KR20230084031A - Control of organic photodiode dark current through introduction of polar functional group - Google Patents

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KR20230084031A
KR20230084031A KR1020220155384A KR20220155384A KR20230084031A KR 20230084031 A KR20230084031 A KR 20230084031A KR 1020220155384 A KR1020220155384 A KR 1020220155384A KR 20220155384 A KR20220155384 A KR 20220155384A KR 20230084031 A KR20230084031 A KR 20230084031A
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alkyl
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신원석
이행근
이종철
이상규
송창은
문상진
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한국화학연구원
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Abstract

본 발명은 극성관능기 도입을 통한 유기 광다이오드 암전류의 조절에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기 광다이오드는 극성관능기 도입을 통하여 전하수송층과 광활성층 간 포획 밀도(trap density)가 감소하며, 활성층 내부에서 재결합 감소로 인하여 암전류가 저하되어, 안정성이 증가된다.The present invention relates to control of the dark current of an organic photodiode through the introduction of a polar functional group. In the organic photodiode according to the present invention, the trap density between the charge transport layer and the photoactive layer is reduced through the introduction of a polar functional group, and the inside of the active layer Due to the decrease in recombination, the dark current is lowered, and the stability is increased.

Description

극성관능기 도입을 통한 유기 광다이오드 암전류의 조절{Control of organic photodiode dark current through introduction of polar functional group}Control of organic photodiode dark current through introduction of polar functional group

본 발명은 극성관능기 도입을 통한 유기 광다이오드 암전류의 조절하여 특성을 향상시킨 유기 광다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to an organic photodiode having improved characteristics by controlling the dark current of the organic photodiode through the introduction of a polar functional group.

최근 10여 년간 반도체 성질을 띄는 유기 소재의 개발과 이를 이용한 다양한 응용 연구 또한 어느 때보다 활발히 진행되어 왔다. 전자파 차폐막, 캐패시터, OLED 디스플레이, 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor; OTFT), 태양 전지, 유기 광다이오드, 다광자 흡수 현상을 이용한 메모리 소자 등 유기 반도체를 이용한 응용 연구의 영역은 계속해서 확장되고 있다. For the past 10 years, the development of organic materials with semiconductor properties and various application studies using them have been actively conducted more than ever. The field of applied research using organic semiconductors, such as electromagnetic wave shielding films, capacitors, OLED displays, organic thin film transistors (OTFTs), solar cells, organic photodiodes, and memory devices using multiphoton absorption, continues to expand. .

포토다이오드(photodiode)는 빛 에너지를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있는 광전 변환 소자 또는 광검출기의 일 예이다. 포토다이오드는 P-N 접합(P-N junction) 구조 또는 PIN 구조를 갖는다. 상기 포토다이오드는 광전 효과를 이용 하여 자유 전자(free electron)와 정공(hole)을 생성한다. 포토다이오드는 광전 변환 기능 또는 광검출 기능 때문에 CMOS 이미지 센서 등에서 널리 사용되고 있다.A photodiode is an example of a photoelectric conversion element or photodetector capable of converting light energy into current or voltage. The photodiode has a P-N junction structure or a PIN structure. The photodiode generates free electrons and holes using the photoelectric effect. Photodiodes are widely used in CMOS image sensors and the like because of their photoelectric conversion function or photodetection function.

스마트 기기의 발전에 따라 광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 높은 해상도를 요구 받고 있다. 그러나, 현 재 주로 사용되고 있는 실리콘을 이용한 광 다이오드의 경우 박막화되기 어려우며, 흡광도를 높이는데 한계가 있다. 이에 따라, 흡광도가 높고, 흡광 파장을 조절 가능한 유기 광 다이오드가 실리콘 다이오드를 대체하는 물질로 주목받고 있으나, 기존의 유기 광 다이오드는 실리콘 다이오드에 비하여 성능이 떨어지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, 유기 광 다이오드의 유기물층에 대한 연구가 지속되고 있다.With the development of smart devices, image sensors including photodiodes are required to have high resolution. However, photodiodes using silicon, which are currently mainly used, are difficult to thin and have limitations in increasing absorbance. Accordingly, an organic photodiode having high light absorption and capable of controlling an absorption wavelength has been attracting attention as a material to replace silicon diodes, but existing organic photodiodes have a problem in that performance is inferior to silicon diodes. In order to solve this problem, research on the organic material layer of the organic photodiode continues.

유기 광다이오드에 적용되는 광활성층은 광을 흡수하여 전자와 정공을 생성한다는 측면에서 유기 태양전지의 광활성층에 사용하는 전자 공여체 및 전자 수용체의 조합을 적용하여 개발하는 시도들이 있으나, 유기 태양전지와 달리 유기 광다이오드의 경우 암전류 문제가 상용화에 걸림돌이 되고 있으며, 이러한 암전류를 감소시키려는 노력들이 이어져 왔다. 예로서, 대한민국 특허공개 제 10-2015-0026833호는 유기 광다이오드에 있어서 암전류를 감소시키기 위하여 아노드 다음에 이중 전자-차단층을 사용하였다.Since the photoactive layer applied to the organic photodiode absorbs light to generate electrons and holes, there are attempts to develop it by applying a combination of an electron donor and an electron acceptor used in the photoactive layer of an organic solar cell. Dali, in the case of an organic photodiode, the problem of dark current has become an obstacle to commercialization, and efforts have been made to reduce such dark current. For example, Korean Patent Publication No. 10-2015-0026833 uses a double electron-blocking layer after an anode to reduce dark current in an organic photodiode.

한편, 유기 광다이오드에 적합한 유기 반도체 물질을 개발하려는 시도로서, 본 발명자들은 유기 태양전지 용으로 개발한 유기 반도체 물질을 개발하여 특허 등록한 바가 있는데(대한민국 등록특허 제 10-2082222호), 이 중의 일부 물질이 광다이오드에 적용시에 암전류를 감소시키는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.On the other hand, as an attempt to develop an organic semiconductor material suitable for an organic photodiode, the present inventors have developed and registered a patent for an organic semiconductor material developed for an organic solar cell (Korean Registered Patent No. 10-2082222), some of which The present invention was completed by confirming that the material reduces the dark current when applied to a photodiode.

본 발명의 일 목적은 유기 광다이오드의 암전류 조절 기술을 제공하는 데 있다.One object of the present invention is to provide a dark current control technology of an organic photodiode.

