KR102176846B1 - Heterocyclic compound and organic solar cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.The present specification relates to a heterocyclic compound represented by Chemical Formula 1 and an organic solar cell including the same.

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}Heterocyclic compound and organic solar cell including the same TECHNICAL FIELD

본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.The present specification relates to a heterocyclic compound and an organic solar cell including the same.

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.An organic solar cell is a device that can directly convert solar energy into electric energy by applying a photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material constituting the thin film. A typical solar cell is made of a p-n junction by doping crystalline silicon (Si), an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorbing light diffuse to the p-n junction, accelerated by the electric field, and move to the electrode. The power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit and the solar power entered into the solar cell, and was achieved up to 24% when measured under the currently standardized virtual solar irradiation conditions. However, since conventional inorganic solar cells already show limitations in economic and material supply and demand, organic semiconductor solar cells that are easy to process, inexpensive, and have various functions are in the spotlight as a long-term alternative energy source.

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.It is important to increase the efficiency of solar cells so that they can output as much electric energy as possible from solar energy. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is important to generate as many excitons as possible inside the semiconductor, but it is also important to draw the generated charges to the outside without loss. One of the causes of the loss of charge is that the generated electrons and holes are destroyed by recombination. Various methods have been proposed as methods for transferring generated electrons or holes to an electrode without loss, but most require an additional process, and thus manufacturing cost may increase.

US 5331183US 5331183 US 5454880US 5454880

본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present specification is to provide a heterocyclic compound and an organic solar cell including the same.

본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다.The present specification provides a heterocyclic compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112016065905714-pat00001
Figure 112016065905714-pat00001

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

m1, m2, n1 및 n2는 각각 1 내지 3의 정수이고,m1, m2, n1 and n2 are each an integer of 1 to 3,

m1, m2, n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 대괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,When m1, m2, n1 and n2 are each 2 or more, the structures in the two or more brackets are the same as or different from each other,

L2 및 L3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 2가의 연결기이고,L2 and L3 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; Or a divalent linking group,

R1 내지 R12 및 R21 내지 R28은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkyl thioxy group; A substituted or unsubstituted arylthioxy group; A substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group containing one or more of N, O and S atoms,

G1 및 G2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 분지쇄의 알킬기이며,G1 and G2 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted branched alkyl group,

A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 전자 받개로서 작용하는 구조이다.A1 and A2 are the same as or different from each other, and each independently has a structure that acts as an electron acceptor.

또한, 본 명세서는 1 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 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.In addition, the present specification 1 electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And one or more organic material layers provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, and at least one of the organic material layers includes the aforementioned heterocyclic compound. do.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 전자 주개 성질을 갖는 벤조디티오펜(BDT)를 2 이상 포함하는 구조의 코어를 가지므로, 긴 유효 공액 길이를 갖는다.The heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification has a core having a structure including two or more benzodithiophene (BDT) having electron donating properties, and thus has a long effective conjugation length.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 벤조디티오펜(BDT)를 2 이상 포함하는 구조의 코어를 가지므로, 분자량이 증가된 화합물을 제공할 수 있다.In addition, since the heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification has a core having a structure including two or more benzodithiophene (BDT), a compound having an increased molecular weight may be provided.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 2개의 벤조디티오펜(BDT)를 연결하는 벤조티아디아졸에 분지쇄의 알콕시기를 포함하므로서, 분자간의 입체장애가 커져서, 화합물의 용해도를 조절할 수 있다.In addition, since the heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification includes a branched alkoxy group in the benzothiadiazole connecting two benzodithiophenes (BDT), steric hindrance between molecules increases, so that the solubility of the compound can be controlled. have.

따라서, 상기 헤테로환 화합물을 유기태양 전지의 유기물층 재료로 사용될 수 있으며, 이를 포함하는 유기 태양 전지는 개방 전압과 단락 전류의 상승, 낮은 밴드갭의 효과 및/또는 효율 증가 등에서 우수한 특성을 나타낼 수 있다. Accordingly, the heterocyclic compound may be used as an organic material layer material of an organic solar cell, and an organic solar cell including the same may exhibit excellent properties in terms of an increase in open circuit voltage and short-circuit current, a low band gap effect, and/or an increase in efficiency. .

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 유기 태양 전지에서 단독 또는 다른 물질과 혼합하여 사용이 가능하고, 효율의 향상, 화합물의 열적 안정성 등의 특성에 의한 소자의 수명 향상 등이 기대될 수 있다.The heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification can be used alone or in combination with other materials in an organic solar cell, and it can be expected to improve the lifespan of the device due to characteristics such as improved efficiency and thermal stability of the compound. have.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 화합물 1-1의 NMR 그래프를 나타낸 도이다.
1 is a diagram showing an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification.
2 is a diagram showing an NMR graph of compound 1-1.

이하, 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the present specification will be described in detail.

본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다. The present specification provides a heterocyclic compound represented by Chemical Formula 1.

본 명세서에 있어서,

Figure 112016065905714-pat00002
는 다른 치환기에 연결되는 부위를 의미한다.In this specification,
Figure 112016065905714-pat00002
Means a moiety connected to another substituent.

본 명세서에 있어서, 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.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

상기 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the substituent are described below, but are not limited thereto.

