KR102439270B1 - Novel polymer and organic electronic device using them - Google Patents

Novel polymer and organic electronic device using them Download PDF

Info

Publication number
KR102439270B1
KR102439270B1 KR1020200170476A KR20200170476A KR102439270B1 KR 102439270 B1 KR102439270 B1 KR 102439270B1 KR 1020200170476 A KR1020200170476 A KR 1020200170476A KR 20200170476 A KR20200170476 A KR 20200170476A KR 102439270 B1 KR102439270 B1 KR 102439270B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alkyl
formula
independently
polymer
halogen
Prior art date
Application number
KR1020200170476A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210073470A (en
Inventor
권순기
김윤희
순청
이근진
Original Assignee
경상국립대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경상국립대학교산학협력단 filed Critical 경상국립대학교산학협력단
Priority to PCT/KR2020/017991 priority Critical patent/WO2021118238A1/en
Priority to US17/772,513 priority patent/US20220396661A1/en
Publication of KR20210073470A publication Critical patent/KR20210073470A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102439270B1 publication Critical patent/KR102439270B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • H01L27/30
    • H01L51/05
    • H01L51/424
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90Applications
    • C08G2261/91Photovoltaic applications
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 신규한 중합체 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 중합체는 전자주게 및 전가받게 유닛을 포함하는 A-D-A 구조의 중심골격에 티오펜, 셀레노펜 또는 이들의 조합을 포함하는 고리계의 전자주게를 도입하여, 우수한 화학적 및 열적 안정성을 가질 뿐만 아니라 결정성이 좋아지고, 분자 간 스태킹이 가능하여 전하 이동도를 극대화시킬 수 있다.The present invention relates to a novel polymer and an organic electronic device using the same, wherein the polymer according to the present invention has a ring comprising thiophene, selenophene, or a combination thereof in a central skeleton of an A-D-A structure comprising electron donor and electron acceptor units By introducing the system's electron donor, it has excellent chemical and thermal stability, as well as improved crystallinity, and intermolecular stacking is possible to maximize charge mobility.

Description

신규한 중합체 및 이를 이용하는 유기 전자 소자{Novel polymer and organic electronic device using them}Novel polymer and organic electronic device using them

본 발명은 신규한 중합체 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to novel polymers and organic electronic devices using the same.

최근 고유가 및 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제가 대두되면서, 지속가능한 친환경 에너지원에 대한 요구가 급격히 증대되고 있다. 친환경 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 파력, 지열 등이 대표적인데, 이중 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양전지가 장소 구애가 가장 적고 무한한 전기 에너지원으로서 주목 받고 있다. 지구 표면에 도달하는 태양에너지 1.7×105TW로부터 실질적으로 발굴 가능한 태양에너지 양은 600TW인 것으로 추정된다. 이때, 10% 효율을 갖는 태양광 발전소를 이용할 수 있다면 약 60TW의 전력을 공급할 수 있다. 이는 지구의 에너지 예상 요구량 2050년 28TW인 것과 비교하면 지속가능한 에너지원에 대한 미래의 요구를 만족시키고도 남을 막대한 양이다.Recently, as environmental pollution problems due to high oil prices and the use of fossil fuels have emerged, the demand for sustainable and eco-friendly energy sources is rapidly increasing. Examples of eco-friendly energy sources include solar power, wind power, hydro power, wave power, and geothermal heat. Among them, solar cells that can produce electric power using sunlight are attracting attention as an infinite electric energy source with the least space restrictions. It is estimated that the amount of solar energy that can be actually excavated from the 1.7×105TW of solar energy reaching the earth's surface is 600TW. At this time, if a solar power plant with 10% efficiency is available, about 60TW of power can be supplied. Compared to the Earth's estimated energy demand of 28 TW in 2050, this is an enormous amount that will more than satisfy the future demand for sustainable energy sources.

종래 태양전지는 무기물을 이용한 1세대 결정형 실리콘 태양전지가 태양광 발전 시장의 90%를 차지하고 있다. 그러나, 이는 화석연료에 비해 발전 단가가 5~20배 이상 높아 장기간의 중·대단위 발전용으로 사용될 뿐이며, 그 응용 가치가 낮았다. 이로 인해 실리콘 태양전지를 대체하는 2세대 박막형 태양전지 기술(CdTe, CIGS 등)이 급부상하였으며 나머지 10%의 시장을 점유하고 있다. 그러나, 2세대 태양전지 기술 또한 일부 소재가 귀금속으로 분류되고 소자의 제작 시 진공 및 고온 공정 등을 통해서 반도체 박막을 형성하기 때문에 고가의 장비가 필수로 요구된다. 이러한 문제점들을 해결할 저가의 태양전지로 유기 태양전지가 있다. 이는 유기물을 사용하기 때문에 용액공정이 가능하여 태양전지의 단가를 낮추고 기계적 유연성, 디자인의 용이성, 다양성으로 의류, 휴대용 전기·전자제품 등 응용 가능성이 무궁무진하여 차세대 태양전지로 부각되고 있다.As for conventional solar cells, first-generation crystalline silicon solar cells using inorganic materials occupy 90% of the solar power generation market. However, compared to fossil fuels, the cost of power generation is 5 to 20 times higher, so it is only used for long-term medium and large-scale power generation, and its application value is low. As a result, second-generation thin-film solar cell technology (CdTe, CIGS, etc.) that replaces silicon solar cells has risen rapidly, occupying the remaining 10% of the market. However, second-generation solar cell technology also requires expensive equipment because some materials are classified as precious metals and semiconductor thin films are formed through vacuum and high-temperature processes when manufacturing devices. An organic solar cell is a low-cost solar cell that can solve these problems. Since it uses organic materials, solution processing is possible, which lowers the unit cost of solar cells, and its mechanical flexibility, ease of design, and versatility have unlimited potential for applications in clothing, portable electric and electronic products, etc.

그러나, 유기 태양전지 실용화를 위해서는 효율향상, 수명연장, 대면적화, 인쇄 가능한 소재의 개발 및 투명전극의 확보 등이 선결과제이다. 이중에서도 단연, 유기 태양전지의 고효율화가 중요하다 할 수 있다. 저온 용액 공정이 가능한 고용해성 고성능(고효율 및 고안정성) 소재의 개발만으로도 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있으며 상술된 종래기술의 문제들을 연쇄적으로 해결 할 수 있다.However, for practical use of organic solar cells, efficiency improvement, life extension, large area, development of printable materials, and securing of transparent electrodes are prior issues. Among these, it can be said that the high efficiency of organic solar cells is by far the most important. Only by developing a high-dissolving, high-performance (high-efficiency and high-stability) material capable of a low-temperature solution process can dramatically lower the production cost and solve the problems of the prior art described above in a chain.

최근 유기 태양전지는 광활성층 전자받개 물질의 종류에 따라서 풀러렌계와 비-풀러렌계 유기 태양전지로 나뉜다. 현재 유기 태양전지 효율은 풀러렌계의 경우 NREL(National Renewable Energy Laboratory) 인증 기준 11.5%가 세계 최고이며, 비-풀러렌계의 경우 비공식적으로 13.1% 이다. 지금의 수준까지 발전하는데 풀러렌계 유기 태양전지가 약 15년 이상 걸린데 반해 비-풀러렌계 유기 태양전지는 불과 5년도 걸리지 않았다. 또한, 유기 태양전지의 안정성 측면에서도 비-풀러렌계가 대체로 풀러렌계 보다 우수한 것으로 보고되고 있다. 대표적으로 풀러렌계 유기 태양전지에서 세계 최고 효율을 나타내고 있는 유사 유도체, PCE11의 경우, 대기중에서 5일의 노화를 거칠 시 번-인(Burn-in) 분해가 나타나 효율이 약 39% 감소하는 것으로 보고된 바 있다.Recently, organic solar cells are divided into fullerene-based and non-fullerene-based organic solar cells according to the type of photoactive layer electron acceptor material. Currently, the organic solar cell efficiency is the highest in the world at 11.5% according to the NREL (National Renewable Energy Laboratory) certification for fullerenes, and is unofficially 13.1% for non-fullerenes. It took more than 15 years for fullerene-based organic solar cells to develop to the present level, whereas non-fullerene-based organic solar cells took only 5 years. In addition, in terms of stability of the organic solar cell, it is reported that the non-fullerene type is generally superior to the fullerene type. Representatively, in the case of PCE11, a similar derivative that shows the world's highest efficiency in fullerene-based organic solar cells, burn-in decomposition occurs when aging for 5 days in the air, resulting in a decrease in efficiency by about 39%. has been

이와 같은 기술적 배경 하에서, 본 발명자들은 효율 및 안정성이 우수한 비-풀러렌계에서 고성능을 구현할 수 있는 신규한 중합체 및 이에 대한 용도를 제안하고자 한다.Under this technical background, the present inventors intend to propose a novel polymer capable of realizing high performance in a non-fullerene-based system having excellent efficiency and stability and use thereof.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 확장된 공액 구조를 갖으며, 분자 간 스태킹이 가능하여 분자 내의 전하 이동도 극대화시킨 신규한 중합체 및 이의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a novel polymer having an extended conjugated structure and maximizing charge transfer within a molecule by stacking intermolecularly, and a use thereof.

상세하게, 본 발명은 적절한 결정성, 용해도 그리고 상대 전자도너 물질과 최적의 HOMO(High Ocuupied Molecular Orbital) 오프셋 에너지 레벨을 가지도록 중합체의 구성성분 및 그 비율을 조절하여 비-풀러렌계에서 고성능을 구현할 수 있는 중합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In detail, the present invention realizes high performance in a non-fullerene system by controlling the constituents and ratios of the polymer to have appropriate crystallinity, solubility, and a relative electron donor material and an optimal HOMO (High Ocuupied Molecular Orbital) offset energy level. The object is to provide a polymer capable of

상세하게, 본 발명은 본 발명의 중합체를 채용함에 따라 우수한 광효율을 가지는 유기 전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Specifically, an object of the present invention is to provide an organic electronic device having excellent light efficiency by employing the polymer of the present invention.

상세하게, 본 발명은 본 발명의 중합체을 광활성층에 채용함에 따라 우수한 광전변환효율을 가지는 유기 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Specifically, an object of the present invention is to provide an organic solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency by employing the polymer of the present invention in a photoactive layer.

상술된 목적을 위하여, 본 발명은 다음과 같은 수단을 포함할 수 있다.For the above purpose, the present invention may include the following means.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 중심 전자주게 유닛(D) 및 상기 중심 전자주게 유닛(D)의 양쪽에 말단 전자받게 유닛(A)으로 이루어진 A-D-A의 화합물을 중심골격으로 하고, 적절한 양태의 전자주게를 도입함으로써, 입체장애가 최소화되고 용해도와 산화안정성이 우수하며 전하 이동도를 극대화시킨 구조를 갖는 것으로, 하기 화학식1 및 화학식2로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention has a compound of A-D-A consisting of a central electron donor unit (D) and a terminal electron acceptor unit (A) on both sides of the central electron donor unit (D) as a central skeleton, By introducing an electron donor, steric hindrance is minimized, solubility and oxidation stability are excellent, and it has a structure in which charge mobility is maximized, and may include repeating units represented by Chemical Formulas 1 and 2 below.

[화학식1][Formula 1]

Figure 112020132943525-pat00001
Figure 112020132943525-pat00001

[화학식2][Formula 2]

Figure 112020132943525-pat00002
Figure 112020132943525-pat00002

[상기 화학식1 및 화학식2에서,[In Formula 1 and Formula 2,

R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;R 1 to R 4 are each independently C1-C30 alkyl;

X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;X 1 to X 4 are each independently O, S or Se;

V1 및 V2는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 티오카보닐 또는

Figure 112020132943525-pat00003
로 대체될 수 있으며, 상기 R은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 융합고리는 N, O, S 및 Se로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고;V 1 and V 2 are each independently a fused ring having methylidene as a linking group, and the fused rings are each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1- It may be further substituted with one or more substituents selected from C30 alkyl, nitro and hydroxy, and -CH 2 - of the fused ring is carbonyl, thiocarbonyl or
Figure 112020132943525-pat00003
may be replaced with, wherein each R is independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy, haloC1-C30 alkyl, C1-C30 alkyl carbonyl or C 1 -C 30 alkylcarbonyloxy, wherein the fused ring may contain one or more heteroatoms selected from N, O, S and Se;

Ar은 벤조디티오페닐렌, 벤조디티에노티오페닐렌, 나프토디티오페닐렌, 티오페닐렌, 벤조티에노셀레노페닐렌, 벤조디셀레노페닐렌, 벤조디셀레노셀레노페닐렌, 나프토디셀레노페닐렌, 셀레노페닐렌 또는 이들의 조합이고, 상기 Ar은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, C6-C30아릴, C3-C30헤테로아릴, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]Ar is benzodithiophenylene, benzodithienothiophenylene, naphthodithiophenylene, thiophenylene, benzothienoselenophenylene, benzodiselenophenylene, benzodiselenoselenophenylene, naphthodiselenophenylene, selenophenylene, or a combination thereof, wherein Ar is each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, C6-C30 aryl, C3-C30 heteroaryl; It may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, hydroxy, and combinations thereof.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 화학식2로 표시되는 반복단위[Ar]는 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, the repeating unit [Ar] represented by Formula 2 may be selected from the following structure.

