KR20110058808A - 유기 태양 전지 제조를 위한 개선된 용매계 - Google Patents
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Abstract
(a) 하나 이상의 p형 물질, (b) 하나 이상의 n형 물질, (c) 하나 이상의 제1 용매, 및 (d) 하나 이상의 제2 용매를 포함하고 활성층을 형성하는데 유용한 조성물을 포함하는 개선된 유기 광기전력 전지에 관한 것이며, 상기 제1 용매는 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함한다. 더 적은 양의 제2 용매가 사용될 수 있지만, 전지 효율을 개선할 수 있다.
Description
관련 출원
본 출원은 전체가 참조로서 도입되어 있는, 2008년 8월 20일에 출원된 미국 가출원 제61/090,464호에 대한 우선권을 주장한다.
유기 광기전력 (Organic Photovoltaics) (OPV)는 친환경 전력원을 제공하는 중요한 기술 분야이다. 그러나, OPV 소자 활성층을 형성하는데 사용되는 개선된 잉크 조성물의 개발이 여전히 요구되고 있다. 특히, 산업적으로 허용가능하고 상업적으로 친화적인 잉크 조성물, 예를 들어 할로겐화되지 않은 용매를 가진 조성물이 이롭다. 또한, OPV의 효율 개선이 계속 요구되고 있다. 소자 효율을 개선하는 하나의 방법은 OPV 소자 내 활성층의 성능을 개선하는 것을 포함할 수 있다.
요약
본원에서는, 그 중에서도 조성물, 소자, 이러한 조성물 및 소자의 제조 방법 및 사용 방법을 제공한다. 예를 들어, 본원에는 산업적 및 상업적 요구를 만족시키는데 도움이 되는 잉크 조성물 형성에 사용될 수 있는 용매계뿐만 아니라, 예를 들어 개선된 효율을 가지는 OPV 소자를 형성하는데 사용될 수 있는 잉크 조성물이 기재되어 있다.
한 실시양태에서, (a) 하나 이상의 p형 물질, (b) 하나 이상의 n형 물질, (c) 하나 이상의 제1 용매, 및 (d) 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물이 제공되며, 상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, (a) 공액 중합체를 포함하는 하나 이상의 p형 물질, (b) 풀러렌 유도체를 포함하는 하나 이상의 n형 물질, (c) 하나 이상의 제1 용매, 및 (d) 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물이 제공되며, 상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하고, 상기 조성물은 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는다.
추가의 실시양태에서, 애노드 전극, 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 광기전력 소자가 제공되며, 상기 활성층은 제공되는 조성물을 사용하여 형성된다.
또 다른 실시양태에서, (a) 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 조성물을 표면에 적용하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 화합물을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 활성층 잉크 조성물에 활성층 잉크 조성물로부터 형성되는 활성층의 평균 표면 거칠기를 증가시키기에 충분한 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하는 광기전력 소자의 효율 개선 방법이 제공되며, 상기 활성층 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함한다.
또 다른 추가의 실시양태에서, 애노드 전극, 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 광기전력 소자가 제공되며, 상기 활성층은 제공된 방법에 따라 형성된다.
일부 실시양태의 한 이점은 광기전력 소자의 효율을 개선하는 능력이다.
일부 실시양태의 또 다른 이점은 덜 위험한 활성층 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
일부 실시양태의 또 다른 이점은 덜 위험한 광기전력 소자 활성층의 형성 방법을 제공하는 것이다.
일부 실시양태의 또 다른 이점은 산업적으로 친화적인 활성층 잉크 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 일부 실시양태의 또 다른 이점은 산업적으로 친화적인 광기전력 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 용매로서 톨루엔만을 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 2는 공-용매로서 톨루엔 94%, 살리실알데히드 6%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 3은 공-용매로서 톨루엔 98%, 아니솔 2%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 4는 공-용매로서 톨루엔 98%, 메틸살리실레이트 2%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 2는 공-용매로서 톨루엔 94%, 살리실알데히드 6%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 3은 공-용매로서 톨루엔 98%, 아니솔 2%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
도 4는 공-용매로서 톨루엔 98%, 메틸살리실레이트 2%를 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 또 다른 AFM 3차원 표면 영상이다.
본원에 기재된 용매계를 사용하여, 산업 공정에 있어서 위험하고/거나 바람직하지 않을 수 있는 할로겐화된 용매를 사용하지 않고 OPV 활성층을 형성할 수 있다. 추가로, 용매계를 활성층 잉크 조성물에 사용하여, 보다 나은 성능을 보이는 활성층을 얻을 수 있다. 이러한 용매계는 2개 이상의 용매를 포함할 수 있고, 활성층 성분, 예를 들어 폴리-3-헥실티오펜 (P3HT) 및 풀러렌 유도체와 혼합되어 활성층 잉크 조성물을 형성할 수 있다. 용매계는 하기에 모두 추가로 기술되는 제1 용매 및 제2 용매를 포함할 수 있다. 제2 용매(들)은 전형적으로 잉크 조성물의 작은 퍼센트를 구성하지만, 활성층의 효율을 극적으로 증가시킬 수 있다.
유기 광기전력 소자 (OPV)
태양 전지는 예를 들어, 도면을 포함해서 본원에 참조로서 도입되어 있는 문헌 [Hoppe and Sariciftci, J. Mater. Res., Vol. 19, No. 7, July 2004, 1924-1945]에 기재되어 있다. 또한, 예를 들어, 문헌 [Sun, Saricifcti (Eds.), Organic Photovoltaics, Mechanisms, Materials, Devices]를 소자 효율, 전력 변환 효율(PCE) 및 테스트 방법에 대한 설명 및 챕터를 포함하여 참조한다.
호페(Hoppe) 등의 도 1은 통상의 태양 전지의 일부 성분을 도시한다. 또한, 예를 들어, 문헌 [Dennler et al., "Flexible Conjugated Polymer-Based Plastic Solar Cells: From Basics to Applications", Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 8, August 2005, 1429-1439]를 도 4 및 5를 포함하여 참조한다. 역(inverted) 태양전지를 포함해서 다양한 구조의 태양 전지가 사용될 수 있다. 중요한 요소는 활성층, 애노드, 캐소드, 및 더 큰 구조를 지지하기 위한 기판을 포함한다. 게다가, 정공 수송층이 사용될 수 있고, 하나 이상의 조정층이 사용될 수 있다. 활성층은 P/N 벌크 이종접합을 포함하는 P/N 복합체를 포함할 수 있다.
다음 참고문헌은 광기전력 물질 및 소자를 기술한다:
실시예 및 도면을 포함하여 본원에 참조로서 도입되어 있는, 윌리엄즈(Williams) 등의 미국 특허 공개 제2006/0076050호 (플렉스트로닉스(Plextronics) (발명의 명칭: "Heteroatomic Regioregular Poly(3-Substituted thiophenes) for Photovoltaic Cells").
실시예 및 도면을 포함하여 본원에 참조로서 도입되어 있는, 미국 특허 공개 제2006/0237695호 (플렉스트로닉스) (발명의 명칭: "Copolymers of Soluble Poly(thiophenes) with Improved Electronic Performance").
미국 특허 제7,147,936호 (로우웨트(Louwet) 등).
게다가, 실시예 및 도면을 포함하여 본원에 참조로서 도입되어 있는, 미국 특허 공개 제2006/0175582호 (플렉스트로닉스) (발명의 명칭: "Hole Injection /Transport Layer Compositions and Devices")는 정공 주입층 기술을 설명한다.
본원에 기재된 조성물이 OPV의 맥락에서 기재되어 있지만, 이들 조성물은 유기 광활성층을 사용하는 다른 소자에 동일하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 전체가 본원에 참조로서 도입되어 있는, 2008년 4월 9일에 출원된 미국 가출원 제61/043,654호를 참조한다. 본 출원의 조성물 및 방법이 적용될 수 있는, 이러한 소자는 정공 수집층, 정공 주입층, 또는 정공 수송층을 가질 수 있다.
OPV 전극, 정공 주입층 및 정공 수송층
광기전력 소자용 애노드 및 캐소드를 포함하는 전극은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 상기에서 인용한 호페 등의 문헌을 참조한다. 공지된 전극 물질이 사용될 수 있다. 투명 전도성 산화물이 사용될 수 있다. 투명도는 특정 용도에 맞게 적합화될 수 있다. 예를 들어, 애노드는 기판 상에 지지된 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는 ITO일 수 있다. 기판은 강직성 또는 유연성일 수 있다.
원하는 경우, 정공 주입층 및 정공 수송층이 사용될 수 있다. 정공 수송층(HTL)은 예를 들어 당업계에 알려진 PEDOT:PSS일 수 있다. 예를 들어, 상기에서 인용한 호페 등의 문헌을 참조한다.
OPV 활성층
OPV의 활성층은 n형 및 p형 물질과 같은 반도체성 물질을 포함할 수 있다. 본원의 실시양태에서, 활성층은 p형 및 n형 물질 둘 다를 포함한다. 일부의 경우에, 활성층은 소량의 용매를 추가로 포함할 수 있다.
본원의 실시양태의 한 이점은 활성층 내 광 캐리어(carrier) 생성을 여전히 유지하면서 n형 및 p형 물질이 p형의 HOMO 레벨과 n형의 LUMO 레벨 사이의 차이를 최대화하도록 선택될 수 있다는 것이다.
활성층 p형 물질
p형 물질은 유기 물질, 예를 들어 유기 중합체성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, p형 물질은 일련의 공액 이중 결합을 갖는 중합체 골격을 포함하는 공액 중합체 또는 전도성 중합체를 포함할 수 있다. 이는 단일중합체 또는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체를 비롯한 공중합체, 또는 3원공중합체를 포함할 수 있다. 예로는 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 비닐렌, 및 그의 유도체, 공중합체, 및 혼합물이 포함된다.
한 실시양태에서, p형 물질은 골격 내에 적어도 일부의 공액 불포화를 포함하는 공액 중합체를 포함한다. p형 물질은 유기 용매 또는 물에 용해될 수 있거나 또는 분산될 수 있는 공액 중합체를 포함할 수 있다. 공액 중합체는 예를 들어 문헌 [T.A. Skotheim, Handbook of Conducting Polymers, 3rd Ed.(two vol), 2007]; [Meijer et al., Materials Science and Engineering, 32(2001), 1-40]; 및 [Kim, Pure Appl. Chem., 74, 11, 2031-2044, 2002]에 기재되어 있다. p형 활성 물질은 공통 중합체 골격을 가지지만 중합체의 속성을 조정하기 위해 유도체화된 측쇄기가 상이한 유사한 중합체 군의 한 구성원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리티오펜은 메틸, 에틸, 헥실, 도데실 등을 포함하는 알킬 측쇄기로 유도체화될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, p형 물질은 예를 들어 공액 및 비공액 중합체 세그먼트의 조합, 또는 제1 유형의 공액 세그먼트 및 제2 유형의 공액 세그먼트의 조합을 포함하는 공중합체 및 블록 공중합체를 포함한다. 예를 들어, 이들은 AB 또는 ABA 또는 BAB계로 나타낼 수 있고, 여기서, 예를 들어 A와 같은 한 블록은 공액 블록이고, B와 같은 또 다른 한 블록은 비공액 블록 또는 절연 블록이다. 또는, 이와는 달리, 각각의 블록 A 및 B가 공액될 수 있다. 비공액 또는 절연 블록은 예를 들어 열가소성 유형의 중합체, 폴리올레핀, 폴리실란, 폴리에스테르, PET 등을 포함하는, 예를 들어 첨가 중합체 블록 또는 축합 중합체 블록을 포함하는, 예를 들어 유기 중합체 블록, 무기 중합체 블록, 또는 혼성 유기-무기 중합체 블록일 수 있다. 블록 공중합체는 예를 들어 맥쿨러프(McCullough) 등의 미국 특허 제6,602,974호 및 2006년 12월 14일에 공개된 맥쿨러프 등의 미국 특허 공개 제2006/0278867호에 기재되어 있고, 이들 각각의 전체가 본원에 참조로서 도입되어 있다.
특정 실시양태에서, p형 물질은 폴리티오펜을 포함한다. 폴리티오펜 및 그의 유도체는 당업계에 알려져 있다. 이들은 골격에 티오펜을 포함하는 중합체일 수 있다. 이들은 단일중합체 또는 블록 공중합체를 비롯한 공중합체일 수 있다. 이들은 용해될 수 있거나 또는 분산될 수 있다. 이들은 위치규칙적일 수 있다. 예를 들어, 이들은 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상, 또는 98% 이상, 또는 99% 이상의 위치규칙성을 가질 수 있다. 특히, 임의 치환된 알콕시- 및 임의 치환된 알킬-치환 폴리티오펜이 사용될 수 있다. 특히, 단일 중합체 및 블록 공중합체를 포함해서 예를 들어 맥쿨러프 등의 미국 특허 제6,602,974호 및 제6,166,172호 뿐만 아니라, 문헌 [McCullough et al., J. Am. Chem. Soc. 115:4910 (1993)]에 기재된 바와 같은 위치규칙적 폴리티오펜이 사용될 수 있다. 또한, 플렉스트로닉스(펜실바니아주 피츠버그)의 상업 제품을 참조한다. 폴리(3-헥실티오펜)을 비롯하여, 용해될 수 있는 알킬- 및 알콕시-치환 중합체 및 공중합체가 사용될 수 있다. 코켐(Kochem) 등의 미국 특허 제5,294,372호 및 제5,401,537호에서 다른 예들을 찾을 수 있다. 미국 특허 제6,454,880호 및 제5,331,183호에 활성층이 추가로 기재되어 있다.
가공을 용이하게 하기 위해 용해될 수 있는 물질 또는 잘 분산되는 물질이 스택(stack)에 사용될 수 있다.
p형 물질 및 폴리티오펜의 추가의 예는 예를 들어 치환된 시클로펜타디티오펜 잔기인 단량체를 갖는 중합체가 기재되어 있는 WO 2007/011739(가우디아나(Gaudiana) 등)에서 찾을 수 있고, 이 문헌은 화학식을 포함해서 전체가 본원에 참조로서 도입되어 있다.
활성층 n형 물질
활성층은 하나 이상의 풀러렌 구조를 포함하는 n형 물질을 포함할 수 있다. 풀러렌은 당업계에 알려져 있다. 풀러렌은 구상 탄소 화합물이라고 기술할 수 있다. 예를 들어, 풀러렌 표면은 당업계에 알려진 바와 같이 [6,6] 결합 및 [6,5] 결합을 제공할 수 있다. 풀러렌은 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 가질 수 있다. 풀러렌은 예를 들어 C60, C70 또는 C84일 수 있고, 추가의 탄소 원자가 유도체기를 통해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 본원에 참조로서 도입되어 있는 문헌 [Hirsch, A.; Brettreich, M., Fullerenes: Chemistry and Reactions, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2005]를 참조하며, 이 문헌은 풀러렌 명명법 및 합성, 유도체화, 환원 반응(제2장), 친핵성 첨가(제3장), 고리화 첨가(제4장), 수소화(제5장), 라디칼 첨가(제6장), 전이금속 착물 형성(제7장), 산화 및 친전자체와의 반응(제8장), 할로겐화(제9장), 위치화학(제10장), 클러스터 변형(제11장), 헤테로풀러렌(제12장), 및 고급 풀러렌 (제13장)에 관한 교시를 포함한다. 여기에 기재된 방법을 사용해서 풀러렌 유도체 및 부가물을 합성할 수 있다.
n형 물질은 하나 이상의 풀러렌 유도체를 포함할 수 있다. 유도체 화합물은 예를 들어 부가물일 수 있다. 풀러렌 유도체는 예를 들어 구상 탄소 화합물의 1개 또는 2개의 탄소에 각각 공유 결합되는 1 내지 84개, 1 내지 70개, 1 내지 60개, 1 내지 20개, 1 내지 18개, 1 내지 10개, 1 내지 6개, 1 내지 5개, 또는 1 내지 3개의 치환기를 포함하는 풀러렌일 수 있다. 풀러렌 유도체는 하나 이상의 유도체 잔기 R에 [4+2] 고리화 첨가에 의해 공유 결합된 풀러렌을 포함할 수 있다.
n형 물질의 구조는 다음 화학식으로 나타낼 수 있고, 그의 용매화물, 염 및 혼합물일 수 있다:
상기 식 중, n은 1 이상이고, F는 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 갖는 구상 풀러렌이고, R은 하나 이상의 임의 치환된, 불포화 또는 포화, 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 제1 고리를 포함하고, 상기 제1 고리는 풀러렌에 직접 결합된다.
화학식 (I)은 C60이 n개의 R기에 결합된 실시양태를 나타내고, 그 결합은 총칭적으로 나타낸다.
제1 고리는 치환될 수 있거나, 또는 치환되지 않을 수 있다. 제1 고리는 포화 고리일 수 있거나, 또는 불포화 고리일 수 있다. 제1 고리는 카르보시클릭 고리 또는 헤테로시클릭 고리일 수 있다.
제1 고리는 임의 치환된 4원, 5원, 또는 6원 고리일 수 있다. 이는 특히 임의 치환된 5원 고리일 수 있다.
R기는 제1 고리에 결합되거나 또는 융합되는 제2 고리를 더 포함할 수 있다. 제2 고리는 임의로 치환될 수 있다. 제2 고리는 예를 들어 제1 고리에 융합되는 아릴기일 수 있다.
제1 고리는 풀러렌에 직접 결합된다. 예를 들어, R기는 [4+2] 고리화 첨가에 의해 풀러렌에 공유 결합될 수 있다. R기는 2개의 탄소-탄소 결합을 포함하는 2개의 공유 결합을 포함하는 1개 또는 2개의 공유 결합에 의해 풀러렌에 공유 결합될 수 있다. R기는 R기의 1개의 원자와의 공유 결합에 의해 풀러렌 표면에 결합될 수 있다. 이와는 달리, R기는 R기의 2개의 원자와의 공유 결합에 의해 풀러렌 표면에 결합될 수 있다. 풀러렌에 결합된 R기의 2개의 원자는 서로 인접할 수 있거나, 또는 R기의 1 내지 3개의 다른 원자에 의해 서로 분리될 수 있다. R기는 풀러렌 [6,6] 위치에서 2개의 탄소-탄소 결합에 의해 풀러렌에 공유 결합될 수 있다.
풀러렌은 탄소만을 포함할 수 있다. 풀러렌은 풀러렌에 결합된, R 이외의 하나 이상의 유도체기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 풀러렌은 전자 끄는 기 또는 전자 내놓는 기로 유도체화될 수 있다. 전자 끄는 기 및 전자 내놓는 기는 당업계에 알려져 있고, 문헌 [Advanced Organic Chemistry, 5th Ed, by Smith, March, 2001]에서 찾을 수 있다.
전자 끄는 기는 풀러렌 케이지(cage)에 직접 또는 PCBM 구조와 유사한 메타노-다리를 통해 부착될 수 있다.
전자 주는 기는 풀러렌 케이지에 직접 또는 PCBM 구조와 유사한 메타노-다리를 통해 부착될 수 있다.
풀러렌은 C60-PCBM에 비해 가시 범위에서 그의 흡수를 개선하기 위해 유도체화될 수 있다. 가시 범위에서 개선된 흡수는 유도체화된 풀러렌을 포함하는 광기전력 소자의 광전류를 증가 또는 개선할 수 있다.
한 실시양태에서, F*는 C60, C70 및 C84 및 그의 조합으로부터 선택된다.
한 실시양태에서, R은 임의 치환된 아릴 및 임의 치환된 헤테로아릴로부터 선택된다.
한 실시양태에서, R은 임의 치환된 인덴, 임의 치환된 나프틸, 임의 치환된 페닐, 임의 치환된 피리디닐, 임의 치환된 퀴놀리닐, 임의 치환된 시클로헥실, 및 임의 치환된 시클로펜틸로부터 선택된다.
한 실시양태에서, R은 인덴, 나프틸, 페닐, 피리디닐, 퀴놀리닐, 시클로헥실 및 시클로펜틸로부터 선택된다.
n 값은 정수일 수 있다. 한 실시양태에서, n은 1 내지 84, 또는 1 내지 70, 또는 1 내지 60, 또는 1 내지 30, 또는 1 내지 10일 수 있다. 한 실시양태에서, n은 1 내지 6이다. 한 실시양태에서, n은 1 내지 3이다.
한 실시양태에서, n은 1이다. 한 실시양태에서, n은 2이다. 한 실시양태에서, n은 3이다.
한 실시양태에서, 제1 고리는 히드록실, 아실, 아실아미노, 아실옥시, 알킬, 치환된 알킬, 알콕시, 치환된 알콕시, 알케닐, 치환된 알케닐, 알키닐, 치환된 알키닐, 아미노, 치환된 아미노, 아미노아실, 아릴, 치환된 아릴, 아릴옥시, 치환된 아릴옥시, 시클로알콕시, 치환된 시클로알콕시, 카르복실, 카르복실 에스테르, 시아노, 티올, 티오알킬, 치환된 티오알킬, 티오아릴, 치환된 티오아릴, 티오헤테로아릴, 치환된 티오헤테로아릴, 티오시클로알킬, 치환된 티오시클로알킬, 티오헤테로시클릭, 치환된 티오헤테로시클릭, 시클로알킬, 치환된 시클로알킬, 할로, 니트로, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 헤테로시클릭, 치환된 헤테로시클릭, 헤테로아릴옥시, 치환된 헤테로아릴옥시, 헤테로시클릴옥시 또는 치환된 헤테로시클릴옥시, 또는 그의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 임의로 치환된다.
한 실시양태에서, n은 1이고, R은 인덴이다. 한 실시양태에서, n은 2이고, R은 인덴이다. 한 실시양태에서, n은 3이고, R은 인덴이다. 한 실시양태에서, n은 4이고, R은 인덴이다. 한 실시양태에서, n은 5이고, R은 인덴이다. 한 실시양태에서, n은 6이고, R은 인덴이다.
한 실시양태에서, R은 다르게는 [4+2] 고리 부가 반응이라고도 불리는 [4+2] 고리화 첨가에 의해 풀러렌에 공유 결합될 수 있다. [4+2] 고리화 첨가 반응 및 디엘-알더(Diels-Alder) 반응을 포함하는 반응은 일반적으로 당업계에 알려져 있다. 친디엔체 이중 결합이 디엔과 반응해서 6원 고리를 생성할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structure, 2nd Ed., J. March, 1977]을 탄소-탄소 다중 결합에의 첨가에 관한 장(예: 제15 장)을 포함해서 참조한다. 또한, 문헌 [Belik et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1, 78-80](C60과 C8 o-퀴노디메탄 화합물이 반응해서 풀러렌 및 유도체 잔기를 포함하는 C68 화합물을 형성하는 것을 보여줌) 및 문헌 [Puplovskis et al., Tetrahedron Letters, 38, 2, 285-288, 1997, 285-288](C60과 C9 인덴이 반응해서 풀러렌 및 유도체 잔기를 포함하는 C69 화합물을 형성하는 것을 보여줌)을 참조한다. 고리화 첨가 반응으로 인해 [6,5] 이중 결합에서보다는 [6,6] 풀러렌 이중 결합에서 반응이 일어날 수 있다. 고리화 첨가 반응은 문헌 [Hirsch, Brettreich text, Fullerenes, Chemistry and Reactions, 2005]의 제4장(페이지 101-183)에 상세히 기술되어 있다.
풀러렌 유도체의 한 예는 인덴 유도체이다. 게다가, 인덴 자체가 유도체화될 수 있다. 풀러렌은 예를 들어, 본원에 참조로서 도입되어 있는 문헌 [Belik et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1993, 32, No. 1, pages 78-80]에 기술된 방법에 의해 유도체화될 수 있다. 이 논문은 o-퀴노디메탄 같은 라디칼을 첨가할 수 있는, 전자 빈약 수퍼알켄 C60에 첨가하는 것을 기술한다. 그것은 상이한 관능기를 함유하는 동일계에서 제조될 수 있고, 가장 적은 반응성을 갖는 친디엔체의 경우에도 [4+2] 고리화 부가물을 형성할 수 있는 매우 반응성인 디엔을 형성할 수 있다. 이 방법은 양호한 선택성 및 안정성을 제공한다.
풀러렌은 2개 이상의 유도체 잔기 R을 포함해서 비스-부가물을 형성할 수 있거나, 또는 3개 이상의 유도체 잔기 R을 포함해서 트리스-부가물을 형성할 수 있다. 이들 치환체는 [4+2] 고리화 첨가에 의해 풀러렌에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 벨릭(Belik) 등의 문헌은 반응식 1, 화학식 3에서 2개의 유도체 잔기를 포함하는 풀러렌 화합물을 나타낸다. 게다가, 2개의 풀러렌은 벨릭 등의 문헌에서 반응식 2에 나타낸 바와 같이 1개의 유도체 잔기에 의해 공유 결합될 수 있다.
다양한 실시양태가 이론에 의해 제한되지 않지만, 유도체화는 풀러렌 케이지의 공액을 붕괴할 수 있는 것으로 믿어진다. 공액 붕괴는 유도체화된 풀러렌의 이온화 퍼텐셜 및 전자 친화도에 영향을 준다.
한 실시양태에서, 활성층은 전자 끄는 기를 포함하는 하나 이상의 풀러렌 유도체를 포함한다.
활성층 n형 물질은 또한 그 전체가 본원에 참조로서 도입되어 있는, 2007년 5월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제11/743,587호, 및 2007년 12월 21일에 출원된 제61/016,420호에 기재되어 있다.
활성층 형태학
활성층은 p-n 복합체일 수 있고, 예를 들어 벌크 이종접합을 포함하는 이종접합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Dennler et al., "Flexible Conjugated Polymer-Based Plastic Solar Cells: From Basics to Applications", Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 8, August 2005, 1429-1439]에서 벌크 이종접합에서의 나노크기 상 분리에 관한 논의를 참조한다.
이종접합 층은 원자간력 현미경(AFM)에 의해 측정되는 약 5 내지 50 nm 크기의 상 분리된 도메인을 가질 수 있다. AFM 분석이 표면 거칠기 및 상 거동을 측정하는 데 사용될 수 있다.
본원에 기재된 용매계는 p형 또는 n형 물질의 큰 도메인을 가지는 활성층의 형성을 허용할 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않으면서, 활성층 효율은 큰 도메인이 형성되는 경우에 더 좋은 것으로 믿어진다.
언급한 대로, 용매계는 제1 및 제2 용매를 포함할 수 있다. 제2 용매는 활성층의 표면 거칠기에 기여할 수 있다. 표면 거칠기에 대한 제2 용매의 영향은 실시예에 기재되어 있는 도 1 내지 4에서 볼 수 있다. 다시, 임의의 특정 이론에 구속되지 않으면서, 표면 거칠기의 증가가 활성층 효율에 영향을 줄 수 있다고 믿어진다. 따라서, 한 실시양태에서, 광기전력 계의 효율을 개선하는 방법은 잉크 조성물로부터 형성되는 활성층의 평균 표면 거칠기를 증가시키기에 충분한 양의 하나 이상의 제2 용매를 활성층 잉크 조성물에 첨가하는 것을 포함한다. 평균 표면 거칠기의 증가는 약 1 nm 이상이 바람직하다. 바람직하게는, 평균 표면 거칠기는 약 5 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 6 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 8 nm 내지 10 nm로 증가된다.
활성층 용매
본원 실시양태에서, 활성층 형성에 사용되는 조성물은 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 조성물은 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매로 필수적으로 구성될 수 있다. 제1 용매(들) 및 제2 용매(들)은 상이한 유기 화합물 군으로부터 선택된다. 이 군은 일부 화합물을 공통으로 가질 수 있지만, 제1 용매 및 제2 용매는 구조적으로 동일하지 않은 화합물로 선택된다.
제1 용매
일부 실시양태에서, 제1 용매는 하나 이상의 알킬벤젠을 포함한다. 알킬벤젠은 벤젠 고리 상에 1개 이상의 알킬 치환기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 치환기(들) 내 결합된 총 탄소 원자의 수는 1 내지 6이다. 보다 바람직하게는, 치환기(들) 내 결합된 총 탄소 원자의 수는 1 내지 3이다.
각각의 치환기는 1 내지 6개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소 원자를 가질 수 있다.
치환기는 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다.
알킬벤젠은 1 내지 6개의 알킬 치환기, 바람직하게는 1 내지 3개의 알킬 치환기를 가질 수 있다. 비제한적인 예로서, 알킬벤젠은 모노알킬벤젠, 디알킬벤젠, 트리알킬벤젠 또는 테트라알킬벤젠일 수 있다. 추가의 비제한적인 예로서, 알킬벤젠은 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, 또는 p-크실렌일 수 있다.
제1 용매가 2개 이상의 알킬 치환기를 가지는 알킬벤젠인 일부 실시양태에서, 2개의 알킬 치환기는 벤젠 고리의 탄소 원자와 함께 5 내지 7원 고리를 형성하는데 참여할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 제1 용매는 벤조시클로헥산 (테트랄린) 또는 그의 유도체를 포함한다.
특정 실시양태에서, 제1 용매는 벤조시클로헥산 (테트랄린)으로 필수적으로 구성된다.
한 실시양태에서, 제1 용매는 2개 이상의 상이한 알킬벤젠의 혼합물이다. 즉, 2개 이상의 알킬벤젠은 구조적으로 동일하지 않은 혼합물이다. 2개 이상의 상이한 알킬벤젠 각각은 치환기(들) 내 총 탄소 원자의 수가 1 내지 6인, 1개 이상의 알킬 치환기를 가질 수 있다. 한 예에서, 치환기(들) 내 결합된 총 탄소 원자의 수는 3 또는 4이다. 또 다른 예에서, 치환기(들) 내 결합된 총 탄소 원자의 수는 4 또는 5이다. 치환기는 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다.
한 비제한적인 예에서, 제1 용매는 모노알킬벤젠, 디알킬벤젠, 트리알킬벤젠, 및 테트라알킬벤젠으로부터 선택된 2개 이상의 알킬벤젠의 혼합물을 포함한다.
또 다른 비제한적인 예에서, 제1 용매는 C9 -10 디알킬 및 트리알킬벤젠의 혼합물을 포함한다.
또 다른 비제한적인 예에서, 제1 용매는 프로필벤젠, 부틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 1,3,5-트리메틸벤젠 및 1,2,4-트리메틸벤젠으로부터 선택된 2개 이상의 알킬벤젠의 혼합물을 포함한다.
알킬벤젠의 혼합물은 상업적으로 입수할 수 있다. 예를 들어, 엑손모바일사(ExxonMobil Corp.) (Houston, TX)로부터 얻을 수 있는, 아로마틱(Aromatic) 100 및 아로마틱 150 (각각, 솔베소(Solvesso) 100 및 솔베소 150라고도 공지됨)이 제1 용매로서 사용될 수 있다. 이러한 상업적 혼합물은 소량의 나프탈렌 또는 알킬나프탈렌을 함유할 수 있다.
특정 실시양태에서, 제1 용매는 할로겐화되지 않은 용매이다. 추가의 실시양태에서, 제1 용매는 헤테로원자를 함유하지 않는다.
또 다른 실시양태에서, 제1 용매는 하나 이상의 알킬벤젠으로 필수적으로 구성된다.
또 다른 실시양태에서, 제1 용매는 화학식 I로 표시되는 알킬벤젠을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서, R1은 C1-3 알킬이고 R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 -3 알킬이고, 이때 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 합해서 총 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진다.
바람직하게는, 상기 화학식에서 치환기 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 합해서 1, 2, 또는 3개의 총 탄소 원자를 가진다. 바람직한 실시양태에서, R1은 메틸이다.
한 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 중 하나는 C1-3 알킬이다.
또 다른 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 중 2개는 독립적으로 C1-3 알킬이다.
또 다른 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 중 3개는 독립적으로 C1-3 알킬이다.
또 다른 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 중 4개는 독립적으로 C1-3 알킬이다.
또 다른 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 모두 독립적으로 C1-3 알킬이다.
한 실시예에서, R2, R3, R4, R5 또는 R6 모두 수소이다.
제2 용매
본원 실시양태에서, 제2 용매는 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함할 수 있다. 카르보시클릭 화합물은 고리를 형성하는 탄소 원자의 환형 배열을 포함한다. 비제한적인 예로서, 카르보시클릭 화합물은 벤젠 고리, 시클로헥산 고리, 또는 시클로펜탄 고리를 포함할 수 있거나, 또는 그의 혼합을 포함할 수 있다.
카르보시클릭 화합물은 헤테로원자, 알킬기, 또는 둘 다를 포함하는 치환기를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 카르보시클릭 화합물은 히드록실, 아실, 아실옥시, 카르복실 에스테르, 알킬, 알콕시, 케톤 또는 그의 혼합으로부터 선택된 치환기를 함유할 수 있다.
일부 실시양태에서, 제2 용매는 탄소 원자 (예를 들어, 알킬, 알케닐 등)을 포함하는 하나 이상의 치환기를 가지는 벤젠 고리를 포함하는 카르보시클릭 화합물이다.
또 다른 실시양태에서, 제2 용매는 헤테로원자 (예를 들어, 아미노, 티올, 히드록실 등)을 포함하는 하나 이상의 치환기를 가지는 벤젠 링을 포함하는 카르보시클릭 화합물이다.
또 다른 실시양태에서, 제2 용매는 시클로헥산 또는 시클로펜탄 고리를 포함하는 카르보시클릭 화합물이다. 특히, 카르보시클릭 화합물은 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로펜타논 및 시클로헥사논으로부터 선택될 수 있다.
카르보시클릭 화합물은 C5 -20, 바람직하게는 C5 -10 화합물일 수 있다. 즉, 존재하는 경우, 그의 치환기를 포함하여 화합물은 총 5 내지 15개, 또는 바람직하게는 5 내지 10개의 탄소 원자를 함유한다.
제2 용매는 시클로펜탄, 시클로헥산 및 벤젠으로부터 선택된 2개 이상의 상이한 카르보시클릭 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.
비제한적인 예에서, 제2 용매는 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌 및 2-메톡시벤즈알데히드로부터 선택된 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함한다.
한 실시양태에서, 제2 용매는 카르보시클릭 화합물로 필수적으로 구성된다.
또 다른 실시양태에서, 제2 용매는 할로겐화되지 않은 것이다.
특정 실시양태에서, 제2 용매는 벤조시클로헥산을 포함한다.
특정 실시양태에서, 제2 용매는 벤조시클로헥산으로 필수적으로 구성된다.
또 다른 실시양태에서, 제2 용매는 화학식 II로 표시되는 화합물을 포함한다:
[화학식 II]
상기 식에서, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 히드록실, 아실, 아실옥시, 카르복실 에스테르, C1-5 알킬 또는 알콕시이다. 치환기에 있는 것(있는 경우)을 포함하여, 화합물 내의 총 탄소 원자의 수는 15개 미만, 바람직하게는 10개 미만이다.
본원 실시양태에서, 가장 바람직한 용매계는 제1 용매가 톨루엔이고, 제2 용매가 살리실알데히드인 용매계이다.
용매 속성
제1 및 제2 용매는 개선된 성능을 가지는 활성층 (또는 벌크 이종접합층)을 형성하는데 중요한 역할을 한다. 하기에 추가로 기술되는 제1 용매, 제2 용매, 또는 전체 용매계의 특정 물리적 속성이 최적의 활성층 형태를 얻기 위하여 고려된다. 예를 들어, 제1 또는 제2 용매는 활성층 내 n형 또는 p형 물질을 선택적으로 용해시킬 수 있다.
제1 및 제2 용매의 개개의 또는 상대적 끓는점이 중요할 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 제2 용매의 끓는점은 제1 용매의 끓는점보다 높다. 또 다른 실시양태에서, 제1 용매의 끓는점은 제2 용매의 끓는점보다 높다.
또 다른 실시양태에서, 제1 용매의 끓는점은 109℃보다 높다. 비제한적인 예로서, 제1 용매의 끓는점은 약 109℃ 내지 210℃ (범위 내 각각의 모든 값을 포함)일 수 있다.
한 실시양태에서, 제2 용매의 끓는점은 약 49℃보다 높다. 비제한적인 예로서, 제2 용매의 끓는점은 약 49℃ 내지 225℃, 또는 약 49℃ 내지 약 250℃ (범위 내 각각의 모든 값을 포함)일 수 있다.
용해도 파라미터가 또한, 예를 들어 적합한 제2 용매, 제1 용매 또는 둘 다를 선택하는데 사용될 수 있다. 특히, 한센 용해도 파라미터(Hansen Solubility Parameter)가 사용될 수 있다. 한센 용해도 파라미터는 분산, 수소 및 극성 파라미터를 포함한다. 다양한 화합물에 대한 이들 파라미터의 값은 전체가 본원에 참조로서 도입되어 있는 문헌 [Hansen, Charles M., Hansen Solubility Parameters; A User's Handbook, CRC Press, 2000]에서 찾을 수 있다.
특히, 후보 화합물 리스트로부터 제1 또는 제2 용매를 선택하는 한 방법에는 한센 용해도 파라미터에 의해 예측되는 바와 같이, 고성능 활성층을 형성하는데 적합한 것으로 이미 결정된 용매(들)과 유사한 용해도를 가지는 화합을 선택하는 것이 포함될 수 있다. 유사한 용해도를 가지는 용매는 3개의 한센 용해도 파라미터 모두에 대해 유사한 값을 가질 수 있다. 그러나, 유사한 용해도를 가지는 용매가 모든 3개의 파라미터보다 작은 유사한 값을 가질 수 있는 것이 가능할 수 있다. 비제한적인 예에서, 제1 용매는 o-디클로로벤젠, 톨루엔 또는 o-크실렌과 유사한 한센 용해도 파라미터를 가지는 화합물이다. 또 다른 비제한적인 예에서, 제2 용매의 용해도 파라미터는 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니스알데히드, 또는 아니솔의 용해도 파라미터와 유사하다. 2개의 용매의 용해도 파라미터는 이들이 서로 약 5 MPa0 .5 이하, 약 2 MPa0 .5 이하, 또는 약 1 MPa0 .5 이하로 차이가 나는 경우에 유사한 것으로 고려될 수 있다.
분산, 극성 및 수소결합 파라미터에 대한 값은 제1 및 제2 용매에 대해 달라질 수 있다. 비제한적인 실시양태로서, 제1 용매는 약 17 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 파라미터, 약 0.5 MPa0 .5 내지 7.0 MPa0 .5의 극성 파라미터, 및 약 1.0 MPa0 .5 내지 7.0 MPa0 .5의 수소결합 파라미터를 가질 수 있다. 또 다른 비제한적인 실시양태로서, 제2 용매는 약 15 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 파라미터, 약 0.5 MPa0 .5 내지 약 15 MPa0 .5, 예를 들어 약 7 MPa0 .5 내지 11 MPa0 .5의 극성 파라미터, 및 약 0.5 MPa0 .5 내지 18.0 MPa0 .5, 예를 들어 약 1.0 MPa0 .5 내지 7.0 MPa0 .5의 수소결합 파라미터를 가질 수 있다.
논의된 바와 같이, 제1 및 제2 용매는 할로겐화되지 않은 것일 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 제1 및 제2 용매는 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는다. 예를 들어, 용매계 내 할로겐화된 화합물의 중량 퍼센트는 10% 미만, 5% 미만, 또는 1% 미만일 수 있다.
용매량
본원에 기재된 용매계에서, 제1 용매의 양은 제2 용매의 양보다 많을 수 있다. 예를 들어, 제1 용매 대 제2 용매의 중량비는 약 1000:1 내지 2:1이다. 보다 바람직하게는 제1 용매 대 제2 용매의 질량비는 100:1 내지 10:1이다.
전형적으로, 본원에 기재된 용매계 내 제1 용매가 질량 기준으로 주된 성분이다. 예를 들어, 조성물(들) 내 제1 용매의 질량 퍼센트는 50%가 넘을 수 있다. 비제한적인 예에서, 제1 용매의 질량 퍼센트는 범위 내 모든 수치를 포함하여, 약 50% 내지 99%이다. 또 다른 비제한적인 예에서, 제1 용매는 범위 내 모든 수치를 포함하여, 약 90 질량% 내지 99 질량%로 존재한다. 따라서, 조성물 내 제2 용매의 질량 퍼센트는 전형적으로 50 질량% 미만이다. 비제한적인 예로서, 제2 용매의 질량 퍼센트는 범위 내 모든 개개의 수치를 포함하여 약 50 중량% 내지 0.01 중량%, 보다 바람직하게는 약 10 중량% 내지 0.01 중량%이다.
한 실시양태에서, 용매계는 제1 용매 및 2개 이상의 상이한 제2 용매를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 경우에서, 혼합된 2개 이상의 제2 용매의 질량 퍼센트는 용매계의 50% 미만이다. 비제한적인 예로서, 용매계는 제1 용매, 및 2개의 상이한 제2 용매를 포함할 수 있다. 제1 용매의 질량 퍼센트는, 예를 들어 약 50 내지 98%일 수 있고, 제2 용매 각각은 용매계의 1 내지 25 질량%를 구성한다.
활성층 조성물
본원에 기재된 조성물은 광기전력 소자의 활성층을 형성하는데 사용될 수 있다. 특히, 이들은 OPV 내 활성층 형성용 "잉크"로서 상업적으로 유통될 수 있다. 예를 들어, 조성물은 OPV 내 물질의 표면에 적용되고 이어서 어닐링되어 활성층을 형성할 수 있다. 이와 같이, 활성층은 실질적으로 용매를 포함하지 않을 것이다. 예를 들어, 용매의 2% 미만, 또는 1% 미만이 활성층 내에 남아있을 수 있다.
소자 제작
본원의 발명을 사용한 소자는 당업계에 알려진 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들어, 소자는 기판 상의 애노드 물질로서 ITO를 사용하여 제조할 수 있다. 다른 애노드 물질은 예를 들어 금속, 예를 들어 Au, (단일벽 또는 다중벽) 탄소 나노튜브, 및 다른 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 애노드의 비저항은 예를 들어 15 Ω/sq 이하, 25 Ω/sq 이하, 또는 50 Ω/sq 이하, 또는 100 Ω/sq 이하, 또는 200 Ω/sq 이하, 또는 250 Ω/sq 이하로 유지될 수 있다. 기판은 예를 들어 유리, 플라스틱(PTFE, 폴리실록산, 열가소성 물질, PET, PEN 등), 금속(Al, Au, Ag), 금속 호일, 금속 산화물(TiOx, ZnOx) 및 반도체, 예를 들어 Si일 수 있다. 기판 상의 ITO는 소자층 침착 전에 당업계에 알려진 기술을 사용해서 세정할 수 있다. 임의적인 정공 수송층(HTL)이 예를 들어 스핀 캐스팅, 잉크 젯팅, 닥터 블레이딩, 스프레이 캐스팅, 침지 코팅, 증착, 또는 다른 공지의 침착 방법을 사용해서 첨가될 수 있다. HTL은 예를 들어 PEDOT, PEDOT/PSS 또는 TBD, 또는 NPB, 또는 플렉스코어(Plexcore) HTL(플렉스트로닉스, 미국 펜실바니아주 피츠버그)일 수 있다.
HTL층의 두께는 예를 들어 약 10 nm 내지 약 300 nm, 또는 30 nm 내지 60 nm, 또는 60 nm 내지 100 nm, 또는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다. 이어서, 필름은 임의로 110 내지 200 ℃에서 1분 내지 1시간 동안, 임의로는 불활성 분위기 하에서, 건조/어닐링될 수 있다. 어닐링 방법은 당업계에 알려져 있다.
활성층 조성은 성분량에 따라 달라질 수 있다. n형 물질 및 p형 물질은 예를 들어 중량 기준으로 약 0.1 내지 4.0 : 약 1 (p형 : n형), 또는 약 1.1 내지 약 3.0 : 약 1 (p형 : n형), 또는 약 1.1 내지 약 1.5 : 약 1 (p형 : n형)의 비로 혼합될 수 있다. 각각의 유형의 물질의 양 또는 두 유형의 성분들 사이의 비는 특정 용도를 위해 변화시킬 수 있다.
한 실시양태에서, n형 물질 및 p형 물질은 합해서 활성층 잉크 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%를 구성한다. 다른 경우에, n형 물질 및 p형 물질은 합해서 활성층 잉크 조성물의 약 0.8 중량% 내지 약 4 중량%를 구성한다.
한 실시양태에서, 본원 실시양태의 잉크 조성물은 하나 이상의 표면에 적용되어 필름을 형성한다. 바람직하게는 침착 표면(들)이 광기전력 소자 요소의 표면을 포함한다. 가장 바람직하게는, 표면(들)은 정공 수송층의 표면, 애노드의 표면, 잉크 조성물 필름의 표면을 포함한다. 잉크 조성물은 다중층으로서, 예를 들어 연속된 층 또는 각각의 침착된 필름 사이에 중간층(들)을 가지는 것으로서 침착될 수 있다.
활성층은 다양한 공지의 방법을 사용하여, 잉크 조성물의 침착에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 잉크 조성물은 HTL 필름 위에 스핀 코팅, 잉크 젯팅, 닥터 블레이딩, 스프레이 캐스팅, 침지 코팅, 증착, 또는 임의의 다른 공지의 침착 방법에 의해 침착될 수 있다. 이어서, 필름은 예를 들어 약 40 내지 약 250 ℃, 또는 약 150 내지 180 ℃에서 약 1분 내지 2시간, 예를 들어 10분 내지 1시간 동안 불활성 분위기에서 어닐링된다.
이어서, 캐소드층이 일반적으로 예를 들어 1개 이상의 금속의 열 증발을 사용해서 소자에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 15 nm의 Ca 층을 섀도우 마스크를 통해 활성층 상에 열 증발시킨 후, 10 내지 300 nm의 Al 층을 침착시킨다.
일부 실시양태에서는, 활성층과 캐소드 사이에, 및/또는 HTL과 활성층 사이에 임의적인 중간층이 포함될 수 있다. 이 중간층의 두께는 예를 들어 0.5 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 1 내지 3 nm일 수 있다. 중간층은 전자 조정, 정공 차폐, 또는 적출 물질, 예를 들어 LiF, BCP, 배토쿠프린, 풀러렌 또는 풀러렌 유도체, 예를 들어 C60 및 본원에서 논의된 다른 풀러렌 및 풀러렌 유도체를 포함할 수 있다.
이어서, 소자는 경화성 접착제로 밀봉된 유리 커버 슬립을 사용해서, 또는 다른 에폭시 또는 플라스틱 코팅으로 캡슐화될 수 있다. 게터/흡습제가 있는 캐비티(cavity) 유리도 또한 사용될 수 있다.
게다가, 활성층은 예를 들어 계면활성제, 분산제 및 산소 및 물 포집제를 포함하는 추가 성분을 포함할 수 있다.
활성층은 다수의 층을 포함할 수 있거나 또는 다중층일 수 있다.
활성층 조성물은 혼합물을 필름 형태로 포함할 수 있다.
활성층은 유연한 기판 상에 형성될 수 있다.
태양 전지의 효율은, 예를 들어 3.75% 이상, 또는 4% 이상, 또는 4.5% 이상, 또는 5% 이상, 또는 6% 이상일 수 있다. 효율에 대한 특정한 상한은 존재하지 않지만, 효율 범위는, 예를 들어 3.75% 내지 15%, 또는 3.75% 내지 10%일 수 있다. 당업계에 알려진 방법을 사용하여 효율을 측정할 수 있다.
제2 용매를 사용한 효율 개선은 예를 들어, 1% 이상, 또는 10% 이상, 또는 25% 이상, 또는 50% 이상일 수 있다.
실시예
청구되는 다양한 실시양태가 비제한적인 실시예를 사용하여 추가로 기재되어 있다. 하기의 실시예에서, "C-60 인덴"은 인덴 이치환된 C60 풀러렌을 나타낸다.
실시예 1: 잉크 조성물 1 - 톨루엔만
불활성 분위기 하에서 P3HT 45.50 mg 및 C-60 인덴 45.50 mg을 톨루엔 5.13 g 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 2: 잉크 조성물 2 - o-
크실렌
(80%) 및
테트랄린
(20%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 60.6 mg 및 C-60 인덴 60.6 mg을 테트랄린 0.70 g 및 o-크실렌 2.80 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예
3: 잉크 조성물 3 - 톨루엔 (94%) 및 살리실알데히드 (6%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 18.90 mg 및 C-60 인덴 18.90 mg을 살리실알데히드 0.09 g 및 톨루엔 2.07 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 4: 잉크 조성물 4 - o-
크실렌
(96%) 및 살리실알데히드 (4%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 37.90 mg 및 C-60 인덴 37.90 mg을 살리실알데히드 0.18 g 및 o-크실렌 4.20 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 5: 잉크 조성물 5 - o-
크실렌
(74%),
테트랄린
(20%) 및 살리실알데히드 (6%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 45.5 mg 및 C-60 인덴 45.5 mg을 살리실알데히드 0.16 g, 테트랄린 0.53 g 및 o-크실렌 1.97 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 6: 잉크 조성물 6 - 톨루엔 (94%) 및 메틸살리실레이트 (6%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 15.2 mg 및 C-60 인덴 15.2 mg을 메틸살리실레이트 0.11 g 및 톨루엔 1.66 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 7: 잉크 조성물 7 - 톨루엔 (98%) 및 아니솔 (2%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 15.2 mg 및 C-60 인덴 15.2 mg을 아니솔 0.03 g 및 톨루엔 1.71 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예 8: 잉크 조성물 8 -
테트랄린
(80%) 톨루엔 (15%) 및 살리실알데히드 (5%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 60.6 mg 및 C-60 인덴 60.6 mg을 살리실알데히드 0.38 g, 톨루엔 1.14 g 및 테트랄린 6.07 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예
9: 잉크 조성물 9 -
테트랄린
(80%) 톨루엔 (15%) 및
아니스알데히드
(5%)
불활성 분위기 하에서 P3HT 60.6 mg 및 C-60 인덴 60.6 mg을 아니스알데히드 0.38 g, 톨루엔 1.14 g 및 테트랄린 6.06 g을 포함하는 용매계 내에 용해시켜 활성층 잉크 조성물을 제조하였다. 활성층 잉크를 진탕기에 넣고 70℃에서 밤새 두고, 활성층 침착 전에 물질이 완전히 용해되도록 하였다.
실시예
10-16: 활성층 및 소자 형성
조성물 1 내지 9 각각을 사용하여, 다음 절차를 사용하여 소자를 형성하였다. 표 1은 각각의 조성물에 대응하는 소자의 효율을 나타낸다.
소자를 제조하기 위해, 먼저 ITO 코팅된 기판을 UV/오존 하에 10분 동안 처리하였다. 정공 수송층을 ITO 코팅된 기판에 스핀 캐스팅에 의해 침착시켰다. HTL은 플렉스코어 OC HTL 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술포네이트) (PEDOT/PSS) (둘 다 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 입수 가능) 중 하나였다. 대략 1 mL의 HTL을 여과하여 기판 상에 침착시켰다. 이어서, HTL 물질을 회전시켜 60 nm 두께의 필름을 얻었다. 예를 들어, PEDOT/PSS의 경우에, HTL 물질을 2개의 단계 공정에서, 제1 단계에서 350 rpm으로 5초 동안, 이어서 제2 단계에서 6000 rpm으로 1분 동안 회전시켰다. HTL 물질은 청정실 환경에서 회전시켰지만 불활성 대기하는 아니었다. 이어서, HTL/ITO 코팅된 기판을 불활성 대기하에서 175℃에서 30분 동안 어닐링하였다.
활성층 형성, 캐소드 형성, 및 유리 캡슐화를 모두 불활성 대기하에서 수행하였다. 대략 1 mL의 활성층 잉크 조성물을 여과하여 HTL 코팅된 기판 상에 침착시켰다. 이어서, 잉크 조성물을 600 rpm으로 4분 동안 단일 단계 공정에서 회전시켰다. 이어서, 기판을 175℃에서 30분 동안 어닐링하였다. 어닐링 후에, 캐소드 침착을 위해 소자를 MBraun MB200MOD (1800/750) 진공 챔버 내에 위치시켰다. 이 챔버 내에서, 칼슘 및 알루미늄을 각각 10 nm 및 200 nm로 증착시켰다. 이어서, 소자를 UV-경화 접착제로 코팅하고, 작은 유리 조각을 부착하고, 접착제를 경화시켰다. 이어서, 완성된 소자를 테스트하였다.
도 1 내지 4는 조성물 1, 3, 4, 및 5 각각으로부터 형성된 전형적인 활성층의 AFM영상이다. 활성층 형성용 조성물 1, 3, 4, 및 5를 사용하여 얻어진 소자 효율이 표 1에 나타나 있다. 이 표에서, Jsc는 단락 전류 밀도이고, Voc는 전압이고, FF는 필 팩터(Fill Factor)이고, E(%)는 전지에 대한 효율 퍼센트이다.
조성물 1을 사용하여 형성된 전형적인 활성층의 AFM 영상이 도 1에 나타나 있다. AFM 영상 도구를 사용하여 측정된 이 활성층에 대한 평균 표면 거칠기는 약 4 nm였다. 조성물 1을 사용하여 형성된 활성층을 가지는 전형적인 광기전력 소자의 효율은 3.73%였다.
도 2는 조성물 3을 사용하여 형성된 전형적인 활성층을 나타낸다. 증거로서, 살리실알데히드 6 중량% 첨가가 도메인 크기를 증가시켰고, 평균 표면 거칠기를 약 9 nm로 증가시켰다. 조성물 3을 사용하여 형성된 활성층을 가지는 전형적인 광기전력 소자의 효율은 약 5.12%였다.
조성물 5를 사용하여 도 3에 나타낸 활성층을 형성하였다. 이 경우에, 아니솔 2 중량% 첨가가 또한 도메인 크기를 증가시켰고, 표면 거칠기를 약 6.6 nm로 증가시켰다. 조성물 5를 사용하여 형성된 활성층을 가지는 전형적인 광기전력 소자의 효율은 약 4.50%였다.
조성물 4를 사용하여 도 4에 나타낸 활성층을 형성하였다. 살리실알데히드 및 아니솔과 유사하게, 메틸살리실레이트 6 중량% 첨가가 또한 도메인 크기를 증가시켰고, 표면 거칠기를 약 15 nm로 증가시켰다. 조성물 4를 사용하여 형성된 활성층을 가지는 전형적인 광기전력 소자의 효율은 약 4.85%였다.
추가의 실시양태
다음의 추가의 실시양태는 미국 가출원 제61/0900464호에 포함되어 있다.
실시양태 1.
하나 이상의 p형 물질;
하나 이상의 n형 물질;
하나 이상의 제1 용매; 및
하나 이상의 제2 용매
를 포함하는 조성물이며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하는 것인 조성물.
실시양태 2.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 하나 이상의 p형 물질이 공액 중합체를 포함하는 것인 조성물.
실시양태 3.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 공액 중합체가 위치규칙적 폴리티오펜 유도체를 포함하는 것인 조성물.
실시양태 4.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 n형 물질이 하기 화학식으로 표시되는 하나 이상의 풀러렌 유도체, 및 그의 용매화물, 염, 및 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
상기 식 중, n은 1 이상이고, F*는 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 갖는 풀러렌을 포함하고, R은 하나 이상의 임의 치환된, 불포화 또는 포화된, 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 제1 고리를 포함하고, 상기 제1 고리는 풀러렌에 직접 결합된다.
실시양태 5.
실시양태 4의 조성물에 있어서, 상기 R이 임의 치환된 인덴, 임의 치환된 나프틸, 임의 치환된 페닐, 임의 치환된 피리디닐, 임의 치환된 퀴놀리닐, 임의 치환된 시클로헥실 또는 임의 치환된 시클로펜틸인 조성물.
실시양태 6.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 1개의 알킬 치환기를 가지는 하나 이상의 알킬벤젠을 포함하고, 상기 치환기 내 총 탄소 원자의 수가 합해서 1 내지 6인 조성물.
실시양태 7.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
실시양태 8.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 2개 이상의 상이한 알킬벤젠의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
실시양태 9.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 임의의 헤테로원자를 포함하지 않는 탄화수소인 조성물.
실시양태 10.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 다음 화학식으로 표시되는 알킬벤젠을 포함하는 것인 조성물.
<화학식 I>
상기 식에서, R1은 C1 -3 알킬이고 R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 -3 알킬이고, 이때 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 합해서 총 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진다.
실시양태 11.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 카르보시클릭 화합물이 벤젠 고리, 시클로헥산 고리, 시클로펜탄 고리 또는 그의 혼합을 포함하는 것인 조성물.
실시양태 12.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 카르보시클릭 화합물이 5 내지 15개의 탄소 원자를 가지는 것인 조성물.
실시양태 13.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 카르보시클릭 화합물이 히드록실, 아실, 아실옥시, 카르복실 에스테르, 알킬, 알콕시 및 케톤으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기를 가지는 것인 조성물.
실시양태 14.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 및 2-메톡시벤즈알데히드로부터 선택되는 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하는 것인 조성물.
실시양태 15.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제2 용매가 다음 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 조성물.
<화학식 II>
상기 식에서, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 히드록실, 아실, 아실옥시, 카르복실 에스테르, C1 -5 알킬 또는 알콕시이다.
실시양태 16.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매, 하나 이상의 제2 용매, 또는 둘 다가 할로겐화되지 않은 것인 조성물.
실시양태 17.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 조성물.
실시양태 18.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매의 끓는점이 약 109℃ 내지 210℃인 조성물.
실시양태 19.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 제2 용매의 끓는점이 약 49℃ 내지 225℃인 조성물.
실시양태 20.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 약 50 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 21.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 약 90 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 22.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 약 50 중량% 내지 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 23.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 약 10 중량% 내지 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 24.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 1000:1 내지 2:1인 조성물.
실시양태 25.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 100:1 내지 10:1인 조성물.
실시양태 26.
실시양태 1의 조성물에 있어서, 합해서 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 하나 이상의 n형 물질 및 하나 이상의 p형 물질을 포함하는 조성물.
실시양태 27.
애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층
을 포함하며,
상기 활성층이 실시양태 1의 조성물을 사용하여 형성되는 것인 광기전력 소자.
실시양태 28.
실시양태 27의 광기전력 소자에 있어서, 상기 광기전력 소자의 효율이 약 5.0%보다 큰 광기전력 소자.
실시양태 29.
실시양태 27의 광기전력 소자에 있어서, 활성층과 애노드 전극 사이에 위치하는 정공 수송층을 추가로 포함하는 광기전력 소자.
실시양태 30.
공액 중합체를 포함하는 하나 이상의 p형 물질;
풀러렌 유도체를 포함하는 하나 이상의 n형 물질;
하나 이상의 제1 용매; 및
하나 이상의 제2 용매
를 포함하는 조성물이며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하고, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 조성물.
실시양태 31.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 조성물.
실시양태 32.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 상기 제1 용매가 임의의 헤테로원자를 포함하지 않는 탄화수소인 조성물.
실시양태 33.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 약 50 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 34.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 약 50 중량% 내지 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
실시양태 35.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 합해서 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 하나 이상의 n형 물질 및 하나 이상의 p형 물질을 포함하는 조성물.
실시양태 36.
실시양태 30의 조성물에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 1000:1 내지 2:1인 조성물.
실시양태 37.
애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층
을 포함하며,
상기 활성층이 실시양태 30의 조성물을 사용하여 형성되는 것인 광기전력 소자.
실시양태 38.
실시양태 37의 광기전력 소자에 있어서, 상기 광기전력 소자의 효율이 약 5.0%보다 큰 광기전력 소자.
실시양태 39.
실시양태 37의 광기전력 소자에 있어서, 활성층과 애노드 전극 사이에 위치하는 정공 수송층을 추가로 포함하는 광기전력 소자.
실시양태 40.
하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계, 및
상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하는 것인 방법.
실시양태 41.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물을 스핀 캐스팅, 잉크 젯팅, 닥터 블레이딩, 스프레이 캐스팅, 침지 코팅, 또는 증착에 의해 적용하는 것인 방법.
실시양태 42.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시양태 43.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 제1 및 제2 용매의 99 중량% 이상을 증발시키기에 충분한 온도 및 기간 하에 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시양태 44.
실시양태 40의 방법에 있어서, 캐소드 및 애노드를 제공하여 상기 조성물을 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 하나 이상의 표면에 적용하는 것을 추가로 포함하는 방법.
실시양태 45.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 표면이 애노드 전극의 표면인 것인 방법.
실시양태 46.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물을 2개 이상의 표면에 적용하는 것인 방법.
실시양태 47.
실시양태 40의 방법에 있어서, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 정공 수송층을 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
실시양태 48.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 표면이 광기전력 소자 내 정공 수송층의 표면인 것인 방법.
실시양태 49.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 표면이 광기전력 소자의 한 요소의 표면인 것인 방법.
실시양태 50.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 51.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 52.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 제1 용매가 임의의 헤테로원자를 포함하지 않는 탄화수소인 것인 방법.
실시양태 53.
실시양태 40의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 54.
실시양태 40의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 약 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 55.
실시양태 40의 방법에 있어서, 합해서 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 하나 이상의 n형 물질 및 하나 이상의 p형 물질을 포함하는 것인 방법.
실시양태 56.
실시양태 40의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 1000:1 내지 2:1인 방법.
실시양태 57.
애노드;
캐소드; 및
실시양태 40의 방법에 따라 애노드와 캐소드 사이에 형성되는 활성층
을 포함하는 광기전력 소자.
실시양태 58.
실시양태 57의 광기전력 소자에 있어서, 상기 광기전력 소자의 효율이 약 5.0%보다 큰 광기전력 소자.
실시양태 59.
실시양태 57의 광기전력 소자에 있어서, 활성층과 애노드 전극 사이에 위치하는 정공 수송층을 추가로 포함하는 광기전력 소자.
실시양태 60.
애노드를 제공하는 단계;
캐소드를 제공하는 단계; 및
하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물을 애노드와 캐소드 사이의 하나 이상의 표면에 적용하여 애노드와 캐소드 사이에 활성층을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하는 것인 광기전력 소자의 형성 방법.
실시양태 61.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물을 스핀 캐스팅, 잉크 젯팅, 닥터 블레이딩, 스프레이 캐스팅, 침지 코팅, 또는 증착에 의해 적용하는 것인 방법.
실시양태 62.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시양태 63.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 제1 및 제2 용매의 99 중량% 이상을 증발시키기에 충분한 온도 및 기간 하에 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시양태 64.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 표면이 애노드 전극의 표면인 것인 방법.
실시양태 65.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물을 2개 이상의 표면에 적용하는 것인 방법.
실시양태 66.
실시양태 60의 방법에 있어서, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 정공 수송층을 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
실시양태 67.
실시양태 60의 방법에 있어서, 정공 수송층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법이며, 상기 하나 표면이 상기 정공 수송층의 표면인 것인 방법.
실시양태 68.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 69.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 70.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 제1 용매가 임의의 헤테로원자를 포함하지 않는 탄화수소인 것인 방법.
실시양태 71.
실시양태 60의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 72.
실시양태 60의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 약 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 73.
실시양태 60의 방법에 있어서, 합해서 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 하나 이상의 n형 물질 및 하나 이상의 p형 물질을 포함하는 것인 방법.
실시양태 74.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 1000:1 내지 2:1인 방법.
실시양태 75.
실시양태 60의 방법에 있어서, 상기 광기전력 소자의 효율이 약 5.0%보다 큰 방법.
실시양태 76.
활성층 잉크 조성물로부터 형성되는 활성층의 평균 표면 거칠기를 증가시키기에 충분한 양의 하나 이상의 제2 용매를 활성층 잉크 조성물에 첨가하는 것을 포함하며,
상기 활성층 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하는 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법.
실시양태 77.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 78.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 것인 방법.
실시양태 79.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 제1 용매가 임의의 헤테로원자를 포함하지 않는 탄화수소인 것인 방법.
실시양태 80.
실시양태 76의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 99 중량%의 상기 하나 이상의 제1 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 81.
실시양태 76의 방법에 있어서, 약 50 중량% 내지 0.01 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
실시양태 82.
실시양태 76의 방법에 있어서, 합해서 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 하나 이상의 n형 물질 및 하나 이상의 p형 물질을 포함하는 것인 방법.
실시양태 83.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매 대 상기 하나 이상의 제2 용매의 중량비가 약 1000:1 내지 2:1인 것인 방법.
실시양태 84.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 제2 용매가, 형성된 태양 전지 활성층의 평균 표면 거칠기를 약 5 nm 내지 약 20 nm로 증가시키는 것인 방법.
실시양태 85.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 제2 용매가, 형성된 태양 전지 활성층의 평균 표면 거칠기를 약 6 nm 내지 약 15 nm로 증가시키는 것인 방법.
실시양태 86.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 제2 용매가, 형성된 태양 전지 활성층의 평균 표면 거칠기를 약 8 nm 내지 약 10 nm로 증가시키는 것인 방법.
실시양태 87.
실시양태 76의 방법에 있어서, 효율 개선이 약 1% 이상인 방법.
실시양태 88.
실시양태 76의 방법에 있어서, 형성된 광기전력 소자의 효율이 약 5%보다 큰 방법.
실시양태 89.
실시양태 76의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 p형 물질이 공액 중합체를 포함하고, 하나 이상의 n형 물질이 풀러렌 유도체를 포함하는 것인 방법.
실시양태 90.
소자 활성층을 형성하는 활성층 잉크 조성물에 소정의 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 적어도 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고,
상기 제2 용매가 약 15 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 한센 용해도 파라미터, 약 5 MPa0 .5 내지 약 15 MPa0 .5의 극성 한센 용해도 파라미터, 및 약 0.5 MPa0 .5 내지 약 18 MPa0 .5의 수소결합 한센 용해도 파라미터를 가지는 유기 화합물인 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법.
실시양태 91.
실시양태 90의 방법에 있어서, 효율 개선이 약 1% 이상인 방법.
실시양태 92.
실시양태 90의 방법에 있어서, 광기전력 소자의 효율이 약 5%보다 큰 방법.
실시양태 93.
실시양태 90의 방법에 있어서, 상기 하나 이상의 p형 물질이 공액 중합체를 포함하고, 하나 이상의 n형 물질이 풀러렌 유도체를 포함하는 것인 방법.
실시양태 94.
소자 활성층을 형성하는 활성층 잉크 조성물에 소정의 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 적어도 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고,
상기 제2 용매가 제2 용매의 한센 용해도 파라미터에 의해 예측되는 바와 같이, 살리실알데히드, 메틸살리실레이트 또는 아니솔과 유사한 용해도를 가지는 유기 화합물인 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법.
실시양태 95.
실시양태 94의 방법에 있어서, 효율 개선이 약 1% 이상인 방법.
실시양태 96.
실시양태 94의 방법에 있어서, 형성된 광기전력 소자의 효율이 약 5%보다 큰 방법.
실시양태 97.
실시양태 94의 방법에 있어서, 상기 p형 물질이 공액 중합체를 포함하고, n형 물질이 풀러렌 유도체를 포함하는 것인 방법.
실시양태 98.
태양 전지 활성층 잉크 조성물에 소정의 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고,
상기 제2 용매가 카르보시클릭 화합물을 포함하고, 태양 전지 활성층 잉크 조성물의 6 중량% 이하에 해당하는 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법.
실시양태 99.
실시양태 98의 방법에 있어서, 효율 개선이 약 1% 이상인 방법.
실시양태 100.
실시양태 98의 방법에 있어서, 형성된 광기전력 소자의 효율이 약 5%보다 큰 방법.
실시양태 101.
실시양태 98의 방법에 있어서, 상기 p형 물질이 공액 중합체를 포함하고, n형 물질이 풀러렌 유도체를 포함하는 것인 방법.
실시양태 102.
하나 이상의 n형 물질;
하나 이상의 p형 물질;
하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매; 및
약 15 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 한센 용해도 파라미터, 약 5 MPa0 .5 내지 약 15 MPa0 .5의 극성 한센 용해도 파라미터, 및 약 0.5 MPa0 .5 내지 약 18 MPa0 .5의 수소결합 한센 용해도 파라미터를 가지는 하나 이상의 제2 용매
를 포함하는 조성물.
실시양태 103.
하나 이상의 n형 물질;
하나 이상의 p형 물질;
하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매; 및
제2 용매의 한센 용해도 파라미터에 의해 예측되는 바와 같이, 살리실알데히드, 메틸살리실레이트 또는 아니솔과 유사한 용해도를 가지는 하나 이상의 제2 용매
를 포함하는 조성물.
실시양태 104.
애노드;
캐소드; 및
실시양태 76, 90, 94, 또는 98 중 어느 하나의 방법에 따라 형성되는 활성층
을 포함하는 광기전력 소자.
실시양태 105.
애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층
을 포함하며,
상기 활성층이 실시양태 102 또는 103의 조성물로부터 형성되는 것인 광기전력 소자.
실시양태 106.
애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층
을 포함하며,
상기 활성층이 하나 이상의 공액 중합체 및 하나 이상의 풀러렌 유도체를 포함하고,
상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 5 nm 내지 약 20 nm인 광기전력 소자.
실시양태 107.
실시양태 106의 소자에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 6 nm 내지 약 15 nm인 소자.
실시양태 108.
실시양태 106의 소자에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 8 nm 내지 약 10 nm인 소자.
실시양태 109.
실시양태 106의 소자에 있어서, 소자 효율이 약 5% 이상인 소자.
실시양태 110.
활성층 잉크 조성물에 활성층 잉크 조성물로부터 형성되는 활성층의 평균 표면 거칠기를 증가시키기에 충분한 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 활성층 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하고, 상기 제2 용매가 활성층 잉크 조성물의 약 10% 이하를 구성하는 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법.
실시양태 111.
실시양태 110의 방법에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 5 nm 내지 약 20 nm인 방법.
실시양태 112.
실시양태 110의 방법에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 6 nm 내지 약 15 nm인 방법.
실시양태 113.
실시양태 110의 방법에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 6 nm 내지 약 15 nm인 방법.
실시양태 114.
실시양태 110의 방법에 있어서, 상기 제2 용매가 활성층 잉크 조성물의 약 6% 이하를 구성하는 것인 방법.
실시양태 115.
실시양태 110의 방법에 있어서, 상기 제2 용매가 활성층 잉크 조성물의 약 2% 이하를 구성하는 것인 방법.
실시양태 116.
실시양태 110의 방법에 있어서, 소자 효율이 약 5% 이상인 방법.
Claims (51)
- 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물이며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하고,
상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 n형 물질이 하기 화학식으로 표시되는 하나 이상의 풀러렌 유도체, 및 그의 용매화물, 염, 및 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
상기 식 중, n은 1 이상이고, F*는 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 갖는 풀러렌을 포함하고, R은 하나 이상의 임의 치환된, 불포화 또는 포화된, 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 제1 고리를 포함하고, 상기 제1 고리는 풀러렌에 직접 결합됨 - 제3항에 있어서, 상기 R이 임의 치환된 인덴, 임의 치환된 나프틸, 임의 치환된 페닐, 임의 치환된 피리디닐, 임의 치환된 퀴놀리닐, 임의 치환된 시클로헥실 또는 임의 치환된 시클로펜틸인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 2-메톡시벤즈알데히드, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물이 약 0.01 중량% 내지 10 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
- 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층을 포함하며, 상기 활성층이 제1항의 조성물로부터 제조되는 것인 광기전력 소자.
- 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물이며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 약 15 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 한센 용해도 파라미터, 약 5 MPa0 .5 내지 약 15 MPa0 .5의 극성 한센 용해도 파라미터, 및 약 0.5 MPa0 .5 내지 약 18 MPa0 .5의 수소결합 한센 용해도 파라미터를 가지고,
상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 조성물. - 제9항에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 p형 물질이 하나 이상의 위치규칙적 폴리티오펜 유도체를 포함하는 것인 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 n형 물질이 하기 화학식으로 표시되는 하나 이상의 풀러렌 유도체, 및 그의 용매화물, 염, 및 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
상기 식 중, n은 1 이상이고, F*는 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 갖는 풀러렌을 포함하고, R은 하나 이상의 임의 치환된, 불포화 또는 포화된, 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 제1 고리를 포함하고, 상기 제1 고리는 풀러렌에 직접 결합됨 - 제12항에 있어서, 상기 R이 임의 치환된 인덴, 임의 치환된 나프틸, 임의 치환된 페닐, 임의 치환된 피리디닐, 임의 치환된 퀴놀리닐, 임의 치환된 시클로헥실 또는 임의 치환된 시클로펜틸인 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 2-메톡시벤즈알데히드, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 조성물이 약 0.01 중량% 내지 10 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
- 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층을 포함하며, 상기 활성층이 제9항의 조성물로부터 제조되는 것인 광기전력 소자.
- 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물이며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 제2 용매의 한센 용해도 파라미터에 의해 예측되는 바와 같이, 살리실알데히드, 메틸살리실레이트 또는 아니솔과 유사한 용해도를 가지고,
상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 조성물. - 제18항에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 조성물.
- 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 p형 물질이 하나 이상의 위치규칙적 폴리티오펜 유도체를 포함하는 것인 조성물.
- 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 n형 물질이 하기 화학식으로 표시되는 하나 이상의 풀러렌 유도체, 및 그의 용매화물, 염, 및 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
상기 식 중, n은 1 이상이고, F*는 6원 및 5원 고리를 포함하는 표면을 갖는 풀러렌을 포함하고, R은 하나 이상의 임의 치환된, 불포화 또는 포화된, 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 제1 고리를 포함하고, 상기 제1 고리는 풀러렌에 직접 결합됨 - 제21항에 있어서, 상기 R이 임의 치환된 인덴, 임의 치환된 나프틸, 임의 치환된 페닐, 임의 치환된 피리디닐, 임의 치환된 퀴놀리닐, 임의 치환된 시클로헥실 또는 임의 치환된 시클로펜틸인 조성물.
- 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 2-메톡시벤즈알데히드, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
- 제18항에 있어서, 상기 조성물이 약 0.01 중량% 내지 10 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물.
- 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층을 포함하며, 상기 활성층이 제18항의 조성물로부터 제조되는 것인 광기전력 소자.
- 하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계, 및
상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하며,
상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 방법. - 제27항에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 제1 및 제2 용매의 99 중량% 이상을 증발시키기에 충분한 온도 및 기간 하에 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 표면이 광기전력 소자의 한 요소의 표면인 것인 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는 것인 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 2-메톡시벤즈알데히드, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 조성물이 약 0.01 중량% 내지 10 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
- 애노드,
캐소드, 및
제27항의 방법에 따라 애노드와 캐소드 사이에 형성되는 활성층
을 포함하는 광기전력 소자. - 애노드를 제공하는 단계;
캐소드를 제공하는 단계; 및
하나 이상의 p형 물질, 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 조성물을 애노드와 캐소드 사이의 하나 이상의 표면에 적용하여 애노드와 캐소드 사이에 활성층을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 용매가 제2 용매와 상이하고, 제1 용매가 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하고, 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하며,
상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 광기전력 소자의 형성 방법. - 제35항에 있어서, 상기 조성물을 하나 이상의 표면에 적용한 후에, 제1 및 제2 용매의 99 중량% 이상을 증발시키기에 충분한 온도 및 기간 하에 조성물을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용매가 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 테트랄린, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 용매가 살리실알데히드, 메틸살리실레이트, 아니솔, 테트랄린, 시클로펜탄, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸벤조에이트, 아니스알데히드, 메시틸렌, 2-메톡시벤즈알데히드, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 조성물이 약 0.01 중량% 내지 10 중량%의 상기 하나 이상의 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
- 제35항의 방법에 따라 제조된 광기전력 소자.
- 활성층 잉크 조성물로부터 형성된 활성층의 평균 표면 거칠기를 증가시키기에 충분한 양의 하나 이상의 제2 용매를 활성층 잉크 조성물에 첨가하는 것을 포함하며,
상기 활성층 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 하나 이상의 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 용매가 하나 이상의 카르보시클릭 화합물을 포함하며,
상기 활성층 잉크 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법. - 제42항에 있어서, 상기 제2 용매가 평균 표면 거칠기를 약 5 nm 내지 약 20 nm로 증가시키는 것인 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 제2 용매가 평균 표면 거칠기를 약 6 nm 내지 약 15 nm로 증가시키는 것인 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 제2 용매가 평균 표면 거칠기를 약 8 nm 내지 약 10 nm로 증가시키는 것인 방법.
- 활성층을 형성하는 잉크 조성물에 소정의 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 및 적어도 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매를 포함하고,
상기 제2 용매가 약 15 MPa0 .5 내지 약 20 MPa0 .5의 분산 한센 용해도 파라미터, 약 5 MPa0 .5 내지 약 15 MPa0 .5의 극성 한센 용해도 파라미터, 및 약 0.5 MPa0 .5 내지 약 18 MPa0 .5의 수소결합 한센 용해도 파라미터를 가지고,
상기 활성층 잉크 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 광기전력 소자의 효율 개선 방법. - 활성층을 형성하는 잉크 조성물에 소정의 양의 하나 이상의 제2 용매를 첨가하는 것을 포함하며,
상기 잉크 조성물이 하나 이상의 n형 물질, 하나 이상의 p형 물질, 적어도 알킬벤젠 또는 벤조시클로헥산을 포함하는 하나 이상의 제1 용매, 및 하나 이상의 제2 용매를 포함하고,
상기 제2 용매가 제2 용매의 한센 용해도 파라미터에 의해 예측되는 바와 같이, 살리실알데히드, 메틸살리실레이트 또는 아니솔과 유사한 용해도를 가지는 유기 화합물이고,
상기 잉크 조성물이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 평균 표면 거칠기를 갖는 활성층을 포함하는 광기전력 소자의 효율 개선 방법. - 애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 위치하는 활성층
을 포함하며,
상기 활성층이 하나 이상의 공액 중합체 및 하나 이상의 풀러렌 유도체를 포함하고,
상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 5 nm 내지 약 20 nm이고,
상기 활성층이 할로겐화된 화합물을 실질적으로 포함하지 않는 것인 광기전력 소자. - 제48항에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 6 nm 내지 약 15 nm인 소자.
- 제48항에 있어서, 상기 활성층의 평균 표면 거칠기가 약 8 nm 내지 약 10 nm인 소자.
- 제48항에 있어서, 상기 소자의 효율이 약 5% 이상인 소자.
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