WO2016068466A1 - 유기 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법 - Google Patents

유기 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법 Download PDF

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우유진
김진석
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to an ink composition for an organic solar cell and a method for manufacturing an organic solar cell using the same.
  • Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells according to the material constituting the thin film.
  • Organic solar cells are devices that can directly convert solar energy into electrical energy by applying the photovoltaic effect.
  • Typical solar cells are made of p-n junctions by doping crystalline silicon (Si), an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorbing light diffuse to the p-n junction and are accelerated by the electric field to move to the electrode.
  • the power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit and the solar power entered into the solar cell, and is currently achieved by 24% when measured under standardized virtual solar irradiation conditions.
  • organic semiconductor solar cell which is easy to process, cheap and has various functions, has been spotlighted as a long-term alternative energy source.
  • Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells according to the material constituting the thin film.
  • organic solar cells are devices that can directly convert solar energy into electrical energy by applying a photovoltaic effect.
  • an organic solar cell has a structure in which transparent electrodes (anodes), photoactive layers (light absorption layers), and aluminum electrodes (cathodes), such as transparent substrates and tin-doped indium oxide thin films, are sequentially stacked.
  • the photoactive layer has a bulk heterojunction structure in which an electron acceptor and a hole acceptor tor electron donor are mixed.
  • Such an organic solar cell has advantages of low cost, large area, and simple process, and thus, may be advantageous as a flexible device in comparison with a low molecular vacuum deposition device.
  • the ink composition containing the copolymer used for an organic solar cell employ
  • the organic solar cell is manufactured with such an ink composition, there is a problem that the solvent itself is restricted because it is harmful to the environment.
  • an object of this invention is to provide the ink composition for organic solar cells containing a non-halogen solvent.
  • an object of the present invention is to provide an ink composition for an organic solar cell including a single as well as a plurality of non-halogen solvents.
  • the present invention is a non-halogen solvent; A copolymer represented by Formula 1; And it provides an ink composition for an organic solar cell comprising an organic material.
  • a and b are each an integer of 1 to 3
  • L1 and L2 are the same as or different from each other, and each independently a conjugated structure
  • R1 and R2 are the same as or different from each other, and each independently a substituent substituted with the conjugated structure of L1 and L2, hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthioxy group; Substituted or unsubstituted arylthioxy group; Substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Substi
  • l is the mole fraction
  • m is the mole fraction
  • l + m 1, 0 ⁇ o Is an integer of ⁇ 1,000.
  • the Hansen solubility parameter of the non-halogen solvent is a dispersion parameter ( ⁇ d) of 16 to 21 MPa 0.5 , preferably 17 to 20 MPa 0.5 , and a polarity parameter ( ⁇ p) of 0 to 8 MPa 0.5 , preferably Preferably it is 2 to 8 MPa 0.5
  • the hydrogen bonding parameter ( ⁇ h) may be 0 to 6 MPa 0.5 , preferably 1 to 5 MPa 0.5 .
  • the Hansen fractionation parameter of the non-halogen solvent is fractionation dispersion force (fd) 0.6 ⁇ 0.9, preferably 0.6 ⁇ 0.8, fractionation polarity parameter (polar force, fp) 0 ⁇ 0.3, preferably 0.1 to 0.3, and the fractionation hydrogen bonding parameter (fh) 0 to 0.2, preferably 0.05 to 0.2.
  • the present invention can provide an ink composition for an organic solar cell containing a non-halogen solvent.
  • the ink composition of the present invention can be used in any solution process.
  • the solvent of the ink composition for organic solar cells of this invention is 1 or more types of non-halogen solvents, it can exhibit the outstanding solubility. Therefore, the surface characteristics and the light conversion efficiency characteristics may be excellent when manufacturing the organic solar cell.
  • the solvent of the ink composition for organic solar cells of this invention is 1 or more types of non-halogen solvents, it can exhibit the outstanding solubility. Therefore, the surface characteristics and the light conversion efficiency characteristics may be excellent when manufacturing the organic solar cell.
  • non-halogen solvents unsuitable for ink production, by mixing with a specific copolymer of the present invention and satisfying certain parameters, an ink having excellent solubility characteristics can be produced. In addition, it is environmentally friendly, stable and can reduce the production cost of the process.
  • the ink composition used for an organic solar cell employ
  • the solvent itself is limited because it is harmful to the environment.
  • the present inventors have diligently tried to find a non-halogen solvent having high solubility in a copolymer material without being harmful to the environment, and by using a specific non-halogen solvent or mixing a specific non-halogen solvent and satisfying a specific parameter
  • the present invention has been found to solve the conventional problems.
  • a non-halogen solvent A copolymer represented by Formula 1; And it provides an ink composition for an organic solar cell comprising an organic material.
  • a and b are each an integer of 1 to 3
  • L1 and L2 are the same as or different from each other, and each independently a conjugated structure
  • R1 and R2 are the same as or different from each other, and each independently a substituent substituted with the conjugated structure of L1 and L2, hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthioxy group; Substituted or unsubstituted arylthioxy group; Substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Substi
  • l is the mole fraction
  • m is the mole fraction
  • l + m 1, 0 ⁇ o Is an integer of ⁇ 1,000.