Figure 112020132943525-pat00004
Figure 112020132943525-pat00004

[상기 구조에서,[In the above structure,

a는 0 내지 5의 정수에서 선택되고;a is selected from an integer from 0 to 5;

R11 및 R12는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;R 11 and R 12 are each independently C1-C30 alkyl;

R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 13 and R 14 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;

Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 수소 또는 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 헤테로아릴은 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]Ar 1 to Ar 4 are each independently hydrogen or C3-C30 heteroaryl, wherein the heteroaryl is one selected from C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, hydroxy, and combinations thereof It may be further substituted with more than one substituent.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 구조의 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, 할로겐 또는 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 Ar3 및 Ar4는 수소인 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, Ar 1 and Ar 2 in the structure are each independently C3-C30 heteroaryl substituted with one or more substituents selected from C1-C30 alkyl, halogen, or a combination thereof, , Ar 3 and Ar 4 may be hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 하기 화학식A로 표시되는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, V 1 and V 2 may each independently be represented by Formula A below.

[화학식A][Formula A]

Figure 112020132943525-pat00005
Figure 112020132943525-pat00005

[상기 화학식A에서,[In the formula A,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, 상기 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , wherein R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkyl carbonyloxy;

A는 C6-C20방향족 고리 또는 C3-C20헤테로방향족 고리이며, 상기 방향족 고리 및 헤테로방향족 고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]A is a C6-C20 aromatic ring or a C3-C20 heteroaromatic ring, wherein the aromatic ring and the heteroaromatic ring are C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1-C30 alkyl , may be further substituted with one or more substituents selected from nitro and hydroxy.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 하기 화학식B 또는 화학식C로 표시되는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, V 1 and V 2 may each independently be represented by Formula B or Formula C below.

[화학식B][Formula B]

Figure 112020132943525-pat00006
Figure 112020132943525-pat00006

[화학식C][Formula C]

Figure 112020132943525-pat00007
Figure 112020132943525-pat00007

[상기 화학식B 및 화학식C에서,[In Formula B and Formula C,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 Y1 및 Y2는 서로 상이하고;Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyl nyloxy, wherein Y 1 and Y 2 are different from each other;

Z2 및 Z3 중 하나는 CRc이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고, 상기 Rc는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이고;one of Z 2 and Z 3 is CR c , the other is O, S or Se, wherein R c is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro , hydroxy or haloC1-C30 alkyl;

Z1은 CRd 또는 N이고, 상기 Rd는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R21 또는 R22와 연결되어 방향족 융합고리를 형성할 수 있으며;Z 1 is CR d or N, wherein R d is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl or an adjacent substituent; It may be connected with R 21 or R 22 to form an aromatic fused ring;

R21 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.]R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 하기 화학식D, 화학식E, 화학식F 또는 화학식G로 표시되는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, V 1 and V 2 may each independently be represented by Formula D, Formula E, Formula F, or Formula G.

[화학식D][Formula D]

Figure 112020132943525-pat00008
Figure 112020132943525-pat00008

[화학식E][Formula E]

Figure 112020132943525-pat00009
Figure 112020132943525-pat00009

[화학식F][Formula F]

Figure 112020132943525-pat00010
Figure 112020132943525-pat00010

[화학식G][Formula G]

Figure 112020132943525-pat00011
Figure 112020132943525-pat00011

[상기 화학식 D 내지 G에서,[In the above formulas D to G,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O 또는 S 이고;Y 1 and Y 2 are each independently O or S;

Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyloxy;

Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이고;R c and R d are each independently hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 1 -C 30 alkoxy, C 1 -C 30 alkylthio, halogen, cyano or haloC 1 -C 30 alkyl;

R21 내지 R24은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이다.]R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano or haloC1-C30 alkyl.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 중합체는 구체적으로 하기 화학식3으로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식4로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, the polymer may specifically include a repeating unit represented by the following formula (3) and a repeating unit represented by the following formula (4).

[화학식3][Formula 3]

Figure 112020132943525-pat00012
Figure 112020132943525-pat00012

[화학식4][Formula 4]

Figure 112020132943525-pat00013
Figure 112020132943525-pat00013

[상기 화학식3 및 화학식4에서,[In Formula 3 and Formula 4,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 직쇄C8-C30알킬이고;R 1 and R 2 are each independently straight-chain C8-C30 alkyl;

R31 및 R32는 각각 독립적으로 분쇄C1-C7알킬이고;R 31 and R 32 are each independently crushed C1-C7 alkyl;

x 및 y는 각각 독립적으로 1 내지 7에서 선택되는 정수이고;x and y are each independently an integer selected from 1 to 7;

R33은 각각 독립적으로 수소, 플루오로 또는 클로로이다.]each R 33 is independently hydrogen, fluoro or chloro.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식1로 표시되는 반복단위의 몰분율(p) 및 상기 화학식2로 표시되는 반복단위의 몰분율(q)은 0<p<1, 0<q<1이고, p+q=1를 만족하는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, in the polymer, the mole fraction (p) of the repeating unit represented by Formula 1 and the mole fraction (q) of the repeating unit represented by Formula 2 are 0<p<1, 0 <q<1, and p+q=1 may be satisfied.

또한, 본 발명은 일 실시예에 따른 상기 중합체를 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides an organic electronic device including the polymer according to an embodiment.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 박막 트랜지스터, 유기 광센서 또는 유기 태양전지 등일 수 있으며, 바람직하게는 유기 태양전지일 수 있다.The organic electronic device according to an embodiment of the present invention may be an organic light emitting device, an organic thin film transistor, an organic photosensor, or an organic solar cell, preferably an organic solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자에 있어서, 상기 중합체는 유기 태양전지의 광활성층에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 전자수용체로 상기 유기 태양전지의 광활성층에 포함될 수 있다.In the organic electronic device according to an embodiment of the present invention, the polymer may be included in the photoactive layer of the organic solar cell, preferably as an electron acceptor, may be included in the photoactive layer of the organic solar cell.

본 발명에 따른 중합체는 중심골격에 티오펜, 셀레노펜 또는 이들의 조합을 포함하는 고리계의 전자주게를 도입하여, 우수한 화학적 및 열적 안정성을 가질 뿐만 아니라 결정성이 좋아져 분자 간 스태킹이 가능하다. 또한, 유기 태양전지에 통상적으로 사용되는 상대 전자도너 물질, 즉 공지의 전자공여체와 벌크헤테로정션을 형성하여 광활성층 물질로 이용될 수 있음은 물론 고성능의 유기 태양전지를 제공할 수 있다.The polymer according to the present invention introduces an electron donor of a ring system including thiophene, selenophene, or a combination thereof into the central skeleton, so that it has excellent chemical and thermal stability, as well as improved crystallinity, so that intermolecular stacking is possible. In addition, it can be used as a photoactive layer material by forming a bulk heterojunction with a counter electron donor material commonly used in organic solar cells, that is, a known electron donor, as well as providing a high-performance organic solar cell.

본 발명에 따른 중합체는 최적의 HOMO 오프셋 에너지 레벨을 가지도록 중합체의 구성성분 비율을 조절할 수 있고, 상대적으로 적은 사용량에도 불구하고 이를 채용한 유기 태양전지의 높은 효율 및 우수한 안정성을 구현할 수 있어 좋다. 또한, 낮은 온도에서도 용해도와 결정성이 우수하고, 산화안정성이 우수하며, 이를 포함한 용액을 스핀코팅이나 슬롯다이 등을 통해 코팅시 전처리 및 후처리 공정이 필요하지 않다. 이에, 대면적에 열처리 공정?이 균일하게 박막을 형성할 수 있고, 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 적합한 소재로서 차세대 유기 태양전지 실용화에 유용하게 이용될 수 있다.The polymer according to the present invention can control the composition ratio of the polymer to have an optimal HOMO offset energy level, and can realize high efficiency and excellent stability of an organic solar cell employing the same despite a relatively small amount of use. In addition, it has excellent solubility and crystallinity even at low temperatures, excellent oxidation stability, and does not require pre-treatment and post-treatment processes when coating a solution containing the same through spin coating or slot die. Therefore, the heat treatment process on a large area can uniformly form a thin film, and as a material suitable for a roll-to-roll process, it can be usefully used for practical use of next-generation organic solar cells.

또한, 본 발명에 따른 중합체는 공지의 전자공여체와의 혼용성이 높다. 광활성층에 본 발명에 따른 중합체 및 공지의 전자공여체를 포함하는 경우, 광을 효과적으로 흡수할 수 있고 정공과 전자를 용이하게 분리할 수 있으며 분리된 정공과 전자를 용이하게 전달할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 중합체를 광활성층에 포함하는 유기 전자 소자는 높은 효율을 구현한다. 나아가, 본 발명에 따른 중합체를 전자수용체로 채용한 유기 태양전지는 광효율을 향상시키며, 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the polymer according to the present invention has high compatibility with known electron donors. When the photoactive layer includes the polymer according to the present invention and a known electron donor, light can be effectively absorbed, holes and electrons can be easily separated, and the separated holes and electrons can be easily transferred. That is, the organic electronic device including the polymer according to the present invention in the photoactive layer realizes high efficiency. Furthermore, the organic solar cell employing the polymer according to the present invention as an electron acceptor can improve light efficiency and improve the lifespan characteristics of the device.

이와 같은 특성으로, 본 발명의 중합체는 전자수용체로 널리 사용되고 있는 풀러렌 유도체를 대체할 수 있는 화합물로 사용되어, 유기 태양전지의 안정성 및 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 중합체는 비-풀러렌(non-fullerene)계 전자수용체로서 활용가능성이 매우 높다.With these characteristics, the polymer of the present invention can be used as a compound that can replace the fullerene derivative widely used as an electron acceptor, and thus the stability and efficiency of the organic solar cell can be remarkably improved. That is, the polymer of the present invention is highly applicable as a non-fullerene-based electron acceptor.

도1은 실시예1에서 제조된 중합체(P(Y52BOBDT-H))의 용액상 및 필름상의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다.
도2는 실시예2에서 제조된 중합체(P(Y52BOBDT-Cl))의 용액상 및 필름상의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다.
도3은 실시예3에서 제조된 중합체(P(Y52BOBDT-F))의 용액상 및 필름상의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다.
도4는 비교예1에서 사용된 전자수용체 화합물(Y5-2BO)의 용액상 및 필름상의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다.
1 is a UV-vis absorption spectrum of the solution phase and film phase of the polymer (P(Y52BOBDT-H)) prepared in Example 1. FIG.
2 is a UV-vis absorption spectrum of the solution phase and film phase of the polymer (P(Y52BOBDT-Cl)) prepared in Example 2. FIG.
3 is a UV-vis absorption spectrum of the solution phase and film phase of the polymer (P(Y52BOBDT-F)) prepared in Example 3. FIG.
4 is a UV-vis absorption spectrum of a solution phase and a film phase of the electron acceptor compound (Y5-2BO) used in Comparative Example 1. FIG.

본 발명에 따른 신규한 중합체 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.The novel polymer according to the present invention and an organic electronic device using the same will be described in detail below, but unless otherwise defined in technical terms and scientific terms used at this time, those of ordinary skill in the art to which this invention pertains are commonly understood Description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention in the following description will be omitted.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, unless the context requires otherwise, the terms "comprises" and "comprising" include the steps or elements presented, or groups of steps or elements, but include any other step or element, or It is to be understood that a step or group of elements is meant to be implied not to be excluded.

본 명세서의 용어 "치환체(substituent)", "라디칼(radical)", "기(group)", "모이어티(moiety)", 및 "절편(fragment)"은 서로 바꾸어 사용할 수 있다.As used herein, the terms “substituent”, “radical”, “group”, “moiety”, and “fragment” may be used interchangeably.

본 명세서의 용어 "CA-CB"는 "탄소수가 A 이상이고 B 이하"인 것을 의미한다.As used herein, the term "C A -C B " means "the number of carbon atoms is greater than or equal to A and equal to or less than B".

본 명세서의 용어 "알킬"은 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 1가의 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소 라디칼을 의미한다. 상기 알킬은 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 에틸헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 도데실, 운데실 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term “alkyl” refers to a monovalent straight-chain or branched saturated hydrocarbon radical composed only of carbon and hydrogen atoms. The alkyl includes, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, hexyl, ethylhexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, dodecyl, undecyl, and the like, However, the present invention is not limited thereto.

본 명세서의 용어 "아릴"은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 방향족 고리 1가의 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 예를 들어, 페닐, 나프틸, 비페닐, 안트릴, 인데닐, 플루오레닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term "aryl" is an aromatic ring monovalent organic radical derived from an aromatic hydrocarbon by removal of one hydrogen, suitably containing 4 to 7, preferably 5 or 6 ring atoms in each ring. It includes a single or fused ring system, and includes a form in which a plurality of aryls are connected by a single bond. Examples include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, biphenyl, anthryl, indenyl, fluorenyl, and the like.

