KR20180106894A - polymer, organic solar cell comprising the polymer and perovskite solar cell comprising the polymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고분자, 이를 포함하는 유기태양전지 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 대한 것이다.The present invention relates to a polymer, an organic solar cell including the same, and a perovskite solar cell including the same.
보다 구체적으로, 본 발명은 유기 태양전지의 광 활성층 내 전자 주개(electron donor) 화합물 또는 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 화합물로 사용될 수 있는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 신규 고분자 및 이를 포함하는 우수한 광 전환 효율을 가지는 태양전지에 대한 것이다. More specifically, the present invention relates to an electron donor compound in a photoactive layer of an organic solar cell or a 1,5-naphthyridine-2,6-dione And a solar cell having excellent light conversion efficiency including the novel polymer.
유기태양전지는 전자기기, 자동차 또는 스마트 윈도우 등 미래지향적 분야로서의 응용가능성이 높기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 지난 수십 년간 유기태양전지의 광 전환 효율을 높이기 위하여 새로운 고분자 중합체 개발 및 장치 구조를 개발하는데 많은 연구가 집중되어왔으며, 그 결과 광 전환 효율은 10% 이상 달성되었다. Organic solar cells are attracting much attention because of their high potential for future applications such as electronic devices, automobiles or smart windows. In recent decades, a lot of research has been concentrated on the development of new polymer polymers and device structures in order to increase the light conversion efficiency of organic solar cells. As a result, the light conversion efficiency has been achieved by more than 10%.
하지만, 고성능 유기태양전지 성능을 보일 수 있는 고분자 중합체의 종류는 몇 종으로 제한되어 있으며, 특히 고분자 중합체를 구성하는 단위체 물질이 종래에 알려진 고성능 단위체 몇 종으로 한정되어 있기 때문에 물질 개발의 다양성 측면에서 한계를 가지고 있었다. However, the number of polymeric polymers capable of exhibiting the performance of high-performance organic solar cells is limited to several species. In particular, since the monomeric materials constituting the polymeric polymer are limited to several kinds of conventionally known high-performance monomeric materials, Had limitations.
용액 공정용 유기 태양전지에서 높은 성능의 광 전환 효율을 달성하기 위해서는 좋은 특성을 가지는 고분자 중합체 사용이 필수적이다. In organic solar cells for solution process, it is essential to use high molecular polymer having good characteristics in order to achieve high performance of light conversion efficiency.
보다 구체적으로, 결정 및 응집이 없으면서 태양광 스펙트럼에서 큰 광 흡수를 하고, 높은 전하 이동성, 적절한 분자 배향 및 우수한 필름 모폴로지를 갖는 고분자 중합체의 개발이 필요하다. More specifically, there is a need to develop polymeric polymers that have large light absorption in the sunlight spectrum without crystal and aggregation, have high charge mobility, good molecular orientation, and good film morphology.
이러한 고분자 중합체의 성능은 고분자 중합 시 사용되는 전자 주개(electron donor)형 혹은 전자 받개(electron acceptor)형 반복 단위 물질의 선택에 따라 크게 달라지기 때문에 신규성 반복 단위 물질 사용을 통한 고성능 유기 태양전지용 고분자 중합체의 개발이 필요하다.Since the performance of such a polymer varies greatly depending on the selection of the electron donor type or electron acceptor type repeating unit material used in the polymer polymerization, the polymer polymer for a high performance organic solar cell Is required.
한편, 페로브스카이트는 양이온과 음이온, 할로겐화물(또는 산화물)이 특정한 결정구조를 가진 물질이다. 페로브스카이트를 태양전지의 광 활성층으로 활용한 페로브스카이트 태양전지에 대한 연구도 이어지고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물을 결합하여 제조하며, 광전 변환 효율도 우수하여, 기존의 실리콘 단결정계 태양전지를 대체하는 차세대 태양전지 기술로 주목받고 있다.On the other hand, perovskite is a substance in which a cation, anion, and halide (or oxide) have a specific crystal structure. Perovskite solar cells using perovskite as a photoactive layer of solar cells are also being studied. Perovskite solar cells are produced by combining cheap inorganic and organic materials and have excellent photoelectric conversion efficiency, and they are attracting attention as a next generation solar cell technology replacing conventional silicon single crystal solar cells.
고성능 페로브스카이트 태양전지 성능을 보일 수 있는 정공전달층 물질종류는 매우 제한되어 있으며, 특히 정공전달층 용 고분자의 경우는 종래의 고성능 유기태양전지 광활성층 용 고분자를 구성하는 단위체들 중 단 몇 종으로 한정되어 있으므로 물질 개발의 다양성 측면에서 더욱더 한계를 가지고 있었다.The types of hole transport layer materials capable of exhibiting high performance perovskite solar cell performance are very limited. Particularly, in the case of a polymer for a hole transport layer, only a few of the units constituting the polymer for a photoactive layer of a conventional high performance organic solar cell And it is more limited in terms of diversity of material development.
페로브스카이트 태양전지에서 높은 성능의 광 전환 효율을 달성하기 위해서는 높은 전하 이동성을 가지는 정공전달층용 고분자의 사용이 필수적이다. In order to achieve a high performance of light conversion efficiency in a perovskite solar cell, it is necessary to use a polymer for a hole transport layer having a high charge mobility.
이러한 고분자 중합체의 특성은 고분자 중합 시 사용되는 전자 주개(electron donor)형 혹은 전자 받개(electron acceptor)형 반복 단위 물질의 선택에 따라 크게 달라지기 때문에 신규성 반복 단위 물질 사용을 통한 고성능 정공전달층 용 고분자 중합체의 개발이 필요하다.Since the properties of such a polymer vary greatly depending on the selection of an electron donor type or electron acceptor type repeating unit material used in polymer polymerization, a high performance hole transport layer polymer Development of polymers is needed.
본 발명에서는 새로운 단위체를 도입한 신규 고분자 및 이를 포함한 고효율 유기태양전지 및 페로브스카이트 태양전지를 제공한다. The present invention provides a novel polymer introduced with a novel monomer, a high-efficiency organic solar cell including the novel polymer, and a perovskite solar cell.
구체적으로, 본 발명은 가시광 영역에서의 우수한 광 흡수율을 가지는 유기태양전지 광 활성층용 고분자에 대한 것이다. Specifically, the present invention relates to a polymer for a photoactive layer of an organic solar cell having an excellent light absorptivity in a visible light region.
또한, 본 발명은 우수한 결정성을 가져, 높은 전하 이동성을 가지며, 유기 태양전지의 광 활성층 내 전자 주개(electron donor) 화합물로 사용하기 적합한 에너지 준위를 가지는 고분자에 대한 것이다.The present invention also relates to a polymer having an excellent crystallinity, a high charge mobility and an energy level suitable for use as an electron donor compound in the photoactive layer of an organic solar cell.
또한, 본 발명은 높은 정공 이동도를 가지는 신규 고분자를 정공 전달층용 화합물로 사용하여, 첨가제 없이 높은 효율과 우수한 수명을 가지는 페로브스카이트 태양전지를 제공한다.Also, the present invention provides a perovskite solar cell having high efficiency and excellent lifetime without additives, using a novel polymer having a high hole mobility as a hole transporting layer compound.
본 발명은 또한, 상기 고분자를 포함하는 유기 태양전지 또는 페로브스카이트 태양전지에 대한 것으로서, 우수한 광 전환 효율을 가진다.The present invention also relates to an organic solar cell or a perovskite solar cell including the polymer, and has excellent light conversion efficiency.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 하기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자에 대한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a polymer represented by the following Chemical Formula 1,
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the above
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. In one example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. In one example, each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
그리고, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 하기 화학 구조식 1로 표시되는 유기태양전지 광 활성층용 고분자에 대한 것이다. The present invention is directed to a polymer for a photoactive layer of an organic solar cell represented by the following chemical
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the above
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. In one example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. In one example, each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 고분자는 380nm 내지 1,000nm 파장 내 최대 흡광 파장에서의 흡광 계수가 5 x 104cm-1 이상일 수 있다.In one example, the polymer may have an extinction coefficient of 5 x 10 < 4 > cm < -1 > at a maximum absorption wavelength in the wavelength range of 380 nm to 1,000 nm.
본 발명은 또한, 상기와 같은 고분자를 포함하는 유기태양전지에 대한 것이다. 상기 유기태양전지는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 광 활성층을 포함하며, 상기 광 활성층은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to an organic solar cell including such a polymer. Wherein the organic solar cell includes a first active layer and a second active layer disposed between the first and second electrodes, the first active layer and the second active layer being disposed opposite to each other, And a polymer.
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the above
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
하나의 예시에서, 상기 유기태양전지의 상기 제 1 전극은 투명 전극이고, 제 2 전극은 금속 전극이며, 상기 유기태양전지는 상기 제 1 전극의 상기 광 활성층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. In one example, the first electrode of the organic solar cell is a transparent electrode, the second electrode is a metal electrode, and the organic solar cell is located on the opposite side of the surface of the first electrode on which the photoactive layer exists And may further include a substrate.
하나의 예시에서, 상기 광 활성층은 전자 받개(electron accepter) 화합물을 더 포함하는 벌크 이중 접합층(Bulk-heterojunction layer)일 수 있다. In one example, the photoactive layer may be a bulk-heterojunction layer further comprising an electron acceptor compound.
하나의 예시에서, 상기 전자 받개(electron accepter) 화합물은, 플러렌, 플러렌 유도체, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In one example, the electron acceptor compound is selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, vicoprofins, semiconducting elements, semiconducting compounds, and combinations thereof Lt; / RTI >
상기 유기태양전지는 광 전환 효율(%)이 8% 이상일 수 있다.The organic solar cell may have a light conversion efficiency (%) of 8% or more.
그리고, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 하기 화학 구조식 1로 표시되는 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 고분자에 대한 것이다. The present invention is directed to a polymer for a hole transport layer of a perovskite solar cell represented by the following Chemical Formula 1, which has been devised to solve the above problems.
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the above
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. In one example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. In one example, each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
하나의 예시에서, 결정립 정합 길이(Crystalline coherence length, CCL)가 18 Å 내지 30 Å의 범위를 가질 수 있다.In one example, the crystallinity coherence length (CCL) may range from 18 A to 30 A.
본 발명은 또한, 상기와 같은 고분자를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 대한 것이다. 상기 페로브스카이트 태양전지는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전자 전달층, 페로브스카이트층 및 정공 전달층이 적층되어 있고, 상기 정공 전달층은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a perovskite solar cell comprising such a polymer. The perovskite solar cell includes a first electrode and a second electrode arranged opposite to each other, and an electron transport layer, a perovskite layer and a hole transport layer are stacked between the first and second electrodes , And the hole transport layer comprises a polymer represented by the following chemical formula (1).
