor of the organic semiconductor compound of the present invention, 4(2H,5H)-dione [3,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H, 5H)-dione] (hereinafter,'precursor A', manufactured by Solarmer Energy, Inc.) and another precursor, trans-2 (2,4-difluorophenyl) vinyl boronic acid pinacol ester [trans-2(2 ,4-difluorophenyl) vinyl boronic acid pinacol ester] (hereinafter,'precursor B', manufactured by Sigma-Aldrich) was able to obtain the organic semiconductor compound of the present invention through a suzuki coupling reaction.

구체적인 스즈키 커플링 반응 조건은 다음과 같다. 0.15 mmol의 전구체 A와 0.3 mmol의 전구체 B를 팔라듐 촉매(Pd(PPh3)4, 0.75μmol)와 포타슘 카보네이트(K2CO3, 1M)과 함께 플라스크 내에 혼합하였다. 반응용매는 THF와 탈이온수의 혼합용매였으며, 반응에 앞서 비활성 분위기를 조성하였다. 준비가 완료된 플라스크를 70℃ 온도조건에서 약 24시간 방치하였다. 반응이 완료된 플라스크 내 용액을 여과하고, 과량의 메탄올로 세정하였다. 여과 시 사용된 필터의 기공크기는 약 1μm였다. 여과로 얻어진 화합물을 진공오븐에서 약 24시간 건조하여, 최종적으로 진한 자색의 파우더를 얻을 수 있었다. 하술하는 바와 같이, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 단분자 화합물이었으며, 반응의 수율은 약 90℃였다.Specific Suzuki coupling reaction conditions are as follows. 0.15 mmol of precursor A and 0.3 mmol of precursor B were mixed in a flask together with a palladium catalyst (Pd(PPh 3 ) 4 , 0.75 μmol) and potassium carbonate (K 2 CO 3 , 1M). The reaction solvent was a mixed solvent of THF and deionized water, and an inert atmosphere was created prior to the reaction. The prepared flask was allowed to stand at 70° C. for about 24 hours. After the reaction was completed, the solution in the flask was filtered and washed with an excess of methanol. The pore size of the filter used for filtration was about 1 μm. The compound obtained by filtration was dried in a vacuum oven for about 24 hours, and finally, a dark purple powder was obtained. As described below, the organic semiconductor compound of the present invention was a monomolecular compound, and the yield of the reaction was about 90°C.

평가 1: 본 발명의 유기 반도체 화합물의 구조규명Evaluation 1: Structure investigation of the organic semiconductor compound of the present invention

목적한 대로 본 발명의 유기 반도체 화합물이 합성된 것인지 규명하기 위하여, 1H-NMR 및 13C-NMR spectrum을 촬영하였다. 1H-NMR 및 13C-NMR spectrometer는 모두 Bruker사 제의 AVANCE III 500였다. 특징적인 NMR spectrum은 하기 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.In order to determine whether the organic semiconductor compound of the present invention was synthesized as intended, 1 H-NMR and 13 C-NMR spectrum were taken. Both the 1 H-NMR and 13 C-NMR spectrometers were AVANCE III 500 manufactured by Bruker. A characteristic NMR spectrum will be described with reference to FIGS. 2 and 3 below.

도 2는 본 발명의 일 유기 반도체 화합물의 이론적인 1H-NMR peak와 촬영된 spectrum을 비교하여 도시한 것이다. 도 2에 도시된 숫자 및 숫자가 표시된 구조식은 본 발명의 유기 반도체 화합물에 포함된 각 수소원자와 관련하여, Chemical shift 값을 이론적으로 예측한 것이다. 유기화학적 관점에서, Chemical shift의 값이 클수록 해당 수소원자는 전자가 부족한 환경에 위치한 것으로 평가될 수 있다.2 is a diagram showing a comparison of a theoretical 1 H-NMR peak and a photographed spectrum of an organic semiconductor compound of the present invention. The numbers and the structural formulas indicated by the numbers shown in FIG. 2 theoretically predict a chemical shift value in relation to each hydrogen atom contained in the organic semiconductor compound of the present invention. From an organic chemistry point of view, as the value of the chemical shift increases, the corresponding hydrogen atom can be evaluated as being located in an environment lacking electrons.