본 명세서의 용어 "헤테로아릴"은 방향족 고리 골격 원자로서 N, O, S 및 Se 등으로부터 선택되는 1 내지 4개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 방향족 고리 골격 원자가 탄소인 아릴 그룹을 의미하는 것으로, 5 내지 6원 단환 헤테로아릴, 및 하나 이상의 벤젠환과 축합된 다환식 헤테로아릴이다. 또한, 본 발명에서의 헤테로아릴은 하나 이상의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결된 형태도 포함한다. 예를 들어, 퓨릴, 싸이오펜일, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 피리딜 등의 단환 헤테로아릴, 벤조퓨란일, 다이벤조퓨란일, 다이벤조티오페일, 벤조티오펜일, 이소벤조퓨란일, 벤조이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이소티아졸릴, 벤조이속사졸릴, 벤조옥사졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 카바졸릴 등의 다환식 헤테로아릴 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.As used herein, the term "heteroaryl" refers to an aryl group containing 1 to 4 heteroatoms selected from N, O, S and Se as aromatic ring skeleton atoms, and the remaining aromatic ring skeleton atoms are carbon, 5 to 6-membered monocyclic heteroaryl, and polycyclic heteroaryl condensed with one or more benzene rings. In addition, heteroaryl in the present invention includes a form in which one or more heteroaryl is connected by a single bond. For example, furyl, thiophenyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, isoxazolyl, oxazolyl, monocyclic heteroaryl such as pyridyl, benzofuranyl, dibenzofuranyl , dibenzothiophenyl, benzothiophenyl, isobenzofuranyl, benzoimidazolyl, benzothiazolyl, benzoisothiazolyl, benzoisoxazolyl, benzoxazolyl, quinolyl, isoquinolyl, carbazolyl, etc. cyclic heteroaryl and the like.

본 명세서의 용어 "알콕시"는 -O-알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 "알킬"은 상기 정의한 바와 같다. 예를 들어, 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, t-부톡시 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term “alkoxy” refers to an —O-alkyl radical, where “alkyl” is as defined above. Examples include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, t-butoxy, and the like.

본 명세서의 용어 "알킬티오"는 -S-알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 "알킬"은 상기 정의한 바와 같다. 예를 들어, 메틸티오, 에틸티오, 이소프로필티오, 부틸티오, 이소부틸티오, t-부틸티오 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term "alkylthio" refers to an -S-alkyl radical, where "alkyl" is as defined above. Examples include, but are not limited to, methylthio, ethylthio, isopropylthio, butylthio, isobutylthio, t-butylthio, and the like.

본 명세서의 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 할로겐족 원소를 나타내며, 예를 들어, 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오도일 수 있다.As used herein, the term “halo” or “halogen” refers to a halogen element, and may be, for example, fluoro, chloro, bromo or iodo.

본 명세서의 용어 "시아노"는 -CN을 의미하고, "니트로"는 -NO2를 의미하고, "히드록시"는 -OH를 의미한다.As used herein, the term "cyano" means -CN, "nitro" means -NO 2 , and "hydroxy" means -OH.

본 명세서의 용어 "할로알킬"은 각각 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 "알킬" 및 "할로겐"은 위에서 정의된 것과 같다. 예를 들어, 플루오로메틸, 디플루오로메틸, 트리플루오로메틸, 플루오로에틸, 디플루오로에틸, 퍼플루오로에틸, 브로모메틸, 브로모에틸, 브로모프로필 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term “haloalkyl” refers to an alkyl radical in which one or more hydrogen atoms are each replaced by a halogen atom, wherein “alkyl” and “halogen” are as defined above. Examples include, but are not limited to, fluoromethyl, difluoromethyl, trifluoromethyl, fluoroethyl, difluoroethyl, perfluoroethyl, bromomethyl, bromoethyl, bromopropyl, etc. it doesn't happen

본 명세서의 용어 "카보닐"은 *-C(=O)-*로 표시되는 2가의 유기 라디칼을 의미하고, "티오카보닐"은 *-C(=S)-*로 표시되는 2가의 유기 라디칼을 의미한다.As used herein, the term "carbonyl" refers to a divalent organic radical represented by *-C(=O)-*, and "thiocarbonyl" is a divalent organic radical represented by *-C(=S)-*. means radical.

본 명세서의 용어 "알킬카보닐"은 -C(=O)알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 "알킬"은 상기 정의한 바와 같다. 예를 들어, 메틸카보닐, 에틸카보닐, 이소프로필카보닐, 프로필카보닐, 부틸카보닐, 이소부틸카보닐, t-부틸카보닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term "alkylcarbonyl" refers to a -C(=O)alkyl radical, where "alkyl" is as defined above. Examples include, but are not limited to, methylcarbonyl, ethylcarbonyl, isopropylcarbonyl, propylcarbonyl, butylcarbonyl, isobutylcarbonyl, t-butylcarbonyl, and the like.

명세서의 용어 "알킬카보닐옥시"는 -OC(=O)알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 "알킬"은 상기 정의한 바와 같다. 예를 들어, 메틸카보닐옥시, 에틸카보닐옥시, 이소프로필카보닐옥시, 프로필카보닐옥시, 부틸카보닐옥시, 이소부틸카보닐옥시, t-부틸카보닐옥시 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.The term "alkylcarbonyloxy" in the specification refers to an -OC(=O)alkyl radical, where "alkyl" is as defined above. Examples include, but are not limited to, methylcarbonyloxy, ethylcarbonyloxy, isopropylcarbonyloxy, propylcarbonyloxy, butylcarbonyloxy, isobutylcarbonyloxy, t-butylcarbonyloxy, and the like. does not

명세서의 용어 "알킬렌"은 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 2가의 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소 라디칼을 의미한다. 예를 들어, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌, t-부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.The term "alkylene" in the specification means a divalent straight-chain or branched saturated hydrocarbon radical composed only of carbon and hydrogen atoms. Examples include, but are not limited to, methylene, ethylene, propylene, isopropylene, butylene, isobutylene, t-butylene, pentylene, hexylene, heptylene, octylene, nonylene, and the like.

이하, 본 발명에 따른 중합체를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the polymer according to the present invention will be specifically described.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 중심 전자주게 유닛(D) 및 중심 전자주게 유닛(D)의 양쪽에 말단 전자받게 유닛(A)으로 이루어진 A-D-A의 화합물을 중심골격으로 하고, 적절한 양태의 전자주게를 도입함으로써, 입체장애가 최소화되고 용해도와 산화안정성이 우수하며 전하 이동도를 극대화시킨 구조를 갖는다. 구체적으로, 본 발명의 중합체는 하기 화학식1 및 화학식2로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention has a central skeleton of a compound of A-D-A consisting of a terminal electron acceptor unit (A) on both sides of the central electron donor unit (D) and the central electron donor unit (D), and an appropriate embodiment of the electron By introducing a donor, steric hindrance is minimized, solubility and oxidative stability are excellent, and it has a structure that maximizes charge mobility. Specifically, the polymer of the present invention may include a repeating unit represented by the following Chemical Formulas 1 and 2.

[화학식1][Formula 1]

Figure 112020132943525-pat00014
Figure 112020132943525-pat00014

[화학식2][Formula 2]

Figure 112020132943525-pat00015
Figure 112020132943525-pat00015

[상기 화학식1 및 화학식2에서,[In Formula 1 and Formula 2,

R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;R 1 to R 4 are each independently C1-C30 alkyl;

X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;X 1 to X 4 are each independently O, S or Se;

V1 및 V2는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 티오카보닐 또는

Figure 112020132943525-pat00016
로 대체될 수 있으며, 상기 R은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 융합고리는 N, O, S 및 Se로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고;V 1 and V 2 are each independently a fused ring having methylidene as a linking group, and the fused rings are each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1- It may be further substituted with one or more substituents selected from C30 alkyl, nitro and hydroxy, and -CH 2 - of the fused ring is carbonyl, thiocarbonyl or
Figure 112020132943525-pat00016
may be replaced with, wherein each R is independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy, haloC1-C30 alkyl, C1-C30 alkyl carbonyl or C 1 -C 30 alkylcarbonyloxy, wherein the fused ring may contain one or more heteroatoms selected from N, O, S and Se;

Ar은 벤조디티오페닐렌, 벤조디티에노티오페닐렌, 나프토디티오페닐렌, 티오페닐렌, 벤조티에노셀레노페닐렌, 벤조디셀레노페닐렌, 벤조디셀레노셀레노페닐렌, 나프토디셀레노페닐렌, 셀레노페닐렌 또는 이들의 조합이고, 상기 Ar은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, C6-C30아릴, C3-C30헤테로아릴, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]Ar is benzodithiophenylene, benzodithienothiophenylene, naphthodithiophenylene, thiophenylene, benzothienoselenophenylene, benzodiselenophenylene, benzodiselenoselenophenylene, naphthodiselenophenylene, selenophenylene, or a combination thereof, wherein Ar is each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, C6-C30 aryl, C3-C30 heteroaryl; It may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, hydroxy, and combinations thereof.]

본 발명에 따른 중합체는 상술된 구조적 특징을 가짐에 따라 극대화된 전하 이동도를 나타내며, 높은 화학적 및 전기적 안정성을 가지며, 높은 열적 안정성을 가지며, 태양광에 대한 흡수계수가 높다. The polymer according to the present invention exhibits maximized charge mobility by having the above-described structural characteristics, has high chemical and electrical stability, has high thermal stability, and has a high absorption coefficient for sunlight.

본 발명에 따른 중합체를 전자수용체로 채용하는 경우, 보다 향상된 효율을 나타낼 수 있고 유기 전자 소자의 열적 안정성 높인다. 즉, 본 발명에 따른 유기 전자 소자는 전기적 특성 및 수명 특성이 우수하다.When the polymer according to the present invention is employed as an electron acceptor, more improved efficiency can be exhibited and thermal stability of the organic electronic device is increased. That is, the organic electronic device according to the present invention has excellent electrical characteristics and lifespan characteristics.

또한, 본 발명에 따른 중합체는 유기 용매에 대한 우수한 용해도를 가지며, 공지의 전자공여체와 우수한 혼화성을 나타낸다. 게다가, 공지의 전자공여체와 벌크헤테로정션을 형성하여 이를 채용한 유기 전자 소자의 효율을 극히 향상시킬 수 있다. 특히, 이와 같은 효과는 종래 전자수용체로서 사용되어지고 있는 단량체 화합물(예컨대, Y5-2BO) 대비 현저하게 향상된 효과임을 확인하였다. 나아가, 이를 채용한 유기 전자 소자는 대기 안정성이 우수할 뿐 아니라 상온·상습 조건에서도 고성능을 제공하며, 번-인(Burn-in) 분해에 탁월한 효과를 발휘한다는 점에서 본 발명은 주목된다.In addition, the polymer according to the present invention has excellent solubility in organic solvents and exhibits excellent miscibility with known electron donors. In addition, by forming a bulk heterojunction with a known electron donor, the efficiency of an organic electronic device employing the same can be greatly improved. In particular, it was confirmed that this effect was significantly improved compared to the conventional monomer compound (eg, Y5-2BO) used as an electron acceptor. Furthermore, the present invention is noted in that the organic electronic device employing the same not only has excellent atmospheric stability, but also provides high performance even at room temperature and normal humidity conditions, and exhibits an excellent effect on burn-in decomposition.

또한, 본 발명에 따른 유기 전자 소자, 특히 유기 태양전지는 상기 중합체를 비-풀러렌계 전자수용체로 채용함으로써 낮아진 구동전압 및 향상된 광전변환효율을 구현할 수 있고, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the organic electronic device according to the present invention, particularly the organic solar cell, can implement a lowered driving voltage and improved photoelectric conversion efficiency by employing the polymer as a non-fullerene-based electron acceptor, and improve lifespan characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 화학식2로 표시되는 반복단위[Ar]는 하기 구조의 반복단위에서 선택되는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, the repeating unit [Ar] represented by Formula 2 may be selected from repeating units of the following structure.

Figure 112020132943525-pat00017
Figure 112020132943525-pat00017

[상기 구조에서,[In the above structure,

a는 0 내지 5의 정수에서 선택되고;a is selected from an integer from 0 to 5;

R11 및 R12는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;R 11 and R 12 are each independently C1-C30 alkyl;

R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 13 and R 14 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;

Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 수소 또는 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 헤테로아릴은 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]Ar 1 to Ar 4 are each independently hydrogen or C3-C30 heteroaryl, wherein the heteroaryl is one selected from C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, hydroxy, and combinations thereof It may be further substituted with more than one substituent.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체에 있어서, 상기 구조의 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, 할로겐 또는 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 Ar3 및 Ar4는 수소인 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, Ar 1 and Ar 2 in the structure are each independently C3-C30 heteroaryl substituted with one or more substituents selected from C1-C30 alkyl, halogen, or a combination thereof, , Ar 3 and Ar 4 may be hydrogen.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 구조의 상기 Ar1 및 Ar2는 적어도 하나이상의 C1-C30알킬로 치환된 C3-C30헤테로아릴일 수 있다.For example, in the polymer, Ar 1 and Ar 2 in the structure may be C3-C30 heteroaryl substituted with at least one C1-C30 alkyl.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 구조의 상기 Ar1 및 Ar2는 적어도 하나이상의 C1-C30알킬로 치환된 C3-C30헤테로아릴이되, 상기 헤테로아릴이 하나의 할로겐으로 치환된 경우 놀랍게 향상된 광전변환 효율을 구현할 수 있다.For example, in the polymer, wherein Ar 1 and Ar 2 of the structure are C3-C30 heteroaryl substituted with at least one C1-C30 alkyl, and when the heteroaryl is substituted with one halogen, surprisingly improved photoelectricity conversion efficiency can be realized.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는, 중심골격 밖으로 확장된 공액을 형성하여 분자간 상호작용을 보다 향상시키기 위해, 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리가 도입되어 있는 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(V1 및 V2)는 전자받게 유닛일 수 있으며, 이들은 각각 독립적으로 하기 화학식A로 표시되는 것일 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention has a structure in which a fused ring having methylidene as a linking group is introduced in order to form a conjugate extending out of the central skeleton to further improve intermolecular interaction. Specifically, the fused rings (V 1 and V 2 ) having methylidene as a linking group may be an electron acceptor unit, and these may each independently be represented by the following Chemical Formula A.

