KR20110117972A - An organic-inorganic nanocomposite, a method for preparing the same and a solar cell comprising the same - Google Patents

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KR20110117972A
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Abstract

본 발명은 유기 고분자 및 무기 나노구조체(nanostructure)를 포함하는 유-무기 나노복합체로서, 상기 유기 고분자는 아민기를 포함하는 전도성 고분자이고, 상기 무기 나노구조체는 전도성 고분자의 아민기에 결합되어 있으며, 상기 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성된 유-무기 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성되어, 넓은 접합 계면을 가져 전자와 정공(hole)이 효율적으로 분리될 수 있고, 전도성 고분자 및 무기 나노구조체 각각이 규칙적으로 정렬되어 전자와 정공의 전도성이 크게 향상될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 유-무기 나노복합체를 태양전지에 적용하는 경우, 물리적으로 안정하고 광 변환 효율이 우수한 태양전지를 기대할 수 있다.
The present invention is an organic-inorganic nanocomposite comprising an organic polymer and an inorganic nanostructure (nanostructure), the organic polymer is a conductive polymer containing an amine group, the inorganic nanostructure is bonded to the amine group of the conductive polymer, the conductive The present invention relates to an organic-inorganic nanocomposite having a continuous phase channel formed between a polymer and an inorganic nanostructure, a method for preparing the same, and a solar cell including the same.
In the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention, a continuous channel is formed between the conductive polymer and the inorganic nanostructure, so that the electron and the hole can be efficiently separated by the wide junction interface, and the conductive polymer and the inorganic nanostructure Each of them is regularly aligned so that the conductivity of electrons and holes can be greatly improved. When the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention is applied to a solar cell, a solar cell having physical stability and excellent light conversion efficiency can be expected.

Description

유-무기 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지{An Organic-Inorganic Nanocomposite, A Method for Preparing the Same and A Solar Cell Comprising the Same}Organic-inorganic nanocomposite, method for preparing the same, and solar cell comprising same {An Organic-Inorganic Nanocomposite, A Method for Preparing the Same and A Solar Cell Comprising the Same}

본 발명은 전도성 고분자/나노구조체를 포함하는 유-무기 나노복합체에 관한 것으로, 구체적으로는 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성된 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic nanocomposite comprising a conductive polymer / nanostructure, and more particularly, to a nanocomposite in which a continuous phase channel is formed between a conductive polymer and an inorganic nanostructure, a manufacturing method thereof, and a solar cell including the same. will be.

최근 신 재생 에너지 기술개발에 대한 사회적인 요구가 증대함에 따라, 산업계 및 학계에서는 빛을 전기로 변환하는 태양전지 기술에 대하여 큰 관심을 보이고 있으며, 실리콘과 같은 무기 반도체(inorganic semiconductor)를 이용한 태양전지가 개발되어 현재 태양광 발전에 사용되고 있다. Recently, as the social demand for the development of renewable energy technology increases, the industry and academia are showing great interest in the solar cell technology that converts light into electricity, and the solar cell using an inorganic semiconductor such as silicon It has been developed and is currently used for solar power generation.

그러나, 높은 태양전지 제작비용으로 인하여 전세계적인 에너지 수요 대응에 큰 어려움이 있다. 이에 따라, 최근 저가의 공정비용이 요구되는 전도성 고분자를 이용한 유기 또는 유/무기 복합 태양전지에 개발에 대한 관심이 증대되고 있다. However, there is a great difficulty in responding to global energy demand due to high solar cell manufacturing cost. Accordingly, interest in development of organic or organic / inorganic composite solar cells using conductive polymers, which require low-cost process cost, has recently increased.

유기 또는 유/무기 복합 태양전지에서 높은 광전 변환 효율 (photovoltaic conversion efficiency)을 구현하기 위해서는 광 흡수, 여기자(exciton) 분리 및 전하이동과 같은 요소들이 최적화 되어야 한다. 현재 전도성 고분자를 이용한 태양전지 중 가장 높은 광전 변환 효율을 보이는 것은 전도성 고분자와 플러렌(fullerene), 양자점, 나노막대 및 나노선과 같은 반도체 나노구조체를 블렌딩(blending)한 활성층(active layer)을 갖는 벌크 이종 접합형(bulk heterojunction: BHJ) 태양전지로, 최대 5%의 광전 변환효율을 보이고 있다.In order to realize high photovoltaic conversion efficiency in organic or organic / inorganic hybrid solar cells, factors such as light absorption, exciton separation, and charge transfer must be optimized. Currently, the highest photoelectric conversion efficiency among solar cells using a conductive polymer is a bulk heterogeneous layer having an active layer blended with a conductive polymer and semiconductor nanostructures such as fullerene, quantum dots, nanorods and nanowires. Bulk heterojunction (BHJ) solar cells with up to 5% photoelectric conversion efficiency.

그럼에도 불구하고, BHJ태양전지는 세 가지 큰 단점을 지니고 있다. Nevertheless, BHJ solar cells have three major disadvantages.

첫째, 일반적으로 전도성 고분자를 이용한 유기 태양전지는 스핀 코팅법에 의해 제작되는데, 전도성 고분자 도너/나노구조체 억셉터의 계면영역의 크기가 불균일하고, 열역학적으로 불안정하여 조절하기가 어렵다. First, organic solar cells using a conductive polymer are generally manufactured by spin coating, and the interface area of the conductive polymer donor / nano structure acceptor is non-uniform and thermodynamically unstable, and thus difficult to control.

둘째, 제작공정 중이나 장시간에 걸친 태양전지 작동 시 활성층 내에서 고분자와 나노구조체 간에 매크로상분리(macrophase separation)가 일어나 계면 영역이 전도성 고분자의 여기자 확산 길이(exciton diffusion length, 약 10 nm)보다 더 커지게 되어 태양전지의 효율이 크게 감소하게 된다. Second, macrophase separation between the polymer and the nanostructure in the active layer during the fabrication process or during long periods of operation of the solar cell causes the interfacial region to be larger than the exciton diffusion length of the conductive polymer (about 10 nm). As a result, the efficiency of the solar cell is greatly reduced.

셋째, 고분자와 무기 나노구조체를 이용한 BHJ태양전지 제작 시, 무기나노구조체 합성 시 나노구조체 표면에 붙어있는 절연층인 리간드(ligand)를 제거해야 한다. 이 경우 리간드 제거 과정에서 반도체 나노구조체의 산화 및 이에 따른 물성 저하가 일어난다. Third, when manufacturing a BHJ solar cell using a polymer and an inorganic nanostructure, the ligand (ligand), which is an insulating layer attached to the surface of the nanostructure, must be removed when the inorganic nanostructure is synthesized. In this case, the oxidation of the semiconductor nanostructure and the deterioration of physical properties occur during the ligand removal process.