한편, 도 2의 화합물과 아래에 기재된 알파벳은 NMR spectrum 상의 peak의 원인이 되는 원자의 위치를 표시한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 화합물에 있어서, 이론적으로 예측되는 수소원자의 chemical shift 값과 실제 관측된 chemical shift 값이 일치하는 것을 확인할 수 있다. 실측된 1H-NMR spectrum 및 표시된 각 peak 값은 다음과 같다.Meanwhile, the compound of FIG. 2 and the alphabet described below indicate the positions of atoms that cause peaks on the NMR spectrum. Referring to FIG. 2, in the organic semiconductor compound of the present invention, it can be seen that the theoretically predicted chemical shift value of the hydrogen atom and the actual observed chemical shift value coincide. The measured 1 H-NMR spectrum and the displayed peak values are as follows.

1H-NMR spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm) : δ=0.88-2.17 (-CH,-CH2,-CH3, H34, 1~6), 6.71 (-C6H3F2, H2, g), 6.73 (CH=CH-C-, H2, f), 6.75 (-C6H3F2, H4, e), 6.92 (CH=CH-C-, H2, d), 6.99 (-C6H3F2, H4, c), 7.21 (-C4H2S, H2, b), 7.28 (-C4H2S, H2, a) 1 H-NMR spectrum (500 MHz, CDCl 3 , ppm): δ=0.88-2.17 (-CH,-CH 2 ,-CH 3 , H34, 1~6), 6.71 (-C 6 H 3 F 2 , H2 , g), 6.73 (CH=CH-C-, H2, f), 6.75 (-C 6 H 3 F 2 , H4, e), 6.92 (CH=CH-C-, H2, d), 6.99 (- C 6 H 3 F 2 , H4, c), 7.21 (-C 4 H 2 S, H2, b), 7.28 (-C 4 H 2 S, H2, a)

도 3는 본 발명의 일 유기 반도체 화합물의 이론적인 13C-NMR peak와 촬영된 spectrum을 비교하여 도시한 것이다. 도 3에 도시된 숫자 및 숫자가 표시된 구조식은 본 발명의 유기 반도체 화합물에 포함된 각 탄소원자와 관련하여, Chemical shift 값을 이론적으로 예측한 것이다. 유기화학적 관점에서, Chemical shift의 값이 클수록 해당 탄소원자는 전자가 부족한 환경에 위치한 것으로 평가될 수 있다.3 is a diagram showing a comparison of the theoretical 13 C-NMR peak and the photographed spectrum of an organic semiconductor compound of the present invention. The numbers and the structural formulas indicated by the numbers shown in FIG. 3 theoretically predict a chemical shift value in relation to each carbon atom contained in the organic semiconductor compound of the present invention. In terms of organic chemistry, as the value of the chemical shift increases, the corresponding carbon atom can be evaluated as being located in an environment lacking electrons.

한편, 도 3의 화합물과 아래에 기재된 알파벳은 NMR spectrum 상의 peak의 원인이 되는 원자의 위치를 표시한다. 도 3를 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 화합물에 있어서, 이론적으로 예측되는 탄소원자의 chemical shift 값과 실제 관측된 chemical shift 값이 일치하는 것을 확인할 수 있다. 실측된 13C-NMR spectrum 및 표시된 각 peak 값은 다음과 같다.Meanwhile, the compound of FIG. 3 and the alphabet described below indicate the positions of atoms that cause peaks on the NMR spectrum. Referring to FIG. 3, in the organic semiconductor compound of the present invention, it can be seen that the theoretically predicted chemical shift value of the carbon atom coincides with the actually observed chemical shift value. The measured 13 C-NMR spectrum and the displayed peak values are as follows.