  • a non-halogen solvent is used as the solvent used in the ink composition for organic solar cells.
  • the polymers of the ink composition for an organic solar cell have high solubility selectively in a halogen solvent.
  • halogen solvents are harmful to the environment and therefore have many limitations. In other words, there is a problem in the large-area process as harmful to the work environment because it is harmful to the human body.
  • non-halogen solvents generally have low solubility characteristics of the polymer used in the ink composition. Therefore, the present invention solves the solubility problem by using a non-halogen solvent by mixing with a specific copolymer.
  • the non-halogen solvent may be a mixed solvent comprising one or more non-halogen solvents, preferably a mixed solvent comprising two or three non-halogen solvents. .
  • the non-halogen solvent is 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene), 1-methyl-naphthalene (1-methyl-naphthalene) , 1,2-dimethylbenzene (1,2-dimethylbenzene), 1,3,5-trimethylbenzene (1,3,5-trimethylbenzene), benzene, toluene, styrene, tetra Tetrahydrothiophene benzaldehyde, acetophenone, diphenyl ether, nitrobenzene, pyridine, triethylamine, 4-vinylpyridine 4-vinylpyridine) and 4-methyl isopropylbenzene (4-methyl isopropylbenzezne) may include one or more selected from the group consisting of.
  • a non-halogen solvent that satisfies the Hansen solubility parameter and the Hansen fractionation parameter value range may be used alone, and two or more kinds thereof may be mixed and used to reach the Hansen solubility parameter and the Hansen fractionation parameter value range.
  • the non-halogen solvent has a Hansen solubility parameter of 16 to 21 MPa 0.5 for dispersion parameter ( ⁇ d), 0 to 8 MPa 0.5 for polarity parameter ( ⁇ p) and 0 for hydrogen bonding parameter ( ⁇ h) 0. 6 MPa may be 0.5 .
  • the Hansen solubility parameter of the non-halogen solvent may be a dispersion parameter ( ⁇ d) 17 to 20 MPa 0.5 , a polarity parameter ( ⁇ p) 2 to 8 MPa 0.5, and a hydrogen bonding parameter ( ⁇ h) 1 to 5 MPa 0.5 .
  • the non-halogen solvent has a Hansen fractionation parameter of fractionation dispersion force (fd) 0.6 to 0.9, a fractionation polarity parameter (fp) of 0 to 0.3, and a fractionation hydrogen bonding parameter (hydrogen bonding force, fh) 0 to 0.2.
  • the Hansen fractionation parameter of the non-halogen solvent is fractionation dispersion parameter (fd) 0.6 to 0.8, fractionation polar parameter (fp) 0.1 to 0.3 and fractionation hydrogen bonding parameter (hydrogen bonding force). , fh) 0.05 to 0.2.
  • the Hansen solubility parameter is a parameter that can predict whether one substance will dissolve in another substance to form a uniform solution.
  • the parameter can be used to identify materials that are incompatible with each other or have limited solubility.
  • the Hansen solubility parameter may include a dispersion parameter ( ⁇ d), a polarity parameter ( ⁇ p) and a hydrogen bonding parameter ( ⁇ h).
  • the three Hansen solubility parameters are in a single chart in a triangular Tees graph.
  • the Hansen solubility parameter must be normalized, i.e. converted into fractionated values, according to Equations 1 to 3 below to be plotted in a single useful chart.
  • Fractionated parameters include Hansen fractionation dispersibility parameters (fd), fractionation polarity parameters (fp) and fractionation hydrogen bonding parameters (fh).
  • the said Hansen fractionation parameter is one of the methods of defining the dissolution parameter of the solvent which can be calculated from the Hansen solubility parameter, and is for standardizing and fractionating the said three Hansen solubility parameters.
  • the sum of the three standardized parameters will always be one.
  • the Hansen parameter of the non-halogen solvent refers to the value of HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS-A USER'S HANDBOOK_Charles M. Hansen.
  • the mixed solvent including at least one non-halogen solvent can adjust its volume ratio ⁇ to satisfy the following Equations 4 to 15 so as to be selected within the Hansen solubility parameter range and the Hansen fractionation parameter presented in the present invention. have.
  • the mixed solvent including at least one non-halogen solvent may satisfy the following Equations 4 to 6.
  • N in Equations 4 to 6 is an integer of 1 to 50, preferably an integer of 1 to 16, the number of non-halogen solvents included in the mixed solvent, and ⁇ is the number of non-halogen solvents included in the mixed solvent.
  • the mixed solvent including the one or more non-halogen solvents may satisfy the following Equations 10 to 12.
  • N in Equations 10 to 12 is an integer of 1 to 50, preferably an integer of 1 to 16, the number of types of non-halogen solvents included in the mixed solvent, and ⁇ of the non-halogen solvents contained in the mixed solvent.
  • Fractional volume contents of the blend components ⁇ d is the dispersion parameter, ⁇ p is the polarity parameter and ⁇ h is the hydrogen bonding parameter.
  • the mixed solvent including the one or more non-halogen solvents may satisfy the following Equations 7 to 9.
  • N is an integer of 1 to 50, preferably an integer of 1 to 16, the number of non-halogen solvents included in the mixed solvent, and fd is a fractionation dispersion parameter.
