KR20130134913A - Novel compound, polymer compounds that contain them, and organic solar cells containing the same - Google Patents

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KR20130134913A
KR20130134913A KR1020120058800A KR20120058800A KR20130134913A KR 20130134913 A KR20130134913 A KR 20130134913A KR 1020120058800 A KR1020120058800 A KR 1020120058800A KR 20120058800 A KR20120058800 A KR 20120058800A KR 20130134913 A KR20130134913 A KR 20130134913A
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Abstract

The present invention relates to a novel compounds, that is a phenazine derivative, namely, phenazine derivatives and a method of producing the same. The polymeric compound by using the compound of the present invention as a unit and organic solar cells including polymeric compounds are also provided. The compound of the present invention has side chains increasing solubility useful for a solution process basis and organic solar cells according to the present invention have high efficiency.

Description

신규한 화합물, 이를 포함하는 고분자 화합물 및 이를 함유하는 유기태양전지{Novel compound, polymer compounds that contain them, and organic solar cells containing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a novel compound, a polymer compound containing the compound, and an organic solar cell containing the compound,

본 발명은 신규한 화합물, 이를 포함하는 고분자 화합물 및 이를 함유하는 유기태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신규한 전자주개 화합물과 이의 제조방법 및 신규한 전자주개 화합물을 단위체로 포함하는 고분자 화합물 및 이러한 고분자 화합물을 함유하는 유기태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a novel compound, a polymer compound containing the same, and an organic solar cell containing the same. More particularly, the present invention relates to a novel electron donor compound, a method for producing the same, and a polymer compound containing a novel electron donor compound as a unit And an organic solar cell containing such a polymer compound.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 소자이다. 이들은 다양한 종류의 재료로 만들어지고 있으나 현재 가장 많이 사용되고 있는 재료는 단결정 Si이다. Solar cells are devices that directly convert light energy into electrical energy. They are made of various kinds of materials, but the most widely used material is monocrystalline Si.

그러나 단결정 Si 태양광전지는 제조단가를 더 이상 낮출 수 없는 문제와 생산 및 응용등에 제한이 있어, 최근 들어서는 박막 형태의 태양전지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. However, monocrystalline Si solar photovoltaic cells are limited in their production cost and manufacturing cost because they can no longer lower the production cost, and thin film solar cells have been actively developed recently.

이중 유기 태양전지는 유연하고 대면적화 할 수 있으며, 가볍고, 값싸게 제작 할 수 있는 장점을 가지고 있어, 이 분야에 많은 연구가 진행되고 있다. 유기 태양전지는 크게 양 전극과 광활성층으로 이루어져 있다. 광활성층은 다시 전자 주개 소재와 전자 받개 소재로 구분 할 수 있으며, 전자 주개 소재는 단분자와 고분자로 나뉜다. 단분자 소재의 경우 phthalocyanine계 CuPc, ZnPc 등을 열증착을 통해 차례대로 쌓는 방법으로 제작 되고 있다. 반면 고분자는 PPV (poly(para-phenylene vinylene)), PF (polyfluorene) 계열 물질들이 대표적으로 쓰이고 최근에는 전자주개/받개를 교대로 중합하여 PFDTBT, PCPDTBT 같은 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 공중합체 소재들이 연구되고 있으며, 고분자는 단분자 소재와 달리 스핀 코팅, 잉크젯 방식, gravure 인쇄방식 등을 이용하고 있어 상온 공정이 가능하며 간편하게 소자를 제작 할 수 있다.The dual organic solar cell has advantages such as being flexible, large-sized, light, and inexpensive, and so much research is being conducted in this field. Organic solar cells consist largely of both electrodes and photoactive layer. The photoactive layer can be divided into an electron donor material and an electron acceptor material, and the electron donor material is divided into a single molecule and a polymer. In the case of monomolecular materials, phthalocyanine based CuPc and ZnPc are stacked one after another by thermal deposition. On the other hand, polymers are typically used for PPV (poly (para-phenylene vinylene)) and PF (polyfluorene) materials. Recently, polymer materials with low band gap energy such as PFDTBT and PCPDTBT have been studied by alternately polymerizing the electron donor / acceptor Unlike single-molecule materials, polymers use spin coating, ink-jet printing, and gravure printing. They can be easily processed at room temperature.

고분자 태양전지의 원리는 전자 주개 소재인 고분자가 빛을 흡수하여 엑시톤 (exciton)을 형성하고 엑시톤이 전자 주개/받개 계면에서 분리가 일어나며, 이는 전자와 정공으로 나뉜다. 분리된 전자와 정공은 각각의 전극으로 이동하여 전기를 생산한다. The principle of polymer solar cells is that the polymer as an electron donor material absorbs light to form an exciton, and excitons are separated from the electron donor / acceptor interface, which is divided into electrons and holes. The separated electrons and holes move to the respective electrodes to produce electricity.

즉 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 전자 주개 소재 개발은 보다 많은 태양광 에너지를 이용 할 수 있어, 보다 많은 엑시톤을 형성하게 되고, 이는 태양광 효율을 증가 시킬 수 있는 좋은 방안이다. 지금까지 많이 연구 되어진 P3HT (Eg = 1.9 eV ~ 2.0 eV)은 태양광 스펙트럼과의 불일치로 인해 효율에 한계를 보이고 있어 많은 연구자들은 보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 소재 개발을 위해 고분자의 방향성을 유지하고, 컨쥬게이션 길이를 늘리는 등의 연구가 진행되고 있으며, 이러한 일례로 한국공개특허공보 제 2011-0098303를 들 수 있다.That is, the development of an electron donor material having a low band gap energy can utilize more solar energy and form more excitons, which is a good way to increase the solar efficiency. P3HT (Eg = 1.9 eV ~ 2.0 eV), which has been investigated so far, shows a limitation in efficiency due to inconsistency with the solar spectrum. Therefore, many researchers have maintained the direction of the polymer to develop materials having lower band gap energy , And the conjugation length is being increased. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0098303 can be cited.

그러나 여전히 열 및 화학적 안정성이 높고 고효율화를 위한 소재의 연구가 요구되고 있는 실정이다. However, it is still required to study materials for high heat and chemical stability and high efficiency.

한국공개특허공보 제 2011-0098303Korean Patent Publication No. 2011-0098303

본 발명은 신규한 화합물과 이의 제조방법을 제공한다.The present invention provides novel compounds and processes for their preparation.

또한 본 발명은 신규한 화합물을 단위체로 하여 제조되는 고분자 화합물과 이를 함유하는 유기태양전지를 제공한다.The present invention also provides a polymer compound prepared using a novel compound as a unit and an organic solar cell containing the same.

본 발명은 신규하 화합물, 즉 페나진 유도체와 이의 제조방법을 제공한다.The present invention provides novel compounds, i.e., phenazine derivatives, and processes for their preparation.

본 발명의 화합물인 페나진 유도체는 하기 화학식 1로 표시된다.The phenazine derivative of the present invention is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[상기 화학식 1에서,[In the above formula (1)

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며,R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, ≪ / RTI > and a silyl group,

n과 m은 0 내지 4의 정수이다.]and n and m are integers of 0 to 4.]

바람직하게, 상기 화학식 1에서, 상기 R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기로, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬 또는 C1-C20알콕시로 더 치환될 수 있으며, n과 m은 0 내지 2의 정수일 수 있으며, 보다 바람직하게상기 Z는 S일 수 있다.Preferably, in the formula (I), wherein R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 Alkyl or C 1 -C 20 alkoxy, n and m may be an integer of 0 to 2, and more preferably Z may be S.

또한 본 발명의 화합물 즉, 페나진 유도체의 제조방법은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;      The present invention also provides a method for preparing a phenazine derivative, which comprises reacting a compound represented by the following formula (2) with a compound represented by the following formula (3) to prepare a compound represented by the following formula (4)

하기 화학식 4의 화합물과 하기 화학식 5의 화합물을 반응시켜 하기 화학식 6의 화합물을 제조하는 단계; 및Reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (5) to prepare a compound represented by the following formula (6); And

하기 화학식 6의 화합물과 하기 화학식 7의 화합물을 반응시켜 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계를 포함한다. Reacting a compound represented by the following formula (6) with a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 2](2)

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 3](3)

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 5][Chemical Formula 5]

R-OAR-OA

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

[상기 화학식 1 내지 7에서, [In Formulas 1 to 7,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

X는 할로겐이며;X is halogen;

A는 수소 또는 파라톨루엔술포닐기이며;A is hydrogen or a paratoluenesulfonyl group;

n과 m은 0 내지 4의 정수이다] n and m are integers of 0 to 4]

바람직하게 본 발명의 페나진 유도체의 제조방법에서, 상기 Z는 S이며; R은 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기일 수 있다.Preferably, in the process for producing a phenazine derivative of the present invention, Z is S; R may be a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkylcarbonyl group, or a C 6 -C 20 arylcarbonyl group.

또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 페나진 유도체를 단위체로 포함하여 제조되는 고분자 화합물을 제공한다.The present invention also provides a polymer compound comprising a phenazine derivative represented by the above formula (1) as a unit.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 화합물은 하기 화학식 11로 표시될 수 있다.Specifically, the polymer compound according to one embodiment of the present invention can be represented by the following general formula (11).

[화학식 11][Formula 11]

Figure pat00008
Figure pat00008

[상기 화학식 11에서,[In Formula 11,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

T는 C6-C20아릴렌 또는 C3-C20헤테로아릴렌이며; T is C 6 -C 20 arylene or C 3 -C 20 heteroarylene;

n과 m은 0 내지 4의 정수이며;n and m are integers of from 0 to 4;

s는 1 내지 500의 정수이다.]and s is an integer of 1 to 500.]

보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 11에서, 상기 T는 하기 구조에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.More specifically, in Formula 11 according to an embodiment of the present invention, T may be one or more selected from the following structures.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00011
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

[상기 구조식에서,[In the above formula,

Z는 S 또는 Se이며;Z is S or Se;

R′과 R″는 서로 독립적으로, 수소, C1-C20알킬기, C6-C20아릴, C3-C20헤테로아릴 또는 C6-C20아르C1-C20알킬이며;R 'and R " are, independently of each other, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl, C 6 -C 20 aryl, C 3 -C 20 heteroaryl or C 6 -C 20 aryl C 1 -C 20 alkyl;

R11 내지 R14는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며, R′과 R″의 알킬기, 아릴, 헤테로아릴 및 아르알킬과 R11 내지 R14의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R 11 to R 14 are independently, hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 ahreu C 1 -C 20 alkyl together, R 'and R "alkyl group, Aryl, heteroaryl and aralkyl and the alkyl, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 14 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy , An amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a nitro group, a trifluoromethyl group and a silyl group;

o, p 및 q는 1 내지 2의 정수이다.]o, p and q are integers from 1 to 2.]

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 11은 하기 구조식에서 선택될 수 있다.Preferably, Formula 11 according to an embodiment of the present invention may be selected from the following formulas.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

[상기 식에서,[In the above formula,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

R11 내지 R12는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며;R 11 to R 12 are independently of each other hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl;

R11 내지 R12의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 12 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, Which may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, trifluoromethyl and silyl groups;

n과 m은 0 내지 4의 정수이며;n and m are integers of from 0 to 4;

s는 1 내지 500의 정수이다.]and s is an integer of 1 to 500.]

또한 본 발명은 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1전극 및 제 2전극; 상기 제 1전극과 상기 제 2전극에 형성되며, 본 발명에 따른 고분자 화합물을 함유하는 광활성층을 포함하는 유기태양전지를 제공한다.The present invention also provides a substrate; A first electrode and a second electrode formed on the substrate; And a photoactive layer formed on the first electrode and the second electrode and containing the polymer compound according to the present invention.

본 발명은 화합물은 페나진(phenazine) 유도체로 자기 조립 능력을 가지며, 곁가지를 가져 전하이동도뿐만 아니라, 용해도가 높아 용액 공정기반에 적용이 가능하며, 고분자 합성에 단위체로도 사용가능한 장점을 가진다.The compound of the present invention has a self-assembly ability as a phenazine derivative and has advantages of being applicable to a solution process based on its side chain and high solubility as well as charge mobility and also being able to be used as a unit for polymer synthesis .

또한 본 발명에 따른 화합물을 단위체로 하여 제조되는 고분자 화합물을 함유한 유기태양전지는 높은 전하이동도를 가져 본 발명에 따른 고분자 화합물을 함유하는 유기태양전지는 우수한 효율 및 성능을 가진다.In addition, the organic solar cell containing the polymer compound prepared by using the compound according to the present invention has high charge mobility and the organic solar cell containing the polymer compound according to the present invention has excellent efficiency and performance.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 유기태양전지의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 21와 실시예 22에서 제조된 고분자 화합물의 열중량 분석 (TGA)을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing an example of an organic solar cell manufactured according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the thermogravimetric analysis (TGA) of the polymeric compound prepared in Example 21 and Example 22. FIG.

본 발명의 전하이동도가 높고 용해도가 높아 용액공정에 적합한 유기태양전지용으로 사용가능한 전자주개 화합물인 페나진 유도체를 제공한다.The present invention provides a phenazine derivative which is an electron donor compound which can be used for an organic solar cell suitable for a solution process because of its high charge mobility and high solubility.

본 발명의 페나진 유도체인 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.The phenazine derivative of the present invention is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00016
Figure pat00016

[상기 화학식 1에서,[In the above formula (1)

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며,R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, ≪ / RTI > and a silyl group,

n과 m은 0 내지 4의 정수이다.]and n and m are integers of 0 to 4.]

본 발명의 페나진 유도체는 두 개의 벤젠고리 사이에 피라진고리가 융합되어 있어 전하이동도가 높아 이를 채용한 고분자 화합물을 채용한 유기태양전지의 광활성층에 적용시 유기태양전지가 높은 효율을 가지며, 또한 페나진 유도체의 벤젠고리에 곁가지의 도입으로 용해도를 증가시켜 용액공정에 유리한 장점을 가진다.The phenazine derivative of the present invention has a high charge mobility due to the fusion of a pyrazine ring between two benzene rings. When applied to a photoactive layer of an organic solar cell employing the polymer compound employing the same, the organic solar cell has high efficiency, In addition, solubility is increased by introduction of a side chain into a benzene ring of a phenazine derivative, which is advantageous for a solution process.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 페나진 유도체인 상기 화학식 1에서, 상기 R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기로, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬 또는 C1-C20알콕시로 더 치환될 수 있으며, n과 m은 0 내지 2의 정수일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 Z는 S일 수 있다.Preferably, R is a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkylcarbonyl group, or a C 6 -C 20 arylcarbonyl group, which is a phenazine derivative according to an embodiment of the present invention, Alkyl, aryl and aralkyl may be further substituted with C 1 -C 20 alkyl or C 1 -C 20 alkoxy, n and m may be integers from 0 to 2, more preferably, Z may be S .

또한 본 발명의 페나진 유도체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;The phenazine derivative of the present invention may be prepared by reacting a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3)

하기 화학식 4의 화합물과 하기 화학식 5의 화합물을 반응시켜 하기 화학식 6의 화합물을 제조하는 단계; 및Reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (5) to prepare a compound represented by the following formula (6); And

하기 화학식 6의 화합물과 하기 화학식 7의 화합물을 반응시켜 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계를 포함하여 제조된다.Reacting a compound represented by the following formula (6) with a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 2](2)

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 3](3)

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00020
Figure pat00020

[화학식 5][Chemical Formula 5]

R-OAR-OA

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00021
Figure pat00021

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00022
Figure pat00022

[상기 화학식 1 내지 7에서, [In Formulas 1 to 7,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

X는 할로겐이며;X is halogen;

A는 수소 또는 파라톨루엔술포닐기이며;A is hydrogen or a paratoluenesulfonyl group;

n과 m은 0 내지 4의 정수이다] n and m are integers of 0 to 4]

바람직하게 본 발명의 페나진 유도체의 제조방법에서, 상기 Z는 S이며; R은 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기일 수 있다.Preferably, in the process for producing a phenazine derivative of the present invention, Z is S; R may be a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkylcarbonyl group, or a C 6 -C 20 arylcarbonyl group.