본 발명의 다른 목적은 암전류가 감소된 유기 광다이오드를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an organic photodiode with reduced dark current.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above purpose,

본 발명은 일 측면에서, In one aspect, the present invention

화학식 1로 표시되는 반복단위 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 광다이오드용 광활성층을 제공한다.Provided is a photoactive layer for an organic photodiode comprising a polymer including a repeating unit represented by Chemical Formula 1 and a repeating unit represented by Chemical Formula 2.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, R11, R12 및 R13 은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고,Here, R 11 , R 12 and R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;

R2 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,R 2 and R 4 are each independently hydrogen or halogen;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31, R32, R33 및 R34 는 각각 독립적으로 수소 또는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이되, 최소한 하나는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이고, R 31 , R 32 , R 33 and R 34 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups, but at least one is C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups;

R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이다.Each R 5 is independently hydrogen or C1-C30 alkyl.

본 발명은 다른 측면에서,In another aspect of the present invention,

상기 광활성층을 포함하는 유기 광다이오드를 제공한다.An organic photodiode including the photoactive layer is provided.

본 발명은 또 다른 측면에서,In another aspect, the present invention

상기 유기 광다이오드를 포함하는 광검출기 또는 이미지센서를 제공한다.A photodetector or image sensor including the organic photodiode is provided.

본 발명에 따른 유기 광다이오드는 극성 관능기가 도입된 유기 반도체 물질을 통하여 전하수송층과 광활성층 간 포획 밀도(trap density)가 감소하며, 활성층 내부에서 재결합 감소로 인하여 암전류가 저하되어, 안정성이 증가된다.In the organic photodiode according to the present invention, the trap density between the charge transport layer and the photoactive layer is reduced through the organic semiconductor material into which the polar functional group is introduced, and the dark current is reduced due to the decrease in recombination inside the active layer, thereby increasing stability. .

도 1은 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 파장에 따른 정규화된 흡광도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 전류를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 에너지(eV)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 전류 밀도-전압을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 dark-JV를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4c는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 EQE를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4d는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 반응성(responsivity)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4e는 본 발명에 따른 비교예 및 실시예에 대하여 폴리머의 검출율(detectivity of the polymer:PC71BM blend films)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
1 shows the results of measuring normalized absorbance according to wavelength for Comparative Examples and Examples according to the present invention.
Figure 2 shows the results of measuring current with respect to Comparative Examples and Examples according to the present invention.
3 shows the results of measuring energy (eV) for Comparative Examples and Examples according to the present invention.
Figure 4a shows the results of measuring current density-voltage for comparative examples and examples according to the present invention.
Figure 4b shows the results of measuring dark-JV for Comparative Examples and Examples according to the present invention.
Figure 4c shows the results of measuring EQE for Comparative Examples and Examples according to the present invention.
Figure 4d shows the results of measuring the reactivity (responsivity) with respect to the comparative examples and examples according to the present invention.
Figure 4e shows the result of measuring the detection rate of the polymer (PC 71 BM blend films) with respect to Comparative Examples and Examples according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

한편, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Furthermore, "include" a certain component throughout the specification means that other components may be further included without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 "알킬"은 완전 포화 탄화수소로서 직쇄 또는 분지쇄의 구조 이성질체를 모두 포함하는 치환기로서의 1가의 라디칼을 의미한다. C1-C30알킬이라고 할 때, 탄화수소를 이루는 탄소의 개수가 1 내지 30 범위인 것을 의미한다.In this specification, “alkyl” means a monovalent radical as a substituent containing all structural isomers of straight or branched chain as a completely saturated hydrocarbon. When C1-C30 alkyl, it means that the number of carbon atoms constituting the hydrocarbon ranges from 1 to 30.

본 명세서에서 "할로겐"은 원소주기율표상 7족에 속하는 원소로서 플루오로, 클로로, 브로모, 이오도를 모두 포함하는 치환기로서의 1가의 라디칼을 의미한다.In the present specification, "halogen" is an element belonging to group 7 on the periodic table of elements, and refers to a monovalent radical as a substituent containing all of fluoro, chloro, bromo, and iodo.

본 발명은 일 측면에서 제공되는 유기 광다이오드용 광활성층에 포함되는 중합체에 대해서 설명한다. The present invention describes a polymer included in a photoactive layer for an organic photodiode provided in one aspect.

중합체는 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함한다.The polymer includes a repeating unit represented by Formula 1 and a repeating unit represented by Formula 2.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, R11, R12 및 R13 은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고,Here, R 11 , R 12 and R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;

R2 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,R 2 and R 4 are each independently hydrogen or halogen;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31, R32, R33 및 R34 는 각각 독립적으로 수소 또는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이되, 최소한 하나는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이고, R 31 , R 32 , R 33 and R 34 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups, but at least one is C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups;

R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이다.Each R 5 is independently hydrogen or C1-C30 alkyl.

다른 구체예에서,In another embodiment,

R11 은 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고,R 11 are each independently C1-C30 alkyl;

R12 및 R13은 각각 수소이고,R 12 and R 13 are each hydrogen;

R2 및 R4는 각각 독립적으로 할로겐이고,R 2 and R 4 are each independently halogen;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이고,R 31 and R 34 are each independently C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxyl groups;

R32 및 R33은 각각 수소이고,R 32 and R 33 are each hydrogen;

R5는 수소이다.R 5 is hydrogen.

다른 구체예에서,In another embodiment,

R11 은 각각 독립적으로 C4-C30알킬이고,R 11 are each independently C4-C30 alkyl;

R12 및 R13은 각각 수소이고,R 12 and R 13 are each hydrogen;

R2 및 R4는 각각 독립적으로 플루오로, 클로로 및 브로모이고,R 2 and R 4 are each independently fluoro, chloro and bromo;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1 내지 2의 하이드록시기 치환된 C1-C6알킬이고,R 31 and R 34 are each independently C1-C6alkyl substituted with 1 to 2 hydroxyl groups;

R32 및 R33은 각각 수소이고,R 32 and R 33 are each hydrogen;

R5는 수소이다.R 5 is hydrogen.

다른 구체예에서,In another embodiment,

R11 은 각각 독립적으로 C8-C24알킬이고,R 11 are each independently C8-C24 alkyl;

R12 및 R13은 각각 수소이고,R 12 and R 13 are each hydrogen;

R2 및 R4는 각각 플루오로이고,R 2 and R 4 are each fluoro;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,R 31 and R 34 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;

R32 및 R33은 각각 수소이고,R 32 and R 33 are each hydrogen;

R5는 수소이다.R 5 is hydrogen.

다른 구체예에서,In another embodiment,

R11 은 각각 독립적으로 C14-C18알킬이고,R 11 are each independently C14-C18 alkyl;

R12 및 R13은 각각 수소이고,R 12 and R 13 are each hydrogen;

R2 및 R4는 각각 플루오로이고,R 2 and R 4 are each fluoro;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31 및 R33 은 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,R 31 and R 33 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;

R32 및 R33은 각각 수소이고,R 32 and R 33 are each hydrogen;

R5는 수소이다.R 5 is hydrogen.

다른 구체예에서,In another embodiment,

R11 은 각각 독립적으로 C14-C18알킬이고,R 11 are each independently C14-C18 alkyl;

R12 및 R13은 각각 수소이고,R 12 and R 13 are each hydrogen;

R2 및 R4는 각각 플루오로이고,R 2 and R 4 are each fluoro;

Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,

R31 및 R33 은 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,R 31 and R 33 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;

R32 및 R33은 각각 수소이고,R 32 and R 33 are each hydrogen;

R5는 수소이다.R 5 is hydrogen.

다른 구체예에서,In another embodiment,

중합체는 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 중합체일 수 있다.The polymer may be a polymer represented by Formula 3 or Formula 4 below.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

x는 0보다는 크고, 1보다는 작은 수이며, 일부 구체예에서, x는 0.03, 0.05, 또는 0.1이다.x is a number greater than 0 and less than 1, and in some embodiments, x is 0.03, 0.05, or 0.1.

본 발명에 따른 중합체의 중량평균분자량 1,000 내지 1,000,000g/mol, 10,000 내지 400,000g/mol이거나, 10,000 내지 200,000g/mol일 수 있다.The weight average molecular weight of the polymer according to the present invention may be 1,000 to 1,000,000 g/mol, 10,000 to 400,000 g/mol, or 10,000 to 200,000 g/mol.

본 발명의 중합체에 있어서,In the polymer of the present invention,

화학식 1에 따른 반복단위와 화학식 2에 따른 반복단위의 몰비는, 합인 1에 대해서 화학식 2에 따른 반복단위의 몰비는 다음과 같을 수 있다.The mole ratio of the repeating unit according to Chemical Formula 1 and the repeating unit according to Chemical Formula 2 may be as follows.

0보다는 크고 1보다는 작으며, 0보다는 크고 0.5보다는 작거나, 0보다는 크고 0.3보다는 작거나, 0.01보다는 크고 0.3보다는 작거나, 0.01보다는 크고 0.2보다는 작거나, 0.01보다는 크고 0.15보다는 작거나, 0.03보다는 크고 0.10보다는 작을 수 있다.greater than 0 and less than 1, greater than 0 and less than 0.5, greater than 0 and less than 0.3, greater than 0.01 and less than 0.3, greater than 0.01 and less than 0.2, greater than 0.01 and less than 0.15, greater than 0.03 It can be large and smaller than 0.10.

상기 중합체는 화학식 1과 화학식 2의 반복단위가 교대 또는 랜덤으로 포함되는 중합체일 수 있다.The polymer may be a polymer in which repeating units of Formulas 1 and 2 are alternately or randomly included.

상기 중합체는 광활성층 내에서 전자 수용체로서 기능하는 것일 수 있으며, 전자 공여체와 함께 광활성층 내에 포함될 수 있다.The polymer may function as an electron acceptor in the photoactive layer, and may be included in the photoactive layer together with an electron donor.

본 발명에 따른 중합체는 유기 용매에 용해시킨 후 기판에 도포시키는 용액공정에 의해 막을 형성하여 광활성층으로서 기능할 수 있으며, 이때 용액공정시 전자 공여체가 함께 용해 또는 분산될 수 있다. 구체적으로 R2R, 스핀코팅법, 슬롯다이코팅법, 잉크젯 프린팅법, 스크린 인쇄법 및 닥터 블레이드법 등에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 도포 및 코팅되어 막을 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.The polymer according to the present invention can function as a photoactive layer by forming a film by a solution process of dissolving in an organic solvent and then applying it to a substrate. At this time, the electron donor can be dissolved or dispersed together during the solution process. Specifically, a film may be formed by applying and coating by any one method selected from R2R, spin coating, slot die coating, inkjet printing, screen printing, doctor blade method, etc., but is not limited thereto.

본 발명에서 광활성층에 포함되는 전자 공여체는 특별히 제한되지는 않으나, 풀러렌, 풀러렌 유도체, 넌풀러렌 유도체일 수 있고, 구체적인 예로서 PCBM(phenyl CXX butyric acid methyl ester; 여기서 XX는 탄소수)을 포함할 수 있으며, PC60BM, PC61BM, PC71BM, ITIC, IDTBR, Y6 등을 포함할 수 있다. In the present invention, the electron donor included in the photoactive layer is not particularly limited, but may be a fullerene, a fullerene derivative, or a non-fullerene derivative. As a specific example, PCBM (phenyl CXX butyric acid methyl ester; where XX is carbon number) may be included. , and may include PC60BM, PC61BM, PC71BM, ITIC, IDTBR, Y6, and the like.

본 발명의 다른 측면은, 상기 광활성층을 포함하는 포토다이오드를 제공하며, 포토다이오드는 2 이상의 전극 및 전극 사이의 광활성층으로 구성될 수 있다. 상기 포토다이오드는 광활성층의 양면에 전자수송층 및/또는 정공수송층을 더 포함할 수 있다. Another aspect of the present invention provides a photodiode including the photoactive layer, and the photodiode may be composed of two or more electrodes and a photoactive layer between the electrodes. The photodiode may further include an electron transport layer and/or a hole transport layer on both sides of the photoactive layer.

본 발명의 유기 광다이오드는 The organic photodiode of the present invention

투명 전극; 투명 전극 위에 적층되는 본 발명에 있어서의 광활성층; 및transparent electrode; The photoactive layer in the present invention laminated on the transparent electrode; and

상기 광활성층 위의 전극; 구조를 가지는 것일 수 있다.an electrode on the photoactive layer; It may have a structure.

투명 전극을 준비하는 단계;preparing a transparent electrode;

투명 전극 위에 본 발명에 있어서의 광활성층을 적층하는 단계; 및Laminating the photoactive layer of the present invention on a transparent electrode; and

상기 광활성층 위에 전극을 적층하는 단계를 포함하여 유기 광다이오드가 제조될 수 있다.An organic photodiode may be manufactured by stacking an electrode on the photoactive layer.

본 발명에 있어서의 유기 광다이오드는 PC71BM을 광활성층에 더 포함하는 유기 광다이오드로서, 1x1011 Jones 이상의 D* (Specific detectivity) 값을 갖는 것일 수 있다. 또 다른 구체예에서 상기 D*는 5x1011 Jones 이상, 7x1011 Jones 이상, 1x1012 Jones 이상, 1x1013 Jones 이상 일 수 있다.The organic photodiode according to the present invention further includes PC71BM in a photoactive layer, and may have a D * (Specific detectivity) value of 1x10 11 Jones or higher. In another embodiment, the D * may be 5x10 11 Jones or more, 7x10 11 Jones or more, 1x10 12 Jones or more, or 1x10 13 Jones or more.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 포토다이오드는 광검출기 또는 이미지 센서에 포함되어 사용될 수 있다.In another aspect of the present invention, the photodiode may be included in a photodetector or an image sensor.

이하, 본 발명을 제조예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through preparation examples and experimental examples.

단, 후술하는 제조예 및 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.However, the preparation examples and experimental examples to be described below are only to specifically illustrate the present invention in one aspect, but the present invention is not limited thereto.

<< 제조예manufacturing example > 유기 반도체 화합물의 합성> Synthesis of organic semiconductor compounds

하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물은 대한민국 등록특허 제10-20822221호(실시예 3 및 실시예 4)에 기재된 바에 따라 합성하였다. 본 명세서에서 제조예 1 내지 6으로 하며, 이는 표 1에 나타내었다.The organic semiconductor compound according to the present invention represented by Formula 3 or Formula 4 below was synthesized as described in Korean Patent Registration No. 10-20822221 (Example 3 and Example 4). In the present specification, preparation examples 1 to 6 are shown in Table 1.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

한편, 비교를 위하여 비교 제조예 화합물들을 역시 같은대한민국 등록특허 제10-20822221호에 기재된 비교예 2의 화합물을 비교 제조예 1로 제조하였다.On the other hand, for comparison, the compound of Comparative Example 2 described in the same Republic of Korea Patent Registration No. 10-20822221 was prepared as Comparative Preparation Example 1.

화학식 3Formula 3 화학식 4formula 4 비교 제조예 1 (x=0; PffBT4T-T3)Comparative Preparation Example 1 (x=0; PffBT4T-T3) 제조예 1 (x=0.03; PffBT4T-T3-3TMO)Preparation Example 1 (x=0.03; PffBT4T-T3-3TMO) 제조예 4 (x=0.03; PffBT4T-T3-3P2MO)Preparation Example 4 (x=0.03; PffBT4T-T3-3P2MO) 제조예 2 (x=0.05; PffBT4T-T3-5TMO)Preparation Example 2 (x=0.05; PffBT4T-T3-5TMO) 제조예 5 (x=0.05; PffBT4T-T3-5P2MO)Preparation Example 5 (x=0.05; PffBT4T-T3-5P2MO) 제조예 3 (x=0.10; PffBT4T-T3-3TMO)Preparation Example 3 (x=0.10; PffBT4T-T3-3TMO) 제조예 6 (x=0.10; PffBT4T-T3-10P2MO)Preparation Example 6 (x=0.10; PffBT4T-T3-10P2MO)

한편, 추가적으로 대한민국 등록특허 제10-20822221호에 기재된 실시예 1, 실시예 2의 유사체 및 실시예 6의 중합체에 대해서도 추가적으로 합성하여 이에 따른 암전류 조절 효과를 확인하였으며, 각각 비교 제조예 2 내지 10으로 하였다. 이 과정에서 아래 화학식 5 내지 화학식 7의 x 값을 달리하여 비교 제조예를 준비하였다.Meanwhile, the analogs of Example 1 and Example 2 and the polymer of Example 6 described in Korean Patent Registration No. 10-20822221 were additionally synthesized to confirm the effect of controlling the dark current, respectively, in Comparative Preparation Examples 2 to 10. did In this process, comparative preparation examples were prepared by varying the value of x in Formulas 5 to 7 below.

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 7[Formula 7

Figure pat00011
Figure pat00011

화학식 5Formula 5 화학식 6formula 6 화학식 7Formula 7 비교 제조예 2 (x=0.03; PffBT4T-T3-3TO)Comparative Preparation Example 2 (x=0.03; PffBT4T-T3-3TO) 비교 제조예 5 (X=0.03; PffBT4T-T3-3PTO)Comparative Preparation Example 5 (X=0.03; PffBT4T-T3-3PTO) 비교 제조예 8 (x=0.03; PffBT4T-T3-3PTO-F)Comparative Preparation Example 8 (x=0.03; PffBT4T-T3-3PTO-F) 비교 제조예 3 (x=0.05; PffBT4T-T3-5TO)Comparative Preparation Example 3 (x=0.05; PffBT4T-T3-5TO) 비교 제조예 6 (X=0.05; PffBT4T-T3-5PTO)Comparative Preparation Example 6 (X=0.05; PffBT4T-T3-5PTO) 비교 제조예 9 (x=0.05; PffBT4T-T3-5PTO-F)Comparative Preparation Example 9 (x=0.05; PffBT4T-T3-5PTO-F) 비교 제조예 4 (x=0.10; PffBT4T-T3-10TO)Comparative Preparation Example 4 (x=0.10; PffBT4T-T3-10TO) 비교 제조예 7 (X=0.10; PffBT4T-T3-10PTO)Comparative Preparation Example 7 (X=0.10; PffBT4T-T3-10PTO) 비교 제조예 10 (x=0.1; PffBT4T-T3-10PTO-F)Comparative Preparation Example 10 (x=0.1; PffBT4T-T3-10PTO-F)

<< 실시예 1Example 1 내지 6> to 6> 광다이오드의photodiode 제작 produce

아래 일반 공정에 따라서, 제조예 1 내지 6 및 비교 제조예 1 내지 10의 중합체를 이용한 광다이오드를 제작하여, 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 10으로 하였다.According to the general process below, photodiodes using the polymers of Preparation Examples 1 to 6 and Comparative Preparation Examples 1 to 10 were manufactured, and Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 10 were obtained.

<광다이오드 제작 일반><General Photodiode Production>

투명전극(제 1전극)인 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 유기 기판을 세척용액이 포함된 탈이온수에 담궈, 초음파 세척기에 15분간 세척하고, 다시 탈이온수, 아세톤, IPA로 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.An organic substrate coated with ITO (Indium Tin Oxide), a transparent electrode (first electrode), is immersed in deionized water containing a cleaning solution, washed in an ultrasonic cleaner for 15 minutes, and washed three times each with deionized water, acetone, and IPA. After that, it was dried in an oven at 130° C. for 5 hours. After washing the ITO glass substrate as described above, UV/ozone treatment was performed for 15 minutes, and ZnO·NPs having a thickness of 30 nm were spin-coated on the ITO substrate. Then, the substrate coated with ZnO NPs was heat treated at 100° C. for 10 minutes on a hot plate.

ZnO·NPs층상에 O.4wt% poly(ethyleneimine)-ethoxylated(PEIE) 용액을 3 nm 두께가 되도록 스핀코팅으로 도포하였다.A 0.4 wt% poly(ethyleneimine)-ethoxylated (PEIE) solution was applied on the ZnO NPs layer by spin coating to a thickness of 3 nm.

그리고 광활성층을 도포하기 위하여 아르곤으로 충진된 글로브 박스로 소자를 옮겼다. 광활성층은 하기 표 2에 기재된 본 발명의 제조예 및 비교 제조예에서 제조된 중합체와 PC71BM(EM index사)를 무게비 1:2의 비율로 3%(부피비)의 다이페닐에테르(DPE)가 포함된 자일렌 용매에 녹여 제조하여 0.45 ㎛ (PTFE) 실린지 필터(syringe filter)를 통해 필터링한 유기 반도체 용액으로 스핀코팅 방법을 통하여 200 nm 두께로 PEIE층 위에 도포하여 제조하였다(공정온도는 하기 표2 및 표3 참조). 얻어진 소자 구조체를 열증착기 내 3 X 10-6 torr진공 하에서 광활성층 상에 10 nm 두께의 MoO3, 최상부 전극으로써 100 nm 두께의 Ag 전극을 증착하여 유기 광다이오드를 완성하였다. Then, the device was transferred to a glove box filled with argon to apply the photoactive layer. The photoactive layer contains 3% (volume ratio) of diphenyl ether (DPE) at a weight ratio of 1:2 between the polymer prepared in Preparation Examples and Comparative Preparation Examples of the present invention described in Table 2 below and PC71BM (EM index). It was prepared by dissolving it in a xylene solvent and then filtering through a 0.45 μm (PTFE) syringe filter, and applying it on the PEIE layer to a thickness of 200 nm through a spin coating method (the process temperature is in the table below). 2 and Table 3). An organic photodiode was completed by depositing the obtained device structure on the photoactive layer in a thermal evaporator under a vacuum of 3 X 10 -6 torr, MoO 3 having a thickness of 10 nm, and Ag electrode having a thickness of 100 nm as an uppermost electrode.

<< 실험예Experimental example 1> 광학적 특성 분석 1> Optical Characterization

본 발명에 따른 비교예 1, 실시예 2, 실시예 5에 대하여 광학적 특성을 분석하였으며, 그 결과는 도 1 내지 3에 나타내었다.Optical properties were analyzed for Comparative Example 1, Example 2, and Example 5 according to the present invention, and the results are shown in FIGS. 1 to 3.

<< 실험예Experimental example 2> 암전류 특성 분석 2> Analysis of dark current characteristics

본 발명에 따른 비교예 1 및 실시예 1 내지 6에 대하여 암전류 특성을 분석하였으며, 그 결과는 도 4a 내지 도 4e 및 하기 표 3과 같다. 도 4a는 전류 밀도-전압, 도 4b는 dark-JV, 도 4c는 EQE, 도 4d는 반응성(responsivity), 도 4e는 폴리머의 검출율(detectivity of the polymer:PC71BM blend films)을 나타내었다.Dark current characteristics were analyzed for Comparative Example 1 and Examples 1 to 6 according to the present invention, and the results are shown in FIGS. 4A to 4E and Table 3 below. Figure 4a shows current density-voltage, Figure 4b shows dark-JV, Figure 4c shows EQE, Figure 4d shows responsivity, and Figure 4e shows the detection rate of the polymer (PC 71 BM blend films). .

PolymerPolymer Thickness [nm]Thickness [nm] Voc [V]Voc [V] Jsc [mA/cm2]Jsc [mA/cm 2 ] FF [%]FF [%] PCE [%]PCE [%] JD @ -2V
[A/cm2]
J D @ -2V
[A/cm 2 ]
EQEmax
@λ[nm]
EQEmax
@λ [nm]
Responsivity/R [A/W]Responsivity/R [A/W] Detectivity/
D* [Jones or cm

Figure pat00012
]Detectivity/
D* [Jones or cm
Figure pat00012
] 비교예
1
comparative example
One
210210 0.770.77 17.90
(17.52*)
17.90
(17.52*)
6666 9.299.29 7.27×10-4 7.27×10 -4 77.5%
@ 620 nm
77.5%
@ 620 nm
0.38750.3875 2.54×1010 2.54×10 10
실시예 1Example 1 200200 0.770.77 18.39(18.73*)18.39 (18.73*) 6969 9.879.87 1.42×10-6 1.42×10 -6 81.5%
@ 640 nm
81.5%
@ 640 nm
0.42060.4206 6.24×1011 6.24×10 11
실시예 2Example 2 210210 0.780.78 18.41(17.75*)18.41 (17.75*) 6969 10.0610.06 3.52×10-7 3.52×10 -7 78.7%
@ 620 nm
78.7%
@ 620 nm
0.39350.3935 1.17×1012 1.17×10 12
실시예 3Example 3 210210 0.770.77 18.45(17.78*)18.45 (17.78*) 6666 9.489.48 4.81×10-5 4.81×10 -5 79.0%
@ 620 nm
79.0%
@ 620 nm
0.39500.3950 1.00×1011 1.00×10 11
실시예 4Example 4 200200 0.770.77 17.11(16.68*)17.11 (16.68*) 7272 9.669.66 1.80×10-9 1.80×10 -9 77.1%
@ 560 nm
77.1%
@ 560 nm
0.34810.3481 1.45×1013 1.45×10 13
실시예 5Example 5 200200 0.770.77 16.61(17.08*)16.61 (17.08*) 7272 9.529.52 2.01×10-9 2.01×10 -9 77.1%
@ 640 nm
77.1%
@ 640nm
0.39790.3979 1.56×1013 1.56×10 13
실시예 6Example 6 200200 0.780.78 19.03(18.48*)19.03 (18.48*) 7070 10.4710.47 2.24×10-9 2.24×10 -9 81.7%
@ 620 nm
81.7%
@ 620 nm
0.40850.4085 1.52×1013 1.52×10 13

상기 표 2를 보면, 실시예 2 및 실시예 5는 OH기가 각각 1개 및 2개 도입된 것으로, OH기가 도입될수록 암전류가 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 또한 EQE는 유지하면서 암전류가 줄어듦으로써 Detectivity값은 1010에서 1012, 1013으로 크게 향상되는 것을 확인하였다.추가적으로 비교예 2 내지 9의 유기 광다이오드에서 암전류가 줄어드는 효과가 있는지를 보고자 비교 실험을 수행하였다.Referring to Table 2, in Example 2 and Example 5, one and two OH groups were introduced, respectively, and it can be seen that the dark current is greatly reduced as the OH group is introduced. In addition, it was confirmed that the detectivity value greatly improved from 10 10 to 10 12 and 10 13 by reducing the dark current while maintaining EQE. In addition, a comparative experiment was conducted to see whether there was an effect of reducing the dark current in the organic photodiodes of Comparative Examples 2 to 9. performed.

그 결과는 표 4와 같다.The results are shown in Table 4.

PolymerPolymer Thickness [nm]Thickness [nm] JD @ -2V
[A/cm2]
J D @ -2V
[A/cm 2 ]
EQEmax
@λ[nm]
EQEmax
@λ [nm]
Responsivity/R [A/W]Responsivity/R [A/W] Detectivity/D* [Jones or cm

Figure pat00013
)Detectivity/D* [Jones or cm
Figure pat00013
) 비교예
1
comparative example
One
210210 7.27×10-4 7.27×10 -4 77.5%
@ 640 nm
77.5%
@ 640nm
0.38750.3875 2.54×1010 2.54×10 10
비교예 2Comparative Example 2 200200 4.20×10-4 4.20×10 -4 81.5%
@ 640 nm
81.5%
@ 640nm
0.4030.403 3.50×1010 3.50×10 10
비교예3Comparative Example 3 210210 5.24×10-4 5.24×10 -4 78.7%
@ 640 nm
78.7%
@ 640nm
0.34130.3413 3.2×1010 3.2×10 10
비교예 4Comparative Example 4 210210 8.01×10-3 8.01×10 -3 79.0%
@ 640 nm
79.0%
@ 640nm
0.3970.397 7.9×109 7.9×10 9
비교예 5Comparative Example 5 200200 5.11×10-4 5.11×10 -4 77.1%
@ 640 nm
77.1%
@ 640nm
0.4130.413 3.3×1010 3.3×10 10
비교예 6Comparative Example 6 200200 9.2×10-5 9.2×10 -5 77.1%
@ 640 nm
77.1%
@ 640nm
0.4080.408 7.5×1010 7.5×10 10
비교예 7Comparative Example 7 200200 5.73×10-5 5.73×10 -5 81.7%
@ 640 nm
81.7%
@ 640 nm
0.3970.397 9.3×1010 9.3×10 10
비교예
8
comparative example
8
200200 8.18×10-3 8.18×10 -3 77.1%
@ 640 nm
77.1%
@ 640nm
0.3870.387 7.7×109 7.7×10 9
비교예
9
comparative example
9
200200 4.37×10-3
4.37×10 -3
77.1%
@ 640 nm
77.1%
@ 640 nm
0.4230.423 1.1×1010 1.1×10 10
비교예
10
comparative example
10
200200 9.66×10-3 9.66×10 -3 81.7%
@ 640 nm
81.7%
@ 640 nm
0.3870.387 7×109 7×10 9

상기 표를 보면 화학식 5,6,7의 중합체의 경우 -OH 기가 도입되더라도 BT(benzothizole)없이 싸이오펜만 있는 경우 분자 결합의 회전으로 인한 결정성 저하 및 뭉침 현상으로 인해 극성기가 도입되지 않은 비교예 1에 비하여 암전류 특성이 개선되지 않는다는 점을 확인할 수 있었다. Looking at the above table, in the case of polymers of formulas 5, 6, and 7, even if -OH groups are introduced, when there is only thiophene without BT (benzothizole), a comparative example in which a polar group is not introduced due to deterioration in crystallinity and aggregation due to rotation of molecular bonds Compared to 1, it was confirmed that the dark current characteristics were not improved.

<< 실험예Experimental example 3> 전하 재결합 특성 및 트랩 밀도 분석 3> Analysis of charge recombination properties and trap density

본 발명에 따른 비교예 1, 실시예 2, 및 실시예 5의 전하 재결합 특성 및 트랩 밀도를 분석하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.The charge recombination characteristics and trap density of Comparative Example 1, Example 2, and Example 5 according to the present invention were analyzed, and the results are shown in Table 4 below.

PolymerPolymer Hole Mobility
[cm2/V.s]
Hole Mobility
[cm 2 /Vs]
Hole Mobility
[cm2/V.s]
Hole Mobility
[cm 2 /Vs]
Electron Mobility
[cm2/V.s]
Electron Mobility
[cm 2 /Vs]
αα ββ Gmanx
[#/cm3.s]
Gmanx
[#/ cm3.s ]
P(E,T)
[%]
P(E,T)
[%]
Trap Density
[#/cm3]
Trap Density
[#/cm 3 ]
비교예 1Comparative Example 1 1.76×10-4 1.76×10 -4 1.34×10-4 1.34×10 -4 1.82×10-3 1.82×10 -3 0.94280.9428 1.45 kT/q1.45 kT/q 5.89×1027 5.89×10 27 91.7791.77 1.90×1015 1.90×10 15 실시예 2Example 2 2.05×10-4 2.05×10 -4 2.09×10-4 2.09×10 -4 1.60×10-3 1.60×10 -3 0.94250.9425 1.16 kT/q1.16 kT/q 5.75×1027 5.75×10 27 96.0496.04 1.32×1015 1.32×10 15 실시예 5Example 5 3.17×10-4 3.17×10 -4 2.16×10-4 2.16×10 -4 1.50×10-3 1.50×10 -3 0.93330.9333 1.03 kT/q1.03 kT/q 5.36×1027 5.36×10 27 95.7595.75 1.10×1015 1.10×10 15

상기 표 5를 보면, 극성관능기가 도입될수록 전하 β값이 1.45에서 1.03으로 줄며 전하 재결합이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 전자수송층과 광활성층 사이의 전하 트랩 밀도도 1.9에서 1.1로 감소하면서, 광활성층 내부의 전하 재결합 및 계면에서의 트랩 밀도 감소가 암전류 저하의 원인이 됨을 확인하였다.Referring to Table 5, it can be seen that the charge β value decreases from 1.45 to 1.03 and the charge recombination decreases as the polar functional group is introduced. In addition, as the charge trap density between the electron transport layer and the photoactive layer decreased from 1.9 to 1.1, it was confirmed that charge recombination inside the photoactive layer and decrease in trap density at the interface caused the dark current to decrease.

<< 실험예Experimental example 4> 4> 광안정성photostability 분석 analyze

본 발명에 따른 비교예 1 및 실시예 1 내지 6에 대하여 1000시간 1sun 조건의 광조사 후 광안정성을 분석였으며, 그 결과는 하기 표 5와 같다.For Comparative Example 1 and Examples 1 to 6 according to the present invention, light stability was analyzed after light irradiation for 1000 hours and 1 sun condition, and the results are shown in Table 5 below.

PolymerPolymer LS TimeLS Time Voc [V]Voc [V] Jsc [mA/cm2]Jsc [mA/cm 2 ] FF
[%]
FF
[%]
PCE
[%]
PCE
[%]
% Drop in PCE% Drop in PCE JD @ -2V
[A/cm2]
J D @ -2V
[A/cm 2 ]
EQEmax
@λ[nm]
EQEmax
@λ [nm]
Responsivity/R [A/W]Responsivity/R [A/W] Detectivity/D*
[Jones or cm

Figure pat00014
)Detectivity/D*
[Jones or cm
Figure pat00014
) 비교예 1Comparative Example 1 ×× 0.760.76 17.90
(17.52*)
17.90
(17.52*)
6666 9.199.19 7.27×10-4 7.27×10 -4 77.5%
@ 620nm
77.5%
@620nm
0.38750.3875 2.54×1010 2.54×10 10
0.760.76 15.12
(14.60*)
15.12
(14.60*)
4949 5.715.71 ↓37.86%↓37.86% 1.14×10-3 1.14×10 -3 65.5%
@ 620nm
65.5%
@620nm
0.32750.3275 1.71×1010 1.71×10 10
실시예 1Example 1 ×× 0.770.77 18.39
(18.73*)
18.39
(18.73*)
6969 9.879.87 1.42×10-6 1.42×10 -6 81.5%
@ 640nm
81.5%
@640nm
0.42060.4206 6.24×1011 6.24×10 11
0.770.77 16.27
(16.11*)
16.27
(16.11*)
6060 7.677.67 ↓22.28%↓22.28% 5.54×10-6 5.54×10 -6 71.2%
@ 640nm
71.2%
@640nm
0.36740.3674 2.76×1011 2.76×10 11
실시예 2Example 2 ×× 0.780.78 18.41
(17.75*)
18.41
(17.75*)
6969 10.0610.06 3.52×10-7 3.52×10 -7 78.7%
@ 620nm
78.7%
@620nm
0.39350.3935 1.17×1012 1.17×10 12
0.760.76 15.56
(15.51*)
15.56
(15.51*)
6060 7.227.22 ↓28.23%↓28.23% 4.35×10-6 4.35×10 -6 69.5%
@ 620nm
69.5%
@620nm
0.34750.3475 2.94×1011 2.94×10 11
실시예 3Example 3 ×× 0.770.77 18.45
(17.78*)
18.45
(17.78*)
6666 9.489.48 4.81×10-5 4.81×10 -5 79.0%
@ 620nm
79.0%
@620nm
0.39500.3950 1.00×1011 1.00×10 11
0.760.76 15.80
(15.59*)
15.80
(15.59*)
5959 7.257.25 ↓23.52%↓23.52% 4.68×10-4 4.68×10 -4 70.6%
@ 620nm
70.6%
@620nm
0.35300.3530 2.88×1010 2.88×10 10
실시예 4Example 4 ×× 0.770.77 17.11
(16.68*)
17.11
(16.68*)
7272 9.669.66 1.80×10-9 1.80×10 -9 77.1%
@ 560nm
77.1%
@560nm
0.34810.3481 1.45×1013 1.45×10 13
0.770.77 14.64
(14.48*)
14.64
(14.48*)
6161 6.906.90 ↓28.57%↓28.57% 2.31×10-8 2.31×10 -8 67.5%
@ 560nm
67.5%
@560nm
0.30480.3048 3.54×1012 3.54×10 12
실시예 5Example 5 ×× 0.770.77 16.61
(17.08*)
16.61
(17.08*)
7272 9.529.52 2.01×10-9 2.01×10 -9 77.1%
@ 640nm
77.1%
@640nm
0.39790.3979 1.56×1013 1.56×10 13
0.770.77 14.81
(14.44*)
14.81
(14.44*)
6262 7.167.16 ↓15.96%↓15.96% 6.51×10-9 6.51×10 -9 67.2%
@ 640nm
67.2%
@640nm
0.34680.3468 7.59×1012 7.59×10 12
실시예 6Example 6 ×× 0.780.78 19.03
(18.48*)
19.03
(18.48*)
7070 10.4710.47 2.24×10-9 2.24×10 -9 81.7%
@ 620nm
81.7%
@620nm
0.40850.4085 1.52×1013 1.52×10 13
0.770.77 16.13
(16.15*)
16.13
(16.15*)
6161 7.767.76 ↓25.88%↓25.88% 3.52×10-8 3.52×10 -8 72.5%
@ 620nm
72.5%
@620nm
0.36250.3625 3.41×1012 3.41×10 12

상기 표 6을 보면, 비교예 1, 실시예 2 및 실시예 5 모두 OH 도입으로 광안정성이 증가하였고, 특히 실시예 5의 경우 암전류가 1000시간 후에도 증가하지 않고 유지됨으로써, 고안정성을 가지는 광 다이오드가 구현됨을 확인할 수 있었다.Referring to Table 6, all of Comparative Example 1, Example 2, and Example 5 showed increased photostability with the introduction of OH, and in particular, in the case of Example 5, the dark current was maintained without increasing even after 1000 hours, resulting in a photodiode having high stability. was implemented.

Claims (13)

화학식 1로 표시되는 반복단위 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 광다이오드용 광활성층:
[화학식 1]
Figure pat00015

[화학식 2]
Figure pat00016

여기서, R11, R12 및 R13 은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고,
R2 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31, R32, R33 및 R34 는 각각 독립적으로 수소 또는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이되, 최소한 하나는 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이고,
R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이다.
A photoactive layer for an organic photodiode comprising a polymer including a repeating unit represented by Formula 1 and a repeating unit represented by Formula 2:
[Formula 1]
Figure pat00015

[Formula 2]
Figure pat00016

Here, R 11 , R 12 and R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
R 2 and R 4 are each independently hydrogen or halogen;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 , R 32 , R 33 and R 34 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups, but at least one is C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxy groups;
Each R 5 is independently hydrogen or C1-C30 alkyl.
제1항에 있어서,
R11 은 각각 독립적으로 C1-C30알킬이고,
R12 및 R13은 각각 수소이고,
R2 및 R4는 각각 독립적으로 할로겐이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1이상의 하이드록시기 치환된 C1-C10알킬이고,
R32 및 R33은 각각 수소이고,
R5는 수소인, 유기 광다이오드용 광활성층.
According to claim 1,
R 11 are each independently C1-C30 alkyl;
R 12 and R 13 are each hydrogen;
R 2 and R 4 are each independently halogen;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 and R 34 are each independently C1-C10 alkyl substituted with one or more hydroxyl groups;
R 32 and R 33 are each hydrogen;
R 5 is hydrogen, a photoactive layer for an organic photodiode.
제1항에 있어서,
R11 은 각각 독립적으로 C4-C30알킬이고,
R12 및 R13은 각각 수소이고,
R2 및 R4는 각각 독립적으로 플루오로, 클로로 및 브로모이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1 내지 2의 하이드록시기 치환된 C1-C6알킬이고,
R32 및 R33은 각각 수소이고,
R5는 수소인, 유기 광다이오드용 광활성층.
According to claim 1,
R 11 are each independently C4-C30 alkyl;
R 12 and R 13 are each hydrogen;
R 2 and R 4 are each independently fluoro, chloro and bromo;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 and R 34 are each independently C1-C6alkyl substituted with 1 to 2 hydroxyl groups;
R 32 and R 33 are each hydrogen;
R 5 is hydrogen, a photoactive layer for an organic photodiode.
제1항에 있어서,
R11 은 각각 독립적으로 C8-C24알킬이고,
R12 및 R13은 각각 수소이고,
R2 및 R4는 각각 플루오로이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31 및 R34 는 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,
R32 및 R33은 각각 수소이고,
R5는 수소인, 유기 광다이오드용 광활성층.
According to claim 1,
R 11 are each independently C8-C24 alkyl;
R 12 and R 13 are each hydrogen;
R 2 and R 4 are each fluoro;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 and R 34 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;
R 32 and R 33 are each hydrogen;
R 5 is hydrogen, a photoactive layer for an organic photodiode.
제1항에 있어서,
R11 은 각각 독립적으로 C14-C18알킬이고,
R12 및 R13은 각각 수소이고,
R2 및 R4는 각각 플루오로이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31 및 R33 은 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,
R32 및 R33은 각각 수소이고,
R5는 수소인, 유기 광다이오드용 광활성층.
According to claim 1,
R 11 are each independently C14-C18 alkyl;
R 12 and R 13 are each hydrogen;
R 2 and R 4 are each fluoro;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 and R 33 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;
R 32 and R 33 are each hydrogen;
R 5 is hydrogen, a photoactive layer for an organic photodiode.
제1항에 있어서,
R11 은 각각 독립적으로 C14-C18알킬이고,
R12 및 R13은 각각 수소이고,
R2 및 R4는 각각 플루오로이고,
Z는 황원소(S) 또는 -C(R33)=C(R34)-이고,
R31 및 R33 은 각각 독립적으로 1의 하이드록시기 치환된 C1-C4알킬이고,
R32 및 R33은 각각 수소이고,
R5는 수소인, 유기 광다이오드용 광활성층.
According to claim 1,
R 11 are each independently C14-C18 alkyl;
R 12 and R 13 are each hydrogen;
R 2 and R 4 are each fluoro;
Z is a sulfur element (S) or -C(R 33 )=C(R 34 )-,
R 31 and R 33 are each independently C1-C4alkyl substituted with 1 hydroxyl group;
R 32 and R 33 are each hydrogen;
R 5 is hydrogen, a photoactive layer for an organic photodiode.
제1항의 광활성층을 포함하는 유기 광다이오드.
An organic photodiode comprising the photoactive layer of claim 1.
제6항에 있어서, 상기 광활성층은 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 더 포함하는, 유기 광다이오드.
7. The organic photodiode according to claim 6, wherein the photoactive layer further comprises fullerene or a fullerene derivative.
제6항에 있어서, 상기 유기 광다이오드는 PC71BM을 광활성층에 더 포함하여 측정할 때 1x1011 Jones 이상의 D* (Specific detectivity) 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 광다이오드.
The organic photodiode according to claim 6, wherein the organic photodiode has a D * (Specific detectivity) value of 1x10 11 Jones or more when measured by further including PC71BM in the photoactive layer.
제6항에 잇어서,
상기 유기 광다이오드는 투명 전극;
투명 전극 위에 적층되는 제1항의 광활성층; 및
상기 광활성층 위의 전극; 구조를 가지는, 유기 광다이오드.
According to claim 6,
The organic photodiode may include a transparent electrode;
The photoactive layer of claim 1 laminated on the transparent electrode; and
an electrode on the photoactive layer; structure, an organic photodiode.
투명 전극을 준비하는 단계;
투명 전극 위에 제1항의 광활성층을 적층하는 단계; 및
상기 광활성층 위에 전극을 적층하는 단계를 포함하는 유기 광다이오드의 제조방법.
preparing a transparent electrode;
Laminating the photoactive layer of claim 1 on the transparent electrode; and
A method of manufacturing an organic photodiode comprising the step of stacking an electrode on the photoactive layer.
제6항의 유기 광다이오드를 포함하는 광검출기.
A photodetector comprising the organic photodiode of claim 6 .
제6항의 유기 광다이오드를 포함하는 이미지 센서.
An image sensor comprising the organic photodiode of claim 6 .
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