13C-NMR spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm) : : δ=10.56-46.06 (-CH,-CH2,-CH3, H16, 1~8), 108.97 (C2, l) 109.12 (C2, k), 109.33 (C2, j), 123.33 (C2, i), 128.41 (C2, h), 129.21 (C2, g), 136.37 (C2, f), 139.5 (C2, e), 146.8 (C2, d), 161.61 (C2, c), 162.3 (C4, b), 164.38 (C2, a) 13 C-NMR spectrum (500 MHz, CDCl 3 , ppm):: δ=10.56-46.06 (-CH,-CH 2 ,-CH 3 , H16, 1~8), 108.97 (C2, l) 109.12 (C2, k), 109.33 (C2, j), 123.33 (C2, i), 128.41 (C2, h), 129.21 (C2, g), 136.37 (C2, f), 139.5 (C2, e), 146.8 (C2, d ), 161.61 (C2, c), 162.3 (C4, b), 164.38 (C2, a)

평가 2: 본 발명의 유기 반도체 물질의 열안정성Evaluation 2: Thermal stability of the organic semiconductor material of the present invention

도 4는 본 발명의 유기 반도체 화합물의 열안정성을 측정한 결과를 도시한 것이다. 본 발명의 유기 반도체 화합물의 열분해온도를 확인하고자, 열중량분석기(Q600, TA Instruments사 제)를 사용하였다. 측정결과, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 약 330℃ 이상의 온도조건에서 처음으로 열분해가 일어나며, 열적으로 안정한 것을 확인할 숭 있었다. 이는, 본 발명의 유기 반도체 화합물이 통상의 diketopyrrolopyrrole 단분자에 비하여, 약 30℃ 이상 향상된 온도조건에서 비로소 분해되는 것을 의미한다.4 shows the results of measuring the thermal stability of the organic semiconductor compound of the present invention. In order to check the thermal decomposition temperature of the organic semiconductor compound of the present invention, a thermogravimetric analyzer (Q600, manufactured by TA Instruments) was used. As a result of the measurement, it was confirmed that the organic semiconductor compound of the present invention first undergoes thermal decomposition under a temperature condition of about 330°C or higher, and is thermally stable. This means that the organic semiconductor compound of the present invention is decomposed only under an improved temperature condition of about 30° C. or more compared to the conventional diketopyrrolopyrrole single molecule.

상기 실시예 1에서 얻어진 유기 반도체 화합물을 사용하여, 광트랜지스터 용 유기박막층을 제조하였다. 이하는, 본 발명의 제조예에 해당하는 각 유기박막층 및 비교제조예의 구체적인 제조방법이다.Using the organic semiconductor compound obtained in Example 1, an organic thin film layer for a phototransistor was prepared. The following is a specific method of manufacturing each organic thin film layer corresponding to the manufacturing example of the present invention and the comparative manufacturing example.

제조예 1: 본 발명의 유기박막층 1 및 이를 포함하는 광트랜지스터Preparation Example 1: Organic thin film layer 1 of the present invention and phototransistor comprising the same

도너물질인 P3HT(질량평균 분자량은 70 kDa이고, 다분산지수(PDI)는 1.7이며, 레지오규칙성(regioregularity)은 97%였다. Rieke Metals사 제)와 억셉터물질인 상기 실시예 1의 유기 반도체 화합물을 몰 비율 1 대 0.05로 혼합한 용액을 준비하였다. 용매는 톨루엔과 클로로포름의 혼합용매였다. 상기 용액을 약 24시간 상온에서 교반하여 혼합하였다.The donor material P3HT (the mass average molecular weight is 70 kDa, the polydispersity index (PDI) is 1.7, and the regioregularity is 97%. Rieke Metals) and the acceptor material, the organic of Example 1 A solution in which the semiconductor compound was mixed in a molar ratio of 1 to 0.05 was prepared. The solvent was a mixed solvent of toluene and chloroform. The solution was stirred and mixed at room temperature for about 24 hours.

