KR20180104398A - 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.
유기 전자 소자란 정공 및/또는 전자를 이용한 전극과 유기물 사이에서의 전하 교류를 필요로 하는 소자를 의미한다. 유기 전자 소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 전기소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기물 반도체에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자이다.
유기 전자 소자의 예로는 유기 태양 전지, 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 트랜지스터 등이 있으며, 이하에서는 주로 유기 광전 소자에 대하여 구체적으로 설명하지만, 상기 유기 전자 소자들에서는 정공의 주입 또는 수송 물질, 전자의 주입 또는 수송 물질, 또는 발광 물질이 유사한 원리로 작용한다.
유기 태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 유기 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 엑시톤을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다. 전하가 손실되는 원인 중의 하나가 생성된 전자 및 정공이 재결합(recombination)에 의해 소멸하는 것이다. 생성된 전자나 정공이 손실되지 않고 전극에 전달되기 위한 방법으로 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분 추가 공정이 요구되고 이에 따라 제조 비용이 상승할 수 있다.
US 5331183 US 5454880
본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이며,
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이고,
R1 내지 R4, R, R' 및 R"는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이고,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조로 표시되는 기이고,
Figure pat00002
상기 구조에 있어서,
R200 내지 R202는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
a 및 b는 각각 1 내지 4의 정수이고,
a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
상기 화학식 1에 있어서, Q는 하기 화학식 A 또는 B로 표시되는 구조이며,
[화학식 A]
Figure pat00003
[화학식 B]
Figure pat00004
상기 화학식 A 및 B에 있어서,
X, X', X" 및 X"'는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이며,
G1 내지 G4는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리이며,
n1 및 n2는 각각 1 내지 5의 정수이고,
n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
Figure pat00005
는 상기 화학식 1에 결합되는 부위이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 전술한 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 분자 내의 말단기인 Ar1 및 Ar2와 코어인 Q의 다양한 구조를 통하여 에너지 흡수 영역 및 에너지 레벨을 자유롭게 조절하고, 이를 포함하는 유기 태양 전지는 소자 성능이 우수하다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 광활성층의 n형 유기물층으로 사용하는 유기 태양 전지는 우수한 광-전 변환 효율을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 기존의 플러렌계 억셉터 물질인 PCBM과 비슷한 LUMO에너지 준위를 가지나, 낮은 개방전압의 손실로 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 광활성층의 n형 유기물층으로 사용하는 유기 태양 전지는 높은 개방 전압(Voc)를 나타낸다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 상기 화합물 1-A의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 3은 상기 화합물 2-A의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 4는 상기 화합물 1의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 5는 상기 화합물 2의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 6은 상기 화합물 3의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 7은 상기 화합물 4의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 8은 상기 화합물 5의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 9는 상기 화합물 6의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 10은 실험예 1-1 내지 1-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 11은 실험예 2-1 내지 2-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 12는 실험예 3-1 내지 3-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
도 13은 실험예 4-1 내지 4-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 분자 내의 말단기인 Ar1 및 Ar2와 코어인 Q의 다양한 구조를 통하여 에너지 흡수 영역 및 에너지 레벨을 자유롭게 조절하고, 이를 포함하는 유기 태양 전지는 소자 성능이 우수하다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 광활성층의 n형 유기물층으로 사용하는 유기 태양 전지는 우수한 광-전 변환 효율을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 기존의 플러렌계 억셉터 물질인 PCBM과 비슷한 LUMO에너지 준위를 가지나, 낮은 개방전압의 손실로 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 광활성층의 n형 유기물층(전자 받개 물질)으로 사용하는 유기 태양 전지는 높은 개방 전압(Voc)를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
상기 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 에스터기; 카보닐기; 카복실기; 히드록시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로고리기; 아릴아민기; 아릴기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
상기 치환기들은 추가의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실 및 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시 및 p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기 및 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기 및 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR100R101일 수 있으며, 상기 R100 및 R101은 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 단환 또는 다환의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 구체적으로 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있으며, 탄소수 1 내지 25의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 25의 알콕시기가 치환되는 경우를 포함한다. 또한, 본 명세서 내에서의 아릴기는 방향족고리를 의미할 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기 및 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기 및 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조이다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
및
Figure pat00011
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기 또는 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A 및 B에 있어서, Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 화학식 1-1 또는 1-2로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure pat00012
[화학식 1-2]
Figure pat00013
상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서,
X1, X2, Y1 내지 Y4, R1 내지 R4, Ar1 및 Ar2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
X, X', X", X"', G1 내지 G4, Q1, Q2, n1 및 n2의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A는 하기 구조 중에서 선택된다.
Figure pat00014
상기 구조에 있어서,
X, X', G1 및 G2의 정의는 상기 화학식 A에서 정의한 바와 동일하고,
X11 및 X12는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
G101 내지 G111은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
g105, g110 및 g111은 각각 1 또는 2 이고,
g105, g110 및 g111가 각각 2 인 경우, 2 개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 B는 하기 구조로 표시된다.
Figure pat00015
상기 구조에 있어서,
X", X"', G3 및 G4의 정의는 상기 화학식 B에서 정의한 바와 동일하고,
G112 및 G113은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
Y는 O 또는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3 내지 1-6 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-3]
Figure pat00016
[화학식 1-4]
Figure pat00017
[화학식 1-5]
Figure pat00018
[화학식 1-6]
Figure pat00019
상기 화학식 1-3 내지 1-6에 있어서,
X1, X2, Y1 내지 Y4, R1 내지 R4, Ar1 및 Ar2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
X, X', X", X"' 및 G1 내지 G4의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하고,
X11 및 X12는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
G101 내지 G113은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
g105, g110 및 g111은 각각 1 또는 2 이고,
g105, g110 및 g111가 각각 2 인 경우, 2 개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
Y는 O 또는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3-1 내지 1-3-3, 1-4-1 내지 1-4-3, 1-5-1 내지 1-5-3 및 1-6-1 내지 1-6-3 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-3-1]
Figure pat00020
[화학식 1-3-2]
Figure pat00021
[화학식 1-3-3]
Figure pat00022
[화학식 1-4-1]
Figure pat00023
[화학식 1-4-2]
Figure pat00024
[화학식 1-4-3]
Figure pat00025
[화학식 1-5-1]
Figure pat00026
[화학식 1-5-2]
Figure pat00027
[화학식 1-5-3]
Figure pat00028
[화학식 1-6-1]
Figure pat00029
[화학식 1-6-2]
Figure pat00030
[화학식 1-6-3]
Figure pat00031
상기 화학식 1-3-1 내지 1-3-3, 1-4-1 내지 1-4-3, 1-5-1 내지 1-5-3 및 1-6-1 내지 1-6-3에 있어서,
X1, X2, Y1 내지 Y4 및 R1 내지 R4의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
X, X', X", X"' 및 G1 내지 G4의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하고,
X11 및 X12는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
G101 내지 G113은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
g105, g110 및 g111은 각각 1 또는 2 이고,
g105, g110 및 g111가 각각 2 인 경우, 2 개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
Y는 O 또는 S이고,
R200 내지 R202 및 R210 내지 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
a, b, a1 및 b1은 각각 1 내지 4의 정수이고,
a, b, a1 및 b1이 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A 및 B에 있어서, Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠고리; 치환 또는 비치환된 티오펜고리; 치환 또는 비치환된 시클로펜타디엔고리; 치환 또는 비치환된 인덴고리; 또는 치환 또는 비치환된 피란(pyran)고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A 및 B에 있어서, Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 벤젠고리; 티오펜고리; 알킬기로 치환된 아릴기로 치환된 시클로펜타디엔고리; 알킬기로 치환된 아릴기로 치환된 치환 또는 비치환된 인덴고리; 또는 알킬기로 치환된 피란(pyran)고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A 및 B에 있어서, Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 벤젠고리; 티오펜고리; n-헥실기로 치환된 페닐기로 치환된 시클로펜타디엔고리; n-헥실기로 치환된 페닐기로 치환된 치환 또는 비치환된 인덴고리; 또는 3,7-디메틸옥틸기로 치환된 피란(pyran)고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y1 내지 Y4는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1, X2, X, X', X", X"', X11 및 X12는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R4, G1 및 G2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 G105, G110 및 G111은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 G101 내지 G104 및 G106 내지 G109는 n-헥실기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 G112 및 G113은 3,7-디메틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R200 및 R210은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R200 및 R210은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 에틸기; 또는 n-옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R200 및 R210은 에틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R200 및 R210은 n-옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R201, R202, R211 및 R212는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 것인 헤테로환 화합물:
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자, 유기 트랜지스터, 유기 태양 전지, 및 유기 발광 소자로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다.
도 1 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 유기 태양 전지는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 애노드, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노멀구조에서 기판, 애노드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 캐소드의 순서로 적층될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조에서는 기판, 캐소드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 애노드의 순서로 적층될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지는 탠덤 (tandem) 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다. 상기 탠덤 구조에서는 광활성층을 2 이상 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 버퍼층이 광활성층과 정공수송층 사이 또는 광활성층과 전자수송층 사이에 구비될 수 있다. 이때, 정공 주입층이 애노드와 정공수송층사이에 더 구비될 수 있다. 또한, 전자주입층이 캐소드와 전자수송층 사이에 더 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하며, 상기 전자 받개 물질은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 광활성층의 n형 유기물층(전자 받개 물질)으로 사용하는 유기 태양 전지는 가시광선 영역에서 최대 흡수파장을 갖는 대부분의 p형 유기 물질(전자 주개 물질)에 대하여, 적용이 가능하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자 주개 물질은 당기술 분야에서 적용되는 물질을 사용할 수 있으며, 예컨대, 폴리 3-헥실 티오펜 (P3HT: poly 3-hexyl thiophene), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'-7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7-di 2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PTB7(혹은 PTB7-Th)(Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]), PSiF-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole])로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 첨가제를 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 분자량은 50 g/mol 내지 1000 g/mol이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 끓는점은 30 내지 300 의 유기물이다.
본 명세서에서 유기물이란 탄소 원자를 적어도 1 이상 포함하는 물질을 의미한다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 1,8-디아이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether), 옥탄디티올(octane dithiol) 및 테트라브로모싸이오펜(tetrabromothiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 중에서 1 또는 2 종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 n형 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 및 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 애노드 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100 내지 150℃에서 1 내지 30 분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 애노드 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
애노드 전극의 위한 전처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있다.
애노드 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 애노드 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 캐소드 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 또는 LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다.
상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
광활성층은 전자공여체 및/또는 전자수용체와 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로환 화합물의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자의 제조는 이하 제조예 및 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
합성예 1. 화합물 1-A의 합성
Figure pat00040
화합물 1-a, 화합물 1-b, Pd(PPh3)4 및 톨루엔의 혼합물을 아르곤 분위기 하에서 12 시간 동안 100 ℃로 가열 하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 반응 혼합물을 100 mL의 염화나트륨 수용액에 붓고, 클로로포름으로 3 회 추출 하였다. 유기층을 무수 MgSO4상에서 건조시키고 진공 농축시켰다. 잔류 물을 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피로 정제하여 화합물 1-A(청색 고체)를 수득하였다. (수율 70 %)
도 2는 상기 화합물 1-A의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
합성예 2. 화합물 2-A의 합성
Figure pat00041
상기 합성예 1에서 화합물 1-a 대신 화합물 2-a를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여, 화합물 2-A를 얻었다.(수율 70%)
도 3은 상기 화합물 2-A의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 1. 화합물 1의 제조
Figure pat00042
화합물 1-A 및 화합물 1-B를 tert-부틸알콜에 용해시켰다. 3 방울의 피페리딘을 첨가하고 용액을 85℃에서 밤새 교반하였다. 생성물을 클로로포름으로 추출하고 MgSO4상에서 건조시켰다. 조생성물을 메틸렌클로라이드로 실리카상에서 플래시 칼럼 크로마토 그래피로 정제하고 메탄올로부터 침전시켰다. 침전물을 수집하고 진공 여과에 의해 건조시켜 화합물 1을 수득하였다. (수율 : 65 %)
도 4는 화합물 1의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 2. 화합물 2의 제조
Figure pat00043
상기 제조예 1에서 화합물 1-B 대신 화합물 1-C를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 2를 얻었다.
도 5는 화합물 2의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 3. 화합물 3의 제조
Figure pat00044
상기 제조예 1에서 화합물 1-B 대신 화합물 1-D를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 3을 얻었다.
도 6은 화합물 3의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 4. 화합물 4의 제조
Figure pat00045
상기 제조예 1에서 화합물 1-B 대신 화합물 1-E를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 4를 얻었다.
도 7은 화합물 4의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 5. 화합물 5의 제조
Figure pat00046
상기 제조예 1에서 화합물 1-A 대신 화합물 2-A를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 5를 얻었다.
도 8은 화합물 5의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 6. 화합물 6의 제조
Figure pat00047
상기 제조예 1에서 화합물 1-A 대신 화합물 2-A를 사용하고, 화합물 1-B 대신 화합물 1-C를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 6을 얻었다.
도 9는 화합물 6의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
제조예 7. 화합물 7의 제조
Figure pat00048
상기 제조예 1에서 화합물 1-A 대신 화합물 2-A를 사용하고, 화합물 1-B 대신 화합물 1-D를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 7을 얻었다.
제조예 8. 화합물 8의 제조
Figure pat00049
상기 제조예 1에서 화합물 1-A 대신 화합물 2-A를 사용하고, 화합물 1-B 대신 화합물 1-E를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 8을 얻었다.
실험예 1-1. 유기 태양 전지의 제조
PTB7-Th와 상기 화합물 6을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 4 wt%로 조절하였으며, 유기 태양전지는 ITO/ZnO NP/광활성층/MoO3/Ag의 인버티드 구조로 하였다.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5 cm × 1.5 cm가 코팅된 유리 기판(11.5 Ω/□)은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리한 후 ZnO NP(ZnO nanograde N-10 2.5wt% in 1-butanol, 0.45㎛ PTFE에 필터링)를 만들고, 이 ZnO NP 용액을 4000 rpm으로 40초간 스핀 코팅(spin-coating) 한 후, 80℃에서 10분간 열처리하여 남아있는 용매를 제거하여 전자수송층을 완성하였다. 광활성층의 코팅을 위해서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액을 70℃에서 700rpm으로 25초간 스핀 코팅하였다. 열증착기에서 MoO3를 0.2 Å/s의 속도로 10-7 Torr에서 10 nm의 두께로 열증착하여 정공수송층을 제조하였다. 상기 순으로 제조 후 열증착기 내부에서 Ag를 1 Å/s의 속도로 100 nm 증착하여 역방향 구조의 유기 태양전지를 제조하였다.
실험예 1-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액을 700rpm 대신 900rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 1-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액을 700rpm 대신 1100rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 1-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-1에서 광활성층의 코팅을 위해서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액을 700rpm 대신 1300rpm으로 스핀코팅한 것을 제외하고, 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 1-1 내지 1-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
rpm Voc
(V)		 Jsc
(mA/cm2)		 FF η
(%)
실험예 1-1 700 0.758 16.443 0.593 7.40
0.746 16.425 0.546 6.69
실험예 1-2 900 0.771 17.200 0.629 8.34
0.765 16.939 0.607 7.86
실험예 1-3 1100 0.774 16.646 0.649 8.37
0.772 16.826 0.638 8.28
실험예 1-4 1300 0.775 15.049 0.652 7.60
0.770 15.383 0.621 7.35
도 10은 실험예 1-1 내지 1-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 2-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-1에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 2-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-2에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 1-2과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 2-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-3에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 1-3과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 2-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-4에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 1-4과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 2-1 내지 2-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
rpm Voc
(V)		 Jsc
(mA/cm2)		 FF η
(%)
실험예 2-1 700 0.756 17.376 0.608 7.98
0.751 17.524 0.627 8.24
실험예 2-2 900 0.753 17.700 0.646 8.60
0.749 17.351 0.636 8.27
실험예 2-3 1100 0.755 17.173 0.659 8.54
0.754 17.344 0.662 8.65
실험예 2-4 1300 0.763 16.502 0.664 8.36
0.756 16.400 0.676 8.39
도 11는 실험예 2-1 내지 2-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 3-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-1에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB) 대신 o-xylene에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조한 것을 제외하고, 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 3-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-2에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB) 대신 o-xylene에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조한 것을 제외하고, 실험예 1-2과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 3-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-3에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB) 대신 o-xylene에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조한 것을 제외하고, 실험예 1-3과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 3-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 1-4에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6을 1:1로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB) 대신 o-xylene에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조한 것을 제외하고, 실험예 1-4와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 3-1 내지 3-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.
rpm Voc
(V)		 Jsc
(mA/cm2)		 FF η
(%)
실험예 3-1 700 0.784 12.178 0.498 4.76
0.790 12.110 0.501 4.80
실험예 3-2 900 0.801 11.705 0.521 4.88
0.793 11.432 0.511 4.63
실험예 3-3 1100 0.748 10.175 0.380 2.89
0.770 10.407 0.430 3.45
실험예 3-4 1300 0.789 9.981 0.528 4.16
0.788 10.018 0.524 4.13
도 12은 실험예 3-1 내지 3-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
실험예 4-1. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 3-1에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 3-1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 4-2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 3-2에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 3-2과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 4-3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 3-3에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 3-3과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실험예 4-4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실험예 3-4에서 PTB7-Th와 상기 화합물 6의 복합 용액에 1,8-diiodooctane을 3 vol% 첨가한 것을 제외하고, 실험예 3-4과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실험예 4-1 내지 4-4에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 4에 그 결과를 나타내었다.
rpm Voc
(V)		 Jsc
(mA/cm2)		 FF η
(%)
실험예 4-1 700 0.758 17.460 0.650 8.61
0.752 17.415 0.665 8.70
실험예 4-2 900 0.760 16.635 0.670 8.47
0.749 16.841 0.672 8.48
실험예 4-3 1100 0.763 15.534 0.682 8.08
0.754 15.111 0.687 7.82
실험예 4-4 1300 0.763 14.181 0.680 7.36
0.753 14.084 0.666 7.06
도 13는 실험예 4-1 내지 4-4에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
상기 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE(η)는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다. 상기 표 1 내지 4 및 도 10 내지 13의 결과로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 높은 광-전 변환효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 광활성층
100: 유기 태양 전지

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00050

    상기 화학식 1에 있어서,
    X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이며,
    Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이고,
    R1 내지 R4, R, R' 및 R"는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조로 표시되는 기이고,
    Figure pat00051

    상기 구조에 있어서,
    R200 내지 R202는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
    a 및 b는 각각 1 내지 4의 정수이고,
    a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    상기 화학식 1에 있어서, Q는 하기 화학식 A 또는 B로 표시되는 구조이며,
    [화학식 A]
    Figure pat00052

    [화학식 B]
    Figure pat00053

    상기 화학식 A 및 B에 있어서,
    X, X', X" 및 X"'는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이며,
    G1 내지 G4는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리이며,
    n1 및 n2는 각각 1 내지 5의 정수이고,
    n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    Figure pat00054
    는 상기 화학식 1에 결합되는 부위이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리인 것인 헤테로환 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00055

    [화학식 1-2]
    Figure pat00056

    상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서,
    X1, X2, Y1 내지 Y4, R1 내지 R4, Ar1 및 Ar2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    X, X', X", X"', G1 내지 G4, Q1, Q2, n1 및 n2의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하다.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3 내지 1-6 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-3]
    Figure pat00057

    [화학식 1-4]
    Figure pat00058

    [화학식 1-5]
    Figure pat00059

    [화학식 1-6]
    Figure pat00060

    상기 화학식 1-3 내지 1-6에 있어서,
    X1, X2, Y1 내지 Y4, R1 내지 R4, Ar1 및 Ar2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
    X, X', X", X"' 및 G1 내지 G4의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하고,
    X11 및 X12는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
    G101 내지 G113은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    g105, g110 및 g111은 각각 1 또는 2 이고,
    g105, g110 및 g111가 각각 2 인 경우, 2 개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    Y는 O 또는 S이다.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3-1 내지 1-3-3, 1-4-1 내지 1-4-3, 1-5-1 내지 1-5-3 및 1-6-1 내지 1-6-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-3-1]
    Figure pat00061

    [화학식 1-3-2]
    Figure pat00062

    [화학식 1-3-3]
    Figure pat00063

    [화학식 1-4-1]
    Figure pat00064

    [화학식 1-4-2]
    Figure pat00065

    [화학식 1-4-3]
    Figure pat00066

    [화학식 1-5-1]
    Figure pat00067

    [화학식 1-5-2]
    Figure pat00068

    [화학식 1-5-3]
    Figure pat00069

    [화학식 1-6-1]
    Figure pat00070

    [화학식 1-6-2]
    Figure pat00071

    [화학식 1-6-3]
    Figure pat00072

    상기 화학식 1-3-1 내지 1-3-3, 1-4-1 내지 1-4-3, 1-5-1 내지 1-5-3 및 1-6-1 내지 1-6-3에 있어서,
    X1, X2, Y1 내지 Y4 및 R1 내지 R4의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하며,
    X, X', X", X"' 및 G1 내지 G4의 정의는 상기 화학식 A 및 B에서 정의한 바와 동일하고,
    X11 및 X12는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 Se 이고,
    G101 내지 G113은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
    g105, g110 및 g111은 각각 1 또는 2 이고,
    g105, g110 및 g111가 각각 2 인 경우, 2 개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    Y는 O 또는 S이고,
    R200 내지 R202 및 R210 내지 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
    a, b, a1 및 b1은 각각 1 내지 4의 정수이고,
    a, b, a1 및 b1이 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
  6. 청구항 1에 있어서 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00073

    Figure pat00074

    Figure pat00075

    Figure pat00076

    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080
  7. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 항에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자, 유기 트랜지스터, 유기 태양 전지, 및 유기 발광 소자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 유기 전자 소자.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 광활성층을 포함하고,
    상기 광활성층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며,
    상기 n형 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 광활성층을 포함하고,
    상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하며,
    상기 전자 받개 물질은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 전자 소자.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020085579A1 (ko) * 2018-10-22 2020-04-30 경상대학교산학협력단 신규한 스피로 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자
KR20200049070A (ko) * 2018-10-31 2020-05-08 주식회사 엘지화학 헤테로 화합물 및 이를 이용한 유기 전자 소자
EP3812383A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-28 Sumitomo Chemical Co., Ltd Molecular materials based on phenoxyazine core for heterojunction organic solar cells
WO2022019300A1 (ja) * 2020-07-22 2022-01-27 住友化学株式会社 化合物及びこれを用いた光電変換素子
WO2022033993A1 (en) * 2020-08-11 2022-02-17 Cambridge Display Technology Limited Photoactive material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331183A (en) 1992-08-17 1994-07-19 The Regents Of The University Of California Conjugated polymer - acceptor heterojunctions; diodes, photodiodes, and photovoltaic cells
KR101677841B1 (ko) * 2014-04-21 2016-11-18 주식회사 엘지화학 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331183A (en) 1992-08-17 1994-07-19 The Regents Of The University Of California Conjugated polymer - acceptor heterojunctions; diodes, photodiodes, and photovoltaic cells
US5454880A (en) 1992-08-17 1995-10-03 Regents Of The University Of California Conjugated polymer-acceptor heterojunctions; diodes, photodiodes, and photovoltaic cells
KR101677841B1 (ko) * 2014-04-21 2016-11-18 주식회사 엘지화학 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Polymer, Vol. 107, pp. 108-112(2016.11.09.)* *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020085579A1 (ko) * 2018-10-22 2020-04-30 경상대학교산학협력단 신규한 스피로 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자
KR20200049070A (ko) * 2018-10-31 2020-05-08 주식회사 엘지화학 헤테로 화합물 및 이를 이용한 유기 전자 소자
EP3812383A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-28 Sumitomo Chemical Co., Ltd Molecular materials based on phenoxyazine core for heterojunction organic solar cells
WO2021079140A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-29 Sumitomo Chemical Co., Ltd Molecular materials based on phenoxyazine core for heterojunction organic solar cells
US20220407015A1 (en) * 2019-10-24 2022-12-22 Sumitomo Chemical Co., Ltd. Molecular materials based on phenoxyazine core for heterojunction organic solar cells
WO2022019300A1 (ja) * 2020-07-22 2022-01-27 住友化学株式会社 化合物及びこれを用いた光電変換素子
WO2022033993A1 (en) * 2020-08-11 2022-02-17 Cambridge Display Technology Limited Photoactive material

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