KR20180082110A - Preparation of phenazine derivatives with increased solubility and conjugated polymers consisting of phenazine derivatives for organo photoelectric conversion device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a new hole transport polymer and/or monomer, a method of producing the same, and an organic photoelectric conversion element employing the new hole transport polymer as an active layer. The hole transport polymer comprises a polymerization unit represented by chemical formula 1. The present invention provides a series of production processes of hole transport polymer and/or monomer with a superior photoelectric conversion efficiency having improved light absorbing properties up to a long wavelength when a heterocyclic compound is introduced and also having moving characteristics of electric charges through effective electron transfer by an effective tasking between molecules, and provides an organic photoelectric conversion element employing the hole transfer polymer as a photoactive layer, thereby obtaining effects of exhibiting stable photoelectric conversion efficiency such that the present invention is able to be usefully used as a next generation organic photoelectric conversion element with the excellent conversion efficiency.

Description

용해도를 증가시킨 페나진 유도체 및 이를 이용한 유기광전변환소자용 고분자{PREPARATION OF PHENAZINE DERIVATIVES WITH INCREASED SOLUBILITY AND CONJUGATED POLYMERS CONSISTING OF PHENAZINE DERIVATIVES FOR ORGANO PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a phenazine derivative having increased solubility and a polymer for organic photoelectric conversion device using the same. BACKGROUND ART [0002] Conventional photovoltaic devices,

본 발명은 정공수송 고분자 및 이를 포함하는 유기광전변환소자에 관한 것이다. The present invention relates to a hole transporting polymer and an organic photoelectric conversion device including the same.

최근, 고유가 및 환경오염 문제가 대두되면서 저가의 친환경에너지원에 대한 요구가 급격히 증대되고 있다. 친환경 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 파력, 지열 등이 대표적인데, 이중 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전은 환경오염의 위험이 없는 무궁무진한 에너지원이다. 일례로 지구상에서 실제 사용가능한 태양에너지 양은 600TW(1TW=1×1,012 Watts)로, 현재 사용되고 있는 모든 에너지의 60배로 평가되는 매우 막대한 양이다. 이러한 연유로, 태양광을 이용한 광전소자에 대한 연구는 지난 수십 년간 수행되어 왔으며, 현재는 실리콘 웨이퍼를 이용한 무기 태양전지가 상용화되어 있다. Recently, as oil prices and environmental pollution problems have arisen, demand for low-cost eco-friendly energy sources is rapidly increasing. Solar energy, such as solar power, wind power, hydro power, wave power, and geothermal power, are examples of eco-friendly energy sources. Solar power generation that can generate electricity using solar power is an unlimited energy source without risk of environmental pollution. For example, the actual amount of solar energy available on the planet is 600TW (1TW = 1 × 1,012 Watts), which is a tremendous amount that is estimated at 60 times the energy used today. For this reason, research on photoelectric devices using solar light has been conducted for several decades, and inorganic solar cells using silicon wafers are now commercially available.

그러나 무기 태양전지는 원료비용이 많이 들어 장기간의 대단위 발전용으로 사용될 뿐 저가의 전자제품용 에너지원이나 유연디스플레이와 결합된 유연태양전지 또는 입을 수 있는 태양전지에는 적합하지 않다. 이에 유기반도체를 이용한 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.However, inorganic solar cells are not suitable for flexible solar cells or wearable solar cells combined with energy sources for low-cost electronic products or flexible displays, because they are used for large-scale generation for a long period of time due to high raw material costs. Therefore, researches on solar cells using organic semiconductors are being actively carried out.

유기 광전변환현상(photovoltaic, PV)은 태양광을 받은 유기활성층에서 광자가 전자(electron)과 정공(hole)으로 분리되어 엑시톤을 형성하고, 이는 전자 주게(donor)와 전자 받게(acceptor) 물질의 계면으로 이동하고 각각의 LUMO 레벨의 차이에 의해 분리되어 전기를 생산하는 것을 의미한다.Photovoltaic (PV) is a phenomenon in which photons are separated into electrons and holes in an organic active layer that receives sunlight to form an exciton, which is an electron donor and an acceptor material Means that it moves to the interface and is separated by the difference of each LUMO level to produce electricity.

유기물에서의 광전변환현상은 1987년 이스트만 코닥사(Eastmann Kodak Co.)의 탕 등(Tang et al.,)이 ITO/CuPc(30㎚)/PV(50㎚)/Ag의 구조로 소자를 만들어 AM2.0 조건 하에서 0.95%의 광전변환효율을 처음 보고하였다. 이후 1% 이하의 광전변환효율에 머물던 것이 풀러렌(fullerene)의 도입 및 이의 유도체인 PCBM의 개발에 힘입어 상당한 진보를 이루었다.The photoelectric conversion phenomenon in the organic material is formed by the structure of ITO / CuPc (30 nm) / PV (50 nm) / Ag in Eastman Kodak Co. in 1987 by Tang et al. Photoelectric conversion efficiency of 0.95% was first reported under AM2.0 conditions. Since then, the development of photoelectric conversion efficiency of 1% or less has made considerable progress due to the introduction of fullerene and the development of derivative thereof, PCBM.

일반적으로 고효율의 광전변환 효율을 위해서는 넓은 범위의 태양광을 흡수할 수 있는 광자 수집(photon harvesting) 특성이 선행되어야 하고, 효과적인 전자 및 정공 수송이 가능하도록 분자간의 효과적인 스태킹(stacking)이 필요하다. 이를 위해서는 고분자의 주쇄에 효과적인 분자 스태킹을 제공할 수 있는 분자 구조체를 도입하여 고분자간의 스태킹을 유도하여 전하 이동도를 높일 수 있다.In general, for high efficiency photoelectric conversion efficiency, photon harvesting characteristics capable of absorbing a wide range of sunlight must be preceded, and effective stacking between molecules is required for effective electron and hole transport. For this purpose, a molecular structure capable of providing effective molecular stacking to the main chain of the polymer is introduced to increase the charge mobility by inducing stacking between the polymers.

따라서, 용해도, 산화안정성 및 전하 이동도가 우수한 특성을 갖는 페나진(phenazine) 유도체를, 푸시풀(push-pull) 구조의 유기광전변환소자의 활성층으로 사용한 새로운 광전변환고분자와 이를 이용한 유기광전변환소자의 개발이 요구되고 있다.Therefore, a novel photoelectric conversion polymer using a phenazine derivative having properties of good solubility, oxidation stability and charge mobility as an active layer of an organic photoelectric conversion element of a push-pull structure, and organic photoelectric conversion Development of a device is required.

한국공개특허 제2013-0038548호.Korean Patent Publication No. 2013-0038548.

참고문헌 1: J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6035-6042.Reference 1: J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6035-6042.

본 발명의 목적은, 용해도와 산화안정성이 우수하고 높은 용해도를 갖으며 분자간의 π-π스태킹에 의해 높은 전하 이동도를 갖는 우수한 광전변환효율의 정공수송 고분자를 제공하고, 상기 정공수송 고분자를 정공수송층으로 채용한 유기광전변환소자(Organic photoelectric conversion device)를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a hole transporting polymer having excellent photoelectric conversion efficiency which is excellent in solubility and oxidation stability and has high solubility and has high charge mobility due to π-π stacking between molecules, And to provide an organic photoelectric conversion device employed as a transport layer.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 하기 화학식 1로 나타내는 중합단위를 포함하는 정공수송 고분자를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a hole-transporting polymer comprising a polymerization unit represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

M은 전자주게 특성을 나타내는 분자(p-type molecular)이고,M is a p-type molecule,

A는 서로 독립적으로 단일결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌, 탄소수 2 내지 탄소수 20의 알키닐렌, 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬렌, 탄소수 6 내지 20의 알키닐렌, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌, 탄소수 7 내지 20의 아르아릴렌 또는 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌이며,A is independently a single bond, alkylene having 1 to 20 carbon atoms, alkenylene having 2 to 20 carbon atoms, alkynylene having 2 to 20 carbon atoms, aralkylene having 7 to 15 carbon atoms, cycloalkylene having 3 to 20 carbon atoms , Alkynylene having 6 to 20 carbon atoms, arylene having 6 to 30 carbon atoms, ararylene having 7 to 20 carbon atoms, or heteroarylene having 4 to 20 carbon atoms,

Ra는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R a is independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

Rb는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R b is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

n은 1 내지 1,000,000인 정수이다.and n is an integer of 1 to 1,000,000.

