KR20200027325A - 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

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KR20200027325A
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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{POLYMER AND ORGANIC SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
유기 태양 전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양 전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양 전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24%정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양 전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기물 반도체 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 엑시톤을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다. 전하가 손실되는 원인 중의 하나가 생성된 전자 및 정공이 재결합(recombination)에 의해 소멸하는 것이다. 생성된 전자나 정공이 손실되지 않고 전극에 전달되기 위한 방법으로 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분 추가 공정이 요구되고 이에 따라 제조 비용이 상승할 수 있다.
Two-layer organic photovoltaic cell(C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183.(1986))
본 명세서는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
[D]는 공액 단량체이고,
R1, R2, R10 및 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 밴드갭의 감소 및/또는 빛의 흡수량의 증가의 효과를 가질 수 있다. 이에 따라, 유기 태양 전지에 적용시, 높은 전류값(Isc) 및 우수한 효율을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 높은 효율의 구현과 동시에 적절한 용해도를 가지고 있어, 소자의 제작시에 시간 및/또는 비용적으로 경제적인 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 유기 태양 전지에서 단독 또는 다른 물질과 혼합하여 사용이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 화합물 a-2의 MS 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 화합물 a-2의 NMR 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 화합물 a-3의 MS 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 화합물 a-3의 NMR 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 도이다.
이하 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체를 제공한다.
상기 중합체는 R1, R2, R10 및 R11의 위치가 일정 위치에 치환되는 위치규칙성(region-regular)을 가짐으로써, 결정성이 우수하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 -A-D- 구조를 가지고 있다. 상기 중합체 내에서 [D]는 상대적으로 전자 주개(-D-)로서 작용을 하는데, 전자 받개(-A-) 부분이 위치규칙성을 나타냄으로써, [D]의 구조 및 형태에 큰 영향 없이 결정성을 유발할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "위치규칙성"이란 중합체 내의 구조에서 일정한 방향으로 치환기가 구비되는 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 1에서, R1이 R10과 상대적으로 먼 위치에 치환되며, R10과 R11이 [D]를 향하는 방향에 치환되는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 "단위"란 중합체에 포함되는 반복되는 구조를 의미한다. 즉, "단위"란 중합 반응에 의해서 중합체 내에서 2가기 이상의 형태로 포함되는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서 "단위를 포함"의 의미는 중합체 내의 주쇄에 포함된다는 의미이다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00002
는 다른 치환기, 단량체 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 단량체는 중합체 내에 포함되는 반복단위를 의미할 수 있다. 예컨대, 중합체 내의 공액 단량체는 공액 단량체로부터 유래된 반복단위를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, “조합”은 하나의 구조를 여러 개 연결하거나, 상이한 종류의 구조를 연결하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, “유래”란 중합체 내의 인접한 적어도 2개의 원소간의 결합이 끊기거나, 수소 또는 치환기가 떨어져 나가면서 새로운 결합이 발생하는 것을 의미하며, 상기 공액 단량체로부터 유래된 반복단위는 중합체의 주쇄 및 측쇄 중 하나 이상을 형성하는 단위를 의미할 수 있다. 상기 단위는 중합체 내 주쇄에 포함되어 중합체를 구성할 수 있다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 이미드기; 아미드기; 카르보닐기; 에스테르기; 히드록시기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 알케닐기; 실릴기; 아민기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실, 4-메틸노네인, 4-에틸노네인, 5-메틸헥실, 5-메틸운데케인, 5-에틸운데케인, 5-프로필운데케인, 7-메틸펜타데케인, 7-에틸펜타데케인 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 헤테로고리기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨라닐기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 피리딜기, 바이피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 트리아졸릴기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미딜기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌릴기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤리닐기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00003
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
본 명세서에서 카르보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00005
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 모노알킬아민기; 디알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 모노아릴아민기; 디아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기, 모노헤테로아릴아민기 및 디헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기, N-페닐바이페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; N-바이페닐나프틸아민기; N-나프틸플루오레닐아민기; N-페닐페난트레닐아민기; N-바이페닐페난트레닐아민기; N-페닐플루오레닐아민기; N-페닐터페닐아민기; N-페난트레닐플루오레닐아민기; N-바이페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐렌기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 알케닐기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 2가의 헤테로고리기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1, R2, R10 및 R11는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1, R2, R10 및 R11는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 분지쇄 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10 및 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10 및 R11은 각각 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 [D]는 공액 단량체이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공액 단량체는 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기 중 1 또는 2 이상의 기의 조합을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공액 단량체는 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함한다.
Figure pat00007
상기 구조에 있어서,
a, a', b, b', c, c', d 및 d'은 각각 1 내지 5의 정수이고,
a, a', b, b', c, c', d 및 d'이 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
X10 내지 X29는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRa, CRaRb, SiRaRb, PRa 또는 GeRaRb이며,
R110 내지 R139, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공액 단량체는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00008
상기 구조에 있어서,
a, a', b 및 b' 은 각각 1 내지 5의 정수이고,
a, a', b 및 b' 이 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
X10 내지 X15, X24, X25 및 X27 내지 X29는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRa, CRaRb, SiRaRb, PRa 또는 GeRaRb이며,
R110 내지 R115, R126 내지 R131, R134 내지 R139, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X10 내지 X15, X24, X25 및 X27 내지 X29는 각각 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R110 내지 R115는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R110 내지 R115는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R110 및 R111은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 분지쇄 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R112 내지 R115는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R112 내지 R115는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R126 내지 R131은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R126 내지 R131은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R126 및 R127은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 분지쇄 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R126 및 R127은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 분지쇄 알킬기이다.
명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R128 내지 R131은 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R134 내지 R139는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R134 및 R139는 서로 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R135 및 R138은 서로 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R136 및 R137은 서로 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R134 및 R139는 각각 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R135 및 R138은 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R136 및 R137은 각각 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R136 및 R137은 각각 수소; 또는 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R136 및 R137은 각각 수소; 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 구조 중 어느 하나를 포함한다.
Figure pat00009
Figure pat00010
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 n개 포함하고, 상기 n은 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 2 내지 5,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 5 내지 1,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 치환 또는 비치환된 티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기다.
본 명세서의 일 실시상태는, 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개(donor) 및 전자 받개(acceptor)를 포함하고, 상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개는 플러렌, 플러렌 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로 상기 전자 받개 물질은 PC60BM(phenyl C60-butyric acid methyl ester), PC61BM(phenyl C61-butyric acid methyl ester) 또는 PC71BM(phenyl C71-butyric acid methyl ester)가 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 1:10 내지 10:1의 중량비로 혼합될 수 있다. 구체적으로, 전자 주개 및 전자 받개는 1:1 내지 1:10의 중량비로 혼합될 수 있으며, 더 구체적으로, 전자 주개 및 전자 받개는 1:1 내지 1:5의 중량비로 혼합될 수 있다. 필요에 따라, 전자 주개 및 전자 받개는 1:1 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 기판, 전자수송층 및 정공수송층을 더 포함한다.
도 1은 기판(10), 제1 전극(20), 전자수송층(30), 광활성층(40), 정공수송층(50) 및 제2 전극(60)을 포함하는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 제2 전극은 캐소드이다. 본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노멀구조에서는 기판, 제1 전극, 정공수송층, 광활성층을 포함하는 유기물층, 전자수송층 및 제2 전극의 순서로 적층될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조에서는 기판, 제1 전극, 전자수송층, 광활성층을 포함하는 유기물층, 정공수송층 및 제2 전극의 순서로 적층될 수 있다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 제1 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100℃ 내지 150℃에서 1분 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
제1 전극의 형성을 위한 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있다.
제1 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 제1 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 제2 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다.
상기 정공수송층은 정공수송 물질로 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등을 포함할 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층은 전자수송 물질로 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등을 포함할 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 광활성층은 전자 주개 및/또는 전자 받개와 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 중합체의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 태양 전지의 제조는 이하 제조예 및 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 중합체 1의 제조
(1) 화합물 a-2의 제조
Figure pat00011
50mL 톨루엔(toluene)에 화합물 a-1(2.95g, 4.1mmol)을 녹이고, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(58mg, 0.05mmol)를 넣고, 110℃에서 48시간 동안 반응하였다. 냉각 후 생성된 잔류물을 메탄올에 침전시키고, 여과한 후 물로 세척하였다. 그 후 건조과정을 통해 용매를 증발시키고, 잔류 생성물은 속성 크로마토그래피(flash chromatography)(eluent: hexane:dichloromethane=9.5:0.5)를 통하여 정제하였다. 그 후, 메탄올, 아세톤으로 세척하고, 진공 조건에서 24시간 건조하여 화합물 a-2를 1.85g 얻었다.
도 2는 화합물 a-2의 MS 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 화합물 a-2의 NMR 측정 결과를 나타낸 도이다.
(2) 화합물 a-3의 제조
Figure pat00012
100mL의 플라스크에 화합물 a-2(0.76g, 0.68mmol) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 40mL을 채운 후 0℃로 냉각하였다. 그 후, N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide, NBS)(0.28g, 1.57mmol)을 넣고 24시간 교반하였다. 반응 후, 메틸렌클로라이드(methylene cholorid)로 추출하고, 합성된 유기물층을 물로 충분히 세척하였다. 유기 추출물을 무수 황산 마그네슘(anhydrous MgSO4)으로 잔여 물을 제거하여 화합물 a-3을 0.51g 얻었다.
도 4는 화합물 a-3의 MS 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 화합물 a-3의 NMR 측정 결과를 나타낸 도이다.
(3) 중합체 1의 제조
Figure pat00013
질소(N2) 분위기 하에서 100mL의 플라스크에 12mL의 톨루엔, 3mL의 디메틸포름아미드(DMF), 화합물 a-3(0.22mmol) 및 화합물 A(0.22mmol)를 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(2mol%)를 넣고 110℃에서 48시간 동안 교반하였다. 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 12시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로벤젠 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로벤젠으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 필터하고, 진공조건하에서 건조하여 중합체 1을 98mg 얻었다. 이때, 수 평균 분자량(Mn)을 측정하여, 중합체 1이 제조되었음을 확인하였다. (수율: 30%, Mn=9,200g/mol, PDI=2.1)
제조예 2. 중합체 2의 제조
Figure pat00014
질소(N2) 분위기 하에서 100mL의 플라스크에 12mL의 톨루엔, 3mL의 DMF, 화합물 a-3(0.22mmol) 및 화합물 B(0.22mmol)를 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(2mol%)를 넣고 110℃에서 48시간 동안 교반하였다. 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 12시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로벤젠 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로벤젠으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 필터하고, 진공조건하에서 건조하여 중합체 2를 344mg 얻었다. 이때, 수 평균 분자량(Mn)을 측정하여, 중합체 2가 제조되었음을 확인하였다. (수율: 88%, Mn=27,500g/mol, PDI=1.9)
제조예 3. 중합체 3의 제조
Figure pat00015
화합물 a-3(0.22mmol) 및 화합물 C(0.22mmol)를 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(2mol%)를 넣고 110℃에서 48시간 동안 교반하였다. 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 12시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로벤젠 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로벤젠으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 필터하고, 진공조건하에서 건조하여 중합체 3을 327mg 얻었다. 이때, 수 평균 분자량(Mn)을 측정하여, 중합체 3이 제조되었음을 확인하였다. (수율: 75%, Mn=22,100g/mol, PDI=1.7)
제조예 4. 중합체 4의 제조
Figure pat00016
질소(N2) 분위기 하에서 100mL 의 플라스크에 12mL의 톨루엔, 3mL의 DMF, 화합물 a-3(0.22mmol) 및 화합물 D(0.22mmol)를 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(2mol%)를 넣고 110℃에서 48시간 동안 교반하였다. 0.5mL 의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 12시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로벤젠 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로벤젠으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 필터하고, 진공조건하에서 건조하여 중합체 4를 280mg 얻었다. 이때, 수 평균 분자량(Mn)을 측정하여, 중합체 4가 제조되었음을 확인하였다. (수율: 88%, Mn=24,300g/mol, PDI=1.6).
제조예 5. 중합체 5의 제조
Figure pat00017
질소(N2) 분위기 하에서 100mL 의 플라스크에 12mL 의 톨루엔, 3mL 의 DMF, 화합물 a-3(0.22mmol) 및 화합물 E(0.22mmol)를 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(2mol%)를 넣고 110℃에서 48 시간 동안 교반하였다. 0.5mL 의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 12 시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로벤젠 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로벤젠으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 필터하고, 진공조건하에서 건조하여 중합체 5를을 295mg 얻었다. 이때, 수 평균 분자량(Mn)을 측정하여, 중합체 5가 제조되었음을 확인하였다. (수율: 84%, Mn=29,100g/mol, PDI=1.5)
실시예 1.
상기 제조예 1에서 제조한 중합체 1을 전자 주개로 사용하고, PC61BM을 전자 받개로 사용하여 1:2 비율로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composite solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2.0 wt%로 조절하였으며, 유기 태양 전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag의 구조로 하였다. ITO가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리한 후 ZnO 전구체 용액을 스핀 코팅하여 120℃에서 10분 동안 열처리하였다. 그 후 복합용액을 0.45μm PTFE 주사기 필터(syringe filter)로 여과한 다음 스핀 코팅하여 광활성층을 형성하였다. 그 후 열증착기에서 MoO3를 0.4Å/s의 속도로 5nm 내지 20nm의 두께로 상기 광활성층 상에 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 그 후 열증착기 내부에서 Ag를 1Å/s의 속도로 상기 정공수송층 상에 10nm로 증착하여 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 중합체 1 대신 중합체 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1에서 중합체 1 대신 중합체 3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1에서 중합체 1 대신 중합체 4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1에서 중합체 1 대신 중합체 5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 5에서 제조된 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 표 1 및 도 6에 그 결과를 나타내었다.
Voc
(V)		 Jsc
(mA/cm2)		 FF η
(%)
실시예 1 0.74 13.8 67 6.84
실시예 2 0.72 13.1 57 5.38
실시예 3 0.73 13.3 54 5.24
실시예 4 0.72 13.6 68 6.65
실시예 5 0.72 13.3 69 6.61
상기 표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, η은 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.
상기 표 1로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체가 유기 태양 전지의 광활성층에서, 전자 주개로 작용가능한 것을 확인할 수 있다.
10: 기판
20: 제1 전극
30: 전자수송층
40: 광활성층
50: 정공수송층
60: 제2 전극

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체:
    [화학식 1]
    Figure pat00018

    상기 화학식 1에 있어서,
    [D]는 공액 단량체이고,
    R1, R2, R10 및 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공액 단량체는 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기 중 1 또는 2 이상의 기의 조합을 포함하는 것인 중합체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공액 단량체는 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 것인 중합체:
    Figure pat00019

    상기 구조에 있어서,
    a, a', b, b', c, c', d 및 d'은 각각 1 내지 5의 정수이고,
    a, a', b, b', c, c', d 및 d'이 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
    X10 내지 X29는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRa, CRaRb, SiRaRb, PRa 또는 GeRaRb이며,
    R110 내지 R139, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 구조 중 어느 하나를 포함하는 것인 중합체:
    Figure pat00020

    Figure pat00021
  5. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 항에 따른 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고,
    상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션 구조인 것인 유기 태양 전지.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.
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