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
하나의 예시에서, 상기 페로브스카이트 태양전지의 상기 제 1 전극은 투명 전극이고, 제 2 전극은 금속 전극이며, 상기 페로브스카이트 태양전지는 상기 제 1 전극의 상기 페로브스카이트층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. In one example, the first electrode of the perovskite solar cell is a transparent electrode, the second electrode is a metal electrode, and the perovskite solar cell has the perovskite layer of the first electrode And a substrate positioned on the opposite side of the substrate.
하나의 예시에서, 상기 전자 전달층은 티타늄산화물 (TiO2), 졸-겔(sol-gel) 주석산화물 (SnO2), 졸-겔(sol-gel) 아연산화물(ZnO), 나노파티클 주석산화물(NP-SnO2), 나노파티클 아연산화물(NP-ZnO), 풀러렌 (C60, C70), 풀러렌유도체(PC61BM, PC71BM, IC60BA, IC70BA), 비풀러렌계 유기반도체 전자받개물질 화합물 및 금속산화물/유기반도체 전자받개 형태의 복합층을 포함할 수 있다.In one example, the electron transporting layer comprises at least one of titanium oxide (TiO 2 ), sol-gel tin oxide (SnO 2 ), sol-gel zinc oxide (ZnO), nanoparticle tin oxide (NP-SnO 2 ), nanoparticle zinc oxide (NP-ZnO), fullerene (C 60 , C 70 ), fullerene derivatives (PC 61 BM, PC 71 BM, IC 60 BA and IC 70 BA) Semiconductor < / RTI > electronic backbone material compound and metal oxide / organic semiconductor < RTI ID = 0.0 > electronic < / RTI >
상기 페로브스카이트 태양전지는 광 전환 효율(%)이 14% 이상일 수 있다.The perovskite solar cell may have a light conversion efficiency (%) of 14% or more.
본 발명은 새로운 단위체를 도입한 신규 고분자 및 이를 포함한 고효율 유기태양전지 및 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다.The present invention can provide a novel polymer introduced with a novel monomer, a high-efficiency organic solar cell including the novel polymer, and a perovskite solar cell.
또한, 본 발명은 가시광 영역에서의 우수한 광 흡수율을 가지고, 우수한 결정성을 가져, 높은 전하 이동성을 가지며, 유기 태양전지의 광 활성층 내 전자 주개(electron donor) 화합물로 사용하기 적합한 에너지 준위를 가지는 유기태양전지 광 활성층용 고분자를 제공할 수 있다. The present invention also provides an organic solar cell having an excellent light absorptivity in the visible light region, having excellent crystallinity, having high charge mobility, and having an energy level suitable for use as an electron donor compound in the photoactive layer of an organic solar battery. A polymer for a solar cell photoactive layer can be provided.
또한, 본 발명은 높은 정공 이동도를 가지는 신규 고분자를 정공 전달층용 화합물로 사용하여, 첨가제 없이 높은 효율과 우수한 수명을 가지는 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다.Also, the present invention can provide a perovskite solar cell having high efficiency and excellent lifetime without additive, by using a novel polymer having a high hole mobility as a hole transporting layer compound.
본 발명은 또한, 상기 고분자를 포함하는 유기 태양전지 또는 페로브스카이트 태양전지에 대한 것으로서, 우수한 광 전환 효율을 가지는 유기 및 페로브스카이트 태양전지를 제공할 수 있다. The present invention also relates to an organic solar cell or a perovskite solar cell including the polymer, and can provide an organic and perovskite solar cell having excellent light conversion efficiency.
물론, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은, 본 발명에 따른 유기태양전지의 일 구조에 대한 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 제조예 1에 따른 광 활성층용 고분자의 흡수 파장에 따른 흡광 계수의 측정 결과를 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 제조예 1에 따른 광 활성층용 고분자의 에너지 레벨을 측정하기 위한 순환 전압-전류법 (Cyclic Voltammetry) 분석 결과를 도시한 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기태양전지 광 활성층의 TEM이미지를 도시한 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기태양전지의 SCLC (space charge limited current)를 이용한 정공 이동도(hole mobility) 측정 결과를 도시한 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기태양전지의 전류 밀도(J)-전압(V) 그래프 결과를 도시한 것이다.
도 7은, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 일 구조에 대한 모식도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에 따른 페로브스카이트 태양전지의 소자 수명을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에 따른 페로브스카이트 박막의 PL intensity quenching을 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 실시예 2, 비교예 1 및 2에 따른 페로브스카이트 태양전지의 전류 밀도(J)-전압(V) 그래프, 히스테리시스(Hysteresis) 특성 및 평균 광전 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자의 Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering(GIWAXS) 분석 결과를 나타내는 사진이다.1 is a schematic diagram of one structure of an organic solar cell according to the present invention.
Fig. 2 shows measurement results of the extinction coefficient according to the absorption wavelength of the polymer for the photoactive layer according to Production Example 1 of the present invention.
3 shows a cyclic voltammetry analysis result for measuring the energy level of a polymer for a photoactive layer according to Production Example 1 of the present invention.
4 shows a TEM image of an organic solar cell photoactive layer according to Example 1 of the present invention.
FIG. 5 shows a hole mobility measurement result using an SCLC (space charge limited current) of an organic solar cell according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing current density (J) -voltage (V) graph results of the organic solar cell according to Example 1 of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a structure of a perovskite solar cell according to the present invention. FIG.
FIG. 8 is a graph showing the results of measurement of lifetime of a perovskite solar cell according to Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention. FIG.
9 is a graph showing PL intensity quenching of the perovskite thin film according to Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention.
10 and 11 are graphs showing current density (J) -voltage (V) graphs, hysteresis characteristics, and average photoelectric conversion efficiency of a perovskite solar cell according to Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention .
12 is a photograph showing the results of Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering (GIWAXS) analysis of a polymer according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여, 도면 및 예시를 들어 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to drawings and examples.
본 명세서에서, 단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.In this specification, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명은, 하기 화학 구조식 1로 표시되는 신규 고분자 화합물에 대한 것이다.The present invention relates to a novel polymer compound represented by the following chemical structural formula (1).
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,The ROne, R2, R3 And R4Lt; RTI ID = 0.0 > 1 < / RTI & To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of X 1 , X 2 , X 3 and X 4 is independently O, S, Se, NH or NR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
더 구체적인 예시에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S일 수 있다. In a more specific example, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 may each independently be O or S.
또한, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently represents a number of carbon atoms of 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 46의 알킬기, 탄소수 1 내지 42의 알킬기, 탄소수 1 내지 38의 알킬기, 탄소수 1 내지 34의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 22의 알킬기이거나, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 44의 아릴기, 탄소수 6 내지 38의 아릴기, 탄소수 6 내지 32의 아릴기, 탄소수 6 내지 26의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R ' 46 to Alkyl group, To 42 Alkyl group, To 38 Alkyl group, To 34 Alkyl group, To 30 Alkyl group, 26 to An alkyl group or a C1- To 22 An alkyl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 44 carbon atoms, , An aryl group having 6 to 32 carbon atoms, an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
구체적인 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In a specific example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1, R2, R3 및 R4 및 R'은 본 발명에 따른 고분자의 친수 혹은 소수성 등의 물성을 결정할 수 있는 구성으로서, 적정 범위의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.R 1 , R 2 , R 3 , R 4, and R 'are structures that can determine physical properties such as hydrophilicity or hydrophobicity of the polymer according to the present invention, and preferably have an appropriate range of carbon number.
더 구체적인 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독랍적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. 상기와 같은 범위 내에서, 목적하는 고분자의 물성을 확보하여 유기태양전지 또는 페로브스카이트 태양전지의 광전 변환 효율을 증대시킬 수 있다.In a more specific example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms. Each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms. The photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell or the perovskite solar cell can be increased within the above-mentioned range by securing the physical properties of the desired polymer.
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고, 예를 들면 H 또는 F 일 수 있다.A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR ', for example H or F.
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다. 더 구체적인 예시에서, 상기 n은 1 내지 800, 1 내지 700, 1 내지 600 또는 1 내지 500의 정수 일 수 있다. And n is an integer of 1 to 1,000. In a more specific example, n may be an integer from 1 to 800, from 1 to 700, from 1 to 600, or from 1 to 500. [
한편, 상기 고분자는, 예를 들면 하기 화학식 1로 표시되는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 화합물로부터 제조될 수 있다.On the other hand, the polymer may be prepared from, for example, a 1,5-naphthyridine-2,6-dione compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
더 구체적으로, 본 발명의 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 화합물의 스틸레 커플링 반응을 통해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. More specifically, the polymer of the present invention can be produced through a steel coupling reaction of the 1,5-naphthyridine-2,6-dione compound represented by
상기 고분자는, 태양광에 대한 우수한 광 흡수율을 가진다. 또한, 분자 구조의 평면도가 높아 우수한 결정성을 가지기 때문에, 높은 전하 이동성을 가진다. 따라서, 상기 고분자는, 유기태양전지의 광 활성층 또는 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층에 이용되는 경우, 우수한 광 전환 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.The polymer has an excellent light absorption rate with respect to sunlight. In addition, since the molecular structure has a high degree of planarity and excellent crystallinity, it has high charge mobility. Therefore, when the polymer is used in a photoactive layer of an organic solar cell or a hole transport layer of a perovskite solar cell, a solar cell having excellent light conversion efficiency can be produced.
또한, 본 발명은, 유기태양전지 광 활성층용 고분자 및 이를 포함하는 유기태양전지에 대한 것이다.The present invention also relates to a polymer for a photoactive layer of an organic solar cell and an organic solar cell comprising the same.
본 발명에 따른 고분자는, 유기태양전지의 광 활성층에 포함되어, 전자 주개(electron donor) 화합물로서의 역할을 수행한다.The polymer according to the present invention is included in a photoactive layer of an organic solar cell and plays a role as an electron donor compound.
즉, 본 발명은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 유기태양전지 광 활성층용 고분자에 대한 것이다.That is, the present invention relates to a polymer for a photoactive layer of an organic solar cell represented by the following chemical
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 화학 구조식 1과 같이, 본 발명에 따른 고분자는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 신규 고분자 화합물로서, 상기와 같은 화학 구조를 통해 태양광에 대한 우수한 광 흡수율을 가진다. 또한, 우수한 결정성을 가져 높은 전하 이동성을 가지며, 전자 주개(electron donor) 화합물로서의 적절한 에너지 준위를 가진다. 따라서, 상기 고분자를 유기태양전지 광 활성층 내 전자 주개(electron donor) 화합물로 이용하는 경우, 높은 단락 전류, 필 팩터(fill factor) 및 우수한 광 전환 효율을 가지는 유기태양전지의 제조할 수 있다. As shown in the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of X 1 , X 2 , X 3 and X 4 is independently O, S, Se, NH or NR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
더 구체적인 예시에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S일 수 있다. In a more specific example, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 may each independently be O or S.
또한, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently represents a number of carbon atoms of 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 46의 알킬기, 탄소수 1 내지 42의 알킬기, 탄소수 1 내지 38의 알킬기, 탄소수 1 내지 34의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 22의 알킬기이거나, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 44의 아릴기, 탄소수 6 내지 38의 아릴기, 탄소수 6 내지 32의 아릴기, 탄소수 6 내지 26의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R ' 46 to Alkyl group, To 42 Alkyl group, To 38 Alkyl group, To 34 Alkyl group, To 30 Alkyl group, 26 to An alkyl group or a C1- To 22 An alkyl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 44 carbon atoms, , An aryl group having 6 to 32 carbon atoms, an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
구체적인 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In a specific example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1, R2, R3 및 R4 및 R'은 본 발명에 따른 고분자의 친수 혹은 소수성 등의 물성을 결정할 수 있는 구성으로서, 적정 범위의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.R 1 , R 2 , R 3 , R 4, and R 'are structures that can determine physical properties such as hydrophilicity or hydrophobicity of the polymer according to the present invention, and preferably have an appropriate range of carbon number.
더 구체적인 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독랍적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. 상기와 같은 범위 내에서, 목적하는 고분자의 물성 및 광 활성층에 적용되어 유기태양전지의 광 전환 효율을 증대시킬 수 있다.In a more specific example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms. Each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms. Within the above range, the physical properties of the desired polymer and the photoactive layer can be applied to increase the light conversion efficiency of the organic solar cell.
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고, 예를 들면 H 또는 F 일 수 있다.A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR ', for example H or F.
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다. 더 구체적인 예시에서, 상기 n은 1 내지 800, 1 내지 700, 1 내지 600 또는 1 내지 500의 정수 일 수 있다. And n is an integer of 1 to 1,000. In a more specific example, n may be an integer from 1 to 800, from 1 to 700, from 1 to 600, or from 1 to 500. [
상기와 같은 고분자는 가시광에 대한 우수한 광 흡수율을 나타낸다. The above-mentioned polymer exhibits excellent light absorption rate with respect to visible light.
하나의 예시에서, 상기 고분자는 380nm 내지 1,000nm의 파장 내 최대 흡광 파장에서의 흡광 계수가 5 x 104cm-1 이상 일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 고분자는 380nm 내지 1,000nm의 파장 내 최대 흡광 파장에서의 흡광 계수가 1 x 105cm-1 이상, 1.5 x 105cm-1 이상, 2 x 105cm-1 이상, 2.5 x 105cm-1 이상, 3 x 105cm-1 이상, 3.5 x 105cm-1 이상, 4 x 105cm-1 이상, 또는 4.5 x 105cm-1 이상 일 수 있다. 상기 380nm 내지 1,000nm의 파장 내 최대 흡광 파장에서의 흡광 계수의 상한값은, 예를 들면 5.0 x 105cm-1 이하 일 수 있다.In one example, the polymer may have an extinction coefficient of 5 x 10 < 4 > cm < -1 > at a maximum extinction wavelength in a wavelength range of 380 nm to 1,000 nm. In another example, the polymer has an extinction coefficient at a maximum extinction wavelength in a wavelength range of 380 nm to 1,000 nm of 1 x 10 5 cm -1 or more, 1.5 x 10 5 cm -1 or more, 2 x 10 5 cm -1 or more, 2.5 x 10 5 cm -1 or more, 3 x 10 5 cm -1 or more, 3.5 x 10 5 cm -1 or more, 4 x 10 5 cm -1 or more, or 4.5 x 10 5 cm -1 or more. The upper limit value of the extinction coefficient in the 380nm to 1,000nm wavelength within the maximum absorption wavelength of, for example, may be 5.0 x 10 5 cm -1 or less.
본 발명의 상기 고분자는, 유기태양전지 내 광 활성층에 포함되어 전자 주개(electron donor) 화합물로서의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 고분자는 적절한 에너지 레벨을 가질 수 있다.The polymer of the present invention is contained in a photoactive layer in an organic solar cell and plays a role as an electron donor compound. Thus, the polymer may have an appropriate energy level.
하나의 예시에서, 상기 고분자는 HOMO 에너지 레벨이 -5.0eV 내지 -5.6eV의 범위 내에 있고, LUMO 에너지 레벨이 -3.4eV 내지 -4.0eV의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같은 범위 내의 에너지 레벨을 가지는 고분자를 이용하는 경우, 광 활성층 내에서 용이한 엑시톤 분리 및 전하 이동이 이루어질 수 있다. In one example, the polymer has a HOMO energy level in the range of -5.0 eV to -5.6 eV and a LUMO energy level in the range of -3.4 eV to -4.0 eV. When a polymer having an energy level within the above range is used, easy exciton separation and charge transfer can be performed in the photoactive layer.
본 발명은 또한, 상기 고분자를 포함하는 유기태양전지에 대한 것이다. 상기 유기태양전지는 높은 단락 전류, 필 팩터(fill factor) 및 우수한 광 전환 효율을 가진다.The present invention also relates to an organic solar cell comprising the polymer. The organic solar cell has a high short circuit current, a fill factor, and excellent light conversion efficiency.
본 발명의 유기태양전지는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 광 활성층을 포함하는 유기태양전지에 있어서, 상기 광 활성층은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.The organic solar battery of the present invention includes a first active layer and a second active layer disposed between the first and second electrodes, the first active layer and the second active layer being disposed opposite to each other, Characterized by comprising a polymer represented by the following chemical structural formula (1).
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
본 발명의 유기태양전지는 전술한 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 광 활성층 내 전자 주개(electron donor) 화합물로 포함하여, 높은 단락 전류, 필 팩터(fill factor) 및 우수한 광 전환 효율을 가질 수 있다.The organic solar cell of the present invention can have high short circuit current, fill factor and excellent light conversion efficiency by including the polymer represented by the above-described
도 1은 본 발명에 따른 유기태양전지의 구조에 대한 일 모식도이다.1 is a schematic view of a structure of an organic solar cell according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기태양전지(1)는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극(100) 및 제 2 전극(200)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극(100,200) 사이에 위치하는 광 활성층(300)을 포함한다. 또한, 상기 광 활성층(300)은 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.1, an organic
본 발명에 따른 제 1 전극은, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 입사되는 태양광 방향에 위치할 수 있으며, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 상대적으로 입사되는 태양광 방향의 먼 쪽에 위치할 수 있다. The first electrode according to the present invention may be located in the direction of incident sunlight, for example, as shown in FIG. 1, and the second electrode may be located farther away from the sunlight direction . ≪ / RTI >
하나의 예시에서, 제 1 전극은 투명 전극일 수 있다. 상기 제 1 전극의 종류는, 예를 들면 바나듐, 크롬, 구리, 아연 또는 금과 같은 금속이거나 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; PEDOT:PSS, 폴리 피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the first electrode may be a transparent electrode. The first electrode may be a metal such as vanadium, chromium, copper, zinc or gold, or an alloy thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO); ZnO: Al or SnO 2: a combination of a metal and an oxide such as Sb; And conductive polymers such as PEDOT: PSS, polypyrrole, or polyaniline, but are not limited thereto.
상기 제 1 전극은 예를 들면, 전술한 종류의 물질이 각각 개별층을 형성한 2 층 구조를 포함할 수 있다. The first electrode may comprise, for example, a two-layer structure in which the above-described types of materials each form discrete layers.
구체적인 예시에서, 상기 제 1 전극은 입사되는 태양광의 방향에서 순차적으로 ITO층 및 PEDOT:PSS 전도성 고분자층으로 이루어진 것 일 수 있다. In a specific example, the first electrode may consist of an ITO layer and a PEDOT: PSS conductive polymer layer sequentially in the direction of incident sunlight.
상기 제 1 전극은, 또한 380nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과도가 80% 이상 일 수 있다. 이와 같이 투명한 재질이면서 전도성이 우수한 재료의 것이 제 1 전극으로 이용될 수 있다. The first electrode may further have a transmittance of 80% or more for light having a wavelength of 380 nm to 700 nm. The first electrode can be made of a transparent material having excellent conductivity.
상기 제 1 전극의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 스퍼터링, E-빔, 열 증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이트 또는 그라비어 프린팅법 등 공지의 습식 및 건식 코팅 방법이 제한 없이 이용될 수 있다. The method of forming the first electrode is not particularly limited, but known wet and dry coating methods such as sputtering, E-beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing may be used .
상기 제 1 전극은, 예를 들면 기판 상에 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 유기태양전지(1)는 기판(400)을 더 포함할 수 있다.The first electrode may be formed on a substrate, for example. That is, as shown in FIG. 1, the organic
즉, 본 발명에 따른 유기태양전지는 제 1 전극의 상기 광 활성층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. That is, the organic solar battery according to the present invention may further include a substrate positioned on the opposite surface of the first electrode on which the photoactive layer exists.
상기 기판은 투명성, 표면 평활성, 취급의 용이성 및 방수성 등을 고려하여 적절한 종류가 채택될 수 있다. The substrate may be of a suitable type in consideration of transparency, surface smoothness, ease of handling, and water resistance.
하나의 예시에서, 상기 기판은 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판 등이 예시될 수 있으며, 상기 플라스틱 기판은, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 또는 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the substrate may be a glass substrate, a transparent plastic substrate, or the like, and the plastic substrate may be made of, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PI) or triacetylcellulose (TAC), and the like.
본 발명의 유기태양전지는 상기 제 1 전극과 대향하여 배치되어 있는 제 2 전극을 포함한다. 상기 제 2 전극은, 예를 들면 금속 전극 일 수 있다.The organic solar battery of the present invention includes a second electrode arranged opposite to the first electrode. The second electrode may be, for example, a metal electrode.
상기 금속 전극은, 예를 들면 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금이나, LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al;BaF2 또는 Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The metal electrode may be a metal such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin and lead or an alloy thereof, LiF / Al, LiO 2 / Al , LiF / Fe, Al: Li, Al, BaF 2, or Al: BaF 2 : Ba.
구체적인 예시에서, 상기 제 2 전극은, 전술한 물질이 각에 개별적으로 존재하는 다층 구조 일 수 있다. In a specific example, the second electrode may be a multi-layer structure in which the above-mentioned materials are present at each angle.
상기 제 2 전극은, 예를 들면 열 증착 등의 방식으로 증착되어 형성될 수 있다.The second electrode may be formed by vapor deposition, for example, by thermal evaporation.
본 발명의 유기태양전지는, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 위치하는 광 활성층을 포함한다. 상기 광 활성층은 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함한다. 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자는 전자 주개(electron-donor) 화합물로서의 역할을 수행한다.The organic solar battery of the present invention includes a photoactive layer located between the first electrode and the second electrode. The photoactive layer includes the polymer represented by the
한편, 본 발명에 따른 상기 광 활성층은 벌크 이중접합 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, the photoactive layer according to the present invention may have a bulk double junction structure.
구체적으로, 상기 광 활성층은 전자 받개(electron-accepter) 화합물을 더 포함하는 벌크 이중 접합층(Bulk-heterojunction layer)일 수 있다. Specifically, the photoactive layer may be a bulk-heterojunction layer further comprising an electron-accepter compound.
상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은, 예를 들면 플러렌, 플러렌 유도체, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The electron-acceptor compound is selected from the group consisting of, for example, fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, vicocloin, semiconducting elements, semiconducting compounds and combinations thereof It can be either.
더 구체적인 예시에서, 상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은 PCBM, PC71BM, PCBCR, 페릴렌, PBI 또는 PTCBI 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In a more specific example, the electron-accepter compound may be, but not limited to, PCBM, PC 71 BM, PCBCR, perylene, PBI or PTCBI.
상기 광 활성층은, 예를 들면 전술한 화학 구조식 1로 표시되는 고분자 화합물과 전자 받개(electron-accepter) 화합물을 포함하는 혼합 용액의 습식 코팅 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 상기와 같은 공정을 거쳐 광 활성층을 제조하는 경우, 전자 주개(electron-donor) 화합물로서 역할을 수행하는 화학 구조식 1로 표시되는 고분자 화합물과 전술한 전자 받개(electron-accepter) 화합물은 광 활성층 내에 서로 무작위적으로 섞여 있는 벌크 이중 접합 상태를 형성할 수 있다. The photoactive layer may be formed, for example, by a wet coating process of a mixed solution containing a polymer compound represented by the above-described
상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자 화합물과 전자 받개(electron-accepter) 화합물은, 예를 들면 1:10 내지 10:1의 비율(w/w)로 광 활성층 내에 포함될 수 있다.The polymer compound represented by the
본 발명의 유기태양전지는 광 활성층 내 상기 화학 구조식 1로 표시되고 높은 평면성 및 우수한 결정성을 가지는 고분자를 포함함으로써, 우수한 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. The organic solar cell of the present invention has a hole mobility represented by the
하나의 예시에서, 상기 유기태양전지는 1 x 10-4 cm2 V-1 s-1 이상, 5 x 10-4 cm2 V-1 s-1 이상, 1 x 10-3 cm2 V-1 s-1 이상, 5 x 10-3 cm2 V-1 s-1 이상, 또는 1 x 10-2 cm2 V-1 s-1 이상의 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. 상기 정공 이동도(hole mobility)의 상한값은, 예를 들면 5 x 10-2 cm2 V-1 s-1 이하 일 수 있다.In one example, the organic solar cell has a surface area of at least 1 x 10 -4 cm 2 V -1 s -1, at least 5 x 10 -4 cm 2 V -1 s -1, at least 1 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 or more, 5 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 or more, or hole mobility of 1 x 10 -2 cm 2 V -1 s -1 or more. The upper limit of the hole mobility may be, for example, 5 x 10 -2 cm 2 V -1 s -1 or less.
본 발명에 따른 유기태양전지는 광 활성층 내에 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 전자 주개(electron donor) 화합물로 포함시켜, 우수한 광 전환 효율을 가질 수 있다.The organic solar cell according to the present invention can have an excellent light conversion efficiency by including a polymer represented by the
하나의 예시에서, 본 발명의 유기태양전지는 광 전환 효율(%)이 8% 이상 일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 유기태양전지는 광 전환 효율(%)이 9% 이상 또는 9.5% 이상 일 수 있다. In one example, the organic solar cell of the present invention may have a light conversion efficiency (%) of 8% or more. In another example, the organic solar cell may have a light conversion efficiency (%) of 9% or more or 9.5% or more.
또한, 본 발명은, 페로브스카이트 태양전지 정공 전달층용 고분자 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 대한 것이다.The present invention also relates to a perovskite solar cell hole transporting layer polymer and a perovskite solar cell comprising the same.
본 발명에 따른 고분자는, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층(Hole tranport material)에 포함되어, 페로브스카이트층에서 생성된 정공을 전극으로 전달하는 역할을 수행한다.The polymer according to the present invention is contained in a hole transport material of a perovskite solar cell and transmits holes generated in a perovskite layer to an electrode.
즉, 본 발명은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 페로브스카이트 태양전지 정공 전달층용 고분자에 대한 것이다.That is, the present invention relates to a perovskite solar cell hole transporting layer polymer represented by the following
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 화학 구조식 1과 같이, 본 발명에 따른 고분자는 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조를 포함하는 신규 고분자 화합물로서, 상기와 같은 화학 구조를 통해 우수한 결정성을 가져 높은 전하 이동성을 가진다. 따라서, 상기 고분자를 페로브스카이트 태양전지 정공 전달층용 내 정공 전달 물질로 이용하는 경우, 첨가제를 포함시키지 않고도 높은 단락 전류, 필 팩터(fill factor) 및 우수한 광 전환 효율을 가지고, 효율의 저하가 없는 수명 특성이 향상된 페로브스카이트 태양전지의 제조할 수 있다. As shown in the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of X 1 , X 2 , X 3 and X 4 is independently O, S, Se, NH or NR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
더 구체적인 예시에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S일 수 있다. In a more specific example, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 may each independently be O or S.
또한, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고, 상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기일 수 있다.Each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently represents a number of carbon atoms of 1 To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR ', and R' may be an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms.
하나의 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 46의 알킬기, 탄소수 1 내지 42의 알킬기, 탄소수 1 내지 38의 알킬기, 탄소수 1 내지 34의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 22의 알킬기이거나, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 6 내지 44의 아릴기, 탄소수 6 내지 38의 아릴기, 탄소수 6 내지 32의 아릴기, 탄소수 6 내지 26의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 일 수 있다.In one example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R ' 46 to Alkyl group, To 42 Alkyl group, To 38 Alkyl group, To 34 Alkyl group, To 30 Alkyl group, 26 to An alkyl group or a C1- To 22 An alkyl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, an aryl group having 6 to 44 carbon atoms, , An aryl group having 6 to 32 carbon atoms, an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
구체적인 예시에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기일 수 있다.In a specific example, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'may independently be an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1, R2, R3 및 R4 및 R'은 본 발명에 따른 고분자의 친수 혹은 소수성 등의 물성을 결정할 수 있는 구성으로서, 적정 범위의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.R 1 , R 2 , R 3 , R 4, and R 'are structures that can determine physical properties such as hydrophilicity or hydrophobicity of the polymer according to the present invention, and preferably have an appropriate range of carbon number.
더 구체적인 예시에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독랍적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기일 수 있다. 상기와 같은 범위 내에서, 목적하는 고분자의 물성 및 정공 전달층에 적용되어 페로브스카이트 태양전지의 광 전환 효율을 증대시킬 수 있다.In a more specific example, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms. Each of R 3 and R 4 may independently be an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms. Within the above range, it is possible to increase the light conversion efficiency of the perovskite solar cell by applying the properties of the desired polymer and the hole transport layer.
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고, 예를 들면 H 또는 F 일 수 있다.A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR ', for example H or F.
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다. 더 구체적인 예시에서, 상기 n은 1 내지 800, 1 내지 700, 1 내지 600 또는 1 내지 500의 정수 일 수 있다. And n is an integer of 1 to 1,000. In a more specific example, n may be an integer from 1 to 800, from 1 to 700, from 1 to 600, or from 1 to 500. [
본 발명의 상기 고분자는, 페로브스카이트 태양전지 정공 전달층에 포함되어 정공 전달 물질로서의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 고분자는 우수한 평면도 및 결정성을 가져 정공이동도(hole mobility)가 높을 수 있다.The polymer of the present invention is contained in the perovskite solar cell hole transporting layer and plays a role as a hole transporting material. Therefore, the polymer has excellent planarity and crystallinity, and thus has high hole mobility.
하나의 예시에서, 결정립 정합 길이(Crystalline coherence length, CCL)가 18 Å 내지 30 Å의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 25 Å 내지 30 Å의 범위를 가질 수 있다. 상기와 같은 범위 내의 결정립 정합 길이를 가지는 고분자를 이용하는 경우, 계면이 넓어지게 되고, 계면에서 발생하는 전류가 증가하게 된다. 즉, 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.In one example, the crystallinity coherence length (CCL) can range from 18 A to 30 A, and preferably from 25 A to 30 A. In the case of using a polymer having a crystal grain matching length within the above range, the interface becomes wider and the current generated at the interface increases. That is, the efficiency of the perovskite solar cell is improved.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전자 전달층, 페로브스카이트층 및 정공 전달층이 적층되어 있는 페로브스카이트 태양전지에 있어서, 상기 정공 전달층은 하기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.The perovskite solar cell of the present invention comprises a first electrode and a second electrode arranged opposite to each other, and an electron transport layer, a perovskite layer and a hole transport layer are stacked between the first and second electrodes Wherein the hole transport layer comprises a polymer represented by the following Chemical Formula 1: < EMI ID = 1.0 >
[화학 구조식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학 구조식 1 에서,In the
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.And n is an integer of 1 to 1,000.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 전술한 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 정공 전달층(hole transport material) 내 정공 전달 물질로 포함하여, 높은 정공 이동도(hole mobility) 및 우수한 광 전환 효율을 가질 수 있다.The perovskite solar cell of the present invention comprises the polymer represented by the above-mentioned
종래의 통상적으로 사용되는 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달 물질은, 낮은 정공 이동도에 의해 첨가제를 사용하여 이를 보완하였다. 그러나, 첨가제는 수분에 대한 흡습성이 강하고, 경우에 따라 강염기로 높은 반응성을 가지기 때문에 소자의 수명저하가 빠르다는 단점이 있었다. Conventionally, a hole transporting material of a conventionally used perovskite solar cell has been supplemented with an additive by a low hole mobility. However, the additive has a drawback in that it has a high hygroscopicity to moisture and, in some cases, has a high reactivity with a strong base, resulting in a short lifetime of the device.
반면에 본 발명에 따른 화학 구조식 1로 표시되는 고분자는 첨가제를 사용하지 않고도 높은 정공 이동도를 가지기 때문에, 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, since the polymer represented by the
도 7은 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지의 구조에 대한 일 모식도이다.7 is a schematic diagram of a structure of a perovskite solar cell according to the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지(2)는 서로 대향하여 배치되어 있는 제 1 전극(600) 및 제 2 전극(700)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극(600,700) 사이에 위치하는 전자 전달층(820), 페로브스카이트층(840) 및 정공 전달층(860)을 포함한다. 또한, 상기 정공 전달층(860)은 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.7, the perovskite
본 발명에 따른 제 1 전극은, 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 입사되는 태양광 방향에 위치할 수 있으며, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 상대적으로 입사되는 태양광 방향의 먼 쪽에 위치할 수 있다. The first electrode according to the present invention may be located in the incident solar light direction, for example, as shown in Fig. 7, and the second electrode may be located farther away from the sunlight direction . ≪ / RTI >
하나의 예시에서, 제 1 전극은 투명 전극일 수 있다. 상기 제 1 전극의 종류는, 예를 들면 바나듐, 크롬, 구리, 아연 또는 금과 같은 금속이거나 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 주석 산화물 (FTO) 또는 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; PEDOT:PSS, 폴리 피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the first electrode may be a transparent electrode. The first electrode may be a metal such as vanadium, chromium, copper, zinc or gold, or an alloy thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), or indium zinc oxide (IZO); ZnO: Al or SnO 2: a combination of a metal and an oxide such as Sb; And conductive polymers such as PEDOT: PSS, polypyrrole, or polyaniline, but are not limited thereto.
상기 제 1 전극은 예를 들면, 전술한 종류의 물질이 각각 개별층을 형성한 2 층 구조를 포함할 수 있다. The first electrode may comprise, for example, a two-layer structure in which the above-described types of materials each form discrete layers.
구체적인 예시에서, 상기 제 1 전극은 입사되는 태양광의 방향에서 순차적으로 ITO층 및 PEDOT:PSS 전도성 고분자층으로 이루어진 것 일 수 있다. In a specific example, the first electrode may consist of an ITO layer and a PEDOT: PSS conductive polymer layer sequentially in the direction of incident sunlight.
상기 제 1 전극은, 또한 380nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과도가 80% 이상 일 수 있다. 이와 같이 투명한 재질이면서 전도성이 우수한 재료의 것이 제 1 전극으로 이용될 수 있다. The first electrode may further have a transmittance of 80% or more for light having a wavelength of 380 nm to 700 nm. The first electrode can be made of a transparent material having excellent conductivity.
상기 제 1 전극의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 스퍼터링, E-빔, 열 증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이트 또는 그라비어 프린팅법 등 공지의 습식 및 건식 코팅 방법이 제한 없이 이용될 수 있다. The method of forming the first electrode is not particularly limited, but known wet and dry coating methods such as sputtering, E-beam, thermal evaporation, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing may be used .
상기 제 1 전극은, 예를 들면 기판 상에 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지(2)는 기판(900)을 더 포함할 수 있다.The first electrode may be formed on a substrate, for example. That is, as shown in FIG. 1, the perovskite
즉, 본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 제 1 전극의 상기 정공 전달층(860)이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있다. That is, the perovskite solar cell according to the present invention may further include a substrate on the opposite side of the surface of the first electrode where the
상기 기판은 투명성, 표면 평활성, 취급의 용이성 및 방수성 등을 고려하여 적절한 종류가 채택될 수 있다. The substrate may be of a suitable type in consideration of transparency, surface smoothness, ease of handling, and water resistance.
하나의 예시에서, 상기 기판은 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판 등이 예시될 수 있으며, 상기 플라스틱 기판은, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 또는 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the substrate may be a glass substrate, a transparent plastic substrate, or the like, and the plastic substrate may be made of, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PI) or triacetylcellulose (TAC), and the like.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 상기 제 1 전극과 대향하여 배치되어 있는 제 2 전극을 포함한다. 상기 제 2 전극은, 예를 들면 금속 전극 일 수 있다.The perovskite solar cell of the present invention includes a second electrode arranged opposite to the first electrode. The second electrode may be, for example, a metal electrode.
상기 금속 전극은, 예를 들면 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 금, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금이나 또는 Al:BaF2:Ba, MoO3/Ag, MoO3/Au와 같은 다층 구조의 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The metal electrode is, for example, magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, a metal or an alloy, such as gold, tin and lead and or Al: BaF 2: Ba , MoO 3 / Ag, MoO 3 / Au, and the like.
구체적인 예시에서, 상기 제 2 전극은, 전술한 물질이 각에 개별적으로 존재하는 다층 구조 일 수 있다. In a specific example, the second electrode may be a multi-layer structure in which the above-mentioned materials are present at each angle.
상기 제 2 전극은, 예를 들면 열 증착 등의 방식으로 증착되어 형성될 수 있다.The second electrode may be formed by vapor deposition, for example, by thermal evaporation.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 위치하는 전자 전달층(820), 페로브스카이트층(840) 및 정공 전달층(860)을 포함한다. 상기 정공 전달층(860)은 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 포함한다. 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자는 정공 전달 물질로서의 역할을 수행한다.The perovskite solar cell of the present invention includes an
한편, 본 발명에 따른 상기 전자 전달층(820)은 금속산화물 및 전자 받개(electron-accepter) 유기반도체화합물 일 수 있다.Meanwhile, the
구체적으로, 상기 전자 전달층은 티타늄산화물 (TiO2), 졸-겔(sol-gel) 주석산화물 (SnO2), 졸-겔(sol-gel) 아연산화물(ZnO), 나노파티클 주석산화물(NP-SnO2), 나노파티클 아연산화물(NP-ZnO), 풀러렌 (C60, C70), 풀러렌유도체(PC61BM, PC71BM, ICB60A, ICB70A), 비풀러렌계 유기반도체 전자받개물질 화합물 및 금속산화물/유기반도체 전자받개 형태의 복합층을 포함할 수도 있다.Specifically, the electron transport layer is a titanium oxide (TiO2), sol-gel (sol-gel) tin oxide (SnO 2), sol-gel (sol-gel) of zinc oxide (ZnO), tin oxide nanoparticles (NP- SnO 2 ), nanoparticle zinc oxide (NP-ZnO), fullerene (C 60 , C 70 ), fullerene derivatives (PC 61 BM, PC 71 BM, ICB 60 A and ICB 70 A) Material compound and a composite layer in the form of a metal oxide / organic semiconductor electron donor.
상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은, 예를 들면 플러렌, 플러렌 유도체, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물, 티타늄 산화물 (TiO2), 아연 산화물(ZnO) 및 이들의 조합으로 이루어진 다층 전자받개층 (금속산화물/유기반도체) 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The electron-accepter compound may be at least one selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, vicocloin, semiconducting elements, semiconducting compounds, titanium oxide (TiO 2 ) (ZnO), and a multilayer electron-acceptor layer (metal oxide / organic semiconductor) composed of a combination thereof.
더 구체적인 예시에서, 상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은 PC61BM, PC71BM, PCBCR, 페릴렌, PBI 또는 PTCBI 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In a more specific example, the electron-accepter compound may be, but is not limited to, PC 61 BM, PC 71 BM, PCBCR, perylene, PBI or PTCBI.
본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 정공 전달층(860)내 상기 화학 구조식 1로 표시되고 높은 평면성 및 우수한 결정성을 가지는 고분자를 포함함으로써, 우수한 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. The perovskite solar cell of the present invention has a hole mobility represented by the
하나의 예시에서, 상기 페로브스카이트 태양전지는 7 x 10-4 cm2 V-1 s-1 이상, 9 x 10-4 cm2 V-1 s-1 이상, 1 x 10-3 cm2 V-1 s-1 이상 또는 3 x 10-3 cm2 V-1 s-1 이상의 정공 이동도(hole mobility)를 가질 수 있다. 상기 정공 이동도(hole mobility)의 상한값은, 예를 들면 5 x 10-3 cm2 V-1 s-1 이하 일 수 있다.In one example, the perovskite solar cell comprises at least 7 x 10 -4 cm 2 V -1 s -1, at least 9 x 10 -4 cm 2 V -1 s -1, at least 1 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 or more or 3 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 or more hole mobility. The upper limit of the hole mobility may be, for example, 5 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 or less.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지는 정공 전달층 내에 화학 구조식 1로 표시되는 고분자를 정공 전달 물질로 포함시켜, 우수한 광 전환 효율을 가질 수 있다.In the perovskite solar cell according to the present invention, the polymer represented by the
하나의 예시에서, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지는 광 전환 효율(%)이 14% 이상 일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 페로브스카이트 태양전지는 광 전환 효율(%)이 16% 이상 또는 18% 이상 일 수 있다. In one example, the perovskite solar cell of the present invention may have a light conversion efficiency (%) of 14% or more. In another example, the perovskite solar cell may have a light conversion efficiency (%) of 16% or more or 18% or more.
이하, 본 발명에 따른 신규 고분자 화합물의 제조 및 이를 포함하는 유기태양전지 및 페로브스카이트 태양전지에 대하여, 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하나, 하기 예시는 본 발명에 따른 일례에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 제한하는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다.Hereinafter, the production of a novel polymer compound according to the present invention, an organic solar cell and a perovskite solar cell including the same will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are only examples according to the present invention, It is obvious to those skilled in the art that the technical idea of the present invention is not limited.
제조예 1. 1,5-나프티리딘-2,6-다이온 구조체 포함 신규 고분자의 합성(PNTDT-2F2T)Production Example 1. Synthesis of novel polymer containing 1,5-naphthyridine-2,6-dione structure (PNTDT-2F2T)
하기 합성 매커니즘 1에 따라 합성하여, 신규 고분자(PNTDT-2F2T)를 합성하였다. Was synthesized according to
[합성 매커니즘 1][Synthesis mechanism 1]
상세합성 방법Detailed synthesis method
1,5-디하이드로-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione) (1)의 합성Synthesis of 1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione (1) Synthesis of 1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione
6-메톡시-1,5-나프티리딘-2(1H)-원(6-methoxy-1,5-naphthyridin-2(1H)-one, 2.34 g, 13.28 mmol)을 48% HBr 수용액(59 mL) 에 녹이고 125?C 에서 교반하여 2시간 정도 둔다. 온도를 상온으로 내리고, PH를 7로 맞춰준 후 생성된 침전물을 n-헥세인으로 씻어주면서 필터로 얻는다. 진공 건조하여 베이지색 파우더를 얻는다. (2.05 g, yield = 95%) (6-methoxy-1,5-naphthyridin-2 (1H) -one, 2.34 g, 13.28 mmol) was dissolved in a 48% HBr aqueous solution ) And stir at 125? C for 2 hours. The temperature is lowered to room temperature, the pH is adjusted to 7, and the resulting precipitate is filtered off with n-hexane. Vacuum dried to obtain a beige powder. (2.05 g, yield = 95%)
1,5-디옥틸-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione) (2)의 합성 Synthesis of 1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione (2) Synthesis of 1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione
물질 (1) (1.85 g, 11.41 mmol), 세슘 카보네이트 (4.84 g, 14.85 mmol) 및 1-브로모옥테인 (3.26 mL, 18.87 mmol)을 디메틱 설폭사이드(DMSO) 20 mL에 녹이고 95?C 에서 교반하여 24시간 둔다. 상온으로 내린 후 용매는 진공에서 제거하며, 실리카겔 컬럼으로 (MC:MeOH = 99:1, v/v) 노란색 파우더를 얻는다. (0.38 g, yield = 9%)(1.85 g, 11.41 mmol), cesium carbonate (4.84 g, 14.85 mmol) and 1-bromooxethane (3.26 mL, 18.87 mmol) were dissolved in 20 mL of dimethicone sulfoxide (DMSO) It is stirred and left for 24 hours. After cooling to room temperature, the solvent is removed in vacuo and a yellow powder is obtained with a silica gel column (MC: MeOH = 99: 1, v / v). (0.38 g, yield = 9%)
3,7-디브로모-1,5-디옥틸-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(3,7-dibromo-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dione)의 합성 (3)3,7-dibromo-1,5-dioctyl-1,5-naphthyridine-2,6-dibromo-1,5-dioctyl- -dione < / RTI > (3)
물질 (2) (0.26 g, 0.67 mmol) 와 N-브로코숙신이미드(N-bromosuccinimide, 0.26 g, 1.48 mmol) 를 아세트산(AA) (20 mL) 에 녹이고 95?C 에서 교반하여 24시간 둔다. 상온으로 내린 후 용매는 진공에서 제거하며, 실리카겔 컬럼으로 (MC:MeOH = 99:1, v/v) 주황색 파우더를 얻는다. (0.21 g, yield = 57%)The material (2) (0.26 g, 0.67 mmol) and N-bromosuccinimide (0.26 g, 1.48 mmol) were dissolved in acetic acid (AA) (20 mL) and stirred at 95 ° C for 24 hours. After cooling down to room temperature, the solvent is removed in vacuo and an orange powder is obtained with a silica gel column (MC: MeOH = 99: 1, v / v). (0.21 g, yield = 57%)
1,5-디옥틸-3,7-비스(4-(2-옥틸도데실)티오펜-2-일)-1,5-디하이드로-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(1,5-dioctyl-3,7-bis(4-(2-octyldodecyl)thiophen-2-yl)-1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione)의 합성 (4)1,5-dioctyl-2,7-bis (4- (2-octyldodecyl) thiophen-2-yl) -1,5-dihydro- Synthesis of 1,5-dioctyl-3,7-bis (4- (2-octyldodecyl) thiophen-2-yl) -1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-
물질 (3) (0.20 g, 0.36 mmol), 트리부틸(4-(2-옥틸도데실)티오펜-2-일)스탄난(tributyl(4-(2-octyldodecyl)thiophen-2-yl)stannane), 0.75 g, 1.10 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.025 g, 0.02 mmol)를 디메틸포름아마이드(DMF) 15 mL에 녹이고 130?C 에서 교반하여 24시간 둔다. 상온으로 내린 후 주황색 파우더를 MeOH로 씻어주면서 필터로 얻는다. Flash 실리카 컬럼 (CHCl3) 후 에틸 아세테이트에서 재결정하여 주황색 파우더를 얻는다. (0.30 g, yield = 75%)A mixture of substance (3) (0.20 g, 0.36 mmol), tributyl (4- (2-octyldodecyl) thiophen-2-yl) stannane ), 0.75 g, 1.10 mmol) and Pd (PPh 3 ) 4 (0.025 g, 0.02 mmol) were dissolved in 15 mL of dimethylformamide (DMF) and stirred at 130 ° C for 24 hours. After cooling down to room temperature, the orange powder is washed with MeOH to obtain a filter. Flash silica column (CHCl 3 ) was then recrystallized in ethyl acetate to obtain an orange powder. (0.30 g, yield = 75%)
3,7-비스(5-브로모-4-(2-옥틸도데실)티오펜-2-일)-1,5-디옥틸-1,5-디하이드로-1,5-나프티리딘-2,6-다이온(3,7-bis(5-bromo-4-(2-octyldodecyl)thiophen-2-yl)-1,5-dioctyl-1,5-dihydro-1,5-naphthyridine-2,6-dione)의 합성 (5)1, 5-dioctyl-1,5-dihydro-1,5-naphthyridin-2 (2-octyldodecyl) , 5-bromo-4- (2-octyldodecyl) thiophen-2-yl) -1,5-dioctyl-1,5-dihydro-1,5-naphthyridine- 6-dione) (5)
물질 (4) (0.30 g, 0.27 mmol) 와 N-브로코숙신이미드(N-bromosuccinimide; 0.09 g, 0.54 mmol)를 CHCl3 30 mL에 녹이고 상온에서 교반하여 24시간 둔다. 실리카겔 컬럼으로 (MC:MeOH = 99:1, v/v) 붉은색 파우더를 얻는다. (0.27 g, yield = 68%)(0.30 g, 0.27 mmol) and N-bromosuccinimide (0.09 g, 0.54 mmol) were dissolved in 30 mL of CHCl 3 and stirred at room temperature for 24 hours. A reddish powder is obtained with a silica gel column (MC: MeOH = 99: 1, v / v). (0.27 g, yield = 68%)
고분자 PNTDT-2F2T의 합성Synthesis of Polymer PNTDT-2F2T
고분자 PNTDT-2F2T는 스틸레(Stille) 커플링 반응을 통해 중합한다.The polymer PNTDT-2F2T is polymerized through a Stille coupling reaction.
물질 (5) (0.12 g, 0.09 mmol) 와 (3,3'-디플루오로-[2,2'-비티오펜]-5,5'-다일)비스(트리메틸스탄나)(3,3'-difluoro-[2,2'-bithiophene]-5,5'-diyl)bis(trimethylstannane)) (0.05 g, 0.09 mmol) 을 톨루엔 3 mL에 녹이고 질소 치환을 실시한다. 그 후에 촉매로 P(o-tol)3 (0.0025 g, 0.0083 mmol) 와 Pd2(dba)3 (0.0019 g, 0.0021 mmol)을 넣고 100?C 에서 48시간 동안 교반시킨다. 상온으로 내린 후 상기 반응용액을 메탄올 300 mL에 천천히 침전 시키고 생성된 고체를 필터하여 걸러낸다. 걸러낸 고체는 속실렛 (soxhlet)을 통해 메탄올, 아세톤, n-헥세인, CHCl3 순으로 정제한다. 내려온 액체를 다시 메탄올에 침전 시키고 필터를 통해 걸러낸 후 건조시켜 검녹색 고체의 PNTDT-2F2T를 수득한다. (0.15 g, yield = 63%) A solution of material 5 (0.12 g, 0.09 mmol) and (3,3'-difluoro- [2,2'-bithiophene] -5,5'-dile) bis (trimethylstannane) (2,2'-bithiophene) -5,5'-diyl) bis (trimethylstannane) (0.05 g, 0.09 mmol) were dissolved in 3 mL of toluene and replaced with nitrogen. Then, P (o-tol) 3 (0.0025 g, 0.0083 mmol) and Pd 2 (dba) 3 (0.0019 g, 0.0021 mmol) were added as a catalyst and stirred at 100 ° C for 48 hours. After the reaction mixture is cooled to room temperature, the reaction solution is slowly precipitated in 300 mL of methanol, and the resulting solid is filtered and filtered. The filtered solid is purified through a soxhlet in the order of methanol, acetone, n-hexane and CHCl 3 . The lowered liquid was precipitated again in methanol, filtered through a filter, and dried to obtain a dark green solid PNTDT-2F2T. (0.15 g, yield = 63%)
실시예 1 유기태양전지 제작 및 특성 평가Example 1 Organic solar cell fabrication and characterization
광 활성층용 혼합 용액 제조Preparation of mixed solution for photoactive layer
상기 제조예 1에 따른 고분자(PNTDT-2F2T)와 어셉터 물질로서는 PC71BM을 1:1.5 (w/w, 총 18mg/mL)의 비율로 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. A mixed solution was prepared by mixing the polymer (PNTDT-2F2T) according to Preparation Example 1 and PC 71 BM as the acceptor material at a ratio of 1: 1.5 (w / w, total 18 mg / mL).
유기태양전지의 제작Manufacture of organic solar cell
태양전지 소자는 ITO/PEDOT:PSS/광 활성층(PNTDT-2F2T:PC71BM)/Ca/Al의 구조로 제작되었다. 우선, 패턴된 ITO가 형성된 유리기판을 증류수, 아세톤, 아이소프로판올로 세척하고 UV-ozone 처리를 20분간 한다. 그 후, PEDOT:PSS 전도성 고분자 용액을 스핀코팅하여 30nm 내지 40nm 두께로 올리고 150?C 로 20분간 수분을 제거한다. 그 후, 상기 혼합 용액을 1500 rpm의 속도로 60초 동안 스핀코팅 하고 상온에서 1시간 동안 둔다. 마지막으로, Ca 5 nm 와 Al 100 nm 전극을 차례로 증착한다. The solar cell device was fabricated with the structure of ITO / PEDOT: PSS / photoactive layer (PNTDT-2F2T: PC 71 BM) / Ca / Al. First, the glass substrate on which the patterned ITO is formed is washed with distilled water, acetone, and isopropanol, and UV-ozone treatment is performed for 20 minutes. Thereafter, the PEDOT: PSS conductive polymer solution is spin-coated to a thickness of 30 nm to 40 nm, and moisture is removed at 150? C for 20 minutes. Then, the mixed solution is spin-coated at a speed of 1500 rpm for 60 seconds and is left at room temperature for 1 hour. Finally,
실험예 1. 흡광 계수 측정Experimental Example 1. Measurement of extinction coefficient
제조예 1에 따른 고분자 PNTDT-2F2T의 흡광 계수를 380nm 내지 1,000nm의 파장 범위에서 측정하였고, 그 결과를 도 2에 도시하였다.The extinction coefficient of the polymer PNTDT-2F2T according to Preparation Example 1 was measured in a wavelength range of 380 nm to 1,000 nm, and the results are shown in Fig.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조예 1에 따른 고분자 PNTDT-2F2T는 최대 흡광 파장인 730nm 에서 1.60 x 105cm-1의 흡광 계수를 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, the polymer PNTDT-2F2T according to Production Example 1 of the present invention has an extinction coefficient of 1.60 × 10 5 cm -1 at a maximum absorption wavelength of 730 nm.
실험예 2. 순환 전압-전류법 (Cyclic Voltammetry) 분석 결과Experimental Example 2. Results of Cyclic Voltammetry Analysis
제조예 1에 따른 고분자 PNTDT-2F2T의 에너지 레벨을 측정하기 위해 CV(Cyclic Voltammetry) 분석을 수행하였고 (도 3에 도시), 이를 통해 얻어진 상기 고분자의 HOMO 에너지 레벨과 LUMO 에너지 레벨은 표 1에 기재하였다.CV (Cyclic Voltammetry) analysis was performed to measure the energy level of the polymer PNTDT-2F2T according to Production Example 1 (shown in FIG. 3), and the HOMO energy level and the LUMO energy level of the polymer obtained through this were measured Respectively.
[표 1][Table 1]
실험예 3. 표면 모폴로지 분석Experimental Example 3. Surface Morphology Analysis
실시예 1에 따른 유기태양전지 광 활성층의 표면 모폴로지를 분석하기 위하여, TEM 이미지를 측정하였고, 그 결과를 도 4에 도시하였다.In order to analyze the surface morphology of the photoactive layer of the organic solar cell according to Example 1, a TEM image was measured, and the result is shown in FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 광 활성층 내에 뚜렷한 바늘 형태의 고분자 결정 구조체(needle-like polymer crystal)를 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4, a needle-like polymer crystal having a pronounced needle shape can be identified in the photoactive layer.
실험예 4. 정공이동도 분석Experimental Example 4. Hole Mobility Analysis
실시예 1에 따른 유기태양전지의 SCLC(space charge limited current)를 이용한 이동도를 측정하였고, 그 결과를 도 5에 도시하였다.The mobility of the organic solar cell according to Example 1 using space charge limited current (SCLC) was measured, and the result is shown in FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기태양전지 내 광 활성층의 정공 이동도(hole mobility)는 8.6 x 10-3cm2V-1s-1로 나타나, 우수한 정공 이동도를 가짐을 확인할 수 있다.A road, the hole mobility of the light within the active layer of organic solar cell according to the present invention (hole mobility) is indicated by 8.6 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1, has a high hole mobility as shown in Fig. 5 Can be confirmed.
실험예 5. 유기태양전지의 성능 평가EXPERIMENTAL EXAMPLE 5. Performance Evaluation of Organic Solar Cell
상기 실시예 1에 따른 유기태양전지의 전류밀도-전압 특성(current density-Voltage (J-V)을 측정하여 도 6에 도시하였고, 그 효율은 하기 표 2에 나타내었다. The current density-voltage characteristic (J-V) of the organic solar cell according to Example 1 was measured and shown in FIG. 6, and the efficiency is shown in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
실시예 2 페로브스카이트 태양전지 제작 및 특성 평가Example 2 Fabrication and Characterization of Perovskite Solar Cell
페로브스카이트 혼합 용액제조Perovskite mixed solution production
메틸암모늄아이오다이드(CH3NH3I), 레드아이오다이드(PbI2)물질을 1:1 몰비율의 농도1M 혼합용액을 제조하였다.Methyl ammonium iodide (CH 3 NH 3 I), Red iodide (PbI 2) the
정공전달층용 용액 제조Preparation of solution for hole transport layer
정공전달물질(PNTDT-2F2T)을 7mg을 1mL의 클로로포름(chloroform) 유기용매에 녹여 5시간이상 교반하였다.7 mg of the hole transport material (PNTDT-2F2T) was dissolved in 1 mL of an organic solvent of chloroform and stirred for 5 hours or more.
페로브스카이트 태양전지의 제작Fabrication of perovskite solar cells
페로브스카이트 태양전지 소자는 ITO/전자전달층(ZnO)/전자전달층(PC61BM)/페로브스카이트층(CH3NH3PbI3)/정공전달층(PNTDT-2F2T)/Au의 구조로 제조되었다. The perovskite solar cell is composed of an ITO / electron transport layer (ZnO) / electron transport layer (PC 61 BM) / perovskite layer (CH 3 NH 3 PbI 3 ) / hole transport layer (PNTDT- Structure.
먼저, 패턴화된 ITO 유리기판을 증류수, 아세톤, 아이소프로판올로 세척하고, UV-오존처리를 20분동안 수행한다. 그 위에 ZnO를 스핀코팅하여 30nm 두께로 코팅하고, 200 ℃에서 10분간 열처리한다. 이후, 전자전달층으로 PC61BM을 50 내지 60 nm 의 두께로 스핀코팅하고, 70 ℃에서 10분간 열처리한다. 그리고, 페로브스카이트 용액(CH3NH3PbI3)을 4000rpm 에서 25초동안 스핀코팅하고 끝나기 10초 전 다이에틸에테르를 떨어뜨리고 스핀코팅 완료 후, 65 ℃에서 1분, 100 ℃에서 2분간 열처리한다. 그 다음 정공 전달층으로 상기 제조예 1에 따른 고분자(PNTDT-2F2T)를 50 내지 60 nm 두께로 스핀코팅한다. 마지막으로, 정공 전달층 위에 80 nm 두께의 금(Au) 전극을 증착하여 페로브스카이트 태양전지 소자를 제조한다. 상기의 방법을 통해 제조예 1의 고분자를 정공 전달층으로 이용한 페로브스카이트 태양전지 소자를 실시예 2라 지칭한다.First, the patterned ITO glass substrate is washed with distilled water, acetone, isopropanol, and UV-ozone treatment is performed for 20 minutes. ZnO is spin-coated thereon to a thickness of 30 nm and heat-treated at 200 DEG C for 10 minutes. Then, PC61BM was spin-coated as an electron transfer layer to a thickness of 50 to 60 nm and heat-treated at 70 DEG C for 10 minutes. Then, the perovskite solution (CH 3 NH 3 PbI 3) the end of the spin-coated for 25 seconds at 4000rpm dropping 10 seconds diethyl ether after the completion of the spin coating, one minute at 65 ℃, 2 minutes at 100 ℃ Heat treatment. Next, the polymer (PNTDT-2F2T) according to Production Example 1 was spin-coated to a thickness of 50 to 60 nm as a hole transport layer. Finally, a gold (Au) electrode with a thickness of 80 nm is deposited on the hole transport layer to produce a perovskite solar cell device. A perovskite solar cell device using the polymer of Production Example 1 as a hole transport layer through the above method is referred to as Example 2.
그리고, 상기 실시예 2에 대한 비교예로, 통상적으로 페로브스카이트 태양전지 정공 전달층용 물질로 사용되는 하기 화학식 2의 Spiro-OMeTAD를 이용하여, 동일한 방법으로 소자를 제조하고, 첨가제 유무에 따라 이를 각각 비교예 1(Spiro-OMeTAD, doping) 및 2(Spiro-OMeTAD, non-doping)라 지칭한다.As a comparative example to that of Example 2, a device was manufactured by the same method using Spiro-OMeTAD, which is typically used as a material for a hole transport layer of a perovskite solar cell, according to the following
[화학식 2](2)
실험예 6. 대기안정성 및 정공전달특성 분석Experimental Example 6. Analysis of Atmospheric Stability and Hole Transfer Characteristics
실시예 2 및 비교예 1에 따른 페로브스카이트 태양전지의 소자 대기안정성을 20일 이상 평가하였으며, 그 결과를 도 8에 도시하였다. 도 8을 참조하면, 20일이 경과하였을 때, 실시예 2가 비교예 1에 비해 더 우수한 대기안정성을 가지는 것을 알 수 있다.The device atmospheric stability of the perovskite solar cell according to Example 2 and Comparative Example 1 was evaluated for 20 days or more, and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 8, it can be seen that Example 2 has better atmospheric stability than Comparative Example 1 after 20 days have elapsed.
[표 3][Table 3]
그리고, SCLC(space charge limited current)를 이용한 이동도를 측정하였고 그 결과를 표 3에 정리하였다. 실시예 2의 경우, 첨가제 없이도 3.53 x 10-3cm2V-1s-1 의 정공 이동도(hole mobility)를 가지며, 비교예 1의 경우, 3.67 x 10-4cm2V-1s-1, 비교예 2의 경우 5.75 x 10-5cm2V-1s-1 의 값을 가진다. 즉, 본 발명의 실시예 2의 정공전달층이 첨가제 없이 우수한 정공 이동도를 가짐을 확인할 수 있다.The mobility using space charge limited current (SCLC) was measured and the results are summarized in Table 3. In the case of Example 2, even without the additive, 3.53 x 10 -3 cm 2 V -1 s -1 Hole mobility of 3.75 x 10 -4 cm 2 V -1 s -1 for Comparative Example 1 and 5.75 x 10 -5 cm 2 V -1 s -1 for Comparative Example 2 Value. That is, it can be confirmed that the hole transport layer of Example 2 of the present invention has excellent hole mobility without additives.
또한, 도 9를 참조하면, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층에 사용된 물질[실시예 2(Perovskite/PNTDT-2F2T) 및 비교예 1(Perovskite/Spiro-OMeTAD, doping)]에 따라 PL ?칭(Quenching)되는 정도를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 2의 태양전지가 정공 전달이 더 우수한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, according to the material used in the hole transport layer of the perovskite solar cell (Example 2 (Perovskite / PNTDT-2F2T) and Comparative Example 1 (Perovskite / Spiro-OMeTAD, doping) It can be seen that the solar cell of Example 2 according to an embodiment of the present invention is superior in hole transfer through the degree of quenching.
실험예 7. 전기화학적 특성 분석 및 페로브스카이트 태양전지의 성능 평가Experimental Example 7: Electrochemical Characteristic Analysis and Performance Evaluation of Perovskite Solar Cell
상기 실시예 2 및 비교예 1에 따른 페로브스카이트 태양전지의 성능평가를 위해 전류밀도-전압 특성(current density-Voltage (J-V)), 히스테리시스(Hysteresis) 특성, 평균 광전 변환 효율을 측정하고 이를 도 10 및 도 11에 도시하였다. 이를 통해 얻어진 태양전지의 전압값(Voc), 전류밀도(Jsc), 필 팩터(Fill factor, FF) 및 광전 변환 효율을 하기 표 4에 기재하였다.In order to evaluate the performance of the perovskite solar cell according to Example 2 and Comparative Example 1, current density-voltage (JV), hysteresis characteristics, and average photoelectric conversion efficiency were measured, 10 and 11. The voltage value (Voc), the current density (Jsc), the fill factor (FF) and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell thus obtained are shown in Table 4 below.
[표 4][Table 4]
도 10, 도 11 및 상기 표 4를 참조하면, 실시예 2가 종래에 사용되는 비교예 1에 비해 우수한 광전 변환 효율을 가지는 것을 알 수 있다.10, 11, and Table 4, it can be seen that Example 2 has superior photoelectric conversion efficiency as compared with Comparative Example 1 used conventionally.
또한, 정공 전달층의 두께를 달리하여 페로브스카이트 태양전지의 성능 평가를 수행하여 그 결과를 하기 표 5에 정리하였다.The performance of the perovskite solar cell was evaluated by varying the thickness of the hole transport layer. The results are summarized in Table 5 below.
[표 5][Table 5]
상기 표 5를 참조하면, 정공 전달층의 두께 변화에 따라, 성능 변화가 작으며 높은 효율을 보인다. 이는, 본 발명의 실시예에 따른 고분자(PNTDT-2F2T)의 높은 정공 이동도에 따른것으로 보인다.Referring to Table 5, the performance change is small and high efficiency is shown according to the thickness variation of the hole transport layer. This is due to the high hole mobility of the polymer (PNTDT-2F2T) according to the embodiment of the present invention.
상기 비교예 1의 Spiro-OMeTAD의 경우, 분자의 spiro-core구조에 의해 비정질(amorphous) 구조를 가진다. 이에 따라 비교적 낮은 정공 이동도를 보이게 되며, 기타 첨가제를 도핑하여 정공이동도를 증가시킨다. 이때 첨가되는 첨가제는 수분에 대한 흡습성이 강하고, 경우에 따라 강염기로 높은 반응성을 가지기 때문에 소자의 수명저하가 빠르다는 단점이 있다.The Spiro-OMeTAD of Comparative Example 1 has an amorphous structure due to the spiro-core structure of the molecule. As a result, relatively low hole mobility is exhibited, and hole mobility is increased by doping with other additives. The additive added at this time is highly hygroscopic to moisture and, in some cases, has a high reactivity with a strong base, resulting in a short lifetime of the device.
반면에, 본 발명의 실시예 2에 따른 PNTDT-2F2T의 경우, 상기의 첨가제 없이도 우수한 정공이동도를 가지기 때문에, 페로브스카이트 태양전지 소자의 효율이 좋고, 대기안정성이 우수하여 수명특성도 우수하다는 장점이 있다.On the other hand, in the case of PNTDT-2F2T according to Example 2 of the present invention, since the perovskite solar cell device has excellent hole mobility even without the above additives, the efficiency of the perovskite solar cell device is excellent and the atmospheric stability is excellent, .
실험예 9. Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering(GIWAXS) 분석Experimental Example 9. Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray Scattering (GIWAXS) Analysis
이하에서는, 도 12를 참조하여, 제조예 1에 따른 고분자 필름의 Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering(GIWAXS) 분석 결과에 대하여 설명한다. Hereinafter, the results of the Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering (GIWAXS) analysis of the polymer film according to Production Example 1 will be described with reference to FIG.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자의 Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering(GIWAXS) 분석 결과를 나타내는 사진이다. 도 12의 (a)는 제조예 1의 GIWAXS 분석 결과 사진이고, 도 12의 (b) 및 (c)는 각각 GIWAXS 분석 결과를 나타내는 그래프이다.12 is a photograph showing the results of Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray scattering (GIWAXS) analysis of a polymer according to an embodiment of the present invention. 12 (a) is a photograph of the GIWAXS analysis of Production Example 1, and FIGS. 12 (b) and 12 (c) are graphs showing GIWAXS analysis results, respectively.
먼저, 도 12을 참조하면, 제조예 1의 고분자는 파이-파이 스택킹을 나타내는 영역(π-π stacking spot)이 qz 축방향에서 나타나는 것을 알 수 있다. 이는, 상기 고분자들이 필름에서 면방향 배열(face-on orientation)로 형성되는 것을 의미한다. First, referring to Figure 12, the polymer of Preparation Example 1 is a pie-can be seen to appear in the area (π-π stacking spot) the q z-axis direction represents the pi stacking. This means that the polymers are formed in a face-on orientation in the film.
그리고, GIWAXS 분석 사진의 라멜라 스택킹을 나타내는 영역(Lamellar stacking spot)을 참조하면, 제조예 1의 고분자 필름은, qz 축방향에서 여러 개의 규칙적인 회절점(diffraction spot)들 가지며 이는 라멜라 스택킹이 선방향 배열(edge-on orientation)을 나타내며 또한 넓은 범위로 존재함을 의미한다. And, referring to the area (Lamellar stacking spot) showing the lamellar stacking of GIWAXS analysis picture, having the Production Example 1 of polymer film, several regular diffraction point (diffraction spot) from the q z axis direction, which lamellae stacked Indicates an edge-on orientation and also exists in a wide range.
한편, 파이-파이 스택킹영역(π-π stacking spot)의 반치폭이 파이-파이 스택킹(π-π stacking) 점은 상하방향(qz축 방향)으로 비교적 얇은 형태를 가진다. 이러한 파이-파이 스택킹(π-π stacking) 영역의 반치폭을 이용하여 crystalline coherence length(CCL) 값을 계산해 보면, 제조예 1의 CCL 값은 29.8 Å을 가지는 것을 알 수 있다.On the other hand, pi-has a relatively thin shape with a pie stacking (π-π stacking) that is a vertical direction (z-axis direction q) pi-stacking area (π-π stacking spot) full width at half maximum of the pie. When the crystalline coherence length (CCL) value is calculated using the half width of the pi-pi stacking region, the CCL value in Production Example 1 is found to be 29.8 Å.
이상과 같이, 실시예 1, 2 및 실험예 1 내지 9를 참조하면, 상기 화학 구조식 1로 표시되는 고분자는 유기태양전지의 광 활성층 또는 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층에 사용되어, 높은 전하 이동도를 가지며, 유기태양전지의 광 활성층 내 전자 주개(electron donor)로 사용하기에 적합한 에너지 준위를 가진다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 신규 고분자를 이용한 태양전지는 우수한 광 전환 효율을 가질 수 있다.As described above, referring to Examples 1 and 2 and
Claims (24)
[화학 구조식 1]
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.A polymer represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
In the above chemical formula 1,
X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 고분자.The method according to claim 1,
Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'are each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 고분자.The method according to claim 1,
Wherein R 1 and R 2 is, a polymer of an alkyl group having 5 to 14 independently of each other.
상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기인, 고분자.The method according to claim 1,
Wherein R 3 and R 4 are the, polymeric alkyl group having a carbon number of 9 to 22 independently of each other.
[화학 구조식 1]
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.Organic photovoltaic cell represented by the following Chemical Formula 1:
[Chemical Formula 1]
In the above chemical formula 1,
X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 유기태양전지 광 활성층용 고분자.6. The method of claim 5,
Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'are each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 유기태양전지 광 활성층용 고분자.6. The method of claim 5,
Wherein R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 5 to 14 carbon atoms.
상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기인, 유기태양전지 광 활성층용 고분자.6. The method of claim 5,
And R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
380nm 내지 1,000nm 파장 내 최대 흡광 파장에서의 흡광 계수가 5 x 104cm-1 이상인 유기태양전지 광 활성층용 고분자.6. The method of claim 5,
A polymer for a photoactive layer of an organic solar cell having an extinction coefficient of 5 x 10 < 4 > cm < -1 > or more at a maximum absorption wavelength in a wavelength range of 380 nm to 1,000 nm.
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 광 활성층을 포함하는 유기태양전지에 있어서,
상기 광 활성층은 제 5 항의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지.A first electrode and a second electrode arranged facing each other,
And a photoactive layer disposed between the first and second electrodes,
Wherein the photoactive layer comprises the polymer of claim 5.
상기 제 1 전극은 투명 전극이고, 제 2 전극은 금속 전극이며,
상기 제 1 전극의 상기 광 활성층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함하는 유기태양전지.The method of claim 10, wherein
The first electrode is a transparent electrode, the second electrode is a metal electrode,
Further comprising a substrate located on the opposite side of the surface of the first electrode on which the photoactive layer exists.
상기 광 활성층은 전자 받개(electron-accepter) 화합물을 더 포함하는 벌크 이중 접합층(Bulk-hetrojuction layer)인 유기태양전지.11. The method of claim 10,
Wherein the photoactive layer is a bulk-hetrojunction layer further comprising an electron-accepter compound.
상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은, 플러렌, 플러렌 유도체, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 유기태양전지.13. The method of claim 12,
The electron-accepter compound may be any one selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, vicocloin, semiconducting elements, semiconducting compounds, Organic solar cell.
광 전환 효율(%)이 8% 이상인 유기태양전지.11. The method of claim 10,
An organic solar cell having a light conversion efficiency (%) of 8% or more.
[화학 구조식 1]
상기 화학 구조식 1 에서,
상기 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 O, S, Se, NH 또는 NR'이고,
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 -COOR'이고,
상기 A1, A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, F, CN 또는 -COOR'이고,
상기 R'은 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.A polymer for a hole transporting layer of a perovskite solar cell represented by the following Chemical Formula 1:
[Chemical Formula 1]
In the above chemical formula 1,
X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently O, S, Se, NH or NR '
R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms To 50 An alkyl group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms or -COOR '
A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently H, F, CN or -COOR '
R 'is an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms or an aryl group having 6 to 50 carbon atoms,
And n is an integer of 1 to 1,000.
상기 R1, R2, R3, R4 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 26의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 32의 아릴기인, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 고분자.16. The method of claim 15,
Wherein the R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 'are each independently an alkyl group having 1 to 26 carbon atoms or an aryl group having 6 to 32 carbon atoms.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 14의 알킬기인, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 고분자.16. The method of claim 15,
Wherein R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having a carbon number of 5 to 14, perovskite hole transport polymer layer of the solar cell.
상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 9 내지 22의 알킬기인, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 고분자.16. The method of claim 15,
And R 3 and R 4 are each independently an alkyl group having 9 to 22 carbon atoms.
결정립 정합 길이(Crystalline coherence length, CCL)가 18 Å 내지 30 Å의 범위를 가지는, 페로브스카이트 태양전지의 정공 전달층용 고분자.16. The method of claim 15,
A polymer for a hole transport layer of a perovskite solar cell having a crystal lattice coherence length (CCL) in a range of 18 Å to 30 Å.
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전자 전달층, 페로브스카이트층 및 정공 전달층이 적층되어 있는 페로브스카이트 태양전지에 있어서,
상기 정공 전달층은 제 15 항의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지.A first electrode and a second electrode arranged facing each other,
A perovskite layer and a hole transport layer are laminated between the first and second electrodes, the perovskite solar cell comprising:
Wherein the hole transporting layer comprises the polymer of claim 15.
상기 제 1 전극은 투명 전극이고, 제 2 전극은 금속 전극이며,
상기 제 1 전극의 상기 페로브스카이트층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 기판을 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지.The method of claim 20, wherein
The first electrode is a transparent electrode, the second electrode is a metal electrode,
Wherein the first electrode is located on the opposite side of the surface on which the perovskite layer is present.
상기 전자 전달층은 티타늄산화물 (TiO2), 졸-겔(sol-gel) 주석산화물 (SnO2), 졸-겔(sol-gel) 아연산화물(ZnO), 나노파티클 주석산화물(NP-SnO2), 나노파티클 아연산화물(NP-ZnO), 풀러렌 (C60, C70), 풀러렌유도체(PC61BM, PC71BM, IC60BA, IC70BA), 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 비풀러렌계 유기반도체성 전자받개 화합물 및 금속산화물/유기반도체 전자받개 형태의 복합층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지.21. The method of claim 20,
The electron transport layer is a titanium oxide (TiO 2), sol-gel (sol-gel) tin oxide (SnO 2), sol-gel (sol-gel) of zinc oxide (ZnO), nanoparticle tin oxide (NP-SnO 2 ), Nanoparticle zinc oxide (NP-ZnO), fullerene (C 60 , C 70 ), fullerene derivatives (PC 61 BM, PC 71 BM, IC 60 BA and IC 70 BA), carbon nanotubes, A perovskite solar cell comprising a complex structure in the form of a barocuproine, a bipollenic organic semiconducting electron acceptor compound and a metal oxide / organic semiconductor electron acceptor.
상기 전자 받개(electron-accepter) 화합물은, 플러렌, 플러렌 유도체, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 튜브 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 페로브스카이트 태양전지.23. The method of claim 22,
The electron-accepter compound may be any one selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, vicocloin, semiconducting elements, semiconducting compounds, Perovskite solar cells.
광 전환 효율(%)이 14% 이상인 페로브스카이트 태양전지.21. The method of claim 20,
A perovskite solar cell having a light conversion efficiency (%) of 14% or more.
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