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.The term "substituted" means that the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited as long as the position where the hydrogen atom is substituted, that is, the position where the substituent can be substituted, and when two or more are substituted , Two or more substituents may be the same or different from each other.

본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 에스터기; 카보닐기; 카복실기; 히드록시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로고리기; 아릴아민기; 아릴기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. In the present specification, the term "substituted or unsubstituted" refers to deuterium; Halogen group; Alkyl group; Alkenyl group; Alkoxy group; Ester group; Carbonyl group; Carboxyl group; Hydroxy group; Cycloalkyl group; Silyl group; Arylalkenyl group; Aryloxy group; Alkyl thioxy group; Alkyl sulfoxy group; Arylsulfoxy group; Boron group; Alkylamine group; Aralkylamine group; Arylamine group; Heterocyclic group; Arylamine group; Aryl group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxy group; And one or more substituents selected from the group consisting of a heterocyclic group containing one or more of N, O, and S atoms, or not having any substituents.

상기 치환기들은 추가의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.The substituents may be substituted or unsubstituted with an additional substituent.

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

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

Figure 112016065905714-pat00003
Figure 112016065905714-pat00003

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

Figure 112016065905714-pat00004
Figure 112016065905714-pat00004

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

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 및 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. In the present specification, the cycloalkyl group is not particularly limited, but is preferably 3 to 60 carbon atoms, and specifically, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, 3-methylcyclopentyl, 2,3-dimethylcyclopentyl, cyclohexyl, 3-methylcyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, 2,3-dimethylcyclohexyl, 3,4,5-trimethylcyclohexyl, 4-tert-butylcyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl, but are not limited thereto. Does not.

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

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 및 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkenyl group may be a linear or branched chain, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 40. Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 3-methyl-1- Butenyl, 1,3-butadienyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, 2,2-diphenylvinyl-1-yl, 2-phenyl-2-( Naphthyl-1-yl)vinyl-1-yl, 2,2-bis(diphenyl-1-yl)vinyl-1-yl, stilbenyl group, and styrenyl group, but are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기 및 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다. In the present specification, the silyl group is specifically trimethylsilyl group, triethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, vinyldimethylsilyl group, propyldimethylsilyl group, triphenylsilyl group, diphenylsilyl group, phenylsilyl group, etc. However, it is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있으며, 탄소수 1 내지 25의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 25의 알콕시기가 치환되는 경우를 포함한다. 또한, 본 명세서 내에서의 아릴기는 방향족고리를 의미할 수 있다.In the present specification, the aryl group may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group, and includes a case where an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms is substituted. In addition, the aryl group in the present specification may mean an aromatic ring.

상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기 및 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. When the aryl group is a monocyclic aryl group, the number of carbon atoms is not particularly limited, but it is preferably 6 to 25 carbon atoms. Specifically, the monocyclic aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group, but is not limited thereto.

상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기 및 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.When the aryl group is a polycyclic aryl group, the number of carbon atoms is not particularly limited. It is preferably 10 to 24 carbon atoms. Specifically, the polycyclic aryl group may be a naphthyl group, an anthracenyl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, a perylenyl group, a chrysenyl group, and a fluorenyl group, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조이다.In the present specification, the fluorenyl group is a structure in which two cyclic organic compounds are connected through one atom.

본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. In the present specification, the fluorenyl group may be substituted, and adjacent substituents may be bonded to each other to form a ring.

상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,

Figure 112016065905714-pat00005
,
Figure 112016065905714-pat00006
,
Figure 112016065905714-pat00007
Figure 112016065905714-pat00008
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.When the fluorenyl group is substituted,
Figure 112016065905714-pat00005
,
Figure 112016065905714-pat00006
,
Figure 112016065905714-pat00007
And
Figure 112016065905714-pat00008
Etc. However, it is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 싸이오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조싸이오펜기, 디벤조싸이오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the heteroaryl group is a heteroaryl group containing at least one of O, N, and S as a heterogeneous element, and the number of carbons is not particularly limited, but it is preferably 2 to 60 carbon atoms. Examples of heteroaryl groups include thiophene group, furan group, pyrrole group, imidazole group, thiazole group, oxazole group, oxadiazole group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, triazine group, triazole group, acridyl group , Pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyrido pyrimidinyl group, pyrido pyrazinyl group, pyrazino pyrazinyl group, isoquinoline group, indole group , Carbazole group, benzoxazole group, benzoimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phenanthroline group, thiazolyl group, isoxazolyl Group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group, benzothiadiazolyl group, benzothiazolyl group, phenothiazinyl group, dibenzofuranyl group, and the like, but are not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.In the present specification, the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic, may be aromatic, aliphatic, or condensed rings of aromatic and aliphatic, and may be selected from examples of the heteroaryl group.

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

아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specific examples of the aryl amine group include phenylamine, naphthylamine, biphenylamine, anthracenylamine, 3-methyl-phenylamine, 4-methyl-naphthylamine, 2-methyl-biphenylamine, 9-methyl-anthra There are senylamine, diphenyl amine group, phenyl naphthyl amine group, ditolyl amine group, phenyl tolyl amine group, carbazole, and triphenyl amine group, but are not limited thereto.

