KR20170140582A - Ethanol processible photovoltaic polymer and fullerene derivative, method for preparing the same, polymer solar cell comprising the polymer and fullerene derivative as active layer, and method for preparing the same - Google Patents

Ethanol processible photovoltaic polymer and fullerene derivative, method for preparing the same, polymer solar cell comprising the polymer and fullerene derivative as active layer, and method for preparing the same Download PDF

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우한영
응웬탄루안
김범준
이창연
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Abstract

The present invention relates to an ethanol-soluble photovoltaic polymer, and a preparation method thereof; and a polymer solar cell comprising the photovoltaic polymer as an active layer, and a preparation method thereof. More specifically, the present invention provides an electron donor compound represented by chemical formula 1, and an electron acceptor compound represented by chemical formula 2. In the chemical formula 1: Xs are each independently O, S, Se, or Te; Ys are each independently CN, Cl, F or H; m is an integer of 10-50; and n is an integer of 3-10. In the chemical formula 2, R is AA, and n is an integer of 3-10. Further, the present invention relates to a polymer solar cell which comprises the electron donor compound and the electron acceptor compound as active layers, and a preparation method thereof. According to the present invention, a polymer solar cell showing excellent power conversion efficiency can be provided through a process using ethanol, which is an environmentally-friendly solvent.

Description

에탄올-가용성 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체, 그 제조방법, 상기 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체를 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지 및 그 제조방법 {Ethanol processible photovoltaic polymer and fullerene derivative, method for preparing the same, polymer solar cell comprising the polymer and fullerene derivative as active layer, and method for preparing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an ethanol-soluble photovoltaic polymer and fullerene derivative, a method for preparing the same, a polymer solar cell including the photovoltaic polymer and a fullerene derivative as an active layer, cell comprising the polymer and fullerene derivative as active layer, and method for preparing same same}

본 발명은 에탄올-가용성 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체, 그 제조방법, 상기 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체를 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ethanol-soluble photovoltaic polymer and a fullerene derivative, a process for producing the same, a polymer solar cell comprising the photoconductive polymer and a fullerene derivative as an active layer, and a process for producing the same.

최근에, 용액공정이 가능한 폴리머 태양 전지 (polymer solar cells, PSCs)에 대해서 10% 이상의 전력 변환 효율 (power conversion efficiency, PCE)을 성공적으로 달성한 사례가 보고되고 있는 바, 이는 광활성 물질들의 화학 구조, 장치 구조 및 제작 조건을 최적화를 통해서 이루어지고 있다. 비록, 지난 10년 동안 PSCs의 장치 효율성 및 안정성 면에서 현저한 진전이 이루어지고 있지만, 아직까지도 PSCs의 대규모 제작을 현실화하는 면에서는 많은 도전 과제들이 산적해 있다.Recently, a case has been reported in which a power conversion efficiency (PCE) of 10% or more is successfully achieved for a polymer solar cell (PSC) capable of solution processing, , Device structure and manufacturing conditions. Although significant progress has been made in the device efficiency and stability of PSCs over the past decade, there are still many challenges in realizing mass production of PSCs.

대부분의 고성능 PSCs는 가공 매질로서 염소계 및/또는 방향족 용매들 (예를 들어, 클로로포름 (CF), 클로로벤젠 (CB) 및 1,2-디클로로벤젠 (DCB) 등)을 사용하여 제작된다. 그러나, 이러한 염소계 용매들은 다양한 독성 수치들을 나타내고 인간 건강에 매우 해롭기 때문에, 음용수에 대한 오염 물질로서 간주된다.Most high performance PSCs are made using chlorine and / or aromatic solvents (such as chloroform (CF), chlorobenzene (CB), and 1,2-dichlorobenzene (DCB), etc.) as the processing medium. However, these chlorinated solvents are regarded as pollutants for drinking water because they exhibit various toxicological values and are very harmful to human health.

최근에 할로겐화 용매들에 대한 대체 물질을 개발하기 위해서 몇몇 의미있는 연구들이 시도된 바 있다. 예를 들어, Hou 등의 연구진은 PBDTTT-S-TEG 및 PC71BM-DEG에 기반한 PSCs를 제작하기 위해서 비할로겐화 아니솔 용매를 사용하였으며, 이는 디클로로벤젠 (DCB), 클로로벤젠 (CB) 등으로 가공된 태양전지들과 유사한 PCEs (~ 4.5%)를 나타내었다 (비특허문헌 1). 유사하게, Jen 및 Li 등의 연구진은 비할로겐화 o-자일렌, 1,2-디메틸나프탈렌 (1,2-DMN), 톨루엔 및 1-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 등의 용매 혼합물을 사용하여 PSCs를 성공적으로 제작한 바 있다 (비특허문헌 2 및 3).Recently, several meaningful studies have been attempted to develop alternative materials for halogenated solvents. For example, Hou et al. Used a nonhalogenated anisole solvent to make PSCs based on PBDTTT-S-TEG and PC 71 BM-DEG, which is a mixture of dichlorobenzene (DCB), chlorobenzene (~ 4.5%) similar to processed solar cells (Non-Patent Document 1). Similarly, Jen and Li et al. Have found that a solvent mixture such as non-halogenated o -xylene, 1,2-dimethylnaphthalene (1,2-DMN), toluene and 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (Non-Patent Documents 2 and 3).

비록 비할로겐화 용매들이 PSC 가공에 있어서 성공적으로 사용된 바 있으나, 이러한 용매들은 여전히 독성을 나타내며, 산업계 종사자들에 매우 유해하고, 폐용매 처리를 위해서 고비용이 소요된다 (비특허문헌 4). 따라서, 안전성이 담보된 녹색 공정에 대한 필요성이 강하게 대두되고 있다.Although non-halogenated solvents have been used successfully in PSC processing, these solvents are still toxic, very hazardous to industrial workers, and expensive to process waste solvents (Non-Patent Document 4). Therefore, there is a strong need for a green process with safety.

기존에, 물 및 알코올을 가공 용매로 사용하는 PSCs 제조 공정 방법이 제안된 바 있다. Mwaura 등의 연구진은 수용성의 이온성 접합 폴리머들 (PPE-SO3 -, PPE-EDOT-SO3 -) 및 수용성의 이온성 풀러렌 유도체 (C60-NH3 +)로부터 레이어-바이-레이어 필름 적층 기술을 사용하여 태양전지를 제작한 사례를 보고한 바 있으며, 이를 통해서 0.01 ~ 0.04%의 PCE를 달성하였다 (비특허문헌 5). 또한, Qiao 및 T.Q. Nguyen 등의 연구진에 의해서도 유사한 방법이 시도된 바 있으며, 상기 방법에서는 수용성 소듐 폴리[2-(3-티에닐)-에톡시-4-부틸술포네이트] (PTEBS:Na+)를 벌크 헤테로접합을 위한 전자 공여체로서 사용하고, 이중층 PSCs를 사용하였다 (비특허문헌 6 및 7). 더 나아가, F. C. Krebs 등의 연구진은 수성 소듐 도데실 설포네이트 (SDS) 용액 중에서 폴리[(4,4'-비스(2-에틸헥실)디티에노[3,2-b:2',3'-d]실롤)-2,6-디일-알트-(2,1,3-벤조티아디아졸)-4,7-디일] 및 PC60BM의 수성 나노입자 분산액을 사용하여 롤-투-롤 공정을 위한 잉크를 제조한 사항을 보고한 바 있으며, 이를 통해서 0.55% PCE를 달성하였다 (비특허문헌 8).Conventionally, a manufacturing process of PSCs using water and alcohol as processing solvents has been proposed. Mwaura and colleagues have developed layer-by-layer film lamination technology from water soluble ionic bonding polymers (PPE-SO 3 - , PPE-EDOT-SO 3 - ) and water soluble ionic fullerene derivatives (C 60 -NH 3 + , And a PCE of 0.01 to 0.04% was achieved through this (Non-Patent Document 5). Similar methods have also been attempted by researchers such as Qiao and TQ Nguyen et al. In which water soluble sodium poly [2- (3-thienyl) -ethoxy-4-butylsulfonate] (PTEBS: Na + Was used as an electron donor for bulk heterojunction and bilayer PSCs were used (non-patent documents 6 and 7). In addition, researchers at FC Krebs and colleagues found that poly [(4,4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3' -d] silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl] and a dispersion of aqueous nanoparticles of PC 60 BM in a roll- , And 0.55% PCE was achieved through this (non-patent document 8).

또한, 친수성의 비이온성 아민 그룹을 곁사슬에 도입한 전밴드갭 고분자의 경우, 공정 조건들에 관계없이 태양전지는 광기전 (photovoltaic) 특성을 나타내지 않았는 바, 이는 아미노기가 홀 트랩 (hole traps)으로 작용하고 풀러렌 중심과 복합체를 형성하여 활성층 중에서 정공 수송성을 불능화할 수도 있다는 사실을 시사한다.In addition, in the case of all bandgap polymers in which a hydrophilic nonionic amine group was introduced into the side chain, the photovoltaic characteristic of the solar cell was not exhibited regardless of the process conditions, And may form a complex with the fullerene center to disable hole transport in the active layer.

특히, 전세계적으로, 특히 유럽 연합 내에서 환경 보호 및 인간 건강에 대한 규정이 엄격하다는 점을 주목할 필요가 있다. 환경 문제에 대한 관심이 증대됨에 따라서 PSCs 제작에 대한 환경친화적 용액 공정의 중요성이 강조되는 바, 특히 롤-투-롤 산업적 프린팅 기술에 의해서 PSCs를 대규모로 제작하는 경우에는 더욱 그러하다. 또한, 공정 안정성 및 폐기물 처리에 따른 비용 역시 심각하게 고려되어야 한다. 따라서, 에탄올 및 물과 같은 환경친화적인 용매들로 제작이 가능한 새로운 광기전 물질의 개발이 유기 광기전 분야에서는 핵심적인 문제이다.It is particularly noteworthy that the regulations on environmental protection and human health are strict in the world, especially in the European Union. The growing interest in environmental issues places emphasis on the importance of environmentally friendly solution processes for the production of PSCs, especially in the case of large-scale production of PSCs by roll-to-roll industrial printing technology. In addition, process stability and costs associated with waste treatment should also be considered seriously. Thus, the development of new photovoltaic materials that can be made with environmentally friendly solvents such as ethanol and water is a key issue in the field of organic photovoltaics.

한편, 환경친화적 녹색 용매에 의해서 가공되는 PSCs를 개발하기 위해서는 몇몇 과제가 존재한다: (1) 녹색 용매들에 용해가능한 새로운 광기전 구조들은 기존의 염소계 유기용매에서 공정가능한 구조와는 달리 새롭게 디자인되어야 한다. P- 및 N-타입 광활성 물질들이 환경친화적 용매들 중에서 충분한 용해도 (즉, > 5~10 mg/mL)를 가져야 한다. (2) 필름 형성 및 고체상 모폴로지는 전하 분리, 수송 및 추출을 최적화할 수 있도록 조절되어야 한다. 친수성 에탄올 또는 물을 사용하여 제조된 필름은 염소계 소수성 용매들 (즉, CF, CB, 및 DCB)로부터 제조된 필름들과 비교할 때 매우 다른 모폴로지를 가질 것으로 예상된다. On the other hand, there are several challenges to developing PSCs that are processed by environmentally friendly green solvents: (1) new photovoltaic structures that are soluble in green solvents should be redesigned, unlike processes that can be processed in conventional chlorinated organic solvents do. P- and N-type photoactive materials should have sufficient solubility (i.e., > 5 to 10 mg / mL) among environmentally friendly solvents. (2) Film formation and solid phase morphology should be adjusted to optimize charge separation, transport and extraction. Films prepared using hydrophilic ethanol or water are expected to have very different morphologies when compared to films made from chlorinated hydrophobic solvents (i.e., CF, CB, and DCB).