한편, ITO(Indium-Tin Oxide) 전극이 표면에 증착된 유기기판을 세정 및 UV-Ozone 처리하여 준비하였다. 상기 유리기판의 상부에 프리스틴 P(VDF-TrFE-CFE) 용액을 두께 400 nm로 스핀 코팅(3000 rpm, 60 s)하였다. 그 후, 절연층이 코팅된 기판을 120℃ 온도조건에서 30분간 가열하였다. 그 다음, 상기 준비된 용액을 P(VDF-TrFE-CFE) 절연층 상부에 스핀 코팅하여, 본 발명의 유기박막층 1을 형성하였다. 마지막으로, 본 발명의 유기박막층 1의 상부에 60 nm 두께의 소스전극(Ag) 및 드레인전극(Ag)을 섀도우 마스크 기법으로 형성하였다. 채널의 길이는 70 μm였으며, 너비는 2 mm였다.Meanwhile, an organic substrate on which an ITO (Indium-Tin Oxide) electrode was deposited on the surface was cleaned and prepared by UV-Ozone treatment. Pristine P (VDF-TrFE-CFE) solution was spin-coated (3000 rpm, 60 s) with a thickness of 400 nm on the top of the glass substrate. Thereafter, the substrate coated with the insulating layer was heated at 120° C. for 30 minutes. Then, the prepared solution was spin-coated on the P(VDF-TrFE-CFE) insulating layer to form the organic thin film layer 1 of the present invention. Finally, a source electrode (Ag) and a drain electrode (Ag) having a thickness of 60 nm were formed on the organic thin film layer 1 of the present invention by a shadow mask technique. The length of the channel was 70 μm and the width was 2 mm.

제조예 2: 본 발명의 유기박막층 2 및 이를 포함하는 광트랜지스터Preparation Example 2: Organic thin film layer 2 of the present invention and phototransistor including the same

제조예 1과 모든 공정을 동일하게 수행하여 유기박막층 2 및 광트랜지스터를 제조하되, P3HT와 실시예 1의 유기 반도체 화합물의 몰비율은 1 대 0.10이었다.The organic thin film layer 2 and the phototransistor were prepared by performing all the processes in the same manner as in Preparation Example 1, but the molar ratio of P3HT and the organic semiconductor compound of Example 1 was 1 to 0.10.

제조예3: 본 발명의 유기박막층 3 및 이를 포함하는 광트랜지스터Preparation Example 3: Organic thin film layer 3 of the present invention and a phototransistor comprising the same

제조예 1과 모든 공정을 동일하게 수행하여 유기박막층 2 및 광트랜지스터를 제조하되, P3HT와 실시예 1의 유기 반도체 화합물의 몰비율은 1 대 0.15이었다.All the processes as in Preparation Example 1 were carried out in the same manner to prepare an organic thin film layer 2 and a phototransistor, but the molar ratio of P3HT and the organic semiconductor compound of Example 1 was 1 to 0.15.

제조예 4: 본 발명의 유기박막층 4 및 이를 포함하는 광트랜지스터Preparation Example 4: Organic thin film layer 4 of the present invention and phototransistor including the same

제조예 1과 모든 공정을 동일하게 수행하여 유기박막층 2 및 광트랜지스터를 제조하되, P3HT와 실시예 1의 유기 반도체 화합물의 몰비율은 1 대 0.20이었다.The organic thin film layer 2 and the phototransistor were manufactured by performing all the processes in the same manner as in Preparation Example 1, but the molar ratio of P3HT and the organic semiconductor compound of Example 1 was 1 to 0.20.

비교제조예1: 통상의 유기박막층 및 이를 포함하는 광트랜지스터Comparative Production Example 1: Typical organic thin film layer and phototransistor including the same

제조예 1과 모든 공정을 동일하게 수행하여 유기박막층 2 및 광트랜지스터를 제조하되, 실시예 1의 유기 반도체 화합물은 유기박막층에 포함되지 않았다.The organic thin film layer 2 and the phototransistor were prepared by performing all the processes in the same manner as in Preparation Example 1, but the organic semiconductor compound of Example 1 was not included in the organic thin film layer.

평가 3: 유기 광트랜지스터의 광전류분석Evaluation 3: Photocurrent Analysis of Organic Phototransistor

본 발명의 유기박막층을 포함함으로써, 광트랜지스터의 광반응성 및 민감성이 개선된다. 특히, 유기박막층 내에 포함된 본 발명의 유기 반도체 화합물의 몰 비에 따라, 광반응성이 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 하기 표 1은, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 P3HT에 대한 몰 비를 달리하였을 때, 광반응성의 변화를 요약한 것이다. By including the organic thin film layer of the present invention, the photoreactivity and sensitivity of the phototransistor are improved. In particular, it was confirmed that the photoreactivity varies according to the molar ratio of the organic semiconductor compound of the present invention contained in the organic thin film layer. Table 1 below summarizes the change in photoreactivity when the molar ratio of the organic semiconductor compound of the present invention to P3HT is varied.

