KR20190064409A - 신규한 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 관한 것으로, 본 발명의 화합물은 2차원 공액구조를 형성하며, 결정화 특성이 우수하고 평면성 분자체의 분자간 스태킹을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 화합물을 채용한 유기 전자 소자는 페이스온 분율을 증가시켜 궁극적으로 높은 광전변환효율을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.
유기 전자 소자의 대표적인 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 박막 트랜지스터(OTFT), 유기 광센서(OPD), 유기 태양 전지(OPV), 광검출기, 메모리 소자 및 논리 회로 등을 들 수 있다.
이중 유기 태양 전지는 광활성층으로 전자공여체(donor)와 전자수용체 (acceptor)를 동시에 사용하는 것으로, 종래의 무기 반도체 소자에 비하여 성막 조건이 까다롭지 않고, 수백 nm이내의 얇은 두께와 상대적으로 저렴한 광활성층의 재료, 특히 마음대로 구부릴 수 있는 플렉서블한 소자를 제작할 수 있다는 장점으로 인하여 최근 많은 연구가 진행되고 있다.
구체적으로, 유기 태양 전지는 전자공여체와 전자수용체의 접합 구조로 이루어져 있고, 상기 전자공여체와 전자수용체간의 소위 “광여기 전하 이동현상(photoinduced charge transfer, PICT)”이라 불리는 매우 빠른 전하 이동현상으로서, 이러한 광여기 전하 이동현상을 높여 고효율의 유기 태양 전지를 얻기 위한 연구가 진행되고 있다.
현재 유기 태양 전지의 전자공여체로 사용되는 화합물은 p-형 전도성 고분자를 중심으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 일예로 폴리파라페닐렌비닐렌(poly para-phenylenevinylene, 이하, “PPV”라 한다) 계열의 고분자 화합물과 폴리싸이오펜(polythiophene, 이하, “PT”라 한다) 계열의 고분자 화합물을 비롯하여 최근에는 저 밴드갭 고분자 화합물(Low bandgap polymer) 위주의 다양한 유도체들이 사용되고 있다.
또한 유기 태양 전지의 전자수용체로는 1995년 프레드 우들(Fred Wudl) 그룹에서 발표한 메타노풀러렌(methanofullerene) 유도체인 PCBM({6}-1-(3-(메톡시카르보닐)프로필)-{5}-1-페닐[5,6]C61({6}-1-(3-(methoxy carbonyl) propyl)-{5}-1-phenyl[5,6]C61))을 들 수 있으며, 그 외의 단분자로는 페릴렌(perylene), 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산 다이이미드, 프탈로시아닌, 펜타센(pentacene) 등이 사용되고 있다. 그러나, PCBM으로 대표되는 플러렌 유도체는 물론 다수의 플러렌 유도체는 유기용매에 대한 용해도가 낮으므로, 전자공여체로 사용되는 고분자 화합물과 섞었을 때 상 분리 현상이 일어나거나 외형상 전반적으로 효율성이 낮은 문제가 있다. 더욱이, 태양광 흡수가 약하고 에너지 레벨 조작이 어렵다.
이에, 플러렌을 대체할 화합물에 대한 연구가 절실히 필요한 실정이다.
그러나 현재까지 저 밴드갭 고분자를 중심으로 한 전자공여체에 대한 연구는 다양하게 진행된 반면, 전자수용체로 사용되는 플러렌 유도체를 대체할 화합물에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.
