KR20220152761A - 인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 이를 함유한 페로브스카이트 전자소자 - Google Patents

인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 이를 함유한 페로브스카이트 전자소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 인돌 화합물은 페로브스카이트 구조체에 포함되어 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 안정성 및 광전 변환 효율을 향상시킨다.

Description

인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 이를 함유한 페로브스카이트 전자소자{Indole compound, perovskite compound containing the same, and perovskite electronic device containing the same}
본 발명은 인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물 및 이를 포함하는 페로브스카이트 전자소자에 관한 것이다.
근래 전자소자의 플렉서블 소자에 대한 관심이 증가하면서 유기물 반도체에 대한 연구가 급증하고 있으나, 이에 반해 박막 트랜지스터는 만족할 만한 수준에 도달하지 못하고 있다.
종래의 유기물 박막 트랜지스터에서 반도체층으로 널리 사용되던 고분자는 낮은 이동도에 의해 스위칭 특성이 좋지 못하고, 또한 외부 공기와의 반응으로 쉽게 열화 및 산화가 되어 내구성이 낮은 단점이 있다.
이에 따라 유기물 기반의 소자들은 여전히 무기물 박막 트랜지스터에 의해 구동되고 있다. 그러나 무기물 박막 트랜지스터는 고온 공정을 필요로 하기 때문에 플라스틱 기판 기반의 플렉서블 소자에는 적용이 어려울 뿐만 아니라, 전하이동도 및 내구성 등에서도 여전히 개선이 필요한 상태이다.
한편 유-무기 페로브스카이트 화합물로 불리는 페로브스카이트 구조의 유-무기 하이브리드 할라이드 페로브스카이트 결정(inorganic-organic halide perovskite crystals)은 우수한 광 흡수 특성, 긴 전하 캐리어 확산 길이, 높은 흡수 계수, 낮은 트랩 밀도 및 작은 엑시톤 결합 에너지를 가질 뿐만 아니라 용액 공정을 통해 쉽게 합성이 가능한 장점 등을 가져 현재 주로 태양전지의 흡광체로 사용되고 있다.
유-무기 페로브스카이트 화합물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온 (X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식으로 대표된다.
유-무기 페로브스카이트 화합물은 반도체로서도 매우 큰 가능성을 가지고 있다.
특히 제조 비용이 저렴하고, 제조 및 트랜지스터 제작 공정이 간단하고 전기적 성질을 조절하기 쉬운 유기물 소재의 장점과 높은 전하 이동도 및 기계적, 열적 안정성을 가지는 무기물 소재의 장점을 모두 가질 수 있다.
그러나 아직 만족할 만한 수준의 전하이동도, 점멸비 및 내구성 등을 가진 페로브스카이트 화합물을 얻지 못하였으며 이에 대한 연구가 여전히 필요한 실정이다.
미국등록공보특허 제9583633호(2017.02.28)
본 발명은 인돌 화합물 및 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물을 제공한다.
또한 본 발명은 본 발명의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 전자소자를 제공한다.
본 발명은 페로브스카이트 전자소자에 포함되어 결정성 및 전기특성을 향상시킬 수 있는, 페로브스카이트 화합물에 포함되는 인돌 화합물 및 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물을 제공하는 것으로, 본 발명의 인돌 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 작용기를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서
L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
s는 0 내지 3의 정수이다.)
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1에서 L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R3은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; s는 0 내지 1의 정수일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 인돌 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 2에서,
D는 C6-C30아릴 또는 C3-C30헤테로아릴이며;
L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
s는 0 내지 3의 정수이며;
상기 D의 아릴 및 헤테로아릴은 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 및
Figure pat00003
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C20알케닐렌이며;
R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
t는 0 내지 3의 정수이다.)
보다 향상된 안정성 및 광전 변환 효율을 가기지위한 측면에서 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서 D는 C3-C20헤테로아릴이며; L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며; s는 0 내지 3의 정수이며; 상기 D의 헤테로아릴은 할로겐, C1-C5알킬, 할로C1-C5알킬, C1-C5알콕시 및
Figure pat00004
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며; L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며; R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R13은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; t는 0 내지 3의 정수일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서 A는 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
(상기 구조식에서, Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
R21 내지 R27은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 또는
Figure pat00007
이며;
L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
t는 0 내지 3의 정수이다.)
보다 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2는 하기 화학식 3 또는 4로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00008
[화학식 4]
Figure pat00009
(상기 화학식 3 및 4에서,
L2 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C10알킬렌이며;
R1, R2, R11 및 R12는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
R21 내지 R23은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시 또는 C1-C10알콕시카보닐이다.)