이에, 위 단점들을 극복하고, 유기 또는 유/무기 복합 태양전지에서 높은 광전 변환 효율 얻기 위한 새로운 기술 개발에 대한 노력이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to overcome the above shortcomings and to develop new technology to obtain high photoelectric conversion efficiency in organic or organic / inorganic hybrid solar cells.

따라서, 본 출원의 발명자들은 전도성 고분자 도너/나노구조체 억셉터 사이에서 넓은 계면을 가질 수 있고, 전도성 고분자와 나노구조체 간에 상 분리 없이 채널을 형성할 수 있는 유-무기 나노복합체 및 이를 포함하는 우수한 효율의 태양전지를 제공하고자 한다. 또한, 나노구조체 표면에 붙어있는 절연층인 리간드를 별도로 제거하는 공정 없이, 우수한 효율의 태양전지 제조에 적합한 유-무기 나노복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.Therefore, the inventors of the present application can have a wide interface between the conductive polymer donor / nanostructure acceptor and can form a channel without conducting phase separation between the conductive polymer and the nanostructure, and excellent efficiency including the same. To provide a solar cell. In addition, the present invention provides a method for manufacturing an organic-inorganic nanocomposite suitable for manufacturing a solar cell with excellent efficiency without a process of separately removing a ligand, which is an insulating layer attached to the surface of the nanostructure.

본 발명에 따른 하나의 실시예는 유기 고분자 및 무기 나노구조체(nanostructure)를 포함하는 유-무기 나노복합체로서, 상기 유기 고분자는 아민기를 포함하는 전도성 고분자이고, 상기 무기 나노구조체는 전도성 고분자의 아민기에 결합되어 있으며, 상기 전도성 고분자와 무기 나노구조체는 연속상의 채널이 형성된 유-무기 나노복합체에 관한 것이다.One embodiment according to the present invention is an organic-inorganic nanocomposite including an organic polymer and an inorganic nanostructure, wherein the organic polymer is a conductive polymer including an amine group, and the inorganic nanostructure is an amine group of a conductive polymer. Combined, the conductive polymer and the inorganic nanostructures relate to organic-inorganic nanocomposites in which channels in a continuous phase are formed.

본 발명에 따른 하나의 실시예는 아민기를 포함하는 전도성 고분자를 합성하는 단계; 무기 나노구조체(nano-structure)를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 고분자와 무기 나노구조체를 용매 중에서 블렌딩하여 연속상의 채널을 형성하는 단계를 포함하는 상기 유-무기 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.One embodiment according to the present invention comprises the steps of synthesizing a conductive polymer comprising an amine group; Synthesizing inorganic nanostructures; And blending the synthesized polymer with an inorganic nanostructure in a solvent to form a continuous phase channel.

본 발명에 따른 하나의 실시 예는 제 1 전극; 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 활성층으로 상기 유-무기 나노복합체를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.One embodiment according to the present invention is a first electrode; A second electrode; And an organic-inorganic nanocomposite as an active layer between the first electrode and the second electrode.

본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 성막 공정에 크게 영향을 받지 않는 구조를 가지며, 열역학적으로 안정하다. 또한, 전도성 고분자 도너/무기 나노구조체 억셉터 사이에 연속상의 채널이 형성되어 넓은 접합 계면을 가짐으로써 전자와 정공이 효율적으로 분리되며, 전도성 고분자 및 무기 나노구조체 각각이 규칙적으로 정렬되어 전자와 정공의 전도성이 크게 향상될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 유-무기 나노복합체를 태양전지에 적용하는 경우, 물리적으로 안정하고 광 변환 효율이 우수한 태양전지를 기대할 수 있다.The organic-inorganic nanocomposite according to the present invention has a structure that is not significantly affected by the deposition process, and is thermodynamically stable. In addition, a continuous channel is formed between the conductive polymer donor / inorganic nanostructure acceptor to have a wide junction interface, so that electrons and holes are efficiently separated, and each of the conductive polymer and inorganic nanostructures is regularly aligned, The conductivity can be greatly improved. When the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention is applied to a solar cell, a solar cell having physical stability and excellent light conversion efficiency can be expected.

도 1은 중합된 전도성 고분자의 구조를 1H NMR로 분석한 결과를 나타낸 것이다;
도 2는 합성된 약 2.7 nm 크기의 CdSe 양자점(a) 및 약 5 nm 크기의 CdSe 양자점(b)에 대한 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 이미지를 나타낸 것이다;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 나노복합체의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지를 나타낸 것이다;
도 4는 CdSe 양자점과 나노복합체의 흡광도 측정 결과를 비교한 그래프이다;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 나노복합체가 p-n 다이오드접합을 가지는지 여부를 확인하기 위한 TEM 분석 결과이다; 및
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 나노복합체에 대한 PL(photoluminesecence) 측정 실험 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the results of the analysis of the structure of the polymerized conductive polymer by 1 H NMR;
FIG. 2 shows high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images of synthesized about 2.7 nm sized CdSe quantum dots (a) and about 5 nm sized CdSe quantum dots (b);
Figure 3 shows a transmission electron microscopy (TEM) image of the nanocomposite according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph comparing absorbance measurement results of CdSe quantum dots and nanocomposites;
5 is a TEM analysis result for confirming whether a nanocomposite has a pn diode junction according to an embodiment of the present invention; And
Figure 6 shows the results of the PL (photoluminesecence) measurement experiment for the nanocomposite according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 유기 고분자로 아민기를 포함하는 전도성 고분자를 포함한다.The organic-inorganic nanocomposite according to the present invention includes a conductive polymer including an amine group as an organic polymer.

하나의 실시예에서, 상기 전도성 고분자는 아민기를 포함하는 것이라면 어떠한 형태의 고분자라도 포함할 수 있으나, 예를 들어 아민계 화합물을 반복단위로 하는 중합체를 하나의 블록으로 포함하는 블록 공중합체일 수 있다.In one embodiment, the conductive polymer may include any type of polymer as long as it contains an amine group, but may be, for example, a block copolymer including a polymer containing an amine compound as a repeating unit as one block. .