  • fp is the fractionation polarity parameter and fh is the fractionation hydrogen bonding parameter
  • ⁇ d is the dispersion parameter
  • ⁇ p is the polarity parameter
  • ⁇ h is the hydrogen bonding parameter.
  • the mixed solvent including the one or more non-halogen solvents may satisfy the following Equations 13 to 15.
  • n is an integer of 1 to 50, preferably an integer of 1 to 16, the number of non-halogen solvents included in the mixed solvent, and fd is a fractionation dispersion parameter.
  • fp is the fractionation polarity parameter and fh is the fractionation hydrogen bonding parameter
  • ⁇ d is the dispersion parameter
  • ⁇ p is the polarity parameter
  • ⁇ h is the hydrogen bonding parameter.
  • the copolymer represented by Chemical Formula 1 may be a component of a photoactive layer (light absorbing layer) in an organic solar cell, which is an electron donor material.
  • the compound represented by Formula 1 may be a copolymer represented by any one selected from the following Formula 1-1 to Formula 1-5.
  • l is 0.5
  • m is 0.5
  • the terminal group of the copolymer is a heterocyclic group or an aryl group.
  • the end group of the copolymer is 4- (trifluoromethyl) phenyl group (4- (trifluoromethyl) phenyl).
  • the number average molecular weight of the copolymer represented by Formula 1 is 500g / mol to 1,000,000 g / mol, preferably 10,000 to 100,000 g / mol, more preferably 30,000 to 70,000 g / mol.
  • the copolymer represented by Formula 1 may be a random copolymer.
  • the copolymer represented by Chemical Formula 1 is a random copolymer, crystallinity is reduced, and the degree of amorphousness is increased, thereby ensuring long-term stability in heat.
  • the manufacturing process of the element and the module to be included becomes easy.
  • solubility can be easily adjusted by adjusting the ratio between the copolymers in the random copolymer, solubility suitable for the manufacturing process of the solar cell can be easily provided and a highly efficient solar cell can be manufactured.
  • the copolymer represented by the formula (1) may have a molecular weight distribution of 1 to 100, preferably may have a molecular weight distribution of 1 to 3.
  • the number average molecular weight is preferably 100,000 or less in order to have a certain solubility or higher so that the solution coating method is advantageous.
  • the solution coating method can be anything as long as it is commonly used, preferably inkjet printing, screen printing and spin coating.
  • the copolymer represented by Chemical Formula 1 may be prepared based on the preparation examples described below.
  • R1 to R5, L1, L2, X1, X2, a and b of Formulas 2 to 4 are the same as in Formula 1.
  • the copolymer represented by Formula 1 may be prepared by a multistage chemical reaction. Monomers are prepared through alkylation, Grignard reaction, Suzuki coupling reaction, and Still coupling reaction, and then the final air via carbon-carbon coupling reaction such as steel coupling reaction. Unions can be prepared. When the substituent to be introduced is a boronic acid or boronic ester compound, it can be prepared through Suzuki coupling reaction, and when the substituent to be introduced is a tributyltin compound, It may be prepared through a coupling reaction, but is not limited thereto.
  • the organic material of the present invention is an electron acceptor material for preparing an ink composition for an organic solar cell.
  • the copolymer represented by Chemical Formula 1 and the organic material must be included together, since the copolymer is an electron donor material and the organic material is an electron acceptor material.
  • the two materials must be included together for efficient charge separation to drive the organic solar cell.
  • the organic material may include any one or more selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, vasocuproin, semiconducting elements, semiconducting compounds, and combinations thereof.
  • PC 61 BM ([6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC 71 BM, PBDTTT-C (poly [4,8-bis-alkyloxybenzo [1,2-b: 4,5 -b '] dithiophene-2,6-diyl-alt- [alkylthieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate] -2,6-diyl), PTB7 (Poly [[4,8-bis [(2 -ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b ] thiophenediyl]]) and PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl)
  • the weight ratio of the copolymer represented by Formula 1 and the organic material is 1: 0.1 to 10, preferably 1: 0.5 to 3 may be included.
  • the copolymer represented by the formula (1) is 0.1 to 10% by weight based on the total weight percentage of the ink composition for organic solar cells %, Preferably 0.1 to 5% by weight. If the copolymer is less than 0.1% by weight, there may be a problem that the light conversion efficiency is low due to insufficient light absorption during device fabrication. And if it exceeds 10% by weight exceeds the solubility range for the copolymer, there may be a problem that a precipitate occurs in the ink, the above range is preferred. And the ink composition of the present invention can satisfy the remaining amount with a non-halogen solvent to satisfy 100% by weight.
  • the viscosity in the ink composition for an organic solar cell, may be 1cP to 100cP, preferably 10cP to 100cP, more preferably 30cP to 80cP.
  • the ink composition for an organic solar cell further comprises any one or more selected from anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, zwitterionic surfactants Can be. This is to adjust the spreadability of the ink and may be further adjusted as necessary.
  • the copolymer represented by Chemical Formula 1 exhibits excellent solubility in a non-halogen solvent, thereby improving surface characteristics and light conversion efficiency characteristics when manufacturing an organic solar cell.
  • it is environmentally friendly, stable and can reduce the production cost of the process.