구분(몰비)Classification (molar ratio) Rc (mA/W), 700nm 조건R c (mA/W), 700nm condition RTM (mA/W)R TM (mA/W) PIN (μW/cm2)P IN (μW/cm 2 ) 700nm 조건700nm condition 9.69.6 79.379.3 219.1219.1 비교제조예1Comparative Production Example 1 00 00 00 570570 제조예1 (0.05)Preparation Example 1 (0.05) 337.1337.1 31.131.1 9.99.9 제조예2 (0.1)Preparation Example 2 (0.1) 219.6219.6 15.015.0 4.44.4 제조예3 (0.15)Manufacturing Example 3 (0.15) 71.071.0 3.93.9 1.11.1 제조예4 (0.2)Preparation Example 4 (0.2) 34.734.7 2.92.9 1.11.1

상기 표 1에서, Rc는 광반응성을 나타내며, Rc 값은 IP 값을 PIN 값으로 나눈 것이다. PIN은 입사광의 강도를 의미하며, IP는 순광전류(Net photocurrent)를 의미한다. 추가로, RTM은 이론적으로 계산된 이상적인 광반응성 값을 의미한다. In Table 1, R c represents photoreactivity, and R c value is I P value divided by P IN value. P IN means the intensity of the incident light, and I P means the net photocurrent. In addition, R TM means the theoretically calculated ideal photoreactivity value.

상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 유기박막층 내 함량과 관련하여, 입사광의 파장이 700 nm일 때, 제조예 1의 경우에 가장 뛰어난 광반응성을 보인 것을 확인할 수 있다. 나아가, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 몰 비가 증가할수록, 점진적으로 광반응성이 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that, with respect to the content in the organic thin film layer of the organic semiconductor compound of the present invention, when the wavelength of incident light is 700 nm, the best photoreactivity was exhibited in the case of Preparation Example 1. Furthermore, it can be seen that as the molar ratio of the organic semiconductor compound of the present invention increases, the photoreactivity gradually decreases.

이와 같은 결과는, 본 발명의 유기 반도체 화합물의 함량이 증가할수록 유기박막층의 외형이 거칠어진다는 점으로부터 도출될 수 있다. 따라서, 유기박막층 내에 억셉터 물질로서 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함할 시에, 그 몰 비는 0.05인 것이 바람직하다. 다만, 통상의 기술자는 상술한 바에 기초하여, 유기박막층의 형태가 매끄럽게 유기되는 한도 내에서 본 발명의 유기 반도체 화합물의 함량을 결정할 수 있다. Such a result can be derived from the fact that as the content of the organic semiconductor compound of the present invention increases, the appearance of the organic thin film layer becomes rough. Therefore, when the organic semiconductor compound of the present invention is included as an acceptor material in the organic thin film layer, the molar ratio is preferably 0.05. However, a person of ordinary skill in the art may determine the content of the organic semiconductor compound of the present invention within a limit in which the shape of the organic thin film layer is smoothly organic based on the above description.

한편, 드레인전류의 크기와 관련해서도 광반응성과 유사한 경향성을 확인할 수 있었다. 가령, 무광(無光) 조건에서의 드레인전류(ID.D)와 유광 조건에서의 드레인전류(ID.L)를 대비(ID.L/ID.D)한 결과, 제조예 1의 경우에 가장 높은 비율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 유기박막층 내에 본 발명의 유기 반도체 화합물의 함량이 증가할수록, ID.L/ID.D 값은 전반적으로 감소하였다. 측정 시 드레인전압과 게이트전압은 모두 -10 V로 동일하였다.On the other hand, in relation to the magnitude of the drain current, a similar tendency to photoreactivity was confirmed. For example, as a result of comparing the drain current (I DD ) in the matte condition and the drain current (I DL ) in the gloss condition (I DL /I DD ), the highest ratio was shown in the case of Preparation Example 1. I could confirm that. Furthermore, as the content of the organic semiconductor compound of the present invention in the organic thin film layer increased, the value of I DL /I DD decreased overall. During the measurement, both the drain voltage and the gate voltage were equal to -10 V.