또한, 본 발명은 제1전극, 상기 정공수송 고분자를 포함하는 층, 광전변환층 및 제2전극이 적층된 유기광전변환소자를 제공한다.Also, the present invention provides an organic photoelectric conversion device in which a first electrode, a layer including the hole transporting polymer, a photoelectric conversion layer, and a second electrode are laminated.

본 발명은 용해도와 산화안정성이 우수하고 분자간의 스태킹에 의해 높은 전하 이동도를 갖는 우수한 광전변환효율을 갖는 정공수송 고분자를 제공함으로써, 상기 고분자를 정공수송층으로 채용하여 광전변환효율이 우수한 유기광전변환소자의 제조가 가능하고, 상기 유기광전변환소자는 스핀코팅 등의 비교적 간단한 공정으로 제조가 용이하며, 적절한 전자 주게 혹은 전자 받게 물질을 선택하여 분자간 상호작용을 이용함으로써, HOMO 레벨 및 LUMO 레벨이 안정된 광전변환효율을 보이며, 광전변환효율이 우수한 차세대 유기광전변환소자로 유용하게 활용될 수 있다. The present invention provides a hole transporting polymer having excellent photoelectric conversion efficiency, which is excellent in solubility and oxidation stability and has high charge mobility due to stacking between molecules, so that the above polymer is employed as a hole transporting layer and organic photoelectric conversion And the organic photoelectric conversion device can be easily manufactured by a relatively simple process such as spin coating. By selecting a suitable electron donor or electron accepting material and using the intermolecular interaction, the HOMO level and the LUMO level can be stabilized It can be utilized as a next generation organic photoelectric conversion device having high photoelectric conversion efficiency and excellent photoelectric conversion efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예 3 및 4에 따른 유기광전변환소자의 단면도이다.
도 2 및 3은 각각 실시예 1 및 2의 광흡수 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 3의 전기화학적특성을 평가한 CV (cyclic voltammetry) 그래프이다.
도 5는 실시예 3에 따른 유기광전변환소자의 효율을 보여주는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of an organic photoelectric conversion device according to Examples 3 and 4 of the present invention.
2 and 3 are the light absorption spectra of Examples 1 and 2, respectively.
4 is a cyclic voltammetry (CV) graph for evaluating the electrochemical characteristics of Example 3. FIG.
5 is a graph showing the efficiency of the organic photoelectric conversion device according to the third embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.Therefore, the configurations shown in the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents And variations.

본 발명은, 용해도와 산화안정성이 우수하고 분자간의 스태킹에 의해 높은 전하 이동도를 갖는 우수한 광전변환효율의 정공수송 고분자 및/또는 단분자의 그 일련의 제조 과정을 제공하고, 상기 정공수송 고분자를 광활성층으로 채용한 유기광전변환소자를 제공하는데 있다. The present invention provides a series of processes for producing a hole transporting polymer and / or a single molecule having excellent photoelectric conversion efficiency, which is excellent in solubility and oxidation stability and has high charge mobility due to stacking between molecules, And an organic photoelectric conversion element employed as a photoactive layer.

이하, 본 발명에 의한 정공수송 고분자를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the hole transporting polymer according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 정공수송 고분자는 하기 화학식 1로 나타내는 중합단위를 포함한다.The hole transporting polymer according to the present invention comprises a polymerized unit represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

M은 전자주게 특성을 나타내는 분자(p-type molecular)이고,M is a p-type molecule,

A는 서로 독립적으로 단일결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌, 탄소수 2 내지 탄소수 20의 알키닐렌, 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬렌, 탄소수 6 내지 20의 알키닐렌, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌, 탄소수 7 내지 20의 아르아릴렌 또는 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌이며,A is independently a single bond, alkylene having 1 to 20 carbon atoms, alkenylene having 2 to 20 carbon atoms, alkynylene having 2 to 20 carbon atoms, aralkylene having 7 to 15 carbon atoms, cycloalkylene having 3 to 20 carbon atoms , Alkynylene having 6 to 20 carbon atoms, arylene having 6 to 30 carbon atoms, ararylene having 7 to 20 carbon atoms, or heteroarylene having 4 to 20 carbon atoms,

Ra는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R a is independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

Rb는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R b is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

n은 1 내지 1,000,000인 정수이다.and n is an integer of 1 to 1,000,000.

본 발명에서, 상기 화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 1-a 및 화학식 1-b로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함할 수 있다.In the present invention, the polymerization unit represented by the formula (1) may include at least one polymerized unit selected from the group consisting of the following units represented by the following formulas (1-a) and (1-b)

[화학식 1-a][Chemical Formula 1-a]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 1-b][Chemical Formula 1-b]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 1-a 및 1-b에서, M, A, Ra, Rb 및 n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.Wherein M, A, R a , R b and n are as defined in the above formula (1).

또한, 본 발명에 따른 전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는 전자 주게 특성을 갖는 것이라면 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면, 하기 화학식 2-a 내지 화학식 2-c로 나타내는 분자로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The p-type molecule according to the present invention is not particularly limited as long as it has an electron-donating property. For example, a molecule selected from molecules represented by the following formulas 2-a to 2-c And may include one or more species.

[화학식 2-a][Chemical Formula 2-a]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 2-b][Formula 2-b]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 2-c][Chemical Formula 2-c]

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 화학식 2-a 내지 2-c에서,In the above formulas 2-a to 2-c,

X1 내지 X4는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,X 1 to X 4 independently of one another are O, S or Se,

Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N 또는 C-Rd이며,Y 1 and Y 2 are independently of each other N or CR d ,

Rc 내지 Re는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R c to R e independently represent hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 및 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group and the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

m 및 p는 서로 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.m and p are each independently an integer of 1 to 10;

구체적으로 상기 화학식 2-a에서,Specifically, in Formula 2-a,

X1은 O, S 또는 Se이고, Rc는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, m은 1 내지 4일 수 있다.X 1 is O, S or Se, R c is independently of each other hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m may be 1 to 4.

보다 구체적으로 상기 화학식 2-a에서 X1은 S이고, Rc는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, m은 1일 수 있다.More specifically, in Formula 2-a, X 1 is S, R c is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m may be 1.

또한, 상기 화학식 2-b에서,In the above formula (2-b)

X2 및 X3은 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고, Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N 또는 C-Rd이며, Rd는 수소 또는 탄소수 1 내지 25의 알킬기이고, p는 1일 수 있다.X 2 and X 3 are independently of each other O, S or Se, Y 1 and Y 2 independently of one another are N or CR d , R d is hydrogen or an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, and p can be 1 .

나아가 상기 화학식 2-c에서,Further, in the above formula (2-c)

X4는 O, S 또는 Se이고, X < 4 > is O, S or Se,

Re는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R e is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 및 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환될 수 있다.At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group and the heteroaryl group may be substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는, 하기 화학식 2-d로 나타내는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.As one example, a molecule having an electron-donating property (p-type molecular) according to the present invention may include at least one selected from compounds represented by the following formula (2-d).

