KR102350862B1

KR102350862B1 - Conjugated polyelectrolyte doped-organic semiconductor film and method for manufacturing same

Info

Publication number: KR102350862B1
Application number: KR1020200107679A
Authority: KR
Inventors: 조제웅; 이지현
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-01-14

Abstract

The present invention discloses an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte and a manufacturing method thereof. The organic semiconductor includes a matrix material, and a conjugated polymer electrolyte doped into the matrix material. The conjugated polymer electrolyte comprises a conjugated polymer electrolyte represented by a chemical formula 1. In the chemical formula 1, X1 and X2 are each independently -SO_3^-M^+, -COO^-M^+ or a chemical formula, n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH_3, RNH_2, R_2NH, pyridine, imidazole, NH_2/NHR/NR_2, pyridinium or R_3N, NH_3/NH_2R/NHR_2/NR_3 salt, wherein counter ion is H^+, F^-, Cl^-, Br^-, BF_4^- or PF_6^-, and R is a C2 to C12 alkyl group.

Description

Organic semiconductor doped with conjugated polyelectrolyte and manufacturing method thereof

본 발명은 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공액 고분자 전해질을 매트릭스 물질을 도핑하기 위한 도펀트로 사용함으로써, 전하 수송 능력을 향상시킬 수 있는 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a conjugated polymer electrolyte capable of improving charge transport ability by using the conjugated polymer electrolyte as a dopant for doping a matrix material It relates to this doped organic semiconductor and a method for manufacturing the same.

유기반도체 소재는 가벼운 중량, 기계적 유연성 및 저온 용액 공정성으로 인하여 차세대 반도체 소재로 주목을 받고 있다. 하지만 유기반도체 소재는 무기결정질 반도체 소재들에 비하여 분자 배열 구조의 불규칙성 존재로 인하여 전하 수송 능력이 저하되는 문제점이 존재한다.Organic semiconductor materials are attracting attention as next-generation semiconductor materials due to their light weight, mechanical flexibility, and low-temperature solution processability. However, compared to inorganic crystalline semiconductor materials, organic semiconductor materials have a problem in that charge transport ability is lowered due to the existence of irregularities in the molecular arrangement structure.

전하 수송 능력을 극복하기 위한 방법 중 하나는 화학적 도핑을 통하여 전하 수송 능력을 향상시키는 방법이 있고, 화학적 도핑은 내부 존재하는 결함을 제거하거나 유기반도체 소재의 전하량을 향상시켜 기존 소재보다 뛰어난 성능을 보이도록 도와준다.One of the methods to overcome the charge transport ability is to improve the charge transport ability through chemical doping, and chemical doping removes internal defects or improves the charge amount of organic semiconductor materials, showing superior performance than existing materials. help you do

기존에 유기반도체 소재를 화학적으로 도핑으로 쓰이는 도펀트로는 poly(4-styrenesulfonic acid)(PSS, Nat. Commun. 2014, 5, 4183), ethylbenzenesulfonic acid(EBSA, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1281) 등의 유기물 기반의 이온성 화합물이 사용되어 있다.Existing dopants used for chemical doping of organic semiconductor materials include poly(4-styrenesulfonic acid) (PSS, Nat. Commun. 2014, 5, 4183), ethylbenzenesulfonic acid (EBSA, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1281) and the like are used as ionic compounds based on organic substances.

그러나, 기존 도펀트 화합물들은 유기반도체 소재와 정전(electrostatic) 상호작용을 통하여 유기반도체 내부에 혼합되고, 이온성 작용기를 통해 도핑을 수행하기 때문에, 부족한 혼합 성질로 인하여 유기반도체의 모폴로지 및 결정구조 변화에 부정적인 영향을 야기하여 결과적으로 효율적이지 못한 전하 수송 능력을 야기할 수 있다.However, existing dopant compounds are mixed inside the organic semiconductor through electrostatic interaction with the organic semiconductor material, and doping is performed through an ionic functional group. It can have a negative effect and result in an inefficient charge transport ability.

따라서, 유기반도체 소재와 높은 혼합성을 기반으로 기존 결정 특성을 유지 가능하게 하는 새로운 형태의 도펀트 화합물의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a new type of dopant compound capable of maintaining the existing crystal properties based on high miscibility with the organic semiconductor material.

대한민국 공개특허 제10- 2010-0118148호, "도핑된 유기 반도체층의 제조 방법"Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2010-0118148, "Method for manufacturing doped organic semiconductor layer" 대한민국 등록특허 제10-1782972호, "공액 고분자 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기 전자소자"Republic of Korea Patent Registration No. 10-1782972, "Conjugated Polyelectrolyte, Method for Manufacturing Same and Organic Electronic Device Containing Same"

본 발명의 실시예는 주사슬에 공액 구조를 가지고 있는 공액 고분자 전해질을 매트릭스 물질에 도핑하여 매트릭스 물질과의 상호작용 및 효율적 혼합이 가능한 동시에 공액 고분자 전해질의 곁사슬에 이온성 작용기를 가지고 있어 도핑 역할을 수행할 수 있는 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, by doping a matrix material with a conjugated polymer electrolyte having a conjugated structure in the main chain, interaction with the matrix material and efficient mixing are possible, and at the same time, it has an ionic functional group in the side chain of the conjugated polyelectrolyte, thereby serving as a doping role. An object of the present invention is to provide an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte and a method for manufacturing the same.

본 발명의 실시예는 매트릭스 물질을 도핑하는 도펀트로 공액 고분자 전해질을 사용하여 전자 수송 능력이 향상된 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte having improved electron transport ability by using a conjugated polymer electrolyte as a dopant for doping a matrix material, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질; 및 상기 매트릭스 물질에 도핑되는 공액 고분자 전해질을 포함하고, 상기 공액 고분자 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.An organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention includes a matrix material; and a conjugated polymer electrolyte doped into the matrix material, wherein the conjugated polymer electrolyte is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(상기 화학식 1에서, X₁ 및 X₂는 각각 독립적으로 -SO₃ ^-M⁺, -COO^-M⁺ 또는

이고, n은 10 내지 10,000이며, M은 H, Na, K, Li, Cs H, NH₃, RNH₂, R₂NH, 피리딘(Pyridine), 이미다졸(imidazole), NH₂/NHR/NR₂, 피리디늄(pyridinium) 또는 R₃N, NH₃/NH₂R/NHR₂/NR₃ 염(카운터 이온(counter ion)은 H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, BF₄ ^- 또는 PF₆ ^-이고, R은 C2 내지 C12의 알킬기)이다.)(In Formula _1, X 1 and X ₂ are each independently a _{^{^{^{-SO 3 - M +, -COO -}}}} M + or

and n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH ₃ , RNH ₂ , R ₂ NH, pyridine, imidazole, NH ₂ /NHR/NR ₂ , pyridinium or R ₃ N, NH ₃ /NH ₂ R/NHR ₂ /NR ₃ salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- and R is a C2 to C12 alkyl group))

상기 공액 고분자 전해질은 화기 화학식 2로 표시될 수 있다.The conjugated polymer electrolyte may be represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

(상기, 화학식 2에서, n은 10 내지 10,000이다.)(In Formula 2, n is 10 to 10,000.)

상기 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질은 전체 대비 1 중량% 내지 50 중량%으로 도핑될 수 있다.The conjugated polymer electrolyte represented by Formula 1 may be doped in an amount of 1 wt% to 50 wt% based on the total.

상기 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 전하 모빌리티(mobility)가 1.00 X 10^-2cm²/V·s 내지 100 cm²/V·s일 수 있다.The organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte may have a charge mobility of 1.00 X 10 ^-2 cm ² /V·s to 100 cm ² /V·s.

상기 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 밴드갭(bandgap)은 1.0 eV 내지 3.0 eV일 수 있다.A bandgap of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte may be 1.0 eV to 3.0 eV.

상기 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 표면 거칠기(RMS)는 0.1 nm 내지 10 nm일 수 있다.The surface roughness (RMS) of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte may be 0.1 nm to 10 nm.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 매트릭스 물질을 준비하는 단계; 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하여 하기 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질을 준비하는 단계; 및 상기 매트릭스 물질에 상기 공액 고분자 전해질을 도핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention includes preparing a matrix material; preparing a conjugated polymer electrolyte represented by the following Chemical Formula 1 by dialysis of the conjugated polymer electrolyte precursor in an acid solution; and doping the conjugated polymer electrolyte into the matrix material.

[화학식 1][Formula 1]

이고, n은 10 내지 10,000이며, M은 H, Na, K, Li, Cs H, NH3, RNH2, R2NH, 피리딘(Pyridine), 이미다졸(imidazole), NH2/NHR/NR2, 피리디늄(pyridinium) 또는 R3N, NH3/NH2R/NHR2/NR3 염(카운터 이온(counter ion)은 H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, BF₄ ^- 또는 PF₆ ^-이고, R은 C2 내지 C12의 알킬기)이다)(In Formula _1, X 1 and X ₂ are each independently a _{^{^{^{-SO 3 - M +, -COO -}}}} M + or

, n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH3, RNH2, R2NH, pyridine (Pyridine), imidazole (imidazole), NH2 / NHR / NR2, pyridinium (pyridinium) or R3N, NH3/NH2R/NHR2/NR3 salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- , R is a C2 to C12 alkyl group)

상기 공액 고분자 전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The conjugated polymer electrolyte may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

상기 공액 고분자 전해질의 농도는 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.The concentration of the conjugated polymer electrolyte may be 1 wt% to 50 wt%.

상기 산 용액은 염산(HCl), 황산(H₂SO₄), 브로민화 수소(HBr), 아이오딘화 수소(HI), 질산 (HNO₃), 과염소산(HClO₄) 및 염소산(HClO₃) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The acid solution is in hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ), hydrogen bromide (HBr), hydrogen iodide (HI), nitric acid (HNO ₃ ), perchloric acid (HClO ₄ ) and chloric acid (HClO ₃ ). It may include at least one.

본 발명의 실시예에 따른 유기 전계효과 트랜지스터는 기판 상에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 형성되고, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 포함하는 유기 반도체층; 상기 유기 반도체층 상에 형성된 게이트 절연층; 및 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극;을 포함한다.An organic field effect transistor according to an embodiment of the present invention includes a source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on a substrate; an organic semiconductor layer formed on the source electrode and the drain electrode and including an organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention; a gate insulating layer formed on the organic semiconductor layer; and a gate electrode formed on the gate insulating layer.

본 발명의 실시예에 따른 유기 태양전지는 제1 전극 상에 형성된 전자 수송층; 상기 전자 수송층 상에 형성된 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성되고, 상기 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 포함하는 정공 수송층; 및 상기 정공 수송층 상에 형성된 제2 전극;을 포함한다.An organic solar cell according to an embodiment of the present invention includes an electron transport layer formed on a first electrode; a photoactive layer formed on the electron transport layer; a hole transport layer formed on the photoactive layer and including an organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention; and a second electrode formed on the hole transport layer.

상기 광활성층은 페로브스카이트, 양자점 및 칼코겐 화합물(chalcogenide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The photoactive layer may include any one of perovskite, quantum dots, and chalcogenide.

본 발명의 실시예에 따르면, 주사슬에 공액 구조를 가지고 있는 공액 고분자 전해질을 매트릭스 물질에 도핑하여 매트릭스 물질과의 상호작용 및 효율적 혼합이 가능한 동시에 공액 고분자 전해질의 곁사슬에 이온성 작용기를 가지고 있어 도핑 역할을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by doping a matrix material with a conjugated polymer electrolyte having a conjugated structure in the main chain, interaction with the matrix material and efficient mixing are possible, and at the same time, the side chain of the conjugated polyelectrolyte has an ionic functional group in the side chain. can play a role.

본 발명의 실시예에 따르면, 매트릭스 물질을 도핑하는 도펀트로 공액 고분자 전해질을 사용하여 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 전자 수송 능력을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electron transport ability of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte can be improved by using the conjugated polymer electrolyte as a dopant for doping the matrix material.

본 발명의 실시예에 따르면, 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 유기 태양전지의 전하 수송층(예; 정공 수송층)으로 사용함으로써, 전하 이동도를 향상시켜 증가된 전하 전달로 인한 단락 전류를 상승시킬 수 있다. 더욱이, 전도도가 높은 공액 고분자 전해질을 도입함으로써, 유기 태양전지의 단락 전압 또한 상승시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte as a charge transport layer (eg, a hole transport layer) of an organic solar cell, charge mobility is improved to increase short circuit current due to increased charge transfer. can Moreover, by introducing a conjugated polymer electrolyte having high conductivity, the short-circuit voltage of the organic solar cell can also be increased.

본 발명의 실시예에 따르면, 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 유기 전계효과 트랜지스터의 유기 반도체층으로 사용함으로써, 온-전류(On-current)를 증가시켜 전하 이동도를 향상시키므로 유기 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte as the organic semiconductor layer of the organic field effect transistor, the on-current is increased to improve the charge mobility, so the organic field effect transistor can improve the electrical properties of

도 1은 공액 고분자 전해질을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계효과 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy) 이미지이다.
도 6은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 각변형(out-of-plane) 방향의 접지 입사 엑스선 회절(Grazing Incidence X-ray Diffraction) 그래프이다.
도 7은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 평면내(in-plane) 방향의 접지 입사 엑스선 회절(Grazing Incidence X-ray Diffraction) 그래프이다.
도 8은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 모빌리티를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 광학적 특성을 도시한 표 및 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a conjugated polymer electrolyte.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating an organic field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
5 is an atomic force microscopy image of an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.
6 is a ground incident X-ray diffraction (Grazing Incidence X-ray Diffraction) graph in the out-of-plane direction of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte. .
7 is a ground incident X-ray diffraction graph in an in-plane direction of an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.
8 is a graph showing the mobility of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.
9 is a table and graph showing optical properties of an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, or elements mentioned.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. are to be construed as advantageous in any aspect or design described as being preferred or advantageous over other aspects or designs. is not doing

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein and in the claims, the singular expression "a" or "an" generally means "one or more," unless stated otherwise or clear from the context that it relates to the singular form. should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, the terms used in the description below should not be construed as limiting the technical idea, but as illustrative terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the content throughout the specification, rather than the simple name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 공액 고분자 전해질을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conjugated polymer electrolyte.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질 및 매트릭스 물질에 도핑되는 공액 고분자 전해질(conjugated polyelectrolyte, CPE, 100)을 포함한다.The organic semiconductor doped with the conjugated polyelectrolyte according to an embodiment of the present invention includes a matrix material and a conjugated polyelectrolyte (CPE, 100) doped into the matrix material.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체에 사용되는 매트릭스 물질은 유기 반도체 고분자를 포함할 수 있다.The matrix material used in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention may include an organic semiconductor polymer.

바람직하게는, 매트릭스 물질은 공액 구조를 포함하는 유기 반도체 고분자를 포함할 수 있고, 공액(conjugated) 구조는 교호하는(alternating) 단일 및 다중 (예; 2중) 결합을 가진 분자들 내에서 비편재화된 전자들을 가지고 연결되어 있는 p 오비탈의 시스템(예컨대, 잔기)을 말한다. 이들은 분자 내에 전반적 에너지를 낮추고 안정성을 증가시킬 수 있다.Preferably, the matrix material may comprise an organic semiconducting polymer comprising a conjugated structure, wherein the conjugated structure is delocalized within molecules with alternating single and multiple (eg double) bonds. It refers to a system of p orbitals (eg, residues) that are linked with electrons. They can lower the overall energy in the molecule and increase its stability.

매트릭스 물질은 공액 구조를 가지는 유기 반도체 고분자이면 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들면, 전자 주개 모이어티 또는 전자 받개 모이어티를 가지는 고분자일 수 있다.The matrix material may be used without limitation as long as it is an organic semiconductor polymer having a conjugated structure, and may be, for example, a polymer having an electron donor moiety or an electron acceptor moiety.

예를 들면, 매트릭스 물질은 P3HT(Poly(3-hexylthiophene)), 폴리(트라이아릴아민)(poly (triaryl amine); PTAA), 폴리({4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b`]다이싸이오펜-2,6-다일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카르보닐]싸이에노[3,4-b]싸이오펜다일})(poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}); PTB7), PTB7-Th(Poly([2,6′-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b;3,3-b]dithiophene]{3-fluoro-2[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})), PNDI-2T(Poly{[N,N′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)}), PBTTT-C14(Poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene]), PDPP2T-TT-OD, PBDB-T(Poly[[4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-2,5-thiophenediyl[5,7-bis(2-ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-1,3-diyl]] polymer), PffBT4T-2OD(Poly[(5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl)-alt-(3,3'''-di(2-octyldodecyl)-2,2';5',2'';5'',2'''-quaterthiophen-5,5'''-diyl)]), PDCBT(Poly[(4,4'-bis(2-butyloctoxycarbonyl-[2,2'-bithiophene]-5,5-diyl)-alt-(2,2'-bithiophene-5,5'-diyl)][Spiro-OMeTAD 2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene] 및 PCDTPT(Poly[[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,4-dihexadecyl-4Hcyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)[1,2,5]thiadiazolo[3,4- c]pyridine-7,4-diyl(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4- b']dithiophene-2,6-diyl)]) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the matrix material may be P3HT (Poly(3-hexylthiophene)), poly (triaryl amine); PTAA), poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy] Benzo[1,2-b:4,5-b`]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4 -b]thiophenedyl})(poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3 -fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl});PTB7), PTB7-Th(Poly([2,6′-4,8-di(5-ethylhexylthienyl) benzo[1,2-b;3,3-b]dithiophene]{3-fluoro-2[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})), PNDI-2T(Poly{[ N,N′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)} ), PBTTT-C14(Poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene]), PDPP2T-TT-OD, PBDB-T(Poly[[4,8 -bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-2,5-thiophenediyl[5,7-bis (2-ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-1,3-diyl]] polymer), PffBT4T-2OD (Poly[( 5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl)-alt-(3,3'''-di(2-octyldodecyl)-2,2';5',2''; 5'',2'''-quaterthio phen-5,5'''-diyl)]), PDCBT(Poly[(4,4'-bis(2-butyloctoxycarbonyl-[2,2'-bithiophene]-5,5-diyl)-alt-(2) ,2'-bithiophene-5,5'-diyl)][Spiro-OMeTAD 2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene] and PCDTPT (Poly[[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,4-dihexadecyl-4Hcyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene) -2,6-diyl)[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-7,4-diyl(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4- b']dithiophene-2,6-diyl)]), but is not limited thereto.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질에 도핑되는 공액 고분자 전해질(100)을 포함하고, 공액 고분자 전해질(100)은 공액 결합(conjugation)을 이루는 주사슬(main chain)과 이온성 곁사슬(side chain)을 포함할 수 있다.The organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention includes the conjugated polymer electrolyte 100 doped into a matrix material, and the conjugated polymer electrolyte 100 is a main chain forming a conjugated bond (conjugation). ) and ionic side chains.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체에 포함되는 공액 고분자 전해질(100)은 하기 화학식 1로 표시된다.The conjugated polymer electrolyte 100 included in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

화학식 1에서, X₁ 및 X₂는 각각 독립적으로 -SO₃ ^-M⁺, -COO^-M⁺ 또는

일 수 있다.In Formula 1, X ₁ and X ₂ are each independently -SO ₃ ^- M ⁺ , -COO ^- M ⁺ or

can be

n은 10 내지 10,000이고, M은 H, Na, K, Li, Cs, NH₃, RNH₂, R₂NH, 피리딘(Pyridine), 이미다졸(imidazole), NH₂/NHR/NR₂, 피리디늄(pyridinium) 또는 R₃N, NH₃/NH₂R/NHR₂/NR₃ 염(카운터 이온(counter ion)은 H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, BF₄ ^- 또는 PF₆ ^-이고, R은 C2 내지 C12의 알킬기)일 수 있다.n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs, NH ₃ , RNH ₂ , R ₂ NH, pyridine (Pyridine), imidazole (imidazole), NH ₂ /NHR/NR ₂ , pyridinium (pyridinium) or R ₃ N, NH ₃ /NH ₂ R/NHR ₂ /NR ₃ salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- , R may be a C2 to C12 alkyl group).

종래에는 매트릭스 물질에 산 첨가제를 도핑하는 경우, 매트릭스 물질에 폴리(4-스티렌설폰 산)(poly(4-styrenesulfonic acid, PSS) 또는 4-에틸 벤젠 술폰산(4-Ethylbenzenesulfonic acid, EBSA)과 같은 유기물 기반의 이온성 화합물을 사용하여 매트릭스 물질과 정전기 상호작용(Electrostatic interaction)을 통하여 매트릭스 물질이 내부에 혼합되고, 이온성 작용기를 통해 도핑을 수행하기 때문에, 매트릭스 물질과의 부족한 혼합 성질로 인하여 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 모폴로지(morphology) 및 결정 구조 변화에 부정적인 영향을 야기하여 결과적으로 효율적이지 못한 전하 수송 능력을 야기할 수 있다.Conventionally, when the matrix material is doped with an acid additive, an organic material such as poly(4-styrenesulfonic acid, PSS) or 4-ethylbenzenesulfonic acid (EBSA) is added to the matrix material. Since the matrix material is mixed inside through electrostatic interaction with the matrix material using an ionic compound based on it, and doping is performed through an ionic functional group, the conjugated polymer due to insufficient mixing properties with the matrix material The electrolyte-doped organic semiconductor may have a negative effect on the morphology and crystal structure change, resulting in inefficient charge transport capability.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 도펀트로 사용되는 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질은 공액 구조를 갖는 주사슬(110)에 이온성 작용기를 갖는 X₁ 및 X₂ 곁사슬(120)을 포함하므로, 파이-파이(π-π) 상호작용을 통하여 매트릭스 물질 내부에 혼합되어 매트릭스 물질과의 상호작용 및 효율적 혼합이 가능한 동시에 공액 고분자 전해질(100)의 곁사슬(120)에 이온성 작용기를 가지고 있어 도핑 역할을 수행할 수 있다.On the other hand, in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention, the conjugated polymer electrolyte according to Formula 1 used as a dopant has an ionic functional group in the main chain 110 having a conjugated structure X ₁ and X ₂ Since the side chain 120 is included, it is mixed inside the matrix material through the pi-pi (π-π) interaction so that interaction and efficient mixing with the matrix material are possible, and at the same time, the side chain 120 of the conjugated polymer electrolyte 100 is Since it has an ionic functional group, it can perform a doping role.

실시예에 따라, 전전기적 상호작용이 존재할수도 있으나, 파이-파이(π-π) 상호작용이 더 큰 역할을 수행할 수 있다.Depending on the embodiment, electroelectric interaction may exist, but pi-pi (π-π) interaction may play a larger role.

보다 구체적으로, 유기 반도체 화합물은 대부분의 경우 소수성의 특성을 나타내는데, 도펀트가 친수성일 경우 혼합의 문제가 발생하기 때문에, 정전기적 인력에만 의존하여 이온 물질을 분산할 경우, 도핑이 원활하지 않으며 상분리가 일어나 유기 반도체의 결정 및 모폴로지 특성이 변화하는 문제를 야기할 수 있다.More specifically, the organic semiconductor compound exhibits hydrophobic properties in most cases. When the dopant is hydrophilic, a mixing problem occurs. When the ionic material is dispersed by relying only on electrostatic attraction, doping is not smooth and phase separation is difficult. This may cause a problem in which crystal and morphological properties of the organic semiconductor change.

그러나, 공액 고분자 전해질(100)은 기본적으로 주사슬은 소수성이며 곁사슬은 이온그룹 기반의 친수성인 양쪽성 물질을 포함하기 때문에, 공액 고분자 전해질(100)을 도펀트로 사용하는 경우, 고분자 주사슬의 소수성의 공액 구조에 의한 파이-파이 결합으로 추가적 혼합의 도움을 받기 때문에 결정 특성을 유지와 동시에 좀 더 균일한 혼합을 야기할 수 있고 적은 양의 첨가로도 효과적인 도핑 효과를 야기할 수 있다.However, since the conjugated polymer electrolyte 100 is basically a main chain hydrophobic and the side chain contains an ionic group-based hydrophilic amphoteric material, when the conjugated polymer electrolyte 100 is used as a dopant, the hydrophobicity of the polymer main chain Because it is assisted by additional mixing due to the pi-pi bond due to the conjugated structure of

또한, 도펀트가 단분자 또는 이온 구조만 존재하는 경우, 유기 반도체와 혼합 시, 유기 반도체 고유의 결정 특성을 손상시켜 변형된 전하 수송도를 야기할 수 있으나, 공액 고분자 전해질은 도핑 부분은 곁사슬의 이온이 수행하고 주사슬은 분산의 역할을 수행하기 때문에 유기 반도체의 결정 특성을 유지하면서 도핑될 수 있다.In addition, when the dopant has a monomolecular or ionic structure, when mixed with an organic semiconductor, the intrinsic crystalline properties of the organic semiconductor may be damaged, resulting in altered charge transport. Because it performs and the main chain plays the role of dispersion, it can be doped while maintaining the crystalline properties of the organic semiconductor.

또한, X₁ 및 X₂ 곁사슬(120)로 산 작용기(acid functional group)를 포함함으로써, 매트릭스 물질의 프로톤 부가(protonation)를 개시할 수 있고, 프로톤 부가된 매트릭스 물질은 정전기적 평형을 이루기 위해 음이온의 물질을 요구하므로, 공액 고분자 전해질의 음이온 작용기가 정전기적 평형을 유지할 수 있다.In addition, _{by including an acid functional group in the X 1} and X ₂ side chains 120 , protonation of the matrix material can be initiated, and the protonated matrix material is anions to achieve electrostatic equilibrium. Since the material of the conjugated polymer electrolyte is required, the anionic functional group of the conjugated polymer electrolyte can maintain an electrostatic equilibrium.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질을 도핑하는 도펀트로 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질(100)을 사용하여 전자 수송 능력이 향상될 수 있다.Accordingly, in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention, electron transport ability may be improved by using the conjugated polymer electrolyte 100 according to Chemical Formula 1 as a dopant doping the matrix material.

곁사슬(X₁ 및 X₂; 120)로 공액 구조를 갖는 주사슬(110)에 전하를 갖는 음이온 그룹(-SO^3-, -COO^- 및 -PO₄2^-)인 알킬 곁사슬을 도입함으로써, 디메틸술폭시드(DMSO), 메탄올, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 및 N-메틸피롤리돈(NMP) 등과 물에 대해 높은 용해도를 가질 수 있어, 추후 유기 전자 소자를 제조함에 있어서, 얇은 두께를 가지면서 층간 섞임을 방지하도록 용액 공정을 수행할 수 있다.By introducing an alkyl side chain that ^{is an anionic group (-SO 3-} , -COO ^- and -PO ₄ 2 ^- ) having a charge in the main chain 110 having a conjugated structure as a side chain (X ₁ and X _{2 ; 120), dimethyl} It may have high solubility in water such as sulfoxide (DMSO), methanol, N,N-dimethylformamide (DMF) and N-methylpyrrolidone (NMP), etc. A solution process may be performed to prevent interlayer mixing while having

또한, 공액 고분자 전해질(100)은 음이온 그룹의 짝이온(counter ion; M)을 가질 수 있고, 짝이온(M)의 종류에 따라 정공 수송 능력 및 전기 전도도가 조절될 수 있다.In addition, the conjugated polymer electrolyte 100 may have a counter ion (M) of an anion group, and hole transport ability and electrical conductivity may be adjusted according to the type of the counter ion (M).

바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 공액 고분자 전해질(100)의 짝이온(M)으로 H⁺이 사용될 수 있다.Preferably, in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, H ⁺ may be used as the counter ion (M) of the conjugated polymer electrolyte 100 .

반면, 짝이온(M)으로 H⁺ 외에 다른 짝이온(M)들이 사용되면, 공액 고분자 전해질(100)의 음이온 그룹과 결합이 너무 강하고, 벌키(bulky)하여 이를 공액 고분자 주사슬(110)에 도핑하는데 오히려 방해가 되어, 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해(100)질을 합성함에 있어서 문제가 될 수 있다.On the other hand, if ^{other counter ions (M) other than H +} are used as the counter ion (M), the bond with the anion group of the conjugated polymer electrolyte 100 is too strong and bulky, so that it is attached to the conjugated polymer main chain 110 . It rather interferes with doping, which may cause a problem in synthesizing the conjugated polymer electrolyte 100 according to Chemical Formula 1.

또한, H⁺ 외에 다른 짝이온(M)들은 용매에 의한 해리에도 공액 고분자 전해질(100)의 음이온 그룹과 결합력이 강하여 쉽게 공액 고분자 전해질을 벗어나 매트릭스 물질에 영향을 주기 어려운 문제가 있다.In addition, ^{there is a problem in that counter ions (M) other than H +} have a strong binding force with an anion group of the conjugated polymer electrolyte 100 even when dissociated by a solvent, so that they do not easily leave the conjugated polymer electrolyte and affect the matrix material.

그러나, 공액 고분자 전해질(100)의 짝이온(M)으로 H⁺ 를 사용하는 경우, 용매에 의해 쉽게 공액 고분자 전해질(100)의 음이온 결합에서 벗어나 매트릭스 물질과 작용하기 용이하다. ^{However, when H +} is used as the counter ion (M) of the conjugated polymer electrolyte 100, the solvent easily escapes from the anionic bond of the conjugated polymer electrolyte 100 and facilitates interaction with the matrix material.

바람직하게는, 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질(100)은 화기 화학식 2로 표시될 수 있다.Preferably, the conjugated polymer electrolyte 100 according to Chemical Formula 1 may be represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

화학식 2에서, n은 10 내지 10,000일 수 있다.In Formula 2, n may be 10 to 10,000.

공액 고분자 전해질(100)은 전체 대비 1 중량% 내지 50 중량%로 도핑될 수 있고, 바람직하게는, 공액 고분자 전해질(100)은 전체 대비 3중량% 내지 30중량%으로 도핑될 수 있다.The conjugated polymer electrolyte 100 may be doped in an amount of 1% to 50% by weight relative to the total, and preferably, the conjugated polymer electrolyte 100 may be doped in an amount of 3% by weight to 30% by weight relative to the total.

공액 고분자 전해질(100)이 1 중량% 미만으로 도핑되면 도핑이 효율적이지 못한 문제가 있고, 50 중량%를 초과하도록 도핑되면 공액 고분자 전해질(100) 자체가 전하 수송 통로를 형성하여 직접 전하가 흐르는 문제가 있다.If the conjugated polymer electrolyte 100 is doped at less than 1% by weight, there is a problem in that doping is not efficient, and when doped to exceed 50% by weight, the conjugated polymer electrolyte 100 itself forms a charge transport path and direct charge flows. there is

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 전하의 모빌리티(mobility)가 1 X 10^-2cm²/V·s 내지 100cm²/V·s일 수 있고, 전자의 모빌리티가 1 X 10^-2cm²/V·s 미만이면 소자(예; 유기 전계효과 트랜지스터) 구동에서 효율적인 반응을 얻을 수 없소, 모빌리티가 높을 수 록 효율이 향상될 수 있다. 그러나, 전하의 모빌리티가 100cm²/V·s를 초과하면, 유기 반도체 소재로 구현하기 어려운 문제가 있다. The organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention has a charge mobility of 1 X 10 ^-2 cm ² /V·s to 100cm ² /V·s, and if the mobility of electrons is ^{less than 1 X 10 -2} cm ² /V·s, an efficient response cannot be obtained in driving a device (eg organic field effect transistor). Efficiency can be improved. However, the mobility of the charge is 100If ^{it exceeds cm 2} /V·s, there is a problem that it is difficult to implement as an organic semiconductor material.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 밴드갭(bandgap)은 1.0 eV 내지 3.0 eV 일 수 있다.The bandgap of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention may be 1.0 eV to 3.0 eV.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 표면 거칠기(RMS)는 0.1 nm 내지 10 nm 일 수 있다.The surface roughness (RMS) of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention may be 0.1 nm to 10 nm.

도핑없이 매트릭스 물질만 단독으로 사용하는 경우, 모빌리티 변화를 위해서는 새로운 물질로 합성이 진행되어야 하기 때문에 공정이 복잡한 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑함으로써, 간단한 첨가제로 모빌리티를 향상시킬 수 있다,When only the matrix material is used without doping, the process is complicated because synthesis must proceed with a new material for mobility change, but the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention is applied By doping the conjugated polyelectrolyte, the mobility can be improved with a simple additive,

또한, 매트릭스 물질에 이온성 화합물을 도핑하면 결정 및 모폴로지(mopology) 변화가 나타나는 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑함으로써, 결정 및 모폴로지 변화 없이 유기 반도체 고유의 특성을 유지하면서 모빌리티를 향상시킬 수 있다.In addition, there is a problem in that crystals and morphology changes appear when the matrix material is doped with an ionic compound, but the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention is a matrix material by doping the conjugated polymer electrolyte, Mobility can be improved while maintaining the intrinsic properties of organic semiconductors without changes in crystal and morphology.

또한, 공액 고분자 전해질을 단독으로 사용하는 경우, 공액 고분자 전해질이 전기 전도의 특성이 갖기 때문에 반도체로써 역할을 수행할 수 없어, 소자(예; 유기 전계효과 트랜지스터) 적용 시, 쇼트가 발생하는 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑함으로써, 전하 수송도가 향상된 유기 반도체로 사용할 수 있다.In addition, when the conjugated polymer electrolyte is used alone, it cannot function as a semiconductor because the conjugated polymer electrolyte has electrical conduction properties. However, the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention can be used as an organic semiconductor with improved charge transport by doping the conjugated polymer electrolyte into a matrix material.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체와 동일한 구성 요소를 포함하고 있으므로, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.Since the manufacturing method of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention includes the same components as the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention, the description of the same components is to be omitted.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 매트릭스 물질을 준비하는 단계(S110), 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하여 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질을 준비하는 단계(S120) 및 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑하는 단계(S130)를 포함한다.The method for manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention includes preparing a matrix material (S110), dialysis of a conjugated polymer electrolyte precursor in an acid solution to prepare a conjugated polymer electrolyte represented by Formula 1 It includes a step (S120) and doping a conjugated polymer electrolyte into the matrix material (S130).

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 매트릭스 물질을 준비하는 단계(S110)를 진행한다.First, in the method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, the step of preparing a matrix material ( S110 ) is performed.

매트릭스 물질은 공액 구조를 포함할 수 있고, 공액(conjugated) 구조는 교호하는(alternating) 단일 및 다중 (예; 2중) 결합을 가진 분자들 내에서 비편재화된 전자들을 가지고 연결되어 있는 p 오비탈의 시스템(예컨대, 잔기)을 말한다. 이들은 분자 내에 전반적 에너지를 낮추고 안정성을 증가시킬 수 있다.The matrix material may comprise a conjugated structure, the conjugated structure of which is linked with electrons delocalized within molecules with alternating single and multiple (eg, double) bonds. system (eg, residues). They can lower the overall energy in the molecule and increase its stability.

공액 구조를 갖는 매트릭스 물질은 공액 구조를 가지는 유기 반도체 고분자이면 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들면, 전자 주개 모이어티 또는 전자 받개 모이어티를 가지는 고분자일 수 있다.The matrix material having a conjugated structure may be used without limitation as long as it is an organic semiconductor polymer having a conjugated structure, and may be, for example, a polymer having an electron donor moiety or an electron acceptor moiety.

바람직하게는, 매트릭스 물질은 폴리(3-헥실사이오펜)(Poly(3-hexylthiophene); P3HT)이 사용될 수 있다.Preferably, the matrix material may be poly(3-hexylthiophene) (P3HT).

이 후, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하여 하기 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질을 준비하는 단계(S120)를 진행한다. Thereafter, in the method for manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, the conjugated polymer electrolyte precursor is dialyzed in an acid solution to prepare a conjugated polymer electrolyte represented by the following Chemical Formula 1 (S120) proceed

[화학식 1][Formula 1]

can be

n은 10 내지 10,000이며, M은 H, Na, K, Li, Cs H, NH₃, RNH₂, R₂NH, 피리딘(Pyridine), 이미다졸(imidazole), NH₂/NHR/NR₂, 피리디늄(pyridinium) 또는 R₃N, NH₃/NH₂R/NHR₂/NR₃ 염(카운터 이온(counter ion)은 H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, BF₄ ^- 또는 PF₆ ^-이고, R은 C2 내지 C12의 알킬기)일 수 있다.n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH ₃ , RNH ₂ , R ₂ NH, pyridine, imidazole, NH ₂ /NHR/NR ₂ , pyri pyridinium or R ₃ N, NH ₃ /NH ₂ R/NHR ₂ /NR ₃ salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- and , R may be a C2 to C12 alkyl group).

예를 들어, R은 메틸기(Methyl), 에틸기(Ethyl), 프로필기(Propyl), 부틸기(Butyl), 펜틸기(Pentyl), 헥실기(Hexyl), 헵틸(Heptyl) 및 옥틸기(Octyl) 중 적어도 어느 하나일 수 For example, R is a methyl group (Methyl), an ethyl group (Ethyl), a propyl group (Propyl), a butyl group (Butyl), a pentyl group (Pentyl), a hexyl group (Hexyl), heptyl (Heptyl) and an octyl group (Octyl) can be at least any one of

바람직하게는, 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.Preferably, the conjugated polymer electrolyte according to Formula 1 may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

상기, 화학식 2에서, n은 10 내지 10,000일 수 있다.In Formula 2, n may be 10 to 10,000.

실시예에 따라, 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하여 하기 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질을 준비하는 단계(S120)는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물, 염기 및 용매를 혼합하는 단계(S121), 혼합 용액에 팔라듐 촉매를 첨가하여 반응시켜 공액 고분자 전해질 전구 물질을 합성하는 단계(S122), 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하는 단계(S123)를 포함한다.According to an embodiment, the step (S120) of preparing a conjugated polymer electrolyte represented by the following Chemical Formula 1 by dialysis of a conjugated polymer electrolyte precursor in an acid solution (S120) comprises mixing the compound represented by the following Chemical Formulas 3 and 4, a base and a solvent. Step (S121), synthesizing a conjugated polymer electrolyte precursor by adding a palladium catalyst to the mixed solution (S122), and dialyzing the conjugated polymer electrolyte precursor into an acid solution (S123).

먼저, 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물, 염기 및 용매를 혼합하는 단계(S121)를 진행할 수 있다.First, a step (S121) of mixing the compound represented by the following Chemical Formulas 3 and 4, a base, and a solvent may be performed.

[화학식 3][Formula 3]

화학식 3에서, X₁ 및 X₂는 화학식 1에서와 동일하다.In Formula 3, X ₁ and X ₂ are the same as in Formula 1.

[화학식 4][Formula 4]

화학식 4로 표시되는 화합물을 화학식 3으로 표시되는 화합물과 1 : 0.5-2.0의 몰비로 혼합될 수 있고, 화학식 3으로 표시되는 화합물을 화학식 4로 표시되는 화합물과 1 : 0.5 몰비 미만으로 혼합되거나, 1 : 2.0 몰비를 초과하게 되면, 이후 축합중합 반응을 통해 합성되는 공액 고분자 전해질의 분자량이 낮아지는 문제가 존재한다.The compound represented by Formula 4 may be mixed with the compound represented by Formula 3 in a molar ratio of 1: 0.5-2.0, and the compound represented by Formula 3 and the compound represented by Formula 4 may be mixed in a molar ratio of less than 1: 0.5, or When the molar ratio of 1:2.0 is exceeded, there is a problem in that the molecular weight of the conjugated polymer electrolyte synthesized through a subsequent condensation polymerization reaction is lowered.

염기는 화학식 3으로 표시되는 화합물 1 몰수를 기준으로 0.5 내지 10 몰수로 혼합될 수 있고, 화학식 3으로 표시되는 화합물 1 몰수를 기준으로 염기가 0.5 몰수 미만으로 혼합되면 반응 속도가 매우 느려져 부반응이 발생하는 문제가 있고, 10 몰수를 초과하게 되면 반응 과정에 영향을 끼쳐 수율을 저하시키거나 과량의 염기 존재로 인해 침전이 발생되는 문제가 있다.The base may be mixed in 0.5 to 10 moles based on 1 mole of the compound represented by Formula 3, and when less than 0.5 moles of the base is mixed based on 1 mole of the compound represented by Formula 3, the reaction rate is very slow and side reactions occur There is a problem that, when it exceeds 10 moles, it affects the reaction process to reduce the yield or there is a problem in that precipitation occurs due to the presence of an excess of base.

염기는 상술한 바와 같이 본 발명의 공액 고분자 전해질의 음이온 그룹에 결합하는 짝이온을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에서 제안하고 있는 짝이온을 제공할 수 있는 염기이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는, K⁺, Na⁺ 및 Li⁺ 일 수 있다. 원하는 짝이온에 따라 염기의 종류를 적절히 선택할 수 있다.The base is for providing a counter ion that binds to the anion group of the conjugated polymer electrolyte of the present invention as described above, and if it is a base capable of providing a counter ion proposed in the present invention, it is not particularly limited, but preferably , K ⁺ , Na ⁺ and Li ⁺ . The type of the base may be appropriately selected according to the desired counterion.

용매는 물, 톨루엔, 메탄올, 에탄올, 클로로벤젠, N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸술폭시드(DMSO) 및 디메틸포름아미드(DMF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술한 용매를 제외한 아세톤, THF 및 클로로포름에는 낮은 용해도를 가지기 때문에, 제조 과정 중 화학식 1로 표시되는 공액 고분자 전해질을 아세톤, 테트라하이드로푸란(THF) 및 클로로포름 등의 낮은 용해도를 갖는 용매로 침전시켜 분리할 수 있기 때문에, 수율을 높이기 위한 정제과정 및 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.The solvent may include at least one of water, toluene, methanol, ethanol, chlorobenzene, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), and dimethylformamide (DMF). Since it has low solubility in acetone, THF, and chloroform except for the solvents described above, the conjugated polymer electrolyte represented by Formula 1 is precipitated with a solvent having low solubility such as acetone, tetrahydrofuran (THF) and chloroform during the manufacturing process to separate Since this can be done, the purification process and time for increasing the yield can be further shortened.

이 후, 혼합 용액에 팔라듐 촉매를 첨가하여 반응시켜 공액 고분자 전해질 전구 물질을 합성하는 단계(122)를 진행할 수 있다.Thereafter, a step 122 of synthesizing a conjugated polymer electrolyte precursor by adding a palladium catalyst to the mixed solution may be performed.

팔라듐 촉매는 PdCl₂, Pd(OAc)₂, Pd(CH₃CN)₂Cl₂, Pd(PhCN)₂Cl₂, Pd₂dba₃CHCl₃ 및 Pd(PPh₃)₄ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The palladium catalyst may include at least one of PdCl ₂ , Pd(OAc) ₂ , Pd(CH ₃ CN) ₂ Cl ₂ , Pd(PhCN) ₂ Cl ₂ , Pd ₂ dba ₃ CHCl ₃ and Pd(PPh ₃ ) ₄ . can

이때, 불활성 가스 분위기 하에서, 가열될 수 있는데, 바람직하게는, 50 내지 150

로 가열될 수 있고, 50

미만으로 가열될 경우 반응속도가 느려지고, 미반응 반응물질들이 다량 잔존하게되는 문제가 발생할 수 있으며, 150

를 초과하여 가열될 경우 용매가 증발하여 반응이 제대로 진행되지 않는 문제가 발생할 수 있다.At this time, under an inert gas atmosphere, it may be heated, preferably, 50 to 150

can be heated to 50

When heated to less than 150

If heated in excess of , the solvent may evaporate and the reaction may not proceed properly.

추가적으로, 합성된 공액 고분자 전해질 전구 물질을 높은 수율로 획득하기 위하여, 반응이 완료된 혼합액에 침전액을 첨가하여 공액 고분자 전해질 전구 물질을 침전시키고, 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다.Additionally, in order to obtain the synthesized conjugated polymer electrolyte precursor in high yield, the method may further include adding a precipitation solution to the reaction-completed mixture to precipitate the conjugated polymer electrolyte precursor, followed by filtration.

침전액은 공액 고분자 전해질 전구 물질이 낮은 용해도를 가져, 서로 혼합할 경우, 반응이 완료된 혼합액으로부터 공액 고분자 전해질 전구 물질을 침전시키는 용매이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 아세톤, 테트라하이드로푸란(THF) 및 클로로포름 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The precipitation solution is not particularly limited as long as it is a solvent for precipitating the conjugated polymer electrolyte precursor from the reaction mixture when the conjugated polymer electrolyte precursor has low solubility, and when mixed with each other, preferably acetone, tetrahydrofuran (THF) ) and at least one of chloroform.

여과공정은 다공질 막(분리막)을 통과하도록 침전된 공액 고분자 전해질 전구 물질을 포함하는 혼합액을 송액하고, 막을 통과하여 여과된 농축된 공액 고분자 전해질을 포함하는 액체를 추출하여 이루어질 수 있다. 다공질 막(분리막)은 분자량 컷오프(MWCO)가 공액 고분자 전해질의 크기를 고려하였을 때 3000 내지 4000인 것이 바람직하다.The filtration process may be accomplished by feeding a mixed solution containing the precipitated conjugated polymer electrolyte precursor through a porous membrane (separation membrane), and extracting the liquid containing the concentrated conjugated polymer electrolyte filtered through the membrane. The porous membrane (separator) preferably has a molecular weight cutoff (MWCO) of 3000 to 4000 when considering the size of the conjugated polymer electrolyte.

여과공정은 1 일 내지 10 일이 소모될 수 있고, 이는 여과공정의 크기 및 반응이 완료된 혼합액의 부피에 따라 적절히 조절될 수 있다.The filtration process may consume 1 to 10 days, which may be appropriately adjusted according to the size of the filtration process and the volume of the reaction mixture.

마지막으로, 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투석하는 단계(S123)를 진행할 수 있다.Finally, the step (S123) of dialyzing the conjugated polymer electrolyte precursor into an acid solution may be performed.

산 용액을 사용한 투석 단계(S123)는 여과공정과 동일한 다공질 막(분리막)을 사용하여 1 일 내지 10 일이 소모될 수 있고, 이는 투석공정의 크기 및 반응이 완료된 혼합액의 부피에 따라 적절히 조절될 수 있다.The dialysis step (S123) using an acid solution may consume 1 to 10 days using the same porous membrane (separation membrane) as the filtration process, which may be appropriately adjusted according to the size of the dialysis process and the volume of the reaction mixture. can

보다 구체적으로는, 공액 고분자 전해질 전구 물질을 포함하는 용액이 들어 있는 다공질 분리막을 0.01 M 내지 1 M 산용액에 담가서 진행할 수 있다.More specifically, a porous separator containing a solution containing a conjugated polymer electrolyte precursor may be immersed in a 0.01 M to 1 M acid solution to proceed.

이전 여과공정에서는 공액 고분자 전해질 전구 물질을 정제하기 위하여 물을 사용하였으나, 본 발명은 공액 고분자 전해질 전구 물질을 산 용액에 투과하여 카운터 이온을 H+ 치환시킬 수 있다.In the previous filtration process, water was used to purify the conjugated polymer electrolyte precursor, but in the present invention, the counter ion can be replaced with H+ by permeating the conjugated polyelectrolyte precursor through an acid solution.

따라서, 분리막 내의 공액 고분자 전해질을 포함하는 용액을 건조시켜 공액 고분자 전해질을 수득할 수 있다.Therefore, a conjugated polymer electrolyte can be obtained by drying the solution containing the conjugated polymer electrolyte in the separator.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 산 용액을 사용한 투석 단계(S123)를 진행하여, 공액 고분자 전해질의 곁사슬 작용기의 카운터 이온을 H+로 변화시켜 도펀트의 역할을 수행할 수 있다.Therefore, in the method for manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, the counter ion of the side chain functional group of the conjugated polymer electrolyte is changed to H + by performing the dialysis step (S123) using an acid solution to form the dopant. can play a role.

산 용액은 염산(HCl), 황산(H₂SO₄), 브로민화 수소(HBr), 아이오딘화 수소(HI), 질산 (HNO₃), 과염소산(HClO₄) 및 염소산(HClO₃) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 0.1M의 염산 또는 0.1M의 황산을 사용하여 곁사슬 작용기의 카운터 이온을 H⁺로 변화시킬 수 있다.The acid solution comprises at least one of hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ), hydrogen bromide (HBr), hydrogen iodide (HI), nitric acid (HNO ₃ ), perchloric acid (HClO ₄ ) and chloric acid (HClO ₃ ). It may contain any one, and preferably, 0.1 M hydrochloric acid or 0.1 M sulfuric acid can be used to change the ^{counter ion of the side chain functional group to H + .}

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법은 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑하는 단계(S130)를 진행할 수 있다.Finally, in the method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, the step of doping the conjugated polymer electrolyte into a matrix material ( S130 ) may be performed.

매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질을 도핑하는 단계(S130)는 매트릭스 물질, 공액 고분자 전해질 및 용매를 혼합하여 공액 고분자 전해질이 도핑된 매트릭스 물질 용액을 제조할 수 있다.In the step of doping the matrix material with the conjugated polyelectrolyte ( S130 ), a matrix material solution doped with the conjugated polyelectrolyte may be prepared by mixing the matrix material, the conjugated polyelectrolyte, and a solvent.

용매는 물, 톨루엔, 메탄올, 에탄올, 클로로벤젠, N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸술폭시드(DMSO) 및 디메틸포름아미드(DMF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The solvent may include at least one of water, toluene, methanol, ethanol, chlorobenzene, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), and dimethylformamide (DMF).

공액 고분자 전해질의 농도는 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있고, 바람직하게는, 공액 고분자 전해질의 농도는 3중량% 내지 30중량%일 수 있다.The concentration of the conjugated polyelectrolyte may be 1 wt% to 50 wt%, and preferably, the concentration of the conjugated polyelectrolyte may be 3 wt% to 30 wt%.

공액 고분자 전해질의 농도가 1 중량% 미만이면 도핑이 효율적이지 못한 문제가 있고, 50 중량%를 초과되면 공액 고분자 전해질 자체가 전하 수송 통로를 형성하여 직접 전하가 흐르는 문제가 있다.If the concentration of the conjugated polymer electrolyte is less than 1% by weight, there is a problem in that doping is not efficient, and if it exceeds 50% by weight, the conjugated polymer electrolyte itself forms a charge transport path and there is a problem in that the charge flows directly.

실시예에 따라, 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 매트릭스 물질 용액을 코팅하여 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 막을 제조할 수 있다.According to an embodiment, the organic semiconductor film doped with the conjugated polymer electrolyte may be manufactured by coating the matrix material solution doped with the conjugated polymer electrolyte according to Chemical Formula 1.

공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 막은 스핀-코팅(spin-coating), 딥-코팅(dip-coating) 및 프린팅(printing) 중 어느 하나의 방법으로 코팅될 수 있다.The organic semiconductor film doped with the conjugated polymer electrolyte may be coated by any one of spin-coating, dip-coating, and printing.

본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 제조 방법에 따라 제조된 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 유기 전자 소자에 사용될 수 있고, 예를 들어, 유기 태양전지, 박막 트랜지스터, 센서, 에너지 저장 소자, 또는 이 들의 조합으로 이루어진 소자에 폭넓게 적용될 수 있다.An organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte prepared according to the method for manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention may be used in an organic electronic device, for example, an organic solar cell, a thin film transistor, It can be widely applied to a device consisting of a sensor, an energy storage device, or a combination thereof.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계효과 트랜지스터 (Organic Field-Effect Transistor , OFET)를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an organic field-effect transistor (OFET) according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 유기 전계효과 트랜지스터(200)는 기판(210) 상에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230), 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230) 상에 형성되고, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 포함하는 유기 반도체층(240), 유기 반도체층(240) 상에 형성된 게이트 절연층(250) 및 게이트 절연층(250) 상에 형성된 게이트 전극(260)을 포함한다.The organic field effect transistor 200 according to the embodiment of the present invention is formed on a substrate 210 to be spaced apart from each other on a source electrode 220 and a drain electrode 230 , and on the source electrode 220 and the drain electrode 230 . Formed and comprising an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, the organic semiconductor layer 240, the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 250 formed on the organic semiconductor layer 240 and a gate electrode 260 formed thereon.

기판(210)은 유기 전계효과 트랜지스터(200)를 형성하기 위한 베이스 기판으로서, 당 분야에서 사용하는 기판으로 그 재질을 특별하게 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 실리콘, 유리, 플라스틱, 석영 또는 금속 호일(foil)과 같은 다양한 재질을 사용될 수 있다.The substrate 210 is a base substrate for forming the organic field effect transistor 200, and the material is not particularly limited to a substrate used in the art, but for example, silicon, glass, plastic, quartz, or metal. Various materials such as foil may be used.

소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)은 기판(210) 상에 기판(210) 상에 이격되도록 형성될 수 있고, 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)은 각각 Al, Cr, Au, Ti 또는 Ag의 금속 및 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)의 투명 산화물 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 형성되거나 금속과 투명 산화물이 각각 증착된 이중층으로 형성될 수도 있다.The source electrode 220 and the drain electrode 230 may be formed on the substrate 210 to be spaced apart from the substrate 210, and the source electrode 220 and the drain electrode 230 may be formed of Al, Cr, Au, It may be formed of at least one of Ti or Ag metal and transparent oxide of Indium Tin Oxide (ITO), Indium Zinc Oxide (IZO), or Indium Tin Zinc Oxide (ITZO), and is formed as a single layer or multiple layers, or It can also be formed as a double layer in which a metal and a transparent oxide are respectively deposited.

실시예에 따라, 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)은 각각 적층 구조로 형성되어, 소스 전극(220)이 제1 소스 전극(221) 및 제2 소스 전극(222)을 포함하고, 드레인 전극(230)이 제1 드레인 전극(231) 및 제2 드레인 전극(232)을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the source electrode 220 and the drain electrode 230 are each formed in a stacked structure, so that the source electrode 220 includes the first source electrode 221 and the second source electrode 222 , and the drain The electrode 230 may include a first drain electrode 231 and a second drain electrode 232 .

소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)은 유기 반도체층(240) 사이의 접촉 저항이 크기 때문에 오믹 콘택(ohmic contact) 특성 및 트랜지스터 특성이 불량하게 되나, 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)을 각각 적층 구조로 형성함으로써, 접촉 저항을 감소시켜 오믹 콘택 특성을 향상시킬 수 있다.The source electrode 220 and the drain electrode 230 have poor ohmic contact characteristics and transistor characteristics because the contact resistance between the organic semiconductor layer 240 is high, but the source electrode 220 and the drain electrode 230 ) in a stacked structure, it is possible to reduce contact resistance and improve ohmic contact characteristics.

따라서, 제2 소스 전극(222) 및 제2 드레인 전극(232)을 오믹층으로 사용할 수 있다.Accordingly, the second source electrode 222 and the second drain electrode 232 may be used as the ohmic layer.

유기 반도체층(240)은 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230) 상에 형성되고, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체로 형성될 수 있다.The organic semiconductor layer 240 is formed on the source electrode 220 and the drain electrode 230 , and may be formed of an organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.

소스 전극(220) 및 드레인 전극(230)은 기판(210) 상에 소스/드레인 막을 증착하고, 소스/드레인 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 소스/드레인 막을 선택적으로 식각, 즉, 패터닝함으로써 형성될 수 있다.The source electrode 220 and the drain electrode 230 deposit a source/drain film on the substrate 210 , form a photoresist pattern on the source/drain film, and then use the photoresist pattern as a mask to form a source/drain film. Alternatively, it may be formed by etching, ie, patterning.

유기 반도체층(240)은 매트릭스 물질에 도핑되는 공액 고분자 전해질을 포함할 수 있고, 공액 고분자 전해질은 하기 화학식 1로 표시된다.The organic semiconductor layer 240 may include a conjugated polymer electrolyte doped into a matrix material, and the conjugated polymer electrolyte is represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

can be

n은 10 내지 10,000이며, M은 H, Na, K, Li, Cs H, NH3, RNH2, R2NH, 피리딘(Pyridine), 이미다졸(imidazole), NH2/NHR/NR2, 피리디늄(pyridinium) 또는 R3N, NH3/NH2R/NHR2/NR3 염(카운터 이온(counter ion)은 H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, BF₄ ^- 또는 PF₆ ^-이고, R은 C2 내지 C12의 알킬기)일 수 있다.n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH3, RNH2, R2NH, pyridine (Pyridine), imidazole (imidazole), NH2 / NHR / NR2, pyridinium or R3N , NH3/NH2R/NHR2/NR3 salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- , and R is a C2 to C12 alkyl group).

종래에는 매트릭스 물질에 산 첨가제를 도핑하는 경우, 매트릭스 물질에 폴리(4-스티렌설폰 산)(poly(4-styrenesulfonic acid, PSS) 또는 4-에틸 벤젠 술폰산(4-Ethylbenzenesulfonic acid, EBSA)과 같은 유기물 기반의 이온성 화합물을 사용하여 매트릭스 물질과 정전기 상호작용(Electrostatic interaction)을 통하여 매트릭스 물질 내부에 혼합되고, 이온성 작용기를 통해 도핑을 수행하기 때문에, 매트릭스 물질과의 부족한 혼합 성질로 인하여 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 모폴로지(morphology) 및 결정 구조 변화에 부정적인 영향을 야기하여 결과적으로 효율적이지 못한 전하 수송 능력을 야기할 수 있다.Conventionally, when the matrix material is doped with an acid additive, an organic material such as poly(4-styrenesulfonic acid, PSS) or 4-ethylbenzenesulfonic acid (EBSA) is added to the matrix material. Since the matrix material is mixed with the matrix material through electrostatic interaction using a base ionic compound, and doping is performed through an ionic functional group, the conjugated polymer electrolyte due to insufficient mixing properties with the matrix material This doped organic semiconductor may have a negative effect on the morphology and crystal structure change, resulting in inefficient charge transport ability.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 도펀트로 사용되는 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질은 공액 구조를 갖는 주사슬에 이온성 작용기를 갖는 X₁ 및 X₂ 곁사슬(120)을 포함하므로, 파이-파이(π-π) 통하여 매트릭스 물질 내부에 혼합되어 매트릭스 물질과의 상호작용 및 효율적 혼합이 가능한 동시에 공액 고분자 전해질의 곁사슬에 이온성 작용기를 가지고 있어 도핑 역할을 수행할 수 있다.On the other hand, in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention, the conjugated polymer electrolyte according to Formula 1 used as a dopant has X ₁ and X ₂ side chains (120) having ionic functional groups in the main chain having a conjugated structure. ), it is mixed inside the matrix material through pi-pi (π-π), allowing interaction and efficient mixing with the matrix material, while at the same time having an ionic functional group in the side chain of the conjugated polymer electrolyte, it can perform a doping role. have.

그러나, 공액 고분자 전해질은 기본적으로 주사슬은 소수성이며 곁사슬은 이온그룹 기반의 친수성인 양쪽성 물질을 포함하기 때문에, 공액 고분자 전해질을 도펀트로 사용하는 경우, 고분자 주사슬의 소수성의 공액 구조에 의한 파이-파이 결합으로 추가적 혼합의 도움을 받기 때문에 결정 특성을 유지와 동시에 좀 더 균일한 혼합을 야기할 수 있고 적은 양의 첨가로도 효과적인 도핑 효과를 야기할 수 있다.However, since the conjugated polymer electrolyte is basically a hydrophobic main chain and the side chain contains an ionic group-based hydrophilic amphoteric material, when a conjugated polymer electrolyte is used as a dopant, the hydrophobic conjugated structure of the polymer main chain -Since additional mixing is assisted by pi bonding, it is possible to cause more uniform mixing while maintaining crystal properties, and effective doping effect can be caused even with a small amount of addition.

따라서, 유기 전계 트랜지스터(200)의 온-전류(On-current)를 증가시켜 전하 이동도를 향상시키므로 유기 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성이 향상될 수 있다.Accordingly, since the on-current of the organic field transistor 200 is increased to improve charge mobility, electrical characteristics of the organic field effect transistor may be improved.

유기 반도체층(240)은 용액 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있고, 스핀 코팅은 기판(210), 소스 전극(220) 및 드레인 전극(230) 상에 유기 반도체층(240)을 형성하기 위한 용액을 일정량 떨어뜨리고 기판을 고속으로 회전시켜서 유기 반도체층(240)을 형성하기 위한 용액에 가해지는 원심력으로 코팅하는 방법으로, 스핀 코팅을 이용하면 증착 공정에 비하여 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 공정 기술의 단순화를 통하여 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다.The organic semiconductor layer 240 may be formed by a solution process. For example, it may be formed by spin coating, which is performed by dropping a predetermined amount of a solution for forming the organic semiconductor layer 240 on the substrate 210 , the source electrode 220 , and the drain electrode 230 and dropping the substrate. As a method of coating with centrifugal force applied to a solution for forming the organic semiconductor layer 240 by rotating at a high speed, spin coating can reduce production costs compared to the deposition process, and simplify the process technology Cost and process time can be reduced.

게이트 절연층(250)은 유기 반도체층(240)의 채널 영역에 대응되도록 형성될 수 있고, 게이트 절연층(250)은 산화물 반도체층(240)의 채널 영역과 게이트 전극(260)을 전기적으로 이격시킬 수 있다.The gate insulating layer 250 may be formed to correspond to the channel region of the organic semiconductor layer 240 , and the gate insulating layer 250 electrically separates the channel region of the oxide semiconductor layer 240 from the gate electrode 260 . can do it

게이트 절연층(250)은 산화물(Al₂O₃), 지르코늄 산화물(ZrO_x), 지르코늄 알루미늄 산화물(ZrAlO_x) 및 하프늄 산화물(HfO_x) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate insulating layer 250 may include at least one _{of oxide (Al 2} O ₃ ), zirconium oxide (ZrO _x ), zirconium aluminum oxide (ZrAlO _x ), and hafnium oxide (HfO _{x ).}

게이트 절연층(250)은 용액 공정으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있고, 스핀 코팅은 유기 반도체층(240) 상에 게이트 절연층(250)을 형성하기 위한 용액을 일정량 떨어뜨리고 기판을 고속으로 회전시켜서 게이트 절연층(250)을 형성하기 위한 용액에 가해지는 원심력으로 코팅하는 방법으로, 스핀 코팅을 이용하면 증착 공정에 비하여 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 공정 기술의 단순화를 통하여 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다.The gate insulating layer 250 may be formed by a solution process, for example, by spin coating, wherein the spin coating is a solution for forming the gate insulating layer 250 on the organic semiconductor layer 240 . A method of coating with centrifugal force applied to the solution for forming the gate insulating layer 250 by dropping a certain amount of the substrate and rotating the substrate at high speed. Through the simplification of the process cost and process time can be reduced.

게이트 전극(260)은 전기 전도도 물질인 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 게이트 전극(250)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti) 또는 은(Ag)과 같은 금속 및 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)와 같은 금속 산화물 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.The gate electrode 260 may include a metal or metal oxide that is an electrically conductive material. Specifically, the gate electrode 250 includes a metal such as molybdenum (Mo), aluminum (Al), chromium (Cr), gold (Au), titanium (Ti) or silver (Ag) and indium tin oxide (ITO), It may include at least one of a metal oxide such as indium zinc oxide (IZO) or indium tin zinc oxide (ITZO).

게이트 전극(260)은 게이트 절연층(240) 상에 게이트막을 증착하고, 게이트막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 게이트막을 선택적으로 식각, 즉, 패터닝함으로써 형성될 수 있다.The gate electrode 260 is formed by depositing a gate film on the gate insulating layer 240, forming a photoresist pattern on the gate film, and then selectively etching the gate film using the photoresist pattern as a mask, ie, patterning. can

게이트 전극(260)은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition), 물리 기상 증착법(physical vapor deposition) 및 원자층 증착법(atomic layer deposition)과 같은 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.The gate electrode 260 may be formed by a deposition process such as chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and atomic layer deposition.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기 태양전지(organic solar cell)를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 유기 태양전지(300)는 제1 전극(310) 상에 형성된 전자 수송층(320), 전자 수송층(320) 상에 형성된 광활성층(330), 광활성층(330) 상에 형성되고, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 포함하는 정공 수송층(340) 및 정공 수송층(340) 상에 형성된 제2 전극(350)을 포함한다.The organic solar cell 300 according to the embodiment of the present invention is formed on the electron transport layer 320 formed on the first electrode 310 , the photoactive layer 330 formed on the electron transport layer 320 , and the photoactive layer 330 . and a hole transport layer 340 including an organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention and a second electrode 350 formed on the hole transport layer 340 .

실시예에 따라, 제1 전극(310)은 기판 상에 형성될 수 있고, 기판은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, 플라스틱 기판, 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판, 금속 기판 및 갈륨 비소 기판 중에서 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment, the first electrode 310 may be formed on a substrate, and the substrate is not particularly limited, but preferably, a plastic substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, and a gallium arsenide substrate. It can be any one.

더욱 바람직하게는, 기판은 플라스틱 기판일 수 있고, 플라스틱 기판으로는 폴리에테르설폰(polyethersulfone; PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone; PEEK), 폴리노보넨(polynorbonene; PNR), 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리아릴레이트(polyarylate; PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리아미드이미드(polyamideimide; PAI), 폴리아미드(polyamide; PA), 및 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide; PPS) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.More preferably, the substrate may be a plastic substrate, and the plastic substrate includes polyethersulfone (PES), polyethyleneterephthalate (PET), polyethylenenaphthalate (PEN), and polyimide (PI). ), polyetheretherketone (PEEK), polynorbonene (PNR), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyamideimide Any one of (polyamideimide; PAI), polyamide (PA), and polyphenylene sulfide (PPS) may be used.

기판은 1 ㎚ 내지 40 ㎚ 두께인 것이 바람직한데, 1 ㎚ 두께 미만이면 이를 적용한 유기 태양전지(300)의 경도가 저하되어 쉽게 손상될 수 있고, 40 ㎚ 두께를 초과하게 되면, 투과도가 감소되어 광활성층(330)에 전달되는 빛의 양이 감소되어 효율이 저하될 수 있다.The substrate is preferably 1 nm to 40 nm thick, and if it is less than 1 nm thick, the hardness of the organic solar cell 300 to which it is applied is lowered and can be easily damaged. The amount of light transmitted to the layer 330 may be reduced, thereby reducing efficiency.

제1 전극(110)은 투명 전도성 금속 산화물일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 투명 전도성 금속 산화물은 낮은 일함수를 갖는 물질일 수 있는데, 바람직하게는, 틴 옥사이드(SnO₂), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티모니 틴 옥사이드(SnO₂-Sb₂O₃) 갈륨 틴 옥사이드(GTO), ZnO-Ga₂O₃ 및 ZnO-Al₂O₃ 중 적어도 어느 하나 일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 제1 전극(110)은 전도성, 투명성 및 내열성이 우수한 틴 옥사이드를 사용하거나 비용이 저렴한 인듐 틴 옥사이드를 사용할 수 있다.The first electrode 110 may be a transparent conductive metal oxide, but is not particularly limited thereto. The transparent conductive metal oxide may be a material having a low work function. Preferably, tin oxide (SnO ₂ ), indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (SnO ₂ -Sb) ₂ O ₃ ) Gallium tin oxide (GTO), ZnO-Ga ₂ O ₃ and ZnO-Al ₂ O ₃ may be at least one, more preferably, the first electrode 110 has conductivity, transparency and heat resistance. You can use good tin oxide or you can use cheap indium tin oxide.

제1 전극(110)의 두께는 1 ㎚ 내지 40 ㎚일 수 있고, 두께가 40 ㎚를 초과하게 되면 투과도가 낮아져 광활성층(330)으로 전달되는 빛의 양이 감소되어 유기 태양전지(300)의 효율이 저하되는 문제가 있다.The thickness of the first electrode 110 may be 1 nm to 40 nm, and when the thickness exceeds 40 nm, transmittance is lowered and the amount of light transmitted to the photoactive layer 330 is reduced, so that There is a problem that the efficiency is lowered.

전자 수송층(320)은 광활성층(330)에서 생성된 전자가 제1 전극(310)으로 용이하게 전달되도록 하는 층으로, 유기 태양전지(300) 분야에서 사용되는 물질이 사용될 수 있고, 예를 들어, 풀러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95) 및 이를 포함하는 풀러렌 유도체, 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI), 탄소나노라드, 탄소나노튜브, 징크 설파이드(ZnS), 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실 비스벤즈이미다졸(PTCBI)을 포함하는 재료, 페릴렌 다이이미드(Perylene diimide, PDI), 코라뉴렌(corannulene), 트루제논(Truxenone), 서브프탈로시아닌(Subphthalocyanines, SubPcs) 화합물, 금속산화물 및 이를 포함하는 유도체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The electron transport layer 320 is a layer that allows electrons generated in the photoactive layer 330 to be easily transferred to the first electrode 310 , and a material used in the field of the organic solar cell 300 may be used, for example, , fullerenes (C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95) and fullerene derivatives including them, polybenzimidazole (PBI), carbon nanorad, carbon nanotube, zinc sulfide (ZnS), 3, Materials containing 4,9,10-perylenetetracarboxyl bisbenzimidazole (PTCBI), Perylene diimide (PDI), corannulene, Truxenone, Subphthalocyanines, SubPcs) may include at least one of a compound, a metal oxide, and a derivative containing the same.

광활성층(330)은 전자 수송층(320) 상에 형성되고, 광활성층(330)은 페로브스카이트, 양자점 및 칼코겐 화합물(chalcogenide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The photoactive layer 330 is formed on the electron transport layer 320 , and the photoactive layer 330 may include any one of perovskite, quantum dots, and chalcogenide.

광활성층(330)은 전자와 정공을 분리시켜 전류를 만들어내는 광전 변환층으로의 역할을 수행할 수 있다.The photoactive layer 330 may serve as a photoelectric conversion layer for generating current by separating electrons and holes.

페로브스카이트 구조를 광활성층(330)에 도입한 경우, 정공 수송층(340)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위와 전자수송층(320)의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위 각각이 페로브스카이트의 가전자대 띠(valence band)와 전도대 띠(conduction band)와 잘 매칭되어 전자는 전자수송층(320) 쪽으로, 정공은 정공수송층(340) 쪽으로 잘 전달될 수 있다.When the perovskite structure is introduced into the photoactive layer 330 , the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the hole transport layer 340 and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of the electron transport layer 320 are perovskite, respectively. It is well matched with the valence band and conduction band of the electron transport layer 320 , so that the electrons can be transferred to the electron transport layer 320 and the holes can be transferred to the hole transport layer 340 .

페로브스카이트는 용액의 도포 및 건조라는 극히 간단하고 용이하며 저가의 단순한 공정을 통해 광활성층(330)을 이루는 광흡수체를 형성할 수 있는 장점이 있고, 도포된 용액의 건조에 의해 자발적으로 결정화가 이루어져 조대 결정립의 광흡수체 형성이 가능하며, 특히 전자와 정공 모두에 대한 전도도가 우수하다.The perovskite has the advantage of being able to form the light absorber constituting the photoactive layer 330 through an extremely simple, easy, inexpensive and simple process of application and drying of the solution, and spontaneous crystallization by drying of the applied solution Thus, it is possible to form a light absorber of coarse grains, and in particular, it has excellent conductivity for both electrons and holes.

페로브스카이트는 ABX₃ (A는 C1-C20의 알킬기, 1가의 금속(예를 들어, Li, Na, Cs, Rb 등) 및 1가의 유기 암모늄 이온 또는 공명구조를 가지는 포르마미디늄(formamidinium) 중 적어도 어느 하나이며, B는 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다)의 화학식으로 나타낼 수 있다.Perovskite is ABX ₃ (A is a C1-C20 alkyl group, a monovalent metal (eg, Li, Na, Cs, Rb, etc.) and a monovalent organic ammonium ion or formamidinium having a resonance structure at least one of, B is a divalent metal ion, and X is a halogen ion).

예를 들어, 페로브스카이트는 CH₃NH₃PbI₃, CH₃NH₃PbBr₃, CH₃NH₃PbCl₃, CH₃NH₃PbF₃, CH3NH₃PbBrI₂, CH3NH₃PbBrCl₂, CH₃NH₃PbIBr₂, CH₃NH₃PbICl₂, CH₃NH₃PbClBr₂, CH₃NH₃PbI₂Cl, CH₃NH₃SnBrI₂, CH₃NH₃SnBrCl₂, CH₃NH₃SnF₂Br, CH₃NH₃SnIBr₂, CH₃NH₃SnICl₂, CH₃NH₃SnF₂I, CH₃NH₃SnClBr₂, CH₃NH₃SnI₂Cl, 및 CH₃NH₃SnF₂Cl 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, perovskite is CH ₃ NH ₃ PbI ₃ , CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ , CH ₃ NH ₃ PbCl ₃ , CH ₃ NH ₃ PbF ₃ , CH3NH ₃ PbBrI ₂ , CH3NH ₃ PbBrCl ₂ , CH ₃ NH ₃ PbIBr ₂ , CH ₃ NH ₃ PbICl ₂ , CH ₃ NH ₃ PbClBr ₂ , CH ₃ NH ₃ PbI ₂ Cl, CH ₃ NH ₃ SnBrI ₂ , CH ₃ NH ₃ SnBrCl ₂ , CH ₃ NH ₃ SnF ₂ Br, CH ₃ NH ₃ SnIBr ₂ , CH ₃ NH ₃ SnICl ₂ , CH ₃ NH ₃ SnF ₂ I, CH ₃ NH ₃ SnClBr ₂ , CH ₃ NH ₃ SnI ₂ Cl, and CH ₃ NH ₃ SnF ₂ Cl have.

양자점을 광활성층(330)에 도입하는 경우, 양자점의 크기에 따라 전자의 에너지 준위가 선택될 수 있으므로 양자점의 크기 제어를 통해 흡수될 수 있는 태양광의 파장을 제어할 수 있고, 이에 따라 다양한 크기의 양자점 조합을 통해 넓은 파장의 광을 흡수하여 이에 따라 향상된 효율을 가질 수 있다.When the quantum dots are introduced into the photoactive layer 330, the energy level of electrons can be selected according to the size of the quantum dots, so the wavelength of sunlight that can be absorbed can be controlled by controlling the size of the quantum dots. By absorbing light of a wide wavelength through the quantum dot combination, it is possible to have improved efficiency accordingly.

광활성층(330)에 사용되는 양자점의 크기는 1nm 내지 10nm일 수 있고, 양자점의 크기가 1nm 미만이면 합성이 어려운 문제가 있고, 10nm를 초과하면 양자 구속 효과가 상실되는 문제가 있다.The size of the quantum dots used in the photoactive layer 330 may be 1 nm to 10 nm, and if the size of the quantum dots is less than 1 nm, there is a problem in that synthesis is difficult, and if it exceeds 10 nm, there is a problem in that the quantum confinement effect is lost.

양자점은, II-VI족의 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe을 포함하는 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe을 포함하는 삼원소 화합물, 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe을 포함하는 사원소 화합물 양자점, III-V족의 GaN, GaP, GaAs, aSb, InP, InAs, InSb을 포함하는 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP을 포함하는 삼원소 화합물, 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 을 포함하는 사원소 화합물 양자점, IV-VI족의 PbS, PbSe, PbTe을 포함하는 이원소 화합물, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe을 포함하는 삼원소 화합물, 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe을 포함하는 사원소 화합물 양자점, IV족의 Si, Ge을 포함하는 단일 원소 화합물, SiC, SiGe을 포함하는 이원소 화합물 양자점, 및 CdSe/ZnS와 같이 앞서 기술한 2종의 양자점 물질이 접합한 형태의 2종 접합 양자점 중 어느 하나일 수 있다.Quantum dots are of group II-VI, binary compounds including CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ternary compounds including CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, and CdZnSeS , CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, quaternary compounds including HgZnSTe Quantum dots, group III-V GaN, GaP, GaAs, aSb, InP, InAs, InSb, binary elements including GaNP , GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, ternary compounds including GaAlNP, and GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, Quaternary compound quantum dots including InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, binary compounds including PbS, PbSe, PbTe of group IV-VI, ternary compounds including PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, and SnPbSSe , SnPbSeTe, quaternary compound quantum dots containing SnPbSTe, single element compounds containing group IV Si and Ge, binary compound quantum dots containing SiC and SiGe, and the two types of quantum dot materials described above, such as CdSe/ZnS It may be any one of two types of junction quantum dots of this junction type.

광활성층(330)에 포함되는 칼코겐 화합물은 실버 비스무스 설파이드(Silver bismuth sulfide, AgBiS₂), 안티모니 트리셀레나이드(Antimony triselenide, Sb₂Se₃) 및 안티모니 트리설파이드(Antimony trisulfide, Sb₂S₃) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The chalcogen compounds included in the photoactive layer 330 are silver bismuth sulfide (AgBiS ₂ ), antimony triselenide (Sb ₂ Se ₃ ) and antimony trisulfide (Sb ₂ S). ₃ ) may include at least one of.

정공 수송층(340)은 광활성층(330)에서 생성된 정공이 제2 전극(350)으로 용이하게 전달되도록 하는 층으로, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체가 사용될 수 있다.The hole transport layer 340 is a layer that allows the holes generated in the photoactive layer 330 to be easily transferred to the second electrode 350, and an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention may be used. .

정공 수송층(340)은 매트릭스 물질에 도핑되는 공액 고분자 전해질을 포함할 수 있고, 공액 고분자 전해질은 하기 화학식 1로 표시된다.The hole transport layer 340 may include a conjugated polymer electrolyte doped into a matrix material, and the conjugated polymer electrolyte is represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

can be

반면, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 도펀트로 사용되는 화학식 1에 따른 공액 고분자 전해질은 공액 구조를 갖는 주사슬에 이온성 작용기를 갖는 X₁ 및 X₂ 곁사슬(120)을 포함하므로, 파이-파이(π-π) 상호작용을 통하여 매트릭스 물질 내부에 혼합되어 매트릭스 물질과의 상호작용 및 효율적 혼합이 가능한 동시에 공액 고분자 전해질의 곁사슬에 이온성 작용기를 가지고 있어 도핑 역할을 수행할 수 있다.On the other hand, in the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention, the conjugated polymer electrolyte according to Formula 1 used as a dopant has X ₁ and X ₂ side chains (120) having ionic functional groups in the main chain having a conjugated structure. ), it is mixed inside the matrix material through the pi-pi (π-π) interaction, enabling interaction and efficient mixing with the matrix material, and at the same time having an ionic functional group in the side chain of the conjugated polymer electrolyte, thus playing a doping role can be done

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 유기 태양전지(300)에 사용함으로써, 전하 이동도를 향상시켜 증가된 전하 전달로 인해 단락 전류를 상승시킬 수 있다. 더욱이, 전도도가 높은 공액 고분자 전해질을 도핑함으로써, 유기 태양전지(300)의 단락 전압 또한 상승시킬 수 있다.Accordingly, by using the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention in the organic solar cell 300, charge mobility may be improved and the short circuit current may be increased due to increased charge transfer. Furthermore, by doping the conjugated polymer electrolyte having high conductivity, the short-circuit voltage of the organic solar cell 300 may also be increased.

[실시예 1]: 3 중량%[Example 1]: 3 wt%

[화학식 5] [화학식4] [화학식6][Formula 5] [Formula 4] [Formula 6]

[반응식 1][Scheme 1]

[반응식 1]에 표시된 화학식 5의 화합물은[Kwak, C. K.; Kim, D. G.; Kim, T. H.; Lee, C.-S.; Lee, M.; Lee, T. S. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3847-3855]에 보고된 것과 같은 방법으로 합성하였고, 화학식 4의 화합물은 Sigma aldrich로부터 구매하여 사용하였다.The compound of Formula 5 shown in [Scheme 1] is [Kwak, C. K.; Kim, D. G.; Kim, T. H.; Lee, C.-S.; Lee, M.; Lee, T. S. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3847-3855] was synthesized in the same manner as reported, and the compound of Formula 4 was purchased from Sigma aldrich and used.

마그네틱 교반바가 들어있는 25 ㎖ 플라스크에 상기 제조된 상기 2,5-디브로모-1,4-비스(4-설포네이토부톡시)페닐렌 소듐(화학식 5의 화합물)(2,5-Dibromo-1,4-bis(4-sulfonatobutoxy)phenylene sodium salt; 225 ㎎; 0.385 mmol)과, 상기 티오펜-2,5-디보론산 피나콜 에스터(화학식 4의 화합물)(thiophene-2,5-diboronic acid pinacol ester; 1 eg; 129 ㎎; 0.385 mmol)을 Na₂CO₃(5 eq; 204 ㎎) 염기가 용해되어 있는 10 ㎖의 water:DMF (1:4)에 첨가하여 혼합액을 제조한다.2,5-Dibromo-1,4-bis(4-sulfonatobutoxy)phenylene sodium (compound of formula 5) prepared above in a 25 ml flask containing a magnetic stir bar (2,5-Dibromo- 1,4-bis(4-sulfonatobutoxy)phenylene sodium salt; 225 mg; 0.385 mmol) and the thiophene-2,5-diboronic acid pinacol ester (compound of formula 4) (thiophene-2,5-diboronic acid) pinacol ester; 1 eg; 129 mg; 0.385 mmol) was _{added to 10 ml of water:DMF (1:4) in which Na 2} CO ₃ (5 eq; 204 mg) base was dissolved to prepare a mixed solution.

상기 혼합물에 2 ㏖% Pd(PPh₃)₄를 첨가하여 아르곤 공기 하에서, 90

에서 24 시간 동안 반응시켜 상기 화학식 6로 표시되는 공액 고분자 전해질 전구 물질을 합성한다. 상기 반응이 완료된 혼합액을 상온으로 식히고, 여기에 아세톤을 첨가하여 상기 화학식 6로 표시되는 공액 고분자 전해질 전구 물질을 침전시키고, 필터링하여 수득한다.2 mol% Pd(PPh ₃ ) ₄ was added to the mixture under argon air, 90

reacted for 24 hours to synthesize the conjugated polymer electrolyte precursor represented by the above formula (6). After the reaction is completed, the mixture is cooled to room temperature, acetone is added thereto to precipitate the conjugated polymer electrolyte precursor represented by Chemical Formula 6, and is obtained by filtering.

상기 과정을 통해 수득된 공액 고분자 전해질 전구 물질을 정제하기 위하여, 다시 물에 녹여 molecular weight cutoff(MWCO)가 3500인 멤브레인을 이용하여 3 일 동안 투석한 후, 진공에서 건조시켜 177 ㎎, 수율 90%로 상기 화학식 으로 표시되는 공액 고분자 전해질 전구 물질(PhNa-1T)을 수득한다.In order to purify the conjugated polymer electrolyte precursor obtained through the above process, it was again dissolved in water and dialyzed using a membrane having a molecular weight cutoff (MWCO) of 3500 for 3 days, and then dried in vacuo to 177 mg, yield 90%. to obtain a conjugated polymer electrolyte precursor (PhNa-1T) represented by the above formula.

공액 고분자 전해질 전구 물질을 다시 0.1M HCl에 녹여 molecular weight cutoff(MWCO)가 3500인 멤브레인을 이용하여 3 일 동안 투석한 후, 진공에서 건조시켜 177 ㎎, 수율 90%로 화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T)을 수득한다.The conjugated polymer electrolyte precursor was again dissolved in 0.1M HCl and dialyzed for 3 days using a membrane having a molecular weight cutoff (MWCO) of 3500, dried in vacuum to 177 mg, yield 90% of the conjugated polymer represented by Formula 2 An electrolyte (PhH-1T) is obtained.

화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T) 0.3 mg(3중량%), P3HT 매트릭스 물질(Sigma aldrich로부터 구매) 10 mg 및 6 uL의 물과 1 mL의 클로로벤젠를 초음파 분쇄기 하에서 상온에서 2 시간 동안 반응시켜 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체 P3HT:PhH-1T를 제조한다.0.3 mg (3% by weight) of a conjugated polymer electrolyte (PhH-1T) represented by Formula 2, 10 mg of a P3HT matrix material (purchased from Sigma aldrich) and 6 uL of water and 1 mL of chlorobenzene were dissolved in a ultrasonicator at room temperature for 2 hours During the reaction, an organic semiconductor P3HT:PhH-1T doped with a conjugated polymer electrolyte is prepared.

[실시예 2]: 5 중량%[Example 2]: 5 wt%

화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T)을 0.5 mg(5중량%)과 10 uL의 물을 포함하는 것을 제외하면 실시예 1과 동일하다.The conjugated polymer electrolyte (PhH-1T) represented by Formula 2 is the same as in Example 1 except that 0.5 mg (5 wt%) and 10 uL of water are included.

[실시예 3]: 10 중량%[Example 3]: 10 wt%

화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T)을 1 mg(10중량%)과 20 uL의 물을 포함하는 것을 제외하면 실시예 1과 동일하다.The conjugated polymer electrolyte (PhH-1T) represented by Formula 2 was the same as in Example 1 except that 1 mg (10 wt%) and 20 uL of water were included.

[실시예 4]: 20 중량%[Example 4]: 20 wt%

화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T)을 2 mg(20중량%)과 40 uL의 물을 포함하는 것을 제외하면 실시예 1과 동일하다.It is the same as in Example 1, except that the conjugated polymer electrolyte (PhH-1T) represented by Formula 2 contains 2 mg (20 wt%) and 40 uL of water.

[실시예 5]: 30 중량%[Example 5]: 30 wt%

화학식 2로 표시되는 공액 고분자 전해질(PhH-1T)을 3 mg(30중량%)과 60 uL의 물을 포함하는 것을 제외하면 실시예 1과 동일하다.It is the same as in Example 1, except that the conjugated polymer electrolyte (PhH-1T) represented by Formula 2 contains 3 mg (30 wt%) and 60 uL of water.

도 5는 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy) 이미지이다.5 is an atomic force microscopy image of an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.

도 5를 참조하면, P3HT 매트릭스 물질에 PhH-1T 공액 고분자 전해질이 도핑되지 않은 유기 반도체(비교예 1) 대비 P3HT 매트릭스 물질에 PhH-1T 공액 고분자 전해질이 도핑된 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체(실시예 2 및 실시예 5)에서 모폴로지 특성이 개선되는 것을 알 수 있다.5, compared to the organic semiconductor in which the P3HT matrix material is not doped with PhH-1T conjugated polymer electrolyte (Comparative Example 1), the P3HT matrix material is doped with PhH-1T conjugated polyelectrolyte and the conjugated polymer electrolyte is doped ( It can be seen that the morphological characteristics are improved in Examples 2 and 5).

특히, P3HT 매트릭스 물질에 5중량%로 PhH-1T 공액 고분자 전해질을 도핑함으로써, 표면 거칠기(RMS)가 개선되어 모폴리지 및 결정 특성이 매우 향상되는 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that by doping the P3HT matrix material with PhH-1T conjugated polyelectrolyte at 5 wt%, the surface roughness (RMS) is improved and the morphology and crystal properties are greatly improved.

도 6은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 각변형(out-of-plane) 방향의 접지 입사 엑스선 회절(Grazing Incidence X-ray Diffraction) 그래프이다.6 is a ground incident X-ray diffraction (Grazing Incidence X-ray Diffraction) graph in the out-of-plane direction of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte. .

도 6을 참조하면, 매트릭스 물질인 P3HT의 각변형(out-of-plane) 방향의 결정성이 변하지 않는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6 , it can be seen that the crystallinity of the matrix material, P3HT, in the out-of-plane direction does not change.

도 7은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 평면내(in-plane) 방향의 접지 입사 엑스선 회절(Grazing Incidence X-ray Diffraction) 그래프이다.7 is a graph of Grazing Incidence X-ray Diffraction in the in-plane direction of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.

도 7을 참조하면, 매트릭스 물질인 P3HT의 평면내(in-plane) 방향의 결정성이 변하지 않는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the crystallinity of the matrix material, P3HT, in the in-plane direction does not change.

따라서, 도 6 및 도 7을 참조하면, P3HT 매트릭스 물질에 PhH-1T 공액 고분자 전해질을 도핑하지 않은 유기 반도체(비교예) 대비 P3HT 매트릭스 물질에 PhH-1T 공액 고분자 전해질을 도핑된 유기 반도체(실시예 2 및 실시예 5)의 모폴리지 및 결정 특성이 매우 향상되는 것을 알 수 있다.Therefore, referring to FIGS. 6 and 7 , compared to the organic semiconductor (Comparative Example) in which the P3HT matrix material is not doped with PhH-1T conjugated polymer electrolyte, the P3HT matrix material is doped with PhH-1T conjugated polymer electrolyte (Example) It can be seen that the morphology and crystal properties of Examples 2 and 5) are greatly improved.

도 8은 공액 고분자 전해질의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 모빌리티를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing the mobility of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte.

표 1은 공액 고분자 전해질(CPE)의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 모빌리티를 도시한 표이다.Table 1 is a table showing the mobility of the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the conjugated polymer electrolyte (CPE).

[표 1][Table 1]

도 8 및 표 1을 참조하면, PhH-1T 공액 고분자 전해질을 P3HT 유기반도체 화합물에 혼합하여 제조된 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체는 모빌리티가 향상되는 것을 알 수 있다.8 and Table 1, the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to Examples 1 to 5 of the present invention prepared by mixing PhH-1T conjugated polymer electrolyte with P3HT organic semiconductor compound has improved mobility. it can be seen that

특히, PhH-1T 공액 고분자 전해질을 5 wt% 를 혼합하였을 때, 모빌리티가 80% 이상 향상되는 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that when 5 wt% of PhH-1T conjugated polymer electrolyte is mixed, the mobility is improved by 80% or more.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 유기 전계효과 트랜지스터에 사용함으로써, 비교예 대비 온-전류(on-current)가 상승되어 그래프의 기울기를 상승시켜 정공 이동도 계산식에 의하여 정공 이동도가 향상되는 것을 알 수 있다.Therefore, by using the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention in the organic field effect transistor, the on-current is increased compared to the comparative example, and the slope of the graph is increased to calculate the hole mobility. It can be seen that the hole mobility is improved by

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체의 광학적 특성을 도시한 표 및 그래프이다.9 is a table and graph showing optical properties of an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 태양 전지의 광활성층으로 사용함으로써, 유기 태양전지의 전기적 특성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 2에 따른 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체를 포함하는 유기 태양전지 및 공액 고분자 전해질이 도핑되지 않은 유기 반도체(비교예)를 포함하는 유기 태양전지의 유기 태양전지의 전기적 특성을 측정하였다.9 is a conjugated polymer electrolyte according to Example 2 in order to confirm the effect on the electrical properties of the organic solar cell by using the organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte according to the embodiment of the present invention as the photoactive layer of the solar cell. Electrical properties of the organic solar cell including the doped organic semiconductor and the organic solar cell including the organic semiconductor undoped with the conjugated polymer electrolyte (Comparative Example) were measured.

도 9를 참조하면, 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질이 도핑되지 않은 유기 반도체(비교예)를 포함하는 유기 태양전지에 비하여 매트릭스 물질에 공액 고분자 전해질이 도핑된 유기 반도체(실시예 2)를 포함하는 유기 태양전지는 18.71 mAcm-2의 단락 전류 밀도(Jsc), 0.89 V의 개방 전압(Voc), 60.58의 충전율(FF) 및 10.03%의 전력변환 효율(PCE)로 향상되었다. Referring to FIG. 9 , compared to an organic solar cell including an organic semiconductor (Comparative Example) in which a conjugated polymer electrolyte is not doped in a matrix material, an organic semiconductor including an organic semiconductor (Example 2) in which a conjugated polymer electrolyte is doped into a matrix material The solar cell improved to a short-circuit current density (Jsc) of 18.71 mAcm-2, an open-circuit voltage (Voc) of 0.89 V, a charge factor (FF) of 60.58, and a power conversion efficiency (PCE) of 10.03%.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are provided by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

100: 공액 고분자 전해질 110: 주사슬
120: 곁사슬 200: 유기 전계효과 트랜지스터
210: 기판 220: 소스 전극
221: 제1 소스 전극 222: 제2 소스 전극
230: 드레인 전극 231: 제1 드레인 전극
232: 제2 드레인 전극 240: 유기 반도체층
250: 게이트 절연층 260: 게이트 전극
300: 태양 전지 310: 제1 전극
320: 전자 수송층 330: 광활성층
340: 정공 수송층 350: 제2 전극100: conjugated polymer electrolyte 110: main chain
120: side chain 200: organic field effect transistor
210: substrate 220: source electrode
221: first source electrode 222: second source electrode
230: drain electrode 231: first drain electrode
232: second drain electrode 240: organic semiconductor layer
250: gate insulating layer 260: gate electrode
300: solar cell 310: first electrode
320: electron transport layer 330: photoactive layer
340: hole transport layer 350: second electrode

Claims

delete

preparing a matrix material;
preparing a conjugated polymer electrolyte represented by the following Chemical Formula 1 by dialysis of the conjugated polymer electrolyte precursor in an acid solution; and
Doping the conjugated polymer electrolyte into the matrix material
A method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte, comprising:
[Formula 1]

(In Formula _1, X 1 and X ₂ are each independently a _{^{^{^{-SO 3 - M +, -COO -}}}} M + or

8. The method of claim 7,
The conjugated polymer electrolyte is a method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte, characterized in that represented by the following formula (2).
[Formula 2]

(In Formula 2, n is 10 to 10,000.)

8. The method of claim 7,
The method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte, characterized in that the concentration of the conjugated polymer electrolyte is 1 wt% to 50 wt%.

8. The method of claim 7,
The acid solution is in hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ), hydrogen bromide (HBr), hydrogen iodide (HI), nitric acid (HNO ₃ ), perchloric acid (HClO ₄ ) and chloric acid (HClO ₃ ). A method of manufacturing an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte, comprising at least one.

a source electrode and a drain electrode formed on the substrate to be spaced apart from each other;
an organic semiconductor layer formed on the source electrode and the drain electrode and including an organic semiconductor doped with a conjugated polymer electrolyte;
a gate insulating layer formed on the organic semiconductor layer; and
a gate electrode formed on the gate insulating layer;
including,
The organic semiconductor doped with the conjugated polymer electrolyte,
matrix material; and
Conjugated Polyelectrolyte Doped into the Matrix Material
includes,
The conjugated polymer electrolyte is an organic field effect transistor, characterized in that represented by the following formula (1).
[Formula 1]

, n is 10 to 10,000, M is H, Na, K, Li, Cs H, NH3, RNH2, R2NH, pyridine (Pyridine), imidazole (imidazole), NH2 / NHR / NR2, pyridinium (pyridinium) or R3N, NH3/NH2R/NHR2/NR3 salt (counter ion is H ⁺ , F ^- , Cl ^- , Br ^- , BF ₄ ^- or PF ₆ ^- , R is a C2 to C12 alkyl group). )

delete