상기 블록 공중합체는 예를 들어 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리스티렌(polystyrene), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리메타크릴아마이드(polymethacryl amide), 측쇄에 1차부터 3차 아민을 가지는 폴리아크릴아마이드(polyacryl amide), 방향족 아민 계열의 폴리비닐피리딘(polyvinylpyridine), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 및 폴리비닐옥사졸린(polyvinyloxazoline)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 하나의 블록으로 포함하고, 폴리헥실티오펜(poly(3-hexylthiophene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리파라페닐린(PPP), 폴리파라페닐린비닐렌(PPV), 폴리피롤(PPy) 및 폴리아닐린(PANI)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 또 다른 블록으로 포함할 수 있다.The block copolymer is, for example, polymethacrylate having primary to tertiary amines in the side chain, polyacrylate having primary to tertiary amines in the side chain, and primary to tertiary in the side chain. Polystyrenes with amines, polymethacryl amides with primary to tertiary amines in the side chain, polyacryl amides with primary to tertiary amines in the side chain, aromatic amine-based polystyrene One or more selected from the group consisting of polyvinylpyridine, polyvinylpyrrolidone, and polyvinyloxazoline as a block, polyhexylthiophene (poly (3-hexylthiophene)), At least one selected from the group consisting of polyfluorene, polyparaphenylin (PPP), polyparaphenylinvinylene (PPV), polypyrrole (PPy) and polyaniline (PANI); It may comprise a different block.

상기 전도성 고분자는 10 내지 40nm의 나노 도메인(nano-domain)을 포함하는 구조 제어된 자기조립 고분자일 수 있으며, 나노구조체 사이에서 나노 도메인을 형성하는 정렬된 구조의 자기조립 고분자를 사용하는 경우, 나노구조체와 상분리되지 않고 연속상의 채널이 형성될 수 있다.The conductive polymer may be a structure controlled self-assembled polymer including nano-domains of 10 to 40 nm, and when using a self-assembled polymer having an ordered structure to form nano domains between nanostructures, the nano Continuous phase channels can be formed without phase separation from the structure.

본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 또한, 전도성 고분자의 아민기에 결합된 무기 나노구조체를 포함한다.The organic-inorganic nanocomposites according to the present invention also include inorganic nanostructures bonded to amine groups of conductive polymers.

본 발명에 따른 유-무기 나노복합체에서는 상기 전도성 고분자의 아민기와 무기 나노구조체가 화학적 배위결합에 의해 결합함으로써, 통상 무기 나노구조체가 합성된 후 표면에 형성된 절연층이 아민기에 의해 치환(substitution), 나노구조체 표면으로부터 제거될 수 있음을 확인하였다.In the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention, since the amine group and the inorganic nanostructure of the conductive polymer are bonded by chemical coordination bonds, the insulating layer formed on the surface is generally substituted by the amine group after the inorganic nanostructure is synthesized, It was confirmed that it can be removed from the nanostructure surface.

상기 무기 나노구조체는 예를 들어 II-VI족, IV-VI족, IV족 반도체 및 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 양자점, 나노로드(nanorod), 테트라포드(tetrapod), 나노선(nanowire) 또는 멀티브랜치드 나노구조체(multi-branched nanostructure)일 수 있다. 예를 들어, 상기 II-VI족 반도체는 CdSe, IV-VI족 반도체는 PbSe일 수 있으며, IV족 반도체는 Si일 수 있으며, 상기 금속산화물은 예를 들어, ZnO 또는 TiO2일 수 있다.The inorganic nanostructure may be, for example, one or more quantum dots, nanorods, tetrapods, nanowires, or the like selected from the group consisting of Group II-VI, Group IV-VI, Group IV semiconductors and metal oxides. It may be a multi-branched nanostructure. For example, the group II-VI semiconductor may be CdSe, the group IV-VI semiconductor may be PbSe, the group IV semiconductor may be Si, and the metal oxide may be, for example, ZnO or TiO 2 .

이 때 나노구조체의 크기는 1 내지 100 nm, 바람직하게 1 내지 50 nm 일 수 있으며, 위 범위에 속하는 어떠한 크기의 나노구조체라도 사용될 수 있다. 상기 나노구조체의 크기가 100 nm를 초과하면, 이를 포함하는 유-무기 나노복합체를 태양전지 등에 적용하는 경우, 일반적으로 유-무기 복합 태양전지에서 사용되는 최적의 광 흡수층 두께가 100 내지 200nm이므로, 양쪽 전극 간에 단락이 발생하거나 나노복합체 내에서 도너/억셉터 계면이 현저하게 감소되는 문제점이 있다.At this time, the size of the nanostructures may be 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, any size nanostructures falling within the above range can be used. When the size of the nanostructure is greater than 100 nm, when the organic-inorganic nanocomposite including the same is applied to a solar cell or the like, since the optimal light absorption layer thickness generally used in the organic-inorganic composite solar cell is 100 to 200 nm, There is a problem in that a short circuit occurs between both electrodes or the donor / acceptor interface is significantly reduced in the nanocomposite.

본 발명은 또한, 상기 전도성 고분자와 이에 결합된 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention is also characterized in that a continuous channel is formed between the conductive polymer and the inorganic nanostructures bonded thereto.

종래에는 폴리헥실티오펜(P3HT)과 같은 일반적인 전도성 고분자에 나노구조체를 블렌딩하여 나노복합체를 형성하였으나, 이러한 나노복합체에 포함된 고분자 및 나노구조체는 배열이 랜덤하여 나노구조체가 응집(aggregation)되기 쉽다. 이에 따라, 상 분리가 일어나 전도성 고분자와 나노구조체 사이의 전도성 계면이 적어지며, 이를 태양전지에 적용하는 경우 효율적인 여기자 분리가 어렵고, 분리되더라도 자유 전자 및 정공이 전극으로 전도되기 어렵다는 문제점이 있었다.Conventionally, nanostructures are formed by blending nanostructures with general conductive polymers such as polyhexylthiophene (P3HT), but the polymers and nanostructures included in these nanocomposites are random in arrangement, and thus, the nanostructures are easily aggregated. . As a result, phase separation occurs, thereby reducing the conductive interface between the conductive polymer and the nanostructure, and when applied to the solar cell, it is difficult to efficiently separate excitons and difficult to conduct free electrons and holes to the electrode even when separated.

그러나, 본 발명은 아민기를 포함하는 전도성 고분자와 이에 결합된 무기 나노구조체를 포함함으로써, 전도성 고분자 도너와 무기 나노구조체 억셉터가 규칙적으로 배열하여 연속상의 채널이 형성되고, 연속상의 전자/정공 채널을 형성할 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 상기 전도성 고분자 및 무기 나노구조체가 자가조립(self-assembly)방식에 의해 10nm 이하의 나노영역(nano-domain)으로 정렬된 전도성 고분자 도너(donor)-나노구조체 억셉터(acceptor)의 p-n 다이오드접합을 가질 수 있음을 확인하였다.However, the present invention includes a conductive polymer including an amine group and an inorganic nanostructure bonded thereto, whereby the conductive polymer donor and the inorganic nanostructure acceptor are regularly arranged to form a continuous channel, and thus, the continuous electron / hole channel is formed. Can be formed. Through this, the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention has a conductive polymer donor- in which the conductive polymer and the inorganic nanostructure are arranged in a nano-domain of 10 nm or less by a self-assembly method. It was confirmed that the nanostructure acceptor may have a pn diode junction.