구체적으로, 광반응성의 경우와는 일부 상이하게, 입사광의 강도(PIN)가 증가할수록 ID.L/ID.D 값 또한 전반적으로 증가하는 것으로 나타났다. 제조예 1의 경우, PIN+가 9.6μW/cm2 일 때 ID.L/ID.D 값은 약 1.4 였고, PIN+가 79.3μW/cm2 일 때 ID.L/ID.D 값은 약 1.7 였으며, PIN+가 219.1μW/cm2 일 때 ID.L/ID.D 값은 약 1.9 였다.Specifically, different from the case of photoreactivity, it was found that the I DL /I DD value also generally increased as the intensity of incident light (P IN ) increased. In the case of Preparation Example 1, when P IN+ was 9.6 μW/cm 2 , the I DL /I DD value was about 1.4, and when P IN+ was 79.3 μW/cm 2 , the I DL /I DD value was about 1.7, and P IN+ When is 219.1 μW/cm 2 , the I DL /I DD value was about 1.9.

도 5는 본 발명의 유기박막층의 광민감성을 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 5의 청색 실선은 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 용액의 광흡수를 도시한 것이고, 적색 설선은 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기박막층의 광흡수를 도시한 것이다. 5 shows the result of measuring the light sensitivity of the organic thin film layer of the present invention. The solid blue line in FIG. 5 shows the light absorption of the solution containing the organic semiconductor compound of the present invention, and the red snow line shows the light absorption of the organic thin film layer containing the organic semiconductor compound of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 용액은 약 600 nm의 파장을 가지는 광을 가장 많이 흡수하는 것으로 나타났다. 반면, 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기박막층은 약 700 nm의 파장을 가지는 광을 가장 많이 흡수할 뿐만 아니라, 약 1000 nm 파장대의 장파장인 광 또한 흡수하는 것으로 나타났다. 이와 같은 흡수특성은 본 발명의 유기박막층이 가시광선 내지 근적외선의 넓은 광파장 대역에서 광흡수를 나타내어, 향상된 에너지 변환효율을 확보할 수 있음을 의미한다.5, the solution containing the organic semiconductor compound of the present invention was found to absorb the most light having a wavelength of about 600 nm. On the other hand, it was found that the organic thin film layer including the organic semiconductor compound of the present invention not only absorbs the most light having a wavelength of about 700 nm, but also absorbs light having a long wavelength of about 1000 nm. This absorption characteristic means that the organic thin film layer of the present invention exhibits light absorption in a wide optical wavelength band of visible light to near infrared light, and thus improved energy conversion efficiency can be secured.

Claims (14)

억셉터물질로서, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 화합물:
[화학식 1]
Figure 112020034193646-pat00016

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 o-다이플루오로기, m-다이플루오로기, 및 p-다이플루오로기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.)
As an acceptor material, an organic semiconductor compound having a structure of the following formula (1):
[Formula 1]
Figure 112020034193646-pat00016

(However, in [Chemical Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group;
Each of X and Y is one selected from the group consisting of an o-difluoro group, an m-difluoro group, and a p-difluoro group.)
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 R3 내지 R6는 -H기이고,
상기 X 및 Y는, 모두 m-플루오로기인 것을 특징으로 하는 유기 반도체 화합물.
The method of claim 1,
Wherein R 3 to R 6 are -H groups,
The organic semiconductor compound, wherein both of X and Y are m-fluoro groups.
 제6항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-에틸헥실기인 것을 특징으로 하는 유기 반도체 화합물.
The method of claim 6,
The R 1 and R 2 is an organic semiconductor compound, characterized in that the 2-ethylhexyl group.
 기판, 게이트전극, 소스전극, 드레인전극, 절연층, 및 유기박막층을 포함하는 유기 광트랜지스터로서,
상기 유기박막층은 도너물질 및 억셉터물질을 포함하고,
상기 억셉터물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지는, 유기 광트랜지스터:
[화학식 1]
Figure 112020034193646-pat00017