[화학식 2-d][Chemical Formula 2-d]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 2-d에서,In Formula 2-d,

R1 내지 R120은 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 탄소수 1 내지 25의 알킬기; 탄소수 1 내지 25의 알콕시기; 탄소수 5 내지 30의 아릴기; 싸이오펜기; 셀로노펜기; 피롤기; 또는 싸이아졸기이고,R 1 to R 120 independently from each other are hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms; An aryl group having 5 to 30 carbon atoms; Thiophene group; A cellonopene group; A roll roll; Or a thiazole group,

상기 아릴기, 싸이오펜기, 셀로노펜기, 피롤기 및 싸이아졸기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된다.At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group, thiophene group, cyclophenylene group, pyrrole group and thiazole group is an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 1 to 30 carbon atoms Substituted or unsubstituted.

이와 더불어, 본 발명에 따른 A는 단일결합이거나, 하기 화학식 9로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. In addition, A according to the present invention may be a single bond or at least one compound selected from compounds represented by the following general formula (9).

[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 화합물에서 R121은 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 탄소수 1 내지 25의 알킬기; 탄소수 1 내지 25의 알콕시기; 탄소수 5 내지 30의 아릴기; 싸이오펜기; 셀로노펜기; 피롤기; 또는 싸이아졸기이고,Wherein R < 121 > is independently from each other hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms; An aryl group having 5 to 30 carbon atoms; Thiophene group; A cellonopene group; A roll roll; Or a thiazole group,

상기 아릴기, 싸이오펜기, 셀로노펜기, 피롤기 및 싸이아졸기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된다.At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group, thiophene group, cyclophenylene group, pyrrole group and thiazole group is an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 1 to 30 carbon atoms Substituted or unsubstituted.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 3 내지 6으로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함할 수 있다. The polymerization unit represented by the formula (1) according to the present invention may include at least one polymerization unit selected from the group consisting of the polymerization units represented by the following formulas (3) to (6).

[화학식 3](3)

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00011
Figure pat00011

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00013
Figure pat00013

상기 화학식 3 내지 6에서,In the above formulas 3 to 6,

A는 단일결합 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌이고,A is a single bond or alkylene having 1 to 6 carbon atoms,

X5 및 X6은 서로 독립적으로 O 또는 S이며,X 5 and X 6 are independently of each other O or S,

Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 수소, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기 또는 노닐옥시기이고,R a and R b independently represent hydrogen, pentyloxy group, hexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group or nonyloxy group,

Rc 및 Re는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 메톡시, 에톡시, 페닐기, 나프틸기, 피롤기 또는 싸이아졸기이며,R c and R e independently represent hydrogen, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, an ethoxy group, a phenyl group, a naphthyl group, a pyrrolyl group or a thiazole group,

상기 페닐기, 나프틸기, 피롤기 및 싸이아졸기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 또는 노닐기로 치환되거나 비치환되고,At least one of the hydrogen atoms present in the phenyl group, the naphthyl group, the pyrrolyl group and the thiazole group is substituted or unsubstituted with a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group or a nonyl group,

q는 1 내지 1,000의 정수이다.and q is an integer of 1 to 1,000.

하나의 예로서, 본 발명에서 화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 7 및 8로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함할 수 있다. As one example, the polymerization unit represented by the formula (1) in the present invention may include at least one polymerization unit selected from the group consisting of the following units represented by the following formulas (7) and (8).

[화학식 7](7)

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 화학식 7 및 8에서, r은 1 내지 1,000의 정수이다.In the general formulas (7) and (8), r is an integer of 1 to 1,000.

본 발명에 따른 정공수송 고분자는, 화학식 1로 나타내는 중합단위에 페나진 유도체를 포함함으로써 용해도가 월등히 증가되어, 상기 정공수송 고분자를 포함하는 유기광전변환소자는 우수한 평면성에 따른 분자간의 효과적인 스테킹을 통해 전하와 전자의 이동 특성이 우수한 유기광전변화소자를 제공할 수 있다. The solubility of the hole transporting polymer according to the present invention is remarkably increased by including the phenazine derivative in the polymerization unit represented by the formula (1), and the organic photoelectric conversion device including the hole transporting polymer exhibits effective stacking between molecules according to excellent planarity It is possible to provide an organic photoelectric conversion element having excellent charge and electron mobility.

나아가 본 발명은, 정공수송 고분자의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a process for producing a hole transporting polymer.

본 발명에 따른 정공수송 고분자의 제조방법은, 이 기술이 속하는 분야에서 통상적으로 고분자 화합물의 제조하는 방법이라면 특별히 제한하지 않으나, 구체적으로 하기 반응식 1 및 2의 과정을 포함할 수 있다.The method for producing a hole transporting polymer according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method for producing a polymer compound in the field to which this technology belongs, but may specifically include the processes of the following Schemes 1 and 2.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00016
Figure pat00016

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00017
Figure pat00017

예를 들어, 본 발명에 따른 정공수송 고분자는 스틸 커플링(stille coupling)을 이용하여 제조할 수 있다. 이 때, 용매로는 자일렌(xylene), 톨루엔(toluene), 디메틸포름아미드(DMF) 등을 사용할 수 있고, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakistriphenylphosphinepalladium)을 0.5 내지 10 몰%를 사용하여 중합체를 얻을 수 있다.For example, the hole transporting polymer according to the present invention can be produced using stille coupling. At this time, xylene, toluene, dimethylformamide (DMF) and the like can be used as the solvent, and 0.5 to 10 mol% of tetrakis (triphenylphosphine) palladium is used A polymer can be obtained.

구체적으로 상기 반응식 1을 설명하면, 톨루엔(Toluene)에 페나진 전구체(B) 및 M 전구체(A)를 넣고 교반 후, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakistriphenylphosphinepalladium) 1.5 몰%을 48시간(90 ℃) 교반할 수 있다. 이후 브로모싸이오펜(bromothiophene)을 0.1 ml 떨어뜨리고 12시간 반응을 수행할 수 있다. TLC확인 후 반응이 종결되면 HCl로 담금질 시킬 수 있다. 그런 다음 클로로포름으로 추출 및 증류수로 씻은 후 수분을 제거하고 컬럼 정제하여 상기 반응식 1의 정공수송 고분자(C)를 수득할 수 있다.Specifically, 1.5 mol% of tetrakis (triphenylphosphine) palladium (tetrakistriphenylphosphinepalladium) was added to the toluene (Toluene) for 48 hours after the addition of the phenazine precursor (B) and the M precursor 90 < 0 > C). Then, 0.1 ml of bromothiophene can be dropped and the reaction can be carried out for 12 hours. After the TLC has been confirmed, the reaction can be quenched with HCl. Then, it is extracted with chloroform and washed with distilled water, and then the water is removed and the column purified to obtain the hole transporting polymer (C) of the above reaction formula (1).

본 발명의 반응식 1에서는, 정공수송 고분자를 제조하기 위한 전구체(B)로서, 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In the Reaction Scheme 1 of the present invention, the precursor (B) for producing the hole transporting polymer may include at least one selected from the compounds represented by the following Chemical Formula (10).

[화학식 10][Chemical formula 10]

Figure pat00018
Figure pat00018

상기 화학식 10에서,In Formula 10,

Rf는 서로 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 25의 알킬기; 탄소수 1 내지 25의 알콕시기; 탄소수 5 내지 30의 아릴기; 페닐기; 또는 피롤기이고,R f is independently from each other hydrogen; An alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms; An aryl group having 5 to 30 carbon atoms; A phenyl group; Or a pyrrolyl group,

상기 아릴기, 페닐기 및 피롤기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된다.At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group, the phenyl group and the pyrrole group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 1 to 30 carbon atoms.

하나의 예로서, 반응식 1에서 상기 페나진 전구체(B)는 10-13-디브로모-3,6-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진(10,13-dibromo-3,6-bis(octyloxy)dibenzo[a,c]phenazine)을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. As an example, in Scheme 1, the phenazine precursor (B) is 10-13-dibromo-3,6-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] , 6-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine) may be used.

또한, 상기 M 전구체(A)는 중합단위에 전자주게 특성을 나타내는 분자를 형성하는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 하나의 예로서, 상기 M 전구체(A)는 인타센디티에노-티오펜(indacenodithieno-thiophene)을 사용할 수 있다.The M precursor (A) is not particularly limited as long as it forms a molecule exhibiting electron-donating properties in a polymerization unit. As an example, the M precursor (A) may be an indacenodithieno- thiophene) can be used.

반응식 2를 설명하면, 톨루엔(Toluene)에 페나진 전구체(B) 및 M 전구체(A), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakistriphenylphosphinepalladium) 1.5 몰%을 넣고, 48시간(90 ℃) 교반할 수 있다. 이후 브로모싸이오펜(bromothiophene)을 0.1 ml 떨어뜨리고 12시간 반응을 수행할 수 있다. TLC확인 후 반응이 종결되면 HCl로 담금질 시킬 수 있다. 그런 다음 클로로포름으로 추출 및 증류수로 씻은 후 수분을 제거 하고 컬럼 정제하여 상기 반응식 2의 정공수송 고분자(C)를 수득할 수 있다.1.5 mol% of phenazine precursor (B) and M precursor (A) and tetrakis (triphenylphosphinepalladium) palladium were added to toluene and stirred for 48 hours (90 ° C) . Then, 0.1 ml of bromothiophene can be dropped and the reaction can be carried out for 12 hours. After the TLC has been confirmed, the reaction can be quenched with HCl. Then, it is extracted with chloroform and washed with distilled water, and water is removed therefrom. Column purification can be performed to obtain the hole transporting polymer (C) of the reaction formula (2).

본 발명의 반응식 2에서는, 정공수송 고분자를 제조하기 위한 출발물질로서, 하기 화학식 11로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In the reaction formula 2 of the present invention, as starting materials for preparing the hole transporting polymer, at least one selected from compounds represented by the following general formula (11) may be included.

[화학식 11](11)

Figure pat00019
Figure pat00019

상기 화학식 11에서,In Formula 11,

Rg는 서로 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 25의 알킬기; 탄소수 1 내지 25의 알콕시기; 탄소수 5 내지 30의 아릴기; 페닐기; 또는 피롤기이고,R g independently from each other are hydrogen; An alkyl group having 1 to 25 carbon atoms; An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms; An aryl group having 5 to 30 carbon atoms; A phenyl group; Or a pyrrolyl group,

상기 아릴기, 페닐기 및 피롤기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된다.At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group, the phenyl group and the pyrrole group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 1 to 30 carbon atoms.

하나의 예로서, 반응식 2에서 상기 페나진 전구체(B)는 10-13-디브로모-2,7-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진(10,13-dibromo-2,7-bis(octyloxy)dibenzo[a,c]phenazine)을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. As an example, in Scheme 2, the phenazine precursor (B) is 10-13-dibromo-2,7-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] , 7-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine) can be used.

또한, 상기 M 전구체(A)는 중합단위에 전자주게 특성을 나타내는 분자를 형성하는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 하나의 예로서, 상기 M 전구체(A)는 2,5-비스(트리메틸스탄닐)티오펜(2,5-bis(trimethylstannyl)thiophene)을 사용할 수 있다.The M precursor (A) is not particularly limited as long as it forms a molecule exhibiting electron-donating properties in a polymerization unit. As an example, the M precursor (A) may be 2,5-bis (trimethylstannyl) 2,5-bis (trimethylstannyl) thiophene may be used.

이하, 본 발명에 의한 유기광전변환소자를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the organic photoelectric conversion device according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 유기광전변환소자는, 제1전극; 본 발명에 따른 정공수송 고분자를 포함하는 층; 광전변환층; 및 제2전극이 적층된 구조이다. 또한, 본 발명에 따른 유기광전변환소자는, 제1전극; 본 발명에 따른 정공수송 고분자를 포함하는 정공수송층; 광전변환층; 및 제2전극이 적층된 구조일 수 있다.An organic photoelectric conversion device according to the present invention includes: a first electrode; A layer comprising a hole transporting polymer according to the present invention; A photoelectric conversion layer; And a second electrode are stacked. Further, an organic photoelectric conversion device according to the present invention includes: a first electrode; A hole transport layer including the hole transport polymer according to the present invention; A photoelectric conversion layer; And the second electrode may be laminated.

본 발명의 유기광전변환소자의 구성은 애노드, 광전변환층 및 캐소드를 포함하는 가장 일반적인 소자 구성은 물론 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다. 여기서 상기 애노드는 본 발명의 제1전극을 의미할 수 있으며, 캐소드는 본 발명의 제2전극을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기광전변환소자는 애노드, 정공수송층, 광전변환층, 전자수송층, 캐소드의 순으로 제조될 수도 있고, 그 반대의 순서, 즉 캐소드, 전자수송층, 광전변환층, 정공수송층 및 애노드의 순으로 제조하여도 무방하다. 이때, 상기 광전변환층은 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있고, 그 두께는 10 내지 10,000Å의 범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 정공수송층은 애노드 전극 상부에 진공증착 또는 스핀코팅으로 형성될 수 있으며, 상기 전자수송층은 캐소드를 형성하기 전에 광전변환층의 상부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 전자수송층은 통상적인 전자수송층 형성용 물질을 사용할 수 있고, 상기 정공수송층 및 전자수송층의 두께는 1 내지 10,000Å의 범위일 수 있다.The structure of the organic photoelectric conversion device of the present invention may further include a hole transport layer and / or an electron transport layer as well as the most general device structure including an anode, a photoelectric conversion layer and a cathode. Herein, the anode may mean the first electrode of the present invention, and the cathode may mean the second electrode of the present invention. The organic photoelectric conversion device of the present invention may be manufactured in the order of an anode, a hole transporting layer, a photoelectric conversion layer, an electron transporting layer, and a cathode, and may be manufactured in the reverse order: a cathode, an electron transporting layer, a photoelectric conversion layer, a hole transporting layer, May be manufactured in that order. At this time, the photoelectric conversion layer may be formed by spin coating, and its thickness may be in the range of 10 to 10,000 angstroms. The hole transport layer may be formed on the anode electrode by vacuum evaporation or spin coating, and the electron transport layer may be formed on the photoelectric conversion layer before forming the cathode. The electron transport layer may be a conventional material for forming an electron transport layer, and the thickness of the hole transport layer and the electron transport layer may be in the range of 1 to 10,000 angstroms.

본 발명에서 상기 제1전극은 애노드 전극을 의미하는 것일 수 있으며, 제1전극은 투명 기판을 더 포함할 수 있다. 이때, 투명 기판으로는, 기판으로는 통상적인 유기광전변환소자에서 사용되고, 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 기판이라면, 제한 없이 사용할 수 있으나, 구체적으로 예를 들면, 투명 유리(glass) 기판이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthelate, PEN), 폴리프로필렌 (polypropylene, PP), 폴리이미드 (polyamide, PI), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 등을 포함하는 투명 수지기판을 사용할 수 있고, 더욱 구체적으로는 투명 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 애노드 전극은 상기 투명 기판 상부에 애노드 전극용 물질이 코팅된 것일 수 있으며, 이때, 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성과 투명성을 구현할 수 있는 산화인듐주석(ITO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), SnO2-Sb2O3 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the first electrode may be an anode electrode, and the first electrode may further include a transparent substrate. The transparent substrate may be any substrate as long as it is used in a conventional organic photoelectric conversion device and is excellent in transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness. Examples of the transparent substrate include transparent glass, Substrates include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthelate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetyl cellulose (TAC) A transparent glass substrate can be used. More specifically, a transparent glass substrate can be used. In addition, the anode electrode according to the present invention may be formed by coating an anode electrode material on the transparent substrate. The anode electrode material may include transparent indium tin oxide (ITO), transparent conductive oxide annotations may include a (SnO2), zinc oxide (ZnO), SnO 2 -Sb 2 O 3 and the like.

본 발명에서 상기 정공수송층 및 전자수송층은 제1전극과 광전변환층 간의 계면 에너지를 제어하여 전하의 흐름을 원활하게 유도하고, 전공이동도를 향상시키는 기능을 가질 수 있다. 이때, 정공수송층 및 전자수송층 물질은 특별히 제한되지는 않으나, 구체적으로 정공수송층 물질로는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocy-thiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(TPD)이 사용될 수 있으며, 전자수송층 물질로는 알루미늄 트리하이드록시퀴놀린(aluminium trihydroxyquinoline; Alq3), 1,3,4-옥사다이아졸 유도체인 PBD(2-(4-biphenylyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole, 퀴녹살린 유도체인 TPQ(1,3,4-tris[(3-phenyl-6-trifluoromethyl)quinoxaline-2-yl]benzene) 및 트리아졸 유도체 등이 사용될 수 있다. 상기 전자수송층 및 정공수송층은 전자와 정공을 광전변환용 고분자로 효율적으로 전달시켜 줌으로써 생성되는 전하의 전극으로의 이동확률을 높이는 역할을 할 수 있다.In the present invention, the hole transporting layer and the electron transporting layer may have a function of controlling the interface energy between the first electrode and the photoelectric conversion layer to smoothly induce the charge flow and improve the mobility. The hole transporting layer and the electron transporting layer material are not particularly limited, but specific examples of the hole transporting layer material include poly (3,4-ethylenedioxy-thiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid) Bis (3-methylphenyl) -N, N-diphenyl- [1,1'-biphenyl] -4,4'- diamine (TPD) can be used, and as the electron transport layer material, aluminum trihydroxyquinoline trihydroxyquinoline; Alq 3 ), 1,3,4-oxadiazole derivative PBD (2- (4-biphenylyl) -5-phenyl-1,3,4-oxadiazole, quinoxaline derivative TPQ -tris [(3-phenyl-6-trifluoromethyl) quinoxaline-2-yl] benzene) and triazole derivatives can be used. The electron transport layer and the hole transport layer efficiently transport electrons and holes to the photoelectric conversion polymer It is possible to increase the probability of movement of charges generated by applying the voltage to the electrodes.

본 발명에 따른 상기 광전변환층은 실질적으로 전기 에너지를 생성하는 기능을 수행하는 활성층으로서 벌크 이종 접합구조 또는 이중층 접합구조일 수 있다. 상기 벌크 이종 접합 구조는 벌크 헤테로정션(BHJ: bulk heterojunction) 접합형일 수 있으며 상기 이중층 접합 구조는 바이레이어(bi-layer) 접합형일 수 있다. 상기 BHJ(bulk jeterojunction) 접합형 광활성 단위는 n형 반도체와 p형 반도체가 블렌드된 광활성층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 바이레이어(bi-layer) p-n 접합형 광활성 단위는 p형 반도체 박막과 n형 반도체 박막의 2개 층으로 이루어진 광활성층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 광전변환층은 광 여기에 의하여 p형 반도체가 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 p-n 접합부에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 n형 반도체 박막 및 p형 반도체 박막으로 각각 이동하고 이들이 각각 제1전극과 제2전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다. 이때, 상기 광전변환층은 광활성물질로서 p-유기반도체 화합물인 전자공여물질과 n-유기반도체 물질인 전자수용물질을 포함할 수 있다. 상기 광전변환층은 광 여기에 의하여 상기 전자공여물질이 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 형성하고, 상기 엑시톤이 전자주개/전자받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전자공여물질 및 전자수용물질로 각각 이동하고 이들이 각각 제1전극과 제2전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.The photoelectric conversion layer according to the present invention may be a bulk heterojunction structure or a double layer junction structure as an active layer which substantially performs the function of generating electrical energy. The bulk heterojunction structure may be a bulk heterojunction (BHJ) junction type and the bilayer junction structure may be a bi-layer junction type. The BJJ (bulk jitter junction) photoactive unit may include a photoactive layer in which an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are blended. In addition, the bi-layer p-n junction type photoactive unit may include a photoactive layer composed of two layers of a p-type semiconductor thin film and an n-type semiconductor thin film. Specifically, in the photoelectric conversion layer, the p-type semiconductor forms excitons paired with electrons and holes by photoexcitation, and the excitons are separated into electrons and holes at the p-n junction. The separated electrons and holes migrate to the n-type semiconductor thin film and the p-type semiconductor thin film, respectively, and they are collected in the first electrode and the second electrode, respectively, so that they can be used as electric energy from the outside. At this time, the photoelectric conversion layer may include an electron donating material which is a p-organic semiconductor compound and an electron accepting material which is an n-organic semiconductor material as a photoactive material. In the photoelectric conversion layer, the electron donor material forms an exciton paired with electrons and holes by photoexcitation, and the exciton is separated into electrons and holes at the interface of the electron donor / electron acceptor. The separated electrons and holes are respectively transferred to the electron donating material and the electron accepting material, and they are collected in the first electrode and the second electrode, respectively, so that they can be used as electric energy from the outside.

이러한 광활성물질로서, 본 발명은 하기 화학식 1로 나타내는 정공수송 고분자를 포함할 수 있다:As such a photoactive material, the present invention can include a hole transporting polymer represented by the following Formula 1:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00020
Figure pat00020

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

M은 전자주게 특성을 나타내는 분자(p-type molecular)이고,M is a p-type molecule,

A는 서로 독립적으로 단일결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌, 탄소수 2 내지 탄소수 20의 알키닐렌, 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬렌, 탄소수 6 내지 20의 알키닐렌, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌, 탄소수 7 내지 20의 아르아릴렌 또는 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌이며,A is independently a single bond, alkylene having 1 to 20 carbon atoms, alkenylene having 2 to 20 carbon atoms, alkynylene having 2 to 20 carbon atoms, aralkylene having 7 to 15 carbon atoms, cycloalkylene having 3 to 20 carbon atoms , Alkynylene having 6 to 20 carbon atoms, arylene having 6 to 30 carbon atoms, ararylene having 7 to 20 carbon atoms, or heteroarylene having 4 to 20 carbon atoms,

Ra는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R a is independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

Rb는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,R b is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,

상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,

n은 1 내지 1,000,000인 정수이다.and n is an integer of 1 to 1,000,000.

또한, 본 발명에 따른 광전변환층은 상기의 화학식 1과 같은 구조로 합성된 정공수송 고분자와 PC61BM(phenyl C61-butyric acid methyl ester) 혹은 PC71BM(phenyl C71-butyric acid methyl ester) 및 다양한 풀러렌(fullerene) 유도체와의 벌크헤테로정션 타입으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 정공수송 고분자와 PCBM은 1:10 내지 10:1 범위의 비율(w/w)로 혼합될 수 있으며, 광전변환층의 광전변환효율을 극대화하기 위하여, 50 내지 300 ℃의 온도에서 1초 내지 24시간 동안 어닐링할 수 있다.In addition, the photoelectric conversion layer according to the present invention can be produced by mixing a hole transporting polymer synthesized with the structure of Formula 1 and a PC 61 BM (phenyl C61-butyric acid methyl ester) or a PC 71 BM (phenyl C71-butyric acid methyl ester) And may be formed in a bulk heterojunction type with various fullerene derivatives. At this time, the hole transporting polymer and PCBM can be mixed in a ratio (w / w) ranging from 1:10 to 10: 1. In order to maximize the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion layer, Lt; / RTI > to 24 hours.