구체적으로, 플러렌 유도체의 대체할 수 있는 화합물로 플러렌과 유사한 높은 전자 친화력을 가지는 동시에 전자공여체와 혼화성이 우수하며 태양광에 대한 흡수계수가 높고 광전변환효율이 우수한 화합물에 대한 연구가 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 확장된 공액 구조를 갖는 신규한 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 본 발명의 화합물을 채용함에 따라 우수한 광효율을 가지는 유기 전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 본 발명의 화합물을 광활성층에 채용함에 따라 우수한 광전변환효율을 가지는 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술된 목적을 위하여, 본 발명은 다음과 같은 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 2차원 영역으로 확장된 중심골격을 가지며, 중심골격을 따라 비편재화(delocalized)된 파이-전자계를 형성하는 것으로, 하기 화학식1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식1]
[상기 화학식1에서,
R11 내지 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C6-C20아릴 또는 C3-C20헤테로아릴이고, 상기 아릴 또는 헤테로아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고;
V11 및 V12는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 술피닐 또는 
로 대체될 수 있으며, 상기 R은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Y11 내지 Y14는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;
상기 헤테로아릴은 N, O, S 및 Se 등으로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 V11 및 V12는 각각 독립적으로 하기 화학식2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식2]
[상기 화학식2에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
A는 방향족 융합고리로, 상기 방향족 융합고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 V11 및 V12는 각각 독립적으로 하기 화학식3 또는 화학식4로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식3]
[화학식4]
[상기 화학식3 및 4에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Z1 및 Z2중 하나는 -CH=이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고;
Z3은 -C(R23)= 또는 N이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R12 또는 R13과 연결되어 방향족 융합고리를형성할 수 있으며;
R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 V11 및 V12는 상기 화학식4인 것일 수 있다. 이때, 상기 화학식4의 상기 R12 내지 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고; 상기 Z3은 -C(R23)=이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시 또는 C1-C30알킬티오인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 R11, R12, R17 및 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고, 상기 R13 내지 R16은 각각 독립적으로 페닐, 나프틸 및 비페닐 등의 아릴이고, 상기 아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시 및 C1-C30알킬티오 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 것일 수 있다.
상기 화학식1의 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 박막 트랜지스터, 유기 광센서 또는 유기 태양 전지 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 상기 화학식1의 화합물을 유기 태양 전지의 광활성층에 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전자 소자는 상기 화학식1의 화합물을 전자수용체로 사용하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식1의 화합물을 전자수용체로 유기 태양 전지의 광활성층에 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 화합물은 낮은 밴드갭을 가지며, 결정화 특성이 우수하며, 평면성 분자체의 분자간 효과적인 스태킹(stacking)을 구현한다. 이에, 본 발명의 화합물은 태양광에 대한 흡수계수가 높고 가시광선 영역의 거의 모든 파장(전정색) 영역의 흡수 스펙트럼을 가진다.
본 발명의 화합물을 채용한 유기 전자 소자는 높은 흡수계수를 가져 효율적으로 태양광을 흡수할 수 있으며, 높은 전하 이동 특성으로 우수한 광전변환효율을 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명의 화합물을 전자수용체로 채용한 유기 전자 소자는 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의해 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 특성으로, 본 발명에 따르면 전자수용체로 널리 사용되고 있는 플러렌 유도체를 대체할 수 있는 화합물로 사용되어, 유기 태양 전지의 안정성 및 광전변환효율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 화합물은 비플러렌(non-fullerene)계 전자수용체로서 활용가능성이 매우 높다할 수 있다.
본 발명에 따른 신규한 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에 기재된 용어, "알킬", "알콕시", "알킬티오" 및 그 외 알킬부분을 포함하는 치환기는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다. 또한, 상기 알콕시 및 알킬티오는 각각 "*-O-알킬" 및 "*-S-알킬"로 표시되는 1가의 유기 라디칼을 의미한다.
또한 본 명세서에 기재된 용어, "아릴"은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 방향족 고리 1가의 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 탄소원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 일 예로 페닐, 나프틸, 비페닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서에 기재된 용어, "헤테로아릴"은 하나의 수소 제거에 의해서 유도된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 헤테로방향족 고리 1가의 유기 라디칼로, N, O, S 및 Se 등으로부터 선택되는 1 내지 4개의 헤테로원자를 포함하며, 다수개의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 일 예로, 티오펜, 티에노티오펜, 비티오펜, 셀레노펜, 셀레노셀레노펜 및 비셀레노펜 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
또한 본 명에서에 기재된 용어, "카보닐"은 *-C(=O)-*로 표시되는 2가의 유기 라디칼을 의미한다.
또한 본 명세서에 기재된 용어, "술피닐"은 *-C(=S)-*로 표시되는 2가의 유기 라디칼을 의미한다.
또한 본 명세서에 기재된 용어, "할로겐"은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 원자를 의미한다.
본 발명의 화합물은 평면성이 높은 중심골격을 가지며, 중심골격을 따라 비편재화(delocalized)된 파이-전자계를 형성한다. 또한 본 발명의 화합물은 비편재화된 파이-전자계가 기판에 대하여, 평행하기 위치되도록 배열되는 페이스온(face-on)분율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 화합물은 평면성이 높은 판상의 2차원 구조체를 형성하고, 중심골격을 따라 비편재화된 파이-전자계에 의해 기판과 평행하게 되는 페이스온 적층 구조를 형성하게될 가능성이 높아진다. 이에 따라, 수직방향으로의 전하 이동도가 높아지게 되는 효과를 야기하며, 전자밀도를 현저하게 향상시켜 분자간 상호작용을 높임은 물론 전하 이동의 효율을 높인다.
또한 본 발명의 화합물은 태양광에 대한 흡수계수가 높고, 유기 용매에 대한 용해도 및 전자공여체(예, 폴리싸이오펜 등의 고분자 화합물)와의 혼화성이 우수하다.
이하, 본 발명에 따른 신규한 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식1]
[상기 화학식 1에서,
R11 내지 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C6-C20아릴 또는 C3-C20헤테로아릴이고, 상기 아릴 또는 헤테로아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고;
V11 및 V12는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 술피닐 또는 
로 대체될 수 있으며, 상기 R은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Y11 내지 Y14는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;
상기 헤테로아릴은 N, O, S 및 Se 등으로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.]
구체적으로, 상기 화학식1의 화합물은 인다세노디티오펜 또는 인다세노디셀레노펜 등을 포함하는 확장된 공액을 갖는 중심골격을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조적 특징으로, 상기 화학식1의 화합물은 분자의 평면성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 상기 화학식1의 화합물은 중심골격 밖으로 확장된 공액을 형성하여 분자간 상호작용을 보다 향상시키기 위해, 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리를 도입하였다.
구체적으로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(예, V11 및 V12)는 하기 화학식2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식2]
[상기 화학식2에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
A는 방향족 융합고리로, 상기 방향족 융합고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]
보다 구체적으로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(예, V11 및 V12)는 하기 화학식3 또는 4로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식3]
[화학식4]
[상기 화학식3 및 4에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Z1 및 Z2중 하나는 -CH=이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고;
Z3은 -C(R23)= 또는 N이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R12 또는 R13과 연결되어 방향족 융합고리를형성할 수 있으며;
R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.]
일 예로, 상기 화학식4에서, 상기 Z3이 -C(R23)=인 경우 R12 또는 R13과 연결되어 방향족 고리를 형성할 수 있다.
일 예로, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(예, V11 및 V12)는 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상술된 구조적 특징에 의해 전자진동(vibronic) 경로에 의한 여기 상태의 켄칭을 최소화함으로써, 태양광의 흡수에 따른 에너지 손실이 적어 보다 높은 태양광에 대한 흡수계수를 구현할 수 있다. 또한 상기 화합물은 높은 결정성을 가져 높은 전하이동도의 구현이 가능하다.
또한 상기 화합물은 높은 결정성을 가지며, 높은 전하이동도의 구현을 위하여, 상기 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리(예, V11 및 V12)는 상기 화학식4로, 상기 화학식4의 상기 R12 내지 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고; 상기 Z3은 -C(R23)=이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시 또는 C1-C30알킬티오인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 R11, R12, R17 및 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고, 상기 R13 내지 R16은 각각 독립적으로 페닐, 나프틸 및 비페닐 등의 아릴이고, 상기 아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시 및 C1-C30알킬티오 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 R11, R12, R17 및 R18은 각각 독립적으로 C1-C7알킬이고, 상기 R13 내지 R16는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시 및 C1-C30알킬티오 등에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 페닐인 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 상기 화학식1에서, 상기 R13 내지 R16의 페닐은 메타-위치에 상술된 치환기가 치환된 것일 수 있다.
가장 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 우수한 광 흡수계수의 구현은 물론 전자공여체와의 높은 혼화성으로 향상된 광전변환효율을 구현하기 위한 측면에서, 하기 구조에서 선택되는 화합물에서 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
상술한 바와 같은, 구조적 특징을 가지는 본 발명의 화합물은 전자수용체 재료로 사용될 수 있다. 이와 더불어, 본 발명의 화합물은 치환기의 형태를 달리함으로써 전자공여체 재료로 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 신규한 화합물을 포함하는 유기 전자 소자에 대하여 설명한다.
본 발명은 상기 화학식1의 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 유기 전자 소자는 상기 화학식1의 화합물이 사용될 수 있는 소자라면 제한되지 않으며, 이의 비한정적인 일예로는 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 박막 트랜지스터, 유기 광센서 또는 유기 태양 전지 등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식1의 화합물은 유기 태양 전지의 광활성층에 포함되는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식1의 화합물은 전자수용체로 유기 태양 전지에서 종래에 사용되던 플러렌 유도체의 대체 화합물로 사용되어 이를 채용한 유기 태양 전지는 향상된 광전변환효율을 가진다.
이하, 본 발명에 따른 유기 태양 전지의 제조방법을 일예를 들어 설명하나 이에 한정되지 않는다.
유기 태양 전지는 정공수송층과 전자수송층이 접합된 구조로 이루어져 있고, 태양광을 흡수하면, 정공수용체에서 전자-홀 쌍(electron-hole pair)이 생성되고 전자수용체로 전자가 이동함으로써 전자-홀의 분리가 이루어지는 과정을 통해 광전변환효과를 나타낸다.
이에, 본 발명은 평면성이 높은 판상의 2차원 구조체를 형성하고, 중심골격을 따라 비편재화된 파이-전자계에 의해 페이스온 분율을 현저하게 향상시킬 수 있는 화학식 1의 화합물을 유기 태양 전지에 채용함으로써, 놀랍도록 향상된 광전변환효율을 달성할 수 있음을 확인하였다. 또한 본 발명의 화합물은 높은 결정성을 가져 전하이동도가 높아 유기 태양 전지의 광활성층에 전자수용체 또는 전자공여체 등의 재료로 사용되어 높은 효율을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 기판, 제1전극, 광활성층 및 제2전극을 포함하는 것일 수 있으며, 정공 수송층, 전자 수송층 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 반전된 유형의 유기 태양 전지일 수 있다.
상기 기판은 유리 및 석영판 이외에도 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthelate), PP(polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethlene), AS 수지(acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 및 TAC(Triacetyl cellulose) 등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질로 제조될 수 있다.
또한 상기 제1전극은 스퍼터링, E-Beam, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 투명전극 물질을 상기 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성된다. 제1전극은 애노드의 기능을 하는 부분으로써, 후술하는 제2전극에 비해 일함수가 큰 물질로 투명성 및 도전성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, ITO(indium tin oxide), 금, 은, 플로린이 도핑된 틴 옥사이드(fluorine doped tin oxide; FTO), 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(aluminium doped zink oxide, AZO), IZO(indium zink oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 ATO(antimony tin oxide) 등이 있으며, 바람직하게는 ITO를 사용하는 것이 좋다.
또한 상기 광활성층에는 본 발명에 따른 화합물을 포함할 수 있으며, 이의 배합량은 용도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 또한 상기 화합물은 유기 용매에 용해시켜, 60 내지 120nm 두께로 광활성층의 전자수용체 재료로 사용될 수 있다. 또한 전자공여체의 일예로는 PBDTTT-C-T(Poly{[4,8-bis-(2-ethyl-hexyl-thiophene-5-yl)-benzo[1,2-b :4,5-b' ]dithiophene-2,6-diyl]-alt-[2-(2'-ethyl-hexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophen-4,6-diyl]}), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2- b :4,5- b ′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4- b ]thiophen-2-yl)-1-octanone]), P3HT(Poly(3-hexylthiophene)), PCDTBT(Poly[ N -9′-heptadecanyl-2,7-carbazole- alt -5,5-(4′,7′'-di-2-thienyl-2′',1′',3′'-benzothiadiazole)], Poly [[9-(1- octylnonyl )-9H- carbazole -2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]) 등을 들 수 있다. 상기 유기 용매는 아세톤, 메탄올, THF, 톨루엔, 자일렌, 테트랄린, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠 또는 이들의 혼합용매 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 상기 광활성층은 높은 전자 밀도로 인하여, 단락전류밀도(short circuit current density) 및 개방전압(open circuit voltage)이 증가하여 광전변환효율을 향상시킨다.
또한 상기 제2전극은 전자 수송층이 도입된 상태에서 열증착기를 이용하여 증착될 수 있다. 이때, 사용 가능한 전극재료로는 불화리튬/알루미늄, 불화리튬/칼슘/알루미늄, 칼슘/알루미늄, 불화바륨/알루미늄, 불화바륨/바륨/알루미늄, 바륨/알루미늄, 알루미늄, 금, 은, 마그네슘:은 및 리튬:알루미늄 중에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 불화바륨/바륨/알루미늄 구조로 제작된 전극을 사용하는 것이 좋다.
또한 전자 수송층 및 정공 수송층의 재료가 일반적인 유형의 전자 수송층 및 정공 수송층과 달리 사용될 수 있다. 전자 수송층 재료의 일 예로는 TiOx, ZnO, TiO2, ZrO2, MgO, HfO2 등을 들 수 있고, 정공 수송층 재료의 일 예로는 NiO, Ta2O3, MoO3, Ru2O3 등의 금속산화물을 들 수 있다. 또한 상술된 금속산화물과 더불어 양이온 혹은 음이온을 지니는 유기 공액고분자 전해질을 전자 수송층 또는 정공 수송층 재료로 사용할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
(실시예1)
화합물1의 제조
단계1.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 화합물a(3-bromo-2,2'-bithiophene, 60 g, 0.244698 mol)을 diethyl ether (500 mL)에 넣고 녹여 준 후 온도를 -75℃로 냉각 후 2.5 M n-부틸리튬 (n-Butyllithium) (98 mL, 0.244698 mol)을 드랍핑(dropping)해주고 -78℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 그리고, 아세톤 (14.2 g, 0.244698 mol)을 천천히 드랍핑(dropping) 후 상온에서 교반하였다. 그 후 diethyl ether 로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물b를 수득하였다(30 g, 54.6%).
단계2.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 화합물 1 (30 g, 0.133727 mol)을 헥산 (900 mL)에 넣고 녹여 준 후 Amberlyst 15 (20 g)을 넣고 상온에서 30분 동안 교반하였다. 그리고, 황산 (25 mL)을 천천히 드랍핑(dropping) 후 교반하였다. 그 후 탄산수소나트륨 수용액과 디클로로메탄(MC)으로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물c를 수득하였다 (13 g, 47.1%).
단계3.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 화합물 2 (5.0 g, 0.02423 mol)을 THF (100 mL)에 넣고 녹여 준 후 온도를 -78℃로 낮추고 2.5 M n-부틸리튬 (n-Butyllithium) (9.7 mL, 0.02423 mol)을 드랍핑(dropping)해주고 -30℃에서 30 분 동안 교반하였다. 그리고, 잘 건조시킨 ZnCl2 (3.3 g, 0.02423 mol)를 THF (40 mL)에 녹여서 천천히 드랍핑(dropping) 후 0℃ 에서 1 시간 교반하였다. diethyl 2,5-dibromoterephthalate (3.07 g, 0.00807 mol)와 Pd(PPh3)4 (4.66 g, 0.00403 mol)를 넣고 12 시간 동안 환류 시킨다. 그 후 상온으로 낮춘 후 ethyl acetate로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 컬럼 크로마토그래피 정제하여 화합물d를 얻었다(2.65 g, 52%).
단계4.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 1-브로모-3-((2-에틸헥실)옥시)벤젠(1-bromo-3-((2-ethylhexyl)oxy)benzene, 5.6 g, 0.01981 mol)을 THF (60 mL)에 넣고 녹여 준 후 온도를 -78℃로 낮추고 2.5 M n-부틸리튬 (n-Butyllithium) (7.9 mL, 0.01981 mol)을 드랍핑(dropping)해주고 1시간 동안 교반하였다. 그리고, 화합물 3 (2.5 g, 0.00396 mol)을 THF (80 mL)에 녹여서 천천히 드랍핑(dropping) 후 상온에서 16 시간 동안 교반하였다. 그 후 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 잘 건조시킨 삼구 플라스크에 용매가 제거된 반응 중간체와 아세트산 (200 mL)를 넣고 3 시간 동안 환류시켰다. 그 후 상온으로 낮춘 후 반응물을 얼음물에 부어서 반응을 종결시킨 후 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물e를 수득하였다 (1.5 g, 30%).
단계5.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 화합물e(1.5 g, 0.00113 mol)와 테트라메틸에틸렌디아민(TMEDA, 0.52 g, 0.00452 mol)을 THF (30 mL)에 넣고 녹여 준 후 온도를 -75℃로 낮추고 2.5 M n-부틸리튬 (n-Butyllithium) (1.8 mL, 0.00452 mol)을 드랍핑(dropping)해주고 1 시간 동안 교반하였다. 그리고, 잘 건조시킨 ZnCl2 를 THF (40 mL)에 녹여서 천천히 드랍핑(dropping) 후 0℃에서 1 시간 교반하였다. 그 후 DMF (0.81 g, 0.01129 mol)을 주입하고 16 시간 동안 교반하였다.
그 후 NaCl 수용액 (10 mL)를 넣고 10분간 교반한 후 클로로포름으로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 컬럼 크로마토그래피 정제하여 화합물f를 얻었다(0.6 g, 38.3%).
단계6.
잘 건조시킨 질소 치환된 삼구 플라스크에 아세트산 (20 mL)과 소듐 아세테이트(sodium acetate , 0.1 g, 0.00121 mol), (Z)-2-이소시아노-2-(3-옥소-2,3-디히드로-1H-인덴-1-일리덴)아세토나이트릴((Z)-2-isocyano-2-(3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)acetonitrile, 0.14 g, 0.00075 mol)을 넣고 5 분 동안 교반 한 후 화합물 5 (0.3 g, 0.00021 mol)을 톨루엔 (10 mL)을 에 녹여 넣어 준 후 100 oC에서 16 h 교반하였다. 상온으로 낮춘 후 얼음물에 부어 반응 종결 시키고 디클로로메탄으로 추출하고 유기층을 물로 씻어준 다음 MgSO4 로 건조시킨 후, 회전식 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 그 후 재결정으로 정제하여 화합물1을 얻었다 (0.35 g, 92%).
MS (ESI) m/z : 1734.73
1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.68-8.65(m,2H), 7.91-7.88(m,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.83-3.81(d,8H), 1.76-1.63(m,4H), 1.50-1.27(m,32H), 1.02(s,12H), 0.93-0.88(m,24H) δ (ppm)
(실시예2 내지 12)
상기 실시예1의 제조방법과 유사한 방법으로 각 화합물2 내지 화합물??을 제조하였다. 합성된 화합물의 MS 또는 1H-NMR을 하기 표1에 나타내었다.
| 실시예.# (화합물.#) |
MS or 1H-NMR |
| 실시예2 (화합물2) |
MS (ESI) m/z : 1762..76 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.83-3.81(d,8H), 2.42(s,6H), 1.76-1.63(m,4H), 1.50-1.27(m,32H), 1.02(s,12H), 0.93-0.88(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예3 (화합물3) |
MS (ESI) m/z : 1870.57 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.76(s,2H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.83-3.81(d,8H), 1.76-1.63(m,4H), 1.50-1.27(m,32H), 1.02(s,12H), 0.93-0.88(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예4 (화합물4) |
MS (ESI) m/z : 1806.69 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.83(s,2H), 8.62(s,2H), 7.71(s,2H), 7.54(s,2H), 7.46(s,2H), 7.22-7.16(t,4H), 6.94-6.88(m,8H), 6.83-6.79(m,4H), 3.78-3.76(d,8H), 1.71-1.58(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 0.97(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예5 (화합물5) |
MS (ESI) m/z : 1794.75 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.83-3.81(d,8H), 3.77(s,6H), 1.76-1.63(m,4H), 1.50-1.27(m,32H), 1.02(s,12H), 0.93-0.88(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예6 (화합물6) |
MS (ESI) m/z : 1774.67 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.83-3.81(d,8H), 2.36(s,6H), 1.76-1.63(m,4H), 1.50-1.27(m,32H), 1.02(s,12H), 0.93-0.88(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예7 (화합물7) |
MS (ESI) m/z : 1656.74 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.68-8.65(m,2H), 7.91-7.88(m,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 2.60-2.35(d,8H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예8 (화합물8) |
MS (ESI) m/z : 1684.77 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 2.60-2.35(d,8H), 2.42(s,6H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예9 (화합물9) |
MS (ESI) m/z : 1792.58 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.76(s,2H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 2.60-2.35(d,8H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예10 (화합물10) |
MS (ESI) m/z : 1728.70 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.83(s,2H), 8.62(s,2H), 7.71(s,2H), 7.54(s,2H), 7.46(s,2H), 7.22-7.16(t,4H), 6.94-6.88(m,8H), 6.83-6.79(m,4H), 2.60-2.35(d,8H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예11 (화합물11) |
MS (ESI) m/z : 1716.76 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.78-7.74(m,4H), 7.59(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H), 3.77(s,6H), 2.60-2.35(d,8H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
| 실시예12 (화합물12) |
MS (ESI) m/z : 1710.70 1H-NMR (300 MHz, CD2Cl2) : 8.88(s,2H), 8.67(s,2H), 7.51(s,2H), 7.27-7.21(t,4H), 6.99-6.93(m,8H), 6.88-6.84(m,4H),, 2.60-2.35(d,8H), 1.68-1.54(m,4H), 1.45-1.22(m,32H), 1.02(s,12H), 0.88-0.83(m,24H) δ(ppm) |
(실시예13)
유기 태양 전지의 제작
양극 투명전극(제 1전극)인 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 유기 기판을 세척용액이 포함된 탈이온수에 담궈, 초음파 세척기에 15분간 세척하고, 다시 탈이온수, 아세톤, 아이소프로필알코올(IPA)로 각각 3번씩 세정한 뒤, 130℃의 오븐에서 5시간 건조시켰다. 상기와 같이 세척된 ITO 유리 기판은 15분 자외선/오존 처리를 한 뒤, 30 nm 두께를 갖는 ZnO·NPs를 ITO 기판 상에 스핀 코팅하였다. 그리고 ZnO·NPs이 도포된 기판은 핫플레이트 상에서 100℃로 10분간 열처리하였다. 그리고 광활성층을 도포하기 위하여 아르곤으로 충진된 글로브 박스로 소자를 옮겼다. 광활성층은 본 발명의 화합물1(전자수용체)과 P3HT (Poly(3-hexylthiophene)) 전자공여체를 무게비 1:1의 비율로 클로로포름 용매에 녹여 제조하여 0.45 ㎛ (PTFE) 실린지 필터(syringe filter)를 통해 필터링한 유기 반도체 용액으로 스핀코팅 방법을 통하여 100 nm 두께로 ZnO층 위에 도포하여 제조하였다. 얻어진 소자 구조체를 열증착기 내 3 X 10-6 torr 진공 하에서 광활성층 상에 10 nm 두께의 MoO3, 최상부 전극으로써 100 nm 두께의 Ag 전극을 증착하여 유기 태양 전지를 완성하였다.
제작된 유기 태양 전지의 전기 특성인 개방전압(Voc), 단락전류(Jsc), 필펙터(Fill Factor, FF) 및 광전변환효율(Power Conversion Efficiency, PCE)을 확인하였다.
(실시예14 내지 24)
유기 태양 전지의 제작
상기 실시예19에서, 광활성층에 사용된 화합물1 대신 실시예2 내지 실시예18의 각 본 발명의 화합물을 사용하여, 유기 태양전지를 완성하였다. 이후, 제작된 유기 태양 전지의 전기 특성을 확인하였다.
(비교예1)
유기 태양 전지의 제작
본 발명의 화합물 대신 기존의 전자수용체(PC71BM)을 사용하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제작하여 그 특성을 비교하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 화합물을 전자수용체로서 광활성층에 채용한 유기 태양 전지는 6.94%이상의 광전변환효율을 구현할 수 있음을 확인하였다. 이와 같은 효과는, 본 발명에 따른 중심골격의 도입에 따른 것으로 예상된다.
상술한 본 발명에 따른 화합물을 채용한 경우, 우수한 광전변환효율의 구현은 물론 높은 단락전류(Jsc)와 충전율(FF)을 구현할 수 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명에 따른 화합물을 전자수용체로서 광활성층에 채용한 유기 태양 전지의 특성, 즉 광전변환효율에 있어서, 상온(25℃)은 물론 고온(예, 110℃이상)에서의 변화율이 극히 낮았다. 구체적으로, 본 발명에 따른 유기 태양 전지는 가혹조건의 환경에서도 최대 2,000시간까지 안정적인 특성 구현이 가능하여, 장기적인 안정성까지 확보할 수 있음을 확인하였다.
이와 같은 효과는, 기존의 전자수용체(PC71BM)을 사용한 유기 태양 전지 대비 현저하게 향상된 광전변환효율, 단락전류 및 충전율에 해당한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
Claims (9)
- 하기 화학식1로 표시되는 화합물:
[화학식1]
[상기 화학식1에서,
R11 내지 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C6-C20아릴 또는 C3-C20헤테로아릴이고, 상기 아릴 또는 헤테로아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노 및 할로C1-C30알킬에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고;
V11 및 V12는 각각 독립적으로 메틸리덴을 연결기로 하는 융합고리이고, 상기 융합고리는 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 상기 융합고리의 -CH2-는 카보닐, 술피닐 또는로 대체될 수 있으며, 상기 R은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, 할로C1-C30알킬, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Y11 내지 Y14는 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고;
상기 헤테로아릴은 N, O, S 및 Se로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.] - 제 1항에 있어서,
상기 V11 및 V12는 각각 독립적으로 하기 화학식2로 표시되는 것인, 화합물:
[화학식2]
[상기 화학식2에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
A는 방향족 융합고리로, 상기 방향족 융합고리는 C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 및 할로C1-C30알킬에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.] - 제 2항에 있어서,
상기 V11 및 V12는 각각 독립적으로 하기 화학식3 또는 4로 표시되는 것인, 화합물:
[화학식3]
[화학식4]
[상기 화학식3 및 4에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR21R22이고, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시, C1-C30알킬카보닐 또는 C1-C30알킬카보닐옥시이고;
Z1 및 Z2중 하나는 -CH=이고, 나머지 하나는 O, S 또는 Se이고;
Z3은 -C(R23)= 또는 N이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이거나 인접한 치환기인 R12 또는 R13과 연결되어 방향족 융합고리를형성할 수 있으며;
R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시, C1-C30알킬티오, 할로겐, 시아노, 니트로, 히드록시 또는 할로C1-C30알킬이다.] - 제 3항에 있어서,
상기 V11 및 V12는 상기 화학식4이고,
상기 화학식4의 상기 R12 내지 R14는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고; 상기 Z3은 -C(R23)=이고, 상기 R23은 수소, C1-C30알킬, C1-C30알콕시 또는 C1-C30알킬티오인, 화합물. - 제 1항에 있어서,
상기 R11, R12, R17 및 R18은 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고;
상기 R13 내지 R16은 각각 독립적으로 페닐, 나프틸 및 비페닐의 아릴이고, 상기 아릴은 각각 독립적으로 C1-C30알킬, C1-C30알콕시 및 C1-C30알킬티오에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된 것인, 화합물. - 제 1항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 유기 전자 소자.
- 제 6항에 있어서,
상기 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 박막 트랜지스터, 유기 광센서 또는 유기 태양 전지인, 유기 전자 소자. - 제 6항에 있어서,
상기 화합물은 유기 태양 전지의 광활성층에 포함되는 것인, 유기 전자 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 화합물은 전자수용체로 사용되는 것인, 유기 전자 소자.
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