KR102514779B1 - New acceptor-donor-acceptor triad type compound, compositions and solar cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 신규한 A-D-A 트라이어드형 화합물 및 이를 포함하는 조성물 및 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 티오펜 또는 융합된 티오펜 기반 도너 코어 및 억셉터로 플러렌 기반의 말단 유닛을 포함하는 A-D-A 트라이어드형 소분자(acceptor-donor-acceptor triad-type smallmolecule)인 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a novel A-D-A triad-type compound, a composition containing the same, and a solar cell, and more specifically, to a thiophene or fused thiophene-based donor core and an A-D-A triad containing a fullerene-based terminal unit as an acceptor. It relates to a novel compound that is an acceptor-donor-acceptor triad-type smallmolecule, a composition containing the same, and a solar cell.

Description

신규한 A-D-A 트라이어드형 화합물 및 이를 포함하는 조성물 및 태양전지{NEW ACCEPTOR-DONOR-ACCEPTOR TRIAD TYPE COMPOUND, COMPOSITIONS AND SOLAR CELL} Novel A-D-A triad compound, composition containing the same, and solar cell

본 발명은, 신규한 A-D-A 트라이어드형 화합물 및 이를 포함하는 조성물 및 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a novel A-D-A triad compound and a composition and solar cell including the same.

고분자 태양전지(PSC)는, 용액 가공성, 반투명성, 확장성 등을 인하여 차세대 발전기로 큰 관심을 받고 있다. 최근, 개선된 PSC의 전력변환 효율(PCE)이 보고되었으며, 예를 들어, 새로운 재료 및 디바이스 설계의 발전으로 인하여 17 %까지 상승된 PCE를 갖는 단일-접합 디바이스가 보고되었다. 그러나, 상용화 이전에, 열, 광 및 기계적 안정성과 같은 PSC 장치의 안정성이 낮아 이를 개선할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 도너와 억센터(D/A) 재료의 BHJ(bulk-heterojunction) 혼합물은, 강한 D/A 불혼화성으로 인하여 심각한 형태학적 불안정성이 발생하고, 이는 불량한 접착 및 기계적 견고성을 갖는 날카로운 인터페이스를 갖는 약한 D/A 접합이 형성된다.Polymer solar cells (PSCs) are attracting great attention as next-generation generators due to their solution processability, translucency, scalability, and the like. Recently, improved power conversion efficiency (PCE) of PSCs has been reported, for example, single-junction devices with PCEs elevated up to 17% have been reported due to advances in new materials and device designs. However, prior to commercialization, the stability of the PSC device, such as thermal, optical and mechanical stability, is low, and it is necessary to develop a technology capable of improving it. BHJ (bulk-heterojunction) mixtures of donor and acceptor center (D/A) materials suffer from severe morphological instability due to strong D/A incompatibility, resulting in weak D with sharp interfaces with poor adhesion and mechanical robustness. /A junction is formed.

플렉서블 및 스트레처블 전자 장치에 PSC의 적용 가능성이 높으며, PSC 디바이스에서 향상된 기계적 내구성을 갖는 것은, 전자 장치 분야에 활용하기 위한 중요한 요소이다. 5 Jm-2 이상의 Gc(cohesive or adhesive fracture energy)가 제조 공정 및 조작에서 발생하는 기계적 응력에 대응하는데 필요한 것으로 알려져 있다. 그러나, 대부분의 플러렌 및 비-플러렌 소분자 억셉터-기반 PSC에서 BHJ 활성층의 Gc는 1-2 Jm-2 보다 낮다. PSCs are highly applicable to flexible and stretchable electronic devices, and having improved mechanical durability in PSC devices is an important factor for use in electronic devices. It is known that a cohesive or adhesive fracture energy ( Gc ) of 5 Jm -2 or more is required to cope with mechanical stress generated in the manufacturing process and operation. However, in most fullerene and non-fullerene small molecule acceptor-based PSCs, the G c of the BHJ active layer is lower than 1-2 Jm -2 .

따라서, 일반적인 BHJ PSC의 D/A 인터페이스는 제조 및 유지 가능한 작동에 필요한 충분한 형태학적 안정성과 기계적 견고성을 강화해야한다. 현재까지 두 가지 주요 접근법이 PSC의 형태학적 및 열적 안정성을 향상시키기 위해 개발되었다. (1) 도너 또는 억셉터 구조에 직접 가교 가능한 모이어티를 도입하거나 (2) BHJ 활성층에 상용화제(compatibilizers)를 도입하는 것이다. 가교 접근법에서, 광 또는 열적으로 가교 가능한 단위가 있는 도너 또는 억셉터 재료는 BHJ 형태를 동결하도록 설계되어 광 또는 열 응력 하에서 형태학적 안정성을 향상시킨다. 또한, 가교 가능한 분자는 BHJ 활성층에 첨가제로 도입될 수 있다. 하지만, 이러한 가교 가능한 유닛은 고에너지 열 및/또는 광 활성이 요구되어, PSC의 광기전력 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 더욱이, BHJ 활성 물질은 가교 이후에 부서지기 쉽고 PSC에 기계적 연성을 현저히 감소시킬 수 있다. Therefore, the D/A interface of a typical BHJ PSC should have sufficient morphological stability and mechanical robustness required for fabrication and maintainable operation. To date, two major approaches have been developed to improve the morphological and thermal stability of PSCs. (1) Direct cross-linkable moiety is introduced into the donor or acceptor structure, or (2) compatibilizers are introduced into the BHJ active layer. In the cross-linking approach, donor or acceptor materials with photo- or thermally-crosslinkable units are designed to freeze the BHJ conformation to improve morphological stability under light or thermal stress. In addition, crosslinkable molecules may be introduced as additives to the BHJ active layer. However, these crosslinkable units require high-energy thermal and/or photoactive activity, which can negatively affect the photovoltaic performance of PSCs. Moreover, BHJ active materials are brittle after crosslinking and can significantly reduce mechanical ductility to PSCs.

다른 방안으로, BHJ 블렌드에 D/A 인터페이스의 물리적 안정화를 강화할 수 있는 상용화제를 개발하고 활용하는 것이다. 예를 들어, p-형 및 n-형 블럭으로 P3HT(poly(3-hexylthiophene)) 및 플러렌 유도체를 갖는 양친성 디블럭 공중합체(amphiphilic deblock copolymers)의 상용화제가 보고되었고, 이는 P3HT-based PSC에서 열적 안정성을 개선에 적합하다. 또한, 공중합체, 엔드-갭 폴리머, 소분자 및 in situ 상용화제 등과 같은 다양한 상용화제가 보고되고 BHJ 블렌드의 열적 안정성을 향상시키기 위한 시도가 이루어졌다. 그러나, 보고된 상용화제는 복잡합 합성 단계가 필요하여 생산하는 것이 어렵고, 디블록 공중합체-기반 상용화제는 두 번째 블록에 플러렌 유도체를 도입하기 위해서 상당한 양의 절연성 모이어티를 포함하고 있다. 이는 BHJ 활성에서 자유 전하 발생 및 이동을 저하시키고, D/A 재료 시스템으로 제한되어 다른 재료 시스템에서 보편적인 적용이 어려울 수 있다.Another way is to develop and utilize a compatibilizer capable of enhancing the physical stabilization of the D/A interface in BHJ blends. For example, a compatibilizer of amphiphilic deblock copolymers having P3HT (poly(3-hexylthiophene)) and fullerene derivatives as p-type and n-type blocks has been reported, which is Suitable for improving thermal stability. In addition, various compatibilizers such as copolymers, end-gap polymers, small molecules and in situ compatibilizers have been reported and attempts have been made to improve the thermal stability of BHJ blends. However, the reported compatibilizers are difficult to produce because they require complex synthesis steps, and the diblock copolymer-based compatibilizers contain a significant amount of insulating moiety to incorporate fullerene derivatives into the second block. This degrades free charge generation and movement in BHJ activity, and may be difficult to apply universally in other material systems because it is limited to D/A material systems.

본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 열적 및 기계적 특성의 향상과 동시에 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 분자 상용화제(molecular compatibilizer)로 적용되는, A-D-A 트라이어드형 소분자인, 신규한 화합물을 제공하는 것이다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a novel compound, an A-D-A triad type small molecule, applied as a molecular compatibilizer that can improve the performance of a solar cell as well as improve thermal and mechanical properties. is to provide

본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 분자 상용화제(molecular compatibilizer)로 적용하여 유기태양전지의 효율성, 안정성 및 기계적 견고성을 향상시킬 수 있는, 유기태양전지의 활성층을 구성할 수 있는, 태양전지용 조성물을 제공하는 것이다.The present invention is a composition for a solar cell, which can constitute an active layer of an organic solar cell, which can improve the efficiency, stability and mechanical robustness of the organic solar cell by applying the compound according to the present invention as a molecular compatibilizer. is to provide

본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 포함하는 활성층을 포함하고, 효율성, 안정성 및 기계적 견고성이 향상된, 폴리머 태양전지를 제공하는 것이다. The present invention is to provide a polymer solar cell comprising an active layer containing the compound according to the present invention and having improved efficiency, stability and mechanical robustness.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 1로 표시되는, 화합물에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, it relates to a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021035311549-pat00001
Figure 112021035311549-pat00001

(여기서, fullerene a 및 fullerene b는, 각각, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌(fullerene) 모이어티에서 선택되고, Ar1 및 Ar2는, 각각, 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, R1 내지 R4는, 각각, -C1-C30 알킬- 및 -C2-C30 알케닐-에서 선택되고, A는 티오펜 및 융합된 티오펜에서 선택된다.)(Wherein fullerene a and fullerene b are selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, respectively, and Ar 1 and Ar 2 are, respectively, substituted or is selected from unsubstituted phenyl and thienyl, R 1 to R 4 are each selected from -C 1 -C 30 alkyl- and -C 2 -C 30 alkenyl-, A is thiophene and fused thiophene It is selected from the open.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 A는 하기에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the A may include at least one or more selected from the following.

Figure 112021035311549-pat00002
,
Figure 112021035311549-pat00002
,

Figure 112021035311549-pat00003
,
Figure 112021035311549-pat00003
,

Figure 112021035311549-pat00004
,
Figure 112021035311549-pat00004
,

Figure 112021035311549-pat00005
,
Figure 112021035311549-pat00005
,

Figure 112021035311549-pat00006
Figure 112021035311549-pat00006
and

Figure 112021035311549-pat00007
Figure 112021035311549-pat00007

(여기서, R5 내지 R14는, 각각, 수소, 할로겐, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택되고, n 및 m은, 각각, 1 내지 100의 정수이다.) (Wherein, R 5 to R 14 are each selected from hydrogen, halogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl, and C 1 -C 30 alkoxy, and n and m are, respectively, 1 to 10 It is an integer of 100.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 fullerene a 및 fullerene b은, 각각, C60, C70, C74, C76 및 C78 플러렌 모이어티에서 선택되고, 상기 R1 내지 R4는, 각각, -C1-C20 알킬-이며, 상기 Ar1 및 Ar2은, 각각, 비치환된 페닐이고,According to one embodiment of the present invention, fullerene a and fullerene b are each selected from C60, C70, C74, C76 and C78 fullerene moieties, and R 1 to R 4 are, respectively, -C 1 -C 20 alkyl-, wherein Ar 1 and Ar 2 are, respectively, unsubstituted phenyl;

상기 A는,

Figure 112021035311549-pat00008
또는
Figure 112021035311549-pat00009
The A is,
Figure 112021035311549-pat00008
or
Figure 112021035311549-pat00009

(여기서, R5 내지 R14는, 각각, 수소, 할로겐, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택되고, n 및 m은, 각각 1 내지 100의 정수이다.)인 것일 수 있다. (Where, R 5 to R 14 are each selected from hydrogen, halogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy, and n and m are each 1 to 100 is an integer of).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 A는,According to one embodiment of the present invention, the A is,

Figure 112021035311549-pat00010
(여기서, R6, R8, R11 및 R13은, 각각, C5-C10 알킬에서 선택되고, n 및 m은, 각각 1 내지 10의 정수이다.)인 것일 수 있다.
Figure 112021035311549-pat00010
(Where, R 6 , R 8 , R 11 and R 13 are each selected from C 5 -C 10 alkyl, and n and m are integers from 1 to 10, respectively.).

