KR20110094279A - 유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층 제조를 위한 메로시아닌 - Google Patents

유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층 제조를 위한 메로시아닌 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층을 제조하기 위한 전자 공여체 또는 전자 수용체로서의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및 IIIe의 화합물(더욱 상세하게는 명세서에 정의된 바와 같음)의 군에서 선택된 하나 이상의 메로시아닌을 성분 K1)로서, 그리고 성분 K1)에 대하여, 전자 수용체 또는 전자 공여체로서 상응하게 작용하는 하나 이상의 화합물을 성분 K2)로서 포함하는 혼합물의 용도, 광활성 층, 상응한 태양 전지 및 유기 광검출기의 제조 방법, 및 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 하나 이상의 화합물(더욱 상세하게 는 명세서에 정의된 바와 같음) 및 성분 K2의 하나 이상의 화합물을 성분으로서 포함하는 혼합물에 관한 것이다.

Description

유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층 제조를 위한 메로시아닌{MEROCYANINES FOR PRODUCING PHOTOACTIVE LAYERS FOR ORGANIC SOLAR CELLS AND ORGANIC PHOTODETECTORS}
본 발명은
K1) 전자 공여체 또는 전자 수용체로서 하기 화학식의 화합물의 군에서 선택된 하나 이상의 화합물, 및
K2) 성분 K1)에 대하여, 전자 수용체 또는 전자 공여체로서 상응하게 작용하는 하나 이상의 화합물
을 성분으로서 포함하는 혼합물의, 유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층의 제조를 위한 용도, 광활성 층, 상응한 태양 전지 및 유기 광검출기를 제조하는 방법, 및 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 하나 이상의 화합물 및 성분 K2의 하나 이상의 화합물을 성분으로서 포함하는 혼합물에 관한 것이다:
Figure pct00001
Figure pct00002
상기 식에서,
A는 NR110 2이고, R110 라디칼은 둘다 이들이 결합한 질소 원자와 함께 5원 또는 6원 포화 고리를 형성할 수 있거나, R110 라디칼 중 하나는, NR110 2 기를 보유하는 탄소 원자에 대해 α 위치에서 벤젠 고리의 탄소 원자와, 5원 또는 6원 포화 고리, SR110 또는 OR110을 형성하고,
B는 O, S, N-CN, N-R110, C(CN)2, C(CO2R110)2, C(CN)COR110, C(CN)CO2R110, C(CN)CONR100 2 또는
Figure pct00003
의 군에서 선택된 부분(여기서, *는 화학식 I, IIa 및 IIb의 화합물의 경우에, L2에 대한 결합을 의미하고, 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물의 경우에, 분자의 나머지 부분에 대한 결합을 의미함)이고,
L1은 2가 아릴 또는 헤타릴 라디칼이고,
L2는 첫째로 B에, 그리고 둘째로 X100 또는 X101 단위 및 분자의 나머지 부분을 통해 A에 π-컨쥬게이트화된, 경우에 따라 단일 또는 다중 융합 2가 탄소환 또는 복소환, 또는
Figure pct00004
부분(여기서, * 및 **는 첫째로 상응한 X101 또는 X100 단위에, 그리고 둘째로 B에 대한 결합을 의미함)이고,
n은 0 또는 1이고,
X100은 CH, N 또는 C(CN)이고,
X101은 CH, N, C(CN)이거나, X101 및 L2는 함께
Figure pct00005
부분(여기서, * 및 **는 첫째로 상응한 L1 단위에, 그리고 둘째로 B에 대한 결합을 의미함)을 형성하고,
X200은 O, S, SO2 또는 NR110이고,
X201은 O, S, SO2, NR110 또는 CR111 2이고,
X202는 두배의 H, O 또는 S이고,
R100은 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬 또는 아릴이고,
R110은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬 또는 아릴이고,
R101은 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
R111은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
R115는 H, 알킬, 부분 플루오르화 또는 퍼플루오르화된 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, NHCO-R100 또는 N(CO-R100)2이고,
R118은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110, SR110, 헤타릴, 할로겐, NO2 또는 CN이고,
R210은 H 또는 CN이고,
R211은 H, CN 또는 SCN이고,
알킬 및 시클로알킬 라디칼의 탄소쇄에는 1개 또는 2개의 비인접 산소 원자가 개재될 수 있고, 화학식 IIIa에서 R115 및 R210 라디칼은 함께 R118로 임의 치환된 융합 벤젠 고리를 형성할 수 있고, 화학식 IIId에서 X100에 대한 CH의 정의의 경우 R100 라디칼은 이러한 탄소 원자에 임의로 R118-치환된 벤조융합을 형성할 수 있고, 전술된 변수는, 이들이 1회 이상 발생하는 경우, 동일하거나 상이할 수 있다.
앞으로는 전형적인 무기 반도체 뿐 아니라 점차 증가하는 추세로 저분자량 또는 중합체 물질을 기초로 하는 유기 반도체가 전자공학 산업의 많은 분야에 사용될 것으로 기대된다. 많은 경우에 있어서, 이러한 유기 반도체는 전형적인 무기 반도체보다 유리한데, 예를 들어 유기 반도체를 기초로 하는 반도체 부품은 더 양호한 기판 상용성 및 가공성(processibility)을 갖는다. 유기 반도체는 연성 기판 상에서 처리할 수 있고 분자 모델링 방법에 의해 특정한 분야 범위에서 이의 경계 오비탈 에너지를 정교하게 조정할 수 있다. 상기 부품의 상당히 절감된 비용이 유기 전자공학의 연구 분야에 르네상스를 불러오게 되었다. 유기 전자공학은 주로 유기 반도체 층을 기초로 하는 전자 부품의 제조를 위한 신규 물질 및 제조 방법의 개발에 관한 것이다. 이것에는 구체적으로 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET) 및 유기 발광 다이오드(OLED; 예컨대 디스플레이에 사용하기 위한 것), 및 유기 광전변환장치가 포함된다.
태양 전지에서 태양 에너지의 전기 에너지로의 직접 전환은 반도체 물질의 내부 광전효과를 기초로 하는데, 즉 광자 흡수에 의한 전자 정공 쌍의 생성 및 p-n 전이 또는 쇼트키(Schottky) 접촉시 음전하 및 양전하 캐리어의 분리를 기초로 한다. 이렇게 생성된 광전압은 외부 회로에 광전류를 초래할 수 있고, 이를 통해 태양 전지는 그 전력을 전달한다.
반도체는 이의 밴드 갭보다 큰 에너지를 갖는 광자만을 흡수할 수 있다. 따라서, 반도체 밴드 갭의 크기는 전기 에너지로 전환될 수 있는 태양광의 비율을 결정한다. 앞으로는 유기 태양 전지가 더 낮은 비용, 더 낮은 중량, 연성 전지 및/또는 착색된 전지의 제조 가능성, 더 양호한 밴드 갭의 미세 조정 가능성으로 인해 규소를 기초로 하는 전형적 태양 전지를 능가할 것으로 기대되고 있다. 따라서, 유기 태양 전지를 제조하는데 적당한 유기 반도체에 대한 수요가 상당한 실정이다.
가능한 한 태양 에너지를 효과적으로 사용하기 위해서, 유기 태양 전지는 통상 상이한 전자 친화성 또는 상이한 이온화 양상을 갖는 2개의 흡수 물질로 이루어진다. 이 경우, 한 물질은 p-도체(전자 공여체)로서 작용하고, 다른 하나는 n-도체(전자 수용체)로서 작용한다. 제1 유기 태양 전지는 p-도체로서의 구리 프탈로시아닌 및 n-도체로서의 PTCBI를 포함하는 2개 층 시스템으로 이루어져 있고, 1%의 효율을 제시하였다. 가능한 한 많은 입사 광자를 사용하기 위해, 비교적 두꺼운 층 두께(예, 100 nm)가 사용된다. 하지만, 전류를 생성하기 위해, 흡수된 광자에 의해 생성된 여기 상태는 반드시 이후 애노드 및 캐소드로 흐르는 정공 및 전자를 생성하기 위해 p-n 접합에 도달하여야 한다. 하지만, 대부분의 유기 반도체는 여기 상태의 경우 오직 10 nm 이하의 확산 길이를 갖는다. 심지어 지금까지 공지된 가장 우수한 생성 공정조차 여기 상태가 전송되어야 하는 거리 이상의 거리를 10∼30 nm로 감소시키는 것을 허용하고 있다.
유기 광전변환장치에 대한 좀더 최근의 개발은 소위 "벌크 이종접합"의 방향으로 가고 있는데: 이 경우, 광활성 층은 수용체 및 공여체 화합물(들)을 이중연속 상으로서 포함한다. 공여체 화합물의 여기 상태에서 수용체 화합물로의 광유도된 전하 이동 결과로서, 화합물의 공간적 접근성(spatial proximity)으로 인해, 다른 이완 절차에 비해 신속한 전하 분리가 일어나고, 발생한 정공 및 전자는 해당 전극을 통해 제거된다. 전극과 광활성 층 사이에는, 종종 추가 층, 예컨대 정공 또는 전자 수송 층이 적용되어 상기 전지의 효율을 높인다.
지금까지, 상기 벌크 이종접합 전지에 사용된 공여체 물질은 통상 중합체, 예컨대 폴리비닐페닐렌 또는 폴리티오펜, 또는 프탈로시아닌 부류, 예컨대 아연 프탈로시아닌 또는 바나딜 프탈로시아닌 유래의 염료였었고, 사용된 수용체 물질은 풀러렌 및 풀러렌 유도체, 및 또한 다양한 퍼릴렌이었다. 공여체/수용체 쌍 폴리(3-헥실-티오펜)("P3HT")/[6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르("PCBM"), 폴리(2-메톡시-5-(3,7-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)("OC1C10-PPV")/PCBM 및 아연 프탈로시아닌/풀러렌을 포함하는 광활성 층이 조사된 바 있고, 이를 집중적으로 조사하고 있는 중이다.
따라서, 본 발명의 목적은 공업 분야에서 생산하기에 용이하고 광 에너지를 전기 에너지로 전환시키기에 충분한 효율을 갖는 전자 부품, 특히 유기 태양 전지 및 유기 광검출기에 사용하기 위한 추가의 광활성 층을 제공하는 것이었다.
따라서, 서두에 기술된 혼합물의, 유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층을 제조하기 위한 용도가 발견되었다.
상기 나열된 변수의 정의는 이하 상세하게 설명되고 다음과 같이 이해되어야 한다.
할로겐은 불소, 염소, 브롬 및 요오드, 특히 불소 및 염소를 의미한다.
알킬 치환 또는 비치환된 C1-C20-알킬 라디칼을 의미하는 것으로 이해된다. C1- 내지 C10-알킬 라디칼이 바람직하고, C1- 내지 C6-알킬 라디칼이 특히 바람직하다. 알킬 라디칼은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 또한, 알킬 라디칼은 C1-C20-알콕시, 할로겐, 바람직하게는 F, 및 차례로 치환 또는 비치환될 수 있는 C6-C30-아릴로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. 적당한 아릴 치환기 및 적당한 알콕시 및 할로겐 치환기는 이하 구체화된다. 적당한 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 및 C6-C30-아릴-, C1-C20-알콕시- 및/또는 언급된 알킬 기의 할로겐-치환된, 특히 F-치환된 유도체, 예컨대 CF3이다. 이는 언급된 라디칼의 n-이성질체 및 분지된 이성질체, 예컨대 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, sec-부틸, tert-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸, 3-에틸헥실 등을 포함한다. 바람직한 알킬 기는 메틸, 에틸, tert-부틸 및 CF3이다.
시클로알킬은 치환 또는 비치환된 C3-C20-알킬 라디칼을 의미하는 것으로 이해된다. C3- 내지 C10-알킬 라디칼이 바람직하고, C3- 내지 C8-알킬 라디칼이 특히 바람직하다. 시클로알킬 라디칼은 알킬 라디칼에 언급된 치환기 중 하나 이상을 보유할 수 있다. 마찬가지로 알킬 기에 대해 상기 언급된 라디칼로 치환 또는 비치환될 수 있는 적당한 환형 알킬 기(시클로알킬 라디칼)의 예는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 시클로노닐 및 시클로데실이다. 이는 또한 경우에 따라 다환 고리계, 예컨대 데칼리닐, 노르보르닐, 보르나닐 또는 아다만틸일 수 있다.
1개 또는 2개의 비인접 산소 원자가 개재되는 알킬은, 예를 들어 3-메톡시에틸, 2- 및 3-메톡시프로필, 2-에톡시에틸, 2- 및 3-에톡시프로필, 2-프로폭시에틸, 2- 및 3-프로폭시프로필, 2-부톡시에틸, 2- 및 3-부톡시프로필, 3,6-디옥사헵토일 및 3,6-디옥사옥틸을 포함한다.
적당한 아릴은 어떠한 고리 헤테로원자도 포함하지 않는 단환식, 이환식 또는 삼환식 방향족에서 유도된 C6-C30-아릴 라디칼이다. 이들이 단환식 계가 아닌 경우, 제2 고리를 위한 용어 "아릴"은 또한 포화 형태(퍼히드로 형태) 또는 부분 불포화 형태(예, 디히드로 형태 또는 테트라히드로 형태)를 포함할 수 있는데, 단 특정 형태는 공지되어 있고 안정하다. 이는 본 발명에서 용어 "아릴"이 또한 예를 들어 2개의 라디칼 또는 3개의 모든 라디칼이 방향족인 이환식 또는 삼환식 라디칼, 및 오직 하나의 고리가 방향족인 이환식 또는 삼환식 라디칼, 및 또한 2개의 고리가 방향족인 삼환식 라디칼을 포함하는 것을 의미한다. 아릴의 예는 페닐, 나프틸, 인다닐, 1,2-디히드로나프테닐, 1,4-디히드로나프테닐, 인데닐, 안트라세닐, 페난트레닐 또는 1,2,3,4-테트라히드로나프틸이다. C6-C10-아릴 라디칼, 예컨대 페닐 또는 나프틸이 특히 바람직하고, C6-아릴 라디칼, 예컨대 페닐이 매우 특히 바람직하다.
아릴 라디칼은 하나 이상의 추가 라디칼로 치환 또는 비치환될 수 있다. 적당한 추가 라디칼은 C1-C20-알킬, C6-C30-아릴 및 공여체 또는 수용체 작용을 하는 치환기로 이루어진 군에서 선택되고, 공여체 또는 수용체 작용을 하는 적당한 치환기는
C1-C20-알콕시, C6-C30-아릴옥시, C1-C20-알킬티오, C6-C30-아릴티오, Si(R)3, 할로겐 라디칼, 할로겐화된 C1-C20-알킬 라디칼, 카르보닐(-CO(R)), 카르보닐티오(-C=O(SR)), 카르보닐옥시(-C=O(OR)), 옥시카르보닐(-OC=O(R)), 티오카르보닐(-SC=O(R)), 아미노(-NR2), OH, 슈도할로겐 라디칼, 아미도(-C=O(NR)), -N(R)C=O(R), 포스포네이트(-P(O)(OR)2, 포스페이트(-OP(O)(OR)2), 포스핀(-PR2), 포스핀 옥시드(-P(O)R2), 설페이트(-OS(O)2OR), 설폭시드(-S(O)R), 설포네이트(-S(O)2OR), 설포닐(-S(O)2R), 설폰아미드(-S(O)2NR2), NO2, 보론산 에스테르(-OB(OR)2), 이미노(-C=NR2)), 보란 라디칼, 스탄난 라디칼, 히드라진 라디칼, 히드라존 라디칼, 옥심 라디칼, 니트로소 기, 디아조 기, 비닐 기, (=설포네이트) 및 보론산 기, 설폭시민, 알란, 게르만, 보록심 및 보라진이다.
공여체 또는 수용체 작용을 하는 바람직한 치환기는
C1- 내지 C20-알콕시, 바람직하게는 C1-C6-알콕시, 더욱 바람직하게는 에톡시 또는 메톡시; C6-C30-아릴옥시, 바람직하게는 C6-C10-아릴옥시, 더욱 바람직하게는 페닐옥시; SiR3(여기서, 3개의 R 라디칼은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 페닐, 할로겐 라디칼, 바람직하게는 F, Cl, Br, 더욱 바람직하게는 F 또는 Cl, 가장 바람직하게는 F, 할로겐화된 C1-C20-알킬 라디칼, 바람직하게는 할로겐화된 C1-C6-알킬 라디칼, 가장 바람직하게는 플루오르화된 C1-C6-알킬 라디칼, 예컨대 CF3, CH2F, CHF2 또는 C2F5인 것이 바람직함); 아미노, 바람직하게는 디메틸아미노, 디에틸아미노 또는 디페닐아미노; OH, 슈도할로겐 라디칼, 바람직하게는 CN, SCN 또는 OCN, 더욱 바람직하게는 CN, -C(O)OC1-C4-알킬, 바람직하게는 -C(O)OMe, P(O)R2, 바람직하게는 P(O)Ph2, 또는 SO2R2, 바람직하게는 SO2Ph
로 이루어진 군에서 선택된다.
전술된 기에서 R은 특히 C1-C20-알킬 또는 C6-C30-아릴이다.
C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬 및 C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬은 C1-C6-알킬렌-COO, C1-C6-알킬렌-O-CO 및 C1-C6-알킬렌-O-CO-O 부분에의 결합을 통해 상기 기술된 알킬 라디칼에서 유도되고, C1-C6-알킬렌 단위는 선형인 것이 바람직하다. C2-C4-알킬렌 단위가 특히 유용하다.
아릴알킬은 특히 아릴-C1-C20-알킬 기를 의미하는 것으로 이해된다. 이는 선형 또는 분지형 알킬 쇄의 수소 원자의 아릴 기로의 형식적 치환을 통해 상기 상세히 설명된 알킬 및 아릴 기에서 유도된다. 바람직한 아릴알킬 기의 예는 벤질이다.
헤타릴은 단환식, 이환식 또는 삼환식일 수 있고, 이중 일부는 전술된 아릴에서 유도될 수 있으며, 아릴 기본 골격에서 하나 이상의 탄소 원자에 의해 헤테로원자로 치환되는 5∼30개의 고리 원자를 갖는 비치환 또는 치환된 헤테로아릴 라디칼을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 헤테로원자는 N, O 및 S이다. 더욱 바람직하게는, 헤타릴 라디칼은 5∼13개의 고리 원자를 갖는다. 헤테로아릴 라디칼의 기본 골격은 시스템, 예컨대 피리딘 및 5원 헤테로방향족, 예컨대 티오펜, 피롤, 이미다졸 또는 퓨란에서 선택되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 기본 골격은 경우에 따라 1개 또는 2개의 6원 방향족 라디칼에 융합될 수 있다. 적당한 융합 헤테로방향족은 카르바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조퓨릴, 디벤조퓨릴 또는 디벤조티오페닐이다. 기본 골격은 1개, 1개 이상 또는 모든 치환가능한 위치에서 치환될 수 있고, 적당한 치환기는 C6-C30-아릴의 정의 하에 이미 구체화된 바와 동일하다. 하지만, 헤타릴 라디칼은 비치환되는 것이 바람직하다. 적당한 헤타릴 라디칼은, 예를 들어 피리딘-2-일, 피리딘-3-일, 피리딘-4-일, 티오펜-2-일, 티오펜-3-일, 피롤-2-일, 피롤-3-일, 퓨란-2-일, 퓨란-3-일 및 이미다졸-2-일, 및 또한 상응한 벤조융합 라디칼, 특히 카르바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조퓨릴, 디벤조퓨릴 또는 디벤조티오페닐이다.
L1의 정의의 2가 아릴 또는 헤타릴 라디칼은 추가의 수소 원자의 형식적인 제거를 통해 전술된 아릴 및 헤타릴 라디칼에서 유도된다.
광활성 층에서, 성분 K1은 전자 공여체의 역할을 맡을 수 있고; 상응하게, 성분 K2는 이후 전자 수용체의 역할이 지정되게 된다. 하지만, 대안적으로, 성분 K1이 또한 전자 수용체의 역할을 맡을 수 있고; 상응하게, 성분 K2는 이후 전자 공여체로서 작용한다. 특정 성분이 작용하는 방식은 성분 K2의 HOMO 및 LUMO의 에너지와 관련하여 성분 K1의 HOMO 및 LUMO의 에너지에 따라 달라진다. 성분 K1의 화합물은 통상 전자 공여체로서 여겨지는 통상적인 메로시아닌이다. 이는 사용된 성분 K2가 릴렌 또는 풀러렌 유도체인 경우, 이후 통상 전자 수용체로서 작용하게 된다. 하지만, 이의 역할은 특정한 개별 경우에 교환될 수 있다. 또한 성분 K2는 마찬가지로 성분 K1의 구조적 정의를 따를 수 있어서, 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc 또는 IIIe의 한 화합물이 전자 공여체의 역할을 맡을 수 있고 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc 및 IIIe의 또다른 화합물이 전자 수용체의 역할을 맡을 수 있다는 점을 유념해야 한다.
성분 K1에서 본 발명에 따라 사용하기 위한 화학식 I, IIa 및/또는 IIb의 바람직한 화합물은 L2가 하기 화학식의 군에서 선택된 부분이라는 점을 주목한다:
Figure pct00006
Figure pct00007
상기 식에서,
R102는 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
R112는 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110 또는 SR110이고,
R113은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, 헤타릴, NH-아릴, N(아릴)2, NHCO-R100 또는 N(CO-R100)2이고,
R114는 H, 알킬 또는 부분 플루오르화 또는 퍼플루오르화된 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬 또는 C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬이고,
R116은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, CO2R110 또는 CN이고,
R117은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110, SR110 할로겐 또는 헤타릴이고,
R212는 H, CN, CONR110 또는 COR101이고,
나머지 변수는 각각 도입부에서 정의된 바와 같고, 알킬 및 시클로알킬 라디칼의 탄소쇄에는 1개 또는 2개의 비인접 산소 원자가 개재될 수 있고, 상기 및 도입부에서 언급된 변수는, 이들이 1회 이상 발생하는 경우, 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직하고, 또한 상기 기술된 선호예를 고려하여 사용하기 위한 추가의 혼합물은 성분 K2가
a) 풀러렌 및 풀러렌 유도체,
b) 다환 방향족 탄화수소 및 이의 유도체, 특히 나프탈렌 및 이의 유도체, 릴렌, 특히 퍼릴렌, 터릴렌 및 쿼터릴렌, 및 이의 유도체, 아센, 특히 안트라센, 테트라센, 특히 루브렌, 펜타센 및 이의 유도체, 피렌 및 이의 유도체, 코로넨 및 헥사벤조코로넨 및 이의 유도체,
c) 퀴논, 퀴노디메탄 및 퀴논디이민 및 이의 유도체,
d) 프탈로시아닌 및 서브프탈로시아닌 및 이의 유도체,
e) 포르피린, 테트라아자포르피린 및 테트라벤조포르피린 및 이의 유도체,
f) 티오펜, 올리고티오펜, 융합 티오펜, 예컨대 티에노티오펜 및 비티에노티오펜, 및 이의 유도체,
g) 티아디아졸 및 이의 유도체,
h) 카르바졸 및 트리아릴아민 및 이의 유도체,
i) 인단트론, 비올란트론 및 플라반톤 및 이의 유도체, 및
j) 풀발렌, 테트라티아풀발렌 및 테트라셀레나풀발렌 및 이의 유도체
의 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다는 점을 주목한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 용도는, 또한 상기 기술된 선호예를 고려하여, 성분 K2가 하나 이상의 풀러렌 및/또는 풀러렌 유도체를 포함한다는 점에 주목되는 혼합물에 의해 찾을 수 있다.
쉽게 얻을 수 있는 유용한 풀러렌 유도체는 특히 화학식 k2의 화합물을 포함한다:
Figure pct00008
상기 식에서,
Q는 C1-C10-알킬렌이고,
R'은 아릴 또는 아릴알킬이고,
R"은 알킬이다.
아릴, 아릴알킬 및 알킬의 정의의 경우, 상기 이미 언급된 것을 참고한다.
C1-C10-알킬렌은 특히 직쇄 -(CH2)n-(여기서, n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10임)을 의미하는 것으로 이해된다.
더욱 구체적으로는, 본 발명에 따라 사용하는 풀러렌 유도체는 R'이 C1-C4-알킬 라디칼, 특히 메틸 라디칼이고, Q는 프로필렌 쇄 -(CH2)3-이고 R"은 임의 치환된 페닐 또는 2-티에닐이다. 풀러렌 유도체는 바람직하게는 [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르("PCBM")이다.
또한, 상기 기술된 선호예를 고려하자면, 성분 K2가 하나 이상의 풀러렌을 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
가능한 풀러렌은 C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 및 C94, 특히 C60 및 C70을 포함한다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 풀러렌의 개관은, 예를 들어 문헌[A. Hirsch, M. Brettreich, "Fullerenes: Chemistry and Reactions", Wiley-VCH, Weinheim 2005]에 제공된다.
더욱 구체적으로는, 성분 K2는 화학식 k2의 C60 풀러렌이다.
Figure pct00009
본 발명에 따라 사용하기 위한 혼합물은 성분 K1이 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%의 비율로 존재하고, 성분 K2는 90∼10 질량%, 특히 80∼20 질량%의 비율로 존재하며, 성분 K1 및 K2의 비율은, 각 경우에 성분 K1 및 K2의 총 질량을 기준으로, 합계가 100 질량%인 점을 주목한다.
제조의 결과로서, 각 경우에 명백하게 제시된 화학식 I, IIa, IIb, IIIa 또는 IIIb의 화합물이 아니라 이의 이성질체 화합물이 얻어지거나, 또는 그 밖에 이성질체의 혼합물이 얻어지는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면, 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb의 이성질체 화합물 및 상응한 바람직한 이성질체 및 이성질체 혼합물이 이에 따라 또한 포함될 수도 있다.
화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및 IIIe의 화합물의 합성은 당업자에게 공지되어 있거나 공지된 합성 방법을 기초로 제조될 수 있다.
예를 들면, 상응한 합성과 관련하여, 다음의 문헌이 인용되어야 한다:
DE 195 02 702 A1, EP 416 434 A2, EP 509 302 A1, EP 291 853 A2, US 5,147,845, US 5,703,238;
"ATOP Dyes. Optimization of a Multifunctional Merocyanine Chromophore for High Refractive Index Modulation in Photorefractive Materials", F. Wuerthner, S. Yao, J. Schilling, R. Wortmann, M. Re디-Abshiro, E. Mecher, F. Gallego-Gomez, K. Meerholz, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2810 - 2814;
"Merocyaninfarbstoffe im Cyaninlimit: eine neue Chromophorklasse fur photorefraktive Materialien; Merocyanine Dyes in the Cyanine Limit: A New Class of Chromophores for Photorefractive Materials", F. Wurthner, R. Wortmann, R. Matschiner, K. Lukaszuk, K. Meerholz, Y. De Nardin, R. Bittner, C. Braeuchle, R. Sens, Angew. Chem. 1997, 109, 2933 - 2936; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2765 - 2768;
"Electrooptical Chromophores for Nonlinear Optical and Photorefractive Applications", S. Beckmann, K.-H. Etzbach, P. Kramer, K. Lukaszuk, R. Matschiner, A. J. Schmidt, P. Schuhmacher, R. Sens, G. Seybold, R. Wortmann, F. Wuerthner, Adv. Mater. 1999, 11, 536 - 541;
"DMF in Acetic Anhydride: A Useful Reagent for Multiple-Component Syntheses of Merocyanine Dyes", F. Wuerthner , Synthesis 1999, 2103 - 2113;
Ullmanns' Encyclopedia of industrial Chemistry, Vol. 16, 5th Edition (Ed. B. Elvers, S. Hawkins, G. Schulz), VCH 1990 in the chapter "Methine Dyes and Pigments", p. 487 - 535 by R. Raue (Bayer AG).
화학식 I의 화합물에서 L1 단위의 예는 다음과 같다:
Figure pct00010
상기 식에서, (A) 및 (X101)은 A 및 X101에 대한 특정한 결합을 나타내고, R115/R118은 R115 라디칼 또는 R118 라디칼에 의한 치환을 나타낸다. 여기서 변수는 각각 상기 이미 정의된 바와 같다.
본 발명에 따라 사용할 수 있는 화학식 I의 화합물은 하기 예에 의해 제시된다:
Figure pct00011
Figure pct00012
L2 단위가 없는(n = 0) 화학식 I의 추가 화합물은 하기에 제시된다:
Figure pct00013
본 발명에 따라 사용할 수 있는 화학식 IIa의 화합물은 하기 예에 의해 제시된다:
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
L2 단위가 없는 (n = 0)화학식 IIa의 추가 화합물은 하기 제시된다:
Figure pct00018
상기 식에서, 후자의 화합물은 B-01 부분을 포함한다.
L2-00 단위를 갖는 화학식 IIa의 화합물은 예에 의해 하기 제시된다:
Figure pct00019
L2 단위가 없는(n = 0) 화학식 IIb의 화합물은 하기 제시된다:
Figure pct00020
화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물의 예는
Figure pct00021
이다.
화학식 IIId의 화합물의 예는
Figure pct00022
이다.
화학식 IIIe의 화합물의 예는
Figure pct00023
Figure pct00024
이다.
또한, 본 발명의 문맥에서, 특히 광활성 층의 제조 공정은 또한 선호예를 고려하여 서두에 제시된 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 하나 이상의 화합물, 및 또한 마찬가지로 선호예를 고려하여 성분 K2의 하나 이상의 화합물이 연속적으로, 동시에 또는 교대 순서로 진공 승화에 의해 기판 상에 증착된다는 것이 청구된다.
더욱 구체적으로는, 공정은 성분 K1이 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%의 비율로, 그리고 성분 K2가 90∼10 질량%, 특히 80∼20 질량%의 비율로 기판 상에 증착되어 존재한다는 점이 주목되고, 성분 K1 및 K2의 비율은, 각 경우에 성분 K1 및 K2의 총 질량을 기준으로, 합계가 100 질량%이다.
성분 K1 및 K2를 포함하는 상기 기술된 혼합물을 사용하거나, 상기 기술된 혼합물의 바람직한 구체예를 사용하여 제조된 광활성 층을 포함하는 유기 태양 전지 및 유기 광검출기가 본 발명의 문맥에서 또한 청구된다.
유기 태양 전지는 통상 층 구조를 갖고 일반적으로 다음의 층, 즉 전극, 광활성 층 및 카운터전극을 적어도 포함한다. 이러한 층은 일반적으로 이러한 목적에 일반적인 기판 상에 존재한다. 적당한 기판은, 예를 들어 산화성 물질, 예컨대 유리, 석영, 세라믹, SiO2 등, 중합체, 예컨대 폴리비닐 클로라이드, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 플루오로중합체, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리알킬 (메타)아크릴레이트, 폴리스티렌 및 이의 혼합물 및 복합재, 및 상기 나열된 기판의 조합이다.
전극에 적당한 물질은 특히 금속, 예컨대 알칼리 금속 Li, Na, K, Rb 및 Cs, 알칼리 토금속 Mg, Ca 및 Ba, Pt, Au, Ag, Cu, Al, In, 예컨대 Pt, Au, Ag, Cu 등을 기초로 하는 금속 합금, 및 특정 Mg/Ag 합금이지만, 추가적으로 또한 알칼리 금속 플루오르화물, 예컨대 LiF, NaF, KF, RbF 및 CsF, 및 알칼리 금속 플루오르화물과 알칼리 금속의 혼합물이다. 사용되는 전극은 실질적으로 입사광을 반사하는 물질이 바람직하다. 예는 Al, Ag, Au, In, Mg, Mg/Al, Ca 등을 포함한 금속 필름을 포함한다.
카운터전극은 입사광에 대해 실질적으로 투명한 물질, 예컨대 ITO, 도핑된 ITO, ZnO, TiO2, Cu, Ag, Au 및 Pt로 이루어지고, 후자의 물질은 상응하게 얇은 층으로 존재한다.
이러한 문맥에서, 전극/카운터전극은 광활성 층이 방사선을 흡수하는 파장 범위에서 50% 이상의 방사선 강도가 투과되는 경우 "투명"한 것으로 간주될 것이다. 복수의 광활성 층의 경우, 전극/카운터전극은 광활성 층이 흡수되는 파장 범위에서 50% 이상의 방사선 강도가 투과되는 경우 "투명"한 것으로 간주될 것이다.
광활성 층 이외에, 하나 이상의 추가 층, 예를 들어 전자 수송 층("ETL") 및/또는 정공 수송 층("HTL") 및/또는 통상 입사 광을 흡수하지 않는 차단 층, 예컨대 여기자 차단 층("EBL"), 또는 전하 수송 층으로서 작용하고 동시에 태양 전지 중 하나의 전극 또는 양자의 전극에 대한 접촉을 향상시키는 그 밖의 층은 본 발명의 유기 태양 전지 및 광검출기에 존재하는 것이 가능하다. ETL 및 HTL은 또한, 예를 들어 문헌[J. Drechsel et al., Thin Solid Films 451 - 452 (2004), 515 - 517]에 기술된 바와 같이 또한 p-i-n 유형의 전지를 생성하도록 도핑될 수도 있다.
유기 태양 전지의 구성은, 예를 들어 본원에 전문이 참고 인용되는 문헌 WO 2004/083958 A2, US 2005/0098726 A1 및 US 2005/0224905 A1에 추가적으로 기술되어 있다.
광검출기는 실질적으로 유기 태양 전지와 유사한 구조를 갖지만, 방사선 에너지의 작용 하에서 측정 반응으로서 상응한 전류 흐름을 생성하는 적당한 바이어스 전압으로 작동된다.
광활성 층은, 예를 들어 용액으로부터 처리된다. 이러한 경우, 성분 K1 및 K2는 이미 함께 용해되어 있을 수 있지만, 또한 성분 K1의 용액 및 성분 K2의 용액으로서 별개로 존재할 수도 있고, 이 경우 상응한 용액은 단지 아래로 층을 적용하기 전에 혼합된다. 성분 K1 및 K2의 농도는 일반적으로 용매 중의 몇몇의 g/l에서 몇십의 g/l로 다양하다.
적당한 용매는 잔류물 없이 증발하는 모든 액체이고 성분 K1 및 K2에 충분한 용해성을 갖는다. 유용한 예로는 방향족 화합물, 예컨대 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 클로로벤젠 또는 디클로로벤젠, 트리알킬아민, 질소 함유 복소환, N,N-이치환된 지방족 카르복사미드, 예를 들어 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 또는 디메틸부틸아미드, N-알킬락탐, 예컨대 N-메틸피롤리돈, 선형 및 환형 케톤, 예를 들어 메틸 에틸 케톤, 시클로펜탄온 또는 시클로헥산온, 환형 에테르, 예컨대 테트라히드로퓨란, 또는 알콜, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 또는 부탄올을 포함한다.
또한, 전술된 용매들의 혼합물을 사용하는 것도 또한 가능하다.
액체 상 유래의 본 발명의 광활성 층을 적용하기에 적당한 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 본원에서 유리한 것은 특히 스핀-코팅에 의해 처리된다는 것인데, 그 이유는 광활성 층의 두께가 사용된 용액의 양 및/또는 농도와, 또한 회전 속도 및/또는 회전 시간에 의해 간단한 방식으로 제어될 수 있기 때문이다. 이 용액은 일반적으로 실온에서 처리된다.
하지만, 성분 K1 및 K2는 기체 상으로부터, 특히 진공 승화에 의해 증착되는 것이 바람직하다. 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및 IIIe의 화합물이 일반적으로 승화에 의해 정제될 수 있기 때문에, 이로부터의 기체 상 증착을 위한 출발 매개변수가 직접 유도되는 것이 가능하다. 통상, 증착의 경우, 100∼200℃의 온도가 사용되지만, 또한 이들은 또한 성분 K1 및 K2의 화합물의 안정성에 따라, 300∼400℃의 범위로 증가될 수 있다.
또한, 성분으로서, 나열된 선호예를 고려한 서두에 인용된 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 화합물 중 하나 이상, 및 마찬가지로 나열된 선호예를 고려한 성분 K2의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 혼합물이 본 발명의 문맥에서 청구된다.
더욱 구체적으로는, 본 발명의 혼합물은 성분 K1이 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%의 비율로, 그리고 성분 K2가 90∼10 질량%, 특히 80∼20 질량%의 비율로 존재한다는 점을 주목하고, 성분 K1 및 K2의 비율은, 각 경우에 성분 K1 및 K2의 총 질량을 기준으로, 합계가 100 질량%이다.
본 발명은 실시예에 의해 이하 상세하게 예시되고, 이는 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 해석해서는 안된다.
본 발명의 광활성 층에서 성분 K1로서 사용된 화합물:
화학식 I의 화합물:
Figure pct00025
화학식 IIa의 화합물:
Figure pct00026
Figure pct00027
태양 전지의 구성:
A) 2개의 층 구조:
이 구조는 다음의 층을 포함한다:
16 금속 전극 (캐소드)
(15 선택적 EBL 및/또는 ETL)
14 전자 수용체 층
13 전자 공여체 층
(12 선택적 HTL)
11 투명 전극 (애노드)
층 11은 경우에 따라 사전 처리되는, 예를 들어 산소 플라즈마, UV/오존 퍼징 등으로 사전 처리되는 투명 전도 층, 예컨대 ITO, FTO 또는 ZnO이다. 이러한 층은 한편으로는 오직 낮은 광 흡수만을 허용하도록 충분히 얇아야 하지만, 다른 한편으로는 층 사이에서 만족스러운 측면 전하 수송을 보장하기에 충분히 두꺼워야 한다. 통상, 층의 두께는 20∼200 nm이고, 유리 또는 연성 중합체(예, PET)와 같은 기판에 적용된다.
층 12는 높은 이온화 전위(> 5.0 eV, 바람직하게는 5.5 eV)를 갖는 하나 이상의 HTL로 이루어진다. 이러한 층은 폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT-PSS)로 도핑된 유기 물질, 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 또는 예를 들어 Ir-DPBIC(트리스-N,N'-디페닐벤즈이미다졸-2-일리덴이리듐(III)), N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(α-NPD) 및/또는 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디-p-메톡시페닐아민)-9,9'-스피로비플루오렌(스피로-MeOTAD), 또는 무기 물질, 예컨대 WO3, MoO3 등으로 이루어질 수 있다. 통상, 층 두께는 0∼150 nm이다. 층 12가 유기 물질로부터 형성되는 경우에는, LUMO 에너지가 HTL의 HOMO와 동일하거나 낮은 에너지 범위 내에 있는 p-도펀트와 혼합될 수 있다. 이러한 도펀트는, 예를 들어 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(F4TCNQ), WO3, MoO3, 또는 문헌 WO 2007/071450 A1에 기술된 물질이다.
층 13은 전자 공여체로 이루어진다. 통상, 층은 광의 최대량을 흡수하기에 충분히 두꺼워야 하지만, 다른 한편으로는 형성된 전하를 효과적으로 방산하기에 충분하도록 얇아야 한다. 일반적으로, 두께는 5∼200 nm이다.
층 14는 전자 수용체로 이루어진다. 층 13에 관한 한, 여기서의 두께는 가능한 한 많은 광을 흡수하기에 충분하여야 하지만, 다른 한편으로는, 형성된 전하는 효과적으로 방산되어야 한다. 이러한 층은 통상 마찬가지로 5∼200 nm의 두께를 갖는다.
층 15는 EBL/ETL이고 엑시톤을 반사하기 위해 층 14의 물질보다 넓은 광학 밴드갭을 가져야 하지만, 그럼에도 불구하고 여전히 충분한 전자 수송 성질을 가져야 한다. 적당한 화합물은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(Bphen), 1,3-비스[2-(2,2'-비피리딘-6-일)1,3,4-옥사디조-5-일]벤젠(BPY-OXD), ZnO, TiO2 등이다. 유기 층의 경우에, 여기에는 HOMO가 전자 수송 층의 LUMO와 유사하거나 이보다 낮은 에너지를 갖는 n-도펀트가 제공될 수 있다. 적당한 물질은 Cs2CO3, 예를 들어 문헌 WO 2003/070822 A2에 기술된 피로닌 B(PyB), 예를 들어 문헌 WO 2005/036667 A1에 기술된 로다민 B, 코발토센 및 문헌 WO 2007/071450 A1에 언급된 화합물이다. 층 두께는 통상 0∼150 nm이다.
층 16(캐소드)은 저 일 함수를 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 이는 Ag, Al, Ca, Mg 또는 이의 혼합물과 같은 금속을 포함한다. 층 두께는 통상 50∼1000 nm이고 350∼1200 nm의 파장 범위에서 대부분의 광이 반사되도록 하기에 충분하도록 선택되어야 한다.
기체 상 증착 동안 일반적인 압력은 10-4∼10-9 mbar이다. 증착 속도는 일반적으로 0.01 nm/초 내지 10 nm/초로 달라진다. 증착 동안 기판의 온도는 제어된 방식으로 상응한 층의 형태에 영향을 주기 위해 -100℃∼200℃의 온도 범위 내에서 달라질 수 있다. 증착 속도는 통상 0.1 nm/초 내지 2.0 nm/초이다.
층 증착의 경우, 마찬가지로 WO 1999/025894 A1에 기술된 공정을 사용하는 것도 가능하다.
활성 층(층 13 및 14)의 증착 또는 완전한 전지의 완성, 즉 층 16의 증착은 층의 더욱 밀접한 접촉을 위해 수분에서 수시간의 기간 동안 60℃∼100℃에서 열 처리로 이어질 수 있다. 이러한 목적의 경우, 마찬가지로 상응한 기간 동안 톨루엔, 크실렌, 클로로폼, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 에틸 아세테이트, 클로로벤젠 및 디클로로메탄 등의 용매 증기 또는 기타 용매에 의한 처리를 시작할 수 있다.
B) 벌크 이종접합(BHJ) 구성:
구조는 다음의 층을 포함한다:
26 금속 전극 (캐소드)
(25 선택적 EBL 및/또는 ETL)
24 ETL
23 전자 수용체-전자 공여체 층
(22 선택적 HTL)
21 투명 전극 (애노드)
층 21 및 22는 구성 A)의 층 11 및 12와 상응하다.
층 23은 동시 증발에 의해 또는 일반적인 용매(상기 이미 논의된 것)로 처리된 용액에 의해 제조될 수 있다. 두 경우에 전자 공여체의 비율은 바람직하게는 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%이다. 전자 수용체의 비율은 100 질량%에 대한 보충 비율이다. 여기서도 역시 층은 광이 충분하게 흡수되기에 충분히 두꺼워야 하지만, 전하 캐리어가 효과적으로 방산될 수 있도록 여전히 충분히 얇아야 한다. 통상, 층은 5∼500 nm 두께이다.
ETL 층 24는 낮은 LUMO 에너지(< 3.5 eV)를 갖는 물질의 하나 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 이러한 층은 유기 화합물, 예컨대 C60-풀러렌, BCP, Bphen 또는 BPY-OXD, 또는 무기 화합물, 예컨대 ZnO, TiO2 등으로 이루어질 수 있고, 일반적으로 0 nm∼150 nm 두께이다. 유기 층의 경우, 이들은 상기 이미 언급된 도펀트와 혼합될 수 있다.
층 25 및 26은 구성 A)의 층 15 및 16과 상응하다. 마찬가지로, 증착 속도 및 후처리는 구성 A)와 상응하다.
C) 탠덤 전지
구조는 다음의 층을 포함한다:
36 금속 전극 (캐소드)
(추가의 재조합 층 및 서브전지)
34 제2 서브전지
33 재조합 층
32 제1 서브전지
31 투명 전극 (애노드)
탠덤 전지 2개 이상의 서브전지를 포함하고, 이는 통상 직렬로 연결되고, 재조합 층은 각 서브전지 사이에 배열된다.
층 31은 구성의 측면에서 전술된 구성 A) 및 B)의 층 11 및 21에 상응한다.
층 32 및 34는 개별 서브전지이고 기능의 측면에서 구성 A) 및 B) 하에서 개별 전지에 상응하고, 전극 11/16 또는 21/26을 포함하지 않는다는 차이점을 갖는다. 따라서, 서브전지는 구성 A)의 층 12 내지 15 또는 구성 B)의 층 22 내지 25로 이루어진다.
서브전지는, 성분 K1 또는 K로서, 모든 메로시아닌을 포함할 수 있거나, 또는 하나의 서브전지가 하나 이상의 메로시아닌을 포함할 수 있고 잔여 서브전지가 다른 물질의 조합, 예컨대 C60-풀러렌/Zn-프탈로시아닌, 올리고티오펜(예, DCV5T)/C60-풀러렌(WO 2006/092134 A1에 기술된 것)을 포함할 수 있거나, 또는 서브전지 중 하나는 염료 감응성 태양 전지(DSSC) 또는 예컨대 P3HT/PCBM 조합의 중합체 전지이다. 또한, A) 구성 및 B) 구성의 전지 모두는 서브전지로서 존재할 수 있다. 언급된 경우에, 대부분의 유리한 경우는 물질/서브전지의 조합이 서브전지의 광 흡수가 너무 많이 중첩되지 않지만, 전체적으로 태양광의 스펙트럼을 포괄하도록 선택되는 경우이고, 이는 전력 수율의 증가를 유도한다. 전지에서 발생하는 광학 간섭을 고려하여, 추가적으로, 보다 긴 파장 범위에서 흡수하는 서브전지보다 전극 36에 가깝도록 보다 짧은 파장 범위 내에서 흡수하는 서브전지를 배치하는 것이 권장할만하다.
재조합 층 33은 인접한 서브전지에서 역으로 하전된 전하 캐리어의 재조합을 유도한다. 재조합 층에서 활성 구성성분은, 예컨대 Ag 또는 Au의 금속 클러스터일 수 있거나, 또는 재조합 층은 고도로 도핑된 n- 및 p-도체 층(예, WO 2004/083958 A2에 기술된 것)의 조합으로 이루어질 수 있다.
금속 클러스터를 사용하는 경우, 통상 0.5∼20 nm의 층 두께가 달성되고, 조합된 도핑 층의 경우에는, 5∼150 nm의 층 두께가 달성된다. 추가의 서브전지는 서브전지 34에 적용될 수 있고, 추가의 재조합 층, 예컨대 층 33의 경우에도 마찬가지로 존재하여야 한다.
전극 36을 위한 물질은 서브전지의 극성에 따라 달라진다. 정상적 극성의 경우, 이미 언급된 저 일 함수를 갖는 금속, 예컨대 Ag, Al, Mg 및 Ca가 유용하다. 역위 극성의 경우, 통상 고 일 함수를 갖는 금속, 예컨대 Au, Pt, PEDOT-PSS가 사용된다.
직렬로 연결된 서브전지를 포함하는 탠덤 전지의 경우, 성분 전압은 부가적이지만, 전체 전류는 가장 낮은 전류 강도/전류 밀도를 갖는 서브전지에 의해 제한된다. 따라서 개별 서브전지는 이의 각 전류 강도/전류 밀도가 유사값을 갖도록 최적화되어야 한다.
태양 전지의 예:
상세하게 기술된 모든 태양 전지는 다음의 단계에 따라 제조되었다:
메로시아닌의 승화:
서두에 나열된 물질은 구역 승화에 의해 정제되고, 압력은 전체 승화 동안 1 x 10-5 mbar 이하로 유지되었다. 각 물질의 승화에 의한 정제 수율은 하기 표 2에 나열된다.
물질:
하기 기술된 바와 같이 합성에 의해 얻어지거나 정제 상태로 얻어진 메로시아닌(또한 Mcy로도 하기 언급됨)을 사용하였다.
NPD: Alfa Aesar; 1회 승화
C60: Alfa Aesar; 승화 순도(+99.92%); 추가 정제없이 사용됨
Bphen: Alfa Aesar; 추가 정제 없이 사용됨
기판의 제조:
140 nm 두께로 스퍼터링함으로써 유리 기판에 ITO를 적용하였다. 비저항은 200 μΩcm이고 표면 거칠기(RMS)는 < 5 nm였다. UV 광 하에서 20분 동안 오존을 기판에 처리한 후 추가 층을 증착시켰다.
전지의 제조:
구성 A) 및 B)의 전지는 고 진공(압력 < 10-6 mbar) 하에서 제조되었다.
구성 A)의 전지(ITO/메로시아닌/C60/Bphen/Ag)는 ITO 기판 상에 메로시아닌 및 C60의 연속 증착에 의해 제조되었다. 증착 속도는 두 층에 대해 0.1 nm/초였다. 메로시아닌의 증발 온도는 표 1에 나열된다. C60은 400℃에서 증착되었다. 일단 Bphen 층이 적용되면, 100 nm-두께 Ag 층은 탑 전극으로서 증기 증착에 의해 적용된다. 전지는 0.031 cm2의 면적을 가졌다.
구성 B)의 전지(ITO/(중량 기준으로 메로시아닌:C60 - 1:1)/C60/Bphen/Ag)를 제조하기 위해, 메로시아닌 및 C60을 동시 증발시키고 0.1 nm/초의 동일한 증착 속도로 ITO에 적용하여, 혼합된 활성 층에는 1:1의 질량 비율로 존재하였다. Bphen 및 Ag 층은 구성 A)의 상응한 층과 동일하였다.
도핑된 HTL 상의 BHJ 층(층 22)을 갖는 전지의 데이타는 하기 표 3에 나열된다. NPD 및 F4-TCNQ는 20:1의 질량 비율로 HTL 및 도펀트로서 증기 증착에 의해 적용되었다. HTL 층은 개회로 전압 Voc(oc: 개회로)를 향상시키고 보다 높은 효율을 제공하였다.
분석:
크세논 램프가 구비된 Solar Light Co. Inc.의 AM 1.5 시뮬레이터(모델 16S-150 V3)가 사용되었다. 415 nm 이하의 UV 범위를 여과 제거하고 주위 조건에서 전류-전압 측정을 수행하였다. 태양광 시뮬레이터의 강도는 단결정 FZ 태양 전지(Fraunhofer ISE)에 의해 보정되고 편차 인자는 실질적으로 1.0이 되도록 측정되었다.
태양 전지의 결과:
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030

Claims (12)

  1. K1) 전자 공여체 또는 전자 수용체로서 하기 화학식의 화합물의 군에서 선택된 하나 이상의 화합물, 및
    K2) 성분 K1)에 대하여, 전자 수용체 또는 전자 공여체로서 상응하게 작용하는 하나 이상의 화합물
    을 성분으로서 포함하는 혼합물의, 유기 태양 전지용 및 유기 광검출기용 광활성 층의 제조를 위한 용도:
    Figure pct00031

    Figure pct00032

    상기 식에서,
    A는 NR110 2이고, R110 라디칼은 둘다 이들이 결합한 질소 원자와 함께 5원 또는 6원 포화 고리를 형성할 수 있거나, R110 라디칼 중 하나는, NR110 2 기를 보유하는 탄소 원자에 대해 α 위치에서 벤젠 고리의 탄소 원자와, 5원 또는 6원 포화 고리, SR110 또는 OR110을 형성하고,
    B는 O, S, N-CN, N-R110, C(CN)2, C(CO2R110)2, C(CN)COR110, C(CN)CO2R110, C(CN)CONR100 2 또는
    의 군에서 선택된 부분(여기서, *는 화학식 I, IIa 및 IIb의 화합물의 경우에, L2에 대한 결합을 의미하고, 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물의 경우에, 분자의 나머지 부분에 대한 결합을 의미함)이고,
    L1은 2가 아릴 또는 헤타릴 라디칼이고,
    L2는 첫째로 B에, 그리고 둘째로 X100 또는 X101 단위 및 분자의 나머지 부분을 통해 A에 π-컨쥬게이트화된, 경우에 따라 단일 또는 다중 융합 2가 탄소환 또는 복소환, 또는
    Figure pct00034
    부분(여기서, * 및 **는 첫째로 상응한 X101 또는 X100 단위에, 그리고 둘째로 B에 대한 결합을 의미함)이고,
    n은 0 또는 1이고,
    X100은 CH, N 또는 C(CN)이고,
    X101은 CH, N, C(CN)이거나, X101 및 L2는 함께
    Figure pct00035
    부분(여기서, * 및 **는 첫째로 상응한 L1 단위에, 그리고 둘째로 B에 대한 결합을 의미함)을 형성하고,
    X200은 O, S, SO2 또는 NR110이고,
    X201은 O, S, SO2, NR110 또는 CR111 2이고,
    X202는 두배의 H, O 또는 S이고,
    R100은 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬 또는 아릴이고,
    R110은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬 또는 아릴이고,
    R101은 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
    R111은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
    R115는 H, 알킬, 부분 플루오르화 또는 퍼플루오르화된 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, NHCO-R100 또는 N(CO-R100)2이고,
    R118은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110, SR110, 헤타릴, 할로겐, NO2 또는 CN이고,
    R210은 H 또는 CN이고,
    R211은 H, CN 또는 SCN이고,
    알킬 및 시클로알킬 라디칼의 탄소쇄에는 1개 또는 2개의 비인접 산소 원자가 개재될 수 있고, 화학식 IIIa에서 R115 및 R210 라디칼은 함께 R118로 임의 치환된 융합 벤젠 고리를 형성할 수 있고, 화학식 IIId에서 X100에 대한 CH의 정의의 경우 R100 라디칼은 이러한 탄소 원자에 임의로 R118-치환된 벤조융합을 형성할 수 있고, 전술된 변수는, 이들이 1회 이상 발생하는 경우, 동일하거나 상이할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서, 제1항의 화학식 I, IIa 및 IIb에서 L2는 하기 화학식의 군에서 선택된 부분인 용도:
    Figure pct00036

    Figure pct00037

    상기 식에서,
    R102는 아릴알킬, 아릴 또는 헤타릴이고,
    R112는 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110 또는 SR110이고,
    R113은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, 헤타릴, NH-아릴, N(아릴)2, NHCO-R100 또는 N(CO-R100)2이고,
    R114는 H, 알킬 또는 부분 플루오르화 또는 퍼플루오르화된 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬 또는 C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬이고,
    R116은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, CO2R110 또는 CN이고,
    R117은 H, 알킬, C1-C6-알킬렌-COO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-알킬, C1-C6-알킬렌-O-CO-O-알킬, 시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, OR110, SR110 할로겐 또는 헤타릴이고,
    R212는 H, CN, CONR110 또는 COR101이고,
    나머지 변수는 각각 제1항에서 정의된 바와 같고, 알킬 및 시클로알킬 라디칼의 탄소쇄에는 1개 또는 2개의 비인접 산소 원자가 개재될 수 있고, 상기 및 제1항에서 언급된 변수는, 이들이 1회 이상 발생하는 경우, 동일하거나 상이할 수 있다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 K2는
    a) 풀러렌 및 풀러렌 유도체,
    b) 다환 방향족 탄화수소 및 이의 유도체, 특히 나프탈렌 및 이의 유도체, 릴렌, 특히 퍼릴렌, 터릴렌 및 쿼터릴렌, 및 이의 유도체, 아센, 특히 안트라센, 테트라센, 특히 루브렌, 펜타센 및 이의 유도체, 피렌 및 이의 유도체, 코로넨 및 헥사벤조코로넨 및 이의 유도체,
    c) 퀴논, 퀴노디메탄 및 퀴논디이민 및 이의 유도체,
    d) 프탈로시아닌 및 서브프탈로시아닌 및 이의 유도체,
    e) 포르피린, 테트라아자포르피린 및 테트라벤조포르피린 및 이의 유도체,
    f) 티오펜, 올리고티오펜, 융합 티오펜, 예컨대 티에노티오펜 및 비티에노티오펜, 및 이의 유도체,
    g) 티아디아졸 및 이의 유도체,
    h) 카르바졸 및 트리아릴아민 및 이의 유도체,
    i) 인단트론, 비올란트론 및 플라반톤 및 이의 유도체, 및
    j) 풀발렌, 테트라티아풀발렌 및 테트라셀레나풀발렌 및 이의 유도체
    의 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 용도.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 K2는 하나 이상의 풀러렌 및/또는 풀러렌 유도체를 포함하는 것인 용도.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 K2는 하나 이상의 풀러렌을 포함하는 것인 용도.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 K2는 하기 화학식 k2의 C60-풀러렌을 포함하는 것인 용도:
    Figure pct00038
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 성분 K1은 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%의 비율로 존재하고, 성분 K2는 90∼10 질량%, 특히 80∼20 질량%의 비율로 존재하며, 성분 K1 및 K2의 비율은 각 경우에 성분 K1 및 K2의 총 질량을 기준으로 합계가 100 질량%인 용도.
  8. 제1항 또는 제2항에 따른 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 하나 이상의 화합물, 및 제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 성분 K2의 하나 이상의 화합물을 진공 승화에 의해 연속적으로, 동시에 또는 교대 순서로 기판 상에 증착시키는 광활성 층의 제조 방법.
  9. 제9항에 있어서, 성분 K1 및 K2는, 이들이 증착된 후, 제7항에 따른 비율로 기판 상에 존재하는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나 이상의 항에 따른 혼합물을 사용하여 제조되거나 또는 제8항 또는 제9항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 광활성 층을 포함하는 유기 태양 전지 또는 유기 광검출기.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 성분 K1의 화학식 I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc, IIId 및/또는 IIIe의 하나 이상의 화합물, 및 제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 성분 K2의 하나 이상의 화합물을 성분으로서 포함하는 혼합물.
  12. 제11항에 있어서, 성분 K1은 10∼90 질량%, 특히 20∼80 질량%의 비율로 존재하고, 성분 K2는 90∼10 질량%, 특히 80∼20 질량%의 비율로 존재하며, 성분 K1 및 K2의 비율은 각 경우에 성분 K1 및 K2의 총 질량을 기준으로 합계가 100 질량%인 혼합물.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180137942A (ko) * 2017-06-20 2018-12-28 주식회사 엘지화학 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549792B (zh) 2009-10-13 2015-11-25 巴斯夫欧洲公司 生产有机太阳能电池和有机光检测器用光活性层的混合物
US8610893B2 (en) 2009-10-16 2013-12-17 Basf Se Marking agents having narrow bands
US10236460B2 (en) * 2011-07-22 2019-03-19 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Photovoltaic cell enhancement through UVO treatment
JP5814044B2 (ja) 2011-08-16 2015-11-17 富士フイルム株式会社 光電変換素子およびその使用方法、撮像素子、光センサ
US9508944B2 (en) 2012-04-11 2016-11-29 The Boeing Company Composite organic-inorganic energy harvesting devices and methods
WO2013164761A1 (en) 2012-05-02 2013-11-07 Basf Se Method for the deposition of an organic material
WO2013171549A1 (en) * 2012-05-18 2013-11-21 Robert Bosch (Sea) Pte. Ltd. Organic tandem solar cell
JP6449766B2 (ja) * 2012-07-02 2019-01-09 ヘリアテク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＨｅｌｉａｔｅｋ Ｇｍｂｈ 光電子デバイス用透明電極
AU2013285053A1 (en) * 2012-07-04 2015-01-15 Basf Se Organic dyes comprising hydrazone moiety and use in dye- sensitized solar cells thereof
KR102007150B1 (ko) * 2012-10-09 2019-08-05 메르크 파텐트 게엠베하 전자 디바이스
TWI613833B (zh) * 2012-11-09 2018-02-01 Sony Corp 光電變換元件、固體攝像裝置及電子機器
WO2014094965A2 (de) * 2012-12-18 2014-06-26 Merck Patent Gmbh Emitter mit kondensiertem ringsystem
US9139908B2 (en) 2013-12-12 2015-09-22 The Boeing Company Gradient thin films
KR102325206B1 (ko) 2014-06-17 2021-11-11 주식회사 클랩 N-플루오로알킬-치환된 디브로모나프탈렌 디이미드 및 반도체로서의 그의 용도
JP6185431B2 (ja) * 2014-06-23 2017-08-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換膜、固体撮像素子、および電子機器
KR102314133B1 (ko) * 2014-11-25 2021-10-15 삼성전자주식회사 유기 광전 소자용 화합물, 유기 광전 소자 및 이미지 센서
WO2016083914A1 (en) 2014-11-26 2016-06-02 Basf Se 4-oxoquinoline compounds
CN113316572A (zh) * 2019-04-26 2021-08-27 株式会社艾迪科 多次甲基化合物

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928243A1 (de) * 1989-08-26 1991-02-28 Basf Ag Merocyaninartige thiazolfarbstoffe sowie ein verfahren zum thermischen transfer dieser farbstoffe
JPH06120536A (ja) * 1991-02-04 1994-04-28 Ricoh Co Ltd 光起電力素子
AU5551898A (en) * 1996-11-23 1998-06-22 Basf Aktiengesellschaft Trifluormethylpyridone based indolenine methine dyes
US7141735B2 (en) * 2000-07-27 2006-11-28 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Dye-sensitized photoelectric conversion device
JP2006086157A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換膜、光電変換素子、及び撮像素子、並びに、これらに電場を印加する方法
JP5087207B2 (ja) * 2004-09-29 2012-12-05 富士フイルム株式会社 光電変換素子および撮像素子
JP2008072090A (ja) * 2006-08-14 2008-03-27 Fujifilm Corp 光電変換素子及び固体撮像素子
KR101464798B1 (ko) * 2007-07-10 2014-11-25 바스프 에스이 유기 태양 전지 및 유기 광검출기를 위한 광활성 층의 제조를 위한 혼합물

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180137942A (ko) * 2017-06-20 2018-12-28 주식회사 엘지화학 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자

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