이 때, 상기 나노복합체 중 전도성 고분자와 무기 나노구조체의 중량비는 예를 들어 10:1 ~ 1:10, 구체적으로 1: 1~10일 수 있다. 상기 전도성 고분자와 무기 나노구조체의 중량비는 위 중량비 범위에 포함되는 어떠한 비율이라도 본 발명에 유효하게 적용될 수 있으며, 전도성 고분자의 함량이 적은 경우에도 연속상의 충분한 채널 형성이 가능하다. In this case, the weight ratio of the conductive polymer and the inorganic nanostructure in the nanocomposite may be, for example, 10: 1 to 1:10, specifically 1: 1 to 10. The weight ratio of the conductive polymer and the inorganic nanostructure may be effectively applied to the present invention in any ratio included in the above weight ratio range, and even if the content of the conductive polymer is small, sufficient channel formation in the continuous phase is possible.

본 발명은 또한, 아민기를 포함하는 전도성 고분자를 합성하는 단계; 무기 나노구조체(nano-structure)를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 고분자와 무기 나노구조체를 용매 중에서 블렌딩하여 연속상의 채널을 형성하는 단계를 포함하는 유-무기 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also comprises the steps of synthesizing a conductive polymer comprising an amine group; Synthesizing inorganic nanostructures; And blending the synthesized polymer and the inorganic nanostructure in a solvent to form a channel in a continuous phase.

통상, 나노구조체를 합성하여 유-무기 나노복합체를 제조하는 경우, 나노구조체 표면의 절연층인 유기분자층(리간드)를 제거해 주는 공정이 필요하다. 그러나, 이러한 공정은 매우 복잡하고, 나노구조체의 산화를 유발하며, 이에 따라 물성이 저하되는 문제점이 있다. In general, when preparing organic-inorganic nanocomposites by synthesizing nanostructures, a process of removing an organic molecular layer (ligand), which is an insulating layer on the surface of nanostructures, is required. However, this process is very complicated, causing oxidation of the nanostructure, and thus there is a problem that the physical properties are lowered.

그러나, 본 발명에 따른 유-무기 나노복합체의 제조방법은 전도성 고분자의 아민기에 의해 나노구조체 표면의 절연층이 치환되는 바, 별도로 절연층을 제거하는 과정 및 나노복합체의 어닐링(annealing) 과정이 필요하지 않다. 따라서, 나노복합체 제조 효율이 우수하며, 나노구조체의 산화 및 물성 저하의 우려없이 목적하는 채널이 형성된 나노복합체를 제조할 수 있다.However, the manufacturing method of the organic-inorganic nanocomposite according to the present invention is that the insulating layer on the surface of the nanostructure is replaced by the amine group of the conductive polymer, so that a separate process of removing the insulating layer and annealing of the nanocomposite are required. Not. Therefore, the nanocomposite production efficiency is excellent, and the nanocomposite in which the desired channel is formed can be manufactured without fear of oxidation and physical property degradation of the nanostructure.

본 발명에 따른 나노복합체의 제조방법에 포함되는 각 단계에서 사용되는 전도성 고분자 및 무기 나노구조체의 구성, 구조 및 특성은 앞서 설명한 바와 같다. 상기 블렌딩 단계에서 사용되는 용매는 통상의 유기 용매가 사용될 수 있으며, 예를 들어 톨루엔이나 클로로벤젠 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The configuration, structure, and properties of the conductive polymer and the inorganic nanostructures used in each step included in the method of manufacturing a nanocomposite according to the present invention are as described above. As the solvent used in the blending step, a conventional organic solvent may be used. For example, toluene or chlorobenzene may be used, but is not limited thereto.

더욱이, 본 발명은 제 1 전극; 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 활성층으로 상기 유-무기 나노복합체를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.Moreover, the present invention provides a light emitting device comprising: a first electrode; A second electrode; And an organic-inorganic nanocomposite as an active layer between the first electrode and the second electrode.

본 발명에 따른 태양전지는 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성된 유-무기 나노복합체가 활성층에 적용된 것으로, 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이의 계면 증가 및 계면에서 분리된 전자의 전도성 증가로 우수한 효율을 나타낼 수 있다.
In the solar cell according to the present invention, an organic-inorganic nanocomposite in which a continuous phase channel is formed between a conductive polymer and an inorganic nanostructure is applied to an active layer. It can exhibit excellent efficiency.

이하, 본 발명을 다음의 실시 예 및 실험 예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following Examples and Experimental Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[제조예][Manufacturing Example]

1. 폴리티오펜-블록공중합체-폴리디메틸아미노에틸 메타아크릴레이트 폴리머의 제조1. Preparation of polythiophene-block copolymer-polydimethylaminoethyl methacrylate polymer

(1) 말단에 알릴기를 갖는 폴리(3-헥실티오펜)의 제조
(1) Preparation of poly (3-hexylthiophene) having an allyl group at the terminal

Figure pat00001
Figure pat00001

2,5-디브로모-3-헥실티오펜 모노머를 탈수 및 탈기된THF에 녹인 후, 2.0M농도로 디메틸에테르에 녹여있는 t-Butyl-MgCl와 아르곤 분위기 하에서 상온에서 2시간 동안 반응을 시켰다. 이후, 촉매이자 개시제인 Ni(dppp)Cl2를 0.03당량 첨가하고, 상온에서 약 10분 정도 반응을 시켜 폴리(3-헥실티오펜: P3HT)을 중합하였다. 중합된 폴리(3-헥실티오펜)의 말단에 알릴기를 치환하기 위하여 그리냐르 시약인 브롬화 알릴마그네슘(allylmagnesium bromide; Allyl-MgBr) 시약을 약0.3당량 첨가하여 2분 정도 반응시킨 후, 메탄올을 첨가하여 중합을 종결시켰다. 합성된 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)을 메탄올에 침전시킨 후, 글래스 필터를 이용하여 추출하였고, 저분자량의 폴리머를 제거하기 위하여 펜탄을 이용한 용매추출법으로 정제하여, 말단에 알릴기가 도입된 P3HT을 제조하였다.
The 2,5-dibromo-3-hexylthiophene monomer was dissolved in dehydrated and degassed THF, and then reacted with t-Butyl-MgCl dissolved in dimethyl ether at 2.0 M concentration for 2 hours at room temperature under argon atmosphere. . Thereafter, 0.03 equivalents of Ni (dppp) Cl 2 , which is a catalyst and an initiator, was added, and the reaction was performed at room temperature for about 10 minutes to polymerize poly (3-hexylthiophene: P3HT). In order to replace the allyl group at the terminal of the polymerized poly (3-hexylthiophene), about 0.3 equivalents of the Grignard reagent allylmagnesium bromide (Allyl-MgBr) was added thereto, followed by reaction for about 2 minutes, and then methanol was added. To terminate the polymerization. Synthesized poly (3-hexylthiophene) (P3HT) was precipitated in methanol, extracted using a glass filter, purified by solvent extraction using pentane to remove polymers of low molecular weight, and an allyl group was introduced at the terminal. Prepared P3HT.

(2) 말단에 수산기가 도입된 폴리(3-헥실티오펜)의 형성
(2) Formation of poly (3-hexylthiophene) having a hydroxyl group introduced at the terminal

Figure pat00002
Figure pat00002

말단이 알릴기로 치환된 P3HT의 말단에 수산기를 도입하기 위하여, 탈수 및 탈기된 THF에 알릴기를 갖는 P3HT를 넣고 충분히 녹여준 다음 아르곤 분위기하에서 10 당량의 9-BBN(9-Borabicyclononane)을 넣고 40℃에서 24시간 동안 반응시켰다. 이후 2mL의 6M NaOH 용액을 넣고 15분 동안 반응시킨 다음, 상온으로 온도를 떨어뜨렸다. 상온으로 온도가 떨어지면 2mL의 33% 수용성 H2O2를 첨가하고 온도를 40℃로 승온시켜 12시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 종결된 후, 메탄올과 중수를 섞은 용액에 생성물을 침전시키고, 글래스 필터를 이용하여 추출한 다음 메탄올을 사용하여 용매추출법을 통해 미반응물을 제거하였다.
In order to introduce a hydroxyl group into the terminal of P3HT whose terminal is substituted with an allyl group, P3HT having an allyl group is dissolved in dehydrated and degassed THF, and then sufficiently dissolved. Reaction was carried out for 24 hours. After 2mL of 6M NaOH solution was added and reacted for 15 minutes, the temperature was dropped to room temperature. When the temperature drops to room temperature, 2mL of 33% water-soluble H 2 O 2 was added, and the temperature was raised to 40 ° C. for 12 hours. After the reaction was completed, the product was precipitated in a solution mixed with methanol and heavy water, extracted using a glass filter, and then the unreacted material was removed by solvent extraction using methanol.

(3) 말단에 ECPA가 도입된 폴리(3-알킬티오펜)의 제조
(3) Preparation of poly (3-alkylthiophene) having ECPA introduced at the end

Figure pat00003
Figure pat00003

폴리(3-알킬티오펜)의 말단에 ECPA기를 도입하기 위하여 탈수 및 탈기된 염화메틸렌(methylene chloride; MC)에 말단에 수산기를 갖는 폴리(3-알킬티오펜)를 넣고 충분히 녹여준 다음, 아르곤 분위기 하에서 TEA을 넣고 40℃에서 약 15분 동안 반응시켰다. 반응 후에 ECPA를 한방울씩 주입하고, 40℃에서 12시간 반응시켜 말단에 ECPA기가 도입된 폴리(3-헥실티오펜)을 제조하였다. 이후 메탄올에 침전시킨 후 글래스 필터를 이용하여 추출한 다음 냉 메탄올(Cold MeOH)를 이용하여 세척하고 메탄올을 사용하여 용매추출법을 통해 정제하였다.
In order to introduce an ECPA group at the terminal of the poly (3-alkylthiophene), poly (3-alkylthiophene) having a hydroxyl group at the terminal is sufficiently dissolved in dehydrated and degassed methylene chloride (MC), and then argon is sufficiently dissolved. TEA was added under an atmosphere and reacted at 40 ° C. for about 15 minutes. After the reaction, ECPA was injected drop by drop, and reacted at 40 ° C. for 12 hours to prepare poly (3-hexylthiophene) having an ECPA group introduced at the terminal. Then, precipitated in methanol, extracted using a glass filter, washed with cold methanol (Cold MeOH) and purified using a solvent extraction method using methanol.

(4) 폴리(3-헥실티오펜) 매크로 개시제를 이용한 폴리티오펜-블록공중합체-폴리디메틸아미노에틸 메타아크릴레이트 폴리머의 제조
(4) Preparation of polythiophene-block copolymer-polydimethylaminoethyl methacrylate polymer using poly (3-hexylthiophene) macro initiator

Figure pat00004
Figure pat00004

폴리(3-헥실티오펜) 매크로 개시제에 N,N-디메틸아미노에틸 메타아크릴레이트, RuCl2(PPh3)3과 트리부틸아민을 첨가하고, 톨루엔을 이용하여 녹인 후, 80℃ 정도의 온도로 유지되는 오일 배스에서 폴리티오펜-블록공중합체-폴리디메틸아미노에틸 메타아크릴레이트 폴리머를 중합하였으며, 중합된 폴리머의 구조를 1H NMR 로 분석한 결과를 도 1에 나타내었다.N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, RuCl 2 (PPh 3 ) 3, and tributylamine were added to the poly (3-hexylthiophene) macro initiator, and dissolved with toluene, and then the temperature was about 80 ° C. The polythiophene-block copolymer-polydimethylaminoethyl methacrylate polymer was polymerized in the maintained oil bath, and the structure of the polymerized polymer was analyzed by 1 H NMR.

도 1을 참조하면, P3HT-b-PDMAEMA의 피크(a)는 7.0ppm 에서 검출되었고, P3HT의 3번째에 위치한 헥실기의 첫번째 CH2(C)는 2.8ppm에 나타나고, 나머지는 2.6~0.4ppm사이에서 나타남을 확인하였다. 또한, PDMAEMA의 (b)위치의 CH2의 피크는 4.1ppm에서 나타나고, 아민기와 가까이 있는 CH2 (d)는 2.6ppm에서 나타나고 (e)위치의 CH3는 2.3ppm에서 나타나며, (g), (h)의 피크는 2.6~0.4ppm에서 함께 나옴을 확인하였다.
Referring to FIG. 1, the peak (a) of P3HT-b-PDMAEMA was detected at 7.0 ppm, the first CH 2 (C) of the hexyl group located at the third position of P3HT appears at 2.8 ppm, and the rest was 2.6-0.4 ppm. It appeared to appear in between. In addition, the peak of CH 2 at position (b) of PDMAEMA appears at 4.1 ppm, CH 2 (d) near the amine group appears at 2.6 ppm and CH 3 at position (e) appears at 2.3 ppm, (g), (h) peak was confirmed to come out at 2.6 ~ 0.4ppm.

2. 나노구조체의 합성2. Synthesis of Nanostructures

(1) 5 nm의 직경을 갖는 CdSe 양자점(quantum dot, QD)의 합성
(1) Synthesis of CdSe quantum dots (QDs) with a diameter of 5 nm

a. 0.5 mmol의 CdO, 5 mmol의 올레일산, 20 mL의 1-옥타데센(1-octadecene)으로 이루어진 반응 용액을 100 mL의 3구 플라스크(3-neck flask)에 넣고 180 ℃로 가열하여 무색, 투명한 Cd전구체를 합성하였다. a. A reaction solution consisting of 0.5 mmol of CdO, 5 mmol of oleic acid and 20 mL of 1-octadecene was placed in a 100 mL 3-neck flask and heated to 180 ° C. to give a colorless, transparent Cd precursors were synthesized.

b. 1 mmol의 Se 파우더와 4 mmol의 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine: TOP) 그리고 6 mL의 1-옥타데센으로 이루어진 Se전구체를 합성하였다.b. A Se precursor consisting of 1 mmol of Se powder, 4 mmol of trioctylphosphine (TOP) and 6 mL of 1-octadecene was synthesized.

c. Cd전구체 용액을 300 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 가열한 다음, 이 온도에서 Se전구체를 주입하였다.c. The Cd precursor solution was heated to 300 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and then the Se precursor was injected at this temperature.

d. 260℃ 에서 50 분간 반응시켜 양자점을 성장시킨 이후, 상온으로 냉각시켰다.d. After quantum dots were grown by reacting at 260 ° C. for 50 minutes, the mixture was cooled to room temperature.

e. 합성된 양자점 용액에 과량의 아세톤을 주입하고, 이후 4000 rpm 에서 10 min 분간 원심분리를 수행하여 침전된 양자점 파우더를 얻었으며, 이의 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 이미지를 도 2의 (a)에 나타내었다.
e. Excess acetone was injected into the synthesized quantum dot solution, and then centrifuged at 4000 rpm for 10 min to obtain precipitated quantum dot powder. The high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image thereof is shown in FIG. Shown in

(2) 2.7 nm의 직경을 갖는 CdSe 양자점의 합성
(2) Synthesis of CdSe Quantum Dots with Diameter of 2.7 nm

a. 0.5 mmol의 CdO, 2.5 mmol의 올레일산, 그리고 10 mL의 1-옥타데센(1-octadecene)으로 이루어진 반응 용액을 100 mL의 3구 플라스크(3-neck flask)에 넣고 180 ℃로 가열하여 무색, 투명한 Cd전구체를 합성하였다.a. A reaction solution consisting of 0.5 mmol of CdO, 2.5 mmol of oleic acid, and 10 mL of 1-octadecene was placed in a 100 mL 3-neck flask and heated to 180 ° C. to give colorless, Transparent Cd precursors were synthesized.

b. 0.15 mmol의 Se 파우더와 0.2 mmol의 TOP (trioctylphosphine), 1 mL의 1-옥타데센으로 이루어진 Se전구체를 합성하였다.b. A Se precursor consisting of 0.15 mmol of Se powder, 0.2 mmol of TOP (trioctylphosphine) and 1 mL of 1-octadecene was synthesized.

c. Cd 전구체 용액을 300℃까지 10 ℃/min의 속도로 가열한 다음, 이 온도에서 Se전구체를 주입하였다.c. The Cd precursor solution was heated to 300 ° C. at a rate of 10 ° C./min and then the Se precursors were injected at this temperature.

d. 260 ℃ 에서 10 분간 반응시켜 양자점을 성장시킨 이후, 상온으로 냉각시켰다.d. After quantum dots were grown by reacting at 260 ° C for 10 minutes, the mixture was cooled to room temperature.

e. 합성된 양자점 용액에 과량의 아세톤을 주입하고, 이후 4000 rpm 에서 10 min 분간 원심분 리를 수행하여 침전된 양자점 파우더를 얻었으며, 이의 HRTEM 이미지를 도 2의 (b)에 나타내었다.
e. Excess acetone was injected into the synthesized quantum dot solution, and then centrifuged at 4000 rpm for 10 min to obtain precipitated quantum dot powder, and its HRTEM image is shown in FIG. 2 (b).

3. P3HT-3.P3HT- bb -PDMAEMA/CdSe양자점 나노복합체의 합성-Synthesis of PDMAEMA / CdSe Quantum Dot Nanocomposites

원하는 농도의 P3HT-b-PDMAEMA 용액과 CdSe 양자점 용액을 섞어(blending) 준 후 6시간 동안 자석 교반기로 저어주었다. 이 때 사용되는 용매는 톨루엔이나 클로로벤젠이다. 제조된 P3HT-b-PDMAEMA/5nm CdSe 양자점(무게비 1:1) 나노복합체의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지를 도 3에 나타내었다.
The desired concentration of P3HT- b -PDMAEMA solution and CdSe quantum dot solution was mixed (blending) and then stirred with a magnetic stirrer for 6 hours. The solvent used at this time is toluene or chlorobenzene. Transmission electron microscopy (TEM) images of the prepared P3HT- b- PDMAEMA / 5nm CdSe quantum dots (weight ratio 1: 1) nanocomposites are shown in FIG. 3.

[실시예 1]Example 1

형상의 비교를 위하여 CdSe 양자점과 P3HT 고분자를 섞어 톨루엔 용매에 녹여 비교하였다.For comparison of the shapes, CdSe quantum dots and P3HT polymer were mixed and dissolved in a toluene solvent.

1 mg의 P3HT-b-PDMAEMA와 0.1 mg의 CdSe QD (10:1 wt/wt)를 10 mL의 톨루엔에 녹인 후, 상온에서 자석 교반기를 이용하여 6시간 동안 저어 주었다. 이 후 진공 하에서 톨루엔 용매를 모두 제거하여 나노복합체를 고체 상태로 얻은 후, 블록 공중합체는 녹지 않고 올레일산 리간드(절연층)로 둘러 싸여진 양자점만 녹일 수 있는 헥산을 이용하여 다시 용해하였다. 그 결과, 헥산 속으로 CdSe 양자점이 용해되지 않고, 나노복합체가 헥산에 불용성인 것을 알 수 있었다. 1 mg of P3HT- b- PDMAEMA and 0.1 mg of CdSe QD (10: 1 wt / wt) were dissolved in 10 mL of toluene, followed by stirring for 6 hours using a magnetic stirrer at room temperature. Thereafter, all of the toluene solvents were removed under vacuum to obtain a nanocomposite in a solid state, and the block copolymer was not dissolved but again dissolved using hexane, which can dissolve only quantum dots surrounded by an oleic acid ligand (insulation layer). As a result, it was found that the CdSe quantum dots were not dissolved in hexane, and the nanocomposite was insoluble in hexane.

이를 통해, CdSe 양자점 표면에 붙어 있던 올레일산 리간드가 블록 공중합 고분자의 링커 부분인 PDMAEMA의 아민 리간드와의 화학적 결합에 의해 치환되어, 양자점 표면을 블록 공중합체가 둘러싼 나노복합체를 이루면서 헥산에 용해되지 않는 것을 알 수 있었다.Through this, the oleic acid ligand attached to the CdSe quantum dot surface is substituted by chemical bonding with the amine ligand of PDMAEMA, which is a linker portion of the block copolymer polymer, so that the quantum dot surface is not dissolved in hexane while forming a nanocomposite surrounded by the block copolymer. I could see that.

또한, 도 4를 참조하면 P3HT-b-PDMAEMA와 CdSe QD (10:1 wt/wt)를 포함하는 나노복합체는 CdSe 양자점의 최대 흡수 피크를 보이는 533nm에 비해 짧은 파장을 가지는 506nm에서 최대 흡수 피크를 보이는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 PDMAEMA의 아민기에 의해 CdSe 양자점 표면에 붙어있던 올레일산 리간드가 치환되어 양자점 표면으로부터 제거되고 이어 CdSe 양자점 표면이 식각(etching)되었음을 확인할 수 있다.
In addition, referring to FIG. 4, the nanocomposite including P3HT- b- PDMAEMA and CdSe QD (10: 1 wt / wt) has a maximum absorption peak at 506 nm with a shorter wavelength than 533 nm showing the maximum absorption peak of CdSe quantum dots. It can be seen that through this, the oleic acid ligand attached to the CdSe quantum dot surface is substituted by the amine group of PDMAEMA is removed from the quantum dot surface, it can be confirmed that the CdSe quantum dot surface is etched (etched).

[실시예 2][Example 2]

나노복합체 내에서 P3HT-b-PDMAEMA와 CdSe 양자점이 자가조립(self-assembly)방식에 의해 10 nm 이하의 나노영역(nano-domain)으로 정렬된 고분자 도너(donor)/나노구조체 억셉터(acceptor)의 p-n 다이오드접합을 갖는지 여부를 확인하기 위하여 TEM분석을 수행하였다. 이 때 사용된 나노복합체는 P3HT-b-PDMAEMA와 CdSe QD를 무게비 1:1로 섞었다.Polymer donor / nanostructure acceptor in which P3HT- b- PDMAEMA and CdSe quantum dots are arranged in nano-domains of 10 nm or less by self-assembly in nanocomposites TEM analysis was performed to determine whether the pn diode junction was. The nanocomposite used at this time was mixed with P3HT- b -PDMAEMA and CdSe QD in a weight ratio of 1: 1.

도 5의 TEM 이미지에서 보이는 바와 같이, P3HT-b-PDMAEMA 매트릭스 내에 분산된 CdSe 양자점이 일정하게 평균 2 nm이하의 간격을 갖는 나노 네트워크를 이룸을 알 수 있다. 또한, 순수한 P3HT 고분자와 표면이 피리딘(pyridine)으로 치환된 CdSe 양자점을 섞은 경우와 달리, 고분자 매트릭스 내에서 양자점의 응집(aggregation)을 통한 매크로상분리(macrophase separation)가 일어나지 않으며, P3HT-b-PDMAEMA와 CdSe 양자점 사이에 연속상의 채널이 형성됨을 알 수 있다. 이를 통해, 나노복합체가 고분자 도너/나노구조체 억셉터의 p-n 다이오드접합을 가질 수 있음을 확인하였다.
As shown in the TEM image of FIG. 5, it can be seen that the CdSe quantum dots dispersed in the P3HT- b- PDMAEMA matrix form a nano network with a regular average spacing of less than 2 nm. In addition, unlike the case of mixing pure P3HT polymer and CdSe quantum dots whose surface is substituted with pyridine, macrophase separation through aggregation of quantum dots does not occur in the polymer matrix, and P3HT- b- PDMAEMA It can be seen that a continuous channel is formed between the CdSe quantum dots. Through this, it was confirmed that the nanocomposite may have a pn diode junction of the polymer donor / nanostructure acceptor.

[실시예 3]Example 3

나노복합체의 태양전지 활성층으로의 응용 가능성을 알기 위하여 PL(photoluminesecence) 측정 실험을 실시하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 이 때 사용된 나노복합체는 나노복합체 내에 CdSe양자점이 각각 10 wt%, 30 wt%, 50 wt%, 70 wt% 및 90 wt% 첨가된 나노복합체이다.In order to know the applicability of the nanocomposite to the solar cell active layer, a PL (photoluminesecence) measurement experiment was conducted, and the results are shown in FIG. 6. The nanocomposite used at this time is a nanocomposite in which 10 wt%, 30 wt%, 50 wt%, 70 wt% and 90 wt% of CdSe quantum points are added in the nanocomposite, respectively.

동일한 광학밀도(optical density)에서는 도 6에서 보이는 바와 같이 CdSe양자점의 함량이 증가할수록 P3HT-b-PDMAEMA 매트릭스에 기인하는 PL이 비선형적으로 감소하였으며, CdSe 양자점의 함량이 증가함에 따라 양자점의 PL 세기가 증가하여야 하나, 증가하지 않고 지속적으로 감소하였다. 또한, 70 wt%의 CdSe 양자점이 들어가면서 큰 PL 감소가 관찰되었으며, 고분자와 CdSe 양자점의 PL 모두가 크게 감소하는 현상이 관찰되었다.At the same optical density, as shown in FIG. 6, as the content of CdSe quantum dots increases, the PL due to the P3HT- b -PDMAEMA matrix decreases nonlinearly, and as the content of CdSe quantum dots increases, the PL intensity of the quantum dots increases. Should increase, but does not increase and decreases continuously. In addition, a large PL decrease was observed as 70 wt% of CdSe quantum dots entered, and a significant decrease in both PL of the polymer and the CdSe quantum dots was observed.

이는 양자점과 고분자 사이에 연속상의 채널이 형성되어 네트워크가 최적화됨으로써, 양자점과 고분자간의 계면이 크게 증가하고, 계면에서 분리된 전자의 전도성이 크게 증가하여 분리된 전하들의 수명(lifetime)이 증가된 것이 원인으로 생각된다. 따라서, 합성된 나노복합체는 나노태양전지의 활성층으로 응용이 가능한 것으로 판단된다.This is because the continuous channel is formed between the quantum dots and the polymer to optimize the network, and the interface between the quantum dots and the polymer is greatly increased, and the conductivity of the electrons separated at the interface is greatly increased, thereby increasing the lifetime of the separated charges. I think it's the cause. Therefore, the synthesized nanocomposite is considered to be applicable to the active layer of the nano solar cell.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (12)

유기 고분자 및 무기 나노구조체(nanostructure)를 포함하는 유-무기 나노복합체로서,
상기 유기 고분자는 아민기를 포함하는 전도성 고분자이고,
상기 무기 나노구조체는 전도성 고분자의 아민기에 결합되어 있으며,
상기 전도성 고분자와 무기 나노구조체 사이에 연속상의 채널이 형성된 유-무기 나노복합체.
An organic-inorganic nanocomposite comprising an organic polymer and an inorganic nanostructure,
The organic polymer is a conductive polymer containing an amine group,
The inorganic nanostructure is bonded to the amine group of the conductive polymer,
An organic-inorganic nanocomposite having a continuous channel formed between the conductive polymer and the inorganic nanostructure.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 아민계 화합물을 반복단위로 하는 중합체를 하나의 블록으로 포함하는 블록공중합체인 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The conductive polymer is an organic-inorganic nanocomposite, characterized in that the block copolymer comprising a polymer having an amine compound as a repeating unit as one block.
제 2 항에 있어서,
상기 아민계 화합물을 반복단위로 하는 중합체는 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리스티렌(polystyrene), 측쇄에 1차 내지 3차 아민을 가지는 폴리메타크릴아마이드(polymethacryl amide), 측쇄에 1차부터 3차 아민을 가지는 폴리아크릴아마이드(polyacryl amide), 방향족 아민 계열의 폴리비닐피리딘(polyvinylpyridine), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 및 폴리비닐옥사졸린(polyvinyloxazoline)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 2,
The polymer using the amine compound as a repeating unit is a polymethacrylate having primary to tertiary amines in the side chain, polyacrylate having primary to tertiary amines in the side chain, and primary in the side chain. Polystyrene having a secondary to tertiary amine, polymethacryl amide having a primary to tertiary amine in the side chain, polyacrylamide having a primary to tertiary amine in the side chain, and an aromatic amine Organic-inorganic nanocomposites comprising at least one selected from the group consisting of polyvinylpyridine, polyvinylpyrrolidone, and polyvinyloxazoline.
제 2 항에 있어서,
상기 블록공중합체는 폴리헥실티오펜(poly(3-hexylthiophene)), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리파라페닐린(PPP), 폴리파라페닐린비닐렌(PPV), 폴리피롤(PPy) 및 폴리아닐린(PANI)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 중합체를 블록으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 2,
The block copolymer is polyhexylthiophene (poly (3-hexylthiophene)), polyfluorene (polyfluorene), polyparaphenylin (PPP), polyparaphenylin vinylene (PPV), polypyrrole (PPy) and polyaniline ( Organic-inorganic nanocomposite further comprising as a block one or more polymers selected from the group consisting of PANI).
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 10nm 내지 40 nm의 나노 도메인(nano-domain)을 포함하는 구조 제어된 자기조립 고분자인 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The conductive polymer is an organic-inorganic nanocomposite that is a structure controlled self-assembled polymer including nano-domains of 10 nm to 40 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 무기 나노구조체는 II-VI족, IV-VI족, IV족 반도체 및 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 양자점, 나노로드(nanorod), 테트라포드(tetrapod), 나노선(nanowire) 또는 멀티브랜치드 나노구조체(multi-branched nanostructure)인 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The inorganic nanostructure may be one or more quantum dots, nanorods, tetrapods, nanowires, or multibranches selected from the group consisting of group II-VI, group IV-VI, group IV semiconductors and metal oxides. Organic-inorganic nanocomposites that are multi-branched nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 무기 나노구조체는 1 내지 100 nm의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The inorganic nanostructure is an organic-inorganic nanocomposite, characterized in that having a size of 1 to 100 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 무기 나노구조체는 전도성 고분자의 아민기와 화학적 배위결합에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The inorganic nanostructure is an organic-inorganic nanocomposite, characterized in that coupled by chemical coordination bond with the amine group of the conductive polymer.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자와 무기 나노구조체는 10:1 ~ 1:10의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The conductive polymer and the inorganic nanostructures are organic-inorganic nanocomposites having a weight ratio of 10: 1 to 1:10.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자 및 무기 나노구조체는 자가조립(self-assembly)방식에 의해 나노영역(nano-domain)으로 정렬된 전도성 고분자 도너(donor)-나노구조체 억셉터(acceptor)의 p-n 다이오드접합을 가지는 것을 특징으로 하는 유-무기 나노복합체.
The method of claim 1,
The conductive polymer and the inorganic nanostructure have a pn diode junction of a conductive polymer donor-nanostructure acceptor arranged in a nano-domain by a self-assembly method. Organic-inorganic nanocomposites.
아민기를 포함하는 전도성 고분자를 합성하는 단계;
무기 나노구조체(nano-structure)를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 고분자와 무기 나노구조체를 용매 중에서 블렌딩하여 연속상의 채널을 형성하는 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 유-무기 나노복합체의 제조방법.
Synthesizing a conductive polymer including an amine group;
Synthesizing inorganic nanostructures; And
11. A method for producing an organic-inorganic nanocomposite according to any one of claims 1 to 10, comprising blending the synthesized polymer and an inorganic nanostructure in a solvent to form a continuous phase channel.
제 1 전극;
제 2 전극; 및
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 활성층으로 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 유-무기 나노복합체를 포함하는 태양전지.



A first electrode;
Second electrode; And
The solar cell comprising the organic-inorganic nanocomposite according to any one of claims 1 to 10 as an active layer between the first electrode and the second electrode.



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WO2014084455A1 (en) * 2012-11-29 2014-06-05 성균관대학교산학협력단 Metal nanowire-organic compound composite, film comprising same and method for preparing same
KR101507645B1 (en) * 2012-10-26 2015-04-01 연세대학교 산학협력단 Organic/inorganic nanocomposite for diagnosis and treatment of cancer

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