본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물; 공액계 주개; 및 플러렌계 받개; 를 포함하는, 태양전지용 조성물에 관한 것이다. According to one embodiment of the present invention, a compound represented by Formula 1 below; conjugation system donor; and a fullerene-based acceptor; It relates to a composition for a solar cell comprising a.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021035311549-pat00011
Figure 112021035311549-pat00011

(여기서, fullerene a 및 fullerene b는, 각각, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌(fullerene) 모이어티에서 선택되고, Ar1 및 Ar2는, 각각, 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, R1 내지 R4는, 각각, -C1-C30 알킬- 및 -C2-C30 알케닐-에서 선택되고, A는 티오펜 및 융합된 티오펜에서 선택된다.) (Wherein fullerene a and fullerene b are selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, respectively, and Ar 1 and Ar 2 are, respectively, substituted or is selected from unsubstituted phenyl and thienyl, R 1 to R 4 are each selected from -C 1 -C 30 alkyl- and -C 2 -C 30 alkenyl-, A is thiophene and fused thiophene It is selected from the open.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 조성물 중 0 중량% 초과 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 1 may be included in an amount greater than 0% by weight to 30% by weight in the composition.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액계 주개는, 공액계 고분자, 공액계 저분자, 또는 이 둘을 포함하고, 상기 공액계 고분자 및 상기 공액계 저분자는, 각각, 폴리 벤조티오펜 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the conjugated donor includes a conjugated polymer, a conjugated small molecule, or both, and the conjugated polymer and the conjugated small molecule are, respectively, a polybenzothiophene derivative, a poly It may include at least one selected from the group consisting of thiophene derivatives, poly(para-phenylene) derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polyaniline derivatives and polyphenylenevinylene derivatives.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공액계 주개는, PTB7((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]),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-50,70-bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]) 및 PM6(poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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)])로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the conjugated donor is PTB7 ((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene -2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8-bis(5- (2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3 ,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])), P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl [4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]),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-50,70-bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione)) ]) and PM6 (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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)]) may include at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 플러렌계 받개는, 플러렌, 플러렌 유도체 또는 이 둘을 포함하고, 상기 플러렌은, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 플러렌 유도체는, 하기의 화학식 2에서 선택되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the fullerene-based acceptor includes fullerene, a fullerene derivative, or both, and the fullerene is a group consisting of C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 It includes at least one selected from, and the fullerene derivative may be selected from Chemical Formula 2 below.

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021035311549-pat00012
Figure 112021035311549-pat00012

(여기서, 플러렌(fullerene)은 C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌 모이어티에서 선택되고, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, R1은 -C1-C20 알킬- 이고, R2 -O-C1-C12 알킬 및 -O-C1-C12 알킬-SH에서 선택되고, R2는 수소, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택된다.)(Wherein, fullerene is selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, Ar is selected from substituted or unsubstituted phenyl and thienyl, and R 1 is -C 1 -C 20 alkyl-, and R 2 is -OC 1 -C 12 alkyl and -OC 1 -C 12 alkyl-SH, R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy .)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 플러렌계 받개는, 상기 조성물 중 1 중량% 내지 50 중량%로 포함되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the fullerene-based acceptor may be included in 1% to 50% by weight of the composition.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 1의 화합물 대 상기 플러렌계 받개의 혼합비는, 0.1:1 내지 1:1(w:w)인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the mixing ratio of the compound of Formula 1 to the fullerene-based acceptor may be 0.1:1 to 1:1 (w:w).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 주개 화합물 : 상기 플러렌계 받개의 비율은, 1 : 0.001 내지 20(w:w)인 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the ratio of the donor compound: the fullerene-based acceptor may be 1:0.001 to 20 (w:w).

본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 형성된, 제1항의 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 광활성층;을 포함하는, 고분자 태양전지에 관한 것이다.According to one embodiment of the present invention, the first electrode; a second electrode; and a photoactive layer including at least one of the compounds of claim 1 formed between the first electrode and the second electrode.

본 발명은, A-D-A형 소분자인 신규한 화합물을 제공하고, 상기 화합물은 고분자 태양전지(PSC)에 상용화제(molecular compatibilizer)로 다양한 유형의 BHJ 블렌드에 적용하여 열적/기계적 특성을 향상시키는 동시에 PSC 성능을 향상시킬 수 있다. 이는 고분자 태양전지의 상용화에 요구되는 기계적 특성과 광 및 열적 안정성을 만족시킬 수 있다. 본 발명에 의한 화합물은, 코어 유닛 및 말단기의 설계를 통하여 다기능 화합물로 제공될 수 있으며, 이는 플렉서블 및 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 폴리머 태양전지를 뿐만 아니라 향상된 성능 및 안정성을 갖는 폴리머 태양전지를 제공할 수 있다.The present invention provides a novel compound that is an A-D-A type small molecule, and the compound is applied to various types of BHJ blends as a molecular compatibilizer in a polymer solar cell (PSC) to improve thermal/mechanical properties and PSC performance. can improve This can satisfy the mechanical properties and optical and thermal stability required for commercialization of polymer solar cells. The compound according to the present invention can be provided as a multifunctional compound through the design of a core unit and an end group, which will provide a polymer solar cell with improved performance and stability as well as a polymer solar cell applicable to flexible and wearable devices. can

도 1a는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 본 발명의 화합물 및 블렌드 시스템 재료의 화학 구조 및 블렌드 시스템 내의 위치 및 기능에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 1b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 화합물, 블렌드의 구성 재료 (a) 표준화된 박막 흡수 스펙트럼 및 (b) 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) J-V 곡선, (b) PCE 분포를 보여주는 다이어그램, (c) PTB7-Th:PC71BM에서 5TRh-PCBM 함량의 변화에 따른 외부 양자 효율 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 5TRh-PCBM 함량 변화에 따른 (a) PBDB-T:PC71BM 및 (b) P3HT:PC61BM의 J-V 곡선을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 80 ℃에서 0 wt%, 5 wt%, 및 10 wt% 5TRh-PCBM를 갖는 (a) PTB7-Th:PC71BM 및 (b) PBDBT: PC71BM의 정규화된 PCE이고, 어닐링 시간의 증가에 따라 150 ℃에서 0 wt%, 10 wt% 및 20 wt% 5TRh-PCBM를 갖는 P3HT:PC61BM를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 열 어닐링(TA, thermal annealing) 전 및 후에서 0 wt% 및 10 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 (a) PTB7-Th:PC71BM 및 (b) PBDB-T:PC71BM 블렌드의 OM이미지고, 24 h 동안 150 ℃에서 열처리 전 및 후에 0 wt% 및 20 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 (c) P3HT:PC61BM 블렌드의 OM 이미지이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라 어닐링 시간 변화(photon energy ¼ 284.4 eV)에 따라 10 wt%의 5TRh-PCBM를 (a) 포함하지 않고, (b) 포함하는 PBDB-T:PC71BM 블렌드의 RSoXS 프로파일을 나타낸 것이고, 어닐링 시간(photon energy ¼ 284.6 eV)의 작용으로 상용화제의 20 wt%를 (c) 포함하지 않고, (d) 포함하는 P3HT:PC61BM 블렌드의 RSoXS 프로파일을 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 0 h, 12 h 및 24 h 동안 150 ℃에서 어닐링된 (a) 0 wt%, (b) 10 wt% 및 (c) 20 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 P3HT:PC61BM 블렌드의 2D GIXS 패턴을 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) DCB 테스트(Double cantilever beam test) 및 샘플 구조, (b) 10 wt%의 5TRh-PCBM을 포함하지 않고, 포함하는 PTB7-Th:PC71BM 블렌드 및 PBDB-T:PC71BM 블렌드의 응집성 Gc를 나타낸 것이다.
1A is a schematic representation of (a) the chemical structure of the compounds and blend system materials of the present invention and their location and function within the blend system, according to one embodiment of the present invention.
FIG. 1B shows (a) normalized thin film absorption spectra and (b) energy level diagrams of constituent materials of a compound, blend according to the present invention, according to one embodiment of the present invention.
Figure 2, according to an embodiment of the present invention, (a) JV curve, (b) diagram showing PCE distribution, (c) PTB7-Th: external quantum efficiency according to the change of 5TRh-PCBM content in PC 71 BM that represents the curve.
3 shows JV curves of (a) PBDB-T:PC 71 BM and (b) P3HT:PC 61 BM according to changes in 5TRh-PCBM content according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows (a) PTB7-Th:PC 71 BM and (b) PBDBT:PC with 0 wt%, 5 wt%, and 10 wt% 5TRh-PCBM at 80 °C, according to an embodiment of the present invention. 71 BM and P3HT:PC 61 BM with 0 wt%, 10 wt% and 20 wt% 5TRh-PCBM at 150 °C with increasing annealing time.
5 shows (a) PTB7-Th:PC 71 BM and (a) PTB7-Th:PC 71 BM with 0 wt% and 10 wt% of 5TRh-PCBM before and after thermal annealing (TA), according to an embodiment of the present invention. b) OM images of PBDB-T:PC 71 BM blend, and (c) P3HT:PC 61 BM blend with 0 wt % and 20 wt % of 5TRh-PCBM before and after heat treatment at 150° C. for 24 h. am.
6 shows PBDB-T:PC 71 (a) not containing and (b) containing 10 wt% of 5TRh-PCBM according to an annealing time change (photon energy ¼ 284.4 eV) according to an embodiment of the present invention. The RSoXS profile of the BM blend is shown, and the RSoXS profile of the P3HT:PC 61 BM blend with (d) and without (c) 20 wt% of the compatibilizer as a function of annealing time (photon energy ¼ 284.6 eV) it is shown
7 shows (a) 0 wt %, (b) 10 wt %, and (c) 20 wt % of 5TRh- annealed at 150° C. for 0 h, 12 h and 24 h, according to an embodiment of the present invention. A 2D GIXS pattern of a P3HT:PC 61 BM blend with PCBM is shown.
8 shows, according to an embodiment of the present invention, (a) DCB test (Double cantilever beam test) and sample structure, (b) PTB7-Th:PC without and including 10 wt% of 5TRh-PCBM. Cohesive G c of 71 BM blend and PBDB-T:PC 71 BM blend.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components rather than excluding other components.

이하, 본 발명의 신규한 화합물 및 이의 활용에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the novel compound of the present invention and its utilization will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

본 발명은, 신규한 화합물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, A-D-A 트라이어드형 소분자(acceptor-donor-acceptor triad-type small molecule)로 설계된 다기능 화합물에 해당된다. 예를 들어, 상기 화합물은 유기태양전지의 첨가제인 상용화제로 적용될 경우에, 광전지 주개 화합물 및 받개 화합물과 상호작용하여 열적 및 기계적 안정성과 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a novel compound, and according to an embodiment of the present invention, the compound corresponds to a multifunctional compound designed as an A-D-A triad-type small molecule. For example, when the compound is applied as a compatibilizer, which is an additive of an organic solar cell, it may interact with a photovoltaic donor compound and an acceptor compound to improve thermal and mechanical stability and mechanical properties.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, 코어로 올리고티어펜계열의 세그먼트를 포함하고, 말단기로 플러렌 유도체를 포함하여 다양한 블렌드 시스템 내에서 기능성 첨가제, 예를 들어, 상용화제로 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 올리고티오펜계열의 세그먼트는 티오펜 또는 융한된 티오펜을 포함하여, 이는 다양한 유형의 주개 화합물과 효율적이고, 강한 상호작용을 제공하고, 상기 플러렌 유도체는 플러렌 기반의 받개와 우선적으로 상호작용하여 블렌드 시스템의 열적 및 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound includes an oligothiophene-based segment as a core and a fullerene derivative as an end group, and can be applied as a functional additive, for example, a compatibilizer, in various blend systems. . For example, the oligothiophene-based segments contain thiophenes or fused thiophenes, which provide efficient, strong interactions with various types of donor compounds, and the fullerene derivatives preferentially interact with fullerene-based acceptors. can interact to improve the thermal and mechanical stability of the blend system.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있으며, 올리고티오펜-로다민 기반 코어(oligothiophene-rhodanine-based core) 및 말단에 두 개의 플러렌 유도체 말단기를 포함할 수 있다. 즉, 효율적인 상용화제를 개발하기 위해서는, (1) 간단하고 재현 가능한 합성 경로를 통해 높은 수율로 제조가 가능하고, (2) 다양한 효율적인 고분자 태양전지(PSC) 시스템에서 일반적으로 사용할 수 있도록 다양한 광전지 주개 및 받개 모이어티 간에 양호한 상호작용할 수 있는 주개 및 받개 블럭을 포함하고, 또한, (3) 디바이스 성능에 대한 부정적인 영향을 방지/최소화하기 위해 최소한(또는, 거의 포함하지 않는)의 절연성 유닛을 포함해야하고, (4) 고분자 태양전지(PSC) 디바이스의 PCE를 향상시킬 수 있는 광 하베스팅 능력(light harvesting ability)을 제공해야한다. 하기의 화학식 1의 화합물에서상기 두 개의 플러렌 말단기는 PC61BM, PC71BM 등의 받개와 비공유 상호작용하고, 상기 올리고티오펜(oligothiophene) 코어는 π콘쥬게이트된 공액계 주개와 π-π 상호작용 및 반데르발스 힘 등과 같은 분자간 상호작용을 제공하고, 주개와 받개의 계면에 위치하여 열적 안정성(예를 들어, 열 응력(thermal stresses)에 대한 형태학적 안정성) 및 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 광-하베스팅 기능을 제공하여 PCS 디바이스의 효율(예를 들어, 전력변환효율) 및 안정적인 성능 유지가 가능한 안정성을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound may be a compound represented by Formula 1 below, an oligothiophene-rhodanine-based core and two fullerene derivative end groups at the ends. can include In other words, in order to develop an efficient compatibilizer, (1) it can be manufactured in high yield through a simple and reproducible synthetic route, and (2) it is possible to donate various photovoltaic cells so that it can be generally used in various efficient polymer solar cell (PSC) systems. and a donor and acceptor block capable of good interaction between the acceptor moieties, and also (3) contain minimal (or very few) insulating units to prevent/minimize negative effects on device performance. and (4) provide light harvesting ability that can improve the PCE of polymer solar cell (PSC) devices. In the compound of Formula 1 below, the two fullerene end groups interact non-covalently with acceptors such as PC 61 BM and PC 71 BM, and the oligothiophene core is π-conjugated with a π-π conjugated donor. It can provide intermolecular interactions, such as interactions and van der Waals forces, and can be located at the interface of the donor and acceptor to improve thermal stability (e.g., morphological stability to thermal stresses) and mechanical stability. there is. In addition, by providing the light-harvesting function, efficiency (eg, power conversion efficiency) and stability capable of maintaining stable performance of the PCS device may be provided.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021035311549-pat00013
Figure 112021035311549-pat00013