[화학식A][Formula A]

Figure 112020132943525-pat00018
Figure 112020132943525-pat00018

[상기 화학식A에서,[In the formula A,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, 상기 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , wherein R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkyl carbonyloxy;

A는 C6-C20방향족 고리 또는 C3-C20헤테로방향족 고리이며, 상기 방향족 고리 및 헤테로방향족 고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]A is a C6-C20 aromatic ring or a C3-C20 heteroaromatic ring, wherein the aromatic ring and the heteroaromatic ring are C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1-C30 alkyl , may be further substituted with one or more substituents selected from nitro and hydroxy.]

보다 구체적으로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(V1 및 V2)가 각각 독립적으로 하기 화학식B 또는 화학식C로 표시되는 것일 수 있다.More specifically, the fused rings (V 1 and V 2 ) having methylidene as a linking group may be each independently represented by Formula B or Formula C below.

[화학식B][Formula B]

Figure 112020132943525-pat00019
Figure 112020132943525-pat00019

[화학식C][Formula C]

Figure 112020132943525-pat00020
Figure 112020132943525-pat00020

[상기 화학식B 및 화학식C에서,[In Formula B and Formula C,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 Y1 및 Y2는 서로 상이하고;Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyl nyloxy, wherein Y 1 and Y 2 are different from each other;

Z2 및 Z3 중 하나는 CRc이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고, 상기 Rc는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이고;one of Z 2 and Z 3 is CR c , the other is O, S or Se, wherein R c is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro , hydroxy or haloC1-C30 alkyl;

Z1은 CRd 또는 N이고, 상기 Rd는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R21 또는 R22와 연결되어 방향족 융합고리를 형성할 수 있으며;Z 1 is CR d or N, wherein R d is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl or an adjacent substituent; It may be connected with R 21 or R 22 to form an aromatic fused ring;

R21 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.]R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl.]

보다 바람직하게, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(V1 및 V2)가 각각 독립적으로 하기 화학식D, 화학식E, 화학식F 또는 화학식G로 표시되는 것일 수 있다.More preferably, the fused rings (V 1 and V 2 ) having methylidene as a linking group may be each independently represented by Formula D, Formula E, Formula F, or Formula G.

[화학식D][Formula D]

Figure 112020132943525-pat00021
Figure 112020132943525-pat00021

[화학식E][Formula E]

Figure 112020132943525-pat00022
Figure 112020132943525-pat00022

[화학식F][Formula F]

Figure 112020132943525-pat00023
Figure 112020132943525-pat00023

[화학식G][Formula G]

Figure 112020132943525-pat00024
Figure 112020132943525-pat00024

[상기 화학식D 내지 화학식G에서,[In the above formulas D to G,

Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O 또는 S 이고;Y 1 and Y 2 are each independently O or S;

Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyloxy;

Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이고;R c and R d are each independently hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 1 -C 30 alkoxy, C 1 -C 30 alkylthio, halogen, cyano or haloC 1 -C 30 alkyl;

R21 내지 R24은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이다..]R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano or haloC1-C30 alkyl.]

일 예로, 상기 화학식D 내지 화학식G에서, 상기 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O 또는 S 이고; 상기 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C7알킬카보닐 또는 C1-C7알킬카보닐옥시이고; 상기 Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C7알킬, C1-C7알콕시, C1-C7알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C7알킬이고; 상기 R21 내지 R24은 각각 독립적으로 수소, C1-C7알킬, C1-C7알콕시, C1-C7알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C7알킬인 것일 수 있다.For example, in Formulas D to G, Y 1 and Y 2 are each independently O or S; wherein R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C7 alkylcarbonyl or C1-C7 alkylcarbonyloxy; wherein R c and R d are each independently hydrogen, C 1 -C 7 alkyl, C 1 -C 7 alkoxy, C 1 -C 7 alkylthio, halogen, cyano or haloC 1 -C 7 alkyl; R 21 to R 24 may each independently represent hydrogen, C1-C7 alkyl, C1-C7 alkoxy, C1-C7 alkylthio, halogen, cyano or haloC1-C7 alkyl.

일 예로, 상기 화학식D 내지 화학식G에서, 상기 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O 또는 S 이고; 상기 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, C1-C7알킬카보닐 또는 C1-C7알킬카보닐옥시이고; 상기 Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C7알킬, C1-C7알콕시, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C7알킬이고; 상기 R21 내지 R24은 각각 독립적으로 수소, C1-C7알킬, C1-C7알콕시, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C7알킬인 것일 수 있다.For example, in Formulas D to G, Y 1 and Y 2 are each independently O or S; wherein R a and R b are each independently halogen, cyano, C1-C7 alkylcarbonyl or C1-C7 alkylcarbonyloxy; wherein R c and R d are each independently hydrogen, C 1 -C 7 alkyl, C 1 -C 7 alkoxy, halogen, cyano or haloC 1 -C 7 alkyl; R 21 to R 24 may each independently represent hydrogen, C1-C7 alkyl, C1-C7 alkoxy, halogen, cyano or haloC1-C7 alkyl.

일 예로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(V1 및 V2)는 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.For example, the fused rings (V 1 and V 2 ) having methylidene as a linking group may be selected from the following structures, but are not limited thereto.

Figure 112020132943525-pat00025
Figure 112020132943525-pat00025

Figure 112020132943525-pat00026
Figure 112020132943525-pat00026

본 발명에 따른 중합체는 상술된 구조적 특징에 의해 전자진동(vibronic) 경로에 의한 여기 상태의 켄칭을 최소화함으로써, 태양광의 흡수에 따른 에너지 손실이 적어 보다 높은 태양광에 대한 흡수계수를 구현할 수 있다. 또한 상기 중합체는 높은 결정성을 가져 높은 전하 이동도의 구현이 가능하다.The polymer according to the present invention minimizes the quenching of the excited state by the vibronic path due to the above-described structural features, thereby realizing a higher absorption coefficient for sunlight due to less energy loss due to absorption of sunlight. In addition, the polymer has high crystallinity, so that it is possible to realize high charge mobility.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S인 것일 수 있다.For example, in the polymer, X 1 to X 4 may each independently be O or S.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 서로 동일할 수 있다.For example, in the polymer, X 1 to X 4 may be the same as each other.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 모두 S일 수 있다.For example, in the polymer, all of X 1 to X 4 may be S.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 모두 O일 수 있다.For example, in the polymer, all of X 1 to X 4 may be O.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 및 X4은 서로 동일하며, 상기 X2 및 X3는 서로 동일할 수 있다.For example, in the polymer, X 1 and X 4 may be the same as each other, and X 2 and X 3 may be the same as each other.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 및 X4은 S이고, 상기 X2 및 X3는 O일 수 있다.For example, in the polymer, X 1 and X 4 may be S, and X 2 and X 3 may be O.

일 예로, 상기 중합체에 있어서, 상기 X1 및 X4은 O이고, 상기 X2 및 X3는 S일 수 있다.For example, in the polymer, X 1 and X 4 may be O, and X 2 and X 3 may be S.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 가장 바람직하게 하기 화학식3으로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식4로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention may most preferably include a repeating unit represented by the following formula (3) and a repeating unit represented by the following formula (4).

[화학식3][Formula 3]

Figure 112020132943525-pat00027
Figure 112020132943525-pat00027

[화학식4][Formula 4]

Figure 112020132943525-pat00028
Figure 112020132943525-pat00028

[상기 화학식3 및 화학식4에서,[In Formula 3 and Formula 4,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 직쇄C8-C30알킬이고;R 1 and R 2 are each independently straight-chain C8-C30 alkyl;

R31 및 R32는 각각 독립적으로 분쇄C1-C7알킬이고;R 31 and R 32 are each independently crushed C1-C7 alkyl;

x 및 y는 각각 독립적으로 1 내지 7에서 선택되는 정수이고;x and y are each independently an integer selected from 1 to 7;

R33은 각각 독립적으로 수소, 플루오로 또는 클로로이다.]each R 33 is independently hydrogen, fluoro or chloro.]

보다 바람직하게, 전자공여는 물론 용해성을 향상시키기 위한 측면에서, 전자주게 영역은상기 화학식4로 표시되는 반복단위에서와 같이 장쇄의 분쇄알킬기를 포함하는 것이 좋다.More preferably, in terms of improving solubility as well as electron donation, the electron donating region may include a long-chain pulverized alkyl group as in the repeating unit represented by Formula 4 above.

일 예로, 상기 R31 및 R32는 각각 독립적으로 C1-C7알킬이고, 상기 R33은 각각 독립적으로 플루오로 또는 클로로인 것일 수 있다. 또한, 상기 R33은 클로로인 것이 좋다.For example, R 31 and R 32 may be each independently C1-C7 alkyl, and R 33 may be each independently fluoro or chloro. In addition, it is preferable that R 33 is chloro.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 가장 바람직하게 하기 구조로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer according to an embodiment of the present invention may be most preferably selected from the following structures, but is not limited thereto.

Figure 112020132943525-pat00029
Figure 112020132943525-pat00030
Figure 112020132943525-pat00029
Figure 112020132943525-pat00030

Figure 112020132943525-pat00031
Figure 112020132943525-pat00031

[상기 구조에서, p 및 q는 각 반복단위의 몰분율이다.][In the above structure, p and q are mole fractions of each repeating unit.]

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 상기 화학식1로 표시되는 반복단위의 몰분율(p) 및 하기 화학식2로 표시되는 반복단위의몰분율(q)는 0<p<1, 0<q<1이고, p+q=1를 만족하는 것일 수 있다.In the polymer according to an embodiment of the present invention, the mole fraction (p) of the repeating unit represented by the formula (1) and the mole fraction (q) of the repeating unit represented by the following formula (2) are 0<p<1, 0<q<1, and , p+q=1 may be satisfied.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 30 kDa 내지 1,000 kDa 일 수 있으며, 30 kDa 내지 1,000 kDa, 40 kDa 내지 1,000 kDa, 50 kDa 내지 1,000 kDa, 60 kDa 내지 1,000 kDa, 70 kDa 내지 1,000 kDa, 100 kDa 내지 1,000 kDa, 30 kDa 내지 800 kDa, 40 kDa 내지 800 kDa, 50 kDa 내지 800 kDa, 60 kDa 내지 800 kDa, 70 kDa 내지 800 kDa, 100 kDa 내지 800 kDa, 30 kDa 내지 500 kDa, 40 kDa 내지 500 kDa, 50 kDa 내지 500 kDa, 60 kDa 내지 500 kDa, 70 kDa 내지 500 kDa, 100 kDa 내지 500 kDa, 30 kDa 내지 250 kDa, 40 kDa 내지 250 kDa, 50 kDa 내지 250 kDa, 60 kDa 내지 250 kDa, 70 kDa 내지 250 kDa, 100 kDa 내지 250 kDa, 30 kDa 내지 150 kDa, 40 kDa 내지 150 kDa, 50 kDa 내지 150 kDa, 60 kDa 내지 150 kDa, 70 kDa 내지 150 kDa 또는 50 kDa 내지 100 kDa 일 수 있다. 이때, 상기 분자량은 폴리스티렌 표준물에 대하여 겔 침투 크로마토그래피 (GPC) 에 의해 측정되는 수 평균 분자량 Mn 로서 제공된다. 여기서, 중합도 (n) 는 n = Mn/Mu (이때, Mn은 수 평균 분자량이고, Mu 는 단일 반복단위의 분자량임) 로 제공되는, 수 평균 중합도를 의미한다.The polymer according to an embodiment of the present invention may be 30 kDa to 1,000 kDa, 30 kDa to 1,000 kDa, 40 kDa to 1,000 kDa, 50 kDa to 1,000 kDa, 60 kDa to 1,000 kDa, 70 kDa to 1,000 kDa, 100 kDa to 1,000 kDa, 30 kDa to 800 kDa, 40 kDa to 800 kDa, 50 kDa to 800 kDa, 60 kDa to 800 kDa, 70 kDa to 800 kDa, 100 kDa to 800 kDa, 30 kDa to 500 kDa, 40 kDa to 500 kDa, 50 kDa to 500 kDa, 60 kDa to 500 kDa, 70 kDa to 500 kDa, 100 kDa to 500 kDa, 30 kDa to 250 kDa, 40 kDa to 250 kDa, 50 kDa to 250 kDa, 60 kDa to 250 kDa , 70 kDa to 250 kDa, 100 kDa to 250 kDa, 30 kDa to 150 kDa, 40 kDa to 150 kDa, 50 kDa to 150 kDa, 60 kDa to 150 kDa, 70 kDa to 150 kDa or 50 kDa to 100 kDa have. Here, the molecular weight is given as a number average molecular weight M n measured by gel permeation chromatography (GPC) with respect to a polystyrene standard. Here, the degree of polymerization (n) means a number average degree of polymerization, provided by n = M n /M u (where M n is a number average molecular weight and M u is a molecular weight of a single repeating unit).

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 유기 전자 소자에 포함될 수 있으며, 그 중에서도 유기 태양전지의 광활성층에 전자수용체 재료로서 사용되어 종래 풀러렌 유도체를 대체하여 유기 태양전지에서 향상된 광전변환 효율의 구현이 가능하다. 이에, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 효율 및 안정성이 우수한 비-풀러렌계 전자수용체 재료로 고성능을 구현할 수 있다.The polymer according to an embodiment of the present invention may be included in an organic electronic device, and among them, it is used as an electron acceptor material in the photoactive layer of an organic solar cell to replace the conventional fullerene derivative to realize improved photoelectric conversion efficiency in an organic solar cell. It is possible. Accordingly, the organic solar cell according to the present invention can realize high performance with a non-fullerene-based electron acceptor material having excellent efficiency and stability.

본 발명의 일 실시예에 따른 중합체는 통상의 유기합성방법을 통하여 제조될 수 있음은 물론이며, 이에 사용되는 유기 용매는 제한되지 않으며, 반응시간과 온도 또한 발명의 핵심을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경이 가능함은 물론이다.Of course, the polymer according to an embodiment of the present invention can be prepared through a conventional organic synthesis method, and the organic solvent used is not limited, and the reaction time and temperature are also changed within the range that does not deviate from the core of the invention. Of course, this is possible.

또한, 본 발명은 상술된 중합체를 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.The present invention also provides an organic electronic device comprising the above-mentioned polymer.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 본 발명의 중합체가 사용될 수 있는 소자라면 제한되지 않으며, 이의 비한정적인 일예로는 유기 전자 소자는 유기 태양전지, 유기 박막 트랜지스터, 유기메모리, 또는 유기감광체, 유기 광센서 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 유기 태양전지 또는 유기박막트랜지스터일 수 있고, 보다 바람직하게는 유기 태양전지일 수 있다.The organic electronic device according to an embodiment of the present invention is not limited as long as it is a device in which the polymer of the present invention can be used, and as a non-limiting example thereof, the organic electronic device is an organic solar cell, an organic thin film transistor, an organic memory, or an organic electronic device. and a photoreceptor, an organic optical sensor, and the like, preferably an organic solar cell or an organic thin film transistor, and more preferably an organic solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 유기 태양전지로, 상기 중합체를 유기 태양전지의 광활성층에 포함할 수 있다.The organic electronic device according to an embodiment of the present invention is an organic solar cell, and the polymer may be included in a photoactive layer of the organic solar cell.

보다 구체적으로, 본 발명의 중합체는 전자수용체로 유기 태양전지에서 종래에 사용되던 풀러렌 유도체의 대체 화합물로 사용되어 이를 채용한 유기 태양전지는 향상된 광전변환효율을 가진다.More specifically, the polymer of the present invention is used as an electron acceptor as a substitute compound for a fullerene derivative conventionally used in an organic solar cell, and the organic solar cell employing the same has improved photoelectric conversion efficiency.

이하, 본 발명에 따른 유기 태양전지의 제조방법을 일 예를 들어 설명하나 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, a method for manufacturing an organic solar cell according to the present invention will be described with an example, but the present invention is not limited thereto.

상기 유기 태양전지는 정공수송층과 전자수송층이 접합된 구조로 이루어져 있고, 태양광을 흡수하면, 정공수용체에서 전자-홀 쌍(electron-hole pair)이 생성되고 전자수용체로 전자가 이동함으로써 전자-홀의 분리가 이루어지는 과정을 통해 광전변환효과를 나타낸다.The organic solar cell has a structure in which a hole transport layer and an electron transport layer are bonded, and when sunlight is absorbed, an electron-hole pair is generated in the hole acceptor, and electrons move to the electron acceptor, so that the electron-hole The photoelectric conversion effect is shown through the process of separation.

본 발명의 중합체를 유기 태양전지에 채용함으로써, 놀랍도록 향상된 광전변환효율을 달성할 수 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명의 중합체는 높은 결정성 및 용해도를 가져 전하 이동도가 높아 유기 태양전지의 광활성층에 전자수용체 재료로 사용되어 높은 효율을 구현할 수 있다.By employing the polymer of the present invention in an organic solar cell, it was confirmed that surprisingly improved photoelectric conversion efficiency can be achieved. In addition, the polymer of the present invention has high crystallinity and solubility and has high charge mobility, so that it can be used as an electron acceptor material in the photoactive layer of an organic solar cell to realize high efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지는 기판, 제1전극, 광활성층 및 제2전극을 포함하는 것일 수 있으며, 정공수송층, 전자수송층 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.The organic solar cell according to an embodiment of the present invention may include a substrate, a first electrode, a photoactive layer and a second electrode, and may further include a hole transport layer, an electron transport layer, and the like.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지는 반전된 유형의 유기 태양전지일 수 있다.In addition, the organic solar cell according to an embodiment of the present invention may be an inverted type organic solar cell.

상기 기판은 유리 및 석영판 이외에도 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthelate), PP(polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethlene), AS 수지(acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC(Triacetyl cellulose) 등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질로 제조될 수 있다.In addition to glass and quartz plate, the substrate is PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthelate), PP (polyperopylene), PI (polyimide), PC (polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxyethlene), AS resin (acrylonitrile styrene) copolymer), ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene copolymer), and TAC (Triacetyl cellulose) may be made of a flexible and transparent material such as plastic.

또한 상기 제1전극은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 투명전극 물질을 상기 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성된다. 제1전극은 애노드의 기능을 하는 부분으로써, 후술하는 제2전극에 비해 일함수가 큰 물질로 투명성 및 도전성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, ITO(indium tin oxide), 금, 은, 플로린이 도핑된 틴 옥사이드(fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(aluminium doped zink oxide, AZO), IZO(indium zink oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO(antimony tin oxide, SnO2-Sb2O3) 등이 있으며, 바람직하게는 ITO를 사용하는 것이 좋다.In addition, the first electrode is formed by coating a transparent electrode material on one surface of the substrate or coating it in a film form using sputtering, E-Beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing method. do. The first electrode is a part functioning as an anode, and as a material having a greater work function compared to a second electrode to be described later, any material having transparency and conductivity may be used. For example, indium tin oxide (ITO), gold, silver, fluorine doped tin oxide (FTO), aluminum doped zink oxide (AZO), indium zink oxide (IZO) ), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , and antimony tin oxide (ATO, SnO 2 -Sb 2 O 3 ), etc., and it is preferable to use ITO.

상기 광활성층은 전자수용체 및 전자공여체의 혼합물로 이루어진 것으로, 매우 빠른 전하 전달 및 분리 현상으로 광기전력 효과를 제공할 수 있으며, 본 발명의 중합체는 전자수용체로 포함될 수 있으며, 이의 배합량은 용도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 또한 본 발명의 중합체는 유기 용매에 용해시켜, 60 mm 이상의 두께, 좋게는 60 내지 120nm 두께로 광활성층의 전자수용체 재료로 사용될 수 있다. 또한 전자공여체의 일예로는 PBDB-T (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]), PBDB-T-S (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexylthio)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]), PBDB-T-SF (Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexylthio)-4-fluorothiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']-dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione)]), PBDB-T-2F (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)-4-fluorothiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione)]), PBDTTT-C-T (poly[(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophene))-2,6-diyl]), PBDTTT-C-F (poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), J51 (Poly[(5,6-difluoro-2-octyl-2H-benzotriazole-4,7-diyl)-2,5-thiophenediyl[4,8-bis[5-(2-hexyldecyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-2,5-thiophenediyl]), PBDTT-DPP (poly{2,6'-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b;3,4-b]dithiophene-alt-5-dibutyloctyl-3,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione}, P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCDTBT (poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]) 등을 들 수 있다. 상기 전자공여체와 본 발명의 중합체는 1 : 0.5 내지 1 : 4의 중량비로 배합하여 유기 용매에 용해시킨 용액을 스핀코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 닥터 블레이드법 등의 방법으로 광활성층을 형성할 수 있다. 상기 유기 용매는 단일유기 용매 또는 비점이 상이한 2종 이상의 유기 용매로, 구체적으로는 클로로벤젠, 아세톤, 메탄올, 테트라히드로퓨란, 톨루엔, 자일렌, 테트랄린, 1,2-디클로로벤젠 및 클로로포름으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유기 용매일 수 있다.The photoactive layer is made of a mixture of an electron acceptor and an electron donor, and can provide a photovoltaic effect through very fast charge transfer and separation, and the polymer of the present invention may be included as an electron acceptor, and its blending amount depends on the use. can be appropriately adjusted. In addition, the polymer of the present invention can be dissolved in an organic solvent and used as an electron acceptor material of the photoactive layer to a thickness of 60 mm or more, preferably 60 to 120 nm. In addition, as an example of the electron donor, PBDB-T (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5) -b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c: 4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]), PBDB-TS (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexylthio)thiophen-2- yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis( 2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))), PBDB-T-SF (Poly[(2,6-(4) ,8-bis(5-(2-ethylhexylthio)-4-fluorothiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']-dithiophene))-alt-(5,5-( 1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione )]), PBDB-T-2F (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)-4-fluorothiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4 ,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'- c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione)]), PBDTTT-CT (poly[(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo [1,2-b;4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophene))-2,6- diyl]), PBDTTT-CF (poly[1-(6-{ 4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2- b :4,5- b ′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4- b ]thiophen-2-yl)-1-octanone]), J51 (Poly[(5,6-difluoro-2-octyl-2H-benzotriazole-4,7-diyl)-2,5-thiophenediyl[4,8 -bis[5-(2-hexyldecyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-2,5-thiophenediyl]), PBDTT-DPP (poly{2,6'-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b;3,4-b]dithiophene-alt-5-dibutyloctyl-3,6-bis(5-bromothiophen- 2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione}, P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCDTBT (poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt- 5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]) and the like. The electron donor and the polymer of the present invention are mixed in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 4 and a solution dissolved in an organic solvent is used to form a photoactive layer by spin coating, spray coating, screen printing, doctor blade method, etc. have. The organic solvent is a single organic solvent or two or more organic solvents having different boiling points, specifically chlorobenzene, acetone, methanol, tetrahydrofuran, toluene, xylene, tetralin, 1,2-dichlorobenzene and chloroform. It may be one or more organic solvents selected from the group consisting of.

상기 광활성층은 본 발명에 따른 중합체를 전자수용체로 사용하여, 넓은 범위의 온도조건 하에도 그 상태의 변화가 관찰되지 않아, 우수한 성능과 모폴로지를 가질 수 있다. 또한, 광활성층의 모폴로지와 결정성을 조절하기 위하여, 추가의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 일 예로는 1,8-디아이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르(DPE:diphenylether), 옥탄디싸이올(octane dithiol), 테트라브로모싸이오펜(tetrabromothiophene) 등을 들 수 있으며, 용도에 따라 적절하게 배합되어 사용될 수 있다.The photoactive layer uses the polymer according to the present invention as an electron acceptor, and no change in its state is observed even under a wide range of temperature conditions, so it can have excellent performance and morphology. In addition, in order to control the morphology and crystallinity of the photoactive layer, an additional additive may be further included. Examples of the additive include 1,8-diiodooctane (DIO: 1,8-diiodooctane), 1-chloronaphthalene (1-CN: 1-chloronaphthalene), diphenyl ether (DPE: diphenylether), octanedithiol (octane dithiol), tetrabromothiophene, etc. may be mentioned, and may be appropriately combined according to the use.

또한, 본 발명에 따른 중합체를 포함하는 상기 광활성층은 높은 전자 밀도로 인하여, 단락전류밀도(short circuit current density) 및 개방전압(open circuit voltage)이 증가하여 광전변환효율을 향상시킨다. 즉 본 발명에 따른 중합체는 전자수용체로, 유기 태양전지에서 종래에 사용되던 풀러렌 유도체의 대체 화합물로 사용되어 이를 채용한 유기 태양전지는 향상된 광전변환효율을 가진다.In addition, the photoactive layer including the polymer according to the present invention has a high electron density, and thus a short circuit current density and an open circuit voltage are increased to improve the photoelectric conversion efficiency. That is, the polymer according to the present invention is used as an electron acceptor as an alternative compound to the fullerene derivative used in the prior art in organic solar cells, and the organic solar cell employing the same has improved photoelectric conversion efficiency.