본 발명에서 상기 제2전극은 캐소드 전극을 의미하는 것일 수 있으며, 금속을 함유하는 전극일 수 있다. 이때, 캐소드 전극으로는 일함수(Work function)가 작은 금속으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등으로 구성되거나, 알루미늄/리튬 합금(Al:Li), 알루미늄/불화바륨 합금(Al:BaF2), 알루미늄/불화바륨/바륨 합금(Al:BaF2:Ba), 알루미늄/칼슘 합금(Al:Ca), 마그네슘/은 합금(Mg:Ag), 알루미늄/불화리튬 합금(Al:LiF) 등의 금속 합금으로 구성될 수 있다. In the present invention, the second electrode may be a cathode electrode or an electrode containing a metal. At this time, the cathode electrode may be made of a metal having a small work function. Examples of the cathode electrode include gold (Au), silver (Ag), lithium (Li), magnesium (Mg) Or an aluminum / lithium alloy (Al: Li), an aluminum / barium fluoride alloy (Al: BaF 2 ), an aluminum / barium fluoride / barium alloy (Al: BaF 2 : Ba) ), A magnesium / silver alloy (Mg: Ag), and an aluminum / lithium fluoride alloy (Al: LiF).

이하, 앞서 서술한 내용을 바탕으로, 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하려는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and drawings based on the foregoing description. The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예Example 1:  One: 정공수송Hole transportation 고분자 제조 1 Polymer manufacturing 1

먼저, 10-13-디브로모-3,6-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진(10,13-dibromo-3,6-bis(octyloxy)dibenzo[a,c]phenazine)의 합성은 다음과 같은 문헌을 참조하여 합성하였다(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6035-6042.). First, 10,13-dibromo-3,6-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine ) Were synthesized with reference to the following references (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 6035-6042).

합성된 10-13-디브로모-3,6-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진 0.1 g과 인타센디티에노-티오펜(indacenodithieno-thiophene) 0.2 g을 톨루엔 8 ㎖에 녹이고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐디클로라이드(tetrakistriphenylphosphinepalladium(Ⅱ)dichloride, Aldrich사) 0.009 g을 첨가하여 10분 간 교반한 후 90 ℃에서 48 시간 동안 교반하였다. 마지막으로 브로모싸이오펜(Bromothiophene, Aldrich사)을 0.5 ㎖ 첨가하여 12 시간 동안 교반한 다음 정제하여 하기 화학식 7로 나타내는 정공수송 고분자 0.30 g을 얻었다.0.1 g of synthesized 10-13-dibromo-3,6-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine and 0.2 g of indacenodithieno-thiophene were dissolved in 8 ml And 0.009 g of tetrakistriphenylphosphinepalladium (II) dichloride (Aldrich) was added thereto. The mixture was stirred for 10 minutes and then at 90 ° C for 48 hours. Finally, 0.5 ml of bromothiophene (Aldrich) was added, and the mixture was stirred for 12 hours and purified to obtain 0.30 g of a hole transporting polymer represented by the following general formula (7).

[화학식 7](7)

Figure pat00021
Figure pat00021

실시예Example 2:  2: 정공수송Hole transportation 고분자 제조 2 Polymer manufacturing 2

먼저, 10-13-디브로모-2,7-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진(10,13-dibromo-2,7-bis(octyloxy)dibenzo[a,c]phenazine)의 합성은 다음과 같은 문헌을 참조하여 합성하였다(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6035-6042.). First, 10,13-dibromo-2,7-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine (10,13-dibromo-2,7- ) Were synthesized with reference to the following references (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 427-435, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 6035-6042).

합성된 10-13-디브로모-2,7-비스(옥틸옥시)디벤조[a,c]페나진 0.069 g과 2,5-비스(트리메틸스탄닐)티오펜(2,5-bis(trimethylstannyl)thiophene) 0.04 g을 톨루엔 8㎖에 녹이고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐디클로라이드(tetrakistriphenylphosphinepalladium(Ⅱ)dichloride, Aldrich사) 0.009 g을 첨가하여 10 분간 교반한 후 90 ℃에서 48 시간 동안 교반하였다. 마지막으로 브로모싸이오펜(Bromothiophene, Aldrich사)을 0.5 ㎖ 첨가하여 12 시간 동안 교반한 다음 정제하여 하기 화학식 8로 나타내는 정공수송 고분자 0.05 g을 얻었다.0.069 g of synthesized 10-13-dibromo-2,7-bis (octyloxy) dibenzo [a, c] phenazine and 2,5-bis (trimethylstannyl) thiophene trimethylstannyl) thiophene (0.04 g) was dissolved in 8 ml of toluene, and 0.009 g of tetrakis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride (Aldrich) was added thereto. The mixture was stirred for 10 minutes, Respectively. Finally, 0.5 ml of bromothiophene (Aldrich) was added, and the mixture was stirred for 12 hours and purified to obtain 0.05 g of a hole transporting polymer represented by the following general formula (8).

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00022
Figure pat00022

실시예Example 3: 유기광전변환소자 제조 1 3: Organic photoelectric conversion device manufacturing 1

상기 실시예 1에서 제조한 정공수송 고분자를 이용하여 다음과 같은 조건으로 유기광전변환소자를 제작하였다.An organic photoelectric conversion device was fabricated using the hole transporting polymer prepared in Example 1 under the following conditions.

투명 유리기판 상에 ITO층이 형성된 기판 표면을 아세톤 및 이소프로판올 하에서 연속적으로 초음파 조사하여 세척하고, 100℃, 진공 하에서 1시간 동안 건조한 후 UV-오존 세정기에서 15분 동안 처리하였다.The surface of the substrate on which the ITO layer was formed on the transparent glass substrate was continuously ultrasonically irradiated and cleaned under acetone and isopropanol, dried at 100 캜 under vacuum for 1 hour, and then treated in a UV-ozone cleaner for 15 minutes.

상업적으로 입수된 PEDOT:PSS(Heraeus Clevios™ P VP AI 4083)는 0.45 ㎛ PTFE 실린지 필터를 이용하여 여과(filtering)하였으며, 진탕기(shaker)에서 교반하여 PEDOT과 PSS가 상분리 되는 것을 막았다. The commercially available PEDOT: PSS (Heraeus Clevios ™ P VP AI 4083) was filtered using a 0.45 μm PTFE syringe filter and stirred in a shaker to prevent phase separation of PEDOT and PSS.

실시예 1 에 따른 정공수송 고분자와 플러렌을 디클롤로벤젠(dichlorobenzene)에 여러 가지 농도로 용해시켜 24 시간 교반하였으며, 5 ㎛ PTFE 실린지 필터를 이용하여 여과하였다. 앞서 준비된 ITO층 상에 2000 rpm의 속도로 40초 동안 스핀 코팅하였다.The hole transporting polymer according to Example 1 and fullerene were dissolved in dichlorobenzene at various concentrations and stirred for 24 hours and filtered using a 5 탆 PTFE syringe filter. Coated on the previously prepared ITO layer at a speed of 2000 rpm for 40 seconds.

준비된 기질(substrate)과 시료들을 글로브 박스(glove box)로 이송하였으며, 앞서 준비된 ITO층 상에 2000 rpm의 속도로 40초 동안 스핀 코팅하였다. 그런 다음, PEDOT:PSS는 110 ℃에서 20 분, AedotronTMC는 140 ℃에서 20 분, 고분자, 플러렌 활성층은 120 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 잔류용매를 제거하였으며, 활성층면을 제외한 전극부분의 고분자들을 지워주었다. 그 후, EIL과 전극물질을 증착하기 위하여 열증착기(thermal evaporator)의 고진공 챔버(1×10-6 torr 이하)로 이송하였으며, 모두 BaF2(0.1 Å/s, 2 nm)/Ba(0.2 Å/s, 2 nm)/Al(5 Å/s, 100 nm)순으로 전극을 형성하였다. The prepared substrate and samples were transferred to a glove box and spin-coated on the previously prepared ITO layer at a rate of 2000 rpm for 40 seconds. Then, PEDOT: PSS was subjected to heat treatment at 110 ° C for 20 minutes, AedotronTMC at 140 ° C for 20 minutes, and the polymer and fullerene active layer at 120 ° C for 1 hour to remove residual solvent. gave. Subsequently, the EIL and the electrode material were transferred to a high vacuum chamber (under 1 × 10 -6 torr) of a thermal evaporator for deposition of all the materials. BaF 2 (0.1 Å / s, 2 nm) / Ba / s, 2 nm) / Al (5 Å / s, 100 nm).

실시예Example 4: 유기광전변환소자 제조 2 4: Organic photoelectric conversion device manufacturing 2

정공수송 고분자로 실시예 2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 유기광전변환소자를 제조하였다. An organic photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 3, except that Example 2 was used as a hole transporting polymer.

상기 실시예 3 및 4에서 제조된 유기광전변환소자의 단면도를 도 1에 나타내었다.FIG. 1 is a cross-sectional view of the organic photoelectric conversion device manufactured in Examples 3 and 4.

비교예Comparative Example 1: 유기광전변환소자 제조 1: Organic photoelectric conversion device fabrication

정공수송 고분자로 하기 화학식 12와 같은 구조의 고분자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 유기광전변환소자를 제조하였다. An organic photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 3, except that a polymer having the following structure (12) was used as a hole transporting polymer.

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00023
Figure pat00023

비교예Comparative Example 2: 유기광전변환소자 제조 2: Organic photoelectric conversion device manufacturing

정공수송 고분자로 하기 화학식 13과 같은 구조의 고분자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 유기광전변환소자를 제조하였다. An organic photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 3, except that a polymer having the following structure (13) was used as a hole transporting polymer.

[화학식 13][Chemical Formula 13]

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Figure pat00024

실험예Experimental Example 1 One

상기 실시예 1, 2에서 제조된 정공수송 고분자의 흡광도를 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were conducted to evaluate the absorbance of the hole transporting polymer prepared in Examples 1 and 2.

UV 스펙트럼을 이용하여 300 ㎚ 내지 1000 ㎚ 파장 범위에서 광흡수 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과는 도 2 및 도 3에 나타내었다. The light absorption spectra were measured in the wavelength range of 300 nm to 1000 nm using the UV spectrum, and the results are shown in FIG. 2 and FIG.

도 2는 실시예 1의 정공수송 고분자의 UV 스펙트럼으로, 필름 상에서의 피크(도 2의 Film) 와 용액 상에서의 피크(도 2의 Solution)를 나타내었다. 도 2를 살펴보면, 필름 상에서는 용액상보다 완만한 피크를 확인할 수 있다. 이는 필름에 존재하는 정공수송 고분자의 π-π스태킹에 인한 것으로 유기광전변환소자에서 효과적인 전하 이동의 가능성을 보였다. Fig. 2 is a UV spectrum of the hole transporting polymer of Example 1, showing peaks on the film (Film in Fig. 2) and peaks in solution (Solution in Fig. 2). Referring to FIG. 2, a gentle peak in the solution phase can be confirmed on the film. This is due to the π-π stacking of the hole transporting polymer present in the film, which showed the possibility of effective charge transfer in the organic photoelectric conversion device.

도 3에 나타낸 실시예 2의 정공수송 고분자를 포함하는 필름의 광흡수 스펙트럼을 나타낸 것으로 도 3을 살펴보면, 실시예 2의 정공수송 고분자를 함유하는 필름은 완만한 광흡수 곡선을 나타내는 것을 확인할 수 있다.FIG. 3 shows a light absorption spectrum of a film containing the hole transporting polymer of Example 2 shown in FIG. 3, and a film containing the hole transporting polymer of Example 2 shows a gentle light absorption curve .

이를 통해 본 발명에 따른 정공수송 고분자는 흡광특성이 장파장까지 확장되는 것을 알 수 있었다.As a result, it was found that the hole transporting polymer according to the present invention is extended to a long wavelength.

실험예Experimental Example 2 2

상기 제조된 실시예 3의 유기광전변환소자에 1 ㎷/s 의 주사 속도로 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용한 전류전위곡선을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. A current potential curve was measured using the cyclic voltammetry at the scanning speed of 1 ㎷ / s in the organic photoelectric conversion device of Example 3, and the result is shown in FIG.

실험예Experimental Example 3  3

본 발명에 따른 유기광전변환소자의 에너지 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was conducted to evaluate the energy efficiency of the organic photoelectric conversion device according to the present invention.

상기 실시예 3에서 제조된 유기광전변환소자를 키슬리 2400 소스미터와 태양광 모의실험장치(Oriel 150W solar simulator)를 사용해 각각의 소자를 표준조건(Air Mass 1.5 Global, 100 ㎽/㎠, 25℃)에서 단락전류밀도(short circuit current density, JSC), 개방전압(open circuit voltage, VOC), 전력효율(fill factor, FF), 및 에너지 전환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 측정하였다. 이때 상기 인공태양은 Si 태양전지셀(Fraunhofer Institute for Solar Energy System, Mono-Si + KG filter, Certificate No. C-ISE269)로 검정하였으며, 유기광전변환소자의 활성 영역은 12 ㎟로 제어하였다. 측정된 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The organic photoelectric conversion device manufactured in Example 3 was tested under standard conditions (Air Mass 1.5 Global, 100 mW / cm 2, 25 ° C) using a Keithley 2400 source meter and a solar simulator (Oriel 150W solar simulator) ), Short circuit current density (J SC ), open circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), and power conversion efficiency (PCE) were measured. The artificial solar cell was tested with a Si solar cell (Mono-Si + KG filter, Certificate No. C-ISE269, Fraunhofer Institute for Solar Energy System) and the active area of the organic photoelectric conversion device was controlled to 12 mm 2. The measured results are shown in Table 1 below.

구분division JSC (㎃/㎠)J SC (MA / cm2) VOC (V)V OC (V) FF (%)FF (%) PCE (%)PCE (%) 실시예 3Example 3 12.712.7 0.830.83 58.058.0 6.26.2 비교예 1Comparative Example 1 8.008.00 0.830.83 56.5756.57 3.753.75 비교예 2Comparative Example 2 11.4511.45 0.840.84 0.620.62 6.016.01

상기 표 1에서, 필팩터(FF)는 최대 전력점에서 전압값(Vmax) X 전류밀도(Jmax) /(JSCXVoc)이고, 에너지 변환효율(PCE)은 FF X (JSCXVoc)/Pin이며, Pin은 100[㎽/㎠]이다.In Table 1, the fill factor (FF) is a voltage value at the maximum power point (V max) X current density (J max) / (J SC XV oc) , and the energy conversion efficiency (PCE) is FF X (J SC XV oc ) / Pin, and Pin is 100 [mW / cm < 2 >].

상기 표 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 유기광전변환소자는 에너지 전환 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 구체적으로, HOMO 레벨(약 5.13±0.1 eV)에 근접하게 조절할 수 있으며 이에 따라 유기광전변환소자의 에너지 전환 효율을 약 9% 이상 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 실시예 3에 따라 제조된 유기광전변환소자의 경우 비교예 1 및 2에 따른 유기광전변환소자에 비해 높은 효율을 보이는 것을 알 수 있다.Table 1 shows that the organic photoelectric conversion device according to the present invention has improved energy conversion efficiency. Specifically, it can be confirmed that the energy conversion efficiency of the organic photoelectric conversion device can be improved by about 9% or more, which is close to the HOMO level (about 5.13 ± 0.1 eV), and the organic It can be seen that the photoelectric conversion element exhibits higher efficiency than the organic photoelectric conversion elements according to Comparative Examples 1 and 2.

또한, 도 5는 실시예 3에 따라 제조된 유기광전변환소자의 에너지 효율을 보여주는 그래프로, 도 5를 통해 본 발명에 따른 유기광전변환소자는 높은 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.5 is a graph showing the energy efficiency of the organic photoelectric conversion device manufactured according to the third embodiment. Referring to FIG. 5, the organic photoelectric conversion device according to the present invention shows high efficiency.

Claims (10)

하기 화학식 1로 나타내는 중합단위를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 1]
Figure pat00025

상기 화학식 1에서,
M은 전자주게 특성을 나타내는 분자(p-type molecular)이고,
A는 서로 독립적으로 단일결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌, 탄소수 2 내지 탄소수 20의 알키닐렌, 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌, 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬렌, 탄소수 6 내지 20의 알키닐렌, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌, 탄소수 7 내지 20의 아르아릴렌 또는 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌이며,
Ra는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,
상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,
Rb는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,
상기 아릴기 또는 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,
n은 1 내지 1,000,000인 정수이다.
A hole transporting polymer comprising a polymerization unit represented by the following formula (1):
[Chemical Formula 1]
Figure pat00025

In Formula 1,
M is a p-type molecule,
A is independently a single bond, alkylene having 1 to 20 carbon atoms, alkenylene having 2 to 20 carbon atoms, alkynylene having 2 to 20 carbon atoms, aralkylene having 7 to 15 carbon atoms, cycloalkylene having 3 to 20 carbon atoms , Alkynylene having 6 to 20 carbon atoms, arylene having 6 to 30 carbon atoms, ararylene having 7 to 20 carbon atoms, or heteroarylene having 4 to 20 carbon atoms,
R a is independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,
At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,
R b is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,
At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group or the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,
and n is an integer of 1 to 1,000,000.
제 1 항에 있어서,
화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 1-a 및 화학식 1-b로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 1-a]
Figure pat00026

[화학식 1-b]
Figure pat00027

상기 화학식 1-a 및 1-b에서, M, A, Ra, Rb 및 n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
The method according to claim 1,
The hole transporting polymer comprising at least one polymerization unit selected from the group consisting of polymerization units represented by the following general formula (1-a) and general formula (1-b)
[Chemical Formula 1-a]
Figure pat00026

[Chemical Formula 1-b]
Figure pat00027

Wherein M, A, R a , R b and n are as defined in the above formula (1).
제 1 항에 있어서,
전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는 하기 화학식 2-a 내지 화학식 2-c로 나타내는 분자로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 2-a]
Figure pat00028

[화학식 2-b]
Figure pat00029

[화학식 2-c]
Figure pat00030

상기 화학식 2-a 내지 2-c에서,
X1 내지 X4는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,
Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N 또는 C-Rd이며,
Rc 내지 Re는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,
상기 아릴기 및 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환되며,
m 및 p는 서로 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
The method according to claim 1,
(P-type molecular) having electron-donating properties is a hole-transporting polymer comprising at least one selected from molecules represented by the following Chemical Formulas 2-a to 2-c:
[Chemical Formula 2-a]
Figure pat00028

[Formula 2-b]
Figure pat00029

[Chemical Formula 2-c]
Figure pat00030

In the above formulas 2-a to 2-c,
X 1 to X 4 independently of one another are O, S or Se,
Y 1 and Y 2 are independently of each other N or CR d ,
R c to R e independently represent hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,
At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group and the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms,
m and p are each independently an integer of 1 to 10;
제 3 항에 있어서,
전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는 하기 화학식 2-a로 나타내는 분자를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 2-a]
Figure pat00031

상기 화학식 2-a에서
X1은 O, S 또는 Se이고,
Rc는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,
m은 1 내지 4이다.
The method of claim 3,
A p-type molecular having an electron-donating property is a hole-transporting polymer comprising a molecule represented by the following formula (2-a)
[Chemical Formula 2-a]
Figure pat00031

In the formula (2-a)
X 1 is O, S or Se,
R c is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
m is from 1 to 4;
제 4 항에 있어서,
화학식 2-a에서 X1은 S이고,
Rc는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,
m은 1인 정공수송 고분자.
5. The method of claim 4,
In formula (2-a), X 1 is S,
R c is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
m is 1, a hole transporting polymer.
제 3 항에 있어서,
전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는 하기 화학식 2-b로 나타내는 분자를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 2-b]
Figure pat00032

상기 화학식 2-b에서
X2 및 X3은 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이고,
Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N 또는 C-Rd이며,
Rd는 수소 또는 탄소수 1 내지 25의 알킬기이고,
p는 1이다.
The method of claim 3,
A p-type molecular having an electron-donating property is a hole-transporting polymer comprising a molecule represented by the following formula (2-b)
[Formula 2-b]
Figure pat00032

In the formula (2-b)
X 2 and X 3 are independently of each other O, S or Se,
Y 1 and Y 2 are independently of each other N or CR d ,
R d is hydrogen or an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms,
p is one.
제 3 항에 있어서,
전자 주게 특성을 갖는 분자(p-type molecular)는 하기 화학식 2-c로 나타내는 분자를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 2-c]
Figure pat00033

상기 화학식 2-c에서
X4는 O, S 또는 Se이고,
Re는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기이고,
상기 아릴기 및 헤테로아릴기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환되거나 비치환된다.
The method of claim 3,
A p-type molecular having an electron-donating property is a hole-transporting polymer comprising a molecule represented by the following formula (2-c)
[Chemical Formula 2-c]
Figure pat00033

In the formula (2-c)
X < 4 > is O, S or Se,
R e is independently hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms,
At least one of the hydrogen atoms present in the aryl group and the heteroaryl group is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms.
제 1 항에 있어서,
화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 3 내지 6으로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 3]
Figure pat00034

[화학식 4]
Figure pat00035

[화학식 5]
Figure pat00036

[화학식 6]
Figure pat00037

상기 화학식 3 내지 6에서,
A는 단일결합 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌이고,
X5 및 X6은 서로 독립적으로 O 또는 S이며,
Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 수소, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기 또는 노닐옥시기이고,
Rc 및 Re는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 메톡시, 에톡시, 페닐기, 나프틸기, 피롤기 또는 싸이아졸기이며,
상기 페닐기, 나프틸기, 피롤기 및 싸이아졸기에 존재하는 수소 중 어느 하나 이상은 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 또는 노닐기로 치환되거나 비치환되고,
q는 1 내지 1,000의 정수이다.
The method according to claim 1,
The hole transporting polymer comprising at least one polymerization unit selected from the group consisting of the polymerization units represented by the following formulas (3) to (6)
(3)
Figure pat00034

[Chemical Formula 4]
Figure pat00035

[Chemical Formula 5]
Figure pat00036

[Chemical Formula 6]
Figure pat00037

In the above formulas 3 to 6,
A is a single bond or alkylene having 1 to 6 carbon atoms,
X 5 and X 6 are independently of each other O or S,
R a and R b independently represent hydrogen, pentyloxy group, hexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group or nonyloxy group,
R c and R e independently represent hydrogen, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, an ethoxy group, a phenyl group, a naphthyl group, a pyrrolyl group or a thiazole group,
At least one of the hydrogen atoms present in the phenyl group, the naphthyl group, the pyrrolyl group and the thiazole group is substituted or unsubstituted with a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group or a nonyl group,
and q is an integer of 1 to 1,000.
제 1 항에 있어서,
화학식 1로 나타내는 중합단위는 하기 화학식 7 및 8로 나타내는 중합단위로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합단위를 포함하는 정공수송 고분자:
[화학식 7]
Figure pat00038

[화학식 8]
Figure pat00039

상기 화학식 7 및 8에서, r은 1 내지 1,000의 정수이다.
The method according to claim 1,
The hole transporting polymer comprising at least one polymerized unit selected from the group consisting of the following structural units represented by the following general formulas (7) and (8)
(7)
Figure pat00038

[Chemical Formula 8]
Figure pat00039

In the general formulas (7) and (8), r is an integer of 1 to 1,000.
제1전극; 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 정공수송 고분자를 포함하는 층; 광전변환층; 및 제2전극이 적층된 유기광전변환소자.
A first electrode; A layer comprising a hole transporting polymer according to any one of claims 1 to 9; A photoelectric conversion layer; And a second electrode are stacked.
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