또한 본 발명은 본 발명의 인돌 화합물, 금속 양이온 및 비금속 음이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 제공한다.
바람직하게 본 발명의 금속 양이온은 2가의 금속 양이온이며, 비금속 음이온은 할로겐 음이온, 칼코겐 음이온 또는 할로겐 음이온과 칼코겐 음이온의 복합음이온을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비금속 음이온은 할로겐 음이온일 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 전자소자를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 페로브스카이트 전자소자는 전계발광소자, 태양전지 또는 박막트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 인돌 화합물은 페로브스카이트 구조체에 포함되어 이를 포함하는 페로브스카이트 전자소자의 광 및 수분 등에 대한 안정성 뿐만 아니라 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
나아가 본 발명의 인돌 화합물은 치환기를 용이하게 도입 및 변화시켜 이를 구조체에 포함하는 페로브스카이트 화합물의 결정성 및 안정성을 향상시킨다.
또한 본 발명의 인돌 화합물을 포함한 페로브스카이트 화합물은 간단한 공정으로 제조되며 높은 순도를 가져 이를 채용한 페로브스카이트 전자소자는 향상된 전기특성을 가진다. 특히 페로브스카이트 박막트랜지스터는 우수한 전하이동도 및 점멸비를 가지면서도 고온안정성이 매우 우수하다.
따라서 본 발명의 페로브스카이트 전자소자는 본 발명의 인돌 화합물을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 사용함으로써 용액 도포법 등의 간단한 공정으로 용이하게 제조가 가능하며, 저가로 짧은 시간에 대량생산이 가능하여 페로브스카이트 전자소자의 사용화가 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 인돌 화합물이 포함된 페로브스카이트 화합물의 XRD 그래프를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 인돌 화합물이 포함된 페로브스카이트 화합물로 제조된 페로브스카이트 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 인돌 화합물이 포함된 페로브스카이트 화합물로 제조된 페로브스카이트 박막의 XRD 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 인돌 화합물이 포함된 페로브스카이트 화합물로 제조된 페로브스카이트 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 5에서 제조된 페로브스카이트 박막트랜지스터의 모식도를 나타내었다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 페로브스카이트 박막을 채용한 박막 트랜지스터의 전기적 출력 및 특성을 나타낸 그래프이다.
하기에 본 발명의 다양한 실시양태의 충분한 이해를 제공하기 위한 특정의 구체적 세부사항을 기재한다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 이들 세부사항없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐 기재된 "포함하다" 및 그의 변형, 예컨대, "포함한다" 및 "포함하는"은 개방된 포괄적인 의미로 (즉, "포함하나 이에 제한되지는 않는" 것으로) 해석되어야 한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예에 따른" 또는 "일 실시예"에 대한 언급은 그 실시양태와 관련하여 기재된 특정한 특색, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 기재된 "일 실시예에 따른" 또는 "일 실시예에서"의 출현은 동일한 실시양태를 반드시 모두 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특색, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명에 기재된 "페로브스카이트 화합물"은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 비금속 음이온 (X)으로 이루어지는 유-무기 하이브리드 할라이드 페로브스카이트 결정(inorganic-organic halide perovskite crystals)으로, "유-무기 페로브스카이트 화합물" "유-무기 하이브리드 복합 페로브스카이트"및 "유-무기 복합 페로브스카이트"과 동일한 의미를 가진다.
본 발명에 기재된 "알킬"은 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함하며, 1 내지 10개의 탄소원자, 바람직하게 1 내지 7개의 탄소원자일 수 있다. 또한 또 다른 양태에 있어서 알킬은, 1 내지 6개의 탄소원자, 바람직하게는 1 내지 5개의 탄소원자, 바람직하게는 1 내지 4의 탄소원자 또는 1 내지 3의 탄소원자를 가질 수 있다.
본 발명에 기재된 "할로겐" 및 "할로"는 플루오린, 클로린, 브로민 또는 아이오딘을 의미한다.
본 발명에 기재된 "할로알킬" 은 각각 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 알킬 그룹을 의미한다. 예를 들어, 할로알킬은 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CBr3, -CHBr2, -CH2Br, -CC13, -CHC12, -CH2CI, -CI3, -CHI2, -CH2I, -CH2-CF3, -CH2-CHF2, -CH2-CH2F, -CH2-CBr3, -CH2-CHBr2, -CH2-CH2Br, -CH2-CC13, -CH2-CHC12, -CH2-CH2CI, -CH2-CI3, -CH2-CHI2, -CH2-CH2I, 및 이와 유사한 것을 포함한다. 여기에서 알킬 및 할로겐은 위에서 정의된 것과 같다.