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 2 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 o-다이플루오로기, m-다이플루오로기, 및 p-다이플루오로기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.)
As an organic phototransistor comprising a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulating layer, and an organic thin film layer,
The organic thin film layer includes a donor material and an acceptor material,
The acceptor material has the structure of the following formula (1), an organic phototransistor:
[Formula 1]
Figure 112020034193646-pat00017

(However, in [Chemical Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a linear or branched saturated carbon chain having 2 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each a -H group or a -CH 3 group;
Each of X and Y is one selected from the group consisting of an o-difluoro group, an m-difluoro group, and a p-difluoro group.)
 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 R3 내지 R6는 -H기이고,
상기 X 및 Y는, 모두 m-플루오로기인 것을 특징으로 하는 유기 광트랜지스터.
The method of claim 8,
Wherein R 3 to R 6 are -H groups,
The organic phototransistor, characterized in that both X and Y are m-fluoro groups.
 제10항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-에틸헥실기인 것을 특징으로 하는 유기 광트랜지스터.
The method of claim 10,
The R 1 and R 2 is an organic phototransistor, characterized in that the 2-ethylhexyl group.
 제8항 또는 제11항에 있어서,
상기 도너물질은 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌)[poly(9,9-dioctyl fluorene), F8], 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-알트-바이싸이오펜)[poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene),F8T2], 폴리(9.9-디옥틸플루오렌-알트-벤조티아디아졸)[poly(9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole),F8BT], 폴리(2-메톡시-5-(3,7-디메틸옥토시-p-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], 폴리(2-메톡시-5-(2-에틸헥옥시)-1,4-페닐렌비닐렌) [poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH-PPV], 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene)], 폴리(3,3'''-다이도데실쿼터싸이오펜[poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT-12], 비스(트리이소필실릴에티닐)펜타신[bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN)], 비스(트리에틸실릴에티닐)-안트라디티오펜[bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT)], 펜타센 (pentacene), 테트라센 (tetracene), 루브렌 (rubrene), 및 5-클로로테트라센 (5-chlorotetracene)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 광트랜지스터.
The method according to claim 8 or 11,
The donor material is poly(3-hexylthiophene)[poly(3-hexylthiophene), P3HT], poly(9,9-dioctylfluorene)[poly(9,9-dioctyl fluorene), F8], poly( 9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene)[poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene),F8T2], poly(9.9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)[poly (9,9-dioctylfluorene- alt-benzothiadiazole),F8BT], poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctocy-p-phenylenevinylene)[poly(2-methoxy-5-( 3,7-dimethyloctoxy)-p-phenylenevinylene), OC1C10-PPV], poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene) [poly(2-methoxy-) 5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene), MEH-PPV], poly(3-hexylthiophene)[poly(3-hexylthiophene)], poly(3,3'''-didodecyl quarter Thiophene [poly(3,3'''-didodecylquaterthiophene), PQT-12], bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene [bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN)], bis(triethylsilylethynyl) )-Anthradithiophene [bis(triethylsilylethynyl)-anthradithiophene(TES-ADT)], pentacene, tetracene (tetracene), rubrene, and 5-chlorotetracene (5-chlorotetracene) Organic phototransistor, characterized in that selected from the group.
 제12항에 있어서,
도너물질과 억셉터물질의 질량비는 10 대 1 내지 5 대 5 사이인 것을 특징으로 하는 유기 광트랜지스터.
The method of claim 12,
An organic phototransistor, characterized in that the mass ratio of the donor material and the acceptor material is between 10 to 1 and 5 to 5.
 제12항에 있어서,
도너물질과 억셉터물질의 몰비는 1 대 0.01 내지 1 대 0.2 사이인 것을 특징으로 하는 유기 광트랜지스터.The method of claim 12,
An organic phototransistor, characterized in that the molar ratio of the donor material and the acceptor material is between 1 to 0.01 and 1 to 0.2.
KR1020180155577A 2018-12-05 2018-12-05 Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same KR102162863B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180155577A KR102162863B1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180155577A KR102162863B1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200068513A KR20200068513A (en) 2020-06-15
KR102162863B1 true KR102162863B1 (en) 2020-10-07

Family

ID=71081962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180155577A KR102162863B1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102162863B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100382338C (en) * 2002-02-19 2008-04-16 Hoya株式会社 Light-emitting device of field-effect transistor type
KR101787539B1 (en) * 2012-05-29 2017-10-18 광주과학기술원 Functional layer comprising nonconjugated polymer with amine group for organic electronic devices and organic electronic device comprising the same
KR101919667B1 (en) 2016-11-17 2018-11-19 한양대학교 산학협력단 Phototransistor comprising organic material and method of fabricating the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Energy Environ. Sci., 4, 3617, 2011*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200068513A (en) 2020-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Perzon et al. An alternating low band-gap polyfluorene for optoelectronic devices
Yang et al. Deep-red electroluminescent polymers: synthesis and characterization of new low-band-gap conjugated copolymers for light-emitting diodes and photovoltaic devices
Subramaniyan et al. High mobility thiazole–diketopyrrolopyrrole copolymer semiconductors for high performance field-effect transistors and photovoltaic devices
EP2899219B1 (en) Conjugated polymer, and electron-donating organic material, photovoltaic element material and photovoltaic element comprising same
WO2013018951A1 (en) Conductive polymer comprising 3,6-carbazole and organic solar cell using same
EP3222666B1 (en) Organic semiconductor composition, and method for manufacturing photovoltaic element
Murali et al. Narrow band gap conjugated polymer for improving the photovoltaic performance of P3HT: PCBM ternary blend bulk heterojunction solar cells
WO2012165420A1 (en) Composition for organic semiconductors and photoelectric conversion element using same
Liu et al. A rational design and synthesis of cross-conjugated small molecule acceptors approaching high-performance fullerene-free polymer solar cells
Li et al. Fabrication of benzothiadiazole–benzodithiophene-based random copolymers for efficient thick-film polymer solar cells via a solvent vapor annealing approach
Mikroyannidis et al. Efficient bulk heterojunction solar cells using an alternating phenylenevinylene copolymer with dithenyl (thienothiadiazole) segments as donor and PCBM or modified PCBM as acceptor
Fan et al. Enhancing the photovoltaic properties of low bandgap terpolymers based on benzodithiophene and phenanthrophenazine by introducing different second acceptor units
Lanzi et al. Water-soluble polythiophenes as efficient charge-transport layers for the improvement of photovoltaic performance in bulk heterojunction polymeric solar cells
Li et al. Soluble narrow‐band‐gap copolymers containing novel cyclopentadithiophene units for organic photovoltaic cell applications
Mikroyannidis et al. Efficient bulk heterojunction solar cells based on a broadly absorbing phenylenevinylene copolymer containing thiophene and pyrrole rings
Lee et al. Benzodithiophene-based wide-bandgap small-molecule donors for organic photovoltaics with large open-circuit voltages
Liu et al. Improving Both Electron and Hole Mobilities of an Ambipolar Polymer by Integrating Sodium Sulfonate‐Tethered Alkyl Side Chains
Yan et al. Effect of Thieno [3, 2-b] thiophene π-bridge on photovoltaic performance of a DA copolymer of alkoxy-benzodithiophene-alt-fluoro-benzotriazole
JP2019068056A (en) Photoelectric conversion element
Kim et al. High open-circuit voltage organic photovoltaic cells fabricated using semiconducting copolymers consisting of bithiophene and fluorinated quinoxaline or triazole derivatives
Zeng et al. Low bandgap diketopyrrolopyrrole-based polymers with an asymmetric unit of fluoridated phenylene-thiophene for efficient polymer solar cells
KR102162863B1 (en) Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same
Lee et al. Organic phototransistors with bulk heterojunction sensing-channel layers containing soluble difluorinated diketopyrrolopyrrole acceptor
Hossain et al. Backbone Engineering with Fluoroarene to Mitigate Morphological Disorder for High-Performance Polymer Solar Cells
Zhou et al. Black polymers in bulk-heterojunction solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant