KR102410122B1 - Heterocyclic compound and organic solar cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물 및 상기 헤테로환 화합물을 광활성층에 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다. The present specification relates to a heterocyclic compound including the unit of Formula 1 and an organic solar cell including the heterocyclic compound in a photoactive layer.

Description

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

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

유기 태양 전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있는데, 종래 무기 태양 전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.An organic solar cell is a device capable of directly converting solar energy into electrical energy by applying a photovoltaic effect. Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells according to the materials constituting the thin film. Conventional inorganic solar cells have already shown limitations in economic feasibility and material supply and demand, so they are easy to process, inexpensive, and have various functionalities. Organic solar cells are attracting attention as a long-term alternative energy source.

태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요한데, 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 엑시톤을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다. 전하가 손실되는 원인 중의 하나가 생성된 전자 및 정공이 재결합에 의해 소멸하는 것이다. 생성된 전자나 정공이 손실되지 않고 전극에 전달되기 위한 방법으로 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분 추가 공정이 요구되고 이에 따라 제조 비용이 상승할 수 있다.It is important to increase the efficiency of a solar cell so that it can output as much electrical energy as possible from solar energy. In order to increase the efficiency, it is important to generate as many excitons as possible inside the semiconductor, but it is also important to draw the generated charge to the outside without loss. do. One of the causes of loss of electric charge is that the generated electrons and holes are annihilated by recombination. Various methods have been proposed as a method for transferring the generated electrons or holes to the electrode without loss, but in most cases an additional process is required and thus manufacturing cost may increase.

Two-layer organic photovoltaic cell(C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183.(1986))Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1986)) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))

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

본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification provides a heterocyclic compound including a unit of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017114577962-pat00001
Figure 112017114577962-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R6은 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 또는 할로겐기이고,R 1 to R 6 are the same as or different from each other and are each hydrogen; a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted alkoxy group; or a halogen group,

X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하며 각각 S 또는 O이고,X 1 to X 4 are the same as or different from each other and are each S or O,

Y는 O, S 또는 CRR'이며,Y is O, S or CRR';

R 및 R'는 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,R and R' are the same as or different from each other and are each hydrogen; Or a substituted or unsubstituted alkyl group,

n은 1 내지 10,000의 정수이며,n is an integer from 1 to 10,000,

[Push]는 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 것이고,[Push] is represented by the following formula 2 or 3,

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017114577962-pat00002
Figure 112017114577962-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112017114577962-pat00003
Figure 112017114577962-pat00003

상기 화학식 2 및 3에서,In Formulas 2 and 3,

R7 내지 R22는 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 실릴기; -SR" 또는 할로겐기이고,R 7 to R 22 are the same as or different from each other and are each hydrogen; a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted alkoxy group; a substituted or unsubstituted silyl group; -SR" or a halogen group,

R"는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,R" is a substituted or unsubstituted alkyl group,

X5 내지 X10은 서로 같거나 상이하며 각각 S 또는 O이고,X 5 to X 10 are the same as or different from each other and are each S or O,

Figure 112017114577962-pat00004
는 상기 화학식 1의 주쇄에 연결되는 부위이다.
Figure 112017114577962-pat00004
is a site connected to the main chain of Formula 1 above.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 In addition, an exemplary embodiment of the present specification is

제1 전극; a first electrode;

상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 a second electrode provided to face the first electrode; and

상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하며, It is provided between the first electrode and the second electrode and includes at least one organic material layer including a photoactive layer,

상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고, The photoactive layer includes an electron donor and an electron acceptor,

상기 전자 주개는 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.The electron donor provides an organic solar cell including the heterocyclic compound.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 넓은 광 흡수 영역과 높은 LUMO 에너지 준위를 가지므로, 상기 헤테로환 화합물을 광활성층에 사용하였을 때, 높은 수준의 광-전 변환 효율을 갖는 유기 태양 전지를 제조할 수 있다. Since the heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification has a wide light absorption region and a high LUMO energy level, when the heterocyclic compound is used in the photoactive layer, an organic solar cell having a high level of photoelectric conversion efficiency can be manufactured.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 전자 주개로 상기 헤테로환 화합물을 사용함으로써, 열적 안정성 및 색상 특성이 우수하다.In addition, the organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification has excellent thermal stability and color characteristics by using the heterocyclic compound as an electron donor.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 본원 제조예에서 합성된 화합물 A의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 본원 제조예에서 합성된 중합체 1 및 2를 클로로벤젠에 녹여서 만든 필름 샘플의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 나타낸 도이다.
1 is a view showing an organic solar cell according to an embodiment of the present specification.
2 is a diagram showing the NMR spectrum of Compound A synthesized in Preparation Example of the present application.
3 is a view showing the UV-Vis absorption spectrum of a film sample prepared by dissolving polymers 1 and 2 synthesized in Preparation Example of the present application in chlorobenzene.

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

본 명세서에 있어서, '단위'는 화합물이 중합 반응에 의해서 중합체 내에서 2가기 이상의 형태로 포함되는 구조를 의미한다.In the present specification, the 'unit' refers to a structure in which a compound is included in the form of two or more groups in a polymer by a polymerization reaction.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part 'includes' a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 '상에' 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In the present specification, when a member is said to be positioned 'on' another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member exists between the two members.

본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. In the present specification, the energy level means the size of energy. Therefore, even when the energy level is displayed in the negative (-) direction from the vacuum level, the energy level is interpreted as meaning the absolute value of the corresponding energy value. For example, the HOMO energy level means the distance from the vacuum level to the highest occupied molecular orbital. In addition, the LUMO energy level means the distance from the vacuum level to the lowest unoccupied molecular orbital.

본 명세서에 있어서, '치환'이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 같거나 상이할 수 있다.In the present specification, the term 'substitution' means that a hydrogen atom bonded to a carbon atom of a compound is changed to another substituent, and the position to be substituted is not limited as long as the position at which the hydrogen atom is substituted, that is, the position where the substituent is substitutable, is not limited, 2 When substituted or more, two or more substituents may be the same as or different from each other.

본 명세서에서 '치환 또는 비치환된'이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알케닐기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. As used herein, the term 'substituted or unsubstituted' refers to deuterium; halogen group; hydroxyl group; an alkyl group; cycloalkyl group; alkoxy group; aryloxy group; alkenyl group; aryl group; And it means that it is substituted with one or more substituents selected from the group consisting of a heterocyclic group, is substituted with a substituent to which two or more of the above-exemplified substituents are connected, or does not have any substituents.

본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다. In the present specification, examples of the halogen group include fluorine, chlorine, bromine or iodine.

본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, n-메틸옥틸, 2,2-디메틸옥틸, 2,3-디메틸옥틸, 2,4-디메틸옥틸, 2,5-디메틸옥틸, 2,6-디메틸옥틸, 2,7-디메틸옥틸, 3,3-디메틸옥틸, 3,4-디메틸옥틸, 3,5-디메틸옥틸, 3,6-디메틸옥틸, 3,7-디메틸옥틸, 4,4-디메틸옥틸, 4,5-디메틸옥틸, 1-메틸헵틸, 2-메틸헵틸, 3-메틸헵틸, 4-메틸헵틸, 5-메틸헵틸, 6-메틸헵틸, 2-에틸헵틸, 3-에틸헵틸, 4-에틸헵틸, 5-에틸헵틸, 6-에틸헵틸, 2-에틸헥실, 3-에틸헥실, 4-에틸헥실, 5-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸헥실, 3-메틸헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실, 2-헥실데실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 50. Specific examples include methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, 1-methylbutyl, 1-ethylbutyl, pentyl, n-pentyl, iso Pentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 4-methyl-2-pentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl, n-heptyl , 1-methylhexyl, cyclopentylmethyl, cyclohexylmethyl, octyl, n-octyl, tert-octyl, n-methyloctyl, 2,2-dimethyloctyl, 2,3-dimethyloctyl, 2,4-dimethyloctyl, 2,5-dimethyloctyl, 2,6-dimethyloctyl, 2,7-dimethyloctyl, 3,3-dimethyloctyl, 3,4-dimethyloctyl, 3,5-dimethyloctyl, 3,6-dimethyloctyl, 3 ,7-dimethyloctyl, 4,4-dimethyloctyl, 4,5-dimethyloctyl, 1-methylheptyl, 2-methylheptyl, 3-methylheptyl, 4-methylheptyl, 5-methylheptyl, 6-methylheptyl, 2-ethylheptyl, 3-ethylheptyl, 4-ethylheptyl, 5-ethylheptyl, 6-ethylheptyl, 2-ethylhexyl, 3-ethylhexyl, 4-ethylhexyl, 5-ethylhexyl, 2-propylpentyl, n-Nonyl, 2,2-dimethylheptyl, 1-ethyl-propyl, 1,1-dimethyl-propyl, isohexyl, 2-methylhexyl, 3-methylhexyl, 4-methylhexyl, 5-methylhexyl, 2- hexyldecyl, and the like, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, (3,3-디메틸부틸)옥시, (2-에틸부틸)옥시, (2-헥실데실)옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시 및 (p-메틸벤질)옥시 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkoxy group may be a straight chain, branched chain or cyclic chain. Although carbon number of an alkoxy group is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C20. Specifically, methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, i-propyloxy, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, Isopentyloxy, n-hexyloxy, (3,3-dimethylbutyl)oxy, (2-ethylbutyl)oxy, (2-hexyldecyl)oxy, n-octyloxy, n-nonyloxy, n-decylox cy, benzyloxy, and (p-methylbenzyl)oxy, but are not limited thereto.

본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기 및 터페닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the present specification, when the aryl group is a monocyclic aryl group, the number of carbon atoms is not particularly limited, but preferably 6 to 25 carbon atoms. Specifically, the monocyclic aryl group includes, but is not limited to, a phenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group.

본 명세서에서 상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기 및 플루오레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.In the present specification, when the aryl group is a polycyclic aryl group, the number of carbon atoms is not particularly limited. It is preferable that it has 10-C24. Specifically, the polycyclic aryl group includes, but is not limited to, a naphthyl group, an anthracenyl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, a perylenyl group, a chrysenyl group, and a fluorenyl group. The fluorenyl group may be substituted, and adjacent substituents may combine with each other to form a ring.

본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린(phenanthroline)기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the heterocyclic group includes one or more atoms other than carbon and one or more heteroatoms, and specifically, the heterocyclic group may include one or more atoms selected from the group consisting of O, N, Se and S, and the like. Although the number of carbon atoms of the heterocyclic group is not particularly limited, it is preferably from 2 to 60 carbon atoms. Examples of the heterocyclic group include a thiophene group, a furan group, a pyrrole group, an imidazole group, a thiazole group, an oxazole group, an oxadiazole group, a triazole group, a pyridyl group, a bipyridyl group, a pyrimidyl group, a triazine group, a triazole group, Acridyl group, pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, isoquinoline group, indole group, carbazole group, benzoxazole group, benzimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group , benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phenanthroline group, thiazolyl group, isoxazolyl group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group, phenothiazinyl group and dibenzo There is a furanyl group, and the like, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, 실릴기는 Si를 포함하고 상기 Si 원자가 라디칼로서 직접 연결되는 치환기이며, -SiR104R105R106로 표시되고, R104 내지 R106은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 트리부틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기 및 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the silyl group is a substituent including Si and the Si atom is directly connected as a radical, and is represented by -SiR 104 R 105 R 106 , R 104 to R 106 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; halogen group; an alkyl group; alkenyl group; alkoxy group; cycloalkyl group; aryl group; And it may be a substituent consisting of at least one of a heterocyclic group. Specific examples of the silyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tributylsilyl group, a t-butyldimethylsilyl group, a vinyldimethylsilyl group, a propyldimethylsilyl group, a triphenylsilyl group, a diphenylsilyl group, and a phenylsilyl group. and the like, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서,

Figure 112017114577962-pat00005
는 상기 다른 단위 또는 치환기에 연결되는 부위를 의미한다.In this specification,
Figure 112017114577962-pat00005
means a site connected to the other unit or substituent.

본 명세서에 있어서, 분지쇄를 갖는 치환기의 탄소수는 상기 분지쇄의 탄소수를 포함한다. 예를 들어, '하나 이상의 메틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기'에서 상기 '3 내지 20'은 상기 '하나 이상의 메틸기'의 탄소수를 포함하는 수치이다. In the present specification, the number of carbon atoms of the substituent having a branched chain includes the number of carbon atoms of the branched chain. For example, in 'Alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one methyl group as a branched chain', '3 to 20' is a number including the number of carbon atoms in the 'at least one methyl group'.

본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification provides a heterocyclic compound including the unit of Formula 1 above.

종래에는 유기 태양 전지의 전자 주개 물질(p형 유기물층)로 전자 주개 유닛(push: electron donating unit) 및 전자 받개 유닛(pull: electron withdrawing unit)을 각각 한 가지씩 포함하는 고분자를 사용하였다.Conventionally, a polymer including one electron donating unit (push) and one electron withdrawing unit (pull) was used as the electron donating material (p-type organic material layer) of the organic solar cell.

반면, 상기 화학식 1의 단위는 전자 받개 유닛(pull)으로는 한 가지 유닛, 즉, 벤조티아디아졸(benzothiadiazole) 유도체를 포함하고 있지만, 전자 주개 유닛(push)으로는 두 가지 유닛, 즉, 디티에노피란(dithienopyran) 유도체 및 상기 [Push]를 포함하고 있다.On the other hand, the unit of Chemical Formula 1 includes one unit as an electron accepting unit (pull), that is, a benzothiadiazole derivative, but two units as an electron donor unit (push), namely, DT. It contains a derivative of enophyran (dithienopyran) and the [Push].

따라서, 두 전자 주개 유닛의 광학적, 전기화학적인 장점을 복합적으로 나타낼 수 있고, 보다 넓은 영역의 빛을 보다 많이 흡수할 수 있다는 장점이 있다.Therefore, the optical and electrochemical advantages of the two electron donor units can be exhibited in a complex manner, and there is an advantage that more light in a wider area can be absorbed.

구체적으로, 상기 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물을 유기 태양 전지의 전자 주개 물질로 사용할 경우, 300nm 내지 900nm의 넓은 파장 영역에서 빛을 흡수할 수 있다. Specifically, when the heterocyclic compound including the unit of Formula 1 is used as an electron donor material for an organic solar cell, light may be absorbed in a wide wavelength range of 300 nm to 900 nm.

뿐만 아니라, 낮은 HOMO 에너지 레벨을 유지할 수 있어, 종래의 넓은 흡수 영역을 갖는 전자 주개 물질의 단점인 HOMO 에너지 레벨이 높아 개방전압이 낮다는 단점을 보완할 수 있으므로, 궁극적으로는 유기 태양 전지의 광전 변환 효율을 높일 수 있다. In addition, since it is possible to maintain a low HOMO energy level, the disadvantage of a low open circuit voltage due to a high HOMO energy level, which is a disadvantage of the conventional electron donor material having a wide absorption area, can be compensated for. The conversion efficiency can be increased.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 또는 할로겐기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 1 to R 6 are each a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl group; or a halogen group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 각각 할로겐기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, each of R 1 to R 4 is a halogen group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 각각 불소이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 1 to R 4 are each fluorine.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 탄소수 3 내지 20의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 탄소수 5 내지 15의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 5 to 15 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 탄소수 8 내지 12의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 8 to 12 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다. In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one alkyl group having 1 to 5 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having at least one alkyl group having 1 to 3 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 탄소수 1 또는 2의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 8 내지 12의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 8 to 12 carbon atoms having at least one alkyl group having 1 or 2 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 메틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one methyl group as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 메틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having at least one methyl group as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 하나 이상의 메틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 8 내지 12의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each an alkyl group having 8 to 12 carbon atoms having one or more methyl groups as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 디메틸옥틸(dimetyloctyl)기이다.In the exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a dimethyloctyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 2,6-디메틸옥틸(2,6-dimetyloctyl)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a 2,6-dimethyloctyl (2,6-dimetyloctyl) group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 각각 S이다.In the exemplary embodiment of the present specification, each of X 1 to X 4 is S.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Y는 O이다.In an exemplary embodiment of the present specification, Y is O.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 [Push]는 전자를 공여하는(donating) 특성을 갖는다. 구체적으로, 상기 [Push]에는 티오펜이 포함되어 있어, 전자 공여하는 특성이 우수하다.In the exemplary embodiment of the present specification, the [Push] has a property of donating electrons. Specifically, the [Push] contains thiophene, and thus has excellent electron donating properties.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 -SR"이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted silyl group; or -SR".

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 실릴기; 또는 -SR"이며, 상기 R"는 탄소수 3 내지 20의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl group; a silyl group substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; or -SR", wherein R" is a branched-chain alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 탄소수 5 내지 15의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a branched-chain alkyl group having 5 to 15 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 탄소수 5 내지 15의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 5 to 15 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 각각 탄소수 6 내지 10의 분지쇄의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 6 to 10 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다. In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one alkyl group having 1 to 5 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having at least one alkyl group having 2 or 3 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 6 내지 10의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 6 to 10 carbon atoms having at least one alkyl group having 2 or 3 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one ethyl group as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having at least one ethyl group as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 6 내지 10의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an alkyl group having 6 to 10 carbon atoms having at least one ethyl group as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 에틸헥실(ethylhexyl)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each an ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 2-에틸헥실(2- ethylhexyl)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a 2-ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 -SR"이며, 상기 R"는 하나 이상의 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each -SR", and R" is an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having at least one alkyl group having 1 to 5 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 -SR"는 설파이드기이다.In one embodiment of the present specification, the -SR" is a sulfide group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 하나 이상의 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R" is an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having at least one alkyl group having 2 or 3 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 하나 이상의 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 분지쇄로 갖는 탄소수 6 내지 10의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R" is an alkyl group having 6 to 10 carbon atoms having at least one alkyl group having 2 or 3 carbon atoms as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 3 내지 20의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R" is an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms having one or more ethyl groups as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 5 내지 15의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R″ is an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms having one or more ethyl groups as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 하나 이상의 에틸기를 분지쇄로 갖는 탄소수 6 내지 10의 알킬기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R" is an alkyl group having 6 to 10 carbon atoms having one or more ethyl groups as a branched chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 에틸헥실(ethylhexyl)기이다. In an exemplary embodiment of the present specification, R" is an ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R"는 2-에틸헥실(2-ethylhexyl)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R" is a 2-ethylhexyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 실릴기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a silyl group substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 탄소수 2 내지 8의 알킬기로 치환된 실릴기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a silyl group substituted with an alkyl group having 2 to 8 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 탄소수 3 내지 6의 알킬기로 치환된 실릴기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a silyl group substituted with an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 탄소수 4 또는 5의 알킬기로 치환된 실릴기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a silyl group substituted with an alkyl group having 4 or 5 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 부틸기로 치환된 실릴기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a silyl group substituted with a butyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 트리부틸실릴(tributylsilyl)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 7 and R 8 are each a tributylsilyl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 각각 하기 구조식 중 선택된 어느 하나이다.In the exemplary embodiment of the present specification, each of R 7 and R 8 is any one selected from the following structural formulas.

Figure 112017114577962-pat00006
Figure 112017114577962-pat00007
Figure 112017114577962-pat00008
Figure 112017114577962-pat00006
Figure 112017114577962-pat00007
Figure 112017114577962-pat00008

상기 구조식에서, Bu는 부틸(butyl)기이고,In the above structural formula, Bu is a butyl group,

Figure 112017114577962-pat00009
는 상기 화학식 2의 구조에 연결되는 부위이다.
Figure 112017114577962-pat00009
is a site connected to the structure of Formula 2 above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9 및 R10은 각각 수소 또는 할로겐기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 9 and R 10 are each hydrogen or a halogen group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9 및 R10은 각각 수소이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 9 and R 10 are each hydrogen.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9 및 R10은 각각 불소이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 9 and R 10 are each fluorine.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11 내지 R20은 각각 수소이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 11 to R 20 are each hydrogen.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 21 and R 22 are each a substituted or unsubstituted alkoxy group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 치환된 알콕시기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 21 and R 22 are each an alkoxy group substituted with an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 (2-헥실데실)옥시((2-hexyldecyl)oxy)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, R 21 and R 22 are each a (2-hexyldecyl)oxy ((2-hexyldecyl)oxy) group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X5 내지 X10은 각각 S이다.In the exemplary embodiment of the present specification, each of X 5 to X 10 is S.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것이다.In the exemplary embodiment of the present specification, Chemical Formula 1 is represented by the following Chemical Formula 1-1 or 1-2.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure 112017114577962-pat00010
Figure 112017114577962-pat00010

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure 112017114577962-pat00011
Figure 112017114577962-pat00011

상기 화학식 1-1 및 1-2에서, In Formulas 1-1 and 1-2,

R1 내지 R22는 상기 화학식 1 내지 3에서 정의한 바와 동일하다.R 1 to R 22 are the same as defined in Formulas 1 to 3 above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것이다.In an exemplary embodiment of the present specification, Chemical Formula 1 is represented by any one of the following compounds.

Figure 112017114577962-pat00012
Figure 112017114577962-pat00013
Figure 112017114577962-pat00012
Figure 112017114577962-pat00013

Figure 112017114577962-pat00014
Figure 112017114577962-pat00015
Figure 112017114577962-pat00014
Figure 112017114577962-pat00015

Figure 112017114577962-pat00016
Figure 112017114577962-pat00016

상기 화합물에서,In the compound,

n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.n is the same as defined in Formula 1 above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물의 말단기는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다. In an exemplary embodiment of the present specification, the terminal group of the heterocyclic compound is a substituted or unsubstituted heterocyclic group; Or a substituted or unsubstituted aryl group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물의 말단기는 4-(트리플루오로메틸)페닐(4-(trifluoromethyl)phenyl)기이다. In an exemplary embodiment of the present specification, the terminal group of the heterocyclic compound is a 4-(trifluoromethyl)phenyl (4-(trifluoromethyl)phenyl) group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물의 말단기는 브로모-티오펜(bromo-thiophene)기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, the terminal group of the heterocyclic compound is a bromo-thiophene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물의 말단기는 트라이플루오로-벤젠(trifluoro-benzene)기이다. In the exemplary embodiment of the present specification, the terminal group of the heterocyclic compound is a trifluoro-benzene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물의 수평균 분자량은 10,000g/mol 내지 100,000g/mol 바람직하게는 30,000g/mol 내지 50,000g/mol이다. In an exemplary embodiment of the present specification, the number average molecular weight of the heterocyclic compound is 10,000 g/mol to 100,000 g/mol, preferably 30,000 g/mol to 50,000 g/mol.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로환 화합물은 1 내지 10의 분자량 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는 1 내지 5, 더욱 바람직하게는 1 내지 2의 분자량 분포를 가질 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the heterocyclic compound may have a molecular weight distribution of 1 to 10. Preferably, it may have a molecular weight distribution of 1 to 5, more preferably 1 to 2.

본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고, 상기 전자 주개는 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode; a second electrode provided to face the first electrode; and one or more organic material layers provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, wherein the photoactive layer comprises an electron donor and an electron acceptor, wherein the electron donor comprises the heterocyclic compound An organic solar cell is provided.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개는 상기 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물이다.In an exemplary embodiment of the present specification, the electron donor is a heterocyclic compound including the unit of Formula 1 above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물에 대한 설명은 전술한 내용과 동일하다.In an exemplary embodiment of the present specification, the description of the heterocyclic compound is the same as that described above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개는 플러렌(fullerene)계 화합물, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the electron acceptor may be selected from the group consisting of a fullerene-based compound, vasocuproin, a semiconducting element, a semiconducting compound, and combinations thereof.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개는 플러렌계 화합물일 수 있으며, 구체적으로 PC61BM ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC71BM ([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester), mono-oQDMC60 (mono-o-quino-dimethane C60), bis-oQDMC60 (bis-o-quino-dimethane C60), ICBA (indene-C60-bis-adduct) 및 bis-PCBM (bis-[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 중 어느 하나일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the electron acceptor may be a fullerene-based compound, specifically PC 61 BM ([6,6]-phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester), PC 71 BM ([6, 6]-phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester), mono-oQDMC 60 (mono-o-quino-dimethane C 60 ), bis-oQDMC 60 (bis-o-quino-dimethane C 60 ), ICBA (indene-C 60 -bis-adduct) and bis-PCBM (bis-[6,6]-phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester) can

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개와 전자 받개의 질량비는 1:4 내지 4:1이며, 바람직하게는 1:2 내지 2:1, 더욱 바람직하게는 1:2 내지 1:1 일 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the mass ratio of the electron donor and the electron acceptor is 1:4 to 4:1, preferably 1:2 to 2:1, more preferably 1:2 to 1:1 day can

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the electron donor and electron acceptor may constitute a bulk heterojunction (BHJ).

벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.The bulk heterojunction refers to a mixture of an electron donor material and an electron acceptor material in the photoactive layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개는 p형 유기물층일 수 있고, 상기 전자 받개는 n형 유기물층일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the electron donor may be a p-type organic material layer, and the electron acceptor may be an n-type organic material layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 첨가제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the photoactive layer may further include an additive.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 분자량은 50g/mol 내지 300g/mol이다.In an exemplary embodiment of the present specification, the molecular weight of the additive is 50 g/mol to 300 g/mol.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 끓는점이 30℃ 내지 300℃인 유기물이다.In an exemplary embodiment of the present specification, the additive is an organic material having a boiling point of 30°C to 300°C.

본 명세서에서 유기물이란 탄소 원자를 적어도 1 이상 포함하는 물질을 의미한다.As used herein, an organic material refers to a material including at least one carbon atom.

하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 1,8-다이이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르(DPE:diphenylether), 옥탄디티올(octane dithiol) 및 테트라브로모티오펜(tetrabromothiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 중에서 1 또는 2 종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the additive is 1,8-diiodooctane (DIO: 1,8-diiodooctane), 1-chloronaphthalene (1-CN: 1-chloronaphthalene), diphenyl ether (DPE: diphenylether) , octane dithiol (octane dithiol) and tetrabromothiophene (tetrabromothiophene) may further include one or two kinds of additives selected from the group consisting of additives.

상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전자차단층, 전자주입층, 전자수송층 및 전하발생층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 층을 더 포함할 수 있다.The organic material layer may further include one or two or more layers selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and a charge generation layer.

본 명세서의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.An organic solar cell according to an embodiment of the present specification includes a first electrode, a photoactive layer, and a second electrode. The organic solar cell may further include a substrate, a hole transport layer and/or an electron transport layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide) 또는 TAC(triacetyl cellulose) 등이 사용될 수 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the substrate may be a glass substrate or a transparent plastic substrate excellent in transparency, surface smoothness, handling and waterproofing properties, but is not limited thereto, and is limited as long as it is a substrate commonly used in organic solar cells doesn't happen Specifically, glass, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), or triacetyl cellulose (TAC) may be used. The present invention is not limited thereto.

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

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell may further include an additional organic material layer. The organic solar cell may reduce the number of organic material layers by using an organic material having multiple functions at the same time.

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

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

또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 애노드, 정공수송층,광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.In another embodiment, the organic solar cell may be arranged in the order of the anode, the hole transport layer, the photoactive layer, the electron transport layer and the cathode, the cathode, the electron transport layer, the photoactive layer, the hole transport layer and the anode may be arranged in the order , but is not limited thereto.

도 1은 제1 전극(101), 전자수송층(102), 광활성층(103), 정공수송층(104) 및 제2 전극(105)을 포함하는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.1 shows an organic solar cell according to an embodiment of the present specification including a first electrode 101, an electron transport layer 102, a photoactive layer 103, a hole transport layer 104, and a second electrode 105 It is also

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 기판, 제1 전극, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 제2 전극 순서로 형성되는 노멀(Normal) 구조일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell may have a normal structure formed in the order of a substrate, a first electrode, a hole transport layer, a photoactive layer, an electron transport layer, and a second electrode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 기판, 제1 전극, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 제2 전극의 순서로 형성되는 인버티드(Inverted) 구조일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell may have an inverted structure formed in the order of a substrate, a first electrode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and a second electrode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 탠덤(tandem)구조이다. 이 경우 상기 유기 태양 전지는 2층 이상의 광활성층을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the organic solar cell has a tandem structure. In this case, the organic solar cell may include two or more photoactive layers. The organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification may have one or more photoactive layers.

또 하나의 실시상태에 있어서, 버퍼층이 광활성층과 정공수송층 사이 또는 광활성층과 전자수송층 사이에 구비될 수 있다. 이때, 정공주입층이 애노드와 정공수송층 사이에 더 구비될 수 있다. 또한, 전자주입층이 캐소드와 전자수송층 사이에 더 구비될 수 있다.In another embodiment, the buffer layer may be provided between the photoactive layer and the hole transport layer or between the photoactive layer and the electron transport layer. In this case, the hole injection layer may be further provided between the anode and the hole transport layer. In addition, an electron injection layer may be further provided between the cathode and the electron transport layer.

상기 제1 전극의 재료는 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 및 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.The material of the first electrode may be a transparent and highly conductive material, but is not limited thereto. For example, metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, gold, or alloys thereof; metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO); combinations of metals and oxides such as ZnO:Al or SnO 2 :Sb; and conductive polymers such as poly(3-methylthiophene), poly[3,4-(ethylene-1,2-dioxy)thiophene](PEDOT), polypyrrole and polyaniline, but is not limited thereto .

상기 제1 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용할 수 있다.The method of forming the first electrode is not particularly limited, but, for example, sputtering, E-beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing may be used.

상기 제1 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다. When the first electrode is formed on the substrate, it may be subjected to cleaning, moisture removal, and hydrophilic modification.

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

상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다. Through the surface modification as described above, the bonding surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the photoactive layer. In addition, the formation of the polymer thin film on the first electrode may be facilitated during the modification, and the quality of the thin film may be improved.

제1 전극의 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있다.As a pretreatment technique for the first electrode, a) a surface oxidation method using a parallel plate discharge, b) a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV ultraviolet rays in a vacuum state, and c) oxygen generated by plasma There is a method of oxidation using radicals, and the like.

제1 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 제1 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다. One of the above methods may be selected according to the state of the first electrode or the substrate. However, whichever method is used, it is preferable to prevent oxygen escaping from the surface of the first electrode or the substrate and to suppress the residual moisture and organic matter as much as possible. In this case, the practical effect of the pre-treatment can be maximized.

구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다. As a specific example, a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV may be used. At this time, after ultrasonic cleaning, the patterned ITO substrate is baked on a hot plate and dried well, then put into a chamber, and a UV lamp is activated to pattern the patterned by ozone generated by the reaction of oxygen gas with UV light. The ITO substrate can be cleaned.

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

상기 제2 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 또는 LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The second electrode may be made of a metal having a small work function, but is not limited thereto. Specifically, metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin and lead, or alloys thereof; Alternatively, it may be a material having a multilayer structure such as LiF/Al, LiO 2 /Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF 2 , and Al:BaF 2 :Ba, but is not limited thereto.

상기 제2 전극은 5×10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.The second electrode may be formed by being deposited in a thermal evaporator showing a vacuum degree of 5×10 - 7 torr or less, but is not limited thereto.

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

상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)); 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 또는 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. The hole transport layer material is PEDOT: PSS (Poly (3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid)); molybdenum oxide (MoO x ); vanadium oxide (V 2 O 5 ); nickel oxide (NiO); Or it may be a tungsten oxide (WO x ), but is not limited thereto.

상기 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 또는 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.The electron transport layer material may be electron-extracting metal oxides, specifically, a metal complex of 8-hydroxyquinoline; complexes containing Alq 3 ; metal complexes including Liq; LiF; Ca; titanium oxide (TiO x ); zinc oxide (ZnO); Or cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) It may be, but is not limited thereto.

광활성층은 전자공여체 및/또는 전자수용체와 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드 및 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.The photoactive layer may be formed by dissolving a photoactive material such as an electron donor and/or an electron acceptor in an organic solvent and then spin coating, dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade and brush painting, and the like. It is not limited only to the method.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 후술하는 제조 방법으로 제조될 수 있다. 후술하는 제조예들에서는 대표적인 예시들을 기재하지만, 필요에 따라, 치환기를 추가하거나 제외할 수 있으며, 치환기의 위치를 변경할 수 있다. 또한, 당 기술분야에 알려져 있는 기술을 기초로, 출발물질, 반응물질 및 반응 조건 등을 변경할 수 있다.The heterocyclic compound according to an exemplary embodiment of the present specification may be prepared by a manufacturing method described below. In the following preparations, representative examples are described, but if necessary, a substituent may be added or excluded, and the position of the substituent may be changed. In addition, based on techniques known in the art, starting materials, reactants and reaction conditions may be changed.

또한, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.In addition, in order to describe the present specification in detail, it will be described in detail with reference to Examples. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.

<< 제조예production example : 중합체 1 및 2의 제조> : Preparation of Polymers 1 and 2>

(1) 화합물 A의 제조(1) Preparation of compound A

Figure 112017114577962-pat00017
Figure 112017114577962-pat00017

컨덴서가 장착된 둥근 플라스크에 (5,5-비스(3,7-디메틸옥틸)-5H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피란-2,7-디일)비스(트리부틸스탄네인)((5,5-bis(3,7-dimethyloctyl)-5H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyran-2,7-diyl)bis(tributylstannane)) 1g, 4,7-디브로모-5,6-디플루오로벤조[c][1,2,5]티아디아졸(4,7-dibromo-5,6-difluorobenzo[c][1,2,5]thiadiazole) 0.74g(2.5eq), Pd2(dba)3(Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.05g(0.05eq), 트리(o-톨릴)포스핀(tri(o-tolyl)phosphine) 0.05g을 톨루엔에 녹인 후 12시간 동안 환류시켰다. 그 다음 클로로포름을 통해 유기층을 추출한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 A를 51%의 수득률로 수득하였다. 도 2는 합성된 화합물 A의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다. (5,5-bis(3,7-dimethyloctyl)-5H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyran-2,7-diyl) in a round flask equipped with a condenser Bis(tributylstannane)((5,5-bis(3,7-dimethyloctyl)-5H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyran-2,7-diyl)bis (tributylstannane)) 1 g, 4,7-dibromo-5,6-difluorobenzo [c] [1,2,5] thiadiazole (4,7-dibromo-5,6-difluorobenzo [c] [1,2,5]thiadiazole) 0.74 g (2.5eq), Pd 2 (dba) 3 (Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)) 0.05g (0.05eq), tri(o-tolyl)phosphine (tri( 0.05 g of o-tolyl) phosphine) was dissolved in toluene and refluxed for 12 hours. Then, the organic layer was extracted through chloroform, and then Compound A was obtained in a yield of 51% using column chromatography. 2 is a diagram showing the NMR spectrum of the synthesized compound A.

(2) 중합체 1의 제조 (2) Preparation of Polymer 1

Figure 112022011171896-pat00039
Figure 112022011171896-pat00039

깨끗이 건조된 5mL 마이크로 웨이브 바이알에 상기 화합물 A 5mmol 및 ((2,5-비스((2-헥실데실)옥시)-1,4-페닐렌)비스(티오펜-5,2-디일))비스(트리메틸스탄네인)(((2,5-bis((2-hexyldecyl)oxy)-1,4-phenylene)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(trimethylstannane)) 5mmol, Pd2(dba)3 0.03mmol 및 트리-(o-톨릴)포스핀(tri-(o-tolyl)phosphine) 0.06mmol을 첨가한 다음 무수 클로로벤젠 5mL를 첨가하였다. 생성된 반응 혼합물을 마이크로웨이브 반응기에서 130℃의 온도로 100분 동안 가열하였다. 그 다음 브로모벤조트리플루오라이드(Br-Benzotrifluoride) 0.5mL를 상기 혼합물에 가한 후, 생성된 용액을 20분 동안 더 교반하고, 실온으로 냉각시켰다. 그 다음, 상기 용액을 100mL의 메탄올에 붓고 침전된 중합체를 여과 수득하였다. 수집된 중합체를 메탄올, 아세톤, 헥산 및 클로로포름의 순서로 속슬레(soxhlet) 추출하였다. 그 후 클로로포름 추출물을 농축시킨 다음 메탄올에 붓고 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 다시 여과로 수득하고 진공 하에서 밤새 건조시킨 뒤 보라색-흑색의 광택을 가진 정제된 중합체 1(120mg, 수율 28%)을 얻었다.5 mmol of the compound A and ((2,5-bis((2-hexyldecyl)oxy)-1,4-phenylene)bis(thiophene-5,2-diyl))bis (trimethylstannane)(((2,5-bis((2-hexyldecyl)oxy)-1,4-phenylene)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(trimethylstannane)) 5 mmol, Pd 2 ( dba) 3 0.03 mmol and tri-(o-tolyl) phosphine) 0.06 mmol were added, and then 5 mL of anhydrous chlorobenzene was added. The resulting reaction mixture was heated in a microwave reactor to a temperature of 130° C. for 100 minutes. Then, 0.5 mL of bromobenzotrifluoride (Br-Benzotrifluoride) was added to the mixture, and the resulting solution was further stirred for 20 minutes and cooled to room temperature. Then, the solution was poured into 100 mL of methanol, and the precipitated polymer was obtained by filtration. The collected polymer was subjected to soxhlet extraction in the order of methanol, acetone, hexane and chloroform. Then, the chloroform extract was concentrated and then poured into methanol to precipitate a polymer. The precipitated polymer was again obtained by filtration and dried under vacuum overnight to obtain purified polymer 1 (120 mg, yield 28%) having a purple-black luster.

중합체 1의 GPC(Gel Permeation Chromatography) 분석 결과는 하기와 같았다.The results of GPC (Gel Permeation Chromatography) analysis of Polymer 1 were as follows.

- Mn(수평균 분자량)=28,641g/mol- Mn (number average molecular weight) = 28,641 g/mol

- PDI(분자량 분포)=1.98- PDI (molecular weight distribution) = 1.98

(3) 중합체 2의 제조(3) Preparation of Polymer 2

Figure 112022011171896-pat00040
Figure 112022011171896-pat00040

깨끗이 건조된 5mL 마이크로 웨이브 바이알에 화합물 A 5mmol, ((2,5-(4,8-비스(5-(2-에틸헥실)티오펜-2-일)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일)비스(트리메틸스탄네인)(((2,5-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane)) 5mmol, Pd2(dba)3 0.03mmol 및 트리-(o-톨릴)포스핀(tri-(o-tolyl)phosphine) 0.06mmol을 첨가한 다음 무수 클로로벤젠 5mL를 첨가하였다. 생성된 반응 혼합물을 마이크로웨이브 반응기에서 130℃의 온도로 100분 동안 가열하였다. 그 다음 브로모벤조트리플루오라이드(Br-Benzotrifluoride) 0.5mL를 상기 혼합물에 가한 후, 생성된 용액을 20분 동안 더 교반하고 실온으로 냉각시켰다. 그 다음, 상기 용액을 100mL의 메탄올에 붓고 침전된 중합체를 여과 수득하였다. 수집된 중합체를 메탄올, 아세톤, 헥산 및 클로로포름 순서로 속슬레(soxhlet) 추출하였다. 그 후 클로로포름 추출물을 농축시킨 다음 메탄올에 붓고 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 다시 여과로 수득하고 진공 하에 밤새 건조시킨 뒤 보라색-흑색의 광택을 가진 정제된 중합체 2(150mg, 수율 32 %)를 얻었다.5 mmol of compound A, ((2,5-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4, 5-b′]dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane)(((2,5-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[ 1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane)) 5 mmol, Pd 2 (dba) 3 0.03 mmol and tri-(o-tolyl)phosphine (tri-( o-tolyl)phosphine) 0.06mmol was added, and then 5mL of anhydrous chlorobenzene was added.The resulting reaction mixture was heated in a microwave reactor to a temperature of 130°C for 100 minutes.Then bromobenzotrifluoride (Br -Benzotrifluoride) 0.5mL was added to the mixture, and the resulting solution was further stirred for 20 minutes and cooled to room temperature.Then, the solution was poured into 100mL methanol, and the precipitated polymer was collected by filtration. Soxhlet extraction with methanol, acetone, hexane and chloroform in that order.Then the chloroform extract is concentrated and then poured into methanol to precipitate polymer.Precipitated polymer is again obtained by filtration and dried under vacuum overnight, then purple- A purified polymer 2 (150 mg, yield 32%) having a black luster was obtained.

중합체 2의 GPC(Gel Permeation Chromatography) 분석 결과는 하기와 같았다.The results of GPC (Gel Permeation Chromatography) analysis of Polymer 2 were as follows.

- Mn(수평균 분자량)=31,245g/mol- Mn (number average molecular weight) = 31,245 g/mol

- PDI(분자량 분포)=1.81- PDI (molecular weight distribution) = 1.81

상기 중합체 1 및 2를 클로로벤젠에 녹여서 만든 필름 샘플의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 도 3에 도시하였고, 상기 도 3에 따른 중합체 1 및 2의 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The UV-Vis absorption spectrum of the film sample prepared by dissolving the polymers 1 and 2 in chlorobenzene is shown in FIG. 3, and the analysis results of the polymers 1 and 2 according to FIG. 3 are shown in Table 1 below.


Mn/D
(g/mol)
Mn/D
(g/mol)
필름film Optical
Eg opt
(eV)
Optical
E g opt
(eV)
HOMO
(eV)
HOMO
(eV)
LUMO
(eV)
LUMO
(eV)
λmax
(nm)
λ max
(nm)
λedge
(nm)
λ edge
(nm)
중합체 1Polymer 1 28,641/1.9828,641/1.98 800800 1,0001,000 1.241.24 -5.23-5.23 -3.99-3.99 중합체 2Polymer 2 31,245/1.8131,245/1.81 750750 950950 1.301.30 -5.28-5.28 -3.95-3.95

상기 표 1에서, Mn은 수평균 분자량을, D는 분자량 분포를 의미한다. 또한, λmax는 필름 상태에서 중합체의 최대 흡수 파장을 의미하고, λedge는 필름상태에서의 흡수단을 의미하며, Optical Eg opt는 필름 상태에서의 중합체의 HOMO 및 LUMO 에너지 밴드갭을 의미한다. In Table 1, Mn denotes a number average molecular weight, and D denotes a molecular weight distribution. In addition, λ max means the maximum absorption wavelength of the polymer in the film state, λ edge means the absorption edge in the film state, and Optical E g opt means the HOMO and LUMO energy bandgap of the polymer in the film state .

상기 HOMO 에너지 준위는 순환 전압 전류법(CV, cyclic voltammetry)을 통해 산화 포텐셜(oxidation potential)을 측정하고, Eonset(산화가 시작되는 전위) 값을 구한 후, 페로센(ferrocene) 기준 값인 -4.70과 상기 중합체의 Eonset 값의 차이를 구한 것이다. LUMO 에너지 준위는 상기 HOMO 에너지 준위에 옵티컬 밴드갭(optical bandgap)을 더하여 얻은 것이다.The HOMO energy level is determined by measuring an oxidation potential through cyclic voltammetry (CV), obtaining an Eonset (potential at which oxidation starts), and then determining the ferrocene reference value of -4.70 and the The difference in Eonset values of polymers was obtained. The LUMO energy level is obtained by adding an optical bandgap to the HOMO energy level.

<실시예 : 유기 태양 전지의 제조><Example: Preparation of organic solar cell>

실시예 1-1.Example 1-1.

상기 중합체 1과 PC71BM 을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 복합 용액 중 상기 중합체 1과 PC71BM의 농도는 4wt%로 조절하였으며, 후술하는 과정과 같이 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag의 인버티드 구조로 유기 태양 전지를 제조하였다.A composite solution was prepared by dissolving the polymer 1 and PC 71 BM in 1:1 chlorobenzene (CB). At this time, the concentration of the polymer 1 and PC 71 BM in the complex solution was adjusted to 4 wt%, and an organic solar cell was prepared with an inverted structure of ITO/ZnO NP/photoactive layer/MoO 3 /Ag as described below.

ITO가 1.5 cm × 1.5 cm의 바타입(bar type)으로 코팅된 유리 기판(11.5Ω/□)을 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하여 제1 전극을 형성하였다.A glass substrate (11.5Ω/□) coated with ITO in a bar type of 1.5 cm × 1.5 cm was ultrasonically cleaned using distilled water, acetone, and 2-propanol, and the ITO surface was treated with ozone for 10 minutes. One electrode was formed.

ZnO NP(N-10, Nanograde Ltd, 2.5wt% in 1-butanol, 0.45㎛ PTFE에 필터링)를 만들고, 상기 제1 전극 상에 상기 ZnO NP 용액을 4,000rpm으로 40초 동안 스핀 코팅(spin-coating)한 후, 80℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 형성하였다. ZnO NPs (N-10, Nanograde Ltd, 2.5wt% in 1-butanol, filtered in 0.45㎛ PTFE) were prepared, and the ZnO NP solution was spin-coated on the first electrode at 4,000rpm for 40 seconds (spin-coating) ), and then heat-treated at 80° C. for 10 minutes to remove the remaining solvent to form an electron transport layer.

이후, 광활성층의 코팅을 위하여 상기 중합체 1 및 PC71BM의 복합 용액을 상기 전자수송층 상에 70℃에서 700rpm으로 25초간 스핀 코팅하였다. Then, for coating the photoactive layer, the composite solution of Polymer 1 and PC 71 BM was spin-coated on the electron transport layer at 70° C. at 700 rpm for 25 seconds.

이후, 열 증착기에서 MoO3를 0.2Å/s의 속도 및 10- 7torr 진공 하에서 10nm의 두께로 상기 광활성층 상에 열 증착하여 정공수송층을 제조하였다. Then, in a thermal evaporation machine, MoO 3 was thermally deposited on the photoactive layer at a rate of 0.2 Å/s and a thickness of 10 nm under a vacuum of 10 - 7 torr to prepare a hole transport layer.

이후, 열 증착기 내부에서 Ag를 1Å/s의 속도로 두께가 100nm가 되도록 증착하여 제2 전극을 형성함으로써, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.Thereafter, Ag was deposited to a thickness of 100 nm at a rate of 1 Å/s in a thermal evaporator to form a second electrode, thereby manufacturing an organic solar cell having an inverted structure.

실시예 1-2.Example 1-2.

상기 실시예 1-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 1 및 PC71BM의 복합 용액을 1,000rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the composite solution of Polymer 1 and PC 71 BM was spin-coated at 1,000 rpm during the photoactive layer coating in Example 1-1.

실시예 1-3.Examples 1-3.

상기 실시예 1-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 1 및 PC71BM의 복합 용액을 1,500rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the composite solution of Polymer 1 and PC 71 BM was spin-coated at 1,500 rpm during the photoactive layer coating in Example 1-1.

실시예 1-4.Examples 1-4.

상기 실시예 1-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 1 및 PC71BM의 복합 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that a composite solution of Polymer 1 and PC 71 BM was spin-coated at 2,000 rpm when the photoactive layer was coated in Example 1-1.

상기 실시예 1-1 내지 1-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전 변환 특성을 100mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 1-1 to 1-4 were measured under 100 mW/cm 2 (AM 1.5) conditions, and the results are shown in Table 2 below.

Spin-speed
(rpm)
spin-speed
(rpm)
Voc
(V)
V oc
(V)
Jsc
(mA/cm2)
J sc
(mA/cm 2 )
FFFF η
(%)
η
(%)
평균 η
(%)
mean η
(%)
실시예 1-1Example 1-1 700700 0.8330.833 9.8989.898 0.4020.402 3.323.32 3.333.33 0.8330.833 9.7529.752 0.4100.410 3.333.33 실시예 1-2Example 1-2 1,0001,000 0.8330.833 9.7959.795 0.3610.361 2.942.94 3.273.27 0.8310.831 10.01610.016 0.4330.433 3.603.60 실시예 1-3Examples 1-3 1,5001,500 0.7790.779 10.87210.872 0.4470.447 3.793.79 3.933.93 0.8340.834 10.73710.737 0.4540.454 4.064.06 실시예 1-4Examples 1-4 2,0002,000 0.8390.839 10.90010.900 0.4680.468 4.284.28 4.274.27 0.8390.839 10.53510.535 0.4810.481 4.254.25

실시예 2-1. Example 2-1.

상기 중합체 2와 PC71BM을 1:2로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 복합 용액 중 상기 중합체 2와 PC71BM의 농도는 4wt%로 조절하였으며, 후술하는 과정과 같이 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag의 인버티드 구조로 유기 태양 전지를 제조하였다.Polymer 2 and PC 71 BM were dissolved in chlorobenzene (CB) at a ratio of 1:2 to prepare a composite solution. At this time, the concentration of the polymer 2 and PC 71 BM in the composite solution was adjusted to 4 wt %, and an organic solar cell was prepared with an inverted structure of ITO/ZnO NP/photoactive layer/MoO 3 /Ag as described later.

ITO가 1.5 cm × 1.5 cm의 바타입(bar type)으로 코팅된 유리 기판(11.5Ω/□)을 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하여 제1 전극을 형성하였다.A glass substrate (11.5Ω/□) coated with ITO in a bar type of 1.5 cm × 1.5 cm was ultrasonically cleaned using distilled water, acetone, and 2-propanol, and the ITO surface was treated with ozone for 10 minutes. One electrode was formed.

ZnO NP(N-10, Nanograde Ltd, 2.5wt% in 1-butanol, 0.45㎛ PTFE에 필터링)를 만들고, 상기 ZnO NP 용액을 상기 제1 전극 상에 4,000rpm으로 40초간 스핀 코팅(spin-coating)한 후, 80℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거함으로써 전자수송층을 형성하였다. ZnO NP (N-10, Nanograde Ltd, 2.5wt% in 1-butanol, filtered in 0.45㎛ PTFE) was prepared, and the ZnO NP solution was spin-coated on the first electrode at 4,000rpm for 40 seconds (spin-coating) After heat treatment at 80° C. for 10 minutes, the remaining solvent was removed to form an electron transport layer.

이후, 광활성층의 코팅을 위하여, 상기 중합체 2 및 PC71BM의 복합 용액을 상기 전자수송층 상에 70℃에서 700rpm으로 25초간 스핀 코팅하였다. Then, for coating the photoactive layer, the composite solution of Polymer 2 and PC 71 BM was spin-coated on the electron transport layer at 70° C. at 700 rpm for 25 seconds.

이후, 열 증착기에서 MoO3를 0.2Å/s의 속도 및 10- 7torr 진공 하에서 10nm의 두께로 상기 광활성층 상에 열 증착하여 정공수송층을 제조하였다. Then, in a thermal evaporation machine, MoO 3 was thermally deposited on the photoactive layer at a rate of 0.2 Å/s and a thickness of 10 nm under a vacuum of 10 - 7 torr to prepare a hole transport layer.

이후, 열 증착기 내부에서 Ag를 1Å/s의 속도로 두께가 100nm가 되도록 증착하여 제2 전극을 형성함으로써, 인버티드 구조의 유기 태양 전지를 제조하였다.Thereafter, Ag was deposited to a thickness of 100 nm at a rate of 1 Å/s in a thermal evaporator to form a second electrode, thereby manufacturing an organic solar cell having an inverted structure.

실시예 2-2.Example 2-2.

상기 실시예 2-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 2 및 PC71BM의 복합 용액을 1,000rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 2-1, except that a composite solution of Polymer 2 and PC 71 BM was spin-coated at 1,000 rpm when the photoactive layer was coated in Example 2-1.

실시예 2-3.Example 2-3.

상기 실시예 2-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 2 및 PC71BM의 복합 용액을 1,500rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the composite solution of Polymer 2 and PC 71 BM was spin-coated at 1,500 rpm during the photoactive layer coating in Example 2-1.

실시예 2-4.Example 2-4.

상기 실시예 2-1에서 광활성층 코팅 시 중합체 2 및 PC71BM의 복합 용액을 2,000rpm으로 스핀 코팅한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 과정으로 유기 태양 전지를 제조하였다. An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 2-1, except that a composite solution of Polymer 2 and PC 71 BM was spin-coated at 2,000 rpm during the photoactive layer coating in Example 2-1.

상기 실시예 2-1 내지 2-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전 변환 특성을 100mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.The photoelectric conversion characteristics of the organic solar cells prepared in Examples 2-1 to 2-4 were measured under 100 mW/cm 2 (AM 1.5) conditions, and the results are shown in Table 3 below.

Spin-speed
(rpm)
spin-speed
(rpm)
Voc
(V)
V oc
(V)
Jsc
(mA/cm2)
J sc
(mA/cm 2 )
FFFF η
(%)
η
(%)
평균 η
(%)
mean η
(%)
실시예 2-1Example 2-1 700700 0.8140.814 12.06012.060 0.5290.529 5.195.19 5.225.22 0.8130.813 11.89511.895 0.5430.543 5.255.25 실시예 2-2Example 2-2 1,0001,000 0.8200.820 11.98511.985 0.5630.563 5.535.53 5.575.57 0.8170.817 11.76011.760 0.5830.583 5.615.61 실시예 2-3Example 2-3 1,5001,500 0.8300.830 11.29711.297 0.5230.523 4.914.91 5.385.38 0.8220.822 11.65611.656 0.6100.610 5.855.85 실시예 2-4Example 2-4 2,0002,000 0.8270.827 10.13410.134 0.5750.575 4.814.81 4.934.93 0.8250.825 10.31210.312 0.5930.593 5.045.04

상기 표 2 및 3에서, 상기 Spin-speed는 전자수송층 상에 복합 용액을 스핀-코팅하여 광활성층을 형성할 때 장비의 회전 속도를, VOC는 개방전압을, JSC는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)을, η는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양 전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 에너지 변환 효율(η)은 상기 개방전압(Voc), 단락전류(Jsc) 및 충전율(FF)의 곱을 입사된 빛의 세기(Pin)로 나누면 구할 수 있으며, 이 값이 높을수록 바람직하다.In Tables 2 and 3, the Spin-speed is the rotation speed of the equipment when the photoactive layer is formed by spin-coating the complex solution on the electron transport layer, V OC is the open circuit voltage, J SC is the short circuit current, FF is the fill factor, and η is the energy conversion efficiency. The open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively, and the higher these two values, the higher the efficiency of the solar cell is. Also, the fill factor is a value obtained by dividing the area of a rectangle that can be drawn inside the curve by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. The energy conversion efficiency (η) can be obtained by dividing the product of the open circuit voltage (V oc ), the short-circuit current (J sc ), and the charging factor (FF) by the intensity of the incident light (P in ), and a higher value is preferable. .

Figure 112017114577962-pat00020
Figure 112017114577962-pat00020

상기 표 2 및 3의 결과를 살펴보면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체 1 및 2를 전자 주개로 사용한 실험예의 유기 태양 전지는 개방 전압이 높고, 충전율 등의 소자 효율이 우수하며, 에너지 변환 효율이 우수한 것을 알 수 있다.Looking at the results of Tables 2 and 3, the organic solar cells of the experimental examples using polymers 1 and 2 according to an exemplary embodiment of the present specification as electron donors have high open-circuit voltage, excellent device efficiency such as charge rate, and energy conversion efficiency It can be seen that this is excellent.

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

Claims (14)

하기 화학식 1의 단위를 포함하는 헤테로환 화합물:
[화학식 1]
Figure 112017114577962-pat00021

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R6은 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 또는 할로겐기이고,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하며 각각 S 또는 O이고,
Y는 O, S 또는 CRR'이며,
R 및 R'는 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n은 1 내지 10,000의 정수이며,
[Push]는 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 것이고,
[화학식 2]
Figure 112017114577962-pat00022

[화학식 3]
Figure 112017114577962-pat00023

상기 화학식 2 및 3에서,
R7 내지 R22는 서로 같거나 상이하며 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 할로겐기; 또는 -SR"이고,
R"는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
X5 내지 X10은 서로 같거나 상이하며 각각 S 또는 O이고,
Figure 112017114577962-pat00024
는 상기 화학식 1의 주쇄에 연결되는 부위이다.
Heterocyclic compound comprising a unit of formula (1):
[Formula 1]
Figure 112017114577962-pat00021

In Formula 1,
R 1 to R 6 are the same as or different from each other and are each hydrogen; a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted alkoxy group; or a halogen group,
X 1 to X 4 are the same as or different from each other and are each S or O,
Y is O, S or CRR';
R and R' are the same as or different from each other and are each hydrogen; Or a substituted or unsubstituted alkyl group,
n is an integer from 1 to 10,000,
[Push] is represented by the following formula 2 or 3,
[Formula 2]
Figure 112017114577962-pat00022

[Formula 3]
Figure 112017114577962-pat00023

In Formulas 2 and 3,
R 7 to R 22 are the same as or different from each other and are each hydrogen; a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted alkoxy group; a substituted or unsubstituted silyl group; halogen group; or -SR";
R" is a substituted or unsubstituted alkyl group,
X 5 to X 10 are the same as or different from each other and are each S or O,
Figure 112017114577962-pat00024
is a site connected to the main chain of Formula 1 above.
청구항 1에 있어서,
상기 X1 내지 X10은 각각 S인 것인 헤테로환 화합물.
The method according to claim 1,
Wherein X One To X 10 Each of S is a heterocyclic compound.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
[화학식 1-1]
Figure 112017114577962-pat00025

[화학식 1-2]
Figure 112017114577962-pat00026

상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
R1 내지 R22는 상기 화학식 1 내지 3에서 정의한 바와 동일하다.
The method according to claim 1,
Formula 1 is a heterocyclic compound represented by the following Formula 1-1 or 1-2:
[Formula 1-1]
Figure 112017114577962-pat00025

[Formula 1-2]
Figure 112017114577962-pat00026

In Formulas 1-1 and 1-2,
R 1 to R 22 are the same as defined in Formulas 1 to 3 above.
청구항 1에 있어서,
상기 R5 및 R6은 각각 탄소수 3 내지 20의 분지쇄의 알킬기인 것인 헤테로환 화합물.
The method according to claim 1,
wherein R 5 and R 6 are each a branched-chain alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.
청구항 4에 있어서,
상기 R5 및 R6은 각각 디메틸옥틸(dimethyloctyl)기인 것인 헤테로환 화합물.
5. The method according to claim 4,
The R 5 and R 6 are each a dimethyl octyl (dimethyloctyl) group is a heterocyclic compound.
청구항 1에 있어서,
상기 R7 및 R8은 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 실릴기; 또는 -SR"이며, 상기 R"는 각각 탄소수 3 내지 20의 분지쇄의 알킬기인 것인 헤테로환 화합물.
The method according to claim 1,
wherein R 7 and R 8 are each a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl group; a silyl group substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; or -SR", wherein R" is a branched alkyl group having 3 to 20 carbon atoms, respectively.
청구항 6에 있어서,
상기 R7 및 R8은 각각 하기 구조식 중 선택된 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
Figure 112017114577962-pat00027
Figure 112017114577962-pat00028
Figure 112017114577962-pat00029

상기 구조식에서,
Bu는 부틸기이고,
Figure 112017114577962-pat00030
는 상기 화학식 2의 구조에 연결되는 부위이다.
7. The method of claim 6,
Wherein R 7 And R 8 Each of the heterocyclic compound is any one selected from the following structural formula:
Figure 112017114577962-pat00027
Figure 112017114577962-pat00028
Figure 112017114577962-pat00029

In the above structural formula,
Bu is a butyl group,
Figure 112017114577962-pat00030
is a site connected to the structure of Formula 2 above.
청구항 1에 있어서,
상기 R21 및 R22은 각각 치환 또는 비치환된 알콕시기인 것인 헤테로환 화합물.
The method according to claim 1,
wherein R 21 and R 22 are each a substituted or unsubstituted alkoxy group.
청구항 8에 있어서,
상기 R21 및 R22는 각각 (2-헥실데실)옥시((2-hexyldecyl)oxy)기인 것인 헤테로환 화합물.
9. The method of claim 8,
wherein R 21 and R 22 are each a (2-hexyldecyl)oxy ((2-hexyldecyl)oxy) group.
청구항 1에 있어서,
상기 R1 내지 R4는 각각 할로겐기인 것인 헤테로환 화합물.
The method according to claim 1,
Wherein R 1 To R 4 Each is a halogen group is a heterocyclic compound.
청구항 10에 있어서,
상기 R1 내지 R4는 각각 불소인 것인 헤테로환 화합물.
11. The method of claim 10,
Wherein R 1 To R 4 Are each fluorine is a heterocyclic compound.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
Figure 112017114577962-pat00031
Figure 112017114577962-pat00032

Figure 112017114577962-pat00033
Figure 112017114577962-pat00034

Figure 112017114577962-pat00035

상기 화합물에서,
n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
The method according to claim 1,
Formula 1 is a heterocyclic compound represented by any one of the following compounds:
Figure 112017114577962-pat00031
Figure 112017114577962-pat00032

Figure 112017114577962-pat00033
Figure 112017114577962-pat00034

Figure 112017114577962-pat00035

In the compound,
n is the same as defined in Formula 1 above.
제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하며,
상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고,
상기 전자 주개는 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
a first electrode;
a second electrode provided to face the first electrode; and
It is provided between the first electrode and the second electrode and includes at least one organic material layer including a photoactive layer,
The photoactive layer includes an electron donor and an electron acceptor,
The electron donor is an organic solar cell comprising the heterocyclic compound according to any one of claims 1 to 12.
청구항 13에 있어서,
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전자차단층, 전자주입층, 전자수송층 및 전하발생층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 층을 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.
14. The method of claim 13,
The organic material layer further comprises one or two or more layers selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, an electron transport layer and a charge generating layer.
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