또한 상기 제2전극은 전자 수송층이 도입된 상태에서 열증착기를 이용하여 증착될 수 있다. 이때, 사용 가능한 전극재료로는 불화리튬/알루미늄, 불화리튬/칼슘/알루미늄, 알루미늄/칼슘, 불화바륨/알루미늄, 불화바륨/바륨/알루미늄, 바륨/알루미늄, 알루미늄, 금, 은, 마그네슘:은 및 리튬:알루미늄 중에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 은, 알루미늄, 알루미늄/칼슘 또는 불화바륨/바륨/알루미늄 구조로 제작된 전극을 사용하는 것이 좋다.In addition, the second electrode may be deposited using a thermal evaporator in a state in which the electron transport layer is introduced. At this time, usable electrode materials include lithium fluoride/aluminum, lithium fluoride/calcium/aluminum, aluminum/calcium, barium/aluminum fluoride, barium fluoride/barium/aluminum, barium/aluminum, aluminum, gold, silver, magnesium: silver and It may be selected from lithium:aluminum, and it is preferable to use an electrode made of silver, aluminum, aluminum/calcium or barium fluoride/barium/aluminum structure.

또한, 전자수송층 및 정공수송층의 재료가 일반적인 유형의 전자수송층 및 정공수송층과 달리 사용될 수 있다. 전자수송층 재료의 일 예로는 TiOx, ZnO, TiO2, ZrO2, MgO, HfO2 등을 들 수 있고, 정공수송층 재료의 일 예로는 NiO, Ta2O3, MoO3, Ru2O3 등의 금속산화물을 들 수 있다. 또한 상술된 금속산화물과 더불어 양이온 혹은 음이온을 지니는 유기 공액고분자 전해질을 전자수송층 또는 정공수송층 재료로 사용할 수 있음은 물론이다.Also, the materials of the electron transport layer and the hole transport layer may be used differently from general types of electron transport layer and hole transport layer. Examples of the electron transport layer material include TiO x , ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , MgO, HfO 2 , and the like, and examples of the hole transport layer material include NiO, Ta 2 O 3 , MoO 3 , Ru 2 O 3 , and the like. of metal oxides. In addition, it goes without saying that an organic conjugated polymer electrolyte having a cation or an anion in addition to the above-described metal oxide may be used as a material for the electron transport layer or the hole transport layer.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, those of ordinary skill in the art to which this invention belongs have the meanings commonly understood. In addition, repeated description of the same technical configuration and operation as in the prior art will be omitted.

[실시예1][Example 1]

P(Y52BOBDT-H)의 제조Preparation of P(Y52BOBDT-H)

단계1: 화합물(2)의 제조Step 1: Preparation of compound (2)

Figure 112020132943525-pat00032
Figure 112020132943525-pat00032

삼구 플라스크에 화합물(1) (8.1g, 10.8mmol) 를 투입하고, 5-(브로모메틸l)운데칸 (5-(bromomethyl)undecane, 3.72g, 15mmol ), 수산화칼륨(potassium hydroxide, 2g, 35.64mmol)과 디메틸포름아미드(DMF)를 넣은 다음 아르곤 가스로 15분동안 산소를 제거하였다. 혼합물을 80℃에서 15시간동안 환류시켰다. 이후, 용매를 제거한 후 에틸아세테이트(Ethyl acetate)와 증류수(H2O)를 이용하여 추출을 진행하였다. 유기층을 MgSO4로 건조시킨 다음, 컬럼크로마토그래피를 진행하였다. 컬럼크로마토그래피는 디클로로메탄/페트롤레움 이써 = 1:1(vol:vol)로 진행하였으며, 붉은 고체 화합물(2)를 수득하였다(4.7g,40%).Compound (1) (8.1 g, 10.8 mmol) was added to a three-necked flask, 5-(bromomethyl l) undecane (5-(bromomethyl) undecane, 3.72 g, 15 mmol), potassium hydroxide, 2 g, 35.64 mmol) and dimethylformamide (DMF) were added, and then oxygen was removed with argon gas for 15 minutes. The mixture was refluxed at 80° C. for 15 hours. Then, after removing the solvent, extraction was performed using ethyl acetate and distilled water (H 2 O). The organic layer was dried over MgSO 4 , and then column chromatography was performed. Column chromatography was carried out with dichloromethane / petroleum ether = 1:1 (vol:vol), and a red solid compound (2) was obtained (4.7 g, 40%).

1H NMR (300 MHz, C4D20) δ 8.96 (s, 1H), 6.49 (d, J = 7.7 Hz, 2H), 4.61 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 3.88 (s, 1H), 3.80 - 3.56 (m, 2H), 3.34 - 2.96 (m, 17H), 2.99 - 2.49 (m, 18H), 2.50 - 2.24 (m, 8H). 1 H NMR (300 MHz, C4D20) δ 8.96 (s, 1H), 6.49 (d, J = 7.7 Hz, 2H), 4.61 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 3.88 (s, 1H), 3.80 - 3.56 (m, 2H), 3.34 - 2.96 (m, 17H), 2.99 - 2.49 (m, 18H), 2.50 - 2.24 (m, 8H).

단계2: 화합물(3)의 제조Step 2: Preparation of compound (3)

Figure 112020132943525-pat00033
Figure 112020132943525-pat00033

테트라히드로퓨란(THF)에 녹아있는 화합물(2) (0.46g, 0.5mmol) 용액을 -78℃에서 질소상태에서 n-BuLi(0.69ml, 1.6M in hexane)을 천천히 첨가하였다. 이후 같은 온도하에서 1.5시간동안 교반시킨 다음 0℃에서 0.5시간을 교반시켰다. 혼합액을 -78℃까지 떨어뜨린 다음 DMF를 첨가하였다. 용액을 실온(25℃)으로 옮긴 후 12시간동안 교반시켰다. 물을 부은 다음 디클로로메탄(Dichloromethane)을 이용하여 추출을 진행하였다. 유기층을 MgSO4로 건조시킨 다음, 컬럼크로마토그래피를 진행하였다. 컬럼크로마토그래피는 디클로로메탄/페트롤레움 이써 = 1:1(vol:vol)로 진행하였으며, 붉은 고체 화합물(3)을 수득하였다(0.34g, 60%).n-BuLi (0.69ml, 1.6M in hexane) was slowly added to a solution of compound (2) (0.46g, 0.5mmol) dissolved in tetrahydrofuran (THF) under nitrogen at -78°C. Thereafter, the mixture was stirred at the same temperature for 1.5 hours and then stirred at 0° C. for 0.5 hours. The mixture was dropped to -78°C, and then DMF was added. The solution was brought to room temperature (25° C.) and stirred for 12 hours. After pouring water, extraction was performed using dichloromethane. The organic layer was dried over MgSO 4 , and then column chromatography was performed. Column chromatography was carried out with dichloromethane / petroleum ether = 1:1 (vol:vol), and a red solid compound (3) was obtained (0.34 g, 60%).

1H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 10.06 (s, 1H), 4.74 - 4.37 (m, 2H), 3.13 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.04 - 1.91 (m, 1H), 1.90 - 1.77 (m, 2H), 1.44 - 1.12 (m, 17H), 1.08 - 0.65 (m, 18H), 0.63 - 0.46 (m, 8H). 1 H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 10.06 (s, 1H), 4.74 - 4.37 (m, 2H), 3.13 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.04 - 1.91 (m, 1H), 1.90 - 1.77 (m, 2H), 1.44 - 1.12 (m, 17H), 1.08 - 0.65 (m, 18H), 0.63 - 0.46 (m, 8H).

단계3: 화합물(4)의 제조Step 3: Preparation of compound (4)

Figure 112020132943525-pat00034
Figure 112020132943525-pat00034

화합물(3) (0.17g, 0.15mmol), 2-(6-브로모-3-옥소-2,3-디히드로-1H-인덴-1-일리덴)말로노니트릴 (2-(6-bromo-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile, 0.25g, 0.91mmol), 피리딘(pyridine, 1ml) 과 클로로포름(chloroform, 45ml) 을 질소 기류된 둥근 바닥 플라스크에 담았다. 혼합용액을 65℃에서 12시간동안 교반하였다. 실온으로 온도를 올려주고 메탄올을 부은 다음, 필터를 진행하였다. 실리카겔로 컬럼크로마토그래피를 진행하였다. 컬럼크로마토그래피는 디클로로메탄/페트롤레움 이써 = 1:1(vol:vol)로 진행하였으며, 진청색의 고체 화합물(4)를 수득하였다(0.14g,57%).Compound (3) (0.17 g, 0.15 mmol), 2- (6-bromo-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene) malononitrile (2- (6-bromo) -3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile, 0.25 g, 0.91 mmol), pyridine (1ml) and chloroform (chloroform, 45ml) were placed in a round-bottom flask with nitrogen flow. . The mixed solution was stirred at 65° C. for 12 hours. After raising the temperature to room temperature and pouring methanol, the filter was performed. Column chromatography was performed with silica gel. Column chromatography was carried out at dichloromethane/petroleum ether = 1:1 (vol:vol), and a dark blue solid compound (4) was obtained (0.14 g, 57%).

1H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 9.07 - 8.90 (m, 2H), 8.67 (s, 1H), 8.42 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 7.96 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.83 (dd, J = 8.0, 1.4 Hz, 1H), 7.78 (dd, J = 8.4, 1.9 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 4.76 (d, J = 7.2 Hz, 4H), 3.11 (s, 4H), 2.17 (s, 2H), 1.77 (dd, J = 14.4, 7.4 Hz, 4H), 1.49 - 1.33 (m, 4H), 1.36 - 0.69 (m, 68H), 0.69 - 0.49 (m, 12H). 1 H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 9.07 - 8.90 (m, 2H), 8.67 (s, 1H), 8.42 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 7.96 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.83 (dd, J = 8.0, 1.4 Hz, 1H), 7.78 (dd, J = 8.4, 1.9 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 4.76 (d, J = 7.2 Hz, 4H) ), 3.11 (s, 4H), 2.17 (s, 2H), 1.77 (dd, J = 14.4, 7.4 Hz, 4H), 1.49 - 1.33 (m, 4H), 1.36 - 0.69 (m, 68H), 0.69 - 0.49 (m, 12H).

단계4: P(Y52BOBDT-H) : 중합체1의 제조Step 4: Preparation of P(Y52BOBDT-H): Polymer 1

화합물(4) (200 mg, 0.121 mmol), (4,8-비스(5-(2-에틸헥실)티오펜-2-일)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일)비스(트리메틸스타난) ((4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane), 109 mg, 0.121 mmol), Pd2(dba)3 (2.4 mg, 0.0026mmol) 및 P (o-tol)3 (3.2 mg, 0.011 mmol)을 50 ml 2구 플라스크에 담았다. 혼합물을 85℃에서 12시간동안 반응시킨 다음 실온으로 냉각시키고 반응 혼합물을 메탄올(200 ml)에 부었다. 침전물을 여과하고 속슬렛을 이용하여, 메탄올, 디클로로메탄 및 클로로폼 순서로 추출하였다. 추출된 클로로포름을 농축하고 메탄올 200 ml에 침전시키고 여과하였다. 이를 진공하에서 건조시켜 어두운 고체인 중합체1을 수득하였다 (160mg, 63 %) (Mn = 12kg mol-1,-= 1.6, p=0.5).Compound (4) (200 mg, 0.121 mmol), (4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']diti Opene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane) ((4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b'] 50 dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane), 109 mg, 0.121 mmol), Pd 2 (dba) 3 (2.4 mg, 0.0026 mmol) and P (o-tol) 3 (3.2 mg, 0.011 mmol) 50 ml 2 neck flask. The mixture was reacted at 85° C. for 12 hours, then cooled to room temperature and the reaction mixture was poured into methanol (200 ml). The precipitate was filtered and extracted using Soxhlet in the order of methanol, dichloromethane and chloroform. The extracted chloroform was concentrated, precipitated in 200 ml of methanol, and filtered. It was dried under vacuum to give Polymer 1 as a dark solid (160 mg, 63 %) (Mn = 12 kg mol -1 , -= 1.6, p=0.5).

1H NMR (300MHz, CDCl3) δ9.26-8.65 (broad, 4H), 8.2-7.8 (broad, 4H), 7.82-7.51 (broad, 6H), 4.85-4.65 (m, 4H), 3.22-3.03 (m , 4H), 2.97-2.81 (m, 4H), 1.9 (m, 4H), 1.84 (m, 2H), 1.55 (m, 4H), 1.45 - 0.88 (m, 82H), 0.98 - 0.52 (m, 24H) ). 1 H NMR (300MHz, CDCl3) δ9.26-8.65 (broad, 4H), 8.2-7.8 (broad, 4H), 7.82-751 (broad, 6H), 4.85-4.65 (m, 4H), 3.22-3.03 ( m, 4H), 2.97-2.81 (m, 4H), 1.9 (m, 4H), 1.84 (m, 2H), 1.55 (m, 4H), 1.45 - 0.88 (m, 82H), 0.98 - 0.52 (m, 24H)).

[실시예2 내지 실시예4] [Examples 2 to 4]

상기 실시예1과 유사한 방법으로 실시하되, 상기 단계4에서 (4,8-비스(5-(2-에틸헥실)티오펜-2-일)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일)비스(트리메틸스타난) 대신 하기 표1의 단량체 화합물을 사용하여, 하기 표1의 중합체를 수득하였다.It was carried out in a manner similar to that of Example 1, except that in step 4, (4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b '] By using the monomer compounds of Table 1 below instead of dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane), the polymers of Table 1 were obtained.