할로겐화 및/또는 비-할로겐화 용매들에 대한 대체물질을 찾기 위해서 상당한 노력이 이루어졌음에도 불구하고, 현재까지 그 성공 사례는 매우 드물다.Although considerable efforts have been made to find alternative materials for halogenated and / or non-halogenated solvents, the successes so far are very rare.

비특허문헌 1: Yu Chen, Yong Cui, Shaoqing Zhang and Jianhui Hou; Polym. Chem., 2015, 6, 4089-4095.Non-Patent Document 1: Yu Chen, Yong Cui, Shaoqing Zhang and Jianhui Hou; Polym. Chem., 2015, 6, 4089-4095. 비특허문헌 2: Chu-Chen Chueh, Kai Yao, Hin-Lap Yip, Chih-Yu Chang, Yun-Xiang Xu, Kung-Shih Chen, Chang-Zhi Li, Peng Liu, Fei Huang, Yiwang Chen, Wen-Chang Chen and Alex K.-Y. Jen, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 3241-3248.Non-Patent Document 2: Chu-Chen Chueh, Kai Yao, Hin-Lap Yip, Chih-Yu Chang, Yun-Xiang Xu, Keng-Shih Chen, Chang-Zhi Li, Peng Liu, Fei Huang, Yiwang Chen, Chen and Alex K.-Y. Jen, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 3241-3248. 비특허문헌 3: X. Guo, M. J. Zhang, C. H. Cui, J. H. Hou and Y. F. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 8190.Non-Patent Document 3: X. Guo, M.J. Zhang, C.H. Cui, J.H.Hou and Y.F. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 8190. 비특허문헌 4: . "Material Safety Data Sheet MSDS". Section 11: Toxicological Information for the LD50 verification.Non-Patent Document 4:. "Material Safety Data Sheet MSDS". Section 11: Toxicological Information for the LD50 verification. 비특허문헌 5: Jeremiah K. Mwaura, Mauricio R. Pinto, David Witker, Nisha Ananthakrishnan, Kirk S. Schanze, and John R. Reynolds, Langmuir 2005, 21, 10119-10126.Non-Patent Document 5: Jeremiah K. Mwaura, Mauricio R. Pinto, David Witker, Nisha Ananthakrishnan, Kirk S. Schanze, and John R. Reynolds, Langmuir 2005, 21, 10119-10126. 비특허문헌 6: Q. Qiao and J. T. Mcleskey, Jr., Appl. Phys. Lett. 86, 153501 (2005).Non-Patent Document 6: Q. Qiao and J. T. Mcleskey, Jr., Appl. Phys. Lett. 86, 153501 (2005). 비특허문헌 7: J. H. Yang, A. Garcia and T. Q. Nguyen, Appl. Phys. Lett., 2007, 90, 103514.Non-Patent Document 7: J. H. Yang, A. Garcia and T. Q. Nguyen, Appl. Phys. Lett., 2007, 90, 103514. 비특허문헌 8: Y. X. Nan, X. L. Hu, T. T. Larsen-Olsen, B. Andreasen, T. Tromholt, J. W. Andreasen, D. M. Tanenbaum, H. Z. Chen and F. C. Krebs, Nanotechnology, 2011, 22, 475301.Non-Patent Document 8: Y. X. Nan, X. L. Hu, T. T. Larsen-Olsen, B. Andreasen, T. Tromholt, J. W. Andreasen, D. M. Tanenbaum, H. Z. Chen and F. C. Krebs, Nanotechnology, 2011, 22, 475301.

이에, 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자, 환경친화적 용매인 에탄올 공정에 의해서 폴리머 태양전지를 제조하고자 하였으며, 이를 위해서, 에탄올 공정이 가능한 에탄올-가용성 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체로서, 전자 공여체 화합물, 전자 수용체 화합물 및 그 제조방법을 제공하고자 하였다. 또한, 상기 광기전 폴리머 및 풀러렌 유도체를 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 하였다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention has been made to produce a polymer solar cell by an ethanol process which is an environmentally friendly solvent. For this purpose, an ethanol-soluble photopolymer and an ethanol- A compound, an electron acceptor compound and a process for producing the same. The present invention also provides a polymer solar cell including the photovoltaic polymer and the fullerene derivative as an active layer, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서,In order to solve the above problems,

하기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물을 제공한다:There is provided an electron donor compound represented by the following formula (1): < EMI ID =

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서,In this formula,

각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,Each X is independently from each other O, S, Se or Te,

각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이고,Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H,

m은 10 내지 50의 정수이고,m is an integer of 10 to 50,

n은 3 내지 10의 정수이다.n is an integer from 3 to 10;

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서,Further, in order to solve the above problems,

하기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물을 제공한다:Claims 1. An electron acceptor compound represented by the following formula (2): < EMI ID =

[화학식 2](2)

Figure pat00002
,
Figure pat00003
, 또는
Figure pat00004
Figure pat00002
,
Figure pat00003
, or
Figure pat00004

상기 식에서, R은 Wherein R is

Figure pat00005
이고,
Figure pat00005
ego,

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

더 나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물의 혼합물을 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a polymer solar cell comprising a mixture of the electron donor compound represented by Formula 1 and the electron acceptor compound represented by Formula 2 as an active layer.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 혼합물 중 상기 전자 공여체 화합물과 상기 전자 수용체 화합물의 상기 활성층 중 혼합 중량비는 1:1 내지 1:4일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the mixing weight ratio of the electron donor compound to the active layer of the electron acceptor compound in the mixture may be 1: 1 to 1: 4.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물의 제조방법을 제공한다:There is provided a process for preparing an electron donor compound represented by Chemical Formula 1, which comprises reacting a compound represented by Chemical Formula 3 and a compound represented by Chemical Formula 4 below:

[화학식 3](3)

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 식에서, R1Wherein R < 1 > is

Figure pat00007
이고,
Figure pat00007
ego,

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다;Wherein n is an integer from 3 to 10;

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 식에서,In this formula,

각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,Each X is independently from each other O, S, Se or Te,

각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이다.Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다:According to one preferred embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 3 may be prepared by reacting a compound represented by Formula 5 and a compound represented by Formula 6:

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

C60 풀러렌과 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물의 제조방법을 제공한다:C60 fullerene with a compound represented by the following formula (7): < EMI ID =

[화학식 7](7)

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

한편, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물 및 상기 화학식 2의 화합물을 에탄올 용매 중에 용해시킴으로써 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 코팅함으로써 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 폴리머 태양전지의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a mixed solution comprising: preparing a mixed solution by dissolving the compound of Formula 1 and the compound of Formula 2 in an ethanol solvent; And forming an active layer by coating the mixed solution. The present invention also provides a method of manufacturing a polymer solar cell.

본 발명에 따르면, 환경친화적 용매인 에탄올 공정에 의하면서도 우수한 전력 변환 효율을 나타내는 폴리머 태양전지를 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a polymer solar cell which exhibits excellent power conversion efficiency even in an ethanol process which is an environmentally friendly solvent.

도 1a는 종래에 본 발명자들에 의해서 보고된 바 있는 광기전 폴리머인 PPDT2FBT, 본 발명에 따른 전자 공여체 화합물 및 전자 수용체 화합물에 대한 화학식들을 도시한 도면이다.
도 1b는 PPDT2FBT 및 본 발명에 따른 전자 공여체 화합물의 용액 및 필름 중에서 TGA 및 DSC 써모그램을 도시한 그래프이다.
도 1c는 PPDT2FBT 및 본 발명에 따른 전자 공여체 화합물의 용액 및 필름 중에서 UV/Vis 흡수 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 1d는 PPDT2FBT, 본 발명에 따른 전자 공여체 화합물 및 전자 수용체 화합물에 대한 순환전압전류곡선 (cyclic voltammograms, CV)을 도시한 그래프이다.
도 2a는 본 발명에 따른 전자 공여체 화합물에 대한 2D-GIXS 패턴을 도시한 그래프이고, 도 2b는 이에 대한 라인-컷 (line-cuts) 패턴을 도시한 그래프이다.
도 3a 및 3b는 다양한 D:A 중량비로 에탄올 가공 조건으로 제조된 장치들에 대한 J-V 곡선 (3a) 및 EQE 반응 곡선 (3b)을 도시한 그래프이다.
도 4a 및 4b는 바카디 가공 조건으로 제조된 장치들에 대한 J-V 곡선 (4a) 및 EQE 반응 곡선 (4b)을 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 5d는 최적화된 에탄올 가공 조건 하에서 제조된 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 박막에 대한 AFM 높이 영상 (5a), 대응되는 상 영상 (5b), TEM 영상 (5c) 및 RSoXS 프로파일 (5d)을 도시한 도면이다.
도 6은 순수 PPDT2FBT-A 폴리머 및 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 박막에 대한 광발광 (photoluminescence) 그래프를 도시한 것이다.
도 7a 및 7b는 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 박막의 2D-GIXS 패턴 (7a) 및 라인-컷 (7b) 패턴을 도시한 그래프이다.
도 8a 및 8b는 순수 PPDT2FBT-A 및 Bis-C60-A 필름 (8a) 및 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 필름에 기초한 정공- 및 전자-단독 장치들의 J-V 특성들을 도시한 그래프이다.
1A is a diagram showing the formulas for photovoltaic polymer PPDT2FBT, an electron donor compound and an electron acceptor compound according to the present invention, which have been reported by the present inventors.
Figure IB is a graph showing TGA and DSC thermograms in solution and film of PPDT2FBT and the electron donor compound according to the present invention.
1C is a graph showing the UV / Vis absorption spectrum in a solution and a film of PPDT2FBT and an electron donor compound according to the present invention.
1D is a graph showing cyclic voltammograms (CV) for PPDT2FBT, an electron donor compound and an electron acceptor compound according to the present invention.
FIG. 2A is a graph showing a 2D-GIXS pattern for an electron donor compound according to the present invention, and FIG. 2B is a graph showing a line-cut pattern thereof.
3A and 3B are graphs showing the JV curve 3a and the EQE response curve 3b for the devices manufactured under the ethanol processing conditions at various D: A weight ratios.
4A and 4B are graphs showing the JV curve 4a and the EQE response curve 4b for the devices manufactured under bacchard processing conditions.
The Figures 5a to 5d are produced under optimized processing conditions of ethanol PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A AFM height image (5a), corresponds to the image (5b), TEM image (5c) and for mixing a thin film profile which is RSoXS Fig.
Figure 6 is purely PPDT2FBT-A polymers and PPDT2FBT-A: shows a light emission (photoluminescence) graph of the Bis-C 60 -A mixture thin film.
7a and 7b are PPDT2FBT-A: a Bis-C 60 -A mixture thin film 2D-GIXS pattern (7a) and a line-cut (7b) is a graph showing the pattern.
Figures 8a and 8b is a pure PPDT2FBT-A and Bis-C 60 -A film (8a) and PPDT2FBT-A: the hole based on Bis-C 60 -A mixture film-and E-is a graph illustrating the characteristics of the exclusive device graph JV .