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

본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기 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.In the present specification, the aryl group in the aryloxy group, arylthioxy group, arylsulfoxy group, and aralkylamine group is the same as the example of the aryl group described above. Specifically, the aryloxy group includes phenoxy, p-tolyloxy, m-tolyloxy, 3,5-dimethyl-phenoxy, 2,4,6-trimethylphenoxy, p-tert-butylphenoxy, 3-biphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 4-methyl-1-naphthyloxy, 5-methyl-2-naphthyloxy, 1-anthryloxy, 2-anthryl Oxy, 9-anthryloxy, 1-phenanthryloxy, 3-phenanthryloxy, and 9-phenanthryloxy, and the arylthioxy group includes a phenylthioxy group, a 2-methylphenylthioxy group, and a 4-tert-butylphenyl There are thioxy groups, and the aryl sulfoxy group includes a benzene sulfoxy group and a p-toluene sulfoxy group, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 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.In the present specification, the alkyl group in the alkyl thioxy group and the alkyl sulfoxy group is the same as the example of the aforementioned alkyl group. Specifically, the alkyl thioxy group includes a methyl thioxy group, an ethyl thioxy group, a tert-butyl thioxy group, a hexyl thioxy group, an octyl thioxy group, and the alkyl sulfoxy group is mesyl, ethyl sulfoxy group, propyl sulfoxy group, butyl sulfoxy group. And the like, but are not limited thereto.

본 명세서에서 2가의 연결기는 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 및 치환 또는 비치환된 N, O, S, Si, Ge 중 1 이상을 포함하는 2가의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 1 이상을 포함할 수 있다.In the present specification, the divalent linking group is a substituted or unsubstituted alkylene group; A substituted or unsubstituted arylene group; And substituted or unsubstituted N, O, S, Si, Ge may include one or more in the group consisting of a divalent heterocyclic group including one or more of.

본 명세서에 있어서, 알킬렌기는 알킬기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기의 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, an alkylene group means that the alkyl group has two bonding positions, that is, a divalent group. Except that each of these is a divalent group, the description of the alkyl group described above can be applied.

본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, an arylene group means that the aryl group has two bonding positions, that is, a divalent group. Except that each of these is a divalent group, the description of the aryl group described above may be applied.

본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌기는 헤테로아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기의 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, a heteroarylene group refers to a heteroaryl group having two bonding positions, that is, a divalent group. Except that each of these is a divalent group, the description of the aforementioned heteroaryl group may be applied.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L2 및 L3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 및 치환 또는 비치환된 N, O, S, Si, Ge 중 1 이상을 포함하는 2가의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 1 이상을 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, L2 and L3 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; A substituted or unsubstituted alkylene group; A substituted or unsubstituted arylene group; And one or more in the group consisting of a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group including one or more of N, O, S, Si, and Ge.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2 및 L3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 및 치환 또는 비치환된 비치환된 N, O, S, Si, Ge 중 1 이상을 포함하는 2가의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 1 이상을 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L2 and L3 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; And it includes at least one in the group consisting of a substituted or unsubstituted unsubstituted N, O, S, Si, and a divalent heterocyclic group including at least one of Ge.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2 및 L3는 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L2 and L3 are direct bonds.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, A1 and A2 are the same as or different from each other, and each independently has any one of the following structures.

Figure 112016065905714-pat00009
Figure 112016065905714-pat00009

Figure 112016065905714-pat00010
Figure 112016065905714-pat00010

상기 구조에 있어서, In the above structure,

a는 1 내지 7의 정수이고, a is an integer from 1 to 7,

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

a가 2 이상인 경우, 2 이상의 R15는 서로 동일하거나 상이하고, When a is 2 or more, 2 or more R15 are the same as or different from each other,

b가 2 이상인 경우, 2 이상의 R16은 서로 동일하거나 상이하며, When b is 2 or more, 2 or more R16 are the same as or different from each other,

c가 2 이상인 경우, 2 이상의 R17은 서로 동일하거나 상이하며, When c is 2 or more, 2 or more R17 are the same as or different from each other,

R14 내지 R20은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.R14 to R20 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkyl thioxy group; A substituted or unsubstituted arylthioxy group; A substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group including one or more of N, O, and S atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted C 1 to C 30 linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 옥틸기; 또는 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; A substituted or unsubstituted octyl group; Or a substituted or unsubstituted 2-ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R12 및 R21 내지 R28는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 옥틸기; 또는 2-에틸헥실기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Octyl group; Or 2-ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R4, R8, R24 및 R28은 2-에틸헥실기이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, R4, R8, R24, and R28 are 2-ethylhexyl groups.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R9 내지 R12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 옥틸기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R9 to R12 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or an octyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로

Figure 112016065905714-pat00011
이고,According to an exemplary embodiment of the present specification, A1 and A2 are the same as or different from each other, and each independently
Figure 112016065905714-pat00011
ego,

R14는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.R14 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A1은

Figure 112016065905714-pat00012
이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A1 is
Figure 112016065905714-pat00012
to be.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A2는

Figure 112016065905714-pat00013
이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A2 is
Figure 112016065905714-pat00013
to be.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R14 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R14 is a substituted or unsubstituted C1 to C15 linear or branched alkyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14는 치환 또는 비치환된 에틸기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R14 is a substituted or unsubstituted ethyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14는 에틸기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R14 is an ethyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, m1은 1이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, m1 is 1.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, m2는 1이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, m2 is 1.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, n1은 3이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, n1 is 3.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, n2는 3이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, n2 is 3.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, G1 및 G2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 분지쇄의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, G1 and G2 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, G1 및 G2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-에틸헥실기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, G1 and G2 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted 2-ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, G1 및 G2는 2-에틸헥실기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in Formula 1, G1 and G2 are 2-ethylhexyl groups.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화합물 1-1로 표시된다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Chemical Formula 1 is represented by Compound 1-1 below.

[화합물 1-1][Compound 1-1]

Figure 112016065905714-pat00014
Figure 112016065905714-pat00014

상기 헤테로환 화합물은 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다.The heterocyclic compound may be prepared based on the preparation examples described later.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 m1의 대괄호 안의 구조와 m2의 대괄호 안의 구조를 연결기인 분지쇄의 알콕시기로 치환된 벤조티아디아졸을 통하여 결합하고, 이를 통해 얻어지는 화합물을 L2, L3와 결합한 후, 이를 통해 얻어지는 구조의 화합물을 n1, n2의 말단에 알데하이드가 도입된 구조의 화합물과 결합시킨다. 그 후, A1 및 A2를 도입하여 화합물 1-1로 표시되는 헤테로환 화합물뿐만 아니라, 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제조할 수 있다.The heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification is a structure in brackets of m1 and a structure in brackets of m2 are bonded through a benzothiadiazole substituted with a branched alkoxy group as a linking group, and the compound obtained through it is L2, L3 After bonding with, the compound having the structure obtained through it is combined with the compound having the structure in which the aldehyde is introduced at the ends of n1 and n2. Thereafter, A1 and A2 may be introduced to prepare not only the heterocyclic compound represented by compound 1-1, but also the heterocyclic compound represented by Chemical Formula 1.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 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 헤테로환 화합물들을 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.The heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification may be prepared by a multi-step chemical reaction. After preparing monomers through an alkylation reaction, Grignard reaction, Suzuki coupling reaction, and Stille coupling reaction, the final heterogeneity is obtained through a carbon-carbon coupling reaction such as Steel coupling reaction. Cyclic compounds can be prepared. If the substituent to be introduced is a boronic acid or boronic ester compound, it can be prepared through a Suzuki coupling reaction, and the substituent to be introduced is tributyltin or trimethyltin ) In the case of a compound, it may be prepared through a still coupling reaction, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And one or more organic material layers provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, and at least one of the organic material layers includes the heterocyclic compound.

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. An organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode, a photoactive layer, and a second electrode. The organic solar cell may further include a substrate, a hole transport layer and/or an electron transport layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다. According to the exemplary embodiment of the present specification, when the organic solar cell receives photons from an external light source, electrons and holes are generated between the electron donor and the electron acceptor. The generated holes are transported to the anode through the electron donor layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 헤테로환 화합물을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the organic material layer includes a hole transport layer, a hole injection layer, or a layer for simultaneously transporting and injecting holes, and the hole transporting layer, a layer for transporting and injecting holes simultaneously, And the heterocyclic compound.

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 헤테로환 화합물을 포함한다. In another exemplary embodiment, the organic material layer includes an electron injection layer, an electron transport layer, or a layer that simultaneously injects and transports electrons, and the electron injection layer, an electron transport layer, or a layer that simultaneously injects and transports electrons is And the heterocyclic compound.

도 1 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.1 is a diagram showing an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다. According to the exemplary embodiment of the present specification, when the organic solar cell receives photons from an external light source, electrons and holes are generated between the electron donor and the electron acceptor. The generated holes are transported to the anode through the electron donor layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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.According to the exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell may further include an additional organic material layer. The organic solar cell may reduce the number of organic material layers by using organic materials having several functions at the same time.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the first electrode is an anode, and the second electrode is a cathode. In another exemplary embodiment, the first electrode is a cathode, and the second electrode is an anode.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 유기 태양 전지는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to the exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell may be arranged in the order of a cathode, a photoactive layer, and an anode, and may be arranged in the order of an anode, a photoactive layer, and a cathode, but is not limited thereto.

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.In another exemplary embodiment, the organic solar cell may be arranged in the order of an anode, a hole transport layer, a photoactive layer, an electron transport layer, and a cathode, and may be arranged in the order of a cathode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and an anode. , Is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노멀구조에서 기판, 애노드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 캐소드의 순서로 적층될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell has a normal structure. In the normal structure, a substrate, an anode, an organic material layer including a photoactive layer, and a cathode may be sequentially stacked.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조에서는 기판, 캐소드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 애노드의 순서로 적층될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell has an inverted structure. In the inverted structure, a substrate, a cathode, an organic material layer including a photoactive layer, and an anode may be sequentially stacked.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 탠덤 (tandem) 구조이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell has a tandem structure.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다. 상기 탠덤 구조에서는 광활성층을 2 이상 포함할 수 있다. The organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification may have one or two or more photoactive layers. In the tandem structure, two or more photoactive layers may be included.

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. In another embodiment, the buffer layer may be provided between the photoactive layer and the hole transport layer or between the photoactive layer and the electron transport layer. In this case, a hole injection layer may be further provided between the anode and the hole transport layer. In addition, an electron injection layer may be further provided between the cathode and the electron transport layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광활성층은 전자 주개 및 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고, 상기 전자 주개물질은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the photoactive layer includes 1 or 2 or more selected from the group consisting of an electron donor and an acceptor, and the electron donor material includes the heterocyclic compound.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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. According to an exemplary embodiment of the present specification, the electron acceptor material may be selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, vasocuproin, semiconducting elements, semiconducting compounds, and combinations thereof. Specifically, fullerene, a fullerene derivative (PCBM ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) or PCBCR ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester), perylene ( perylene) PBI (polybenzimidazole), and PTCBI (3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole) is one or more compounds selected from the group consisting of.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the electron donor and electron acceptor constitute a bulk hetero junction (BHJ).

벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.Bulk heterojunction means that an electron donor material and an electron acceptor material are mixed with each other in a photoactive layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the photoactive layer has a bilayer structure including an n-type organic material layer and a p-type organic material layer, and the p-type organic material layer includes the heterocyclic compound.

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

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; 및 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.The anode electrode may be made of a transparent material having excellent conductivity, but is not limited thereto. Metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, and gold, or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO); A combination of a metal and an oxide such as ZnO:Al or SNO 2 :Sb; And conductive polymers such as poly(3-methylthiophene), poly[3,4-(ethylene-1,2-dioxy)thiophene] (PEDOT), polypyrrole and polyaniline, but are not limited thereto. .

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.The method of forming the anode electrode is not particularly limited, for example, sputtering, E-beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing to be applied to one surface of the substrate or coated in a film form. Can be formed by

상기 애노드 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다. When the anode electrode is formed on a substrate, it may undergo cleaning, moisture removal, and hydrophilic modification processes.

예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100 내지 150℃에서 1 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.For example, the patterned ITO substrate is sequentially cleaned with a detergent, acetone, and isopropyl alcohol (IPA), and then dried on a heating plate at 100 to 150°C for 1 to 30 minutes, preferably at 120°C for 10 minutes to remove moisture. When the substrate is completely cleaned, the substrate surface is modified to be hydrophilic.

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. Through the surface modification as described above, the bonding surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the photoactive layer. In addition, the formation of a polymer thin film on the anode electrode becomes easy during modification, and the quality of the thin film may be improved.

애노드 전극의 위한 전처리 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.The pretreatment techniques for the anode electrode include a) a surface oxidation method using parallel plate type discharge, b) a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV ultraviolet rays in a vacuum state, and c) oxygen radicals generated by plasma. There is a method of oxidizing by using.

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, 전처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다. One of the above methods may be selected according to the state of the anode electrode or the substrate. However, regardless of which method is used, it is generally desirable to prevent the oxygen from leaving the anode electrode or the surface of the substrate and to suppress the residual moisture and organic matter as much as possible. In this case, it is possible to maximize the practical effect of the pretreatment.

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. As a specific example, a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV may be used. At this time, after ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate is baked on a hot plate and dried well, then put into the chamber, and the oxygen gas reacts with the UV light by the action of the UV lamp. The patterned ITO substrate can be cleaned.

그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.However, the method for modifying the surface of the patterned ITO substrate in the present specification is not particularly limited, and any method may be used as long as it is a method of oxidizing the substrate.

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; 또는 LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cathode electrode may be a metal having a small work function, but is not limited thereto. Specifically, metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin, and lead, or alloys thereof; Alternatively, it may be a material having a multilayer structure such as LiF/Al, LiO 2 /Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF 2 , and Al:BaF 2 :Ba, but is not limited thereto.

상기 캐소드 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.The cathode electrode is 5x10 - may be formed is deposited on the internal heat evaporator showing a degree of vacuum of less than 7 torr, not limited to this method.

상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다. The material of the hole transport layer and/or the electron transport layer plays a role of efficiently transferring electrons and holes separated in the photoactive layer to an electrode, and the material is not particularly limited.

상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. The material for the hole transport layer may include PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), molybdenum oxide (MoO x ); Vanadium oxide (V 2 O 5 ); Nickel oxide (NiO); And tungsten oxide (WO x ), but are not limited thereto.

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) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.The electron transport layer material may be electron-extracting metal oxides, and specifically, a metal complex of 8-hydroxyquinoline; Complexes containing Alq 3 ; Metal complexes including Liq; LiF; Ca; Titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), but are not limited thereto.

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.The photoactive layer can be formed by dissolving a photoactive material such as an electron donor and/or an electron acceptor in an organic solvent, and then spinning the solution, dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting, etc. It is not limited to the method.

상기 헤테로환 화합물의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 태양 전지의 제조는 이하 제조예 및 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.The preparation method of the heterocyclic compound and the preparation of an organic solar cell including the same will be described in detail in Preparation Examples and Examples below. However, the following examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present specification is not limited thereto.

제조예 1. 화합물 1-1의 제조Preparation Example 1. Preparation of compound 1-1

Figure 112016065905714-pat00015
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Figure 112016065905714-pat00016
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1) 화합물 A의 제조1) Preparation of compound A

20mL의 무수 테트라하이드로퓨란에 2.9g의 starting material 1을 녹인 후, -78℃로 냉각하였다 이를 통해 얻어지는 용액에 2.0mL의 2.5M n-BuLi을 주입한 후 2시간 동안 교반하였다. 이를 통해 얻어지는 반응혼합물에 5.4mL의 1.0M Me3SnCl을 주입한 후, 반응혼합물을 상온으로 승온시킨 후 12시간동안 교반하였다. 이를 통해 얻어지는 반응혼합물에 20mL의 물을 첨가하여 반응을 ?칭시키고, 20mL의 ethyl acetate를 이용하여 세 번에 걸쳐 유기물층을 추출하였다. 이를 통해 얻어진 유기물층을 MgSO4를 통해 건조시킨 후 여과하였고, 이를 통해 얻어진 용액을 감압하여 용매를 제거하여 화합물 A를 얻을 수 있었다.After dissolving 2.9 g of starting material 1 in 20 mL of anhydrous tetrahydrofuran, it was cooled to -78°C. 2.0 mL of 2.5M n-BuLi was added to the resulting solution, followed by stirring for 2 hours. After injecting 5.4 mL of 1.0M Me 3 SnCl into the reaction mixture obtained through this, the reaction mixture was heated to room temperature and stirred for 12 hours. The reaction was quenched by adding 20 mL of water to the reaction mixture obtained through this, and the organic layer was extracted three times using 20 mL of ethyl acetate. The organic layer obtained through this was dried over MgSO 4 and then filtered, and the resulting solution was decompressed to remove the solvent to obtain compound A.

2) 화합물 B의 제조2) Preparation of compound B

반응 용기에 45mg의 Pd2(dba)3와 26mg의 P(o-tol)3를 첨가한 후, 이 혼합물에 13mL의 톨루엔에 1.57g의 화합물 A와 389mg의 starting material 2를 녹여 얻어지는 용액을 주입하였다. 이를 통해 얻어지는 반응 혼합물을 3일에 걸쳐 90에서 교반한 후, 상온으로 냉각시킨 후 20mL의 물과 동량의 클로로포름을 이용하여 세 번에 걸쳐 추출하였다. 이를 통해 얻어지는 유기물층을 MgSO4를 통해 건조시킨 후 여과하였고, 이를 통해 얻어진 용액을 감압하여 용매를 제거하여 붉은 색의 oil을 얻었다. 이 oil을 클로로포름:헥산 (1:2 부피비)를 전개용매로 플래시 컬럼하여 90%의 수율로 화합물 B를 얻을 수 있었다.After adding 45 mg of Pd 2 (dba) 3 and 26 mg of P( o- tol) 3 to the reaction vessel, a solution obtained by dissolving 1.57 g of Compound A and 389 mg of starting material 2 in 13 mL of toluene was injected. I did. The reaction mixture obtained through this was stirred at 90 over 3 days, cooled to room temperature, and extracted three times using 20 mL of water and the same amount of chloroform. The organic layer obtained through this was dried over MgSO 4 and then filtered, and the resulting solution was decompressed to remove the solvent to obtain a red oil. This oil was subjected to flash column using chloroform:hexane (1:2 by volume) as a developing solvent to obtain compound B in a yield of 90%.

3) 화합물 C의 제조3) Preparation of compound C

50mL의 무수 테트라하이드로퓨란에 1.9g의 화합물 B를 녹인 후, -78로 냉각하였다 이를 통해 얻어지는 용액에 4.9mL의 1.0M Lithium diisopropylamide (LDA)를 주입한 후 2시간동안 교반하였다. 이를 통해 얻어지는 반응혼합물에 4.9mL의 1.0M Me3SnCl을 주입한 후, 반응 혼합물을 상온으로 승온시킨 후 12시간동안 교반하였다. 이를 통해 얻어지는 반응혼합물에 50mL의 물을 첨가하여 반응을 ?칭시키고, 30mL의 클로로포름을 이용하여 세 번에 걸쳐 유기물층을 추출하였다. 이를 통해 얻어진 유기물층을 MgSO4를 통해 건조시킨 후 여과하였고, 이를 통해 얻어진 용액을 감압하여 용매를 제거하여 화합물 C를 얻을 수 있었다.1.9 g of Compound B was dissolved in 50 mL of anhydrous tetrahydrofuran, and then cooled to -78. 4.9 mL of 1.0 M Lithium diisopropylamide (LDA) was injected into the resulting solution, followed by stirring for 2 hours. After injecting 4.9 mL of 1.0M Me 3 SnCl into the reaction mixture obtained through this, the reaction mixture was heated to room temperature and stirred for 12 hours. The reaction was quenched by adding 50 mL of water to the reaction mixture obtained through this, and the organic layer was extracted three times using 30 mL of chloroform. The organic layer obtained through this was dried over MgSO 4 and then filtered, and the resulting solution was decompressed to remove the solvent to obtain compound C.

4)화합물 E의 제조4) Preparation of compound E

반응 용기에 69mg의 Pd2(dba)3와 39mg의 P(o-tol)3를 첨가한 후, 이 혼합물에 45mL의 톨루엔에 2.0g의 화합물 C와 1.9g의 화합물 D를 녹여 얻어지는 용액을 주입하였다. 이를 통해 얻어지는 반응혼합물을 3일에 걸쳐 90에서 교반한 후, 상온으로 냉각시킨 후 40mL의 물과 동량의 클로로포름을 이용하여 세 번에 걸쳐 추출하였다. 이를 통해 얻어지는 유기물층을 MgSO4를 통해 건조시킨 후 여과하였고, 이를 통해 얻어진 용액을 감압하여 용매를 제거하여 붉은 색의 oil을 얻었다. 이 oil을 디클로로메탄:헥산 (3:4 부피비)를 전개용매로 플래시 컬럼하여 43%의 수율로 화합물 B를 얻을 수 있었다. 69 mg of Pd 2 (dba) 3 and 39 mg of P( o- tol) 3 were added to the reaction vessel, and a solution obtained by dissolving 2.0 g of compound C and 1.9 g of compound D in 45 mL of toluene was injected into the mixture. I did. The reaction mixture obtained through this was stirred at 90 over 3 days, cooled to room temperature, and extracted three times using 40 mL of water and the same amount of chloroform. The organic layer obtained through this was dried over MgSO 4 and then filtered, and the resulting solution was decompressed to remove the solvent to obtain a red oil. Dichloromethane:hexane (3:4 volume ratio) of this oil was flash columned with a developing solvent to obtain compound B in a yield of 43%.

5) 화합물 1-1의 제조5) Preparation of compound 1-1

1.2g의 화합물 E를 30mL의 클로로포름에 녹인 후, 이 용액에 4방울의 피페리딘과 760mg의 2-ethylrhodanin을 첨가한 후 70의 온도에서 12시간동안 교반하였다. 이후 반응혼합물을 상온으로 냉각시킨 후, 클로로포름을 이용하여 실리카 젤로 여과한 후 감압을 통해 용매를 제거하였다. 이를 통해 얻어지는 혼합물을 헥산과 클로로포름을 이용하여 플래시칼럼한 후, 에틸 아세테이트와 디클로로메탄을 이용하여 재결정하여 화합물 1-1을 67%의 수율로 얻을 수 있었다.After 1.2 g of Compound E was dissolved in 30 mL of chloroform, 4 drops of piperidine and 760 mg of 2-ethylrhodanin were added to this solution, followed by stirring at a temperature of 70 for 12 hours. Thereafter, the reaction mixture was cooled to room temperature, filtered through silica gel using chloroform, and the solvent was removed through reduced pressure. The mixture obtained through this was flash-column using hexane and chloroform, and then recrystallized using ethyl acetate and dichloromethane to obtain compound 1-1 in a yield of 67%.

상기 화합물 1-1의 NMR 데이터는 도 2와 같다.The NMR data of Compound 1-1 are shown in FIG. 2.

실시예 1. 유기 태양 전지의 제조Example 1. Fabrication of organic solar cell

상기 화합물 1-1과 PC71BM 을 1:2로 클로로포름(Chloroform, CF)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 4 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag의 인버티드 구조로 하였다.Compound 1-1 and PC 71 BM were dissolved at 1:2 in chloroform (CF) to prepare a composite solution. At this time, the concentration was adjusted to 4 wt%, and the organic solar cell had an inverted structure of ITO/ZnO/photoactive layer/MoO 3 /Ag.

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.ITO is a bar type, and the glass substrate coated with 1.5 × 1.5 cm 2 is ultrasonically cleaned using distilled water, acetone, and 2-propanol, and the ITO surface is ozone treated for 10 minutes, and then a zinc oxide precursor (ZnO precursor). solution: ZnO nanoparticle 25mg/ml in butanol), spin-coating this zinc oxide (ZnO) solution at 4000 rpm for 40 seconds, heat treatment at 100 for 10 minutes to remove the remaining solvent and remove the electron transport layer Was completed. To coat the photoactive layer, a composite solution of polymer 1 and PC 71 BM was spin-coated at 1000 rpm for 20 seconds. MoO 3 was deposited in a thickness of 10 nm at a rate of 0.2 Å/s in a thermal evaporator to prepare a hole transport layer. After manufacturing in the above order, 100 nm of Ag was deposited at a rate of 1 Å/s inside the thermal evaporator to prepare an organic solar cell having a reverse structure.

실시예 2. 유기 태양 전지의 제조Example 2. Fabrication of organic solar cell

상기 실시예 1에서 클로로포름 대신 클로로벤젠(CB)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that chlorobenzene (CB) was used instead of chloroform.

실시예 3. 유기 태양 전지의 제조Example 3. Fabrication of organic solar cell

상기 실시예 1에서 클로로포름 대신 o-자일렌을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that o -xylene was used instead of chloroform.

비교예 1. 유기 태양 전지의 제조Comparative Example 1. Fabrication of organic solar cell

상기 실시예 1에서 상기 화합물 1-1 대신 하기 비교예 화합물 1을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Comparative Example Compound 1 was used instead of Compound 1-1.

[비교예 화합물 1][Comparative Example Compound 1]

Figure 112016065905714-pat00017
Figure 112016065905714-pat00017

비교예 2. 유기 태양 전지의 제조Comparative Example 2. Fabrication of Organic Solar Cell

상기 비교예 1에서 클로로포름 대신 클로로벤젠(CB)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that chlorobenzene (CB) was used instead of chloroform.

비교예 3. 유기 태양 전지의 제조Comparative Example 3. Fabrication of Organic Solar Cell

상기 비교예 1에서 클로로포름 대신 o-자일렌을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that o -xylene was used instead of chloroform.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were measured under conditions of 100 mW/cm 2 (AM 1.5), and the results are shown in Table 1 below.

VOC (V)V OC (V) JSC (mA/cm2)J SC (mA/cm 2 ) FF (%)FF (%) PCE (%)PCE (%) 실시예 1Example 1 0.9360.936 10.72010.720 0.5420.542 5.445.44 실시예 2Example 2 0.9410.941 9.1719.171 0.5330.533 4.604.60 실시예 3Example 3 0.8360.836 11.60511.605 0.5990.599 5.995.99 비교예 1Comparative Example 1 0.8350.835 12.36612.366 0.5760.576 5.945.94 비교예 2Comparative Example 2 0.9080.908 4.6394.639 0.5440.544 2.292.29 비교예 3Comparative Example 3 0.8780.878 8.9318.931 0.3690.369 2.892.89

상기 표 1에 의하면, 상기 화학식 1의 G1 및 G2가 분지쇄을 알킬기를 포함하는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물로 제조된 유기 태양 전지는 상기 비교예 1 내지 3에 쓰인 상기 화학식 1의 G1 및 G2가 직쇄의 알킬기인 비교예 화합물 1로 제조된 유기 태양 전지 보다 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.According to Table 1, the organic solar cell prepared by the heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification in which G1 and G2 of Formula 1 includes an alkyl group having a branched chain is represented by Formula 1 used in Comparative Examples 1 to 3 above. It can be seen that G1 and G2 exhibit higher efficiency than the organic solar cell prepared with Comparative Example Compound 1, which is a linear alkyl group.

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 1의 결과로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.V oc is an open-circuit voltage, J sc is a short-circuit current, FF is a fill factor, and PCE (η) is an energy conversion efficiency. The open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively, and the higher these two values, the higher the efficiency of the solar cell. Also, the fill factor is a value obtained by dividing the area of a rectangle that can be drawn inside the curve by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. By dividing these three values by the intensity of the irradiated light, the energy conversion efficiency can be obtained, and the higher the value, the more preferable. As a result of Table 1, it can be seen that the heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification exhibits high efficiency.

101: 기판
102: 제1 전극
103: 정공수송층
104: 광활성층
105: 제2 전극
101: substrate
102: first electrode
103: hole transport layer
104: photoactive layer
105: second electrode

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물:
[화학식 1]
Figure 112020032770432-pat00018

상기 화학식 1에 있어서,
m1 및 m2는 3이고, 3개의 대괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
L2 및 L3는 직접결합이고,
R1 내지 R12 및 R21 내지 R28은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고,
G1 및 G2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 분지쇄의 알킬기이며,
A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로
Figure 112020032770432-pat00025
이고,
R14는 탄소수 1 내지 15의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
Heterocyclic compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure 112020032770432-pat00018

In Formula 1,
m1 and m2 are 3, the structures in the three brackets are the same or different from each other,
L2 and L3 are direct bonds,
R1 to R12 and R21 to R28 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a straight or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
G1 and G2 are the same as or different from each other, and each independently a branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms,
A1 and A2 are the same as or different from each other, and each independently
Figure 112020032770432-pat00025
ego,
R14 is a C1-C15 linear or branched alkyl group.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 1-1로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
[화합물 1-1]
Figure 112016065905714-pat00022
The heterocyclic compound of claim 1, wherein the formula 1 is represented by the following compound 1-1:
[Compound 1-1]
Figure 112016065905714-pat00022
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 6 중 어느 하나의 항에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.A first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And at least one organic material layer provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, wherein at least one of the organic material layers comprises the heterocyclic compound according to any one of claims 1 and 6 Organic solar cell comprising. 청구항 7에 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 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 태양 전지.
The method according to claim 7, wherein the organic material layer comprises a hole transport layer, a hole injection layer, or a layer that simultaneously transports and injects holes,
The hole transport layer, the hole injection layer, or a layer for simultaneously transporting and injecting holes is an organic solar cell comprising the heterocyclic compound.
청구항 7에 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 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 태양 전지.
The method of claim 7, wherein the organic material layer comprises an electron injection layer, an electron transport layer, or a layer that simultaneously injects and transports electrons,
The electron injection layer, the electron transport layer, or the layer that simultaneously injects and transports electrons and transports electrons at the same time includes the heterocyclic compound.
청구항 7에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고,
상기 전자 주개는 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
The method of claim 7, wherein the photoactive layer comprises one or two or more selected from the group consisting of an electron donor and an electron acceptor,
The electron donor is an organic solar cell comprising the heterocyclic compound.
청구항 10에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 태양 전지.The organic solar cell of claim 10, wherein the electron donor and electron acceptor constitute a bulk hetero junction (BHJ). 청구항 7에 있어서, 상기 광활성층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer)구조이며,
상기 p형 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
The method according to claim 7, wherein the photoactive layer is a two-layer thin film (bilayer) structure comprising an n-type organic material layer and a p-type organic material layer,
The p-type organic material layer is an organic solar cell comprising the heterocyclic compound.
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