Figure 112020132943525-pat00035
Figure 112020132943525-pat00035

상기 실시예1 내지 실시예3에서 제조된 중합체의 광 흡수영역을 용액상태(용액 : CHCl3)와 필름상태에서 측정하고, 그 결과를 하기 도1 내지 도3에 도시하였다. 또한, 하기 표2에 실시예1 내지 실시예3에서 제조된 중합체의 광학적 특성을 도시하였으며, 밴드갭(Eg)은 필름상태의 UV흡수파장에서 구하였다.The light absorption regions of the polymers prepared in Examples 1 to 3 were measured in a solution state (solution: CHCl 3 ) and a film state, and the results are shown in FIGS. 1 to 3 below. In addition, the optical properties of the polymers prepared in Examples 1 to 3 are shown in Table 2 below, and the band gap (Eg) was obtained at the UV absorption wavelength in the film state.

Figure 112020132943525-pat00036
Figure 112020132943525-pat00036

[비교예 화합물][Comparative Example Compound]

Figure 112020132943525-pat00037
Figure 112020132943525-pat00037

[실시예5 내지 실시예8][Examples 5 to 8]

유기 태양전지 제작Organic solar cell production

본 발명의 중합체에 대한 유기 태양전지용 전자수용체로서의 사용에 대한 성능을 평가하기 위하여, 하기와 같이 유기 태양전지를 제작하였다.In order to evaluate the performance of the polymer of the present invention for use as an electron acceptor for an organic solar cell, an organic solar cell was prepared as follows.

양극 투명전극(제 1전극)인 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 유리 기판을 세척용액이 포함된 탈이온수에 담궈, 초음파 세척기에 15분간 세척하고, 다시 탈이온수, 아세톤, 아이소프로필알코올(IPA)로 각각 3번씩 세정한 뒤, 130℃의 오븐에서 5시간 건조시켰다. 상기와 같이 세척된 ITO 유리 기판을 15분간 자외선/오존 처리한 후, ZnO·NPs (zinc oxide nanoparticle)를 스핀 코팅하고, 핫플레이트 상에서 100℃로 10분간 열처리하여 30 nm 두께의 ZnO·NPs 층을 형성하였다.Immerse the glass substrate coated with ITO (Indium Tin Oxide) as the anode transparent electrode (first electrode) in deionized water containing a cleaning solution, wash in an ultrasonic cleaner for 15 minutes, and again with deionized water, acetone, isopropyl alcohol (IPA) ) was washed three times each, and then dried in an oven at 130° C. for 5 hours. After UV/ozone treatment for 15 minutes on the washed ITO glass substrate, spin-coated ZnO NPs (zinc oxide nanoparticles), and heat treatment at 100° C. for 10 minutes on a hot plate to form a 30 nm-thick ZnO NPs layer formed.

아르곤으로 충진된 글로브 박스로 소자를 옮긴 후 광활성층을 형성하였다.After transferring the device to a glove box filled with argon, a photoactive layer was formed.

광활성층을 형성하기 위하여, 전자수용체로서 본 발명의 중합체 (실시예1 내지 실시예4에서 제조된 각각의 중합체)와 전자공여체로서 PBDB-T 를 무게비 1:1의 비율로 클로로벤젠(CB)에 20 mg/mL의 농도로 용해한 다음, DIO (1,8-diiodooctane)를 0.5 v/v%로 첨가하고 교반하여 유기 반도체 용액을 제조하였다.To form the photoactive layer, the polymer of the present invention (each polymer prepared in Examples 1 to 4) as an electron acceptor and PBDB-T as an electron donor in a weight ratio of 1:1 in chlorobenzene (CB) After dissolving at a concentration of 20 mg/mL, DIO (1,8-diiodooctane) was added at 0.5 v/v% and stirred to prepare an organic semiconductor solution.

상기 유기 반도체 용액을 0.45 ㎛ (PTFE) 실린지 필터(syringe filter)를 통해 필터링한 후 상기 ZnO·NPs 층 상에 스핀코팅하고, 160℃에서 30분간 어닐링을 실시하여 100 nm 두께의 광활성층을 제조하였다. 이어서 열증착기 내 3 ⅹ 10-6 torr 진공 하에서 상기 광활성층 상에 10 nm 두께의 MoO3, 최상부 전극으로써 100 nm 두께의 Ag 전극을 증착하여 [Glass/ITO/ZnO/광활성층(본 발명의 중합체: PBDB-T)/MoO3/Ag]의 정구조(conventional structure)를 가지는 유기 태양전지를 제작하였다.After filtering the organic semiconductor solution through a 0.45 μm (PTFE) syringe filter, spin coating on the ZnO·NPs layer, and annealing at 160° C. for 30 minutes to prepare a photoactive layer with a thickness of 100 nm did. Subsequently, a 10 nm thick MoO 3 , 100 nm thick Ag electrode as the top electrode was deposited on the photoactive layer under 3 x 10 -6 torr vacuum in a thermal evaporator [Glass/ITO/ZnO/photoactive layer (polymer of the present invention) : PBDB-T)/MoO 3 /Ag], an organic solar cell having a conventional structure was fabricated.

제작된 유기 태양전지의 광전기력 특성을 조사하기 위하여 솔라 시뮬레이터(Solar simulator)와 복사풀력계(radiant power meter)를 사용하여 AM 1.5 조건의 100mW 태양광을 생성하였고, 1kW 솔라 시뮬레이터 (Newport 91192)을 사용하여 유기 태양전지의 전류밀도-전압(current density-voltage) 특성을 측정하였다.In order to investigate the photoelectric power characteristics of the fabricated organic solar cell, 100 mW sunlight under AM 1.5 condition was generated using a solar simulator and a radiant power meter, and a 1 kW solar simulator (Newport 91192) was used. was used to measure the current density-voltage characteristics of the organic solar cell.

제작된 유기 태양전지의 전기적 특성인 개방전압(Voc), 단락전류(Jsc), FF(Fill Factor) 및 광전변환효율(Power Conversion Efficiency, PCE)을 확인하여, 그 결과를 하기 표3에 도시하였다.Open-circuit voltage (V oc ), short-circuit current (J sc ), FF (Fill Factor), and photoelectric conversion efficiency (PCE), which are electrical characteristics of the produced organic solar cell, were checked, and the results are shown in Table 3 below. shown.

Voc(V) 및 Jsc(mA/cm2) 각각은 제작된 소자의 전류-전압 곡선에서, 전류가 0일 때 전압 값 및 전압이 0일 때 전류 값을 나타낸다.Each of V oc (V) and J sc (mA/cm 2 ) represents a voltage value when the current is 0 and a current value when the voltage is 0 in the current-voltage curve of the fabricated device.

또한, FF(fill factor)는 하기 수학식 1로부터 산출된다.In addition, FF (fill factor) is calculated from the following Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

FF = VmppㆍJmpp/VocㆍJsc FF = V mpp ㆍJ mpp /V oc ㆍJ sc

(상기 수학식 1에서, Vmpp 및 Jmpp 각각은 제작된 소자의 전류-전압 측정 시, 최대의 일률을 나타내는 지점에서의 전압 및 전류값을 나타내고, Voc(V) 및 Jsc(mA/cm2) 각각은 제작된 소자의 전류-전압 곡선에서, 전류가 0일 때 전압 값 및 전압이 0일 때 전류 값을 나타낸다.)(In Equation 1, each of V mpp and J mpp represents the voltage and current value at the point showing the maximum power when measuring the current-voltage of the manufactured device, and V oc (V) and J sc (mA/ cm 2 ) Each represents a voltage value when the current is 0 and a current value when the voltage is 0 in the current-voltage curve of the fabricated device.)

나아가, 광전변환 효율(%)은 하기 수학식 2로부터 산출된다.Furthermore, the photoelectric conversion efficiency (%) is calculated from Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

광전변환 효율(%) = 100×FF×VocㆍJsc/Pin Photoelectric conversion efficiency (%) = 100×FF×V oc ㆍJ sc /P in

(상기 수학식 2에서, FF, Voc 및 Jsc는 상기 수학식 1에서 정의한 바와 같고, Pin는 소자에 입사되는 빛의 총 에너지를 나타낸다.)(In Equation 2, FF, V oc and J sc are as defined in Equation 1, and P in represents the total energy of light incident on the device.)

[비교예1][Comparative Example 1]

유기 태양전지의 제작Fabrication of organic solar cells

본 발명의 중합체 대신 상기 비교예 화합물로 예시한 Y5-2BO를 사용하여 상기 실시예5와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제작하여 그 특성을 확인하였다.An organic solar cell was fabricated in the same manner as in Example 5 using Y5-2BO exemplified as the comparative compound instead of the polymer of the present invention, and its characteristics were confirmed.

[비교예2][Comparative Example 2]

유기 태양전지의 제작Fabrication of organic solar cells

본 발명의 중합체 대신 상기 비교예 화합물로 예시한 P(NDI2OB-T2)를 사용하여 상기 실시예5와 동일한 방법으로 유기 태양전지를 제작하여 그 특성을 확인하였다.An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 5 using P(NDI2OB-T2) exemplified as the comparative compound instead of the polymer of the present invention, and its characteristics were confirmed.

Figure 112020132943525-pat00038
Figure 112020132943525-pat00038

상기 표2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중합체는 온도의 변화에도 불구하고 필름상태의 변화가 관찰되지 않았다. 이에, 본 발명에 따른 중합체를 이용하여 제조된 광활성층은 우수한 성능과 모폴로지를 구현할 수 있다.As shown in Table 2, in the polymer according to the present invention, no change in the film state was observed despite the change in temperature. Accordingly, the photoactive layer prepared using the polymer according to the present invention can implement excellent performance and morphology.

또한, 상기 표3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중합체를 전자수용체로서 광활성층에 채용한 유기 태양전지는 매우 높은 광전변환효율을 구현할 수 있음을 확인하였다. 이는 본 발명에 따른 중합체의 특징적 치환체 및 구조적 특징으로부터 기인됨을 알 수 있다.In addition, as shown in Table 3, it was confirmed that the organic solar cell employing the polymer according to the present invention as an electron acceptor in the photoactive layer can realize very high photoelectric conversion efficiency. It can be seen that this results from the characteristic substituents and structural features of the polymer according to the invention.

본 발명에 따른 유기 태양전지는 향상된 광전변환효율 뿐만 아니라, 열적 및 화학적 안정성이 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 화합물을 채용한 유기 태양 전지는 장기안정성이 뛰어나 오랜 기간이 지남에도 불구하고 광전변환효율의 큰 변화가 관찰되지 않고 초기값을 유지하여 내구성이 우수하였다.또한, 본 발명의 중합체는 기존 풀러렌계 전자수용체인 PC71BM는 물론, 공지의 비풀러렌계 전자수용체인 비교예1 또는 비교예2에 비해서도 보다 향상된 전자 친화력을 가지는 동시에 전자공여체와의 우수한 혼화성으로 인해 현저하게 향상된 광전변환효율을 나타내었다. 이와 동시에, 본 발명의 중합체는 개방전압(Voc)과 단락전류(Jsc) 역시 월등히 상승하는 효과를 나타내 풀러렌계 전자수용체를 대체하는 화합물로서 적용가능함을 확인하였다.The organic solar cell according to the present invention has excellent thermal and chemical stability as well as improved photoelectric conversion efficiency. In addition, the organic solar cell employing the compound according to the present invention has excellent long-term stability, and despite the passage of a long period of time, no significant change in photoelectric conversion efficiency is observed and the initial value is maintained and thus excellent in durability. The polymer has improved electron affinity compared to the conventional fullerene-based electron acceptor PC71BM as well as Comparative Example 1 or Comparative Example 2, which are known non-fullerene-based electron acceptors. efficiency was shown. At the same time, it was confirmed that the polymer of the present invention can be applied as a compound that replaces the fullerene-based electron acceptor by showing the effect of significantly increasing the open circuit voltage (V oc ) and the short-circuit current (J sc ).

따라서, 본 발명에 따른 중합체를 비-풀러렌계 전자수용체로 채용할 경우, 우수한 광전변환효율의 구현은 물론 높은 단락전류(Jsc)와 FF를 구현할 수 있으므로, 종래 전자수용체로 널리 사용되고 있는 풀러렌계 전자수용체를 대체할 수 있는 화합물로 사용되어, 유기 태양전지의 광전변환효율을 개선시키며, 동시에 안정성 및 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있다.Therefore, when the polymer according to the present invention is employed as a non-fullerene-based electron acceptor, high short-circuit current (J sc ) and FF can be realized as well as excellent photoelectric conversion efficiency, so the fullerene-based electron acceptor widely used in the prior art Used as a compound that can replace the electron acceptor, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency of an organic solar cell, and at the same time significantly improve stability and durability.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.As described above, although the embodiments of the present invention have been described in detail, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains within the scope not departing from the technical spirit of the present invention as defined in the appended claims. The present invention may be practiced with various modifications. Accordingly, modifications of future embodiments of the present invention will not depart from the technology of the present invention.