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서는 에탄올-가용성 광기전 폴리머로서, 폴리[(2,5-비스(1,3-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)프로판-2-일옥시)벤젠)-알트-(5,6-디플루오로-4,7-디(티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸)] (PPDT2FBT-A) 및 풀러렌 유도체인 (비스-풀러렌-A)를 합성하였다 (도 1a). 에탄올을 사용하여 성공적으로 PSCs를 제작하였으며, 이는 ~0.75% 정도의 PCE를 나타내었다. 모든 용액 공정은 주변 공기 중에서 수행되었는 바, 이는 에탄올 공정이 작업자-친화적인 조건을 제공하기 때문이며, 이는 또한 에탄올 공정의 장점이기도 하다.In the present invention, an ethanol-soluble photopolymerizable polymer is prepared by reacting a poly [(2,5-bis (1,3-bis (2- (2- (2- methoxyethoxy) ethoxy) propan- Yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole)] (PPDT2FBT-A) And a fullerene derivative (bis-fullerene-A) were synthesized (FIG. 1A). Successful PSCs were produced using ethanol, which showed ~ 0.75% PCE. All solution processes were performed in ambient air because the ethanol process provides operator-friendly conditions, which is also an advantage of the ethanol process.

최근에, 본 발명자들은 고효율 준-결정성 광기전 폴리머로서, 폴리[(2,5-비스(2-헥실데실옥시)페닐렌)-알트-(5,6-디플루오로-4,7-디(티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸)] (PPDT2FBT)을 보고한 바 있으며, 상기 폴리머 백본 중에 비공유결합성 쿨롱 상호작용을 도입하고, CB:디페닐 에테르 (DPE)의 혼합물 (98:2 부피%)을 가공 용매로 사용하여 ~9%의 최대 PCE를 달성하였음을 보고한 바 있다 (Nguyen, T. L.; Choi, H.; Ko, S. J.; Uddin, M. A.; Walker, B.; Yum, S.; Jeong, J. E.; Yun,M. H.; Shin, T. J.; Hwang, S.; Kim, J. Y.; Woo, H. Y. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3040).Recently, the present inventors have found that poly ([2,5-bis (2-hexyldecyloxy) phenylene) -alt- (5,6-difluoro-4,7 (Thiophen-2-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole)] (PPDT2FBT) and has introduced a noncovalent Coulomb interaction in the polymer backbone, CB : A maximum PCE of ~9% was achieved using a mixture of diphenyl ether (DPE) (98: 2 vol%) as the processing solvent (Nguyen, TL; Choi, H .; Ko, SJ; Uddin, MA; Walker, B .; Yum, S .; Jeong, JE; Yun, MH; Shin, TJ; Hwang, S.; Kim, JY; Woo, HY Energy;

본 발명에서는, 알코올-가용성 준-결정성 광기전 폴리머를 제작하기 위해서 전술한 PPDT2FBT와 동일한 폴리머 백본을 사용하였지만, 전자 공여체 (접합 폴리머) 및 전자 수용체 (풀러렌 유도체) 양자 모두 에탄올 가공을 위해서 곁사슬을 변경하여 재제작하였다. 더 나아가, 새로운 분자 구조-알코올 가공과 고체상 모폴로지의 구조-특성 관계에 대한 재정립이 필요하였는 바, 본 발명에서는 극성 용매인 에탄올 중에서 PPDT2FBT의 용해도를 조절하기 위해서 곁사슬의 구조를 변형하였다. 또한, 헥실데실 치환기들을 올리고에틸렌옥시기인 2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)프로판-2-일옥시기로 치환함으로써 녹색 용매인 에탄올로 가공하는 것을 가능케 하였다.In the present invention, the same polymer backbone as the above-mentioned PPDT2FBT was used to produce an alcohol-soluble quasi-crystalline photoconductive polymer, but both of the electron donor (conjugated polymer) and the electron acceptor (fullerene derivative) And reproduced. Furthermore, the structure of the side chain was modified in order to control the solubility of the PPDT2FBT in the polar solvent, ethanol, because the new molecular structure-alcohol processing and the structure-property relationship of the solid phase morphology were required to be redefined. It was also possible to process the hexyldecyl substituents with ethanol, which is a green solvent, by substituting the oligoethyleneoxy group, 2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) propan-2-yloxy.

따라서, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물을 제공하며:Accordingly, the present invention provides an electron donor compound represented by the following formula 1:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 식에서,In this formula,

각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,Each X is independently from each other O, S, Se or Te,

각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이고,Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H,

m은 10 내지 50, 바람직하게는 15 내지 20의 정수이고,m is an integer of 10 to 50, preferably 15 to 20,

n은 3 내지 10의 정수이다.n is an integer from 3 to 10;

하기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물을 제공한다:Claims 1. An electron acceptor compound represented by the following formula (2): < EMI ID =

[화학식 2](2)

Figure pat00013
,
Figure pat00014
, 또는
Figure pat00015
Figure pat00013
,
Figure pat00014
, or
Figure pat00015

상기 식에서, R은 Wherein R is

Figure pat00016
이고,
Figure pat00016
ego,

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

더 나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물의 혼합물을 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a polymer solar cell comprising a mixture of the electron donor compound represented by Formula 1 and the electron acceptor compound represented by Formula 2 as an active layer.

하기 실시예의 데이터로부터도 알 수 있는 바와 같이, 상기 혼합물 중 상기 전자 공여체 화합물과 상기 전자 수용체 화합물의 상기 활성층 중 혼합 중량비는 1:1 내지 1:4인 것이 바람직한데, 이는 전술한 범위 내에서 가장 우수한 전력 변환 효율이 달성되는 것으로 나타났기 때문이다.As can be seen from the data in the following examples, the mixing ratio by weight of the electron donor compound to the active layer of the electron acceptor compound in the mixture is preferably 1: 1 to 1: 4, And excellent power conversion efficiency is achieved.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물의 제조방법을 제공하며, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있으며, 바람직하게는, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다:The present invention also provides a process for preparing an electron donor compound represented by the above formula (1), wherein the compound of the formula (1) can be prepared by reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula , Preferably, the compound represented by Formula 3 may be prepared by reacting a compound represented by Formula 5 and a compound represented by Formula 6:

[화학식 3](3)

Figure pat00017
Figure pat00017

상기 식에서, R1Wherein R < 1 > is

Figure pat00018
이고,
Figure pat00018
ego,

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다;Wherein n is an integer from 3 to 10;

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00019
Figure pat00019

상기 식에서,In this formula,

각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,Each X is independently from each other O, S, Se or Te,

각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이다.Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00020
Figure pat00020

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00021
Figure pat00021

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

또한, 본 발명은 상기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물의 제조방법을 제공하며, 상기 화학식 2의 화합물은 C60 풀러렌과 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다:The present invention also provides a method for preparing an electron acceptor compound represented by Formula 2, wherein the compound of Formula 2 is prepared by reacting C60 fullerene with a compound represented by Formula 7 below:

[화학식 7](7)

Figure pat00022
Figure pat00022

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 3 to 10.

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 환경친화적 태양전지 제조공정을 제공하기 위해서, 전술한 에탄올 가용성 광기전 폴리머를 합성하였는 바, 상기 화학식 1의 화합물 및 상기 화학식 2의 화합물을 에탄올 용매 중에 용해시킴으로써 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 코팅함으로써 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 폴리머 태양전지의 제조방법을 제공한다.As described above, in the present invention, in order to provide a process for manufacturing an environmentally friendly solar cell, the above-mentioned ethanol-soluble photoconductive polymer is synthesized. By dissolving the compound of Formula 1 and the compound of Formula 2 in an ethanol solvent Preparing a mixed solution; And forming an active layer by coating the mixed solution. The present invention also provides a method of manufacturing a polymer solar cell.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to assist the understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

1. 분자 디자인, 합성 및 특성화1. Molecular design, synthesis and characterization

모노머들 및 폴리머들의 제조에 대한 실험 세부사항들은 하기 화합물 합성 부분에서 상세히 서술하였다.Experimental details for the preparation of monomers and polymers have been described in detail in the following compound synthesis section.

1,3-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)프로판-2-일-톨루엔술포네이트 (화학식 6)는 기존에 서술된 공정에 따라서 제조하였다 (Joke Vandenbergh, JeroenDergent, Bert Conings, T.V.V. Gopala Krishna, WouterMaes, Thomas J. Cleij, Laurence Lutsen, Jean Manca, Dirk J.M. Vanderzande; European Polymer Journal 47 (2011) 1827-1835). 이어서, 이를 윌리엄슨 에테르화 반응을 사용하여 2,5-디브로모히드로퀴논과 커플링시킴으로써 1,4-디브로모-2,5-비스(1,3-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)프로판-2-일옥시)벤젠 (화학식 3)을 제조하였다. 화학식 1의 화합물은 상기 화학식 3의 화합물과 4,7-비스(5-트리메틸스타닐티오펜-2-일)-5,6-디플루오로-2,1,3-벤조티아디아졸 (화학식 4)을 스틸-커플링 반응을 통해서 반응시킴으로써 합성하였는 바, 톨루엔 중에서 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)을 촉매로서 사용하였다 (수율, 90%).Ethane) propan-2-yl-toluenesulfonate (Formula 6) was prepared according to the previously described process (Joke Vandenbergh, Jeroen Dergent, Bert Conings, TVV Gopala Krishna, Wouter Maes, Thomas J. Cleij, Laurence Lutsen, Jean Manca, Dirk JM Vanderzande, European Polymer Journal 47 (2011) 1827-1835). This was followed by coupling with 2,5-dibromohydroquinone using Williamson etherification to give 1,4-dibromo-2,5-bis (1,3-bis (2- (2- (2- Methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) propan-2-yloxy) benzene (Formula 3). The compound of the formula (1) is obtained by reacting the compound of the formula (3) with 4,7-bis (5-trimethylstannylthiophen-2-yl) -5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole ) Was reacted through a steel-coupling reaction. As a result, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) was used as a catalyst (yield, 90%) in toluene.

한편, 화학식 2의 화합물의 경우에는, 3,4,5-[2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시]벤즈알데히드 (화학식 7)를 풀러렌 C60과 반응시킴으로써 제조하였는 바, 사르코시닉산 (sarcosinic acid)과 함께 클로로벤젠 중에서 프라토 반응 (Prato reaction)을 수행하여 25%의 수율로서 제조하였다.On the other hand, in the case of the compound of formula (2), it was prepared by reacting 3,4,5- [2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy] benzaldehyde (formula 7) with fullerene C60 Followed by a Prato reaction in chlorobenzene with sarcosinic acid in 25% yield.

본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 클로로포름 (CF), 디클로로메탄 (DCM), CB, o-DCB, THF와 같은 할로겐화 또는 방향족 용매들에서 뿐만 아니라, DMF, DMSO, 아세톤, 메탄올, 에탄올과 같은 비할로겐화 또는 비방향족 용매들에서도 우수한 용해도를 나타내었다. 또한, 화학식 1의 화합물의 수평균 분자량 (M n)은 80 ℃에서 DCB를 용리액으로 사용하여 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해서 측정한 결과, 16 kDa으로 측정되었다. 열중량 분석 (thermogravimetric analysis, TGA) 데이터에 따르면, 상기 폴리머는 분해 온도 (T d)가 ~380 ℃로서 (5% 중량 손실) 우수한 열적 안정성을 갖는 것으로 나타났다 (도 1b 참조). 또한, 시차주사 열량측정 (differential scanning calorimetry, DSC)으로부터, 흡열 및 발열 피크들이 177 ℃ 및 162 ℃에서 관찰되었는 바, 이는 결정성 용융 (T m) 및 재결정 (T c) 전이가 발생하였음을 의미한다 (도 1b 참조). 대조 물질인 PPDT2FBT는 각각 402, 317 및 308 ℃의 T d, T mT c 수치를 나타내었다.The compounds of formula (I) according to the present invention are useful not only in halogenated or aromatic solvents such as chloroform (CF), dichloromethane (DCM), CB, o- DCB and THF, but also in non-aqueous solvents such as DMF, DMSO, acetone, methanol, Halogenated or non-aromatic solvents. The number average molecular weight ( M n ) of the compound of formula (1) was measured by gel permeation chromatography (GPC) using DCB as an eluent at 80 ° C and was found to be 16 kDa. According to thermogravimetric analysis (TGA) data, the polymer showed excellent thermal stability at a decomposition temperature ( T d ) of ~ 380 ° C (5% weight loss) (see FIG. Also, from differential scanning calorimetry (DSC), endothermic and exothermic peaks were observed at 177 ° C and 162 ° C, indicating that crystalline melting ( T m ) and recrystallization ( T c ) (See FIG. 1B). The control material, PPDT2FBT, exhibited T d , T m and T c values of 402, 317 and 308 ° C, respectively.

도 1c는 에탄올 중에서, 또한 필름 중에서 화학식 1의 화합물의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 보여주는 것이다. 화학식 1의 화합물은 350-750 nm 파장 영역대의 넓은 흡수 스펙트럼을 가지면서 5.8 × 104 M-1cm-1의 몰 흡광 계수를 지니는 것을 알 수 있는데, 이는 대조물질인 PPCT2FBT와 유사한 수치이다. 화학식 1의 화합물의 광학 밴드 갭은 1.76 eV로 측정되었는 바, 이는 PPDT2FBT와 동일한 것이다.Figure 1c shows the UV-vis absorption spectrum of the compound of formula (1) in ethanol and also in film. The compound of Formula 1 has a molar extinction coefficient of 5.8 × 10 4 M -1 cm -1 , which has a broad absorption spectrum in the 350-750 nm wavelength region, which is similar to that of PPCT2FBT, the reference material. The optical bandgap of the compound of formula (1) was measured to be 1.76 eV, which is the same as PPDT2FBT.

접합 백본에서 알킬 치환기들을 올리고에틸렌옥시 곁사슬들로 치환하는 것은, 또한 전자적 구조 (즉, 프론티어 에너지 레벨) 면에서도 현저한 효과를 야기한다. 도 1d에는 화학식 1 및 2의 화합물들에 대한 순환전압전류곡선 (cyclic voltammograms, CV)을 도시하였다. 도 1d를 참조하면, 화학식 1의 화합물의 경우, 최고 준위 점유 분자궤도 (highest occupied molecular orbital, HOMO) 및 최저 준위 점유 분자궤도 (lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 에너지 레벨은 각각 -4.95 eV 및 -3.19 eV로 측정되었다. 또한, 화학식 2의 화합물의 경우, HOMO 및 LUMO 수준들은 각각 -5.45 eV 및 -3.80 eV로 측정되었다. 이러한 사실은 올리고에틸렌옥시 곁사슬들이 화합물들의 전자적 구조들에 강력한 영향을 미침으로써, PPDT2FBT (HOMO: -5.45 eV, LUMO: -3.69 eV) 및 PC60BM (HOMO: -5.9 eV, LUMO: -3.90 eV)와 비교할 때에, 화학식 1 및 2의 화합물들의 HOMO 및 LUMO 수준들을 상승시킨 것으로 볼 수 있다.Substituting alkyl substituents with oligoethyleneoxy side chains in the conjugated backbone also has a significant effect in terms of electronic structure (i.e., frontier energy level). Figure 1 (d) shows cyclic voltammograms (CV) for the compounds of formulas (1) and (2). Referring to FIG. 1d, the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels are -4.95 eV and -3.19 eV. Further, in the case of the compound of formula 2, HOMO and LUMO levels were measured at -5.45 eV and -3.80 eV, respectively. These facts indicate that the oligomeric oxyoxy side chains have a strong influence on the electronic structures of the compounds, resulting in PPDT2FBT (HOMO: -5.45 eV, LUMO: -3.69 eV) and PC 60 BM (HOMO: -5.9 eV, LUMO: , It can be seen that the HOMO and LUMO levels of the compounds of formulas (1) and (2) are increased.

에탄올 공정 하에서, 화학식 1의 화합물 박막의 결정 패킹 및 구조적 배향을 평가하기 위해서 2차원 스침각 X-선 산란 (two dimensional grazing incidence X-ray scattering, 2D-GIXS)을 수행하였다. 도 2a 및 2b에는 2D-GIXS 패턴을 도시하였다. 도 2a 및 2b를 참조하면, 화학식 1의 화합물 박막의 결정 특성 분석 결과, 평면 수직 방향으로 4차수까지 ((100), (200), (300) 및 (400)), 뚜렷한 Bragg 반사 피크들이 나타나는 바, 박막이 결정성 도메인 중에서 매우 규칙적인 층상 구조를 갖는다는 것을 알 수 있다. 1차 (100) 반사 피크로부터, 라멜라 층간층 d 간격은 22.85 Å인 것으로 나타났으며, 이는 PPDT2FBT (20.7 Å)의 수치보다 큰 것으로서, 더 긴 올리고에틸렌옥시 곁사슬에 기인한 것이다. 더 나아가, π-π 적층에 해당하는 (010) 반사 피크가 xy축 방향에서 강하게 나타났다. 이러한 특징들은 폴리머가 박막 중에서 에지-온 (edge-on) 패킹 구조를 뚜렷하게 갖는다는 사실을 의미한다. 화학식 1의 화합물의 π-π 적층 거리는 3.65 Å으로 측정되었는 바, 이는 저 밴드갭 폴리머들 및 그 부계 PPDT2FBT (3.72 Å) 보다는 상대적으로 작은 값이다. 이는 화학식 1의 화합물 백본들 사이의 강한 상호작용 뿐만 아니라, 비공유 수소결합 상호작용을 통한 올리고에틸렌옥시 곁사슬들 사이의 강한 상호작용에도 기인한 것이다. 흥미롭게도, 접합된 백본 상에서 알킬 치환기들을 올리고에틸렌옥시 곁사슬들로 치환함으로써 화학식 1의 화합물의 구조적 패킹이 페이스-온 (face-on)으로부터 에지-온 (edge-on) 배향으로 현저하게 변화되었다. 구조적 패킹에 있어서 이러한 현저한 변화는 PSC 장치의 성능에 중요한 영향을 끼칠 수 있다.Two dimensional grazing incidence X-ray scattering (2D-GIXS) was performed to evaluate the crystal packing and structural orientation of the compound thin film of Formula 1 under an ethanol process. Figures 2A and 2B show the 2D-GIXS pattern. 2A and 2B, the crystal characteristics of the compound thin film of Chemical Formula 1 show that up to the fourth order ((100), (200), (300) and (400) It can be seen that the bar and thin film have a very regular layer structure in the crystalline domain. From the primary (100) reflection peak, the interlaminar layer d spacing was found to be 22.85 Å, which is greater than the value of PPDT2FBT (20.7 Å), due to the longer oligoethylene oxy side chain. Furthermore, the (010) reflection peak corresponding to the pi-pi lamination was strong in the xy axis direction. These features imply that the polymer has a distinct edge-on packing structure in the film. The π-π lamination distance of the compound of formula (1) was measured to be 3.65 Å, which is a relatively smaller value than the low band gap polymer and its pendant PPDT2FBT (3.72 Å). This is due to the strong interaction between the compound backbones of formula (1) as well as the strong interaction between the oligoethylene oxy side chains through non-covalent hydrogen bonding interactions. Interestingly, the structural packing of the compound of formula (1) has been significantly changed from face-on to edge-on orientation by substituting alkyl substituents with oligoethyleneoxy side chains in the conjugated backbone. This significant change in structural packing can have a significant impact on the performance of the PSC device.

2. 2. 광기전Insanity 소자 제작 및  Device fabrication and 광전Photoelectricity 특성 characteristic

본 발명에서는 환경친화적인 가공 용매인 에탄올을 용매로서 사용하여 폴리머 태양전지를 제조하였다. 장치 제작을 위해서, ITO/ZnO/PPDT2FBT-A:Bis-C60-A/MoO3/Ag의 구조를 갖는 역-구조 장치를 사용하였다. PPDT2FBT-A 폴리머 공여체 및 Bis-C60-A 수용체를 에탄올 용매에 용해시키고, 혼합 용액을 ZnO 필름 상으로 스핀코팅함으로써 활성층을 형성하였다. 결과물로서 제조된 에탄올에서 가공된 태양전지들을 테스트하였는 바, PPDT2FBT-A 공여체 (D) 및 Bis-C60-A 수용체 (A)의 중량 조성에 대한 함수로 테스트하였다. 장치에 대한 광기전 특성들 및 전류 밀도-전압 (J-V) 곡선들 (100 mW/cm2 AM 1.5G 태양광 조사)을 하기 표 1 및 도 3a에 도시하였다.In the present invention, a polymer solar cell was prepared using ethanol, which is an environmentally friendly processing solvent, as a solvent. For device fabrication, ITO / ZnO / PPDT2FBT-A : station having the structure of Bis-C 60 -A / MoO 3 / Ag - was used as a structure unit. The PPDT2FBT-A donor polymer and Bis-C to 60 -A receptor, the mixed solution was dissolved in an ethanol solvent to form an active layer by spin coating onto the ZnO film. The solar cells processed from the resultant ethanol were tested and tested as a function of the weight composition of the PPDT2FBT-A donor (D) and the Bis-C 60 -A receptor (A). Photovoltaic properties for the device and current density-voltage ( JV ) curves (100 mW / cm 2 AM 1.5G solar irradiation) are shown in Table 1 and FIG.

D:A 중량비D: A weight ratio VOC
(V)
V OC
(V)
JSC
(mA/cm2)
J SC
(mA / cm 2 )
FFFF PCE (%)PCE (%)
1:11: 1 0.800.80 1.771.77 0.320.32 0.450.45 1:1.51: 1.5 0.810.81 2.362.36 0.390.39 0.750.75 1:21: 2 0.810.81 1.781.78 0.380.38 0.550.55 1:1.5
(바카디)
1: 1.5
(Bacardi)
0.800.80 1.071.07 0.380.38 0.330.33

광기전 결과들은 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 장치가 중량비 1:1.5 (D:A)에서 최적화 성능을 나타낸다는 점을 보여주는 바, 평균 단락 전류 (average short-circuit current, J SC )가 2.23 mA/cm2, 개방 회로 전압 (open-circuit voltage, V OC )이 0.79 V이고, 필 팩터 (fill factor, FF)가 0.38로서, 0.67%의 PCE를 나타내었다. 장치의 최고 효율은 0.75%인 반면, 다른 D:A 비율 장치들은 0.45% (1:1) 및 0.55% (1:2) 효율들을 나타내었다. 무엇보다도, 본 발명이 알코올 가용성 광기전 물질들을 사용하여 친환경 용매인 에탄올에서 가공된 폴리머 태양전지들에 대한 의미있는 광기전 특성을 최초로 보고한 사례라는 점이 중요하다. 도 3b에는 외부 양자 효율 (external quantum efficiency, EQE)을 나타낸 그래프를 도시하였으며, 이 또한 본 발명에 따른 에탄올에서 가공된 태양전지에 대한 광기전 특성을 확인시켜 준다. 도 3을 참조하면, 최적의 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 장치는 400-700 nm의 광범위한 영역에서 광전류를 생성하고, 그 최대 EQE 수치는 18.31%에 달한다. EQE 반응들을 통합한 것으로부터 얻어지는 광전류들은 2% 오차 범위 내에서 J SC 수치들과 잘 부합하였다. 더 나아가, 본 발명에 따른 에탄올 가공이 얼마나 환경친화적인가를 보여줄 수 있는 직관적 실험으로서, 음용가능한 용매인 바카디 (barcadi) 술 (에탄올 함량 75.5%)을 사용하여 태양전지를 제작하였다. 흥미롭게도, 바카디로 가공된 장치 역시 실제로 광기전 특성들을 야기하였으며, 유의미한 광기전 패러미터들로서 J SC 가 1.07 mA/cm2, V OC 가 0.80 V, FF가 0.38, 그리고 PCE가 0.33%였다. 해당되는 J-V 및 EQE 곡선들을 도 4a 및 4b에 도시하였다. 이러한 실험은 본 발명의 공정이 얼마나 환경 및 인간친화적인가를 반증하는 것이다.Photovoltaic results show that the PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A device exhibits optimized performance at a weight ratio of 1: 1.5 (D: A), and the average short-circuit current ( J SC ) and 2.23 mA / cm 2, is 0.79 V open circuit voltage (open-circuit voltage, V OC ), as a 0.38 fill factor (fill factor, FF), exhibited a PCE of 0.67%. The highest efficiency of the device was 0.75% while the other D: A ratio devices showed 0.45% (1: 1) and 0.55% (1: 2) efficiencies. Above all, it is important to note that the present invention is the first report to report the meaningful photovoltaic properties of polymer solar cells fabricated in ethanol, an environmentally friendly solvent, using alcohol soluble photovoltaic materials. FIG. 3B is a graph showing external quantum efficiency (EQE), which also confirms the photovoltaic characteristics of the solar cell processed in the ethanol according to the present invention. 3, the optimum PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A apparatus generates a photoelectric current in a wide region of 400-700 nm, the maximum EQE value amounts to 18.31%. The photocurrents from the integration of the EQE reactions matched the J SC values within the 2% error range. Furthermore, as an intuitive experiment that can show how environmentally friendly the ethanol processing according to the present invention is, a solar cell was manufactured using barcadi alcohol (ethanol content 75.5%), which is a usable solvent. Interestingly, the bacardly processed device also produced photovoltaic characteristics, with significant photovoltaic parameters: J SC = 1.07 mA / cm 2 , V OC = 0.80 V, FF = 0.38, and PCE = 0.33%. The corresponding JV and EQE curves are shown in Figures 4a and 4b. These experiments demonstrate how environmental and human-friendly the process of the present invention is.

3. 3. 모폴로지Morphology 및 전하 수송 특성 And charge transport properties

PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 필름의 표면 모폴로지를 원자 현미경 (AFM) 및 투과전자 현미경 (TEM)을 사용하여 분석하였다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 에탄올 가공된 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 필름은 평탄한 표면 모폴로지를 나타내며, 그 표면 거칠기는 0.81 nm였다. 대응되는 상 이미지 (도 5b)를 참조하면, ~10 nm 정도 크기의 상호침투성 네트워크 (interpenetrating network)가 관찰되는 것을 알 수 있다. 더욱 흥미로운 점은, 도 5c의 TEM 영상을 참조하면, 폭 ~10 nm 정도의 복잡하게 고도로 상호연결된 섬유성 구조들이 관찰되며, 이는 AFM 실험으로부터 관찰된 크기와 잘 일치하는 것이다. 이러한 좁은 섬유 폭을 갖는 상호침투성 섬유상 모폴로지는 접합 폴리머들의 통상적인 여기 확산 길이에 필적하는 것이며 (~10 nm), 따라서 더 나은 엑시톤 확산/분리에 유리하고, 섬유들을 통한 전하 수송을 향상시킬 것으로 기대된다. 이러한 섬유-나노구조들이 야기되는 원인은 아마도 PPDT2FBT-A 폴리머의 접합 백본들 사이의 강한 π-π 상호작용에 기인한 것일 수 있다. 기존에, 유사한 섬유상 모폴로지가 PPDT2FBT:PC71BM 폴리머 태양전지로부터 관찰된다는 사실이 보고된 바 있다 (T. L. Nguyen, H. Choi, S. J. Ko, M. A. Uddin, B. Walker, S. Yum, J. E. Jeong, M. H. Yun, T. J. Shin, S. Hwang, J. Y. Kim and H. Y. Woo, Energy Environ. Sci ., 2014, 7, 3040).PPDT2FBT-A: The surface morphology of the Bis-C 60 -A film was analyzed using atomic force microscope (AFM) and transmission electron microscope (TEM). As shown in Figure 5a, ethanol processed PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A mixture film show a smooth surface morphology, the surface roughness was 0.81 nm. Referring to the corresponding image (Figure 5B), it can be seen that an interpenetrating network of ~ 10 nm in size is observed. More interestingly, referring to the TEM image in Figure 5c, complex highly interconnected fibrous structures of width ~ 10 nm are observed, which is in good agreement with the size observed from the AFM experiments. This interpenetrating fibrous morphology with a narrow fiber width is comparable to (~ 10 nm) the typical excitation diffusion length of the conjugated polymers and is therefore advantageous for better exciton diffusion / separation and is expected to improve charge transport through the fibers do. The cause of these fiber-nanostructures may be due to the strong? -Π interaction between the junction backbones of the PPDT2FBT-A polymer. Previously, it has been reported that a similar fibrous morphology is observed from PPDT2FBT: PC 71 BM polymer solar cells (TL Nguyen, H. Choi, SJ Ko, MA Uddin, B. Walker, S. Yum, JE Jeong, MH Yun, TJ Shin, S. Hwang, JY Kim and HY Woo, Energy Environ. Sci . , 2014, 7 , 3040).

PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 박막의 혼합 모폴로지를 더욱 자세하게 관찰하기 위해서, 공명 연성 X-선 산란 (RSoXS) 기술을 사용하였다. PPDT2FBT-A 폴리머와 Bis-C60-A 풀러렌 사이를 확실히 대조시키기 위해서 탄소 에지에서의 광자 에너지 (284.4 eV)를 채택하였다. 샘플은 최적화된 소자 제작시와 동일한 조건 하에서 제조하였다. 도 5d는 산란 벡터 q에 대한 함수로서 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합물의 산란 프로파일을 도시하였다. 이러한 에탄올-가공된 혼합 필름의 경우, 뚜렷한 반사가 q=0.0188 Å-1에서 관찰되었으며, 이는 평균 도메인 간격 (d-spacing) 33.4 nm에 해당되는 수치이다. 반사 피크의 위치는 PPDT2FBT-A 폴리머 공여체 또는 Bis-C60-A 풀러렌 수용체 상들 사이의 주된 d-spacing을 나타낸다. 여기에서, RSoXS로부터 얻어진 이러한 d-spacing은 TEM 이미지로부터 계산된 수치와 잘 부합하였다. PPDT2FBT-A 섬유들 사이의 중심-to-중심 거리는 ~30 nm로 계산되었다. 에탄올 가공된 폴리머 태양전지의 이러한 나노규모 상-분리된 모폴로지 (≒ 30 nm)는 확대된 공여체/수용체 계면 영역을 통한 효율적인 전하 분리 및 수송을 야기하는데 유리하다. 혼합 필름의 효율적인 엑시톤 확산/분리는 발광 소광 실험 (photoluminescence (PL) quenching experiments)을 통해서도 확인될 수 있다 (도 6 참조). 순수 PPDT2FBT-A 및 PPDT2FBT-A:Bis-fullerene-A 혼합 필름들은 650 nm에서 여기하였으며, 이는 폴리머 공여체의 주된 흡수치에 해당되는 것이고, 혼합 필름은 90.4%라는 뚜렷한 PL 소광 효율을 나타내었다. 이러한 결과는 PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 활성층 중의 상호투과 섬유상 나노모폴로지가 PPDT2FBT-A로부터 Bis-C60-A로의 효과적인 엑시톤 해리 및 전하 수송을 야기한다는 것을 의미한다.PPDT2FBT-A: Resonance soft X-ray scattering (RSoXS) technique was used to observe the mixed morphology of the Bis-C 60 -A thin film in more detail. The photon energy at the carbon edge (284.4 eV) was employed to ensure tight contrast between the PPDT2FBT-A polymer and the Bis-C 60 -A fullerene. Samples were prepared under the same conditions as in the preparation of the optimized device. Figure 5d PPDT2FBT-A as a function of the scattering vector q: is shown a C-60 Bis -A scattering profile of the mixture. For these ethanol-processed mixed films, distinct reflections were observed at q = 0.0188 Å -1 , corresponding to an average domain spacing ( d- spacing) of 33.4 nm. Position of the reflection peak represents the main d -spacing between PPDT2FBT A polymer-donor or Bis-C 60 fullerene -A receptor phases. Here, such d- spacings obtained from RSoXS were in good agreement with those calculated from TEM images. The center-to-center distance between the PPDT2FBT-A fibers was calculated as ~ 30 nm. This nanoscale-phase-separated morphology (~ 30 nm) of the ethanol-processed polymer solar cells is advantageous for causing efficient charge separation and transport through the enlarged donor / receptor interface region. Efficient exciton diffusion / separation of the mixed film can also be confirmed through photoluminescence (PL) quenching experiments (see FIG. 6). The pure PPDT2FBT-A and PPDT2FBT-A: Bis-fullerene-A mixed films were excited at 650 nm, corresponding to the main absorption of the polymer donor, and the mixed film exhibited a distinct PL extinction efficiency of 90.4%. These results PPDT2FBT-A: means that the C 60 -A-Bis a transmission cross nano fiber morphology of the active layer leads to efficient exciton dissociation and charge transport to Bis-C 60 -A-A from PPDT2FBT.

PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 필름의 패킹 구조 또한, 에탄올 가공된 장치에 대한 최적화 조건 하에서, 2D-GIXS 실험에 의해서 조사하였다. 평면외 방향에서 혼합 필름 중 PPDT2FBT-A 폴리머 공여체로부터의 고차 반사 피크들을 할당할 수 있었다 (300). 그러나, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 상기 폴리머가 Bis-C60-A 수용체와 혼합되는 경우, PPDT2FBT-A 폴리머로부터의 강한 신호가 약해지는 것을 알 수 있다. 이는 부피가 큰 곁사슬을 갖는 Bis-C60-A 수용체가 혼합 필름 중에서 폴리머 패킹 구조의 형성을 방해하기 때문일 것이다. 본 발명자들은 이러한 점이 에탄올-가공된 장치의 낮은 효율성에 대한 일 원인일 것으로 파악하고 있다. 더 나아가, 페이스-온 배향이 전하 분리 도중 광엑시톤들의 재결합을 감소시킬 수 있는 것으로 제안된 바 있으며 (J. R. Tumbleston, B. A. Collins, L. Yang, A. C. Stuart, E. Gann, W. Ma, W. You and H. Ade, Nature Photon., 2014, 8, 385; B. P. Rand, D. Cheyns, K. Vasseur, N. C. Giebink, S. Mothy, Y. Yi, V. Coropceanu, D. Beljonne, J. Cornil, J.-L. Br?das and J. Genoe, Adv . Funct . Mater., 2012, 22, 2987), 또한 자유 캐리어들의 재결합을 완화시킬 수 있는 것으로 보고된 바 있다 (S. Verlaak, D. Belionne, D. Cheyns, C. Rolin, M. Linares, F. Castet, J. Cornil and P. Heremans, Adv . Funct . Mater. 2009, 19, 3809). PSC 장치에서 더 낮은 PCE에 대한 핵심인자로서 혼합물 중 PPDT2FBT-A의 에지-온 배향을 주목해볼 수 있겠다.The packing structure of PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A mixed film was also investigated by 2D-GIXS experiments under optimized conditions for the ethanol processed device. Highly reflective peaks from the PPDT2FBT-A polymer donor in the mixed film could be assigned (300) in the out-of-plane direction. However, it can be, seen that becomes when the polymer is mixed with the Bis-C 60 -A receptor, a strong signal from the PPDT2FBT-A polymer about as shown in Figures 7a and 7b. This may be because the Bis-C 60 -A receptors with bulky side chains interfere with the formation of the polymer packing structure in the mixed film. We believe that this is due to the low efficiency of the ethanol-processed devices. Further, it has been proposed that the face-on orientation can reduce the recombination of light excitons during charge separation (JR Tumbleston, BA Collins, L. Yang, AC Stuart, E. Gann, W. Ma, W. You and H. Ade, Nature Photon. , 2014, 8 , 385; BP Rand, D. Cheyns, K. Vasseur, NC Giebink, S. Mothy, Y. Yi, V. Coropceanu, D. Beljonne, J. Cornil, J .-L. Br? das and J. Genoe, Adv. Funct. Mater., is 2012, 22, 2987), also reported to alleviate the recombination of free carriers bar (S. Verlaak, D. Belionne, D. Cheyns, C. Rolin, M. Linares, F. Castet, J. Cornil and P. Heremans, Adv . Funct . Mater . 2009, 19 , 3809). Note the edge-on orientation of PPDT2FBT-A in the mixture as a key factor for lower PCE in PSC devices.

순수 폴리머, 풀러렌 수용체 및 그들의 혼합물 필름에 대한 정공 (μh) 및 전자 (μe) 이동성들을, 공간-전하 제한 전류 (space-charge limited current, SCLC) 방법을 사용하여 평가하였다. 도 8a 및 8b, 또한 하기 표 2에는 측정된 정공 (μh) 및 전자 (μe) 이동성 수치들을 도시하였다.The hole (μ h ) and electron (μ e ) mobilities for pure polymers, fullerene receptors and their mixture films were evaluated using the space-charge limited current (SCLC) method. 8A and 8B, and also Table 2 below shows the measured hole (μ h ) and electron (μ e ) mobility values.

μh
(cm2/VS)
μ h
(cm 2 / V s )
μe
(cm2/VS)
μ e
(cm 2 / V s )
PPDT2FBT-APPDT2FBT-A 3.53×10-5 3.53 x 10 -5 -- Bis-C60-ABis-C 60 -A -- 3.28×10-7 3.28 × 10 -7 PPDT2FBT-A:Bis-C60-APPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A 1.71×10-6 1.71 × 10 -6 4.02×10-8 4.02 x 10 < -8 >

먼저, PPDT2FBT-A 폴리머는 3.53×10-5 cm2/Vs라는 높은 μh 수치를 보유하는 것으로 관측되었고, 이는 다양한 계열의 저밴드 갭 폴리머들의 수치와 유사한 수치이다. 그러나, Bis-C60-A는 3.28×10-7 cm2/Vs라는 훨씬 더 낮은 μe 수치를 갖는 것으로 관측되었다. 이는 풀러렌에 치환된 그 곁사슬들의 부피로 인한 것이다. 따라서, PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 필름은 정공 (1.71×10-6 cm2/Vs) 및 전자 (4.02×10-8 cm2/Vs) 이동성 수치 양자 모두에서 순수 필름과 비교할 때 10배 감소된 수치를 나타내었다. 혼합 필름에서 전자 수송도가 현저하게 낮아지면 μhe 밸런스가 열악해지는 결과를 초래하고, 따라서 전하 재조합을 야기하고 전하 추출을 방해할 수도 있게 된다. PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 혼합 필름의 이러한 열악한 전자 이동도가 에탄올-가공된 장치의 낮은 효율과 관련성이 있을 것이다. Bis-C60-A 중 용해도를 높이기 위한 부피 큰 곁사슬은 전하 수송 능력을 낮출 뿐만 아니라, GIXS 실험들로부터 입증되는 바와 같이, PPDT2FBT-A 폴리머의 패킹 구조에 영향을 준다 (도 8a 및 8b). 따라서, 이러한 특성들을 개선하는 것이 에탄올 가공된 태양전지의 광기전 성능을 더욱 향상시키기 위한 첫 번째 과제가 될 것이다.First, the PPDT2FBT-A polymer was observed to have a high μ h value of 3.53 × 10 -5 cm 2 / Vs, similar to the values of low band gap polymers of various families. However, Bis-C 60 -A was observed to have a much lower μ e value of 3.28 × 10 -7 cm 2 / Vs. This is due to the volume of the side chains displaced by fullerene. Thus, PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A mixture film as compared to the holes (1.71 × 10 -6 cm 2 / Vs) and e (4.02 × 10 -8 cm 2 / Vs) Mobility figures pure film in both 10 times lower than that of the control group. Significantly lower electron transport in mixed films results in poor μ h / μ e balance, which can lead to charge recombination and interfere with charge extraction. PPDT2FBT-A: This poor electron mobility of the Bis-C 60 -A mixed film will be related to the low efficiency of the ethanol-processed device. Bulky side-chains for increasing solubility in Bis-C 60 -A not only lower the charge transport capacity, but also affect the packing structure of the PPDT2FBT-A polymer, as evidenced by the GIXS experiments (Figs. 8a and 8b). Therefore, improving these properties will be the first task for further improving the photovoltaic performance of an ethanol-processed solar cell.

실험Experiment

1. 실험 일반1. Experimental General

폴리머들을 합성하기 위해서는 마이크로웨이브 반응기 (BiotageInitiatorTM)를 사용하였다. 1H 및 13C NMR 스펙트럼은 Varian Mercury 300 MHz 스펙트로미터 상에서 기록하였다. 폴리머들의 수- 및 질량-평균 분자량들은 겔-투과 크로마토그래피 (GPC)로 측정하였는 바, o-디클로로벤젠을 용리액으로 사용하여 80 ℃에서, 폴리스티렌 표준 물질에 대해서 Agilent GPC 1200 시리즈 상에서 측정하였다. 순환전압전류곡선 (CV) 실험들은 Versa STAT 3 분석기로 수행하였다. 모든 CV 측정들은 아세토니트릴 중 0.1 M 테트라부틸암모늄-테트라플루오로보레이트 (Bu4NBF4) 중에서 수행하였으며, 백금 전극을 상대 전극으로, 박막 폴리머 필름이 코팅된 백금 전극을 작업 전극으로, Ag/Ag+ 전극을 기준 전극으로 사용하는 통상적인 3전극 구성으로 수행하였다 (스캔 속도: 50 mV·s- 1). 열중량 분석 (2050 TGA V5.4A) 및 시차주사열량 측정 (DSC Q200 V24.4)은 질소 하에서 (순도, 99.999%) 10 ℃·min-1의 가열 및 냉각 속도로 수행하였다. UV-1800 스펙트로포토미터 (Shimadzu Scientific Instruments)를 사용하여 UV-vis 흡수 스펙트럼을 측정하였다. PL 스펙트럼은 365 nm의 여기 파장으로 Horiba Jobin Yvon NanoLog 스펙트로포토미터를 사용하여 측정하였다. 에탄올 가공된 혼합 필름의 표면 모폴로지는 태핑 모드로 AFM (Veeco Dimension 3100 instrument)에 의해서 측정하였다.A microwave reactor (BiotageInitiator (TM)) was used to synthesize the polymers. The 1 H and 13 C NMR spectra were recorded on a Varian Mercury 300 MHz spectrometer. The number- and mass-average molecular weights of the polymers were measured on an Agilent GPC 1200 series for polystyrene standards at 80 ° C using o-dichlorobenzene as eluent as determined by gel-permeation chromatography (GPC). The cyclic voltammetric curves (CV) experiments were performed with a Versa STAT 3 analyzer. All CV measurements were performed in 0.1 M tetrabutylammonium-tetrafluoroborate (Bu 4 NBF 4 ) in acetonitrile, platinum electrode as a counter electrode, platinum electrode coated with a thin film polymer film as the working electrode, Ag / Ag (Scanning speed: 50 mV · s - 1 ) using a + electrode as a reference electrode. Thermogravimetric analysis (2050 TGA V5.4A) and differential scanning calorimetry (DSC Q200 V24.4) were carried out under nitrogen (purity, 99.999%) at a heating and cooling rate of 10 ° C min -1 . The UV-vis absorption spectrum was measured using a UV-1800 spectrophotometer (Shimadzu Scientific Instruments). The PL spectra were measured using a Horiba Jobin Yvon NanoLog spectrophotometer at an excitation wavelength of 365 nm. The surface morphology of the ethanol-treated mixed film was measured by AFM (Veeco Dimension 3100 instrument) in tapping mode.

2. 2. GIXSGIXS  And RSoXSRSoXS 측정 Measure

GIXS 실험들은 포항 가속기 연구소 빔 라인 3C (대한민국)에서 수행하였다. GIXS 샘플들은 에탄올 가공된 장치에 대한 최적화된 조건으로 ZnO/Si 기판 상으로 스핀-캐스팅함으로써 제조하였다. 파장 1.1179 Å의 X-선을 사용하였다. 입사각 (~0.12°)을 선택하여 X-선을 필름 내로 조사하였다. RSoXS 측정은 Advanced Light Source BL 11.0.1.2 (USA)에서로 수행하였다. PPDT2FBT-A:Bis-C60-A 필름은 동일한 최적 활성층 조건에서 PEDOT:PSS/ITO 기판 상에 제조하였다. 이어서, 필름을 물에 띄우고, 5 mm × 5 mm, 200 ㎛ 두께의 Si 프레임 (Norcada Inc.)에 의해서 지지되는 1.0 mm × 1.0 mm, 100 nm 두께의 Si3N4 막으로 전사하였다.The GIXS experiments were performed at the Pohang Accelerator Laboratory, Beamline 3C (Korea). GIXS samples were prepared by spin-casting onto ZnO / Si substrates with optimized conditions for the ethanol-processed devices. An X-ray with a wavelength of 1.1179 Å was used. The incident angle (~ 0.12 °) was selected to irradiate the X-ray into the film. RSoXS measurements were performed with Advanced Light Source BL 11.0.1.2 (USA). PPDT2FBT-A: Bis-C 60 -A film was prepared on PEDOT: PSS / ITO substrate under the same optimum layer conditions. The film was then floated in water and transferred to a 1.0 mm x 1.0 mm, 100 nm thick Si 3 N 4 film supported by a Si frame (Norcada Inc.) with a thickness of 5 mm x 5 mm and a thickness of 200 m.

3. 에탄올 가공된 3. Ethanol-processed 역구조Reverse structure PSCs의Of PSCs 제작 및 특성 조사 Fabrication and characterization

에탄올에서 가공된 태양전지의 효율성을 평가하기 위해서, ITO/ZnO/활성층/MoO3/Ag 구조를 갖는 역전된 장치를 제조하였다. ITO-코팅된 유리 기판을 다양한 용매들, 즉 아세톤, 탈이온수, 및 최종적으로 이소프로필 알코올로 세정하였다. 세정 작업 이후에, 기판을 80 ℃ 오븐에서 20분 동안 보관하였다. ZnO층을 스핀-캐스팅하기 이전에 ITO 기판을 플라즈마 처리하였다. ZnO 용액은 아세트산아연 이수화물 (Zn(O2CCH3)2·(H2O)2, 99.9%, 1 g) 및 에탄올아민 (HOCH2CH2NH2, 99.5%, 0.28 g)을 무수 2-메톡시 에탄올 (CH3OCH2CH2OH, > 99.8%, 10 mL) 중에 24 시간 이상 격렬하게 교반시켜서 용해시킴으로써 가수분해 반응을 야기하고, 에이징이 진행되게 함으로써 제조하였다. 상기 ZnO 용액을 4000 rpm으로 ITO 기판 상에 스핀코팅하여 ~40 nm 두께의 ZnO층을 제조하였다. 상기 필름을 200 ℃에서 주변대기 조건으로 10분 동안 베이킹하였다. 다음으로, 장치를 N2-충진된 글로브 박스로 옮겼다. 전자 공여체인 PPDT2FBT-A를 에탄올 가공 용매 중에서 Bis-C60-A 전자 수용체와 혼합하였다. 공여체:수용체 (D:A)의 혼합 비율은 1:1, 1:1.5, 그리고 1:2 (w/w)로 변화시켰으며, 혼합 용액 중 폴리머 공여체의 농도 (D)는 5 mg·mL-1로 해주었다. 혼합 용액을 ITO/ZnO 기판 상으로 스핀-캐스팅하기 이전에 80 ℃ 핫 플레이트 상에서 1 시간 동안 교반하였다. 스핀-코팅은 1000 rpm, 40s 조건으로 수행하였다. 에탄올 가공된 혼합물 필름의 결과물 두께는 50-60 nm였다. 장치를 진공 챔버 중에서 110 ℃로 30분 동안 베이킹함으로써 활성층 중 잔류 에탄올 용매를 제거하였다. 대략 10 nm의 MoO3 및 120 nm의 Ag를 증발시키기 이전에, 고진공 조건 (10-6 Torr 미만) 하의 증발 챔버 중에 기판을 1 시간 이상 넣어 두었다. 제작된 장치의 활성 면적은 0.09 cm2였으며, 이는 광학 현미경으로 조심스럽게 측정하였다. 장치의 전류 밀도-전압 (J-V) 특성들은 주변대기 조건 하에서 시뮬레이션된 AM 1.5G 태양광 조사 (100 mWcm-2, Peccell: PEC-L01)로 측정하였다. 상기 태양광 시뮬레이터 시스템은 Class AAB, ASTM 표준들을 만족한다. 태양광 시뮬레이터의 강도는 KG-5 가시 색상 필터를 구비한 표준 실리콘 참조 셀을 사용하여 조심스럽게 보정하였다. J -V 특성들은 Keithley 2400 SMU를 사용하여 수집하였다. EQE 결과들은 스펙트럼 측정 시스템 (K3100 IQX, McScience Inc.)을 사용하여 얻었다. 상기 시스템은 모노크로메이트 (Newport)에 의해서 여과된 300 W 제논 아크 램프로부터의 단색광 및 주변대기 조건에서 광 초퍼 (optical chopper) (MC 2000 Thorlabs)를 사용한다. EQE 데이터는 암 조건하에서 얻었다. 이론적 J SC 수치들은 EQE 수치를 AM 1.5G 태양광 스펙트럼과 통합함으로써 얻었으며, 이들은 측정된 J SC 와 2% 오차범위 이내로 일치하였다.In order to evaluate the efficiency of the solar cell processed in ethanol, an inverted device with ITO / ZnO / active layer / MoO 3 / Ag structure was prepared. The ITO-coated glass substrate was cleaned with various solvents, namely acetone, deionized water, and finally isopropyl alcohol. After the cleaning operation, the substrate was stored in an oven at 80 캜 for 20 minutes. The ITO substrate was plasma treated prior to spin-casting the ZnO layer. ZnO solution was prepared by dissolving zinc acetate dihydrate (Zn (O 2 CCH 3 ) 2 (H 2 O) 2 , 99.9%, 1 g) and ethanolamine (HOCH 2 CH 2 NH 2 , 99.5% -Methoxyethanol (CH 3 OCH 2 CH 2 OH, > 99.8%, 10 mL) with vigorous stirring for over 24 hours to cause a hydrolysis reaction and proceed with aging. The ZnO solution was spin-coated on the ITO substrate at 4000 rpm to prepare a ZnO layer having a thickness of ~ 40 nm. The film was baked at 200 < 0 > C under ambient atmospheric conditions for 10 minutes. Next, the device was transferred to a N 2 -filled glove box. The electron donor is PPDT2FBT-A were mixed in ethanol solvent processing and Bis-C 60 -A electron acceptor. The concentration of the polymer donor (D) in the mixed solution was 5 mg · mL - 1: 1, and the mixing ratio of donor: acceptor (D: A) It gave to one. The mixed solution was stirred on a hot plate at 80 占 폚 for 1 hour before spin-casting onto the ITO / ZnO substrate. Spin-coating was performed at 1000 rpm for 40 s. The resulting thickness of the ethanol-treated mixture film was 50-60 nm. The device was baked in a vacuum chamber at 110 DEG C for 30 minutes to remove residual ethanol solvent in the active layer. Prior to evaporating approximately 10 nm of MoO 3 and 120 nm of Ag, the substrate was placed in the evaporation chamber under high vacuum conditions (less than 10 -6 Torr) for at least 1 hour. The active area of the fabricated device was 0.09 cm 2 , which was carefully measured with an optical microscope. The device's current density-voltage ( JV ) characteristics were measured with simulated AM 1.5G solar irradiation (100 mWcm -2 , Peccell: PEC-L01) under ambient atmospheric conditions. The solar simulator system satisfies Class AAB and ASTM standards. The intensity of the solar simulator was calibrated carefully using a standard silicon reference cell with a KG-5 visible color filter. J- V characteristics were collected using a Keithley 2400 SMU. EQE results were obtained using a spectral measurement system (K3100 IQX, McScience Inc.). The system uses an optical chopper (MC 2000 Thorlabs) in monochromatic light from a 300 W xenon arc lamp filtered by Mono chromate (Newport) and in ambient atmospheric conditions. EQE data were obtained under dark conditions. Theoretical J SC values were obtained by integrating the EQE values with the AM 1.5G solar spectrum, which were within 2% error range of the measured J SC .

공여체 물질 및 수용체 물질의 합성Synthesis of donor and acceptor materials

반응식 1 및 2에 따라서 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 합성하였다:Compounds of formula 1 and formula 2 were synthesized according to scheme 1 and scheme 2:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00023
Figure pat00023

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00024
Figure pat00024

(시약 및 반응 조건: a) 소듐 터트-부톡사이드, 에탄올, 환류, 48시간; b) Pd2(dba)3, 트리스(o-톨릴)포스핀, 톨루엔 및 DMF; c) 사르코시닉산, 클로로벤젠, N2, 환류)(Reagents and reaction conditions: a) sodium tert-butoxide, ethanol, reflux, 48 h; b) Pd 2 (dba) 3 , tris (o-tolyl) phosphine, toluene and DMF; c) sarcosonic acid, chlorobenzene, N 2 , reflux)

부가 화합물들:Additional compounds:

풀러렌 (C60) 및 1,4-디브로모-2,5-디히드록시벤젠 (화학식 5)은 각각 Solamer 및 Sigma-Aldrich로부터 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. 1,3-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)프로판-2-일-톨루엔술포네이트 (화학식 4), 3,4,5-[2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시]벤즈알데히드 (화학식 7)는 각각 Joke Vandenbergh, JeroenDergent, Bert Conings, T.V.V. Gopala Krishna, WouterMaes, Thomas J. Cleij, Laurence Lutsen, Jean Manca, Dirk J.M. Vanderzande; European Polymer Journal 47 (2011) 1827-1835 및 YongshuXie, MisahoAkada, Jonathan P. Hill, Qingmin Ji, Richard Charvet and Katsuhiko Ariga; Chem. Commun., 2011,47, 2285-2287에 서술된 바와 같이 합성하였다.Fullerene (C60) and 1,4-dibromo-2,5-dihydroxybenzene (Formula 5) were purchased from Solamer and Sigma-Aldrich respectively and used without further purification. Propane-2-yl-toluenesulfonate (Formula 4), 3,4,5- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) - (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy] benzaldehyde 7 was prepared according to Joke Vandenbergh, Jeroen Dergent, Bert Conings, TVV Gopala Krishna, Wouter Maes, Thomas J. Cleij, Laurence Lutsen, Jean Manca, Dirk J.M. Vanderzande; European Polymer Journal 47 (2011) 1827-1835 and YongshuXie, MisahoAkada, Jonathan P. Hill, Qingmin Ji, Richard Charvet and Katsuhiko Ariga; Chem. Commun., 2011, 47, 2285-2287.

1,4-디브로모-2,5-비스(1,3-비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)-에톡시)프로판-2-일옥시)벤젠 (화학식 3)의 합성Ethoxy) propane-2-yloxy) benzene (represented by the formula (I) 3) Synthesis of

1,4-디브로모-2,5-디히드록시벤젠 (화학식 5) (1.0 g, 3.8 mmol)을 에탄올에 용해시켰다 (20 mL). 이어서, 소듐 tert-부톡사이드 (0.77 g, 7.9 mmol)를 첨가하였다. 상기 혼합물을 실온, N2 분위기 하에서 1 시간 동안 교반하였다. 이후에, 화학식 6의 화합물 (4.2 g, 7.9 mmol)을 적가하였다. 반응 혼합물을 환류 온도에서 48 시간 동안 교반하였다. 용매를 부분 증발시킨 이후에, H2O를 첨가하고 혼합물을 디클로로메탄 (CH2Cl2)으로 추출하였다. 유기 추출물을 10% 수산화나트륨 (NaOH) 용액으로 세척하고, 무수 황산 마그네슘 (MgSO4) 상에서 건조시킨 다음, 용매를 증발시켜서 조생성물을 수득하였다. 컬럼 크로마토그래피 (SiO2, 용리액 에틸 아세테이트/메탄올 95/5) 이후에, 화학식 3의 화합물 (0.7g, 60%)을 무색 오일 형태로 수득하였다.1,4-Dibromo-2,5-dihydroxybenzene (Formula 5) (1.0 g, 3.8 mmol) was dissolved in ethanol (20 mL). Sodium tert -butoxide (0.77 g, 7.9 mmol) was then added. The mixture was stirred at room temperature under an atmosphere of N 2 for 1 hour. Thereafter, the compound of formula 6 (4.2 g, 7.9 mmol) was added dropwise. The reaction mixture was stirred at reflux temperature for 48 hours. After partial evaporation of the solvent, H 2 O was added and the mixture was extracted with dichloromethane (CH 2 Cl 2 ). The organic extract was washed with 10% sodium hydroxide (NaOH) solution, dried over anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4), then evaporated the solvent to give the crude product. After column chromatography (SiO 2, eluent ethyl acetate / methanol 95/5), the compound (0.7g, 60%) of formula (3) colorless oil form.

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ= 7.30 (2H, s), 4.33 (2H, m), 3.69 (8H, m), 3.56 (30H,m), 3.48 (8H,m) 3.30 (12H, s); 13C NMR ( 100 MHz, CDCl3): 150.4, 121.8, 112.5, 80.6, 71.7, 70.5, 70.4, 70.3, 58.9. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3): δ = 7.30 (2H, s), 4.33 (2H, m), 3.69 (8H, m), 3.56 (30H, m), 3.48 (8H, m) 3.30 (12H , s); 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 150.4, 121.8, 112.5, 80.6, 71.7, 70.5, 70.4, 70.3, 58.9.

화학식 1의 화합물의 합성Synthesis of Compound (1)

글로브 박스 중에서, 5 mL 마이크로웨이브 바이알 내에 화학식 3 (300 mg, 0.30mmol), 화학식 4 (199.5 mg, 0.30mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) (4 mol%), 트리(o-톨릴)포스핀 (8 mol%), 2mL의 톨루엔을 첨가하였다. 반응 혼합물을 마이크로웨이브 반응기 중에서 80 ℃ (10 분), 100 ℃ (10 분) 및 140 ℃ (40 분)에서 가열하였다. 2-트리부틸스타닐티오펜 (0.05 g, 0.14 mmol)을 첨가해줌으로써 폴리머를 말단-캡핑시키고 (0.05 g, 0.14 mmol), 혼합물을 140 ℃에서 20분 동안 추가 반응시켰다. 용액을 냉각시키고, 2-브로모티오펜 (0.09 g, 0.53 mmol)을 주사기로 첨가해주었다. 반응 용액을 140 ℃에서 20분 동안 더 가열해주었다. 반응이 종료된 이후에, 생성 폴리머를 헥산에 침전시켰으며, 헥산 및 클로로포름을 사용하여 Soxhlet 추출방법에 의해서 추가정제하였다. 클로로포름 중에 추출된 화학식 1의 폴리머를 헥산 내로 침전시켰으며, 진공 하에서 여과 및 건조하였다.(300 mg, 0.30 mmol), Formula 4 (199.5 mg, 0.30 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) (4 mol%), tri o -tolyl) phosphine (8 mol%) and 2 mL of toluene were added. The reaction mixture was heated in a microwave reactor at 80 캜 (10 min), 100 캜 (10 min) and 140 캜 (40 min). The polymer was end-capped (0.05 g, 0.14 mmol) by the addition of 2-tributylstannylthiophene (0.05 g, 0.14 mmol) and the mixture was further reacted at 140 ° C for 20 minutes. The solution was allowed to cool and 2-bromothiophene (0.09 g, 0.53 mmol) was added via syringe. The reaction solution was further heated at 140 占 폚 for 20 minutes. After the reaction was completed, the resulting polymer was precipitated in hexane and further purified by Soxhlet extraction method using hexane and chloroform. The polymer of formula (1) extracted in chloroform was precipitated in hexane, filtered and dried under vacuum.

수율: 85%. 수평균 분자량 (Mn) = 16 kDa, 다분산 지수 (PDI) = 2.2. 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.37 (2H, br), 7.80 (2H, br), 7.68 (2H, br), 4.80 (2H, br), 3.92 (8H, m), 3.80-3.40 (48H, m), 3.34 (12H, s).Yield: 85%. Number average molecular weight (Mn) = 16 kDa, polydispersity index (PDI) = 2.2. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3): δ (ppm) (8H, m), 3.80 (2H, br), 7.80 (2H, br) .

화학식 2의 화합물의 합성Synthesis of Compound of Formula 2

클로로벤젠 (30 mL) 중의 풀러렌 (C60) (500 mg, 0.7mmol), 화학식 7 (822 mg, 1.4mmol) 및 사르코닉산 (187 mg, 2.1mmol)을 N2 하에서 4 시간 동안 환류하였다. 용매를 증발시킨 이후에, 잔류물에 대해서 실리카 겔 컬럼 상에서 컬럼 크로마토그래피 정제를 수행하였다. CH2Cl2를 사용하여 용리시킴으로써 소량의 미변화된 C60가 생성되었다. 화학식 2의 화합물을 함유하는 분획은 CH2CH2/MeOH (95/5) 용리액을 사용하여 수득하였다 (340 mg, 25%). Chlorobenzene (30 mL), fullerene (C 60) (500 mg, 0.7mmol), formula 7 (822 mg, 1.4mmol), and Sar-conic acid (187 mg, 2.1mmol) in the mixture was refluxed for 4 hours under N 2. After evaporation of the solvent, column chromatography purification on a silica gel column was performed on the residue. A small amount of unmodified C60 was produced by elution with CH 2 Cl 2 . Fractions containing the compound of formula (2) were obtained using the CH 2 CH 2 / MeOH (95/5) eluant (340 mg, 25%).

종합하면, 본 발명에서는 비독성이고 환경친화적인 에탄올 용매로 가공이 가능한 신규 준-결정성 교대 중합 폴리머 (PPDT2FBT-A) 및 풀러렌 유도체 (Bis-C60-A)를 제조하였다. 본 발명에서는 알킬기를 올리고에틸렌옥시기로 치환함으로써 에탄올 가용성 물질을 제조할 수 있는 간단하면서도 유용한 방법을 제안한 것이다. 본 발명에 따르면, 곁사슬 변화에 의해서 폴리머의 광학적 특성에 대한 영향은 미미하였지만, 전기화학적, 열적 특성들 및 특히 결정성 배향들은 현저하게 변화하였다. 또한, 0.75% 정도의 PCE 수치를 갖는 PSCs가 에탄올 가공에 의해서 역구조를 갖는 장치로 제조될 수 있다는 점을 최초로 밝혔다. 비록, PCE 수치는 아직도 낮은 편이지만, 본 발명에 따른 화합물들에 대한 모폴로지, 구조적 배향, 엑시톤 생성 및 분해 등을 명확히 이해함으로써 PCE를 향상시킬 수 있는 많은 여지가 존재하였다. 본 발명에 따른 장치의 성능을 분석한 결과, 에탄올 가용성 물질들 및 에탄올 용매는 고성능 태양전지의 롤-투-롤 프린팅을 위한 훌륭한 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.In summary, a novel quasi-crystalline alternating polymer (PPDT2FBT-A) and a fullerene derivative (Bis-C 60 -A) which can be processed into a non-toxic and environmentally friendly ethanol solvent were prepared. The present invention proposes a simple and useful method for preparing an ethanol-soluble substance by substituting an alkyl group with an oligoethyleneoxy group. According to the present invention, the influence of the side chain changes on the optical properties of the polymer was negligible, but the electrochemical and thermal properties and especially the crystalline orientations changed significantly. It was also the first time that PSCs with PCE values of the order of 0.75% could be produced by inverted structures by ethanol processing. Although PCE levels are still low, there is much room to improve PCE by clearly understanding morphology, structural orientation, exciton generation and decomposition, etc., for the compounds according to the present invention. As a result of analyzing the performance of the device according to the present invention, ethanol-soluble materials and ethanol solvent are considered to be excellent alternatives for roll-to-roll printing of high performance solar cells.

Claims (8)

하기 화학식 1로 표시되는 전자 공여체 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00025

상기 식에서,
각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,
각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이고,
m은 10 내지 50의 정수이고,
n은 3 내지 10의 정수이다.
An electron donor compound represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Figure pat00025

In this formula,
Each X is independently from each other O, S, Se or Te,
Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H,
m is an integer of 10 to 50,
n is an integer from 3 to 10;
하기 화학식 2로 표시되는 전자 수용체 화합물:
[화학식 2]
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, 또는
Figure pat00028

상기 식에서, R은
Figure pat00029
이고,
상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.
An electron acceptor compound represented by Formula 2:
(2)
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, or
Figure pat00028

Wherein R is
Figure pat00029
ego,
In the above formula, n is an integer of 3 to 10.
제1항에 따른 전자 공여체 화합물 및 제2항에 따른 전자 수용체 화합물의 혼합물을 활성층으로 포함하는 폴리머 태양전지.A polymer solar cell comprising a mixture of an electron donor compound according to claim 1 and an electron acceptor compound according to claim 2 as an active layer. 제3항에 있어서,
상기 혼합물 중 상기 전자 공여체 화합물과 상기 전자 수용체 화합물의 상기 활성층 중 혼합 중량비는 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 폴리머 태양전지.
The method of claim 3,
Wherein a mixing weight ratio of the electron donor compound to the active layer of the electron acceptor compound in the mixture is 1: 1 to 1: 4.
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 제1항에 따른 전자 공여체 화합물의 제조방법:
[화학식 3]
Figure pat00030

상기 식에서 R1
Figure pat00031
이고,
상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다;
[화학식 4]
Figure pat00032

상기 식에서,
각각의 X는 서로 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,
각각의 Y는 서로 독립적으로 CN, Cl, F 또는 H이다.
A process for preparing an electron donor compound according to claim 1, comprising the step of reacting a compound represented by the following formula (3) and a compound represented by the following formula (4)
(3)
Figure pat00030

Wherein R < 1 >
Figure pat00031
ego,
Wherein n is an integer from 3 to 10;
[Chemical Formula 4]
Figure pat00032

In this formula,
Each X is independently from each other O, S, Se or Te,
Each Y is independently of each other CN, Cl, F or H.
제5항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 전자 공여체 화합물의 제조방법:
[화학식 5]
Figure pat00033

[화학식 6]
Figure pat00034

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.
6. The method of claim 5,
Wherein the compound represented by Formula 3 is prepared by reacting a compound represented by Formula 5 and a compound represented by Formula 6:
[Chemical Formula 5]
Figure pat00033

[Chemical Formula 6]
Figure pat00034

In the above formula, n is an integer of 3 to 10.
C60 풀러렌과 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 제2항에 따른 전자 수용체 화합물의 제조방법:
[화학식 7]
Figure pat00035

상기 식에서, n은 3 내지 10의 정수이다.
A method for producing an electron acceptor compound according to claim 2, comprising the step of reacting C60 fullerene with a compound represented by the following formula (7)
(7)
Figure pat00035

In the above formula, n is an integer of 3 to 10.
제1항에 따른 전자 공여체 화합물 및 제2항에 따른 전자 수용체 화합물을 에탄올 용매 중에 용해시킴으로써 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 코팅함으로써 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 폴리머 태양전지의 제조방법.Preparing a mixed solution by dissolving an electron donor compound according to claim 1 and an electron acceptor compound according to claim 2 in an ethanol solvent; And forming an active layer by coating the mixed solution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200130618A (en) * 2019-05-10 2020-11-19 한국과학기술원 New naphthalene diimide (ndi)-based conjugated polymers for eco-friendly organic electronic device, and eco-friendly organic electronic device
KR20220113149A (en) * 2021-02-05 2022-08-12 한국과학기술원 Eco-friendly solvent based organic solar cell and its manufacturing method

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