본 발명의 일 예로, fullerene a 및 fullerene b는, 각각, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌(fullerene) 모이어티에서 선택되고, fullerene a 및 fullerene b는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 바람직하게는 fullerene a 및 fullerene b는, 각각, 각각, C60, C70, C74, C76 및 C78 플러렌 모이어티에서 선택될 수 있다.As an example of the present invention, fullerene a and fullerene b are each selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, and fullerene a and fullerene b are the same as each other. may or may not be different. Preferably fullerene a and fullerene b may be selected from C60, C70, C74, C76 and C78 fullerene moieties, respectively.

본 발명의 일 예로, Ar1 및 Ar2는, 각각, 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 바람직하게는 상기 Ar1 및 Ar2은, 각각, 비치환된 페닐일 수 있다.As an example of the present invention, Ar 1 and Ar 2 are each selected from substituted or unsubstituted phenyl and thienyl, and may be the same as or different from each other. Preferably, each of Ar 1 and Ar 2 may be unsubstituted phenyl.

본 발명의 일 예로, R1 내지 R4는, 각각, -C1-C30 알킬- 및 -C2-C30 알케닐-에서 선택되고, 상기 알킬은, 직쇄 또는 분지쇄 알킬이며, C1-C20; C1-C15; 또는 C1-C10 알킬일 수 있다. 상기 알케닐은, 직쇄 또는 분지쇄 알케닐이며, C2-C20; C2-C15; 또는 C2-C10 알케닐일 수 있다.As an example of the present invention, R 1 to R 4 are each selected from -C 1 -C 30 alkyl- and -C 2 -C 30 alkenyl-, wherein the alkyl is a straight-chain or branched-chain alkyl, and C 1 -C 20; C 1 -C 15 ; or C 1 -C 10 alkyl. The alkenyl is straight-chain or branched-chain alkenyl, C 2 -C 20 ; C 2 -C 15 ; or C 2 -C 10 alkenyl.

본 발명의 일 예로, 상기 A는 티오펜 및 융합된 티오펜에서 선택되고, 상기 융합된 티오펜은 2개 이상의 티오펜을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 A는 하기에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.As an example of the present invention, A is selected from thiophenes and fused thiophenes, and the fused thiophenes may include two or more thiophenes. For example, the A may include at least one or more selected from the following.

Figure 112021035311549-pat00014
,
Figure 112021035311549-pat00014
,

Figure 112021035311549-pat00015
,
Figure 112021035311549-pat00015
,

Figure 112021035311549-pat00016
,
Figure 112021035311549-pat00016
,

Figure 112021035311549-pat00017
,
Figure 112021035311549-pat00017
,

Figure 112021035311549-pat00018
Figure 112021035311549-pat00018
and

Figure 112021035311549-pat00019
Figure 112021035311549-pat00019

본 발명의 일 예로, 상기 A의 예로 제시된 화학식에 R5 내지 R14는, 각각, 수소, 할로겐, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택될 수 있다. 상기 알킬은 직쇄 또는 분지쇄 알킬이며, C1-C20; C1-C15; 또는 C2-C10 알킬일 수 있다. 상기 알케닐은, 직쇄 또는 분지쇄 알케닐이며, C2-C20; C2-C15; 또는 C2-C10 알케닐일 수 있다. 상기 알콕시는 C1-C20; C1-C15; 또는 C2-C10의 알콕시일 수 있다.As an example of the present invention, each of R 5 to R 14 in the formula shown in the example of A may be selected from hydrogen, halogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy. can The alkyl is straight-chain or branched-chain alkyl, C 1 -C 20 ; C 1 -C 15 ; or C 2 -C 10 alkyl. The alkenyl is straight-chain or branched-chain alkenyl, C 2 -C 20 ; C 2 -C 15 ; or C 2 -C 10 alkenyl. The alkoxy is C 1 -C 20; C 1 -C 15; or C 2 -C 10 alkoxy.

본 발명의 일 예로, n 및 m은, 각각, 1 내지 100; 1 내지 50; 또는 1 내지 10의 정수에서 선택될 수 있다. 상기 언급한 정의는 상기 A의 예로 제시된 화학식의 기재 사항에 따라 선택적으로 적용된다. 바람직하게는 상기 A는,

Figure 112021035311549-pat00020
또는
Figure 112021035311549-pat00021
일 수 있고, 더 바람직하게는 As an example of the present invention, n and m are, respectively, 1 to 100; 1 to 50; Or it may be selected from an integer of 1 to 10. The above-mentioned definition is selectively applied according to the description of the chemical formula given as an example of A above. Preferably, the A is
Figure 112021035311549-pat00020
or
Figure 112021035311549-pat00021
can be, more preferably

Figure 112021035311549-pat00022
Figure 112021035311549-pat00022

(여기서, R6, R8, R11 및 R13은, 각각, C5-C10 알킬에서 선택되고, n 및 m은, 각각 1 내지 10의 정수일 수 있다.)일 수 있다.(Here, R 6 , R 8 , R 11 and R 13 are each selected from C 5 -C 10 alkyl, and n and m may each be an integer of 1 to 10.).

본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 포함하는 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 광전지 주개 화합물; 받개 화합물; 및 본 발명에 의한 화합물 중 1종 이상을 포함하는 상용화제 첨가제;를 포함하는 3성분 이상의 블렌드일 수 있다. 즉, 본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 상용화제로 적용하여 높은 전력변환효율(PCE)를 유지(또는, 개선)하면서 향상된 디바이스의 열적 안정성과 기계적 특성을 제공할 수 있고, 고분자 태양전지의 상용화에 요구되는 물성을 확보할 수 있다.The present invention relates to a composition comprising a compound according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the composition comprises a photovoltaic donor compound; acceptor compounds; And a compatibilizer additive containing at least one of the compounds according to the present invention; may be a blend of three or more components including. That is, the present invention can provide improved thermal stability and mechanical properties of a device while maintaining (or improving) high power conversion efficiency (PCE) by applying the compound according to the present invention as a compatibilizer, and commercialization of polymer solar cells. The required physical properties can be obtained.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 포함하고, 상기 조성물 중 0 초과 중량% 내지 30 중량%; 0.1 중량% 내지 30 중량%; 0.5 중량% 내지 30 중량%; 또는 1 중량% 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 안정성 및 기계적 특성이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound, including one or more of the compounds represented by the formula (1), in the composition greater than 0% by weight to 30% by weight; 0.1% to 30% by weight; 0.5% to 30% by weight; Or it may be included in 1% by weight to 25% by weight. When included within the above range, a solar cell having improved stability and mechanical properties may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 주개 화합물은, 본 발명의 기술분야에서 적용 가능한 광전지용 전자 주개라면 제한 없이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 공액계 유기 화합물을 포함하는 공액계 주개(Conjugated donor)이다. 본 발명의 일 예로, 상기 공액계 주개(Conjugated donor)는, 공액계 고분자, 공액계 저분자, 또는 이 둘을 포함하는 공액계 주개이며, 구체적으로, 상기 공액계 고분자 및 상기 공액계 저분자는, 각각, 폴리 벤조티오펜 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 공액계 주개는, 티오펜계 고분자 주개이며, 예를 들어, PTB7((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]), 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-50,70-bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]) 및 PM6(poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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)])로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the donor compound may be applied without limitation as long as it is an electron donor for photovoltaic cells applicable in the technical field of the present invention, and preferably a conjugated donor including a conjugated organic compound. am. As an example of the present invention, the conjugated donor is a conjugated polymer, a conjugated small molecule, or a conjugated donor including both, and specifically, the conjugated polymer and the conjugated small molecule are each At least one selected from the group consisting of polybenzothiophene derivatives, polythiophene derivatives, poly(para-phenylene) derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polyaniline derivatives and polyphenylenevinylene derivatives may contain more than Preferably, the conjugated donor is a thiophene-based polymer donor, for example, PTB7 ((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5 -b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8 -bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)- 3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])), P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]), 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-50,70-bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4, 8-dione))]) and PM6 (poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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)]) may include at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 일 예로, 상기 주개 화합물은, 상기 조성물 중 1 내지 50 중량%로 포함되고, 상기 함량 범위 내에 포함되면 태양전지의 성능 및 안정성 향상에 도움을 줄 수 있다.As an example of the present invention, the donor compound is included in an amount of 1 to 50% by weight in the composition, and when included within the above content range, it can help improve the performance and stability of a solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 받개 화합물은, 플러렌계 받개를 포함하고,, 예를 들어, 플러렌, 플러렌 유도체 또는 이 둘을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the acceptor compound includes a fullerene-based acceptor, and may include, for example, fullerene, a fullerene derivative, or both.

본 발명의 일 예로, 상기 플러렌은, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.As an example of the present invention, the fullerene may include at least one selected from the group consisting of C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, and C860.

본 발명의 일 예로, 상기 플러렌 유도체는, 하기의 화학식 2에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.As an example of the present invention, the fullerene derivative may include at least one selected from Chemical Formula 2 below.

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021035311549-pat00023
Figure 112021035311549-pat00023

본 발명의 일 예로, 상기 화학식 2에서 플러렌(fullerene)은 C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌 모이어티에서 선택되고, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, R1은 -C1-C20 알킬- 이고, R2 -O-C1-C12 알킬 및 -O-C1-C12 알킬-SH에서 선택되고, R2는 수소, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 플러렌 유도체는, (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyric acid methyl ester; ThCBM], (6,6)-페닐-C84-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C84-butyric acid methyl ester; C84-PCBM])으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.As an example of the present invention, in Formula 2, fullerene is selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, Ar is substituted or unsubstituted phenyl and thienyl is selected from, R 1 is -C 1 -C 20 alkyl-, and R 2 is -OC 1 -C 12 alkyl and -OC 1 -C 12 alkyl-SH, R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy can Preferably, the fullerene derivative is (6,6)-phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester [(6,6)-phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester [(6,6)-phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester; C 70 -PCBM], (6,6)-thienyl-C 61 -butyric acid methyl ester [(6,6)-thienyl-C 61 -butyric acid methyl ester; ThCBM], (6,6)-phenyl-C 84 -butyric acid methyl ester [(6,6)-phenyl-C 84 -butyric acid methyl ester; C 84 -PCBM]) may include at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 일 예로, 상기 받개 화합물은, 상기 조성물 중 1 내지 50 중량%로 포함되고, 상기 함량 범위 내에 포함되면 성능 및 안정성이 향상된 태양전지의 제공에 도움을 줄 수 있다.As an example of the present invention, the acceptor compound is included in 1 to 50% by weight of the composition, and when included within the above content range, it can help provide a solar cell with improved performance and stability.

본 발명의 일 예로, 상기 화학식 1의 화합물 대 상기 받개 화합물의 혼합비는, 0.1:1 내지 내지 1:1(w:w)이고, 상기 범위 내에 포함되면 받개 화합물과 혼합상이 잘 이루어져 열적 및 기계적 안정성을 유지하면서 태양전지 효율의 향상 효과를 얻을 수 있다.As an example of the present invention, the mixing ratio of the compound of Formula 1 to the acceptor compound is 0.1:1 to 1:1 (w:w), and when it is included within the above range, the acceptor compound and the mixed phase are well formed, resulting in thermal and mechanical stability. It is possible to obtain the effect of improving the solar cell efficiency while maintaining the

본 발명의 일 예로, 상기 주개 화합물 : 상기 받개 화합물의 비율은 1 : 0.001 내지 20(w:w); 1 : 0.001 내지 5(w:w); 1 : 0.01 내지 5(w:w); 1 : 0.1 내지 3 (w:w); 1 : 1 내지 3(w:w); 또는 1 : 3 내지 20(w:w)일 수 있다. 상기 비율 범위 내에 포함되면, 주개 화합물, 받개 화합물 및 상용화제와 혼합상이 잘 이루어져 기계적 특성이 개선되고 외부 에너지에 의한 손상 가성능이 낮고, 안정적인 성능을 제공할 수 있다.As an example of the present invention, the ratio of the donor compound: the acceptor compound is 1: 0.001 to 20 (w: w); 1 : 0.001 to 5 (w:w); 1 : 0.01 to 5 (w:w); 1 : 0.1 to 3 (w:w); 1:1 to 3 (w:w); or 1:3 to 20 (w:w). When included within the above ratio range, the donor compound, the acceptor compound, and the compatibilizer and the mixed phase are well formed, so that mechanical properties are improved, the possibility of damage by external energy is low, and stable performance can be provided.

본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 잔량의 유기 용매를 더 포함하고, 상기 유기용매는 본 발명의 목적을 벗어나지 않고 본 발명의 기술 분야에서 적용 가능한 유기 용매라면 제한없이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 클로로벤젠, 클로로포름, 파라자일렌, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 헥산, THF, 탄소수 1 내지 5의 알코올, 아세톤, 물 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As an example of the present invention, the composition further includes a residual amount of an organic solvent, and the organic solvent may be applied without limitation as long as it is applicable in the technical field of the present invention without departing from the object of the present invention, for example , chlorobenzene, chloroform, paraxylene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, hexane, THF, alcohol having 1 to 5 carbon atoms, acetone, water, and the like, but is not limited thereto.

본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 50 ℃ 이상; 80 ℃ 이상; 또는 150 ℃ 이상의 온도에서 열처리 이후 임계 변형 에너지 방출속도(critical strain energy release rate, Gc) 값이 1.47 Jm-2 이상일 수 있다. 즉, 상기 조성물은, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 상용화제를 적용하여, 광 및/또는 열 응력 하에서 형태학적 안정성을 유지시키고, 주개 및 받개 간의 계면을 강화시켜 상 분리를 억제시켜 상 분리에 따른 크랙 증가 및 분리에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 기계적 견고성을 개선시켜 태양전지 디바이스의 성능 안정성을 향상시킬 수 있다. As an example of the present invention, the composition, 50 ℃ or more; above 80 °C; Alternatively, after heat treatment at a temperature of 150 °C or higher, a critical strain energy release rate ( Gc ) value may be 1.47 Jm -2 or higher. That is, the composition maintains morphological stability under light and/or thermal stress by applying the compatibilizer represented by Formula 1 according to the present invention, and suppresses phase separation by strengthening the interface between the donor and the acceptor, thereby preventing phase separation. It is possible to improve the resistance to crack increase and separation according to. In addition, it is possible to improve the performance stability of the solar cell device by improving such mechanical robustness.

본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 포함하는 유기 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기 태양전지는, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 형성된, 제1항의 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 광활성층;을 포함하는 고분자 태양전지이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다면 각 층의 구성 성분 및 제조공정은 상기 언급한 형태에 따라 적절하게 선택할 수 있다. The present invention relates to an organic solar cell comprising the compound according to the present invention, and according to an embodiment of the present invention, the organic solar cell includes a first electrode; a second electrode; and a photoactive layer including at least one of the compounds of claim 1 formed between the first electrode and the second electrode. Components and manufacturing processes of each layer may be appropriately selected according to the above-mentioned form, provided that they do not deviate from the scope of the present invention.

본 발명의 일 예로, 역구조(inverted-type) 형태 또는 컨벤션널(conventional-type) 형태의 고분자 태양전지이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다면 각 층의 구성 성분 및 제조공정은 상기 언급한 형태에 따라 적절하게 선택할 수 있다.As an example of the present invention, it is an inverted-type or conventional-type polymer solar cell, and the components and manufacturing process of each layer are the above-mentioned forms, provided they do not deviate from the scope of the present invention. can be selected appropriately.

본 발명의 일 예로, 상기 활성층은, 상기 무기 박막, 유기 박막 또는 전극 상에 형성되고, 상기 활성층은, 1 nm 이상; 10 nm 이상; 50 nm 내지 1000 nm; 또는 80 nm 내지 150 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 박막 및 무기 박막은, 태양전지에 적용 가능한 전자수송층 및 정공수송층을 형성하거나 무기산화막, 반도체막 등이라면 제한 없이 적용될 수 있다.As an example of the present invention, the active layer is formed on the inorganic thin film, the organic thin film or the electrode, and the active layer has a thickness of 1 nm or more; 10 nm or larger; 50 nm to 1000 nm; or 80 nm to 150 nm. For example, the organic thin film and the inorganic thin film may be applied without limitation as long as they form an electron transport layer and a hole transport layer applicable to a solar cell, or an inorganic oxide layer or a semiconductor layer.

본 발명의 일 예로, 상기 전극은, 제1 전극(예를 들어, 상부 전극) 및 제2 전극(예를 들어, 하부 전극)을 포함하고, 유기태양전지에 적용 가능한 전극 성분이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 상기 상부 전극은, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 망간(Mn) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 하부 전극은, 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐주석아연(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 갈륨도핑 산화아연(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 알루미늄도핑 산화아연(Al-doped Zinc Oxide; AZO), 불소도핑 산화주석(F-doped Tin Oxide; FTO), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide; ZTO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As an example of the present invention, the electrode includes a first electrode (eg, an upper electrode) and a second electrode (eg, a lower electrode), and any electrode component applicable to an organic solar cell may be applied without limitation. The upper electrode is silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), nickel (Ni), zirconium (Zr), iron (Fe ), it may include at least one selected from the group consisting of manganese (Mn) and magnesium (Mg). The lower electrode may include Indium Tin Oxide (ITO), Indium Zinc Oxide (IZO), Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO), Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), Ga-doped Zinc Oxide (GZO), Al-doped Zinc Oxide (AZO), F-doped Tin Oxide (FTO), Zinc Oxide (Zinc Oxide) It may include at least one selected from the group consisting of Tin Oxide (ZTO), Indium Gallium Oxide (IGO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-A I 2 O 3 , and SnO 2 -Sb 2 O 3 However, it is not limited thereto.

본 발명의 일 예로, 상기 활성층 상에 금속산화물을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, Ti, Zn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh, Cr, V 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물이며, 보다 구체적으로, 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide), 산화갈륨 (Ga2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화바나듐(V2O5, VO2, V4O7, V5O9, V2O3) 산화몰리브데늄(MoO3 또는 MoOx), 산화구리 (Copper(II) Oxide: CuO), 산화니켈(NiO), 산화구리알루미늄(Copper Aluminium Oxide:CAO, CuAlO2), 산화아연로듐(Zinc Rhodium Oxide: ZRO, ZnRh2O4), 산화철, 산화크롬(CrO3), 산화비스무스, IGZO(Indium-Gallium Zinc Oxide), ZrO2 등일 수 있으나, 이에 제한 되지 않는다. 바람직하게는 MoO3, WO3, V2O5 및 CrO3일 수 있다As an example of the present invention, a metal oxide may be further included on the active layer. For example, Ti, Zn, Sr, In, Ba, K, Nb, Fe, Ta, W, Sa, Bi, Ni, Cu, Mo, Ce, Pt, Ag, Rh, Cr, V and combinations thereof. It is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of, more specifically, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), zinc tin oxide (Zinc Tin Oxide), gallium oxide ( Ga 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), aluminum oxide, titanium oxide, vanadium oxide (V 2 O 5 , VO 2 , V 4 O 7 , V 5 O 9 , V 2 O 3 ) molybdenum oxide ( MoO 3 or MoO x ), Copper(II) Oxide: CuO), Nickel Oxide (NiO), Copper Aluminum Oxide (CAO, CuAlO 2 ), Zinc Rhodium Oxide: ZRO, ZnRh 2 O 4 ), iron oxide, chromium oxide (CrO 3 ), bismuth oxide, IGZO (Indium-Gallium Zinc Oxide), ZrO 2 and the like, but is not limited thereto. Preferably it may be MoO 3 , WO 3 , V 2 O 5 and CrO 3

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

[스킴 1][Scheme 1]

Figure 112021035311549-pat00024
Figure 112021035311549-pat00024

실시예Example

(1) 5TRh-OH의 합성 (1) Synthesis of 5TRh-OH

상기 스킴에 따라 5TRh-OH를 합성하였다. 보다 구체적으로, 포르밀-기능화된 올리고티오펜 코어(1, oligothiophene core), 3-(6-하이드 록시헥실)로다민(2, 3-(6-hydroxyhexyl)rhodamine) 및 페닐-C61-부티르산(PC61BA, phenyl-C61-butyric acid)은 이전 절차(Y. Liu, J. Zhou, X. Wan and Y. Chen, Tetrahedron 2009, 65, 5209-5215., C. Nitsche, V. N. Schreier, M. A. M. Behnam, A. Kumar, R. Bartenschlager and C. D.Klein, J. Med. Chem. 2013, 56, 8389-8403, A. Labrunie, J. Gorenflot, M. Babics, O. Aleveque, S. Dabos-Seignon, A. H. Balawi, Z.Kan, M. Wohlfahrt, E. Levillain, P. Hudhomme, P. M. Beaujuge, F. Laquai, C. Cabanetos and P. Blanchard, Chem. Mater. 2018, 30, 3474-3485.)에 따라 합성되었다. 피리딘(1 mL, Pyridine) 및 피페리딘(0.1 mL, piperidine)를 무수 1,2-디클로로에탄(20 mL, 1,2-dichloroethane) 중의 화합물(1)(0.5g, 0.54mmol) 및 화합물(2)의 혼합물에 첨가하고 생성된 혼합물을 12 시간 동안 환류 하에서 가열하였다. 반응 용액을 실온으로 냉각시키고 메탄올에 부었다. 석출된 고체를 여과하고 메탄올로 여러번 세척하였다. 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(용리액: CH2Cl2/MeOH=98/2, v/v)로 정제한 이후에, 5TRh-OH (0.7g, 95 %)를 암적색 고체로 획득하였다. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ (ppm) 7.76 (s, 2H), 7.14 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 4.11 (t, 4H), 3.65 (t, 8H), 2.81 (t, 4H), 1.74-1.66 (m, 16H), 1.41-1.27 (m, 48H), 0.86 (m, 12H); 13C NMR (125MHz, CDCl3): δ (ppm) 192.28, 167.58, 141.10, 140.50, 139.64, 137.46, 135.77, 135.10, 132.95, 132.23, 129.95, 126.43, 125.02, 120.39, 62.78, 44.64, 32.55, 31.9, 31.8, 30.6, 30.2, 29.56, 29.52, 29.47, 29.42, 29.40, 29.32, 29.26, 26.93, 26.46, 25.23, 22.69, 22.68, 14.13.5TRh-OH was synthesized according to the above scheme. More specifically, formyl-functionalized oligothiophene core (1, oligothiophene core), 3- (6-hydroxyhexyl) rhodamine (2, 3- (6-hydroxyhexyl) rhodamine) and phenyl-C 61 -butyric acid (PC 61 BA, phenyl-C 61 -butyric acid) is based on previous procedures (Y. Liu, J. Zhou, X. Wan and Y. Chen, Tetrahedron 2009, 65, 5209-5215., C. Nitsche, VN Schreier, MAM Behnam, A. Kumar, R. Bartenschlager and CDKlein, J. Med. Chem. Balawi, Z. Kan, M. Wohlfahrt, E. Levillain, P. Hudhomme, PM Beaujuge, F. Laquai, C. Cabanetos and P. Blanchard, Chem. Mater. 2018, 30, 3474-3485.) . Pyridine (1 mL, Pyridine) and piperidine (0.1 mL, piperidine) were mixed with compound (1) (0.5 g, 0.54 mmol) and compound ( 2) and the resulting mixture was heated under reflux for 12 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and poured into methanol. The precipitated solid was filtered and washed several times with methanol. After purification by silica gel column chromatography (eluent: CH 2 Cl 2 /MeOH=98/2, v/v), 5TRh-OH (0.7 g, 95 %) was obtained as a dark red solid. 1 H NMR (500 MHz, CDCl3): δ (ppm) 7.76 (s, 2H), 7.14 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 4.11 (t, 4H), 3.65 (t, 8H), 2.81 (t, 4H), 1.74-1.66 (m, 16H), 1.41-1.27 (m, 48H), 0.86 (m, 12H); 13C NMR (125 MHz, CDCL3): δ (PPM) 192.28, 167.58, 141.10, 140.50, 139.64, 137.46, 135.77, 135.10, 132.95, 132.23, 129.95, 126.43, 125.02, 120.39, 62.78 30.6, 30.2, 29.56, 29.52, 29.47, 29.42, 29.40, 29.32, 29.26, 26.93, 26.46, 25.23, 22.69, 22.68, 14.13.

(2) 5TRh-PCBM의 합성(2) Synthesis of 5TRh-PCBM

5TRh-PCBM은, 상기 스킴 1에 따라 합성하였으며, 보다 구체적으로, 4-디메틸아미노피리딘(DMAP, 4-Dimethylaminopyridine)(0.135g, 1.11mmol)을 o-디오클로로메탄(o-dichloromethane, o-DCB, 10mL) 내의 5TRh-OH(0.3g, 0.22mmol), PC61BA(0.499g, 0.56mmol) 및 1,3-디시클로헥실카르보 디이미드-4-디메틸아미노피리딘(DCC, 1,3-dicyclohexylcarbodiimide-4-dimethylaminopyridine (DCC))(0.230g, 1.11mmol)에 첨가하였다. 생성된 혼합물은 36 시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응액을 메탄올 200 mL에 붓고 석출된 고체를 여과하고 메탄올로 세척하였다. 용리액으로 클로로포름을 사용하는 실리카겔 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제된 암흑 색 고체 5TRh-PCBM (0.18g, 40.8 %)를 획득하였다. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ (ppm) 7.92 (m, 4H), 7.76 (s, 2H), 7.54 (m, 4H), 7.48 (m, 2H), 7.22 (s, 2H), 7.15 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 4.09 (m, 8H), 2.91 (m, 4H), 2.81 (m, 8H), 2.52 (m, 4H), 2.18 (m, 4H), 1.70 (br, 16H), 1.40-1.25 (br, 48), 0.86 (m,12H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): δ (ppm) 192.22, 173.12, 167.49, 148.83, 147.81, 145.84, 145.16, 145.12, 145.08, 144.99, 144.75, 144.66, 144.63, 144.46, 144.39, 143.98, 143.73, 143.10, 142.99, 142.95, 192.94, 142.89, 142.87, 142.21, 142.15, 142.09, 141.18, 140.96, 140.71, 140.57, 139.70, 138.05, 137.54, 137.52, 136.78, 135.81, 135.21, 132.99, 132.30, 132.13, 130.00, 128.43, 128.24, 126.53, 125.16, 120.41, 79.88, 64.57, 51.89, 44.58, 34.20, 33.65, 31.93, 31.90, 30.62, 30.30, 29.68, 29.54, 29.51, 29.43, 29.41, 29.34, 29.29, 28.42, 26.90, 26.35, 25.69, 22.71, 22.70, 22.48, 14.16.5TRh-PCBM was synthesized according to Scheme 1 above, and more specifically, 4-Dimethylaminopyridine (DMAP, 0.135 g, 1.11 mmol) was dissolved in 5TRh-OH (0.3 g, 0.22 mmol), PC 61 in o-dichloromethane (o-DCB, 10 mL). BA (0.499 g, 0.56 mmol) and 1,3-dicyclohexylcarbodiimide-4-dimethylaminopyridine (DCC) (0.230 g, 1.11 mmol) added. The resulting mixture was stirred at room temperature for 36 hours. The reaction solution was poured into 200 mL of methanol, and the precipitated solid was filtered and washed with methanol. Purified dark solid 5TRh-PCBM (0.18 g, 40.8 %) was obtained through silica gel column chromatography using chloroform as an eluent. 1 H NMR (500 MHz, CDCl3): δ (ppm) 7.92 (m, 4H), 7.76 (s, 2H), 7.54 (m, 4H), 7.48 (m, 2H), 7.22 (s, 2H), 7.15 (s, 2H), 7.11 (s, 2H), 4.09 (m, 8H), 2.91 (m, 4H), 2.81 (m, 8H), 2.52 (m, 4H), 2.18 (m, 4H), 1.70 ( br, 16H), 1.40-1.25 (br, 48), 0.86 (m, 12H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): δ (ppm) 192.22, 173.12, 167.49, 148.83, 147.81, 145.84, 145.16, 145.12, 145.08, 144.99, 144.75, 144.66, 144.63, 144.46, 144.39, 143.98, 143.73, 143.10, 142.99, 142.95, 192.94, 142.89, 142.87, 142.21, 142.15, 142.09, 141.18, 140.96, 140.71, 140.57, 139.70, 138.05, 137.54, 137.52, 136.78, 135.81, 135.21, 132.99, 132.30, 132.13, 130.00, 128.43, 128.24, 126.53, 125.16, 120.41, 79.88, 64.57, 51.89, 44.58, 34.20, 33.65, 31.93, 31.90, 30.62, 30.30, 29.68, 29.54 22.48, 14.16.

(3) BHJ(bulk-heterojunction)-PSC의 제조 (3) Preparation of bulk-heterojunction (BHJ)-PSC

PSC는 ITO/PEDOT:PSS(AI4083)/활성층(P3HT:PC61BM)/Al 구조의 conventional-type 디바이스 및 ITO/ZnO/활성층(PTB7-Th:PC71BM) 또는 (PBDB-T:PC71BM)/MoO3/Ag 구조의 inverted-type 구조의 디바이스로 제작되었다. 첫째, ITO(indium tin oxide)로 코팅된 유기를 세제, 아세톤, 탈이온수 및 이소프로필 알코올(IPA)에서 각각 20분 동안 초음파 처리되었다. 이어서, ITO 기판에 UV 오존 플라즈마 처리는 15분 동안 수행되었다. conventional-type의 PSC의 경우, PEDOT:PSS(AI4083)는 0.2 um PTFE 필터를 통해 필터링되고, 40초 동안 3000 rpm으로 ITO 상에 스핀 코팅을 한 후 공기 분위기에서 165 ℃에서 20분 동안 열어닐링하였다. 다음으로, 디바이스는 N2-채워진 글러브 박스 내로 이동되었다. 클로로벤젠의 P3HT:PC61BM(혼합비= 1:0.8 중량 기준)의 혼합 용액(blend solution)은, 상용화제(compatibilizer)로 5TRh-PCBM의 함량(0wt%, 10wt%, 20wt%)을 다양하게 제조하였다. 85 ℃에 보관된 블렌드 용액은 PEDOT:PSS에서 60 초 동안 1250 rpm으로 스핀코팅하였다. 상부전극의 증착 이전에, IPA를 이용한 용액증기 어닐링(SVA, solvent vapor annealing)이 20분 동안 진행되었다.PSC is a conventional-type device with ITO/PEDOT:PSS (AI4083)/active layer (P3HT:PC 61 BM)/Al structure and ITO/ZnO/active layer (PTB7-Th:PC71BM) or (PBDB-T:PC71BM)/MoO It was fabricated as an inverted-type device with a 3 /Ag structure. First, organics coated with indium tin oxide (ITO) were sonicated in detergent, acetone, deionized water and isopropyl alcohol (IPA) for 20 min each. Subsequently, UV ozone plasma treatment was performed on the ITO substrate for 15 minutes. In the case of conventional-type PSC, PEDOT:PSS (AI4083) was filtered through a 0.2 um PTFE filter, spin-coated on ITO at 3000 rpm for 40 seconds, and then annealed at 165 °C for 20 minutes in an air atmosphere. . Next, the device was moved into an N 2 -filled glove box. A blend solution of P3HT:PC 61 BM of chlorobenzene (mixing ratio = 1:0.8 by weight) was prepared with various contents (0wt%, 10wt%, 20wt%) of 5TRh-PCBM as a compatibilizer. manufactured. The blend solution stored at 85 °C was spin coated at 1250 rpm for 60 seconds in PEDOT:PSS. Prior to deposition of the upper electrode, solvent vapor annealing (SVA) using IPA was performed for 20 minutes.

다음으로, Al은 3x10-6 torr 하에서 100 nm의 두께를 가진 상부 전극으로서 열적으로 증발된다. inverted-type 디바이스의 경우에, ZnO 층은 sol-gel 공정으로 준비되고, 즉, 무수 2-메톡시 에탄올(CH3OCH2CH2OH,> 99.8%, 15mL) 내에서 아연 아세테이트 디하이드레이트((CH3CO2)2Zn(H2O)2, 99.9%, 1.5g) 및 에탄올아민(HOCH2CH2NH2, 99.5%, 0.405 mL)을 24 시간 이상 동안 교반하여 용해시키고, 가수분해반응(hydrolysis reaction) 및 에이징(aging)을 진행하였다. ZnO 용액은 ITO 기판 상에 4000 rpm으로 40 초 동안 스핀 코팅되어 30 nm 두께의 ZnO 층을 생성하고, 215 ℃에서 20분 동안 공기 중으로 열 어닐링(thermal annealing)하였다. 필름이 열처리된 이후에, 디바이스는 N2-채워진 글로브 박스 내로 옮겨졌다. PTB7-Th:PC71BM(1:1.5 중량 기준)의 블렌드 용액은, 클로로벤젠(총 농도: 25 mg/mL)의 5 vol% 및 첨가제로 1,8-디오도옥탄(DIO, 1,8-diiodooctane)의 5 vol%와 함께 95 ℃ 핫플레이트에서 교반되고, 2000 rpm에서 60 초 동안 ITO/ZnO 기판 상에서 스핀 캐스팅되었다. 3 vol% DIO 첨가제와 함께 o-DCB(total concentration: 20 mg/mL) 내에서 PBDB-T:PC71BM (1:1 by weight)의 블렌드 용액은 90 ℃에서 교반되고, 60 초 동안 2000 rpm으로 스핀 코팅되었다. 마지막으로, 10 nm 두께의 MoO3 및 120 nm 두께의 Ag는 열 증발을 사용하여 높은 진공 상태에서 증착되었다. 디바이스의 활성 영역은 0.164 cm2이다.Next, Al is thermally evaporated as a top electrode with a thickness of 100 nm under 3x10 -6 torr. For the inverted- type device, the ZnO layer was prepared by a sol-gel process, i.e. zinc acetate dihydrate ((( CH 3 CO 2 ) 2 Zn(H 2 O) 2 , 99.9%, 1.5 g) and ethanolamine (HOCH 2 CH 2 NH 2 , 99.5%, 0.405 mL) were dissolved by stirring for at least 24 hours, followed by hydrolysis reaction. (hydrolysis reaction) and aging were performed. The ZnO solution was spin-coated on the ITO substrate at 4000 rpm for 40 seconds to create a 30 nm thick ZnO layer, followed by thermal annealing in air at 215 °C for 20 minutes. After the film was heat treated, the device was transferred into an N 2 -filled glove box. The blend solution of PTB7-Th:PC71BM (1:1.5 by weight) contained 5 vol% of chlorobenzene (total concentration: 25 mg/mL) and 1,8-diiodooctane (DIO) as an additive. ) on a 95 °C hotplate with 5 vol% of , and spin cast on an ITO/ZnO substrate at 2000 rpm for 60 seconds. A blend solution of PBDB-T:PC71BM (1:1 by weight) in o-DCB (total concentration: 20 mg/mL) with 3 vol% DIO additive was stirred at 90 °C and spun at 2000 rpm for 60 sec. has been coated Finally, 10 nm thick MoO 3 and 120 nm thick Ag were deposited in high vacuum using thermal evaporation. The active area of the device is 0.164 cm 2 .

열안정성을 비교하기 위해서, 다양한 함량의 5TRh-PCBM(즉, 0 to 20 wt%)를 갖는 PTB7-Th:PC71BM PSC 및 PBDB-T:PC71BM PSC의 PCE는, N2 채워진 글로브박스 내에서 다양한 시간 동안 80 ℃에서 어닐링으로 테스트되었다. P3HT:PC61BM PSC의 경우에, 어닐링은 열화를 가속화하기 위해서 150 ℃의 더 높은 온도에서 수행되었다. BHJ 활성층은 스핀-코팅되고, 디바이스는 필름 내에서 잔류 용매를 제거하기 위해서 2 시간 이상 동안 높은 압력 (<10-7 Torr) 하에서 보관되었다.To compare the thermal stability, the PCE of PTB7-Th:PC71BM PSC and PBDB-T:PC71BM PSC with various contents of 5TRh-PCBM (i.e., 0 to 20 wt%) were measured in a N 2 -filled glovebox for various times. during annealing at 80 °C. In the case of P3HT:PC 61 BM PSC, annealing was performed at a higher temperature of 150 °C to accelerate degradation. The BHJ active layer was spin-coated, and the device was stored under high pressure (<10 −7 Torr) for at least 2 hours to remove residual solvent in the film.

상기 필름은 상부 전극의 증차 이전에 N2 분위기에서 다양한 시간 동안 가열((at 80 ˚for the PTB7-Th:PC71BM and PBDB-T:PC71BM PSCs and at 150 ˚for the P3HT:PC61BM PSC)되었다. 이는 계층간 성능 저하와 같은 활성층의 형태(모폴로지, morphology)의 열 안정성 관련 다른 인자의 영향을 배제하였다.The film was heated (at 80 ˚for the PTB7-Th:PC 71 BM and PBDB-T:PC 71 BM PSCs and at 150 ˚for the P3HT:PC 61 BM PSC), which excluded the influence of other factors related to thermal stability of the active layer shape (morphology), such as interlayer performance degradation.

재료ingredient

PC61BM (PC71BM) (Phenyl-C61 (or C71)-butyric acid methyl ester, and regio-regular (>99%)) 및 P3HT (poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))는, 각각, “Nano-C”및 “TCI”에서 구입하였다. PTB7-Th(poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-((4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)] 및 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))])는 각각 “1-Materials”에서 구입하였다.PC 61 BM (PC 71 BM) (Phenyl-C 61 (or C71)-butyric acid methyl ester, and regio-regular (>99%)) and P3HT (poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) are , were purchased from “Nano-C” and “TCI”, respectively. PTB7-Th(poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt- ((4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)] and 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))]) were each purchased from “1-Materials”.

(4) 특성분석(4) Characterization

DCB 테스트 (Double cantilever beam) DCB test (Double cantilever beam)

DCB 테스트에 의한 PSC의 파괴인정(fracture toughness) 측정을 위해서, ITO glass/Active layer/Au 구조의 샘플이 제조되었다. 25 mm × 25 mm 정사각형 샘플은 8 mm × 25 mm 크기로 절단된 이후에 Au 증착이 진행되었다. 동일한 ITO 유리 기판은 에폭시(Epo-Tek 353ND, Epoxy Technology)를 사용하여 ITO 유리 기판 상의 필름에 부착되었다. ~25 ℃및 ~30% RH에서 주변 상태에서 유리 사이의 에폭시는 72 시간 동안 경화되었다. 다음으로, 고정밀-마이크로기계식 테스트 시스템 (Delaminator Adhesion Test System, DTS Company, Menlo Park, USA)를 이용하고, 반복적 로딩 및 언로딩 하에서 하중-변위 데이터(load-displacement)를 기록하고, 응집력 에너지 값을 계산하였다. 각 a(debonded length)에 대한 임계 변형 에너지 방출속도(critical strain energy release rate, Gc) 값은 하기의 식으로 계산되었다. In order to measure the fracture toughness of the PSC by the DCB test, samples of the ITO glass/active layer/Au structure were fabricated. A 25 mm × 25 mm square sample was cut to a size of 8 mm × 25 mm, and then Au deposition was performed. The same ITO glass substrate was attached to the film on the ITO glass substrate using epoxy (Epo-Tek 353ND, Epoxy Technology). At ambient conditions at ~25 °C and ~30% RH, the glass-to-glass epoxy was cured for 72 hours. Next, a high-precision micromechanical test system (Delaminator Adhesion Test System, DTS Company, Menlo Park, USA) is used, load-displacement data are recorded under repetitive loading and unloading, and cohesive energy values are calculated. Calculated. The critical strain energy release rate ( Gc ) value for each a (debonded length) was calculated by the following equation.

[식] [ceremony]

Figure 112021035311549-pat00025
Figure 112021035311549-pat00025

여기서 C는 시편 규정 준수(dδ/dp, specimen compliance), δ는 빔 끝의 변위이며, P c 는 균열 성장 중에 하중이 감소하는 임계 부하이며, E′는 ITO 유리 기판(= 76 GPa), B는 표본 폭(=8mm)이며 h는 각 표본의 반높이이다.where C is specimen compliance (dδ/dp, specimen compliance), δ is the displacement of the beam tip, P c is the critical load at which the load decreases during crack growth, E′ is the ITO glass substrate (= 76 GPa), B is the sample width (=8mm) and h is the half-height of each sample.

특성 분석 결과는 도 1 내지 도 8에 나타내었다. 도 1a에서 실시예의 블렌드 시스템에 사용된 전자 도너(P3HT, PTB7-Th, PBDB-T), 억셉터(PC61BM 및 PC71BM) 및 5TRh-PCBM 상용화제 분자 구조를 나타낸것으로, A-D-A 트라이어드형 소분자(5TRh-PCBM)는 올리고티오펜-로다민 기반 코어(oligothiophene-rhodanine-based core) 및 말단에 두 개의 플러렌 유도체를 포함한다. 5TRh-OH분자는, 스킴 1에서 화합물 (1) 및 (2) 간의 “Knoevenagel condensation”공정으로 76 %의 수율로 합성하고, DCC(1,3-dicyclohexylcarbodiimide-4-dimethylaminopyridine) 및 DMAP(4-dimethylaminopyridine)와 함께 5TRh-OH 및 PC61BA의 “Steglich esterification” 공정으로 41%의 수율로 합성하였다. 두 개의 플러렌 말단기는 PC61BM/PC71BM와 비공유 상호작용하고, 올리고티오펜(oligothiophene) 코어는 분자간 상호작용(즉, 블렌드 필름에서 π-콘쥬게이트된 고분자 도너와 π-π 상호작용 및 반데르발스 힘). 5TRh-PCBM는 BHJ 블렌드에서 상용화제로 작용으로 D/A 인터페이스에 위치한다. 또한, 5TRh-PCBM는 TGA 분석에서 N2 분위기 내에서 390 ℃에서 열분해 온도 (Td, decomposition temperature)를 나타내어 우수한 열적 안정성을 갖는다.Characteristic analysis results are shown in FIGS. 1 to 8 . 1a shows the molecular structures of electron donors (P3HT, PTB7-Th, PBDB-T), acceptors (PC 61 BM and PC 71 BM) and 5TRh-PCBM compatibilizers used in the blend system of the example, ADA triad type The small molecule (5TRh-PCBM) contains an oligothiophene-rhodanine-based core and two fullerene derivatives at the ends. The 5TRh-OH molecule was synthesized with a yield of 76% through the “Knoevenagel condensation” process between compounds (1) and (2) in Scheme 1, and DCC (1,3-dicyclohexylcarbodiimide-4-dimethylaminopyridine) and DMAP (4-dimethylaminopyridine) ) was synthesized in a yield of 41% through the “Steglich esterification” process of 5TRh-OH and PC 61 BA. The two fullerene end groups non-covalently interact with the PC 61 BM/PC 71 BM, and the oligothiophene core undergoes intermolecular interactions (i.e., π-π interactions with π-conjugated polymer donors and van der Waals forces). 5TRh-PCBM acts as a compatibilizer in the BHJ blend and is located at the D/A interface. In addition, 5TRh-PCBM exhibited a thermal decomposition temperature (T d , decomposition temperature) at 390 °C in a N 2 atmosphere in a TGA analysis and thus had excellent thermal stability.

도 1b에서 UV-vis의 흡수 스펙트럼에서 상용화제 5TRh-PCBM는 두개의 흡수 피크를 나타내고, 520 nm 피크는 5TRh 코어에 의한 것이고, 400 nm 이하의 강한 흡수 피크는 PC61BM 말단 기에 의한 것이다. 에너지 레벨에서 HOMO는 5TRh 코어에 영향을 받고, LUMO는 PC61BM 말단기에 영향을 받은 것이다. 즉, 비-콘쥬게이트된, 산화는 전자 풍부 5TRh 코어에서 발생하고, 환원은 전자 부족 PC61BM 모이어티에서 발생하기 때문이다. 즉, 5TRh-PCBM 상용화제는 3성분 블렌드를 형성하기 위한 광-하베스팅과 같은 제3 성분의 기능으로 작용할 수 있고, 5TRh-PCBM의 이중 기능은 디바이스 효율 및 형태학적 안정성을 모두 개선시킬 수 있다.In the UV-vis absorption spectrum of FIG. 1b, the compatibilizer 5TRh-PCBM shows two absorption peaks, the 520 nm peak is due to the 5TRh core, and the strong absorption peak below 400 nm is due to the PC 61 BM end group. At the energy level, HOMO is influenced by the 5TRh core, and LUMO is influenced by the PC 61 BM end group. That is, since oxidation occurs at the electron-rich 5TRh core and reduction occurs at the electron-poor PC 61 BM moiety, which is non-conjugated. That is, the 5TRh-PCBM compatibilizer can act as a function of the third component, such as light-harvesting to form a three-component blend, and the dual function of 5TRh-PCBM can improve both device efficiency and morphological stability. .

PTB7-Th:PC71BM PSC(ZnO/PTB7-Th:PC71BM/MoO3/Ag), PBDBT:PC71BM PSC(ITO/ZnO/PBDB-T:PC71BM/MoO3/Ag) P3HT:PC61BM PSC (ITO/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)/P3HT:PC61BM/Al)에서 AM 1.5G 조사(100 mW cm-2) 시 다양한 함량의 5TRh-PCBM 상용화제와 PTB7-Th:PC71BM, PBDB-T:PC71BM 및 P3HT:PC61BM 블렌드 시스템에서 태양전지 특성(개방전압, 단락전류 밀도, 필팩터, PCE)의 측정결과를 표 1 및 도 2에 나타내었다.PTB7-Th:PC 71 BM PSC (ZnO/PTB7-Th:PC 71 BM/MoO 3 /Ag), PBDBT:PC 71 BM PSC (ITO/ZnO/PBDB-T:PC 71 BM/MoO 3 /Ag) P3HT :PC 61 BM PSC (ITO/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)/P3HT:PC 61 BM/Al) at AM 1.5G irradiation (100 mW cm -2 ) with various contents of 5TRh Table of measurement results of solar cell characteristics (open circuit voltage, short circuit current density, fill factor, PCE) in the PCBM compatibilizer and PTB7-Th:PC 71 BM, PBDB-T:PC 71 BM, and P3HT:PC 61 BM blend systems 1 and 2 are shown.

도 2 및 표 1에서 5 wt% 및 10 wt% 5TRh-PCBM에서 디바이스 성능이 월등하게 증가한 것을 확인할 수 있다. PTB7-Th:PC71BM:5TRh-PCBM 블렌드는, 5TRh-PCBM 첨가 전 보다 10.09 %(5 wt% 5TRh-PCBM) 및 9.72 % (10 wt% 5TRh-PCBM)의 더 높은 PCE 값을 나타내고 있다. Jsc 값도 5TRh-PCBM에 의한 광 흡수 추가로 인하여 17.88 ± 0.12에서 18.63 ± 0.04(5 wt% 5TRh-PCBM) 및 18.91 ± 0.23 mA cm-2(10 wt% 5TRh-PCBM)로 완만하게 증가하였다. 증가된 Jsc는 EQE(external quantum efficiency)에서 다시 확인할 수 있으며, EQE 스펙트럼은 300-400 nm 및 500-600 nm의 파장 범위 내에서 증가하고, 5TRh-PCBM에 의한 두 개의 주흡수 피크를 나타내고 있다. It can be seen from FIG. 2 and Table 1 that the device performance significantly increased at 5 wt% and 10 wt% 5TRh-PCBM. The PTB7-Th:PC71BM:5TRh-PCBM blend shows higher PCE values of 10.09% (5 wt% 5TRh-PCBM) and 9.72% (10 wt% 5TRh-PCBM) than before addition of 5TRh-PCBM. The Jsc value also increased slightly from 17.88 ± 0.12 to 18.63 ± 0.04 (5 wt% 5TRh-PCBM) and 18.91 ± 0.23 mA cm -2 (10 wt% 5TRh-PCBM) due to the addition of light absorption by 5TRh-PCBM. The increased Jsc can be confirmed again in EQE (external quantum efficiency), and the EQE spectrum increases within the wavelength range of 300-400 nm and 500-600 nm, and shows two main absorption peaks by 5TRh-PCBM.

[표 1] [Table 1]

Figure 112021035311549-pat00026
Figure 112021035311549-pat00026

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 5TRh-PCBM 함량 변화에 따른 (a) PBDB-T:PC71BM 및 (b) P3HT:PC61BM의 J-V 곡선을 나타낸 것으로, 도 3의 J-V 곡선에서 PBDB-T:PC71BM 및 P3HT:PC61BM 블렌드 시스템에서 PCE는 향상된 광흡수를 나타내고 있고, 이는 5TRh-PCBM 첨가로 인하여 다양한 PSC 시스템의 PCE에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. Figure 3 shows the JV curves of (a) PBDB-T:PC 71 BM and (b) P3HT:PC 61 BM according to the change in 5TRh-PCBM content according to an embodiment of the present invention. In the curves, the PCE of the PBDB-T:PC 71 BM and P3HT:PC 61 BM blend systems showed improved light absorption, which was confirmed to have a positive effect on the PCE of various PSC systems due to the addition of 5TRh-PCBM.

도 4의 5TRh-PCBM 첨가에 의한 PSC의 열적 안정성을 평가한 것으로, 다양한 5TRh-PCBM 함량(0 wt% 내지 10 wt%)을 포함하는 PTB7-Th:PC71BM 및 PBDBT:PC71BM PSC에서 PCE는 N2-채워진 글로브 박스 내에서 다양한 시간 간격에서 80 ℃로 필름을 어닐링하였고, P3HT:PC61BM PSC는 150 ℃에서 어닐링하였다.The thermal stability of PSC by the addition of 5TRh-PCBM in FIG. 4 was evaluated, and in PTB7-Th:PC 71 BM and PBDBT:PC 71 BM PSCs containing various 5TRh-PCBM contents (0 wt% to 10 wt%) PCE annealed the film at 80 °C at various time intervals in a N 2 -filled glove box, and P3HT:PC 61 BM PSC annealed at 150 °C.

도 4의 (a)에서 PTB7-Th:PC71BM 이성분 시스템(5TRh-PCBM을 포함하지 않음)의 PCE(80 ℃ 및 120 h 동안 어닐링)는 초기 PCE에 비하여 6 1% 정도 감소하였다. 반면에, 5TRh-PCBM를 포함하는 PTB7-Th:PC71BM 디바이스는 동일한 어닐링 조건 이후에 우수한 열정 안정성을 나타내고 있다. 5 wt% 및 10 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 PTB7-Th:PC71BM의 PCE는 단지 각각 31 % 및 16 % 정도 감소하였다. 도 4의 (b) 및 (c)에서 PBDB-T:PC71BM 및 P3HT:PC61BM 디바이스는 5TRh-PCBM의 첨가에 따라 열적 안정성이 개선된 것을 보여준다. 20 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 P3HT:PC61BM의 PCE는 120 h 어닐링 이후에 6 %만 감소하고, 150 ℃ 더 높은 어닐링 이후에도 유사하지만, P3HT:PC61BM 이성분 블렌드는 동일한 조건에서 64 %까지 감소하였다.In (a) of FIG. 4, the PCE (annealed at 80 °C for 120 h) of the PTB7-Th:PC 71 BM two-component system (not including 5TRh-PCBM) was reduced by 6 1% compared to the initial PCE. On the other hand, the PTB7-Th:PC 71 BM device containing 5TRh-PCBM shows excellent thermal stability after the same annealing conditions. The PCE of PTB7-Th:PC 71 BM with 5 wt% and 10 wt% of 5TRh-PCBM only decreased by 31% and 16%, respectively. In (b) and (c) of FIG. 4 , the PBDB-T:PC 71 BM and P3HT:PC 61 BM devices show improved thermal stability according to the addition of 5TRh-PCBM. The PCE of P3HT:PC 61 BM with 20 wt% of 5TRh-PCBM only decreases by 6% after 120 h annealing and remains similar after annealing at 150 °C higher, but the P3HT:PC 61 BM binary blend shows 64 decreased by %.

도 5 내지 도 6은, 5TRh-PCBM 첨가에 의한 PSC의 열적 안정성을 확인하기 위해서, OM(optical microscopy), RSoXS(resonant soft X-ray scattering) 및 GIXS(grazing incidence Xray Scattering)를 사용하여 활성층의 필름 형태학적 특징을 나노미터에서 수십 마이크로 단위로 측정하였다.5 and 6, in order to confirm the thermal stability of the PSC by the addition of 5TRh-PCBM, optical microscopy (OM), resonant soft X-ray scattering (RSoXS) and grazing incidence Xray scattering (GIXS) of the active layer Film morphological characteristics were measured in nanometers to tens of microns.

도 5의 (a) 및 (b)의 OM 이미지에서 80 ℃에서 어닐링 이후에 5TRh-PCBM이 첨가되지 않는 경우에 PCBM 응집에 의한 다크 스팟 및 어니링 시간 증가에 따라 다수의 응집체의 발생 및 성장이 나타나고, 이는 두 성분의 상분리를 초래한다. 도 5의 (c)에서 5TRh-PCBM의 첨가 여부에 따라 상이한 형태학적 특징을 보이며, 예를 들어, 5TRh-PCBM이 첨가되지 않는 경우에 PCBM의 응집과 같은 다양한 형상이 발견된다. 즉, 5TRh-PCBM 상용화제는 다양한 PSC 시스템에서 높은 열적 안정성을 제공하고, 블렌드 형태를 안정화시키고 상 분리를 억제하는 것을 확인할 수 있다.In the OM images of (a) and (b) of FIG. 5, when 5TRh-PCBM is not added after annealing at 80 ° C, dark spots caused by PCBM aggregation and the occurrence and growth of a large number of aggregates according to the increase in annealing time appear, which results in phase separation of the two components. In (c) of FIG. 5, different morphological characteristics are shown depending on whether or not 5TRh-PCBM is added. For example, when 5TRh-PCBM is not added, various shapes such as aggregation of PCBM are found. That is, it can be confirmed that the 5TRh-PCBM compatibilizer provides high thermal stability in various PSC systems, stabilizes the blend shape, and suppresses phase separation.

도 6의 RSoXS 프로파일에서 5TRh-PCBM를 포함하지 않는 PBDB-T:PC71BM의 RSoXS 프로파일에서 80 ℃ 어닐링 이후에 급격한 거리 (d) 값이 증가한 것을 확인할 수 있다. 어닐링에 의해 PC71BM 풍부 상으로 PC71BM 분자의 확산에 기인한 것이다. P3HT:PC61BM에 5TRh-PCBM의 첨가에 의한 형태학적 안정성을 확인할 수 있다. 20 wt%의 5TRh-PCBM 상용화제의 첨가할 경우에 150 ℃ 및 48 h 어닐링 이후에 산란 피크(scattering peak) 이동 또는 강도 증가가 나타나지 않는다.In the RSoXS profile of FIG. 6 , it can be seen that the value of distance (d) increases rapidly after annealing at 80 ° C in the RSoXS profile of the PBDB-T:PC 71 BM that does not contain 5TRh-PCBM. This is due to the diffusion of PC 71 BM molecules into the PC 71 BM rich phase by annealing. Morphological stability can be confirmed by the addition of 5TRh-PCBM to P3HT:PC 61 BM. When 20 wt% of 5TRh-PCBM compatibilizer is added, no scattering peak shift or increase in intensity is observed after annealing at 150 °C and 48 h.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 0 h, 12 h 및 24 h 동안 150 ℃에서 어닐링된 (a) 0 wt%, (b) 10 wt% 및 (c) 20 wt%의 5TRh-PCBM를 갖는 P3HT:PC61BM 블렌드의 2D GIXS 패턴을 나타낸 것으로, 도 7의 GIXS 패턴에서 0 wt%, 10 wt% 및 20 wt%의 5TRh-PCBM를 포함하는 P3HT:PC61BM 블렌드에서 5TRh-PCBM의 형태학적 안정성 향상을 확인할 수 있고, 어닐링 이후에 5TRh-PCBM를 포함하지 않는 P3HT:PC61BM 블렌드 시스템에서 PC61BM 결정에 관련된 q=약 0.7 및 1.4 Å-1을 확인할 수 있다.7 shows (a) 0 wt %, (b) 10 wt %, and (c) 20 wt % of 5TRh- annealed at 150° C. for 0 h, 12 h and 24 h, according to an embodiment of the present invention. 2D GIXS patterns of P3HT:PC 61 BM blends with PCBM are shown. In the GIXS pattern of FIG. 7 , 5TRh- It can be confirmed that the morphological stability of PCBM is improved, and q = about 0.7 and 1.4 Å -1 related to PC 61 BM crystals in the P3HT:PC 61 BM blend system without 5TRh-PCBM after annealing.

높은 기계적 견고성(mechanical robustness)를 갖는 PSC의 제작은 디바이스의 안정적인 운전 및 플렉서블 및 웨어러블 발전기에 활용하는데 전제 조건이다. 도 8에서 DCB 측정 방법을 이용하여 5TRh-PCBM의 적용 여부에 따라 Gc(cohesive fracture energy)를 측정하였으며, as-cast PTB7-Th:PC71BM 필름의 Gc는 10 wt%의 5TRh-PCB 첨가에 의해 어닐링 공정 없이 1.68 ± 0.33 J m-2에서 2.25 ± 0.25 J m-2로 증가하였다. 상기 필름의 어닐링 이후에 5TRh-PCBM에 따라 1.47 ± 0.13 J m-2에서 2.73± 0.47 J m-2로 증가하였다. Fabrication of a PSC with high mechanical robustness is a prerequisite for stable operation of the device and for use in flexible and wearable generators. In FIG. 8, the DCB measurement method was used to measure G c (cohesive fracture energy) depending on whether or not 5TRh-PCBM was applied, and the G c of the as-cast PTB7-Th:PC 71 BM film was 10 wt% of 5TRh-PCB The addition increased from 1.68 ± 0.33 J m -2 to 2.25 ± 0.25 J m -2 without annealing. After annealing of the film, it increased from 1.47 ± 0.13 J m -2 to 2.73 ± 0.47 J m -2 with 5TRh-PCBM.

pristine PTB7-Th:PC71BM는 강한 상 분리가 발생하여 필름이 더 쉽게 부서지는 경향이 있고, 본 발명에 의한 상용화제를 첨가할 경우에 D/A 인터페이스를 강화시키고 거시적 상 분리를 억제할 수 있다. PBDB-T:PC71BM 블렌드 시스템도 이와 유사 경향을 가지면, PBDB-T:PC71BM 필름에서 어닐링 이후에 Gc 값은 10 wt% 5TRh-PCBM 첨가 이후에 1.06 ± 0.14 J m-2 to 2.93 ± 0.15 J m-2 (2.8-배 증가)증가하였다. D/A 인터페이스에서 5TRh-PCBM의 선택적인 국소화는 약한 D/A 인터페이스를 개질시켜 인터페이스 장력을 감소시킨다. 이러한 특징은 두 개의 상 사이에 크랙 증가 및 분리에 대한 저항성을 증가시키고, 기계적 PSC 견고성을 개선시킬 수 있다.The pristine PTB7-Th:PC 71 BM tends to break the film more easily due to strong phase separation, and when the compatibilizer according to the present invention is added, the D/A interface can be strengthened and macroscopic phase separation can be suppressed. there is. If the PBDB-T:PC 71 BM blend system has a similar trend, the G c value after annealing in the PBDB-T:PC 71 BM film is 1.06 ± 0.14 J m -2 to 2.93 after addition of 10 wt% 5TRh-PCBM. ± 0.15 J m -2 (2.8-fold increase) increased. The selective localization of 5TRh-PCBM at the D/A interface modifies the weak D/A interface to reduce the interface tension. This feature can increase the resistance to crack growth and separation between the two phases and improve the mechanical PSC robustness.

본 발명은, 다양한 효율적인 고분자 태양전지(PSC)에 적용될 때 열적 및 기계적 안정성을 향상시키는 데 매우 효과적인 A-D-A(acceptor-donor-acceptor) 유형 구조를 기반으로한 신규한 다기능 상용화제(5TRh-PCBM)를 제공할 수 있다. 상기 분자 상용화제는, 5T(pentathiophene) 기반 D 코어 및 플러렌 유도체 기반 A 말단 유닛(terminal unit)으로 구성되며, 티오펜 및/또는 융합된 티오펜 유닛을 포함하는 다양한 중합체 도너와 풀러엔 기반 억셉터의 우선적으로 상호작용할 수 있다. 본 발명은, 5TRh-PCBM compatibilizer의 광범위한 유용성을 입증하기 위해서, 본 발명은, 기존 P3HT:PC61BM를 포함할 뿐만 아니라 효율적인 PTB7-Th:PC71BM 및 PBDB-T:PC71BM 기반 PSC를 포함하는 다양한 유형의 PSC에 성공적으로 적용하였다. 5TRh-PCBM을 5 wt% ~ 20 wt% 첨가하면 이러한 모든 PSC 시스템의 열적 안정성과 기계적 특성이 크게 향상되었다. 예를 들어, 5TRh-PCBM 20 wt%를 포함하는 P3HT:PC61BM PSC의 PCE는 150 ℃에서 120 시간 이후에 초기 값의 94 %를 유지하였다. 5TRh-PCBM이 없는 P3HT:PC61BM PSC의 경우 64 % 감소하였다. 또한, PTB7-Th:PC71BM 및 PBDB-T:PC71BM 블렌드의 응집성 Gc 값은, 5TRh-PCBM 10 wt%를 첨가하여 각각 1.3 배 및 2.1 배 향상되었다. 기존에 보고된 상용화제와 달리, 본 발명은, 5 wt% 및 10 wt%의 5TRh-PCBM의 첨가는, 모든 테스트된 PSC의 열적 및 기계적 안정성을 크게 향상시키며, 특히 PTB7-Th:PC71BM 블렌드에 5 wt% 5TRh-PCBM의 첨가는 9.37 %에서 10.09 %까지 PCE의 증가를 보여주며, 이는 광 하베스팅 효과의 추가에 따른 것이다. 본 발명에 의한 5TRh-PCBM 상용화제의 효과는 PSC에 대한 광학적, 형태학적 및 광전지 특성에 확인할 수 있다.The present invention provides a novel multifunctional compatibilizer (5TRh-PCBM) based on an acceptor-donor-acceptor (ADA) type structure that is very effective in improving thermal and mechanical stability when applied to various efficient polymer solar cells (PSCs). can provide The molecular compatibilizer is composed of a 5T (pentathiophene)-based D core and a fullerene derivative-based A terminal unit, and various polymer donors including thiophene and/or fused thiophene units and fullerene-based acceptors can interact preferentially. In order to demonstrate the broad usefulness of the 5TRh-PCBM compatibilizer, the present invention not only includes the existing P3HT:PC 61 BM, but also efficiently PTB7-Th:PC 71 BM and PBDB-T:PC 71 BM-based PSCs It has been successfully applied to various types of PSCs, including Addition of 5TRh-PCBM from 5 wt% to 20 wt% significantly improved the thermal stability and mechanical properties of all these PSC systems. For example, the PCE of P3HT:PC 61 BM PSC containing 20 wt% of 5TRh-PCBM maintained 94% of the initial value after 120 hours at 150 °C. In the case of P3HT:PC 61 BM PSCs without 5TRh-PCBM, it was reduced by 64%. In addition, the cohesive G c values of the PTB7-Th:PC 71 BM and PBDB-T:PC 71 BM blends were improved 1.3-fold and 2.1-fold, respectively, by adding 10 wt% of 5TRh-PCBM. Unlike previously reported compatibilizers, the addition of 5TRh-PCBM at 5 wt% and 10 wt% in the present invention greatly improves the thermal and mechanical stability of all tested PSCs, especially PTB7-Th:PC 71 BM The addition of 5 wt% 5TRh-PCBM to the blend shows an increase in PCE from 9.37% to 10.09%, which is due to the addition of light harvesting effect. The effect of the 5TRh-PCBM compatibilizer according to the present invention can be confirmed on the optical, morphological and photovoltaic properties of PSC.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or substituted or replaced by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (13)

하기의 화학식 1로 표시되는, 화합물:

[화학식 1]
Figure 112022118581844-pat00027


(여기서, fullerene a 및 fullerene b는, 각각, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌(fullerene) 모이어티에서 선택되고,
Ar1 및 Ar2는, 각각, 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고,
R1 내지 R4는, 각각, -C1-C30 알킬- 및 -C2-C30 알케닐-에서 선택되고,
A는 하기에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다.)

Figure 112022118581844-pat00029
,
Figure 112022118581844-pat00030
,
Figure 112022118581844-pat00031
,
Figure 112022118581844-pat00032


Figure 112022118581844-pat00033


(여기서, R5 내지 R14는, 각각, 수소, 할로겐, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택되고, n 및 m은, 각각, 1 내지 100의 정수이다.)
A compound represented by Formula 1 below:

[Formula 1]
Figure 112022118581844-pat00027


wherein fullerene a and fullerene b are selected from the C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, respectively;
Ar 1 and Ar 2 are each selected from unsubstituted phenyl and thienyl;
R 1 to R 4 are each selected from -C 1 -C 30 alkyl- and -C 2 -C 30 alkenyl-;
A includes at least one selected from the following.)

Figure 112022118581844-pat00029
,
Figure 112022118581844-pat00030
,
Figure 112022118581844-pat00031
,
Figure 112022118581844-pat00032
and

Figure 112022118581844-pat00033


(Wherein, R 5 to R 14 are each selected from hydrogen, halogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl, and C 1 -C 30 alkoxy, and n and m are, respectively, 1 to 10 It is an integer of 100.)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 fullerene a 및 fullerene b은, 각각, C60, C70, C74, C76 및 C78 플러렌 모이어티에서 선택되고,
상기 R1 내지 R4는, 각각, -C1-C20 알킬-이며,
상기 Ar1 및 Ar2은, 각각, 비치환된 페닐이고,

상기 A는,
Figure 112021035311549-pat00034
또는
Figure 112021035311549-pat00035


(여기서, R5 내지 R14는, 각각, 수소, 할로겐, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택되고, n 및 m은, 각각 1 내지 100의 정수이다.)인 것인,
화합물.
According to claim 1,
wherein fullerene a and fullerene b are selected from C60, C70, C74, C76 and C78 fullerene moieties, respectively;
R 1 to R 4 are each -C 1 -C 20 alkyl-;
Ar 1 and Ar 2 are each unsubstituted phenyl;

The A is,
Figure 112021035311549-pat00034
or
Figure 112021035311549-pat00035


(Where, R 5 to R 14 are each selected from hydrogen, halogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy, and n and m are each 1 to 100 is an integer of).
compound.
제1항에 있어서,
상기 A는,
Figure 112022118581844-pat00036

(여기서, R6, R8, R11 및 R13은, 각각, C5-C10 알킬에서 선택되고, n 및 m은, 각각 1 내지 10의 정수이고,
R9 및 R10은 각각 수소이다)인 것인,
화합물.
According to claim 1,
The A is,
Figure 112022118581844-pat00036

(Where, R 6 , R 8 , R 11 and R 13 are each selected from C 5 -C 10 alkyl, n and m are each an integer of 1 to 10,
R 9 and R 10 are each hydrogen),
compound.
제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물;
공액계 주개; 및
플러렌계 받개;
를 포함하는, 태양전지용 조성물.
A compound represented by Formula 1 of claim 1;
conjugation system donor; and
fullerene-based acceptor;
A composition for a solar cell comprising a.
제5항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은,
상기 조성물 중 0 중량% 초과 및 30 중량% 이하로 포함되는 것인,
태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The compound represented by Formula 1,
Which is contained in more than 0% by weight and less than 30% by weight of the composition,
A composition for a solar cell.
제5항에 있어서,
상기 공액계 주개는, 공액계 고분자, 공액계 저분자, 또는 이 둘을 포함하고,
상기 공액계 고분자 및 상기 공액계 저분자는, 각각, 폴리 벤조티오펜 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The conjugated donor includes a conjugated polymer, a conjugated small molecule, or both,
The conjugated polymer and the conjugated small molecule are, respectively, polybenzothiophene derivatives, polythiophene derivatives, poly(para-phenylene) derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polyaniline derivatives and poly To include at least one selected from the group consisting of phenylene vinylene derivatives,
A composition for a solar cell.
제5항에 있어서,
상기 공액계 주개는,
PTB7((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)])), P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]),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-50,70-bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]) 및 PM6(poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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)])로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The conjugated donor,
PTB7((poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[ (2-ethylhexyl)carbonyl] thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PTB7-Th((poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1, 2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2- 6-diyl)])), P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]),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-50,70- bis(2-ethylhexyl)benzo-[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))]) and PM6 (poly[(2,6-(4, 8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)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) ]), which includes at least one selected from the group consisting of
A composition for a solar cell.
제5항에 있어서,
상기 플러렌계 받개는,
플러렌, 플러렌 유도체 또는 이 둘을 포함하고,
상기 플러렌은, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 플러렌 유도체는, 하기의 화학식 2에서 선택되는 것인, 태양전지용 조성물:

[화학식 2]
Figure 112021035311549-pat00038


(여기서, 플러렌(fullerene)은 C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 및 C860 플러렌 모이어티에서 선택되고, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐 및 티에닐에서 선택되고, R1은 -C1-C20 알킬- 이고, R2 -O-C1-C12 알킬 및 -O-C1-C12 알킬-SH에서 선택되고, R2는 수소, C1-C30 알킬, C2-C30 알케닐 및 C1-C30 알콕시에서 선택된다.)
According to claim 5,
The fullerene-based acceptor,
containing fullerenes, fullerene derivatives or both;
The fullerene includes at least one selected from the group consisting of C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860,
The fullerene derivative is selected from Formula 2 below, a composition for a solar cell:

[Formula 2]
Figure 112021035311549-pat00038


(Wherein, fullerene is selected from C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720 and C860 fullerene moieties, Ar is selected from substituted or unsubstituted phenyl and thienyl, and R 1 is -C 1 -C 20 alkyl-, and R 2 is -OC 1 -C 12 alkyl and -OC 1 -C 12 alkyl-SH, R 2 is selected from hydrogen, C 1 -C 30 alkyl, C 2 -C 30 alkenyl and C 1 -C 30 alkoxy .)
제5항에 있어서,
상기 플러렌계 받개는,
상기 조성물 중 1 중량% 내지 50 중량%로 포함되는 것인,
태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The fullerene-based acceptor,
Which is included in 1% to 50% by weight of the composition,
A composition for a solar cell.
제5항에 있어서,
상기 화학식 1의 화합물 대 상기 플러렌계 받개의 혼합비는,
0.1 : 1 내지 1 : 1(w:w)인 것인,
태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The mixing ratio of the compound of Formula 1 to the fullerene acceptor is
0.1: 1 to 1: 1 (w: w),
A composition for a solar cell.
제5항에 있어서,
상기 주개 화합물 : 상기 플러렌계 받개의 비율은,
1 : 0.001 내지 20(w:w) 인 것인, 태양전지용 조성물.
According to claim 5,
The ratio of the donor compound: the fullerene acceptor is
1: 0.001 to 20 (w: w), the composition for a solar cell.
제1 전극;
제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 형성된, 제1항의 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 광활성층;
을 포함하는,
고분자 태양전지.
a first electrode;
a second electrode; and
a photoactive layer comprising at least one of the compounds of claim 1 formed between the first electrode and the second electrode;
including,
Polymer solar cell.
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