Claims (13)

하기 화학식1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식2로 표시되는 반복단위를 포함하는 유기 전자 소자용 중합체:
[화학식1]
Figure 112022052470815-pat00039

[화학식2]
Figure 112022052470815-pat00040

상기 화학식1 및 화학식2에서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;
X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;
V1 및 V2는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 티오카보닐 또는
Figure 112022052470815-pat00041
로 대체될 수 있으며, 상기 R은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 융합고리는 N, O, S 및 Se로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고;
Ar은 벤조디티오페닐렌, 벤조디티에노티오페닐렌, 나프토디티오페닐렌, 티오페닐렌, 벤조티에노셀레노페닐렌, 벤조디셀레노페닐렌, 벤조디셀레노셀레노페닐렌, 나프토디셀레노페닐렌, 셀레노페닐렌 또는 이들의 조합이고, 상기 Ar은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, C6-C30아릴, C3-C30헤테로아릴, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
A polymer for an organic electronic device comprising a repeating unit represented by the following formula (1) and a repeating unit represented by the following formula (2):
[Formula 1]
Figure 112022052470815-pat00039

[Formula 2]
Figure 112022052470815-pat00040

In the above formulas 1 and 2,
R 1 to R 4 are each independently C1-C30 alkyl;
X 1 to X 4 are each independently O, S or Se;
V 1 and V 2 are each independently a fused ring having methylidene as a linking group, and the fused rings are each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1- It may be further substituted with one or more substituents selected from C30 alkyl, nitro and hydroxy, and -CH 2 - of the fused ring is carbonyl, thiocarbonyl or
Figure 112022052470815-pat00041
may be replaced with, wherein each R is independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy, haloC1-C30 alkyl, C1-C30 alkyl carbonyl or C 1 -C 30 alkylcarbonyloxy, wherein the fused ring may contain one or more heteroatoms selected from N, O, S and Se;
Ar is benzodithiophenylene, benzodithienothiophenylene, naphthodithiophenylene, thiophenylene, benzothienoselenophenylene, benzodiselenophenylene, benzodiselenoselenophenylene, naphthodiselenophenylene, selenophenylene, or a combination thereof, wherein Ar is each independently C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, C6-C30 aryl, C3-C30 heteroaryl; It may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, hydroxy, and combinations thereof.
제 1항에 있어서,
상기 화학식2로 표시되는 반복단위는,
하기 구조에서 선택되는 것인, 중합체:
Figure 112020132943525-pat00042

상기 구조에서,
a는 0 내지 5의 정수에서 선택되고;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;
R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 수소 또는 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 헤테로아릴은 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 히드록시 및 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
The method of claim 1,
The repeating unit represented by Formula 2 is,
A polymer selected from the structure:
Figure 112020132943525-pat00042

In the above structure,
a is selected from an integer from 0 to 5;
R 11 and R 12 are each independently C1-C30 alkyl;
R 13 and R 14 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
Ar 1 to Ar 4 are each independently hydrogen or C3-C30 heteroaryl, wherein the heteroaryl is one selected from C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, hydroxy, and combinations thereof It may be further substituted with more than one substituent.
제 2항에 있어서,
상기 구조에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, 할로겐 또는 이들의 조합에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 C3-C30헤테로아릴이고, 상기 Ar3 및 Ar4는 수소인, 중합체.
3. The method of claim 2,
In the above structure, Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroaryl substituted with one or more substituents selected from C1-C30 alkyl, halogen, or a combination thereof, and Ar 3 and Ar 4 are hydrogen. .
제 1항에 있어서,
상기 V1 및 V2는,
각각 독립적으로 하기 화학식A로 표시되는 것인, 중합체:
[화학식A]
Figure 112020132943525-pat00043

상기 화학식A에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, 상기 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
A는 C6-C20방향족 고리 또는 C3-C20헤테로방향족 고리이며, 상기 방향족 고리 및 헤테로방향족 고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 할로C1-C30알킬, 니트로 및 히드록시에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
The method of claim 1,
The V 1 and V 2 are,
Each of which is independently represented by the following formula (A), a polymer:
[Formula A]
Figure 112020132943525-pat00043

In the formula A,
Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , wherein R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkyl carbonyloxy;
A is a C6-C20 aromatic ring or a C3-C20 heteroaromatic ring, wherein the aromatic ring and the heteroaromatic ring are C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, haloC1-C30 alkyl , may be further substituted with one or more substituents selected from nitro and hydroxy.
제 4항에 있어서,
상기 V1 및 V2는,
각각 독립적으로 하기 화학식B 또는 화학식C로 표시되는 것인, 중합체:
[화학식B]
Figure 112020132943525-pat00044

[화학식C]
Figure 112020132943525-pat00045

상기 화학식B 및 화학식C에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CRaRb이고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고, 상기 Y1 및 Y2는 서로 상이하고;
Z2 및 Z3 중 하나는 CRc이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고, 상기 Rc는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이고;
Z1은 CRd 또는 N이고, 상기 Rd는 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R21 또는 R22와 연결되어 방향족 융합고리를 형성할 수 있으며;
R21 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.
5. The method of claim 4,
The V 1 and V 2 are,
Each of which is independently represented by Formula B or Formula C, a polymer:
[Formula B]
Figure 112020132943525-pat00044

[Formula C]
Figure 112020132943525-pat00045

In Formula B and Formula C,
Y 1 and Y 2 are each independently O, S or CR a R b , R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyl nyloxy, wherein Y 1 and Y 2 are different from each other;
one of Z 2 and Z 3 is CR c , the other is O, S or Se, wherein R c is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro , hydroxy or haloC1-C30 alkyl;
Z 1 is CR d or N, wherein R d is hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl or an adjacent substituent; It may be connected with R 21 or R 22 to form an aromatic fused ring;
R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano, nitro, hydroxy or haloC1-C30 alkyl.
제 5항에 있어서,
상기 V1 및 V2는,
각각 독립적으로 하기 화학식D, 화학식E, 화학식F 또는 화학식G로 표시되는 것인, 중합체:
[화학식D]
Figure 112020132943525-pat00046

[화학식E]
Figure 112020132943525-pat00047

[화학식F]
Figure 112020132943525-pat00048

[화학식G]
Figure 112020132943525-pat00049

상기 화학식D 내지 화학식G에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O 또는 S 이고;
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이고;
R21 내지 R24은 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 또는 할로C1-C30알킬이다.
6. The method of claim 5,
The V 1 and V 2 are,
Each of which is independently represented by Formula D, Formula E, Formula F, or Formula G, a polymer:
[Formula D]
Figure 112020132943525-pat00046

[Formula E]
Figure 112020132943525-pat00047

[Formula F]
Figure 112020132943525-pat00048

[Formula G]
Figure 112020132943525-pat00049

In the above formulas D to G,
Y 1 and Y 2 are each independently O or S;
R a and R b are each independently halogen, cyano, nitro, hydroxy, C1-C30 alkylcarbonyl or C1-C30 alkylcarbonyloxy;
R c and R d are each independently hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 1 -C 30 alkoxy, C 1 -C 30 alkylthio, halogen, cyano or haloC 1 -C 30 alkyl;
R 21 to R 24 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C1-C30 alkoxy, C1-C30 alkylthio, halogen, cyano or haloC1-C30 alkyl.
제 1항에 있어서,
상기 중합체는,
하기 화학식3으로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식4로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체:
[화학식3]
Figure 112020132943525-pat00050

[화학식4]
Figure 112020132943525-pat00051

상기 화학식3 및 화학식4에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 직쇄C8-C30알킬이고;
R31 및 R32는 각각 독립적으로 분쇄C1-C7알킬이고;
x 및 y는 각각 독립적으로 1 내지 7에서 선택되는 정수이고;
R33은 각각 독립적으로 수소, 플루오로 또는 클로로이다.
The method of claim 1,
The polymer is
A polymer comprising a repeating unit represented by the following formula (3) and a repeating unit represented by the following formula (4):
[Formula 3]
Figure 112020132943525-pat00050

[Formula 4]
Figure 112020132943525-pat00051

In Formulas 3 and 4,
R 1 and R 2 are each independently straight-chain C8-C30 alkyl;
R 31 and R 32 are each independently crushed C1-C7 alkyl;
x and y are each independently an integer selected from 1 to 7;
each R 33 is independently hydrogen, fluoro or chloro.
제 1항에 있어서,
상기 화학식1로 표시되는 반복단위의 몰분율(p) 및 상기 화학식2로 표시되는 반복단위의 몰분율(q)는 0<p<1, 0<q<1이고, p+q=1를 만족하는 것인, 중합체.
The method of claim 1,
The mole fraction (p) of the repeating unit represented by the formula (1) and the mole fraction (q) of the repeating unit represented by the formula (2) are 0<p<1, 0<q<1, and satisfy p+q=1 phosphorus, polymer.
제 1항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 중합체를 포함하는 유기 전자 소자.An organic electronic device comprising the polymer according to any one of claims 1 to 8. 제 9항에 있어서,
상기 유기 전자 소자는,
유기 태양전지, 유기 박막 트랜지스터, 유기메모리, 유기감광체 또는 유기 광센서인, 유기 전자 소자.
10. The method of claim 9,
The organic electronic device,
An organic electronic device, which is an organic solar cell, an organic thin film transistor, an organic memory, an organophotoreceptor or an organic photosensor.
제 9항에 있어서,
상기 유기 전자 소자는 유기 태양전지인, 유기 전자 소자.
10. The method of claim 9,
The organic electronic device is an organic solar cell.
제 9항에 있어서,
상기 중합체는,
상기 유기 태양전지의 광활성층에 포함되는 것인, 유기 전자 소자.
10. The method of claim 9,
The polymer is
Which is included in the photoactive layer of the organic solar cell, an organic electronic device.
제 10항에 있어서,
상기 중합체는,
전자수용체로 사용되는 것인, 유기 전자 소자.
11. The method of claim 10,
The polymer is
An organic electronic device that is used as an electron acceptor.
KR1020200170476A 2019-12-10 2020-12-08 Novel polymer and organic electronic device using them KR102439270B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2020/017991 WO2021118238A1 (en) 2019-12-10 2020-12-10 Novel polymer and organic electronic device using same
US17/772,513 US20220396661A1 (en) 2019-12-10 2020-12-10 Novel polymer and organic electronic device using same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190164094 2019-12-10
KR1020190164094 2019-12-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210073470A KR20210073470A (en) 2021-06-18
KR102439270B1 true KR102439270B1 (en) 2022-09-02

Family

ID=76623589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200170476A KR102439270B1 (en) 2019-12-10 2020-12-08 Novel polymer and organic electronic device using them

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102439270B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115010724A (en) * 2022-03-24 2022-09-06 北京化工大学 Preparation method and application of oligomer based on A-D-A type small molecular receptor
CN115057995B (en) * 2022-06-15 2023-11-28 苏州大学 Polymer material based on D-pi-IC, and preparation method and application thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107298758A (en) * 2017-07-03 2017-10-27 中国科学院化学研究所 A kind of narrow band gap n type polymeric acceptors and preparation method and application

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102091018B1 (en) * 2017-11-30 2020-03-19 경상대학교산학협력단 Novel compound and organic electronic device using them
KR102093460B1 (en) * 2017-11-30 2020-03-25 경상대학교산학협력단 Novel compound and organic electronic device using them

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107298758A (en) * 2017-07-03 2017-10-27 中国科学院化学研究所 A kind of narrow band gap n type polymeric acceptors and preparation method and application

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADV. Mater. 2019. 31, 17, 1807577(2019.04.18.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210073470A (en) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5935229B2 (en) Polymer and organic solar cell including the same
US20220396661A1 (en) Novel polymer and organic electronic device using same
JP5425338B2 (en) Copolymer containing anthracene and pearselenol, its production method and its application
US11638389B2 (en) Unsymmetrical benzothiadiazole-based random copolymers
KR20140010156A (en) Semiconducting polymers
WO2018017344A1 (en) Unsymmetrical benzothiadiazole-based molecular complexes
KR102439270B1 (en) Novel polymer and organic electronic device using them
KR102093470B1 (en) Novel compound and organic electronic device using them
US10361370B2 (en) Unsymmetrical benzothiadiazole-based molecular complexes in organic photovoltaic devices
KR102291239B1 (en) N-type organic semiconducting compounds, manufacturing method thereof, and organic photovoltaics containing the same
KR101828012B1 (en) Conjugated polymer for organic solar cell and manufacturing method thereof
KR102093460B1 (en) Novel compound and organic electronic device using them
Yang et al. Synthesis and photovoltaic properties of benzotriazole-based donor–acceptor copolymers
KR101495152B1 (en) organic semiconductor compound, manufacturing method thereof, and organic electronic device that contains it
KR102446165B1 (en) Compound containing aryloxy akyl group and organic electronic device using them
Wang et al. Alkoxyphenyl or alkylphenyl side-chained Thieno [2, 3-f] benzofuran polymer for efficient non-fullerene solar cells
KR102295781B1 (en) Novel compound and organic electronic device using them
KR101214546B1 (en) Organic photoelectric transfer polymer and organic photovoltaic device
KR20160004916A (en) Organic semiconducting compounds, manufacturing method thereof, and organic electronic device and organic photovoltaic device containing the same
KR101386049B1 (en) ORGANIC PHOTOVOLTAIC π-π CONJUGATED POLYMER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
KR101306070B1 (en) Conductive Polymer Compound and Organic Solar Cells with the Same
KR20210067917A (en) Novel compound and organic electronic device using them
KR20120100529A (en) Organic photoelectric transfer polymer and organic photovoltaic device
JP2016117791A (en) New polymer and organic thin film solar cell material using the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant