KR20140068318A - Organic Photovoltaic Cells - Google Patents
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Abstract
Description
유기 태양 전지 소자에 관한 것이다. To an organic solar cell element.
전 세계적으로 신?재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있는 현 시점에서, 미래 에너지로써의 가능성과 다양한 장점을 지닌 유기 태양 전지 소자가 주목 받고 있다. 상기 유기 태양 전지 소자는, 실리콘을 이용한 무기 태양 전지 소자에 비하여, 박막화 및 저비용 제조가 가능하여, 향후 각종 플렉서블 소자에 다양하게 적용될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.At present, as interest in renewable energy is increasing worldwide, organic solar cell devices with potential and future advantages as future energy are attracting attention. The organic solar cell element can be thinned and manufactured at a low cost as compared with an inorganic solar cell element using silicon, and can be applied to various flexible devices in the future.
통상적인 유기 태양 전지 소자는, 양극, 정공 추출층, 광활성층 및 음극을 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지 소자에 조사된 광은 상기 광활성층에서 전자 및 정공으로 분리되어, 정공은 정공 추출층을 경유하여 양극을 통하여 추출되고, 전자는 음극을 통하여 추출될 수 있다.Conventional organic solar cell elements may include an anode, a hole extracting layer, a photoactive layer, and a cathode. The light irradiated to the organic solar cell element is separated into electrons and holes in the photoactive layer, holes are extracted through the hole extracting layer through the anode, and electrons can be extracted through the cathode.
그러나, 종래의 유기 태양 전지 소자의 광전 변환 효율 및 수명은 만족스럽지 못하였는 바, 이의 개선이 필요하다.However, the photoelectric conversion efficiency and lifetime of conventional organic solar cell devices are unsatisfactory, and improvement thereof is required.
우수한 광전 변환 효율 및 장수명을 갖는 유기 태양 전지 소자를 제공하는 것이다.And an organic solar cell element having excellent photoelectric conversion efficiency and long life.
일 구현예에 따르면, 기판 (11, 21), 양극(13, 23), 정공 추출층(15, 25), 전자 공여체를 포함한 광활성층(17, 27) 및 음극(19, 29)을 포함하고;According to one embodiment, the
상기 정공 추출층(15, 25)은 100nm 두께 기준으로 0.001 S/cm 이상의 전도도를 갖고;The hole extraction layer (15, 25) has a conductivity of at least 0.001 S / cm on a thickness of 100 nm;
상기 정공 추출층(15, 25)은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하고;The hole extraction layer (15, 25) includes a conductive polymer and a fluorine-based material;
상기 정공 추출층(15, 25)은 상기 양극 측에 배치된 제1면(110, 210) 및 상기 광활성층(17, 27) 측에 배치된 제2면(120, 220)을 갖고;The
상기 제2면(120, 220)의 일함수 절대값과 상기 전자 공여체의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위 절대값과의 차이가 0.2 eV 이하인, 유기 태양 전지 소자가 제공된다.Wherein the difference between the absolute value of the work function of the second surface (120, 220) and the absolute value of HOMO (High Occupied Molecular Orbital) of the electron donor is 0.2 eV or less.
상기 유기 태양 전지 소자는 우수한 광전 변환 효율 및 장수명을 가지며, 제작이 용이하다.The organic solar cell element has excellent photoelectric conversion efficiency and long life, and is easy to manufacture.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 유기 태양 전지 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 유기 태양 전지 소자의 시간-광전변환효율 그래프를 도시한 것이다.1 is a schematic cross-sectional view of an organic solar cell element according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of an organic solar cell element according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the time-photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell elements of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Fig.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양 전지 소자(10)의 단면을 개략적으로 도시한 단면이다. 상기 유기 태양 전지 소자(10)는 기판(11), 양극(13), 정공 추출층(15), 광활성층(17) 및 음극(19)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 상기 정공 추출층(15)은 상기 양극(13) 측에 배치되어 양극(13)과 접촉한 제1면(110) 및 상기 광활성층(17) 측에 배치되어 상기 광활성층(17)과 접촉한 제2면(120)을 갖는다.1 is a sectional view schematically showing a cross section of an organic
상기 기판(11)으로서, 통상적인 반도체 공정에서 사용되는 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(11)은 실리콘, 실리콘 산화물, 금속 호일(metal foil, 예를 들면, 구리 호일, 알루미늄 호일, 스테인레스 스틸(stainless steel) 등), 금속 산화물, 고분자 기판(polymer substrate) 및 이들 중 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 금속 호일은, 녹는점(melting point)이 높으면서 그래펜을 형성시킬 수 있는 촉매로는 작용하지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 금속 산화물의 예로는, 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 인듐 틴 옥사이드 등을 들 수 있고, 상기 고분자 기판의 예로는, 켑톤 호일, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the
예를 들어, 상기 기판(11)은 상술한 바와 같은 고분자 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the
상기 양극(13)은 상기 기판(11) 상부에 양극 형성용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 양극(13)은 정공 추출이 용이하도록 비교적 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 양극(13)은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 상기 양극 형성용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 금속산화물/금속/금속산화물 다중층, 그래핀 (graphene) 및 카본 나노 튜브 (carbon nano tube) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), Ag, Ag/ITO, Ag/IZO, 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 양극(13)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다. 상기 양극(13)은 서로 다른 2종의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극(13)을 서로 다른 2종의 물질을 포함한 2층 구조로 형성할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.The
상기 양극(13) 상에는 정공 추출층(15)이 형성되어 있다. 상기 정공 추출층(15)은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함할 수 있다.On the anode (13), a hole extracting layer (15) is formed. The
상기 정공 추출층(15) 중 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질은 서로 균일하게 혼합되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 추출층(15)은 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질이 서로 균일하게 혼합되어 있는 단일막일 수 있다.The conductive polymer and the fluorine-based material in the
한편, 상기 정공 추출층(15)의 제2면(120) 중 불소계 물질의 농도는 상기 정공 추출층(15)의 제1면(110) 중 불소계 물질의 농도보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질이 농도 구배를 갖는 단일막일 수 있다. 일 구현예로서, 상기 정공 추출층(15) 중 상기 전도성 고분자의 농도는 상기 양극(13)에서 상기 광활성층(17)을 향하는 방향에 따라 감소하고, 상기 불소계 물질의 농도는 상기 양극(13)에서 상기 광활성층(17)을 향하는 방향에 따라 증가할 수 있다. 이로써, 상기 정공 추출층(15) 중 상기 광활성층(17)과 접하는 제2면(120)에서의 불소계 물질의 농도가 상대적으로 높아져, 제2면(120)의 일함수 절대값과 상기 광활성층(17) 중 전자 공여체의 HOMO 준위 절대값 차이가 보다 더 감소될 수 있다.The concentration of the fluorine-based material in the
또 다른 예로서, 상기 정공 추출층(15)의 상기 제2면(120) 중 상기 전도성 고분자는 비존재하고, 상기 불소계 물질은 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 추출층(15)과 상기 광활성층(17)의 계면는 상기 불소계 물질만이 존재할 수 있다. 이로써, 상기 정공 추출층(15) 중 상기 광활성층(17)과 접하는 제2면(120)에서는 불소계 물질만이 존재하여 제2면(120)의 일함수 절대값과 상기 광활성층(17) 중 전자 공여체의 HOMO 준위 절대값 차이가 보다 더 감소될 수 있다.As another example, the conductive polymer of the
상기 전도성 고분자는, 예를 들면, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리카바졸, 이들 중 2 이상의 서로 다른 반복 단위를 포함한 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들 중 2 이상의 블렌드를 포함할 수 있다. The conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polystyrene, polyethylene dioxythiophene, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylvinylene, polycarbazole, Copolymers, derivatives thereof, or blends of two or more thereof.
상기 ?平峠拉?는 상기 전도성 고분자들의 서로 다른 반복 단위가 모두 주쇄에 포함된 공중합체, 상기 전도성 고분자들의 서로 다른 반복 단위 중 하나는 측쇄에 포함된 그래프트 타입 공중합체 등을 포함한다. 또한, 상기 ?平峠拉?는 랜덤 공중합체, 교대(alternative) 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.The above-mentioned conductive polymer includes a copolymer in which all the different repeating units of the conductive polymer are included in the main chain, and one of the different repeating units of the conductive polymer is a graft type copolymer contained in the side chain. In addition, the polyvinyl alcohol may be a random copolymer, an alternative copolymer or a block copolymer.
상기 ??돤?는 이온기가 결합된 전도성 고분자, 이온기를 포함한 고분자산(polymeric acid)과 이온기를 통하여 결합(예를 들면, 이온 결합)되어 있는 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전도성 고분자는 이온기 및 고분자 중 1종 이상으로 도핑된 셀프-도핑(self-doped) 전도성 고분자를 포함할 수 있다.The conductive polymer may include an ionic group-containing conductive polymer, a polymeric acid including an ionic group, and a conductive polymer (eg, ion-bonded) through an ionic group. Accordingly, the conductive polymer may include a self-doped conductive polymer doped with at least one of an ionic group and a polymer.
상기 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함할 수 있다. The ionic group may comprise an anionic group and a counter cationic group for the anionic group.
예를 들어, 상기 음이온기는 PO3 2 -, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2 -으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.For example, the anionic group may be selected from the group consisting of PO 3 2 - , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2 - .
한편, 상기 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the cationic group may include at least one of metal ion and organic ion. The metal ion is Na +, K +, Li + , Mg +2, Zn +2 and may be selected from the group consisting of Al +3, the organic ions are H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer of 0 to 50) no.
상기 고분자산은 상술한 바와 같은 이온기가 측쇄에 결합되어 있는 전도성 고분자일 수 있으며, 이는 후술할 고분자 1 내지 26으로부터 용이하게 인식할 수 있다. The polymeric acid may be a conductive polymer in which an ionic group as described above is bonded to a side chain, which can be easily recognized from the following Polymers 1 to 26.
예를 들어, 상기 전도성 고분자의 구체예는 하기와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다:For example, specific examples of the conductive polymer include, but are not limited to, the following:
<고분자 1 (PEDOT:PSS)> <고분자 2 (PANI:DBSA)>≪ Polymer 1 (PEDOT: PSS) > < Polymer 2 (PANI: DBSA) >
<고분자 3> <고분자 4(PSS-g-PANI)>≪ Polymer 3 > < Polymer 4 (PSS-g-PANI) >
<고분자 5> <고분자 6>≪ Polymer 5 > < Polymer 6 >
<고분자 7> <고분자 8><Polymer 7> <Polymer 8>
<고분자 9(PANI:PSS)> <고분자 10><Polymer 9 (PANI: PSS)> <
<고분자 11> <고분자 12>≪
<고분자 13> <고분자 14>≪
<고분자 15> <고분자 16>≪
<고분자 17> <고분자 18>≪
<고분자 19> <고분자 20>≪
<고분자 21> <고분자 22>≪
<고분자 23> <고분자 24>≪
<고분자 25> <
상기 정공 추출층(15)은 상술한 바와 같은 전도성 고분자를 포함하는 바, 상기 정공 추출층(15)은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 가질 수 있다. The
상기 불소계 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머(이온기를 갖는 고분자)일 수 있다:The fluorine-based material may be an ionomer represented by the following formula (1) (polymer having an ion group)
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000, 0≤ a ≤ 20, 0 ≤ b ≤ 20 이고;0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000, 0? A? 20, 0? B? 20;
A, B, A'및 B'는 각각 독립적으로, C, Si, Ge, Sn, 및 Pb로 이루어지는 군으로부터 선택되고;A, B, A 'and B' are each independently selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, and Pb;
R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3' 및 R4' 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되, 단, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함하고; Each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ', R 2 ', R 3 'and R 4 ' is independently hydrogen, halogen, a nitro group, a substituted or unsubstituted amino group, unsubstituted C 1 -C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C aryl group, a substituted or unsubstituted aryloxy-substituted C 6 -C 30, substituted or unsubstituted C 2 30 - for C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 20 in the bicyclo alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl ester group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkyl of S. Encircling, doedoe selected from substituted or unsubstituted aryl ester group of the unsubstituted C 6 -C 30 and, heteroaryl ester groups the group consisting of substituted or unsubstituted C 2 -C 30, However, R 1, R 2, R 3, And R 4 At least one of them is an ionic group or an ionic group;
X 및 X'는 각각 독립적으로 단순 결합, O, S, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되, The X and X 'are each independently selected from a simple bond, O, S, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 6 - C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group of C 2 -C 30 alkylene group of , A substituted or unsubstituted C 5 -C 20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl ester group, And an unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl ester group,
단, n이 0인 경우, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 할로겐 원소를 포함하는 소수성 작용기이거나, 소수성 작용기를 포함할 수 있다. Provided that when n is 0, at least one of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 may be a hydrophobic functional group containing a halogen element or may include a hydrophobic functional group.
이와 같은 소수성 작용기로서는, 예를 들어 할로겐 원자와 할로겐 원소를 적어도 하나 이상 포함하는 C1-C30 할로겐화 알킬기, 할로겐화 C1-C30 알콕시기, 할로겐화 C1-C30 헤테로알킬기, C1-C30 할로겐화 알콕시기, 할로겐화 C1-C30 헤테로알콕시기, 할로겐화 C6-C30 아릴기, 할로겐화 C6-C30의 아릴알킬기, 할로겐화 C6-C30의 아릴옥시기, 할로겐화 C2-C30의 헤테로아릴기, 할로겐화 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 할로겐화 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 할로겐화 C5-C20의 사이클로알킬기, 할로겐화 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 할로겐화 C1-C30 알킬에스테르기, 할로겐화 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 할로겐화 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 할로겐화 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 소수성 작용기는 할로겐 원자일 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성 작용기는 불소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of such hydrophobic group, such as halogen atoms and C 1 -C 30 halogenated alkyl group containing at least one halogen atom, a halogenated C 1 -C 30 alkoxy group, a halogenated C 1 -C 30 heterocyclic group, C 1 -C 30 halogenated alkoxy group, a halogenated C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a halogenated C 6 -C 30 aryl group, an aryloxy group of a halogenated C 6 -C 30 arylalkyl group, a halogenated C 6 -C 30 of a halogenated C 2 -C A halogenated C 2 -C 30 heteroaryl group, a halogenated C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a halogenated C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a halogenated C 5 -C 20 cycloalkyl group, a halogenated C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, A halogenated C 1 -C 30 alkyl ester group, a halogenated C 1 -C 30 heteroalkyl ester group, a halogenated C 6 -C 30 aryl ester group, and a halogenated C 2 -C 30 heteroaryl ester group. For example, the hydrophobic functional group may be a halogen atom. Specifically, the hydrophobic functional group may be fluorine, but is not limited thereto.
0 < n < 10,000,000인 경우, 상기 이오노머는 이온기를 갖지 않는 비이온성 단량체와 함께 공중합된 구조를 가짐으로써, 이오노머 내의 이온기의 함량이 적절한 범위로 감소되고 그 결과 전자와의 반응에 의해 분해되는 잔기의 함량을 줄일 수 있게 된다. 이 때, 비이온성 공단량체의 함량은 상기 이오노머 형성을 위하여 필요한 전체 단량체 함량에 대하여 1 몰% 내지 99 몰%, 예를 들면, 1 내지 50 몰%일 수 있다. 상기 공단량체의 함량이 상술한 범위를 만족할 경우, 충분한 함량의 이온기를 포함한 이오노머를 제조할 수 있다. When 0 < n < 10,000,000, the ionomer has a structure copolymerized with a nonionic monomer having no ionic group, so that the content of ionic groups in the ionomer is reduced to an appropriate range. As a result, Can be reduced. In this case, the content of the nonionic comonomer may be 1 mol% to 99 mol%, for example, 1 to 50 mol% based on the total monomer content required for the ionomer formation. When the content of the comonomer satisfies the above-mentioned range, it is possible to produce an ionomer containing a sufficient content of ionic groups.
상기 화학식 1의 R1, R2, R3 또는 R4 중 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함할 수 있다. 이때 이온기는 음이온과 양이온의 짝으로 이루어지는데, 음이온기로는 PO3 2 -, SO3 -, COO-, I-, CHOSO3 -, CH3COO-, BO2 2 - 등이 있고, 양이온으로는 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2, Al+3 과 같은 금속 이온; 혹은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, CH3(CH2)n CHO+ (R은 알킬기, 즉, CH3(CH2)n -; n은 0 내지 50의 정수)과 같은 유기 이온을 예로 들 수 있다.R 1 , R 2 , R 3 or R 4 in the above formula (1) May be an ionic group, or may include an ionic group. In this case, the ion group is composed of a pair of anion and cation. Examples of the anion group include PO 3 2 - , SO 3 - , COO - , I - , CHOSO 3 - , CH 3 COO - , BO 2 2 - Metal ions such as Na + , K + , Li + , Mg +2 , Zn +2 , and Al +3 ; Or H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 +, NH 2 +, NHSO 2 CF 3 +, Such as CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , CH 3 (CH 2 ) n CHO + (where R is an alkyl group, ie CH 3 (CH 2 ) n - where n is an integer from 0 to 50) Organic ions.
예를 들어, 상기 불소계 물질은, 하기 화학식 2 내지 13의 반복 단위들 중 1종 이상을 포함한, 이오노머일 수 있다. For example, the fluorine-based material may be an ionomer containing at least one of the repeating units represented by the following formulas (2) to (13).
<화학식 2>(2)
상기 식 중, m은 1 내지 10,000,000의 수이고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 10의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;Wherein M is a number from 1 to 10,000,000 and x and y are each independently a number from 0 to 10 and M + is selected from Na + , K + , Li + , H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 3>(3)
상기 식중, m은 1 내지 10,000,000의 수이다;Wherein m is a number from 1 to 10,000,000;
<화학식 4>≪ Formula 4 >
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000 이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y is a number from 0 to 20, each independently, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 5>≪ Formula 5 >
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y is a number from 0 to 20, each independently, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 6>(6)
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, z는 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, z is a number from 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 7>≪ Formula 7 >
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이고, Y는 -COO-M+, -SO3 -NHSO2CF3+, -PO3 2 -(M+)2 중에서 선택된 하나이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n <10,000,000 and, x and y are each independently a number of from 0 to 20, Y is -COO - M +, -SO 3 - NHSO 2 CF3 + , -PO 3 2 - (M + ) 2 , and one selected from a, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50) , NH 4 +, NH 2 + , NHSO 2 CF 3 +, CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 8>(8)
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;Wherein m and n are 0 < m? 10,000,000 and 0? N <10,000,000, M + is Na + , K + , Li + , H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + 50 integer), NH 4 +, NH 2 +, NHSO 2 CF 3 +, CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 9>≪ Formula 9 >
상기 식 중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이다;Wherein m and n are 0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000;
<화학식 10>≪
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x는 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x is a number from 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 11>≪
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y are each independently a number of 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 12>≪ Formula 12 >
상기 식중, m 및 n은 0 ≤ m < 10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000이고, Rf = -(CF2)z- (z는 1 내지 50의 정수, 단 2는 제외), -(CF2CF2O)zCF2CF2-(z는 1 내지 50의 정수), -(CF2CF2CF2O)zCF2CF2- (z는 1 내지 50의 정수)이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;The above formula, m and n are 0 ≤ m <10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000 is a, R f - (CF 2 ) z - (z is an integer of 1 to 50, excluding 2), - (CF 2 CF 2 O) z CF 2 CF 2 - (z is an integer of 1 to 50) 2 CF 2 CF 2 O) z CF 2 CF 2 - (z is an integer from 1 to 50), M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + ( n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
<화학식 13>≪
상기 식중, m 및 n은 0 ≤ m < 10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000이고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, Y는 각각 독립적으로, -SO3 -M+, -COO-M+, -SO3 -NHSO2CF3+, -PO3 2 -(M+)2 중에서 선택된 하나이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다.The above formula, m and n are 0 ≤ m <10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000 and, x and y are each independently a number of 0 to 20, Y are, each independently, -SO 3 - M +, -COO - M +, -SO 3 - NHSO 2 CF3 +, -PO 3 2 - and the (M +) one selected from the group consisting of 2, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer of 0 to 50).
한편, 상기 불소계 물질-함유막(15)에 포함된 불소계 물질은 하기 화학식 20으로 표시되는 불화 올리고머일 수 있다.Meanwhile, the fluorine-based material contained in the fluorine-based substance-containing
<화학식 20>(20)
X-Mf n-Mh m-Ma r-GXM f n -M h m -M a r -G
상기 화학식 20 중,In the above formula (20)
X는 말단기이고;X is a terminal group;
Mf는 퍼플루오로폴리에테르 알코올, 폴리이소시아네이트 및 이소시아네이트 반응성-비불소화 모노머의 축합 반응으로부터 수득한 불화 모노머로부터 유래된 단위를 나타내고;M f represents a unit derived from a fluorinated monomer obtained from the condensation reaction of a perfluoropolyether alcohol, a polyisocyanate, and an isocyanate-reactive-nonfluorinated monomer;
Mh는 비불소화 모노머로부터 유래된 단위를 나타내고;M h represents a unit derived from a non-fluorinated monomer;
Ma는 -Si(Y4)(Y5)(Y6)으로 표시되는 실릴기를 갖는 단위를 나타내고;M a represents a unit having a silyl group represented by -Si (Y 4 ) (Y 5 ) (Y 6 );
상기 Y4, Y5 및 Y6는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기 또는 가수분해성 치환기를 나타내고, 상기 Y4, Y5 및 Y6 중 적어도 하나는 상기 가수분해성 치환기이고; Y 4 , Y 5 and Y 6 independently represent a substituted or unsubstituted C 1 -C 20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group or a hydrolyzable substituent, and Y 4 , Y 5 and Y < 6 > is the hydrolyzable substituent;
G는 사슬전달제(chain transfer agent)의 잔기를 포함한 1가 유기 그룹이고;G is a monovalent organic group containing a residue of a chain transfer agent;
n은 1 내지 100의 수이고;n is a number from 1 to 100;
m은 0 내지 100의 수이고;m is a number from 0 to 100;
r은 0 내지 100의 수이고;r is a number from 0 to 100;
n+m+r은 적어도 2이다.n + m + r is at least 2.
예를 들어, 상기 화학식 20중 상기 X는 할로겐 원자일 수 있고, 상기 Mf는 플루오르화 C1-C10알킬렌기일 수 있고, Mh는 C2-C10알킬렌기일 수 있고, 상기 Y4, Y5 및 Y6는 서로 독립적으로, 할로겐 원자(Br, Cl, F 등)일 수 있고, p는 0일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 10으로 표시되는 불화 실란계 물질은 CF3CH2CH2SiCl3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, in
본 명세서 중 비치환된 알킬기의 구체적인 예로는 직쇄형 또는 분지형으로서 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기 (-NH2, -NH(R), -N(R')(R"), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기임), 아미디노기, 히드라진, 또는 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1-C20의 알킬기, C1-C20의 할로겐화된 알킬기, C1-C20의 알케닐기, C1-C20의 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.Specific examples of the unsubstituted alkyl groups in the present specification include linear or branched alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, iso-amyl and hexyl. The at least one hydrogen atom contained may be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen atom, a hydroxy group, a nitro group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group (-NH 2 , -NH (R), -N (R ' R "is independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with each other), an amidino group, hydrazine, hydrazone or jongi, a carboxyl group, a sulfonic acid group, phosphoric acid group, a halogenated alkyl group of C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 a, A C 1 -C 20 alkenyl group, a C 1 -C 20 alkynyl group, a C 1 -C 20 heteroalkyl group, a C 6 -C 20 aryl group, a C 6 -C 20 arylalkyl group, a C 6 -C 20 Or a C 6 -C 20 heteroarylalkyl group.
본 명세서 중 헤테로알킬기는, 상기 알킬기의 주쇄 중의 탄소원자 중 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 5개의 탄소원자가 산소원자, 황원자, 질소원자, 인원자 등과 같은 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.The heteroalkyl group in the present specification means that at least one, preferably 1 to 5 carbon atoms in the main chain of the alkyl group is substituted with a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom and the like.
본 명세서 중 아릴기는 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 카보사이클 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등과 같은 방향족 그룹을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.Aryl groups in this specification refer to carbocyclic aromatic systems comprising at least one aromatic ring, which rings may be attached together or fused together by a pendant method. Specific examples of the aryl group include an aromatic group such as phenyl, naphthyl, tetrahydronaphthyl and the like, and at least one hydrogen atom of the aryl group may be substituted with the same substituent as the alkyl group.
본 명세서 중 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합 (fused)될 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.As used herein, the heteroaryl group means a ring aromatic system having 5 to 30 ring atoms, with 1, 2 or 3 heteroatoms selected from N, O, P or S and the remaining ring atoms C, Or they can be fused together. And at least one hydrogen atom in the heteroaryl group may be substituted with the same substituent as in the case of the alkyl group.
본 명세서 중 알콕시기는 라디칼 -O-알킬을 말하고, 이때 알킬은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.The alkoxy group in the present specification refers to a radical -O-alkyl, wherein alkyl is as defined above. Specific examples thereof include methoxy, ethoxy, propoxy, isobutyloxy, sec-butyloxy, pentyloxy, iso-amyloxy and hexyloxy. At least one hydrogen atom in the alkoxy group Can be substituted with the same substituents as those described above.
본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로알콕시기는 1개 이상의 헤테로 원자 예를 들어 산소, 황 또는 질소가 알킬 사슬 내에 존재할 수 있다는 것을 제외하면 본질적으로 상기 알콕시의 의미를 가지며, 예를 들면 CH3CH2OCH2CH2O-, C4H9OCH2CH2OCH2CH2O- 및 CH3O(CH2CH2O)nH 등이다.If the group is a substituent of heterocyclic alkoxy used in the present invention contains one or more heteroatoms, for example, except that oxygen, sulfur or nitrogen may be present in the alkyl chain essentially has the meaning of said alkoxy, for example, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 2 O-, C 4 H 9 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 O-, and CH 3 O (CH 2 CH 2 O) n H.
본 명세서 중 아릴알킬기는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에서 수소원자중 일부가 저급알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등과 같은 라디칼로 치환된 것을 의미한다. 예를 들어 벤질, 페닐에틸 등이 있다. 상기 아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.As used herein, an arylalkyl group means that in the aryl group as defined above, some of the hydrogen atoms are replaced by a radical such as lower alkyl, such as methyl, ethyl, propyl, and the like. For example, benzyl, phenylethyl and the like. At least one hydrogen atom of the arylalkyl group may be substituted with the same substituent as the alkyl group.
본 명세서 중 헤테로아릴알킬기는 헤테로아릴기의 수소 원자 일부가 저급 알킬기로 치환된 것을 의미하며, 헤테로아릴알킬기중 헤테로아릴에 대한 정의는 상술한 바와 같다. 상기 헤테로아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.In the present specification, the heteroarylalkyl group means that a part of the hydrogen atoms of the heteroaryl group is substituted with a lower alkyl group, and the definition of heteroaryl in the heteroarylalkyl group is as described above. At least one hydrogen atom of the heteroarylalkyl group may be substituted with the same substituent as the alkyl group.
본 명세서 중 아릴옥시기는 라디칼 -O-아릴을 말하고, 이때 아릴은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로서 페녹시, 나프톡시, 안트라세닐옥시, 페난트레닐옥시, 플루오레닐옥시, 인데닐옥시 등이 있고, 아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.The aryloxy group in this specification refers to a radical -O-aryl, wherein aryl is as defined above. Specific examples thereof include phenoxy, naphthoxy, anthracenyloxy, phenanthrenyloxy, fluorenyloxy, indenyloxy and the like. At least one hydrogen atom of the aryloxy group may be substituted with the same substituent as the alkyl group Do.
본 명세서 중 헤테로아릴옥시기는 라디칼 -O-헤테로아릴을 말하며, 이때 헤테로아릴은 위에서 정의된 바와 같다.The heteroaryloxy group in this specification refers to a radical -O-heteroaryl, wherein the heteroaryl is as defined above.
본 명세서 중 헤테로아릴옥시기의 구체적인 예로서, 벤질옥시, 페닐에틸옥시기 등이 있고, 헤테로아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.In the present specification, specific examples of the heteroaryloxy group include benzyloxy, phenylethyloxy and the like, and at least one hydrogen atom of the heteroaryloxy group may be substituted with the same substituent as the alkyl group.
본 명세서 중 사이클로알킬기는 탄소원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 적어도 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.In the present specification, the cycloalkyl group means a monovalent monocyclic system having 5 to 30 carbon atoms. At least one hydrogen atom in the cycloalkyl group may be substituted with a substituent similar to that of the alkyl group.
본 명세서 중 헤테로사이클로알킬기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.As used herein, a heterocycloalkyl group refers to a monovalent monocyclic system of 5 to 30 ring atoms, wherein the ring atom contains C, 1, 2 or 3 heteroatoms selected from N, O, P or S, At least one hydrogen atom of the cycloalkyl group may be substituted with the same substituent as the alkyl group.
본 명세서 중 알킬에스테르기는 알킬기와 에스테르기가 결합되어 있는 작용기를 의미하며, 이때 알킬기는 상기 정의한 바와 같다.In the present specification, the alkyl ester group means a functional group having an alkyl group and an ester group bonded thereto, wherein the alkyl group is as defined above.
본 명세서 중 헤테로알킬에스테르기는 헤테로알킬기와 에스테르기가 결합되어 있는 작용기를 의미하며, 상기 헤테로알킬기는 상기 정의한 바와 같다.In the present specification, a heteroalkyl ester group means a functional group having a heteroalkyl group and an ester group bonded thereto, and the heteroalkyl group is as defined above.
본 명세서 중 아릴에스테르기는 아릴기와 에스테르기가 결합되어 있는 작용기를 의미하며, 이때 아릴기는 상기 정의한 바와 같다.In the present specification, an aryl ester group means a functional group having an aryl group and an ester group bonded thereto, wherein the aryl group is as defined above.
본 명세서 중 헤테로아릴에스테르기는 헤테로아릴기와 에스테르기가 결합되어 있는 작용기를 의미하며, 이때 헤테로아릴기는 상기에서 정의한 바와 같다.In the present specification, the heteroaryl ester group means a functional group in which a heteroaryl group and an ester group are bonded, wherein the heteroaryl group is as defined above.
본 발명에서 사용되는 아미노기는 -NH2, -NH(R) 또는 -N(R')(R")을 의미하며, R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.The amino group used in the present invention is -NH 2 , -NH (R) or -N (R ') (R "), and R' and R" are independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
본 명세서 중 할로겐은 불소, 염소, 브롬, 요오드, 또는 아스타틴이며, 이들 중에서 불소가 특히 바람직하다.In the present specification, halogen is fluorine, chlorine, bromine, iodine, or astatine, of which fluorine is particularly preferred.
상기 광활성층(17)은 조사된 광으로부터 정공과 전자를 분리시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광활성층(17)은 전자 공여체 및 전자 수용체를 포함할 수 있다. 상기 광활성층(17)은 상기 전자 공여체 및 전자 수용체를 포함한 단일층이거나, 상기 전자 공여체를 포함한 층 및 상기 전자 수용체를 포함한 층을 포함한 복층(multiple layers)일 수 있는 등, 다양한 구조를 가질 수 있다.The
상기 전자 공여체는 HOMO 준위의 절대값이 5.1 eV 이상인 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 공여체는, π-전자를 포함하는 p-형 공액 고분자 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 공여체의 예로는, 폴리실록산 카르바졸, 폴리아닐린, 폴리에틸렌 옥사이드, (폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌), MDMO-PPV(폴리[2-메톡시-5-3(3',7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌]: poly[2-methoxy-5-3(3',7'-dimethyloctyloxy)-1-4-phenylene vinylene]), PFDTBT(폴리(2,7-(9,9-디옥틸)-플루오렌-alt-5,5-(4',7'-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸): poly((2,7-(9,9-dioctyl)-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)), PCDTBT(Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), 폴리인돌, 폴리카르바졸, 폴리피리디아진, 폴리이소티아나프탈렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피리딘, 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리피리딘, 이들의 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 전자 공여체는 p-형 공액 저분자 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구리프탈로시아닌 (CuPc), 올리고티오펜(oligo-thiopehene), Chem. Mater. 2011, 23, 470-482에 기술된 다양한 재료 등을 사용할 수 있다. 상기 전자 공여체의 구체예 중 2 이상의 조합(블렌드, 공중합체 등을 모두 포함함)의 사용도 물론 가능하다.The electron donor may be a substance having an absolute value of the HOMO level of 5.1 eV or more. For example, the electron donor may comprise a p-type conjugated polymer material including a pi -electron. Examples of the electron donor include polysiloxane carbazole, polyaniline, polyethylene oxide, (poly (1-methoxy-4- (0 -dispersed 1) -2,5-phenylene-vinylene), MDMO-PPV Poly [2-methoxy-5-3 (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene] -1,4-phenylene vinylene], PFDTBT (poly (2,7- (9,9-dioctyl) -fluorene-alt-5,5- (4 ', 7'- 2 ', 1', 3'-benzothiadiazole): poly ((2,7- (9,9-dioctyl) -fluorene) -alt- 2 ', 1'3'-benzothiadiazole), PCDTBT (Poly [[9- (1-octylononyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3 -benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), polyindole, polycarbazole, polypyridazine, polyisothianaphthalene, polyphenylene sulfide, polyvinylpyridine, polythiophene, polyfluorene , Polypyridine, derivatives thereof, etc. However, the present invention is not limited thereto. The electron donor may be a p- Various materials described in copper phthalocyanine (CuPc), oligo-thiopehene, Chem. Mater. 2011, 23, 470-482, etc. can be used. It is of course possible to use a combination of two or more of the specific examples of the electron donor (including blends, copolymers, etc.).
상기 전자 수용체로는, 전자 친화도가 큰 플러렌(예를 들면, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등); 플러렌 유도체(예를 들면, PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester), PC70BM([6,6]-phenyl C71-butyric acid methyl ester), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등); 페릴렌(perylene); CdS, CdTe, CdSe, ZnO 등과 같은 나노 결정을 포함한 무기 반도체; 탄소나노튜브, 탄소나노로드 PBI(폴리벤지이미다졸), PTCBI(3,4,9,10 perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the electron acceptor include fullerenes having a high electron affinity (for example, C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860, etc.); (6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester), PC70BM ([6,6] -phenyl C71-butyric acid methyl ester), C71-PCBM, C84-PCBM, bis -PCBM and the like); Perylene; Inorganic semiconductor containing nanocrystals such as CdS, CdTe, CdSe, ZnO and the like; Carbon nanotubes, carbon nanorods PBI (polybenzimidazole), PTCBI (3,4,9,10 perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), or mixtures thereof, but are not limited thereto.
예를 들어, 상기 광활성층(17)은 전자 공여체로서 P3HT와 전자 수용체로서 플러렌 유도체인 PCBM을 포함한 단일층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the
상기 광활성층(17)에 광 조사되며, 광 여기에 의하여 전자와 정공의 쌍인 엑시톤이 형성되고 이 엑시톤은 전자 공여체와 전자 수용체의 계면에서 전자 공여체와 전자 수용체 간의 전자 친화도의 차이에 의하여 전자와 정공으로 분리된다. The
상기 광활성층(17) 중 전자 공여체의 HOMO 준위(High Occupied Molecular Orbital) 절대값과 상기 제2면(200)의 일함수 절대값 차이는 0.2eV 이하, 예를 들면, 0.1 eV 이하, 구체적으로, 0.05eV 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 광활성층(17) 중 전자 공여체의 HOMO 준위(High Occupied Molecular Orbital) 절대값과 상기 제2면(200)의 일함수 절대값은 동일할 수 있다. 이로써, 광활성층(17)에서 정공 추출층(15)으로의 정공 수송 및 주입이 효과적으로 이루어질 수 있게 되어, 유기 태양 전지 소자(10)의 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.The difference between the absolute value of the HOMO level of the electron donor in the
상기 음극(19)은 상대적으로 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 들 수 있다.The
도 1에는 미도시하였으나, 상기 유기 태양 전지 소자 중 상기 광활성층(17)과 음극(19) 사이에는 전자 추출층(도 1에는 미도시되어 있음)이 추가로 개재될 수 있다. 상기 전자 추출층은 광활성층(17)에서 생성된 전자가 음극(19)으로 수송되는 것을 보조하는 역할을 할 수 있는데, 예를 들면, LiF, Alq3 등의 재료를 포함할 수 있다.Although not shown in FIG. 1, an electron extracting layer (not shown in FIG. 1) may be further interposed between the
상기 유기 태양 전지 소자(10)의 제조 방법의 일 구현예를 설명하면, 하기와 같다. One embodiment of the method for manufacturing the organic
먼저, 기판(11) 상에 양극(13)을 형성한다. 기판(11) 및 양극(13)에 대한 설명은 상술한 바를 참조하며, 양극(13) 형성 방법으로는 사용된 양극(13) 재료에 따라, 공지된 다양한 방법, 예를 들면 스퍼터링법, 증착법, 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법 등을 사용할 수 있다.First, an
다음으로, 상기 양극(13) 상에 전도성 고분자, 상기 불소계 물질 및 용매를 포함한 혼합물을 제공한 후, 상기 용매의 일부 이상을 제거하여 정공 추출층(15)을 형성할 수 있다.Next, after providing a mixture containing the conductive polymer, the fluorine-based material, and the solvent on the
상기 혼합물 중 전도성 고분자 및 불소계 물질에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 용매는 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질과 혼화성이 있으며, 열처리 등과 같은 공정에 의하여 용이하게 제거될 수 있는 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매의 예로는, 물, 알코올, 디메틸포름(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 프로판디올(propanediol), 메틸피롤리돈(methylpyrrolidone), 소프비톨(sorbitol), 에틸렌글리콜 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The description of the conductive polymer and the fluorine-based material in the mixture is given above. The solvent is miscible with the conductive polymer and the fluorine-based material and can be easily removed by a process such as heat treatment. For example, examples of such solvents include water, alcohols, dimethylform (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), acetone, propanediol, methylpyrrolidone, sorbitol, ethylene Glycol, and the like, but are not limited thereto.
상기 혼합물은, 캐스트법, 량뮤어-블로젯(LB)법, 스핀코팅(spin-coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 노즐 프린팅(nozzle printing), 스프레이 코팅법(spray coating), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드 코팅법(doctor blade coating), 그래비어 프린팅(gravure printing) 및 오프셋 프린팅(offset printing) 등과 같은 공지의 방법을 이용하여 상기 양극(13) 상에 제공될 수 있다.The mixture may be formed by a casting method, a volume Mu-Blow (LB) method, a spin-coating method, an ink-jet printing method, a nozzle printing method, a spray coating method, May be provided on the
이어서, 상기 양극(13) 상에 제공된 상기 혼합물을 열처리함으로써, 상기 용매의 일부 이상을 제거하여 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질을 포함한 정공 추출층(15)을 형성할 수 있다. 상기 열처리 공정의 조건은 사용된 전도성 고분자 및 불소계 물질의 종류, 함량 등에 따라 상이할 것이나, 예를 들면, 100℃ 내지 250℃에서 5분 내지 2시간의 범위에서 선택될 수 있다.Subsequently, the hole-extracting
상기 혼합물을 상기 양극(13) 상에 도포하여, 혼합물막을 형성된 후, 상기 혼합물에 포함된 불소계 물질이 상기 전도성 고분자보다 표면 에너지가 큰 경우, 상기 불소계 물질과 상기 전도성 고분자 간의 표면 에너지 차이에 의하여, 상기 불소계 물질이 상기 혼합물막의 표면으로 이동할 수 있다. 그 결과, 상기 혼합물막을 열처리하여 형성된 정공 추출층(15) 중 상기 광활성층(17) 측에 배치된 제2면(120) 중 불소계 물질의 농도는 상기 정공 추출층(15) 중 상기 양극(13) 측에 배치된 제1면(110) 중 불소계 물질의 농도보다 클 수 있다.When the fluorine-based material contained in the mixture has a surface energy larger than that of the conductive polymer after the mixture is applied on the anode (13), a surface energy difference between the fluorine-based material and the conductive polymer, The fluorine-based substance can move to the surface of the mixture film. As a result, the concentration of the fluorine-based material in the
그 다음으로, 상기 정공 추출층(15) 상에 전자 공여체를 포함한 광활성층(17)을 형성할 수 있다. 상기 광활성층(17) 중 전자 공여체에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 광활성층(17) 형성 방법은 선택된 재료에 따라, 증착법 등과 같은 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다.Next, a
이어서, 상기 광활성층(17) 상이 상술한 바와 같은 음극(19) 재료를 이용하여 음극(19)을 형성함으로써, 유기 태양 전지 소자를 제조할 수 있다. 이 때, 음극(19) 형성 전에 광활성층(17) 상부에 전자 추출층을 추가로 형성할 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다.Subsequently, the
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 태양 전지 소자(20)의 단면을 개략적으로 도시한 단면이다. 상기 유기 태양 전지 소자(20)는 기판(21), 양극(23), 정공 추출층(25), 광활성층(27) 및 음극(29)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 상기 정공 추출층(25)은 제1층(25A) 및 제2층(25B)을 포함하는데, 상기 제1층(25A)은 양극(23) 측에 배치되어 있고, 상기 제2층(25B)은 상기 광활성층(27) 측에 배치되어 있다. 유기 태양 전지 소자(20)에 조사된 광은 광활성층(27)에서 정공과 전자로 분리되어 전자는 음극(29)으로 이동하고, 정공은 정공 추출층(25)을 거쳐 양극(23)으로 이동할 수 있다. 상기 제1층(25A)은 상기 양극(23) 측에 배치되어 양극(23)과 접촉한 제1면(210)을 갖고, 상기 제2층(25B)은 상기 광활성층(27) 측에 배치되어 광활성층(27)과 접촉한 제2면(220)을 갖는다.2 is a sectional view schematically showing a cross section of the organic
상기 유기 태양 전지 소자(20) 중 기판(21), 양극(23), 정공 추출층(25) 중 전도성 고분자 및 불소계 물질, 광활성층(27) 및 음극(29)에 대한 설명은 상기 도 1에 대한 설명을 참조한다.A description of the conductive polymer and the fluorine-based material, the
상기 정공 추출층(25)은 상기 전도성 고분자를 포함하고 상기 양극(23) 측에 배치된 제1층(25A) 및 상기 불소계 물질을 포함하고 상기 광활성층(27) 측에 배치된 제2층(25B)을 포함한다.The
상기 제1층(25A)의 두께는 100nm 내지 300nm, 예를 들면, 20nm 내지 50nm일 수 있다. 상기 제1층(25A)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 상기 정공 추출층(25)은 우수한 전도성을 가질 수 있다.The thickness of the first layer 25A may be 100 nm to 300 nm, for example, 20 nm to 50 nm. When the thickness of the first layer 25A satisfies the above-described range, the
상기 제2층(25B)의 두께는 1nm 내지 30nm, 예를 들면, 1nm 내지 10nm일 수 있다. 상기 제2층(25B)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 상기 광활성층(27)에서 정공 추출층(25)으로의 정공 주입이 효과적으로 이루어질 수 있다.The thickness of the
상기 제2층(25B)은 상술한 바와 같은 불소계 물질 외에, 전도성 고분자를 더 포함할 수 있다. 상기 제2층(25B)에 추가될 수 있는 전도성 고분자의 예로는 상기 제1층(25A)에 포함될 수 있는 전도성 고분자의 예를 참조할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2층(25B)에 추가될 수 있는 전도성 고분자는 제1층(25A)에 포함된 전도성 고분자와 서로 동일할 수 있다.The
한편, 상기 유기 태양 전지 소자 중 상기 제1층(25A)과 제2층(25B) 사이에는 상기 제1층(25A)에 포함된 전도성 고분자과 상기 제2층(25B)에 포함된 불소계 물질을 포함한 중간층(도 1에는 미도시되어 있음)이 추가로 개재될 수 있다.Meanwhile, between the first layer 25A and the
상술한 바와 같은 불소계 물질을 포함한 제2층(25B)이 제1층(25A)과 광활성층(27) 사이에 개재됨으로써, 상기 광활성층(27) 하부, 즉, 광활성층(27)과 정공 추출층(25) 사이의 계면에는 상기 전도성 고분자없이, 또는 상기 전도성 고분자의 일부만(<30%) 존재하여, 높은 일함수 특성을 제공할 수 있는 상기 불소계 물질만 존재하거나, 높은 일함수 특성을 제공할 수 있는 상기 불소계 물질이 대부분(>70%) 존재할 수 있게 된다. 이로써, 광활성층(27)의 전자 공여체의 HOMO 준위(High Occupied Molecular Orbital)의 절대값과 상기 제2면(220)의 일함수 절대값 차이는 0.2eV 이하, 예를 들면, 0.1eV 이하, 구체적으로, 0.05 eV 이하가 될 수 있다. 즉, 상기 광활성층(27) 중 전자 공여체의 HOMO 준위의 절대값과 상기 제2면(220)의 일함수가 실질적으로 동일하게 되므로, 광활성층(27)에서 양극(23)으로의 정공 수송이 효과적으로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 유기 태양 전지 소자의 광전 변환 효율 및 수명이 향상될 수 있다.The
상기 정공 추출층(25)이 상기 전도성 고분자를 포함한 제1층(25A) 및 불소계 물질을 포함한 제2층(25B)의 이중층으로 구비됨으로써, 정공 추출층(25) 중 광활성층(27) 측에 배치된 제2면(220)에 불소계 물질이 농도가 상대적으로 높아질 수 있는 바, 제2면(220)의 일함수 절대값과 광활성층(27) 중 전자 공여체의 HOMO 준위 절대값 차이가 효과적으로 감소될 수 있다.The
상기 유기 태양 전지 소자(20)의 제조 방법의 일 구현예를 설명하면 하기와 같다.An embodiment of the method of manufacturing the organic
먼저, 기판(21) 상에 양극(23)을 형성한 다음, 상기 양극(23) 상에 전도성 고분자 및 제1용매를 포함한 제1혼합물을 제공한 후, 상기 제1용매의 일부 이상을 제거하여 제1층(25A)을 형성할 수 있다. 기판(21) 상에 양극(23)을 형성하는 방법은 상기 도 1에 대한 설명을 참조한다.First, after a
상기 제1혼합물 중 전도성 고분자에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 제1용매는 상기 전도성 고분자와 혼화성이 있으며, 열처리 등과 같은 공정에 의하여 용이하게 제거될 수 있는 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1용매의 예로는, 물, 알코올, 디메틸포름(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 프로판디올(propanediol), 메틸피롤리돈(methylpyrrolidone), 소프비톨(sorbitol) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The description of the conductive polymer in the first mixture is given above. The first solvent is miscible with the conductive polymer and can be easily removed by a process such as heat treatment. For example, examples of the first solvent include water, alcohols, dimethylform (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), acetone, propanediol, methylpyrrolidone, sorbitol, And the like, but the present invention is not limited thereto.
상기 제1혼합물은, 캐스트법, 량뮤어-블로젯(LB)법, 스핀코팅(spin-coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 노즐 프린팅(nozzle printing), 스프레이 코팅법(spray coating), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드 코팅법(doctor blade coating), 그래비어 프린팅(gravure printing) 및 오프셋 프린팅(offset printing) 등과 같은 공지의 방법을 이용하여 상기 양극(23) 상에 제공될 수 있다.The first mixture may be formed by a casting method, an LB method, a spin-coating method, an ink-jet printing method, a nozzle printing method, a spray coating method, May be provided on the
이어서, 상기 양극(23) 상에 제공된 상기 제1혼합물을 열처리함으로써, 상기 제1용매의 일부 이상을 제거하여 상기 전도성 고분자를 포함한 제1층(25A)을 형성할 수 있다. 상기 열처리 공정의 조건은 사용된 전도성 고분자의 종류, 함량 등에 따라 상이할 것이나, 예를 들면, 120℃ 내지 220℃에서 1분 내지 1시간의 범위에서 선택될 수 있다.Next, a first layer 25A including the conductive polymer may be formed by removing at least a portion of the first solvent by heat-treating the first mixture provided on the
이 후, 상기 제1층(25A) 상에 불소계 물질 및 제2용매를 포함한 제2혼합물을 제공한 후, 상기 제2용매의 일부 이상을 제거하여 제2층(25B)을 형성함으로써, 상기 제1층(25A)과 제2층(25B)을 포함한 정공 추출층(25)을 형성할 수 있다.Thereafter, a second mixture containing a fluorine-based material and a second solvent is provided on the first layer 25A, and a part or more of the second solvent is removed to form the
상기 불소계 물질에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 제2용매는 상기 불소계 물질과 혼화성이 있으면서, 상기 전도성 고분자와는 실질적으로 반응성이 없는 용매 중에서 선택될 수 있으며, 이는 선택된 전도성 고분자 및 불소계 물질에 따라 용이하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2용매의 예로서 물, 메탄올, 디메틸포름(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌글리콜 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A detailed description of the fluorine-based material is given above. The second solvent may be selected from a solvent which is miscible with the fluorine-based material and is substantially not reactive with the conductive polymer, and can be easily selected depending on the selected conductive polymer and fluorine-based material. Examples of the second solvent include, but are not limited to, water, methanol, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), ethylene glycol and the like.
이어서, 불소계 물질 및 제2용매를 포함한 제2혼합물을, 캐스트법, 량뮤어-블로젯(LB)법, 스핀코팅(spin-coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 노즐 프린팅(nozzle printing), 스프레이 코팅법(spray coating), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드 코팅법(doctor blade coating), 그래비어 프린팅(gravure printing) 및 오프셋 프린팅(offset printing) 등과 같은 공지의 방법을 이용하여 상기 제1층(25A) 상에 제공될 수 있다. Next, a second mixture containing the fluorine-based material and the second solvent is applied to the substrate by a casting method, a volume Mu-Blow (LB) method, a spin-coating method, an ink-jet printing method, A known method such as spray coating, screen printing, doctor blade coating, gravure printing, and offset printing may be used to form the above- May be provided on the first layer 25A.
상기 제1층(25A) 상에 제공된 상기 제2혼합물을 열처리함으로써, 상기 제2용매의 일부 이상을 제거하여 제2층(25B)을 형성할 수 있다. 상기 열처리 공정의 조건은 사용된 불소계 물질의 종류, 함량 등에 따라 상이할 것이나, 상기 제1층(15A) 형성을 위한 열처리 조건 범위 내에서 선택될 수 있다.By heat-treating the second mixture provided on the first layer 25A, a part or more of the second solvent may be removed to form the
상기 제2층(25B) 형성시 제2용매로서, 상기 제1층(25A)에 포함된 전도성 고분자와 혼화성이 있는 용매를 선택할 경우, 이미 형성된 제1층(25A) 표면의 전도성 고분자의 일부가 상기 제2용매에 용해 및/또는 분산될 수 있는 바, 상기 제1층(25A)과 상기 제2층(25B) 사이에 상기 제1층(25A)에 포함된 전도성 고분자와 상기 제2층(25B)에 포함된 불소계 물질을 포함한 중간층이 추가로 형성될 수도 있다.When a solvent which is miscible with the conductive polymer contained in the first layer 25A is selected as the second solvent for forming the
그 다음으로, 상기 제2층(25B) 상에 전자 공여체를 포함한 광활성층(27)을 형성할 수 있다. 상기 광활성층(27) 중 전자 공여체에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 광활성층(27) 형성 방법은 선택된 재료에 따라, 증착법 등과 같은 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다.Next, a
이어서, 상기 광활성층(27) 상이 상술한 바와 같은 음극(29) 재료를 이용하여 음극(29)을 형성함으로써, 유기 태양 전지 소자를 제조할 수 있다. 이 때, 음극(29) 형성 전에 광활성층(27) 상부에 전자 추출층을 추가로 형성할 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다.Subsequently, the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
[실시예] [Example]
실시예Example 1 One
ITO 기판(ITO가 코팅된 유리 기판)을 준비한 후, ITO 양극 상에 PEDOT:PSS(Heraeus 社의 CLEVIOS PH)을 스핀 코팅한 후 200℃에서 5분 동안 열처리하여 30nm 두께의 제1층을 형성하였다. 상기 제1층 상부에, 하기 고분자 100-함유 혼합물(물과 알코올의 혼합물(물:알코올=4.5:5.5(v/v))에 고분자 100이 5중량%로 분산되어 있음, Aldrich Co.사 제품)을 메탄올에 1/30로 희석하여 스핀 코팅한 후, 200℃에서 10분 동안 열처리하여 3nm 두께의 제2층을 형성함으로써, 상기 제1층 및 제2층을 포함한 정공 추출층(정공 추출층 중 PEDOT : PSS : 고분자 100의 중량비는 1 : 2.5 : 0.73임, 일함수는 5.4Ev임)을 형성하였다. 상기 정공 추출층 상에, PCDTBT (1material Inc., HOMO=-5.3 eV by Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), PC70BM (nano-C Inc.) 및 1,2-다이클로로벤젠 (Sigma-Aldrich Inc., Anhydrous)을 포함(7 mg : 28 mg :1 mL)한 용액 을 60℃에서 8시간 동안 녹인 후 상온에서 냉각시켜 얻은 혼합물을 스핀 코팅한 후, 70℃에서 8분 동안 열처리하여, 75nm 두께의 광활성층을 형성하였다. 이어서, 상기 광활성층 상에, 3nm 두께의 Ca 및 100nm 두께의 Al를 증착시켜 음극을 형성함으로써, 유기 태양 전지 소자를 제작하였다.ITO substrate (glass substrate coated with ITO) was prepared, and PEDOT: PSS (CLEVIOS PH manufactured by Heraeus Co., Ltd.) was spin-coated on the ITO anode and then heat-treated at 200 ° C for 5 minutes to form a first layer having a thickness of 30 nm . The polymer 100 was dispersed in an amount of 5 wt% in a mixture of water and alcohol (water: alcohol = 4.5: 5.5 (v / v)), ) Was diluted to 1/30 in methanol, spin-coated, and then heat-treated at 200 ° C for 10 minutes to form a second layer having a thickness of 3 nm. Thus, a hole extracting layer (hole extracting layer Weight ratio of PEDOT: PSS: Polymer 100 was 1: 2.5: 0.73 and work function was 5.4 Ev). PCDTBT (1material Inc., HOMO = -5.3 eV by Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), PC 70 BM (nano-C Inc.) and 1,2-dichlorobenzene (Sigma-Aldrich Inc., Anhydrous ) (7 mg: 28 mg: 1 mL) was dissolved at 60 ° C for 8 hours and then cooled at room temperature. The resulting mixture was spin-coated and then heat-treated at 70 ° C for 8 minutes to form a 75- . Then, an organic solar cell was fabricated by depositing Ca of 3 nm thickness and Al of 100 nm thickness on the photoactive layer to form a cathode.
<고분자 100><Polymer 100>
(상기 고분자 100 중, x = 1300, y = 200, x = 1임)(Of the polymer 100, x = 1300, y = 200, x = 1)
상기 광활성층 중 전자 공여체인 PCDTBT의 HOMO 준위는 -5.3eV이고, 상기 정공 추출층 중 제2층 표면의 일함수는 -5.3eV이다.
The HOMO level of the electron donor PCDTBT in the photoactive layer is -5.3 eV, and the work function of the surface of the second layer of the hole extraction layer is -5.3 eV.
실시예Example 2 2
정공 추출층 중 PEDOT : PSS : 고분자 100의 중량비가 1 : 2.5 : 0.37가 되도록 조절하여 정공 추출층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 태양 전지 소자를 제작하였다.
Except that the hole extraction layer was formed by adjusting the weight ratio of PEDOT: PSS: polymer 100 in the hole extraction layer to 1: 2.5: 0.37 to form the hole extraction layer. Respectively.
실시예Example 3 3
정공 추출층 중 PEDOT : PSS : 고분자 100의 중량비가 1 : 2.5 : 0.19가 되도록 조절하여 정공 추출층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 태양 전지 소자를 제작하였다.
Except that the hole extraction layer was formed by controlling the weight ratio of PEDOT: PSS: Polymer 100 in the hole extraction layer to 1: 2.5: 0.19 to form the hole extraction layer. Respectively.
실시예Example 4 4
정공 추출층 중 PEDOT : PSS : 고분자 100의 중량비가 1 : 2.5 : 0.1이 되도록 조절하여 정공 추출층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 태양 전지 소자를 제작하였다.
Except that a hole extraction layer was formed by controlling the weight ratio of PEDOT: PSS: polymer 100 in the hole extraction layer to 1: 2.5: 0.1 so as to form a hole extraction layer. Respectively.
비교예Comparative Example 1 One
정공 추출층 형성시, 실시예 1의 PEDOT:PSS(Heraeus 社의 CLEVIOS PH) 및 고분자 100-함유 혼합물을 8:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 ITO 양극 상부에 스핀 코팅하여 200℃에서 10분 동안 열처리함으로써 35nm 두께의 단일층 정공 추출층 (일함수는 5.46 eV임)을 형성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 태양 전지 소자를 제작하였다.
At the time of forming the hole extraction layer, a mixture of PEDOT: PSS (CLEVIOS PH manufactured by Heraeus Co., Ltd.) and a 100-polymer-containing mixture of Example 1 at a weight ratio of 8: 1 was spin-coated on the ITO anode, An organic solar cell device was fabricated using the same method as in Example 1 except that a 35 nm thick monolayer hole extraction layer (work function = 5.46 eV) was formed by heat treatment.
비교예Comparative Example 2 2
광활성층 형성시, 상기 정공 추출층 상에, 1,2-다이클로로벤젠, P3HT 및 PCBM (P3HT 및 PCBM의 중량비는 1:1임)을 포함한 혼합물(농도 = 40mg/1.5ml)을 스핀 코팅한 후, 150℃에서 30분 동안 열처리하여, 210nm 두께의 광활성층을 형성하였다.
Upon formation of the photoactive layer, a mixture (concentration = 40 mg / 1.5 ml) containing 1,2-dichlorobenzene, P3HT and PCBM (weight ratio of P3HT and PCBM of 1: 1) was spin-coated on the hole extraction layer And then heat-treated at 150 DEG C for 30 minutes to form a 210 nm thick photoactive layer.
평가예Evaluation example 1 One
실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 유기 태양 전지 소자의 전압-전류 밀도 특성을 평가하여 그 결과를 표 1에 정리하였다. 전압-전류 밀도 특성 평가시, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp)를 사용(상기 제논 램프의 태양 조건(AM1.5)은 표준 태양 전지 소자를 사용하여 보정함)하여, 100mW/cm2의 광을 각각의 유기 태양 전지 소자에 조사하였다.The voltage-current density characteristics of the organic solar cell devices of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were evaluated, and the results are summarized in Table 1. Voltage-current density characteristic evaluation, the light source is a xenon lamp (Xenon lamp) using the (solar condition (AM1.5) of the xenon lamp is also corrected using a standard solar cell device) in the light of 100mW / cm 2 Were irradiated to each organic solar cell element.
한편, 측정된 전압-전류 그래프로부터 계산된 단락 전류(JSC), 개방 전압(VOC), 필 팩터(FF)로부터 광전변환효율(PCE)(%)을 계산하여, 하기 표 1에 정리하였다.On the other hand, the photoelectric conversion efficiency (PCE) (%) is calculated from the measured short-circuit current (J SC ), open-circuit voltage (V OC ) and fill factor (FF) .
(VOC)
(V)Open-circuit voltage
(V OC )
(V)
(JSC)
(mA/cm2)Short-circuit current
(J SC )
(mA / cm 2 )
(FF)
(%)Fill factor
(FF)
(%)
(PCE)
(%)Photoelectric conversion efficiency
(PCE)
(%)
표 1로부터 실시예 1 내지 4의 유기 태양 전지 소자가 비교예 1의 유기 태양 전지 소자에 비하여 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있다.It can be seen from Table 1 that the organic solar cell elements of Examples 1 to 4 have superior characteristics to those of the organic solar cell element of Comparative Example 1. [
또한, 각각의 유기 태양 전지 소자에 100W/cm2의 광을 지속적으로 조사(at 25℃)한 후, 광전변환효율의 변화를 평가하여, 그 결과를 도 3의 나타내었다.Further, the light of 100 W / cm 2 was continuously irradiated (at 25 캜) to each organic solar cell element, and the change of the photoelectric conversion efficiency was evaluated. The results are shown in Fig.
도 3으로부터, 실시예 1 내지 4의 유기 태양 전지 소자가 비교예 1의 유기 태양 전지 소자에 비하여 우수한 열안정성을 가지며, 장시간동안 광전변환을 효과적으로 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.From FIG. 3, it can be seen that the organic solar cell elements of Examples 1 to 4 have excellent thermal stability as compared with the organic solar cell element of Comparative Example 1, and photoelectric conversion can be effectively performed for a long time.
10, 20: 유기 태양 전지 소자
11, 21: 기판
13, 23: 양극
15, 25: 정공 추출층
25A: 제1층
25B: 제2층
17, 27: 광활성층
19, 29: 음극10, 20: organic solar cell element
11, 21: substrate
13, 23: anode
15, 25: hole extraction layer
25A: First layer
25B: Second layer
17, 27: photoactive layer
19, 29: cathode
Claims (14)
상기 정공 추출층은 100nm 두께 기준으로 0.01 S/cm 이상의 전도도를 갖고;
상기 정공 추출층은 전도성 고분자 및 불소계 물질을 포함하고;
상기 정공 추출층은 상기 양극 측에 배치된 제1면 및 상기 광활성층 측에 배치된 제2면을 갖고;
상기 제2면의 일함수와 상기 전자 공여체의 HOMO(High Occupied Molecular Orbital) 준위의 절대값과의 차이가 0.1 eV 이하인, 유기 태양 전지 소자.A positive electrode, a hole extraction layer, a photoactive layer including an electron donor, and a negative electrode;
The hole extraction layer has a conductivity of 0.01 S / cm or more on a 100 nm thickness basis;
Wherein the hole extracting layer comprises a conductive polymer and a fluorine-based substance;
The hole extraction layer has a first surface disposed on the anode side and a second surface disposed on the side of the photoactive layer;
Wherein a difference between a work function of the second surface and an absolute value of a HOMO (High Occupied Molecular Orbital) level of the electron donor is 0.1 eV or less.
상기 정공 추출층 중 상기 전도성 고분자 및 상기 불소계 물질이 서로 균일하게 혼합되어 있는, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer and the fluorine-based material in the hole extraction layer are uniformly mixed with each other.
상기 정공 추출층의 제2면 중 불소계 물질의 농도가 상기 정공 추출층의 제1면 중 불소계 물질의 농도보다 큰, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the fluorine-based substance in the second surface of the hole extracting layer is larger than the concentration of the fluorine-based substance in the first surface of the hole extracting layer.
상기 정공 추출층은, 상기 전도성 고분자를 포함하고 상기 양극 측에 배치된 제1층 및 상기 불소계 물질을 포함하고 상기 광활성층 측에 배치된 제2층을 포함한, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the hole extraction layer includes a first layer including the conductive polymer and disposed on the anode side and a second layer including the fluorine based material and disposed on the side of the photoactive layer.
상기 제1층과 제2층 사이에 상기 제1층에 포함된 전도성 고분자와 상기 제2층에 포함된 불소계 물질을 포함한 중간층이 개재된, 유기 태양 전지 소자태양 전지 소자.5. The method of claim 4,
Wherein an intermediate layer containing a conductive polymer contained in the first layer and a fluorine-based substance contained in the second layer is interposed between the first layer and the second layer.
상기 전도성 고분자가, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리카바졸, 이들 중 2 이상의 서로 다른 반복 단위를 포함한 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들 중 2 이상의 블렌드를 포함한, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer is at least one selected from the group consisting of polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polystyrene, polyethylene dioxythiophene, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylvinylene, polycarbazole, Or a blend of two or more thereof.
상기 전도성 고분자는, 이온기 및 고분자산(polymeric acid) 중 1종 이상으로 도핑된 셀프-도핑(self-doped) 전도성 고분자를 포함하고,
상기 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함하고,
상기 음이온기는 PO3 2 -, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2 -으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함하고,
상기 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택된, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
The conductive polymer includes a self-doped conductive polymer doped with at least one of an ionic group and a polymeric acid,
Said ionic group comprising an anionic group and a counter cationic group for said anionic group,
The anionic group is selected from the group consisting of PO 3 2 - , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2 -
The cationic group includes at least one of a metal ion and an organic ion,
Wherein the metal ion is selected from the group consisting of Na + , K + , Li + , Mg +2 , Zn +2 and Al +3 and the organic ion is selected from the group consisting of H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + Is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + Wherein R is selected from the group consisting of CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50).
상기 불소계 물질이 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머인, 유기 태양 전지 소자:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서,
0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000, 0≤ a ≤ 20, 0 ≤ b ≤ 20 이고;
A, B, A'및 B'는 각각 독립적으로, C, Si, Ge, Sn, 및 Pb로 이루어지는 군으로부터 선택되고;
R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3' 및 R4' 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬에스테르기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되며, 단, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 이온기이거나, 이온기를 포함하고;
X 및 X'는 각각 독립적으로 단순 결합, O, S, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴에스테르기 및, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택되되,
단, n이 0인 경우, R1, R2, R3, 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 할로겐 원소를 포함하는 소수성 작용기이거나, 소수성 작용기를 포함한다. The method according to claim 1,
Wherein the fluorine-based material is an ionomer represented by the following Formula 1:
≪ Formula 1 >
In Formula 1,
0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000, 0? A? 20, 0? B? 20;
A, B, A 'and B' are each independently selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, and Pb;
Each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 1 ', R 2 ', R 3 'and R 4 ' is independently hydrogen, halogen, a nitro group, a substituted or unsubstituted amino group, unsubstituted C 1 -C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heterocyclic alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C aryl group, a substituted or unsubstituted aryloxy-substituted C 6 -C 30, substituted or unsubstituted C 2 30 - for C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroarylalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 20 in the bicyclo alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl ester group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkyl of S. Encircling, is selected from substituted or unsubstituted aryl ester group of the unsubstituted C 6 -C 30 and, a heteroaryl group consisting of ester group of a substituted or unsubstituted C 2 -C 30, However, R 1, R 2, R 3, And R 4 At least one of them is an ionic group or an ionic group;
The X and X 'are each independently selected from a simple bond, O, S, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 30 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 6 - C 30 aryl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group of C 2 -C 30 alkylene group of , A substituted or unsubstituted C 5 -C 20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl ester group, And an unsubstituted C 2 -C 30 heteroaryl ester group,
Provided that when n is 0, at least one of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is a hydrophobic functional group containing a halogen element or includes a hydrophobic functional group.
상기 이온기는 음이온기 및 상기 음이온기에 대한 카운터 양이온기를 포함하고,
상기 음이온기는 PO3 2 -, SO3 -, COO-, I-, CH3COO- 및 BO2 2 -으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 양이온기는 금속 이온 및 유기 이온 중 1종 이상을 포함하고,
상기 금속 이온은 Na+, K+, Li+, Mg+2, Zn+2 및 Al+3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 유기 이온은 H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+ 및 RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)로 이루어진 군으로부터 선택된, 유기 태양 전지 소자.9. The method of claim 8,
Said ionic group comprising an anionic group and a counter cationic group for said anionic group,
The anionic group is selected from the group consisting of PO 3 2 - , SO 3 - , COO - , I - , CH 3 COO - and BO 2 2 -
The cationic group includes at least one of a metal ion and an organic ion,
Wherein the metal ion is selected from the group consisting of Na + , K + , Li + , Mg +2 , Zn +2 and Al +3 and the organic ion is selected from the group consisting of H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + Is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + Wherein R is selected from the group consisting of CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + and RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50).
상기 소수성 작용기가 할로겐 원소인, 유기 태양 전지 소자.8. The method of claim 7,
Wherein the hydrophobic functional group is a halogen element.
상기 불소계 물질이 하기 화학식 2 내지 13의 반복 단위들 중 1종 이상을 포함한 이오노머인, 유기 태양 전지 소자:
<화학식 2>
상기 식 중, m은 1 내지 10,000,000의 수이고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 10의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 3>
상기 식중, m은 1 내지 10,000,000의 수이다;
<화학식 4>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000 이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 5>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 6>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, z는 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 7>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이고, Y는 -COO-M+, -SO3 -NHSO2CF3+, -PO3 2 -(M+)2 중에서 선택된 하나이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 8>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 9>
상기 식 중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이다;
<화학식 10>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x는 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 11>
상기 식중, m 및 n은 0 < m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n < 10,000,000이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 12>
상기 식중, m 및 n은 0 ≤ m < 10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000이고, Rf = -(CF2)z- (z는 1 내지 50의 정수, 단 2는 제외), -(CF2CF2O)zCF2CF2-(z는 1 내지 50의 정수), -(CF2CF2CF2O)zCF2CF2- (z는 1 내지 50의 정수)이며, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다;
<화학식 13>
상기 식중, m 및 n은 0 ≤ m < 10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000이고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 20의 수이며, Y는 각각 독립적으로, -SO3 -M+, -COO-M+, -SO3 -NHSO2CF3+, -PO3 2 -(M+)2 중에서 선택된 하나이고, M+은 Na+, K+, Li+, H+, CH3(CH2)nNH3 + (n은 0 내지 50의 정수), NH4 +, NH2 +, NHSO2CF3 +, CHO+, C2H5OH+, CH3OH+, RCHO+(R은 CH3(CH2)n-; n은 0 내지 50의 정수)을 나타낸다.The method according to claim 1,
Wherein the fluorine-based substance is an ionomer containing at least one of repeating units represented by the following formulas (2) to (13):
(2)
Wherein M is a number from 1 to 10,000,000 and x and y are each independently a number from 0 to 10 and M + is selected from Na + , K + , Li + , H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
(3)
Wherein m is a number from 1 to 10,000,000;
≪ Formula 4 >
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y is a number from 0 to 20, each independently, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 5 >
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y is a number from 0 to 20, each independently, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
(6)
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, z is a number from 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 7 >
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, 0 ≤ n <10,000,000 and, x and y are each independently a number of from 0 to 20, Y is -COO - M +, -SO 3 - NHSO 2 CF3 + , -PO 3 2 - (M + ) 2 , and one selected from a, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50) , NH 4 +, NH 2 + , NHSO 2 CF 3 +, CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
(8)
Wherein m and n are 0 < m? 10,000,000 and 0? N <10,000,000, M + is Na + , K + , Li + , H + , CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + 50 integer), NH 4 +, NH 2 +, NHSO 2 CF 3 +, CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 9 >
Wherein m and n are 0 < m? 10,000,000, 0? N <10,000,000;
≪ Formula 10 >
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x is a number from 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 11 >
The above formula, m and n are 0 <m ≤ 10,000,000, and 0 ≤ n <10,000,000, x and y are each independently a number of 0 to 20, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2 ) n NH 3 + (n is an integer from 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 12 >
The above formula, m and n are 0 ≤ m <10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000 is a, R f - (CF 2 ) z - (z is an integer of 1 to 50, excluding 2), - (CF 2 CF 2 O) z CF 2 CF 2 - (z is an integer of 1 to 50) 2 CF 2 CF 2 O) z CF 2 CF 2 - (z is an integer from 1 to 50), M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + ( n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer from 0 to 50);
≪ Formula 13 >
The above formula, m and n are 0 ≤ m <10,000,000, 0 < n ≤ 10,000,000 and, x and y are each independently a number of 0 to 20, Y are, each independently, -SO 3 - M +, -COO - M +, -SO 3 - NHSO 2 CF3 +, -PO 3 2 - and the (M +) one selected from the group consisting of 2, M + is Na +, K +, Li + , H +, CH 3 (CH 2) n NH 3 + (n is an integer of 0 to 50), NH 4 + , NH 2 + , NHSO 2 CF 3 + CHO + , C 2 H 5 OH + , CH 3 OH + , RCHO + (R is CH 3 (CH 2 ) n -; n is an integer of 0 to 50).
상기 불소계 물질이, 하기 화학식 20으로 표시되는 불화 올리고머인, 유기 태양 전지 소자:
<화학식 20>
X-Mf n-Mh m-Ma r-G
상기 화학식 20 중,
X는 말단기이고;
Mf는 퍼플루오로폴리에테르 알코올, 폴리이소시아네이트 및 이소시아네이트 반응성-비불소화 모노머의 축합 반응으로부터 수득한 불화 모노머로부터 유래된 단위를 나타내고;
Mh는 비불소화 모노머로부터 유래된 단위를 나타내고;
Ma는 -Si(Y4)(Y5)(Y6)으로 표시되는 실릴기를 갖는 단위를 나타내고;
상기 Y4, Y5 및 Y6는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기 또는 가수분해성 치환기를 나타내고, 상기 Y4, Y5 및 Y6 중 적어도 하나는 상기 가수분해성 치환기이고;
G는 사슬전달제(chain transfer agent)의 잔기를 포함한 1가 유기 그룹이고;
n은 1 내지 100의 수이고;
m은 0 내지 100의 수이고;
r은 0 내지 100의 수이고;
n+m+r은 적어도 2이다.The method according to claim 1,
Wherein the fluorine-based substance is a fluorinated oligomer represented by the following formula (20):
(20)
XM f n -M h m -M a r -G
In the above formula (20)
X is a terminal group;
M f represents a unit derived from a fluorinated monomer obtained from the condensation reaction of a perfluoropolyether alcohol, a polyisocyanate, and an isocyanate-reactive-nonfluorinated monomer;
M h represents a unit derived from a non-fluorinated monomer;
M a represents a unit having a silyl group represented by -Si (Y 4 ) (Y 5 ) (Y 6 );
Y 4 , Y 5 and Y 6 independently represent a substituted or unsubstituted C 1 -C 20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 6 -C 30 aryl group or a hydrolyzable substituent, and Y 4 , Y 5 and Y < 6 > is the hydrolyzable substituent;
G is a monovalent organic group containing a residue of a chain transfer agent;
n is a number from 1 to 100;
m is a number from 0 to 100;
r is a number from 0 to 100;
n + m + r is at least 2.
상기 전자 공여체의 HOMO 준위의 절대값이 5.1 eV 이상인, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the absolute value of the HOMO level of the electron donor is at least 5.1 eV.
상기 전자 공여체가 π-전자를 포함한 p-형 전도성 고분자를 포함한, 유기 태양 전지 소자.The method according to claim 1,
Wherein the electron donor comprises a p-type conductive polymer containing? -Electrons.
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