본 발명에 기재된 "알케닐"은 2 내지 10개, 바람직하게 2 내지 7의 탄소 원자, 바람직하게 2 내지 5의 탄소원자 및 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 포화된 직쇄상 또는 분지상 비-고리 탄화수소를 의미한다. 대표적인 직쇄상 및 분지상 (C2-C10) 알케닐은 -비닐, -알릴, -1-부테닐, -2-부테닐, -이소부틸레닐, -1-펜테닐, -2-펜테닐, -3-메틸-1-부테닐, -2-메틸-2-부테닉, -2,3-디메틸-2-부테닐, -1-헥세닐(hexenyl), -2-헥세닐, -3-헥세닐, -1-헵텐닐, -2-헵텐닐, -3-헵테닐, -1-옥테닐, -2-옥테닐, -3옥테닐, -1-노네닐(nonenyl), -2-노네닐, -3-노네닐, -1-디세닐, -2-디세닐, 및 -3-디세닐을 포함한다. 이러한 알케닐 그룹은 선택적으로 치환될 수 있다. 알케닐은 시스 및 트란스 배향, 또는 대안적으로, E 및 Z 배향을 갖는 라디칼을 포함한다.
본 발명에 기재된 "알콕시"는 -OCH3, -OCH2CH3, -O(CH2)2CH3, -O(CH2)3CH3, -O(CH2)4CH3, -O(CH2)5CH3, 및 이와 유사한 것을 포함하는 -O-(알킬)을 의미하며, 여기에서 알킬은 위에서 정의된 것과 같다.
본 발명에 기재된 "아릴"은 5 내지 10의 고리 원자를 함유하는 탄소고리 방향족 그룹을 의미한다. 대표적인 예는 페닐, 톨일(tolyl), 자이릴(xylyl), 나프틸, 테트라하이드로나프틸, 안트라세닐(anthracenyl), 플루오레닐(fluorenyl), 인데닐(indenyl), 아주레닐(azulenyl) 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 나아가 아릴은 탄소고리 방향족 그룹과 그룹이 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되거나, B, O, N, C(=O), P, P(=O), S, S(=O)2 및 Si원자로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자로 연결된 것도 포함한다.
본 발명에 기재된 "헤테로아릴"은 질소, 산소 및 황으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 가지고, 모노- 및 바이사이클릭 링 시스템을 포함하는 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는 5 내지 10 멤버의 방향족 헤테로고리(heterocycle) 링이다. 대표적인 헤테로아릴은 트리아졸일, 테트라졸일, 옥사디아졸일, 피리딜, 퓨릴, 벤조퓨라닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 퀴노리닐, 피롤일(pyrrolyl), 인돌일, 옥사졸일, 벤족사졸일(benzoxazolyl), 이미다졸일, 벤즈이미다졸일, 티아졸일(thiazolyl), 벤조티아졸일, 이속사졸일, 파이라졸일(pyrazolyl), 이소티아졸일, 피리다지닐, 피리미디닐, 파이라지닐, 트리아지닐, 신놀리닐(cinnolinyl), 프탈라지닐, 퀴나졸리닐, 피리미딜, 옥세타닐, 아제피닐, 피페라지닐, 모포리닐(morpholinyl), 디옥사닐, 티에타닐 및 옥사졸일이다. 헤테로아릴 그룹은 모노사이클릭 또는 바이사이클릭일 수 있다. 헤테로아릴은 용어 헤테로아릴환, 헤테로아릴 그룹 또는 헤테로방향족과 혼용하여 사용될 수 있으며, 이들 용어는 모두 임의로 치환된 환을 포함할 수 있다. 또한 헤테로아릴은 두 개이상의 헤테로아릴이 단일결합, 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결된 경우에도 포함된다.
본 발명에 기재된 “알콕시카보닐”은 알콕시-C(=O)-* 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 ‘알콕시’는 상기 정의한 바와 같다. 이러한 알콕시카보닐 라디칼의 예는 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 이소프로폭시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 이소부톡시카보닐, t-부톡시카보닐 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 기재된 "알킬렌" 및 "알케닐렌"은 각각 "알킬" 및 "알케닐렌"에서 하나의 수소 제거에 의해 유도된 2가 유기 라디칼을 의미하며, 상기 알킬 및 알케닐렌의 각각의 정의를 따른다.
본 발명에 기재된 "하이드록시"는 -OH를 의미하고, "나트로"는-NO2를 의미하고, "아미노"는 -NH2를 의미한다.
본 발명에 기재된 알킬, 알콕시 등에 기재된 탄소수는 치환기의 탄소수를 포함하지 않은 것으로, 일례로 (C1-C10)알킬은 알킬의 치환기의 탄소수가 포함되지 않은 탄소수 1 내지 10의 알킬을 의미한다.
본 발명에 기재된, "치환된"(substituted)은 치환되는 부분(예를 들어, 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로사이클 또는 사이클로알킬)의 수소 원자가 치환기로 대체되는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 치환되는 그룹의 각각의 탄소원자는 2개의 치환기이상 치환되지 않는다. 다른 실시예에서, 치환되는 그룹의 각각의 탄소원자는 1개의 치환기 이상 치환되지 않는다. 치환체와 관련하여 별도의 기재가 없는 한, 본 발명의 임의로 치환된 치환체로는 하이드록시, 시아노, 나이트릴, 할로겐, 니트로, 아미노, C1-C10알킬, C1-C10알케닐, C1-C10할로알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C3-C12시클로알킬, C6-C12아릴 C1-C10알킬, C6-C12아릴, C3-C12헤테로아릴 C6-C12아릴옥시 및
Figure pat00010
(여기서의 치환기 정의는 화학식 2에서의 정의와 동일하다.)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며 등을 포함한다.
이하 페로브스카이트 구조체에 포함될 수 있는 인돌 화합물, 이를 포함하는 페로브스카이트 화합물과 페로브스카이트 화합물을 채용한 페로브스카이트 전자소자를 상세히 설명한다. 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 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 페로브스카이트 화합물에 포함되어 향상된 물성을 나타낼 수 있는 인돌 화합물을 제공하는 것으로, 본 발명의 인돌 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 작용기를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00011
(상기 화학식 1에서
L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
s는 0 내지 3의 정수이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 하기 화학식 1로 표시되는 작용기는 인돌 골격에 암모늄 양이온 및 할로겐 음이온을 가짐으로써 페로브스카이트 화합물에 포함되어 페로브스카이트 구조체를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 이를 포함하는 페로브스카이트 전자소자는 안정성 및 전기특성이 향상된다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1에서 L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R3은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; s는 0 내지 1의 정수일 수 있으며, 보다 바람직하게는 L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C5알킬렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; R3은 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; s는 0일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인돌 화합물은 화학식 1로 표시되는 작용기를 가지는 화합물이면 모두 가능하며, 바람직하게 화학식 1로 표시되는 작용기를 하나 또는 둘을 가지는 하이드로카본 또는 헤테로카본 화합물일 수 있다.
보다 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 인돌 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 작용기를 하나 또는 둘을 가지는 헤테로카본 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인돌 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00012
(상기 화학식 2에서,
D는 C6-C30아릴 또는 C3-C30헤테로아릴이며;
L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
s는 0 내지 3의 정수이며;
상기 D의 아릴 및 헤테로아릴은 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 및
Figure pat00013
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C20알케닐렌이며;
R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
t는 0 내지 3의 정수이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2로 표시되는 인돌 화합물은 2가의 금속이온 및 할로겐 이온을 포함하여 페로브스카이트 구조체를 형성하여 이를 채용한 페로브스카이트 전자소자의 안정성 및 전기특성을 향상시킵니다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서, D는 C3-C20헤테로아릴이며; L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며; s는 0 내지 3의 정수이며; 상기 D의 헤테로아릴은 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시 및
Figure pat00014
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며; L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며; R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며; R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며; t는 0 내지 3의 정수일 수 있다.
보다 바람직하게 본 발명의 화학식 2에서 D는 C3-C20헤테로아릴이며; L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C5알킬렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R3은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; s는 0 내지 3의 정수이며; 상기 D의 헤테로아릴은 할로겐, C1-C5알킬, 할로C1-C5알킬, C1-C5알콕시 및
Figure pat00015
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며; L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C5알킬렌이며; R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; R13은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; t는 0 내지 3의 정수일 수 있으며,
더욱 좋기로는 D는 C3-C20헤테로아릴이며; L1은 단일결합이며; L2는 C1-C5알킬렌이며; R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; R3은 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; s는 0이며; 상기 D의 헤테로아릴은 할로겐, C1-C5알킬, 할로C1-C4알킬, C1-C4알콕시 및
Figure pat00016
에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며; L11은 단일결합이며; L12는 C1-C4알킬렌이며; R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; R13은 할로겐, C1-C4알킬 또는 할로C1-C4알킬이며; t는 0일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서 A는 하기 구조에서 선택될 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
(상기 구조식에서, Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
R21 내지 R27은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 또는
Figure pat00019
이며;
L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
t는 0 내지 3의 정수이다.)
보다 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서 A는 하기 구조에서 선택될 수 있다.
Figure pat00020
(상기 구조식에서, Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 S 또는 Se이며;
R21 내지 R25는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬또는
Figure pat00021
이며;
L11은 단일결합이며; L12는 C1-C10알킬렌이며;
R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
t는 0이다.)
향상된 안정성 및 전기특성을 구현하기 위한 측면에서 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2는 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00022
[화학식 4]
Figure pat00023
상기 화학식 3 및 4에서,
L2 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C10알킬렌이며;
R1, R2, R11 및 R12는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
R21 내지 R23은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시 또는 C1-C10알콕시카보닐이다.)
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3 또는 4에서 L2 및 L12는 서로 독립적으로 C1-C10알킬렌이며; R1, R2, R11 및 R12는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며; Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 S 또는 Se이며; R21 내지 R23은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬, 할로C1-C5알킬 또는 C1-C5알콕시일 수 있으며, 보다 바람직하게 L2 및 L12는 서로 독립적으로 C1-C5알킬렌일 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 인돌 화합물은 하기 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정이 있는 것은 아니다.
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
본 발명의 상기 화학식 2로 표시되는 인돌 화합물은 유기 합성 분야에서 사용되는 방법이라면 모두 가능하나, 일례로 하기 반응식으로 제조될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[반응식 1]
Figure pat00028
(상기 반응식 1에서 치환기의 정의는 상기 화학식 2에서의 정의와 동일하며, R31, R32 및 R33은 서로 독립적으로 C1-C20알킬이며; T는 이탈기이며; X는 할로겐이다.]
또한 본 발명은 본 발명의 인돌 화합물, 금속 양이온 및 비금속 음이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 양이온은 2가의 금속 양이온이며, 비금속 음이온은 할로겐 음이온, 칼코겐 음이온 또는 할로겐 음이온과 칼코겐 음이온의 복합음이온일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 양이온은 페로브스카이트 구조체를 형성할 수 있는 금속 양이온이면 모두 가능하나, 바람직하게 2가의 금속 음이온일 수 있으며, 일례로 Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게 Sn2+, Pb2+, Cu2+, Co2+ 및 Cu2+에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비금속 음이온은 할로겐 음이온일 수 있으며, 구체적으로 Cl-, Br- 및 I-에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게 Br-, I- 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인돌 화합물, 금속 양이온 및 비금속 음이온을포함하는 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 11로 표시될 수 있다.
[화학식 11]
AMX1 aX2 2-aX3 b
(상기 화학식 11에서,
A는 상기 화학식 2에서 I-가 제외된 1가 또는 2가의 암모늄 이온이며;
M은 Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 하나 또는 둘 이상의 금속이온이며,
X-1 내지 X3은 서로 독립적으로 할로겐이며;
a는 0 내지 2의 정수이고, b는 A의 이온가에 따라 0 또는 1이다.)
보다 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 11에서 A는 상기 화학식 3 또는 4에서 I-가 제외된 암모늄 이온이며;
M은 2가의 금속 이온이며, X-1 내지 X3은 서로 독립적으로 Br- 또는 I- 이며;
a는 0 내지 2의 정수이고, b는 A의 이온가에 따라 0 또는 1일 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 전자소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자는 전계발광소자, 태양전지 또는 박막트랜지스터일 수 있으며, 바람직하게 페로브스카이트 박막트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 박막트랜지스터는 기판; 상기 기판상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극상에 형성된 절연막; 상기 절연막의 상부에 형성된 소스 전극; 상기 절연막상에 형성되고, 상기 소스 전극과 대응되게 형성된 드레인 전극; 및 상기 절연막, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극의 상부에 형성되며, 본 발명의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 반도체층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 박막트랜지스터는 본 발명의 인돌 화합물을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 반도체층으로 포함함으로써 향상된 전기특성을 가진다.
본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 박막 트랜지스터는 폴리머층을 포함할 수 있으며, 폴리머층은 소스 전극, 드레인 전극 및 절연막의 상부에 위치하며, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 구비된 뱅크를 포함할 수 있다. 그리고, 뱅크는 반도체층이 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머층은 포토레지스트(PR, Photoresist), 폴리이미드(polyimide), 포토 아크릴(photo acrylic)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 박막 트랜지스터에 사용되는 기판은 사파이어(sapphire), 질 화갈륨(GaN; gallium nitride), 갈륨 비소(GaAs; gallium arsenide), 스피넬(spinel), 실리콘(Si; silicon), 인화 인듐(InP; indium phosphide) 및 실리콘 카바이드(SiC; silicon carbide) 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 박막 트랜지스터에서 통상적으로 사용되는 재질의 기판이면 모두 가능하다. 바람직하게 기판은 실리콘(Si) 기판일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 게이트 전극은 금속 및 투명 전도성 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 금속은 Au, Ti, Al, Mo 및 Pd 중 어느 하나의 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 물질은 비정질 산화물, 결정질 산화물, 그래핀(graphene) 및 고분자 유기물 중 적어도 하나 이상의 물질일 수 있으나, 이에 한정이 있는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 전극은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있고, 상기 몰리브덴은 40 nm의 두께로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 전극은 유기 나노와이어 리소그래피(organic nanowire lithography), 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 열증착(thermal evaporation), 프린팅(printing), 소프트리소그래피(soft lithography), 및 스퍼터링(sputtering) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 스퍼터링으로 기판상에 증착될 수 있다. 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 기판의 상부에 패터닝되어 형성되고, 형성된 게이트 전극과 기판의 상부에 몰리브덴으로 도포될 수 있다. 또한, 게이트 전극은 40nm 두께를 갖도록 기판 상에 스퍼터링 증착하여 패터닝을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연막은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx), 알루미늄 산화막(Al2Ox), 하프늄 산화막(HfO2), 마그 네슘 산화막(MgO), 티타늄 산화막(TiO2), 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 갈륨 산화막(Ga2O3) 및 지르코늄 산화막(ZrO2)으 로 이루어진 군에서 1 이상 선택될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 절연막은 유기 나노와이어 리소그래피(organic nanowire lithography), 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 열증착 (thermal evaporation), 프린팅(printing), 소프트리소그래피(soft lithography), 및 스퍼터링(sputtering) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 바람직하게 스핀 코팅으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소스 전극 및 드레인 전극은 금속 및 투명 전도성 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 금속은 Au, Ti, Al, 및 Pd 중 어느 하나의 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 투명 전도성 물질은 IZO(indium zinc oxide), ITO(indium thin oxide), 그래핀(graphene), 비정질 산화물, 결정질 산화물일 수 있다. 바람직하게 소스 전극 및 드레인 전극은 IZO(indium zinc oxide)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 박막 트랜지스터의 제조방법은 절연막, 소스 전극 및 드레인 전극의 상부에 형성하고, 폴리머층을 패터닝하여 bank을 형성하고, 페로브스카이트로 이루어진 반도체층을 형성하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체층은 본 발명의 페로브스카이트 화합물을 반드시 포함하며, 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 다이 코팅(slit dye coating), 잉크젯 프린팅(ink jet printing), 스프레이 코팅(spray coating) 및 딥 코팅(dip coating)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는, 반도체층(127)은 스핀 코팅으로 형성될 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 예시로 들어 본 발명을 구체적으로 설명하나, 이는 본 발명의 특허청구범위를 한정하고자하는 것을 아니다.
[실시예 1] 인돌 화합물 1(화합물 6)의 제조
1단계: 화합물 3의 합성
Figure pat00029
질소 분위기 하 5-bromoindole (2.5 mmol, 0.490 g) 및 KOH(5 mmol, 0.280 g)를 DMF 10 mL에 녹인 후 여기에 Tert-Butyl N-(2-bromoethyl)carbamate(3 mmol, 0.672 g)을 첨가하여 60 ℃에서 24시간동안 교반시켰다. 반응이 완료되면 반응혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 CHCl3으로 추출한 후 얻어진 유기층을 여과하고 농축하였다. 얻어진 잔류물을 실리카 칼럼 크로마토그래피법으로 분리정제하여 화합물 3을 흰색고체로 얻었다(수율 : 65 %).
1H NMR(300 MHz, Chloroform-d) δ = 7.74 - 6.46 (m, 5H aromatic), 4.52 (s, 1H), 4.25 (t, 2H), 3.48 (q, 2H), 1.43 (s, 9H)
2단계: 화합물 5의 제조
Figure pat00030
질소 분위가 하 화합물 3 (1 mmol, 0.3392 g), 화합물 4 (1.2 mmol, 0.381 ml), Pd2(dba)3 (0.02 mmol, 0.0182 g) 및 P(o-tolyl)3 (0.08 mmol,0.0242 g)를 톨루엔 10 mL에 첨가한 후 100 ℃에서 24시간동안 교반시켰다. 반응이 완료되면 반응혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 CHCl3으로 추출하였다. 얻어진 유기층을 여과하고 감압하에 농축하였다. 농축된 잔류물을 실리카 칼럼크로마토그래피법으로 분리정제하여 화합물 5를 노란색 고체로 수득하였다(수율 : 68%).
1H NMR(300 MHz, Chloroform-d) δ = 7.86 - 6.53 (m, 8H aromatic), 4.54 (s, 1H), 4.28 (t, 2H), 3.51 (q, 2H), 1.44 (s, 9H)
3단계: 화합물 6의 제조
Figure pat00031
질소 분위기 하 화합물 5 (0.15 mmol, 0.051 g) 및 Hydroiodic acid (0.45 mmol, 0.05 ml)을 메틸렌클로라이드와 메탄올(MC 3.5 mL, MeOH 2 mL)의 혼합용매에 녹이고, 은박지로 반응플라스크를 감싼 후 40℃에서 24시간동안 교반시켰다. 반응이 완료되면 반응혼합물에 디에틸에테르를 첨가하고, 여과하여 얻어진 고체를 디에틸에테르와 메틸렌클로라이드로 세척하였다. 얻어진 고체의 용매를 제거하고 건조하여 표제 화합물 6(TInI)을 은색고체로 얻었다(수율 : 88%).
1H NMR(300 MHz, DMSO) δ = 7.86 (br, 3H), 7.86 - 6.55 (m, 8H aromatic), 4.41 (t, 2H), 3.25(s, 2H)
[실시예 2] 인돌 화합물 2의 제조
1단계: 화합물 8의 제조
Figure pat00032
질소 분위기 하 화합물 3 (2.2 mmol, 0.746 g), 화합물 7 (bisthiophene, 1 mmol, 0.410 g), Pd2(dba)3 (0.02 mmol, 0.0182 g) 및 P(o-tolyl)3 (0.08 mmol,0.0242 g)를 톨루엔 10 mL에 녹인 후 100 ℃에서 24시간동안 교반시켰다. 반응이 완료되면 반응혼합물을 실온으로 냉각시키고 CHCl3로 추출하였다. 추출로 모아진 유기층을 여과한 후 감압 하에서 농축시켰다. 농축된 잔류물을 실리카 칼럼크로마토그래피법으로 분리 정제하여 화합물 8을 노란색 고체로 얻었다(수율 : 70%).
1H NMR(300 MHz, Chloroform-d) δ = 7.90 - 6.54 (m, 12H aromatic), 4.56(s, 2H), 4.29 (t, 4H), 3.52 (q, 4H), 1.44 (s, 18H)
2단계: 인돌 화합물(화합물 9)의 제조
Figure pat00033
질소 분위기 하 화합물 8 (0.1 mmol, 0.060 g) 및 Hydroiodic acid (0.6 mmol, 0.067 ml)를 디클로로메탄과 메탄올 혼합용매(MC 3.5 mL, MeOH 2 mL)에 녹인 후 반응플라스크를 은박지로 감싸고, 40℃에서 7시간 동안 교반시켰다. 반응혼합물을 감압하에 용매를 제거하고, 여기에 디에틸에테르를 첨가한 후 생성된 고체를 여과하고, 디에틸에테르와 디클로로메탄으로 세척하였다. 얻어진 고체를 건조하여 인돌 화합물 2를 노란색 고체로 수득하였다(수율 : 84%)
1H NMR(300 MHz, DMSO) δ = 7.88 (br, 6H), 7.88 - 6.57 (m, 12H aromatic), 4.42 (t, 4H), 3.25 (t, 4H)
[실시예 3] 페로브스카이트 박막의 제조
본 발명의 실시예 1에서 제조된 인돌 화합물 및 SnI2를 몰비 (2:1)로 배합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하였다. 제조된 전구체 용액을 스핀코팅하고 80℃, 100℃, 120℃, 180℃에서 10 분동안 어닐링하여 페로브스카이트 박막을 제조하였다
제조된 박막의 XRD 그래프 및 UV-vis 그래프를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
특히 100℃ 및 180℃에서 10 분동안 어닐링하여 제조된 페로브스카이트 박막이 전기특성 및 결정성이 우수함을 알 수 있다.
[실시예 4] 페로브스카이트 박막의 제조
실시예 3에서 실시예 1에서 제조된 인돌 화합물 대시 실시예 2에서 제조된 인돌 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 페로브스카이트 박막을 제조하였다.
제조된 박막의 XRD 그래프 및 UV-vis 그래프를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
상기 도 1 및 3의 XRD 그래프로부터 본 발명의 인돌 화합물을 리간드로 이용하여 페로브스카이트 구조체가 잘 형성되었음을 알 수 있으며, 도 2 및 도 4로부터 본 발명의 페로브스카이트 구조체가 특정한 파장의 광이 흡수함을 알 수 있다.
[실시예 5] 페로브스카이트 박막트랜지스터의 제조
도 5에 나타낸 바와 같이 통상적인 방법으로 bottom gate-top contact 트랜지스터를 제조하였다. 즉, SiO2/Si 기판 위에 상기 실시예 1에서 제조된 인돌 화합물 및 SnI2를 몰비 (2:1)로 배합하여 제조된 페로브스카이트 전구체 용액을 스핀코팅하고 (180)℃에서 10 분동안 어닐링하여 페로브스카이트 layer을 제조하고, 상기 페로브스카이트 층상에 Au 전극을 shadow mask를 사용하여 증착하여 페로브스카이트 트랜지스터를 제조하였다. (Au 전극은 40 nm 두께이며, 사용한 shadow mask의 channel 규격은 100 x 1000 ㎛ (length x width) 이었다.) Three-terminal probe measurement를 사용하여 Gate(Si++), Source(Au), Drain(Au)를 probe한다.
제조된 페로브스카이트 트랜지스터를 드레인 전류-소스-드레인 전압 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6으로부터 제조된 페로브스카이트에서 점멸비가 잘 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 본 발명의 페로브스카이트 트랜지스터가 잘 구동되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 작용기를 포함하는, 인돌 화합물.
    [화학식 1]
    Figure pat00034

    상기 화학식 1에서
    L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
    R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    s는 0 내지 3의 정수이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서, L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며;
    R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
    R3은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
    s는 0 내지 1의 정수인 인돌 화합물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인돌 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는, 인돌 화합물.
    [화학식 2]
    Figure pat00035

    상기 화학식 2에서,
    D는 C6-C30아릴 또는 C3-C30헤테로아릴이며;
    L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
    R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    s는 0 내지 3의 정수이며;
    상기 D의 아릴 및 헤테로아릴은 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 및
    Figure pat00036
    에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
    L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C20알케닐렌이며;
    R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    t는 0 내지 3의 정수이다.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 화학식 2에서, D는 C3-C20헤테로아릴이며;
    L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며;
    R1 및 R2은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
    R3은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    s는 0 내지 3의 정수이며;
    상기 D의 헤테로아릴은 할로겐, C1-C5알킬, 할로C1-C5알킬, C1-C5알콕시 및
    Figure pat00037
    에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
    L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C5알킬렌 또는 C2-C5알케닐렌이며;
    R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
    R13은 할로겐, C1-C5알킬 또는 할로C1-C5알킬이며;
    t는 0 내지 3의 정수인 인돌 화합물.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 화학식 2에서, A는 하기 구조에서 선택되는 인돌 화합물.
    Figure pat00038

    Figure pat00039

    상기 구조식에서, Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
    R21 내지 R27은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시, C1-C10알콕시카보닐, C6-C12아릴, C6-C12아릴옥시, C3-C12헤테로아릴 또는
    Figure pat00040
    이며;
    L11 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합, C1-C10알킬렌 또는 C2-C10알케닐렌이며;
    R11 및 R12은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    R13은 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    t는 0 내지 3의 정수이다.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 3 내지 4로 표시되는 인돌 화합물.
    [화학식 3]
    Figure pat00041

    [화학식 4]
    Figure pat00042

    상기 화학식 3 및 4에서,
    L2 및 L12는 서로 독립적으로 단일결합 또는 C1-C10알킬렌이며;
    R1, R2, R11 및 R12는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, C1-C10알킬 또는 할로C1-C10알킬이며;
    Z1 내지 Z3는 서로 독립적으로 O, S 또는 Se이며;
    R21 내지 R23은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, 니트로, 아미노, 할로겐, C1-C10알킬, 할로C1-C10알킬, C1-C10알콕시 또는 C1-C10알콕시카보닐이다.
  7. 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항의 인돌 화합물, 금속 양이온 및 비금속 음이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 금속 양이온은 2가의 금속 양이온이며, 비금속 음이온은 할로겐 음이온, 칼코겐 음이온 또는 할로겐 음이온과 칼코겐 음이온의 복합음이온인 페로브스카이트 화합물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 비금속 음이온은 할로겐 음이온인 페로브스카이트 화합물.
  10. 제 7항의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 전자소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 광전소자는 전계발광소자, 태양전지 또는 박막 트랜지스터인 전자소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180120674A (ko) * 2015-12-30 2018-11-06 헬리아텍 게엠베하 광활성 유기 전자 컴포넌트용 화합물, 및 화합물을 함유하는 광활성 유기 전자 컴포넌트

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