또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 단위체로 포함하여 제조되는 고분자 화합물을 제공한다.The present invention also provides a polymer compound comprising a compound represented by the above formula (1) as a unit.

본 발명의 화합물를 단위체로 포함하여 제조되는 고분자 화합물은 유기태양전지의 광활성층으로 제공되어 높은 효율을 가진다.The polymer compound comprising the compound of the present invention as a unit is provided as a photoactive layer of an organic solar cell and has high efficiency.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 화합물은 하기 화학식 11로 표시될 수 있다.Specifically, the polymer compound according to one embodiment of the present invention can be represented by the following general formula (11).

[화학식 11][Formula 11]

Figure pat00023
Figure pat00023

[상기 화학식 11에서,[In Formula 11,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

T는 C6-C20아릴렌 또는 C3-C20헤테로아릴렌이며; T is C 6 -C 20 arylene or C 3 -C 20 heteroarylene;

n과 m은 0 내지 4의 정수이며;n and m are integers of from 0 to 4;

s는 1 내지 500의 정수이다.]and s is an integer of 1 to 500.]

보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 11에서, 상기 T는 하기 구조에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.More specifically, in Formula 11 according to an embodiment of the present invention, T may be one or more selected from the following structures.

Figure pat00024

Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00026
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

[상기 구조식에서,[In the above formula,

Z는 S 또는 Se이며;Z is S or Se;

R′과 R″는 서로 독립적으로, 수소, C1-C20알킬기, C6-C20아릴, C3-C20헤테로아릴 또는 C6-C20아르C1-C20알킬이며;R 'and R " are, independently of each other, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl, C 6 -C 20 aryl, C 3 -C 20 heteroaryl or C 6 -C 20 aryl C 1 -C 20 alkyl;

R11 내지 R14는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며, R′과 R″의 알킬기, 아릴, 헤테로아릴 및 아르알킬과 R11 내지 R14의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R 11 to R 14 are independently, hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 ahreu C 1 -C 20 alkyl together, R 'and R "alkyl group, Aryl, heteroaryl and aralkyl and the alkyl, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 14 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy , An amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a nitro group, a trifluoromethyl group and a silyl group;

o, p 및 q는 1 내지 2의 정수이다.]o, p and q are integers from 1 to 2.]

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 11은 하기 구조식에서 선택될 수 있다.Preferably, Formula 11 according to an embodiment of the present invention may be selected from the following formulas.

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
Figure pat00030

[상기 식에서,[In the above formula,

Z는 S 또는 Se이고;Z is S or Se;

R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >

R11 내지 R12는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며;R 11 to R 12 are independently of each other hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl;

R11 내지 R12의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 12 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, Which may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, trifluoromethyl and silyl groups;

n과 m은 0 내지 4의 정수이며;n and m are integers of from 0 to 4;

s는 1 내지 500의 정수이다.]and s is an integer of 1 to 500.]

또한 본 발명은 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1전극 및 제 2전극; 상기 제 1전극과 상기 제 2전극에 형성되며, 본 발명에 따른 고분자 화합물을 함유하는 광활성층을 포함하는 유기태양전지를 제공한다.The present invention also provides a substrate; A first electrode and a second electrode formed on the substrate; And a photoactive layer formed on the first electrode and the second electrode and containing the polymer compound according to the present invention.

본 발명의 고분자 화합물을 함유하는 광활성층은 다양한 형태로 구현이 가능하며, 본 발명에 따른 고분자 화합물을 전자주개 물질로 다양한 전자받개 물질과의 혼합층의 1층구조를 취할 수도 있으며, 정공수용체 물질과 전자수용체 물질이 각각 적층된 형태의 2층구조를 취할 수도 있다.The photoactive layer containing the polymer compound of the present invention can be realized in various forms. The polymer compound according to the present invention can be used as an electron donor material in a one-layer structure of a mixed layer with various electron acceptor materials, And a two-layer structure in which electron acceptor materials are stacked on each other.

본 발명의 전자수용체 물질은 한정이 있는 것은 아니나 [6,6]-페닐-C61-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ether; PCBM), [6,6]-페닐-C71-부티릭 액시드 메틸 에테르([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ether; PC70BM)와 같은 풀러렌 유도체, 페릴렌(perylene)과 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole; PTCBI), 풀러렌(fullerene:C60)과 같은 페릴렌 유도체, CdS, CdSe,CdTe, 또는 ZnSe와 같은 반도체 나노입자가 사용된다. 이때 나노 입자의 크기는 1~200 nm 정도의 것이 사용될 수 있다.The electron acceptor materials of the present invention include, but are not limited to, [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ether (PCBM), [6,6] 6] -phenyl-C71-butyric acid methyl ether (PC70BM), perylene derivatives such as perylene and 3,4,9,10- Perylene derivatives such as 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI), fullerene (C60), semiconductor nanoparticles such as CdS, CdSe, CdTe, or ZnSe Is used. The size of the nanoparticles may be about 1 to 200 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판은 소다라임같은 투명 유리기판이나 폴리에스테르, 폴리이미드등의 일 수 있으며, 이러한 기판상에 In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zincoxide), Ga2O3-In2O3, ZnO, ZnO-In2O3, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), Zn2In2O5-In4Sn3O12, SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합산화물인 투명전극이 형성될 수 있으며, 이러한 투명전극은 원자층 증착, 졸겔코팅, 화학적 증착법등에 의해 형성될 수 있다.A substrate in accordance with one embodiment of the present invention is soda lime as a transparent glass substrate or a polyester, may be such as polyimide, on such substrate In 2 O 3, ITO (indium -tin oxide), IGZO (indium-gallium -zincoxide), Ga 2 O 3 -In 2 O 3, ZnO, ZnO-In 2 O 3, AZO (Aluminium-zinc oxide; ZnO: Al), Zn 2 In 2 O 5 -In 4 Sn 3 O 12, SnO 2, FTO (Fluorine-doped tin oxide; SnO 2: F), ATO (Aluminium-tin oxide; SnO 2: Al) indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), zinc (Zn), such as, A transparent electrode which is a single or complex oxide of a metal such as aluminum (Al) may be formed, and the transparent electrode may be formed by atomic layer deposition, sol-gel coating, chemical vapor deposition, or the like.

본 발명의 일 실시예에 따른 제 1전극은 투명전극으로 ITO일 수 있으며 제 2전극으로 낮은 일함수를 가진 Al이나 Ca등이 사용될 수 있다.
The first electrode according to an embodiment of the present invention may be ITO as a transparent electrode, and Al or Ca having a low work function may be used as the second electrode.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 제시하나, 이러한 실시예가 본 발명의 청구범위를 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described, but these embodiments are not intended to limit the scope of the present invention.

[실시예 1]화합물 1의 제조[Example 1] Preparation of Compound 1

1,2-Diamino-3,6-dibromobenzene(화합물 1-1)의 제조Preparation of 1,2-Diamino-3,6-dibromobenzene (Compound 1-1)

Figure pat00031
Figure pat00031

4,7-Dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole (1.0 g, 3.4 mmol)을 EtOH (25 mL)에 녹였다. 용액에 NaBH4(2.18g,58.0mmol)을 천천히 넣어주었다. 혼합물은 상온에서 24시간동안 교반시키고 혼합물을 diethyl ether (3 times)과 brine으로 extraction하였다. 유기층에 MgSO4로 건조한 후 컬럼을 통해 정제하여 하얀색 고체인 표제화합물 1-1(75 % )을 얻었다.4,7-Dibromobenzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.0 g, 3.4 mmol) was dissolved in EtOH (25 mL). To the solution was slowly added NaBH 4 (2.18 g, 58.0 mmol). The mixture was stirred at room temperature for 24 hours and the mixture was extracted with diethyl ether (3 times) and brine. The organic layer was dried over MgSO 4 and purified through a column to obtain the title compound 1-1 (75%) as a white solid.

1,4-Dibromo-7,8-bis(decyloxy)phenazine(화합물 1-2)의 제조Preparation of 1,4-Dibromo-7,8-bis (decyloxy) phenazine (Compound 1-2)

Figure pat00032
Figure pat00032

1,2-Diamino-3,6-dibromobenzene(화합물 1-1) (676 mg, 2.54 mmol)과2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (356 mg, 2.54 mmol)을 EtOH (55 mL)에 넣고 질소하에서 24시간 동안 환류시켰다. 용액을 상온까지 냉각시킨 후 용매를 제거하였다. 추후 정제과정 없이 혼합물에 K2CO3(1.69g,7.62mmol)과 1-bromodecane (1.69 g, 7.62 mmol)을 DMF (50 mL)에 넣고 용액을 60 oC에서 24시간 동안 교반한 뒤 용액을 상온까지 냉각 시켰다. 석출된 고체를 여과하여 얻어 컬럼을 통해 정제하여(MC : n-hexane = 1 : 1) 표제 화합물 1-2를 얻었다.1,2-diamino-3,6-dibromobenzene (Compound 1-1) (676 mg, 2.54 mmol) and 2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (356 mg, 2.54 mmol) were dissolved in EtOH And refluxed under nitrogen for 24 hours. The solution was cooled to room temperature and the solvent was removed. K 2 CO 3 (1.69 g, 7.62 mmol) and 1-bromodecane (1.69 g, 7.62 mmol) were added to DMF (50 mL) without further purification, and the solution was stirred at 60 ° C for 24 hours. And then cooled to room temperature. The precipitated solid was filtered and purified through a column (MC: n-hexane = 1: 1) to obtain the title compound 1-2.

1,4-di(thiophen-2-yl)-7,8-bis(decyloxy)phenazine(화합물 1)의 제조Preparation of 1,4-di (thiophen-2-yl) -7,8-bis (decyloxy) phenazine (Compound 1)

Figure pat00033
Figure pat00033

화합물 1-2 (2.33 g, 3.59 mmol)과 tetrakis (triphenylphosphine)palladium(0) (97 mg, 0.084 mmol)을 이구 둥근 바닥 플라스크에 넣고 진공을 걸고 질소를 넣는 과정을 세번 정도 해준다. 플라스크에 toluene을 첨가하고 110 oC에서 교반 한 뒤 2-(tri-n-butylstannyl)thiophene (2.95 g, 7.85 mmol)을 넣고 혼합용액을 24시간 동안 교반한다. 혼합물을 물과 chloroform을 가지고 extraction한 뒤 MgSO4을 넣고 교반한 뒤 혼합물을 MeOH에 여러 차례 재침전하여 빨간색의 고체인 표제화합물 1을 얻었다(81 %).Compound 1-2 (2.33 g, 3.59 mmol) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (97 mg, 0.084 mmol) are placed in a round bottom flask and under vacuum, nitrogen is added three times. Add toluene to the flask and stir at 110 ° C. Add 2- (tri-n-butylstannyl) thiophene (2.95 g, 7.85 mmol) and stir the mixture for 24 hours. The mixture was extracted with water and chloroform, and MgSO 4 was added and stirred. The mixture was redeposited several times in MeOH to obtain the title compound 1 (81%) as a red solid.

1H-NMR (CDCl3):δ=8.08 (s; 2H), 7.94 (d; 2H), 7.53 (d; 2H), 7.38 (s; 2H), 7.21 (t; 2H), 4.23 (t; 4H), 1.97 (m; 4H), 1.58-1.29 (m; 28H), 0.88 (t; 6H).
1 H-NMR (CDCl 3) : δ = 8.08 (s; 2H), 7.94 (d; 2H), 7.53 (d; 2H), 7.38 (s; 2H), 7.21 (t; 2H), 4.23 (t; 4H), 1.97 (m, 4H), 1.58-1.29 (m, 28H), 0.88 (t, 6H).

[실시예 2][Example 2]

7,8-bis(2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy)-1,4-di(thiophen-2-yl)phenazine(화합물 2)의 제조Preparation of 7,8-bis (2- (2-ethoxyethoxy) ethoxy) -1,4-di (thiophen-2-yl) phenazine

화합물 2-1의 제조Preparation of Compound 2-1

Figure pat00034
Figure pat00034

25 mL 1 neck 둥근 바닥 플라스크에 p-toluenesulfonyl chloride (2.03 g, 10.65 mmol)를 MC (12 mL)에 녹인다. 그리고 diethylene glycol monoethyl ether (1.41 g, 10.55 mmol)와 triethylamine (1.48 mL, 10.65 mmol)을 첨가한다. 용액은 24시간동안 상온에서 교반한다. 반응 후 CHCl3와 물 (200 mL)로 추출한다. 유기층에 MgSO4를 넣고 교반한 뒤 컬럼을 통해 정제하여 하얀 고체인 표제 화합물을 얻었다(67 %).P-toluenesulfonyl chloride (2.03 g, 10.65 mmol) is dissolved in MC (12 mL) into a 25 mL 1 neck round bottom flask. Then, diethylene glycol monoethyl ether (1.41 g, 10.55 mmol) and triethylamine (1.48 mL, 10.65 mmol) are added. The solution is stirred at room temperature for 24 hours. The reaction is followed by extraction with CHCl 3 and water (200 mL). MgSO 4 was added to the organic layer, and the mixture was stirred and purified through a column to obtain the title compound (67%) as a white solid.

화합물 2-2의 제조Preparation of Compound 2-2

Figure pat00035
Figure pat00035

화합물 1-1 (2.54 mmol)과 2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (2.54 mmol)을 EtOH (55 mL)에 넣고 질소하에서 24시간 동안 가열 환류시킨다. 용액을 상온까지 냉각시킨 후 용매를 제거한다. 추후 정제과정 없이 혼합물에 K2CO3(7.62mmol)과 화합물 2-1 (7.62 mmol)을 DMF (50 mL)에 넣고 용액을 60 oC에서 24시간 동안 교반한 뒤 용액을 상온까지 냉각 시킨다. 석출된 고체를 여과하여 얻어 컬럼으로(MC : n-hexane = 1 : 2) 분리하여 표제화합물 2-2를 얻었다(42 %).Compound 1-1 (2.54 mmol) and 2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (2.54 mmol) were added to EtOH (55 mL) and the mixture was refluxed under nitrogen for 24 hours. The solution is cooled to room temperature and the solvent is removed. K 2 CO 3 (7.62 mmol) and compound 2-1 (7.62 mmol) were added to the mixture without further purification, and the solution was stirred at 60 ° C for 24 hours, and then the solution was cooled to room temperature. The precipitated solid was filtered and separated into a column (MC: n-hexane = 1: 2) to obtain the title compound 2-2 (42%).

2화합물의 제조Preparation of 2 compounds

Figure pat00036
Figure pat00036

1-2화합물 대신 2-2화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 1화합물을 제조하는 방법과 동일하게 제조하여 화합물 2를 제조하였다(75%).Compound 2 was prepared (75%) in the same manner as in the preparation of 1 compound of Example 1, except that compound 2-2 was used instead of compound 1-2.

1H-NMR (CDCl3):δ=8.06 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.51 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 4.35 (t; 4H), 4.02 (t; 4H), 3.78-3.46 (m; 12H), 1.38 (t; 6H).
1 H-NMR (CDCl 3) : δ = 8.06 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.51 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 4.35 (t; 4H), 4.02 (t, 4H), 3.78-3.46 (m, 12H), 1.38 (t, 6H).

[실시예 3] 화합물 3의 제조Example 3 Preparation of Compound 3

화합물 3-1의 제조Preparation of Compound 3-1

Figure pat00037
화합물 1-1 (2.54 mmol)과 2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (2.54 mmol)을 EtOH (55 mL)에 넣고 질소하에서 24시간 동안 환류시킨다. 용액을 상온까지 시킨 뒤 용매를 제거한다. 추후 정제과정 없이 혼합물에 4-(heptyloxy)benzoic acid (7.62 mmol), DMAP (0.12 g, 1.0 mmol)과 DCC (2.38 g, 11.5 mmol)을 MC (50 mL)에 넣는다. 용액은 상온에서 12 시간 동안 교반한다. 반응 후 용매를 제거한다. 혼합물은 CHCl3와 물 (200 mL)을 넣고 추출한 후 혼합물은 컬럼을 통해 정제하여 표제 화합물 3-1을 얻었다(47.4 %).
Figure pat00037
Compound 1-1 (2.54 mmol) and 2,5-dihydroxyl-1,4-benzoquinone (2.54 mmol) were added to EtOH (55 mL) and refluxed under nitrogen for 24 hours. The solution is allowed to reach room temperature and the solvent is removed. Add 4- (heptyloxy) benzoic acid (7.62 mmol), DMAP (0.12 g, 1.0 mmol) and DCC (2.38 g, 11.5 mmol) to the mixture without further purification in MC (50 mL). The solution is stirred at room temperature for 12 hours. After the reaction, the solvent is removed. The mixture was extracted with CHCl 3 and water (200 mL), and the mixture was purified through a column to obtain the title compound 3-1 (47.4%).

화합물 3의 제조Preparation of Compound 3

Figure pat00038
Figure pat00038

1-2화합물 대신 3-1화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 1화합물을 제조하는 방법과 동일하게 제조하여 화합물 3를 제조하였다(65.1%).Compound (3) was prepared in the same manner as Compound (1) of Example 1 except that Compound (3-1) was used instead of Compound (1-2). Compound (3) was prepared (65.1%).

1H-NMR (CDCl3):δ= 8.16 (s; 2H), 8.11 (d; 4H), 8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 7.04 (d, 4H), 4.15 (t; 4H), 1.98 (m; 4H), 1.38-1.26 (m; 16H), 1.03 (t; 6H).
1 H-NMR (CDCl 3) : δ = 8.16 (s; 2H), 8.11 (d; 4H), 8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 7.04 (d, 4H), 4.15 (t, 4H), 1.98 (m, 4H), 1.38-1.26 (m, 16H), 1.03 (t, 6H).

[실시예 4] 화합물 4의 제조[Example 4] Preparation of Compound 4

Figure pat00039
Figure pat00039

실시예 3에서, 4-(heptyloxy)benzoic acid 대신 heptanoic acid를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하여 표제화합물 4를 얻었다(72.4%).In the same manner as in Example 3 except that heptanoic acid was used instead of 4- (heptyloxy) benzoic acid in Example 3, the title compound 4 was obtained (72.4%).

1H-NMR (CDCl3):δ=8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.81 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 2.65 (t; 4H), 1.73 (m; 4H), 1.43-1.36 (m; 12H), 1.08 (t; 6H).
1 H-NMR (CDCl 3) : δ = 8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.81 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.18 (t; 2H), 2.65 (t; 4H), 1.73 (m, 4H), 1.43-1.36 (m, 12H), 1.08 (t, 6H).

[실시예 5] 화합물 5의 제조[Example 5] Preparation of Compound 5

Figure pat00040
Figure pat00040

실시예 3에서, 4-(heptyloxy)benzoic acid 대신 4-heptybenzoic acid를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하여 표제화합물 5를 얻었다(72.4%).In the same manner as in Example 3 except that 4-heptyloxybenzoic acid was used instead of 4- (heptyloxy) benzoic acid in Example 3, the title compound 5 was obtained (72.4%).

1H-NMR (CDCl3):δ=8.16 (s; 2H), 8.11 (d; 4H), 8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.30 (d, 4H), 7.18 (t; 2H), 2.63 (m; 4H), 1.68 (m; 4H), 1.35-1.29 (m; 16H), 1.02 (t; 6H).
1 H-NMR (CDCl 3) : δ = 8.16 (s; 2H), 8.11 (d; 4H), 8.07 (s; 2H), 7.93 (d; 2H), 7.37 (s; 2H), 7.30 (d, 4H), 7.18 (t, 2H), 2.63 (m, 4H), 1.68 (m, 4H), 1.35-1.29 (m, 16H), 1.02 (t, 6H).

[실시예 6 내지 10] 페나진 유도체의 제조[Examples 6 to 10] Preparation of phenazine derivatives

Figure pat00041
Figure pat00041

화합물 6 (2.49 mmol)을 CHCl3에 넣고 빛을 차단한다. 용액은 0 oC조건에서 교반한 뒤 N-bromosuccinimide (4.98 mmol)을 천천히 넣는다. 용액은 3시간 동안 교반한다. 혼합물을 chloroform과 물로 extraction한다. 혼합물은 컬럼을 통해 정제를 하고 다시 한번 MeOH에 재침전하여 화합물 6을 얻었다(75 %).Compound 6 (2.49 mmol) is added to CHCl 3 and light is blocked. The solution is stirred at 0 ° C and then slowly added N-bromosuccinimide (4.98 mmol). The solution is stirred for 3 hours. The mixture is extracted with chloroform and water. The mixture was purified via column and re-triturated again with MeOH to give compound 6 (75%).

화합물 7 내지 10은 화합물 1 대신 각각 2 내지 5를 사용하여 화합물 6을 제조하는 방법과 동일하게 제조하여 화합물 7 내지 10을 얻었다.Compounds 7 to 10 were prepared in the same manner as Compound 6 by using 2 to 5 instead of Compound 1 to give Compounds 7 to 10, respectively.

화합물 6: 1H-NMR(CDCl3):δ=7.95 (s; 2H), 7.53 (d; 2H), 7.30 (s; 2H), 7.13 (d; 2H), 4.25 (t; 4H), 2.00 (m; 4H), 1.56-1.30 (m; 28H), 0.89 (t; 6H).
Compound 6: 1 H-NMR (CDCl 3): δ = 7.95 (s; 2H), 7.53 (d; 2H), 7.30 (s; 2H), 7.13 (d; 2H), 4.25 (t; 4H), 2.00 (m, 4H), 1.56-1.30 (m, 28H), 0.89 (t, 6H).

[실시예 11 내지 20]페나진 유도체의 제조[Examples 11 to 20] Preparation of phenazine derivatives

화합물 11-1의 제조Preparation of Compound 11-1

Figure pat00042
Figure pat00042

THF (4.0 mL)에 5-bromo-2,2'-bithiophene (0.172 mmol)을 녹인 후 -78 oC에서 교반한다. 용액에 n-butyllithium (2.5 M in hexane, 0.076 mL, 0.189 mmol)을 넣고 1 시간 동안 교반한다. Trimethyltin chloride solution (0.20 mL, 0.20 mmol)을 용액에 천천히 첨가한다. 용액을 상온까지 온도를 올리고 diethyl ether와 물 (30 mL)로 추출한다. 유기층은 MgSO4로 건조하고 여과한 후 용매를 제거하여 표제 화합물 11-1을 얻었다(52 %).5-bromo-2,2'-bithiophene (0.172 mmol) was dissolved in THF (4.0 mL) and stirred at -78 ° C. To the solution is added n-butyllithium (2.5 M in hexane, 0.076 mL, 0.189 mmol) and the mixture is stirred for 1 hour. Trimethyltin chloride solution (0.20 mL, 0.20 mmol) is slowly added to the solution. The solution is warmed to room temperature and extracted with diethyl ether and water (30 mL). The organic layer was dried over MgSO 4 , filtered and then the solvent was removed to give the title compound 11-1 (52%).

화합물 11 내지 15의 제조Preparation of compounds 11 to 15

Figure pat00043

Figure pat00043

화합물 1′ (3.59 mmol)와 tetrakis (triphenylphosphine)palladium(0) (97 mg, 0.084 mmol)을 이구 둥근 바닥 플라스크에 넣고 진공을 걸고 질소를 넣는 과정을 세번 정도 해준다. 플라스크에 toluene을 첨가하고 110 oC에서 교반 한 뒤 화합물 11-1 (7.85 mmol)을 넣고 용액을 24시간 동안 교반한다. 혼합물을 물과 chloroform으로 extraction한 후 MgSO4을 넣고 교반한 후 혼합물을 MeOH에 여러 차례 재침전하여 화합물 11을 얻었다.Add 3 drops of compound 1 '(3.59 mmol) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (97 mg, 0.084 mmol) in a round bottom flask. After adding toluene to the flask and stirring at 110 ° C, compound 11-1 (7.85 mmol) was added and the solution was stirred for 24 hours. The mixture was extracted with water and chloroform, and MgSO 4 was added thereto. After stirring, the mixture was repeatedly refluxed in MeOH to obtain Compound 11.

화합물 12 내지 15은 화합물 1′ 대신 각각 2′ 내지 5′를 사용하여 화합물 11을 제조하는 방법과 동일하게 제조하여 화합물 12 내지 15를 얻었다.Compounds 12 to 15 were prepared in the same manner as Compound 11 by using 2 'to 5' instead of Compound 1 ', respectively, to give Compounds 12 to 15.

화합물 16 내지 20의 제조Preparation of compounds 16 to 20

Figure pat00044
Figure pat00044

화합물 11 (2.49 mmol)을 CHCl3에 넣고 빛을 차단한다. 용액을 0 oC조건에서 교반한 뒤 N-bromosuccinimide (0.895 g, 4.98 mmol)을 천천히 첨가한다. 혼합용액을 3시간 동안 교반한 후 chloroform과 물로 extraction한다. 혼합물은 컬럼을 통해 정제를 하고 다시 한번 MeOH에 재침전하여 화합물 16을 얻었다.Compound 11 (2.49 mmol) is added to CHCl 3 and light is blocked. The solution is stirred at 0 ° C and N-bromosuccinimide (0.895 g, 4.98 mmol) is slowly added. The mixed solution is stirred for 3 hours and then extracted with chloroform and water. The mixture was purified through a column and again redeposited in MeOH to give compound 16.

화합물 17 내지 20은 화합물 11 대신 각각 12 내지 15를 사용하여 화합물 16을 제조하는 방법과 동일하게 제조하여 화합물 17 내지 20을 얻었다.Compounds 17 to 20 were prepared in the same manner as Compound 16 by using 12 to 15 instead of Compound 11 to give Compounds 17 to 20, respectively.

화합물 16: 1H-NMR(CDCl3):δ=7.97 (s; 2H), 7.51 (d; 2H), 7.30 (s; 2H), 7.13 (d; 2H), 7.01 (d; 2H), 6.81 (d; 2H) 4.21 (t; 4H), 1.90 (m; 4H), 1.37-1.29 (m; 28H), 0.88 (t; 6H).
Compound 16: 1 H-NMR (CDCl 3): δ = 7.97 (s; 2H), 7.51 (d; 2H), 7.30 (s; 2H), 7.13 (d; 2H), 7.01 (d; 2H), 6.81 (d, 2H) 4.21 (t, 4H), 1.90 (m, 4H), 1.37-1.29 (m, 28H), 0.88 (t, 6H).

[실시예 21] 페나진 유도체를 포함하는 고분자 화합물(P2)의 제조[Example 21] Production of polymer compound (P2) containing a phenazine derivative

화합물 21-1의 제조Preparation of Compound 21-1

Figure pat00045
Figure pat00045

이구 둥근 바닥 플라스크에 9,9-Dihexyl-2,7-dibromofluorene (2.56 g, 5 mmol)을 넣고 THF에 녹인 뒤 아르곤 대기하에서 -78 oC조건하에서 t-BuLi (6.45 mL, 11mmol)을 천천히 떨어뜨린다. 이후 여기에 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (2.23 g, 12 mmol)을 첨가한다. 혼합용액을 상온에서 24시간동안 교반한 뒤 혼합용액을 ethyl acetate (60 mL × 4)을 가지고 extraction한다. 이후 MgSO4를 넣고 건조한 뒤 컬럼을 통해 정제하여(n-hexane : EA = 8 : 1) 하얀색 고체인 표제화합물 21-1을 얻었다(53 %).
9,9-Dihexyl-2,7-dibromofluorene (2.56 g, 5 mmol) was added to a round bottomed flask and dissolved in THF. Then, t-BuLi (6.45 mL, 11 mmol) was slowly dropped under an atmosphere of argon at -78 ° C I will. Then, 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (2.23 g, 12 mmol) is added thereto. After stirring the mixture at room temperature for 24 hours, the mixed solution is extracted with ethyl acetate (60 mL × 4). Thereafter, MgSO 4 was added, dried and purified through a column (n-hexane: EA = 8: 1) to give the title compound 21-1 as a white solid (53%).

화합물 21(P2)의 제조Preparation of Compound 21 (P2)

Figure pat00046
Figure pat00046

화합물 21-1 (0.326 g, 0.400 mmol), 화합물 1 (0.235 g, 0.400 mmol), tricyclohexyl phosphine (6.8 mg, 0.024 mmol) and Pd(OAc)2(10.8mg)을 이구 둥근 바닥 플라스크에 넣는다. 플라스크에 진공을 걸고 질소를 흐르게 하는 과정을 반복한다. 질소 하에서 toluene (8 mL)와 tetraethyl ammonium hydroxide solution (1.30 g)을 넣어준다. 혼합용액을 95 oC 질소하에서 24시간 동안 교반한다. 반응 후 용액을 MeOH (200 mL)와 1N HCl (20 mL)에 재침전한다. 침전된 고체를 o-dichlorobenzene에 녹여 MeOH에 재침전한다. 고분자를 Soxhlet extraction을 아세톤으로 하여 24시간 동안 진행한다. 얻어진 고분자는 컬럼을 통해 정제한다 (CHCl3).Compound 21-1 (0.326 g, 0.400 mmol), compound 1 (0.235 g, 0.400 mmol), tricyclohexyl phosphine (6.8 mg, 0.024 mmol) and Pd (OAc) 2 (10.8 mg) are placed in a round bottomed flask. Vacuum the flask and repeat the process of flowing nitrogen. Add toluene (8 mL) and tetraethyl ammonium hydroxide solution (1.30 g) under nitrogen. The mixed solution is stirred at 95 ° C under nitrogen for 24 hours. After the reaction, re-immerse the solution in MeOH (200 mL) and 1 N HCl (20 mL). The precipitated solid is dissolved in o- dichlorobenzene and re-dissolved in MeOH. The polymer is subjected to Soxhlet extraction in acetone for 24 hours. The obtained polymer is purified through a column (CHCl 3 ).

Mn=17.8× 103; Mw=34.7× 103; PDI=1.95.
M n = 17.8 × 10 3 ; M w = 34.7 × 10 3 ; PDI = 1.95.

[실시예 22] 페나진 유도체를 포함하는 고분자 화합물(P3)의 제조[Example 22] Production of polymer compound (P3) containing a phenazine derivative

화합물 22-1의 제조Preparation of Compound 22-1

Figure pat00047
Figure pat00047

용매 THF (30 mL)에 2,7-dibromo-9-(undecan-6-yl)-9H-carbazole (2.0 g, 4.17 mmol)을 녹인뒤 t-BuLi (10.2 mL)을 -78 ℃조건하에서 천천히 떨어뜨린다. 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxa-boralane (1.7 mL, 8.33 mmol)을 용액에 천천히 첨가한 후 혼합용액은 상온까지 온도를 올려 혼합용액을 12시간 동안 교반을 하고 EA와 물과 brine을 가지고 extraction한다. 혼합물은 컬럼을 통해 정제하고 MeOH:Acetone = 10 : 1비율의 용매로 재결정하여 표제 화합물 12-1을 얻었다(31.4 %).
To a solution of 2,7-dibromo-9- (undecan-6-yl) -9H-carbazole (2.0 g, 4.17 mmol) in THF (30 mL) was slowly added t-BuLi (10.2 mL) Drop it. 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxa-boralane (1.7 mL, 8.33 mmol) was slowly added to the solution and the temperature of the mixed solution was raised to room temperature. And extracted with EA, water and brine. The mixture was purified through a column and recrystallized with a solvent of MeOH: Acetone = 10: 1 to obtain the title compound 12-1 (31.4%).

화합물 22(P3)의 제조Preparation of Compound 22 (P3)

Figure pat00048
Figure pat00048

화합물 1 (0.235 g, 0.400 mmol), 화합물 12-1 (0.229 g, 0.400 mmol), tricyclohexyl phosphine (6.8 mg, 0.024 mmol) and Pd(OAc)2(10.8mg)을 이구 둥근 바닥 플라스크에 넣는다. 플라스크에 진공을 걸고 질소를 흐르게 하는 과정을 반복한다. 질소 하에서 toluene (8 mL)과 tetraethyl ammonium hydroxide solution (1.30 g)을 넣어준다. 용액은 95 oC 질소하에서 24시간 동안 교반한다. 반응 후 용액을 MeOH (200 mL)와 1N HCl (20 mL)에 재침전한다. 침전된 고체를 o-dichlorobenzene에 녹여 MeOH에 재침전한다. 고분자를 Soxhlet extraction을 아세톤으로 하여 24시간 동안 진행한다. 얻어진 고분자는 컬럼을 통해 정제한다 (CHCl3).Compound 1 (0.235 g, 0.400 mmol), compound 12-1 (0.229 g, 0.400 mmol), tricyclohexyl phosphine (6.8 mg, 0.024 mmol) and Pd (OAc) 2 (10.8 mg) are placed in a round bottomed flask. Vacuum the flask and repeat the process of flowing nitrogen. Add toluene (8 mL) and tetraethyl ammonium hydroxide solution (1.30 g) under nitrogen. The solution is stirred at 95 ° C under nitrogen for 24 hours. After the reaction, re-immerse the solution in MeOH (200 mL) and 1 N HCl (20 mL). The precipitated solid is dissolved in o- dichlorobenzene and re-dissolved in MeOH. The polymer is subjected to Soxhlet extraction in acetone for 24 hours. The obtained polymer is purified through a column (CHCl 3 ).

Mn=13.6×103; Mw=23.1×103; PDI=1.69.M n = 13.6 x 10 3 ; M w = 23.1 × 10 3 ; PDI = 1.69.

열적 안정성을 측정하기 위해 열중량 분석 (TGA)을 질소하에서 온도범위 25 oC에서 500 oC까지 올려서 고분자의 중량 변화를 관찰하였으며 도 2에 열분석 결과를 나타내었다. 실시예 11(P2)의 경우 5 wt % 의 중량 감소가 약 366 oC에서 변화가 일어났고 실시예(P3)은 368 oC에서 중량 감소가 있었다. 따라서 본 발명에 따른 고분자 화합물은 열 안정성이 매우 높아 유기태양전지에 적용하기에는 적합하다라는 것을 알 수 있었다.
Thermogravimetric analysis (TGA) was carried out under nitrogen at 25 o C to 500 o C to observe the change in weight of the polymer. Thermal analysis results are shown in Fig. In Example 11 (P2), a weight loss of 5 wt% occurred at about 366 ° C, whereas Example (P3) showed a weight loss at 368 ° C. Therefore, the polymer compound according to the present invention has a very high thermal stability and is suitable for application to organic solar cells.

[실시예 23]유기태양전지 제작[Example 23] Production of organic solar cell

상기 실시예 11과 실시예 12로부터 얻어진 고분자와 PC71BM (실시예 11 내지 12에서 제조된 고분자 : PC71BM = 1: 0.5 ~ 4.0 중량비)을 중량비를 달리하여 1,2-디클로로벤젠 혹은 클로로벤젠을 용매로 사용하여 복합체 용액을 제조하였다. ITO 코팅된 유리 기판을 일반적인 세정공정, 세정제 중의 초음파처리 및 증류수, 아세톤 및 2-프로판올에 의한 세정으로 세척하였다. ITO 면을 10분 동안 오존에 노출시킨 후 45 nm 두께를 갖는 PEDOT:PSS (Baytron P)를 ITO 기판 상에 스핀 코팅하였다. PEDOT:PSS 층을 핫 플레이트 상에서 120 ℃로 20분 동안 베이킹하였다. 광활성층은 0.45 μm (PTFE) syringe filter를 통해 필터링한 후 미리 용해시킨 복합체 용액을 스핀코팅하였다. 얻어진 소자 구조체를 열적 증류기 내에서 3x10-6torr 진공 하에서 광활성층 상에 0.7 nm 두께의 LiF 혹은 2.0 nm 두께의 Ca, 최상부 전극으로써 100 nm 두께의 Al 캐소드를 증착하여 완성하였다. 모든 고분자 광전셀의 전류 밀도-전압 (J-V) 특성을 Oriel 1000W solar simulator에 의해 100 mW/cm2 (AM 1.5 G)로써 태양광을 모사한 조명하에서 측정하였다. 실시예 13의 측정결과를 표 1에 정리하였다. 즉, Voc(open circuit voltage), JSC(short-circuit current density), FF(fill factor), 및 에너지 변환 효율(η, overall conversion efficiency)의 광전 파라미터(photovoltaic parameter)들을 표 1에 정리 도시하였다.The polymer obtained in Example 11 and Example 12 and PC 71 BM (polymer prepared in Examples 11 to 12: PC 7 1 BM = 1: 0.5 to 4.0 weight ratio) were mixed in a weight ratio of 1,2-dichlorobenzene or chloro Benzene as a solvent to prepare a composite solution. The ITO coated glass substrate was cleaned by a general cleaning process, ultrasonic treatment in a cleaning agent and rinsing with distilled water, acetone and 2-propanol. The ITO surface was exposed to ozone for 10 minutes and then PEDOT: PSS (Baytron P) having a thickness of 45 nm was spin-coated on the ITO substrate. The PEDOT: PSS layer was baked on a hot plate at 120 DEG C for 20 minutes. The photoactive layer was filtered through a 0.45 μm (PTFE) syringe filter and then spin-coated with a pre-dissolved complex solution. The resulting device structure was completed by depositing 0.7 nm thick LiF or 2.0 nm thick Ca on the photoactive layer under a vacuum of 3 × 10 -6 torr in a thermal still, and 100 nm thick Al cathode as the top electrode. The current density-voltage (JV) characteristics of all polymer optoelectronic cells were measured under the illumination of sunlight with 100 mW / cm 2 (AM 1.5 G) by Oriel 1000W solar simulator. The measurement results of Example 13 are summarized in Table 1. That is, the photovoltaic parameters of V oc (open circuit voltage), short-circuit current density (J SC ), fill factor (FF), and overall conversion efficiency (η) Respectively.

Copolymer:PC71BMCopolymer: PC 71 BM Jsc
(mA/cm2)
J sc
(mA / cm 2 )
Voc
(V)
V oc
(V)
FF
(%)
FF
(%)
Efficiency
(%)
Efficiency
(%)
P2 (1:2)P2 (1: 2) 4.674.67 0.770.77 30.530.5 1.091.09 P2 (1:4)P2 (1: 4) 4.784.78 0.770.77 35.435.4 1.301.30 P3 (1:2)P3 (1: 2) 8.218.21 0.840.84 50.250.2 3.463.46 P3 (1:4)P3 (1: 4) 8.748.74 0.830.83 56.356.3 4.084.08

표 1에서 보이는 바와 같이 본 발명의 신규한 화합물인 페나진 유도체를 단위체로 하여 제조된 고분자 화합물을 채용한 유기태양전지는 효율이 매우 우수한 것을 알 수 있다. As shown in Table 1, the organic solar cell employing the polymer compound prepared using the phenazine derivative as a unit, which is a novel compound of the present invention, has excellent efficiency.

100:유기 광전자소자 110: 기판
120: 제1전극 130: 버퍼층
140: 광전변환층 150: 제2전극
100: organic optoelectronic device 110: substrate
120: first electrode 130: buffer layer
140: photoelectric conversion layer 150: second electrode

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00049

[상기 화학식 1에서,
Z는 S 또는 Se이고;
R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며,
n과 m은 0 내지 4의 정수이다.
A compound represented by the following formula (1):
[Chemical Formula 1]
Figure pat00049

[In the above formula (1)
Z is S or Se;
R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, ≪ / RTI > and a silyl group,
n and m are an integer of 0 to 4;
제 1항에 있어서,
상기 R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기로, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬 또는 C1-C20알콕시로 더 치환될 수 있으며,
n과 m은 0 내지 2의 정수인 화합물.
The method of claim 1,
R is a C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkylcarbonyl group, C 6 -C 20 arylcarbonyl group, wherein the alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl or C 1 -C 20 alkoxy May be further substituted with
and n and m are an integer of 0 to 2. <
제1항에 있어서,
상기 Z는 S인 화합물.
The method of claim 1,
Wherein Z is S;
하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계;
하기 화학식 4의 화합물과 하기 화학식 5의 화합물을 반응시켜 하기 화학식 6의 화합물을 제조하는 단계; 및
하기 화학식 6의 화합물과 하기 화학식 7의 화합물을 반응시켜 화학식 1의 화합물을 제조하는 방법.
[화학식 1]
Figure pat00050

[화학식 2]
Figure pat00051

[화학식 3]
Figure pat00052

[화학식 4]
Figure pat00053

[화학식 5]
R-OA
[화학식 6]
Figure pat00054

[화학식 7]
Figure pat00055

[상기 화학식 1 내지 7에서,
Z는 S 또는 Se이고;
R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
X는 할로겐이며;
A는 수소 또는 파라톨루엔술포닐기이며;
n과 m은 0 내지 4의 정수이다]
Reacting a compound represented by Formula 2 and a compound represented by Formula 3 to prepare a compound represented by Formula 4 below;
Reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (5) to prepare a compound represented by the following formula (6); And
(6) with a compound of the following formula (7) to prepare a compound of the formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure pat00050

(2)
Figure pat00051

(3)
Figure pat00052

[Chemical Formula 4]
Figure pat00053

[Chemical Formula 5]
R-OA
[Chemical Formula 6]
Figure pat00054

(7)
Figure pat00055

[In Formulas 1 to 7,
Z is S or Se;
R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >
X is halogen;
A is hydrogen or a paratoluenesulfonyl group;
n and m are integers of 0 to 4]
제 4항에 있어서,
Z는 S이며;
R은 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기인 화학식 1의 화합물을 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
Z is S;
R is a C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkylcarbonyl group, C 6 -C 20 arylcarbonyl group.
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 단위체로 포함하는 고분자 화합물.
[화학식 1]
Figure pat00056

[상기 화학식 1에서,
Z는 S 또는 Se이고;
R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며,
n과 m은 0 내지 4의 정수이다.]
A polymer compound comprising a compound represented by the following formula (1) as a unit.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00056

[In the above formula (1)
Z is S or Se;
R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, ≪ / RTI > and a silyl group,
and n and m are integers of 0 to 4.]
제 6항에 있어서,
고분자 화합물은 하기 화학식 11로 표시되는 것을 특징으로 하는 고분자 화합물.
[화학식 11]
Figure pat00057

[상기 화학식 11에서,
Z는 S 또는 Se이고;
R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
T는 C6-C20아릴렌 또는 C3-C20헤테로아릴렌이며;
n과 m은 0 내지 4의 정수이며;
s는 1 내지 (500)의 정수이다.]
The method according to claim 6,
Wherein the polymer compound is represented by the following formula (11).
(11)
Figure pat00057

[In Formula 11,
Z is S or Se;
R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >
T is C 6 -C 20 arylene or C 3 -C 20 heteroarylene;
n and m are integers of from 0 to 4;
s is an integer from 1 to (500).]
제 7항에 있어서,
상기 T는 하기 구조에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 화합물.
Figure pat00058

Figure pat00059

Figure pat00060
Figure pat00061

Figure pat00062

[상기 구조식에서,
Z는 S 또는 Se이며;
R′과 R″는 서로 독립적으로, 수소, C1-C20알킬기, C6-C20아릴, C3-C20헤테로아릴 또는 C6-C20아르C1-C20알킬이며;
R11 내지 R14는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며, R′과 R″의 알킬기, 아릴, 헤테로아릴 및 아르알킬과 R11 내지 R14의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
o, p 및 q는 1 내지 2의 정수이다.]
8. The method of claim 7,
Wherein T is at least one selected from the following structures.
Figure pat00058

Figure pat00059

Figure pat00060
Figure pat00061

Figure pat00062

[In the above formula,
Z is S or Se;
R 'and R " are, independently of each other, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl, C 6 -C 20 aryl, C 3 -C 20 heteroaryl or C 6 -C 20 aryl C 1 -C 20 alkyl;
R 11 to R 14 are independently, hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 ahreu C 1 -C 20 alkyl together, R 'and R "alkyl group, Aryl, heteroaryl and aralkyl and the alkyl, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 14 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy , An amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a nitro group, a trifluoromethyl group and a silyl group;
o, p and q are integers of 1 to 2.]
제 7항에 있어서,
상기 화학식 11은 하기 구조식에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 화합물.
Figure pat00063

Figure pat00064

[상기 식에서,
Z는 S 또는 Se이고;
R는 C1-C20알킬기, C1-C20알킬보닐기, C6-C20아릴카보닐기, C6-C20아르C1-C20알킬기이며, 상기 알킬, 아릴 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
R11 내지 R12는 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시, C6-C20아르C1-C20알킬이며;
R11 내지 R12의 알킬기, 알콕시 및 아르알킬은 C1-C20알킬, C2-C20알케닐, C2-C20알키닐, C1-C20알콕시, 아미노기, 하이드록시기, 할로겐기, 사이아노기, 나이트로기, 트리플루오로메틸기 및 실릴기로 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
n과 m은 0 내지 4의 정수이며;
s는 1 내지 500의 정수이다.]
8. The method of claim 7,
(11) is selected from the following structural formulas.
Figure pat00063

Figure pat00064

[In the above formula,
Z is S or Se;
R is C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkyl group Beams, C 6 -C 20 aryl carbonyl group, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl group, said alkyl, aryl and aralkyl is C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, an amino group, a hydroxyl group, a halogen group, a cyano group, a methyl group as a group, a trifluoromethyl nitro, And a silyl group; and < RTI ID = 0.0 > R < / RTI >
R 11 to R 12 are independently of each other hydrogen, halogen, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy, C 6 -C 20 aralkyl C 1 -C 20 alkyl;
The alkyl group, alkoxy and aralkyl of R 11 to R 12 are independently selected from the group consisting of C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 1 -C 20 alkoxy, Which may be further substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano, nitro, trifluoromethyl and silyl groups;
n and m are integers of from 0 to 4;
and s is an integer of 1 to 500.]
기판;
상기 기판상에 형성된 제 1전극 및 제 2전극;
상기 제 1전극과 상기 제 2전극에 형성되며, 제 6항 내지 제 8항의 어느 한 항에 따른 고분자 화합물을 함유하는 광활성층을 포함하는 유기태양전지.
Board;
A first electrode and a second electrode formed on the substrate;
And a photoactive layer formed on the first electrode and the second electrode, the photoactive layer containing the polymer compound according to any one of claims 6 to 8.
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