  • Another aspect of the invention provides an organic solar cell manufacturing method comprising the step of forming a photoactive layer by solution coating the ink composition for an organic solar cell of the present invention.
  • the step of forming the photoactive layer may be prepared by coating the ink composition with a solution.
  • the solution coating method of the ink composition may be performed by a method well known in the art.
  • the solution coating method may be performed by any one selected from spin coating, gravure offset, inkjet printing, screen printing and silk screen printing, and preferably spin coating may be used.
  • the device fabrication of the organic solar cell may vary depending on the structure, but an additional layer such as a hole transport layer or an electron transport layer may be applied on the substrate, and the ink composition of the present invention is applied onto the substrate.
  • an additional layer such as a hole transport layer or an electron transport layer may be applied on the substrate, and the ink composition of the present invention is applied onto the substrate.
  • the substrate may be any one that can be used conventionally, but may preferably be a glass or transparent plastic substrate.
  • a heat treatment step may be further performed.
  • the heat treatment step is to dry the film of the applied ink composition, it may be performed using a reduced pressure dryer, a convection oven, a hot plate or an IR oven. At this time, the heat treatment step may be performed at 30 °C to 250 °C, 30 seconds to 30 minutes.
  • Another aspect of the present invention provides a photoactive layer made of the ink composition for an organic solar cell of the present invention. And it provides an organic solar cell comprising a photoactive layer of the present invention.
  • An organic solar cell ink composition was prepared such that 4 wt% of the copolymer prepared in Synthesis Example 1 and a weight ratio of PC 61 BM were mixed at a ratio of 1: 2 to 96 wt% of the solvent of Table 3 below.
  • An organic solar cell of ITO / ZnO / photoactive layer / MoOx / Ag was prepared as follows.
  • the glass substrate coated with ITO was ultrasonically cleaned with distilled water, acetone and 2-propanol, and the surface of the ITO was ozone treated for 10 minutes, followed by spin coating ZnO to a thickness of 30 um for 5 minutes at 220 ° C.
  • spin coating the ink compositions of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 and depositing 10 nm of MoOx and 100 nm of Ag using a thermal evaporator under 3 ⁇ 10 torr vacuum.
  • An organic solar cell was prepared.
  • the photoelectric conversion characteristics of the manufactured organic solar cell were measured under a condition of 100 mW / cm (AM 1.5), and the results are shown in Table 3 below.
  • V oc is the open voltage
  • J sc is the short-circuit current
  • FF is the fill factor
  • PCE is the energy conversion efficiency.
  • the open-circuit and short-circuit currents are the X- and Y-axis intercepts in the four quadrants of the voltage-current density curve, respectively. The higher these two values, the higher the efficiency of the solar cell.
  • the fill factor is the area of the rectangle drawn inside the curve divided by the product of the short circuit current and the open voltage. By dividing these three values by the intensity of the emitted light, the energy conversion efficiency can be obtained, and higher values are preferable.

Abstract

본 발명은 유기 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법에 관한 것이다.

Description

유기 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법
본 발명은 유기 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나뉠 수 있다. 유기 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다.
전형적인 태양전지는 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 태양전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24%정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기물 반도체 태양전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
태양전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나뉠 수 있다. 그 중에서도 유기 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할수 있는 소자이다. 일반적으로 유기태양전지는 투명기판, 주석도핑 산화인듐(tin-doped indium oxide) 박막 등의 투명전극(양극), 광활성층(광흡수층) 및 알루미늄 전극(음극)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 상기 광활성층은 전자 수용체(electron acceptor)와 정공 수용체(hole acceptor tor electron donor)가 혼재되어 있는 벌크 이종접합 구조를 갖는다. 이러한 유기태양전지는 저가격, 대면적화의 유리함, 그리고 공정이 간단한 장점이 있어 향후 플렉서블 소자로서 저분자 진공 증착형 소자에 비해 유리하다고 볼 수 있다.
한편, 최근에는 비용이 비교적 저렴하고 고속 생산이 가능한 인쇄 공정을 이용하여 유기태양전지를 더욱 효과적으로 제작하기 위해, ITO와 같은 투명전극을 플렉서블 기판 등에 입히는 코팅 공정이 가장 중요한 기술 중 하나로서 부각되고 있다.
종래에는 유기 태양 전지에 사용되는 공중합체를 포함하는 잉크 조성물은 할로겐 용매를 채택하고 있다. 이러한 잉크 조성물로 유기 태양전지를 제조하게 되면, 용매 자체가 환경에 유해하기 때문에 제약이 있다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 비할로겐 용매를 포함하는 유기 태양전지용 잉크 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에서는 단일 뿐만 아니라 복수의 비할로겐 용매를 포함하는 유기 태양 전지용 잉크조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 비할로겐 용매; 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체; 및 유기재료를 포함하는 유기 태양전지용 잉크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000001
상기 화학식 1에서
a 및 b는 각각 1 내지 3의 정수이고,
a가 2 이상인 경우, 2 이상의 L1은 서로 동일하거나 상이하며,
b가 2이상인 경우, 2이상의 L2는 서로 동일하거나 상이하고,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 공액구조이며,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 L1 및 L2의 공액 구조에 치환되는 치환기로, 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 1 또는 2이상이 선택되고, X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te 이며, R, R' 및 R3 내지 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고, X1'는 X1과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 X1의 정의와 동일하며, R3'는 R3과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 R3의 정의와 동일하고, l은 몰분율로, 0 < l < 1이며, m은 몰분율로, 0 < m < 1이고, l + m = 1이며, 0 < o < 1,000의 정수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예는 상기 비할로겐 용매의 한센 용해도 파라미터는 분산 파라미터(δd) 16 ~ 21 MPa0.5, 바람직하게는 17 ~ 20 MPa0.5 이고, 극성 파라미터(δp) 0 ~ 8 MPa0.5, 바람직하게는 2 ~ 8 MPa0.5 이며, 수소결합 파라미터(δh) 0 ~ 6 MPa0.5, 바람직하게는 1 ~ 5 MPa0.5일 수 있다. 그리고 상기 비할로겐 용매의 한센 분획화 파라미터는 분획화 분산력 파라미터(dispersion force, fd) 0.6 ~ 0.9, 바람직하게는 0.6 ~ 0.8이고, 분획화 극성 파라미터(polar force, fp) 0 ~ 0.3, 바람직하게는 0.1 ~ 0.3이며, 분획화 수소결합 파라미터(hydrogen bonding force, fh) 0 ~ 0.2, 바람직하게는 0.05 ~ 0.2 일 수 있다.
본 발명은 비할로겐 용매를 포함하는 유기 태양전지용 잉크 조성물을 제공할 수 있다. 본 발명의 잉크조성물은 어떠한 용액 공정에서도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 태양전지용 잉크 조성물의 용매가 1종 이상의 비할로겐 용매임에도 우수한 용해도를 나타낼 수 있다. 따라서, 유기 태양전지 제작 시 표면특성 및 광변환 효율 특성이 우수할 수 있다. 특히, 일반적으로는 잉크 제조에 부적합한 비할로겐 용매들이지만, 본 발명의 특정 공중합체와 혼합하고, 특정 파라미터를 만족함으로써, 우수한 용해도 특성을 가지는 잉크를 제조할 수 있다. 이뿐만 아니라, 친환경적이고 안정성이 있으며 공정의 생산 비용을 절감시키는 효과도 발휘할 수 있다.
도 1은 실험예 1의 값으로 플로팅한 Teas 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기의 구체적 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명이므로, 비록 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
종래에는 유기 태양 전지에 사용되는 잉크 조성물은 공중합체의 용해도에 의해 할로겐 용매를 채택하고 있다. 이러한 잉크조성물로 유기 태양전지를 제조하게 되면, 용매 자체가 환경에 유해하기 때문에 제약이 있다는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 환경에 유해하지 않으면서도, 공중합체 물질에 대한 용해도가 높은 비할로겐 용매를 찾는 것에 예의 노력한바, 특정 비할로겐 용매를 사용하거나, 특정 비할로겐 용매를 혼합하고, 특정 파라미터를 만족함으로써, 종래의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 발견하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명에서는 비할로겐 용매; 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체; 및 유기재료를 포함하는 유기 태양전지용 잉크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000002
상기 화학식 1에서 a 및 b는 각각 1 내지 3의 정수이고,
a가 2 이상인 경우, 2 이상의 L1은 서로 동일하거나 상이하며,
b가 2이상인 경우, 2이상의 L2는 서로 동일하거나 상이하고,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 공액구조이며,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 L1 및 L2의 공액 구조에 치환되는 치환기로, 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 1 또는 2이상이 선택되고, X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te 이며, R, R' 및 R3 내지 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고, X1'는 X1과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 X1의 정의와 동일하며, R3'는 R3과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 R3의 정의와 동일하고, l은 몰분율로, 0 < l < 1이며, m은 몰분율로, 0 < m < 1이고, l + m = 1이며, 0 < o < 1,000의 정수이다.
먼저, 상기 비할로겐 용매에 대해 설명한다.
본 발명에서는 유기 태양전지용 잉크 조성물에서 사용하는 용매로, 비할로겐 용매를 사용한다.
일반적으로 유기 태양전지용 잉크 조성물의 고분자들은 할로겐 용매에 선택적으로 용해도가 높다. 그러나 할로겐 용매는 환경에 유해하여 제약이 많다. 즉, 인체유해 하기 때문에 작업환경유해요인으로 대면적 공정 시 문제가 있다.
한편, 일반적으로 비할로겐 용매는 잉크 조성물에 사용되는 고분자의 용해도 특성이 낮다. 따라서 본 발명에서는 특정 공중합체와 혼합하여 비할로겐 용매를 사용함으로써, 용해도 문제를 해결하였다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 비할로겐 용매는 1종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매일 수 있고, 바람직하게는 2 종 또는 3종의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 비할로겐 용매는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌(1,2,3,4-tetrahydronaphthalene), 1-메틸-나프탈렌(1-methyl-naphthalene), 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene), 1,3,5-트리메틸벤젠(1,3,5-trimethylbenzene), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 스타이렌(styrene), 테트라하이드로티오펜(tetrahydrothiophene) 벤즈알데하이드(benzaldehyde), 아세토페논(acetophenone), 디페닐에테르(diphenyl ether), 나이트로벤젠(nitrobenzene), 피리딘(pyridine), 트리에틸아민(triethylamine), 4-비닐피리딘(4-vinylpyridine) 및 4-메틸 이소프로필벤젠(4-methyl isopropylbenzezne)으로 이루어진 군 중 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 한센 용해도 파라미터 및 한센 분획화 파라미터 값 범위를 만족하는 비할로겐 용매를 단독으로도 사용가능하며, 2종 이상을 한센 용해도 파라미터 및 한센 분획화 파라미터 값 범위에 도달하도록 혼합하여 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 비할로겐 용매는 한센 용해도 파라미터가 분산 파라미터(δd) 16 ~ 21 MPa0.5, 극성 파라미터(δp) 0 ~ 8 MPa0.5 및 수소결합 파라미터(δh) 0 ~ 6 MPa0.5 일 수 있다. 바람직하게는 상기 비할로겐 용매의 한센 용해도 파라미터는 분산 파라미터(δd) 17 ~ 20 MPa0.5, 극성 파라미터(δp) 2 ~ 8 MPa0.5 및 수소결합 파라미터(δh) 1 ~ 5 MPa0.5일 수 있다.
또한, 상기 비할로겐 용매는 한센 분획화 파라미터가 분획화 분산력 파라미터(dispersion force, fd) 0.6 ~ 0.9, 분획화 극성 파라미터(polar force, fp) 0 ~ 0.3 및 분획화 수소결합 파라미터(hydrogen bonding force, fh) 0 ~ 0.2 일 수 있다. 바람직하게는 상기 비할로겐 용매의 한센 분획화 파라미터는 분획화 분산 파라미터(dispersion force, fd) 0.6 ~ 0.8, 분획화 극성 파라미터(polar force, fp) 0.1 ~ 0.3 및 분획화 수소결합 파라미터(hydrogen bonding force, fh) 0.05 ~ 0.2 일 수 있다.
한센 용해도 파라미터란, 어느 한 물질이 다른 물질에 용해되어 균일한 용액을 형성할 것인지 여부를 예측할 수 있는 파라미터이다. 상기 파라미터는 서로 호환되지 않거나 또는 제한된 용해도를 갖는 물질들을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 한센 용해도 파라미터는 분산 파라미터(δd), 극성 파라미터(δp) 및 수소결합 파라미터(δh)를 포함할 수 있다.
상기 3개의 한센 용해도 파라미터는 3각형 티스(Teas) 그래프에서 단일 차트 내에 존재한다. 상기 한센 용해도 파라미터는 단일한 유용한 차트 내에 플롯팅되기 위하여 하기 수학식 1 내지 수학식 3에 따라 표준화, 즉 분획화된 값으로 변환되어야 한다. 분획화된 파라미터는 한센 분획화 분산력 파라미터(fd), 분획화 극성 파라미터(fp) 및 분획화 수소결합 파라미터(fh)를 포함한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000003
[수학식 2]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000004
[수학식 3]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000005
즉, 상기 한센 분획화 파라미터란, 한센 용해도 파라미터에서 계산할 수 있는 용제의 용해 파라미터를 정의하는 방법의 1종이며, 상기 3개의 한센 용해도 파라미터를 표준화, 분획화하기 위한 것이다. 따라서 상기 3개의 표준화된 파라미터의 합은 항상 1이 될 것이다.
구체적으로 설명하면, 비할로겐 용매의 한센 파라미터는 HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS-A USER’S HANDBOOK_Charles M. Hansen의 값을 참조한다.
1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는 본 발명에서 제시한 한센 용해도 파라미터 범위와 한센 분획화 파라미터 안에서 선택되도록 다음의 수학식 4 내지 수학식 15를 만족하게 그 부피비율(Φ)을 조정할 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는 하기 수학식 4 내지 수학식 6를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000006
[수학식 5]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000007
[수학식 6]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000008
상기 수학식 4 내지 6의 n은 1 ~ 50의 정수, 바람직하게는 1 ~ 16의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며, Φ는 혼합용매에 포함되어 있는 비할로겐 용매의 부피 비율(fractional volume contents of the blend components)이고, δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
(adapted from PAINT FLOW AND PIGMENT DISPERSION_Temple C. Patton)
바람직하게는 상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는 하기 수학식 10 내지 수학식 12를 만족할 수 있다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000009
[수학식 11]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000010
[수학식 12]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000011
상기 수학식 10 내지 12의 n은 1 ~ 50의 정수, 바람직하게는 1 ~ 16의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며, Φ는 혼합용매에 포함되어 있는 비할로겐 용매의 부피 비율(fractional volume contents of the blend components)이고, δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
또는, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는 하기 수학식 7 내지 수학식 9를 만족할 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000012
[수학식 8]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000013
[수학식 9]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000014
상기 수학식 7 내지 9의 n은 1 ~ 50의 정수, 바람직하게는 1 ~ 16의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며, fd는 분획화 분산 파라미터. fp는 분획화 극성 파라미터 및 fh는 분획화 수소결합 파라미터이고, δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
(adapted from HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS-A USER’S HANDBOOK_Charles M. Hansen)
바람직하게는 상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는 하기 수학식 13 내지 수학식 15를 만족할 수 있다.
[수학식 13]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000015
[수학식 14]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000016
[수학식 15]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000017
(adapted from HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS-A USER’S HANDBOOK_Charles M. Hansen)
상기 수학식 13 내지 15의 n은 1 ~ 50의 정수, 바람직하게는 1 ~ 16의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며, fd는 분획화 분산 파라미터. fp는 분획화 극성 파라미터 및 fh는 분획화 수소결합 파라미터이고, δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
다음 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체에 대해 설명한다.
본 발명에서는 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 유기 태양전지 내에서, 광활성층(광흡수층)의 한 구성 요소가 될 수 있고, 이는 전자 주개 물질이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5 중 선택되는 어느 하나로 표시되는 공중합체일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000018
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000019
[화학식 1-3]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000020
[화학식 1-4]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000021
[화학식 1-5]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000022
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5에 있어서, l, m 및 o의 정의는 상기에 정의한 바와 동일하다. 본 명세서의 일실시 상태에 있어서, l은 0.5이고, m은 0.5이며, 상기 공중합체의 말단기로는 헤테로 고리기 또는 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 4-(트리플루오로메틸)페닐기(4-(trifluoromethyl)phenyl)이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체의 수평균 분자량은 500g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 바람직하게는 10,000 내지 100,000g/mol, 더 바람직하게는 30,000 내지 70,000g/mol일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 랜덤 공중합체일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체가 랜덤 공중합체의 경우, 결정성(crystallinity)이 줄어들어, 무정형(amourphous)의 정도가 커져, 열에 장기적 안정성을 확보할 수 있고, 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 포함하는 소자 및 모듈의 제작 공정이 쉬워진다. 또한, 랜덤 공중합체 내의 공중합체간의 비율을 조절하여, 용해도의 조절이 용이하므로, 태양 전지의 제조 공정에 알맞은 용해도의 제공이 용이하여 고효율의 태양 전지를 제조할 수 있다.
그리고 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 1 내지 100의 분자량 분포를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 3의 분자량 분포를 가질 수 있다. 분자량 분포는 낮을수록, 수평균 분자량이 커질수록 전기적 특성과 기계적 특성이 더 좋아진다. 또한 일정 이상의 용해도를 가져서 용액도포법 적용이 유리하도록 하기 위해 수평균 분자량은 100,000이하인 것이 바람직하다. 상기 용액도포법은 통상적으로 사용 가능한 것이면, 무엇이든 가능하고, 바람직하게는 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 스핀코팅일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다.
반응기에 용매, 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 제1 단위 내지 제3 단위로 유도되는 3 종의 단량체 및 촉매를 넣고 스즈끼 커플링 반응(Suzuki coupling reaction), 스틸 커플링 반응(stille coupling reaction) 또는 그 외의 다양한 반응을 통하여, 반응시키고, 엔드 캡핑(end capping)을 한다. 그리고 반응 후에 혼합물을 실온까지 냉각하여, 메탄올에 부은 후, 고체를 걸러 메탄올, 아세톤, 헥산, 클로로포름에 석슐렉 추출한 다음, 클로로포름 부분을 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내어 제조할 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000023
[화학식 3]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000024
[화학식 4]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000025
상기 화학식 2 내지 화학식 4의 R1 내지 R5, L1, L2, X1, X2, a 및 b는 상기 화학식 1과 동일하다.
본 명세서에 따른 화학식 1로 표시되는 공중합체는 다단계 화학반응으로 제조할 수 있다. 알킬화반응, 그리냐르(Grignard) 반응, 스즈끼(Suzuki) 커플링 반응 및 스틸(Stille) 커플링 반응 등을 통하여 모노머들을 제조한 후, 스틸 커플링 반응 등의 탄소-탄소 커플링 반응을 통하여 최종 공중합체들을 제조할 수 있다. 도입하고자 하는 치환기가 보론산(boronic acid) 또는 보론산 에스터(boronic ester) 화합물인 경우에는 스즈키 커플링 반응을 통해 제조할 수 있고, 도입하고자 하는 치환기가 트리부틸틴(tributyltin) 화합물인 경우에는 스틸 커플링 반응을 통해 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음 유기재료에 대해 설명한다.
본 발명의 유기재료는 유기 태양전지용 잉크 조성물 제조시 전자 받개 물질이다. 본 발명에서는 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체와 유기재료를 반드시 함께 포함되어야 하며, 이는 공중합체가 전자주개물질, 유기 재료가 전자받개물질이기 때문이다. 두 물질이 함께 포함되어야 효율적인 전하의 분리가 일어나서 유기 태양전지가 구동하게 된다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유기재료는 플러렌, 플러렌유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 PC61BM ([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester), PC71BM,PBDTTT-C(poly[4,8-bis-alkyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-[alkylthieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]-2,6-diyl), PTB7 (Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]) 및 PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b'] dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)])으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체와 상기 유기재료의 중량비는 1: 0.1 ~ 10, 바람직하게는 1:0.5 ~ 3으로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 상기 유기 태양전지용 잉크 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 상기 유기 태양전지용 잉크 조성물의 전체 중량백분율을 기준으로 0.1 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 5 중량%를 포함할 수 있다. 만약 상기 공중합체가 0.1 중량% 미만이면, 소자 제작 시 충분한 광 흡수가 되지 않아 광변환 효율이 낮은 문제가 있을 수 있다. 그리고 10 중량%를 초과하면 공중합체에 대한 용해도 범위를 초과하므로, 잉크에 침전물이 생기는 문제가 있을 수 있으므로, 상기의 범위가 바람직하다. 그리고 본 발명의 잉크 조성물은 비할로겐 용매로 잔량을 충족하여 100중량%를 만족시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유기 태양전지용 잉크 조성물에 있어서, 그 점도는 1cP 내지 100cP, 바람직하게는 10cP 내지 100cP, 더욱 바람직하게는 30cP 내지 80cP일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유기 태양 전지용 잉크 조성물은 음이온계 계면 활성제, 양이온계 계면 활성제, 비이온계 계면 활성제, 양성이온계 계면 활성제 중 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이는 잉크의 퍼짐성을 조절하기 위한 것으로 필요에 따라 조절하여 더 포함할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 유기 태양전지용 잉크 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 공중합체가 비할로겐 용매에 우수한 용해도를 나타냄으로써, 유기 태양전지 제작 시 표면 특성 및 광변환 효율 특성을 향상시킬 수 있다. 이뿐만 아니라, 친환경적이고 안정성이 있으며 공정의 생산 비용을 절감시키는 효과도 발휘할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 유기 태양전지용 잉크 조성물을 용액도포하여 광활성층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지 제조방법 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 광활성층을 형성하는 단계는 잉크 조성물을 용액도포하여 제조할 수 있다. 상기 잉크 조성물의 용액도포법은 당해 기술분야에 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 용액도포법은 스핀코팅, 그라비아 오프셋, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 실크 스크린 프린팅 중 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스핀코팅을 사용할 수 있다.
유기 태양전지의 소자 제작을 예를 들어 설명하면, 구조의 차이에 따라 다양하지만, 기판 위에 정공수송층이나, 전자수송층과 같은 추가층이 도포될 수 있고, 상기 기판위에 본 발명의 잉크 조성물을 용액도포하여 광활성층을 형성할 수 있다. 그리고 상기 기판은 통상적으로 사용 가능한 것이면 무엇이든 가능하나, 바람직하게는 유리 또는 투명플라스틱 기판이 될 수 있다.
그리고 상기 용액도포하는 단계 후에, 열처리 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 열처리하는 단계는 도포된 잉크 조성물의 막을 건조하기 위한 것으로, 감압건조기, 컨벡션 오븐, 핫플레이트 또는 IR 오븐 등을 사용하여 수행될 수 있다. 이때, 열처리 단계는 30℃ 내지 250℃에서, 30초 내지 30분간 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 본 발명의 유기 태양전지용 잉크 조성물로 제조된 광활성층을 제공한다. 그리고 본 발명의 광활성층을 포함하는 유기 태양전지도 제공한다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
합성예
마이크로 웨이브 리엑터 바이알(Microwave reactor vial)에 클로로벤젠(Chlorobenzene) 15 ml, 2,6-비스(트라이메틸틴)-4,8-비스(2-에틸헥실-2-싸이에닐)-벤조[1,2-b:4,5-b']다이싸이오펜(2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-bis(2ethylhexyl-2-thenyl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene, 0.7 g, 0.7738 mmol), 2,5-비스(트라이메틸스태닐싸이오펜 (2,5-bis(trimethylstannyl)thiophene, 0.3171g, 0.7738 mmol), 1,3-다이브로모-5-도데실싸이에노[3,4-c]피롤-4,6-다이온(1,3Dibromo-5-dodecylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione, 0.7418 g, 1.548 mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐 (Pd2(dba)3:(Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0), 28 mg), 트라이-(오-톨릴)포스핀(Tri-(o-tolyl)phosphine, 37 mg)을 넣고 170 ℃ 조건 하에 1시간 동안 반응시켰다. 혼합물을 실온까지 냉각하여 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤, 헥산, 클로로폼에 석슐렛 추출(Soxhlet extraction)한 다음, 클로로폼 부분을 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 하기 반응식 1과 같이 화학식 1로 표시되는 공중합체를 제조하였다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2015008797-appb-I000026
제조예 1 ~ 17 및 비교제조예 1 ~ 3
상기 합성예에서 제조한 공중합체 2 중량%를 하기 표 1의 용매 98 중량%와 각각 혼합하여 60℃에서 3시간 용해시켰다.
표 1
구분 용매
제조예1 1,3,5-trimethylbenzene
제조예2 1,2-dimethylbenzene
제조예3 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene
제조예4 tetrahydrothiophene
제조예5 toluene
제조예6 benzene
제조예7 1-methyl naphthalene
제조예8 styrene
제조예9 1,3,5-trimethylbenzene: 1,2-dimethylbenzene의 부피비= 58: 42
제조예10 1,3,5-trimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene의 부피비= 84: 16
제조예11 1,3,5-trimethylbenzene: tetrahydrothiophene의 부피비= 55: 45
제조예12 1,3,5-trimethylbenzene: 1-methyl naphthalene의 부피비= 53: 47
제조예13 1,2-dimethylbenzene:1,2,3,4-tetrahydronaphthalene: tetrahydrothiophene 의 부피비= 86.0: 1.8: 12.2
제조예14 1,3,5-trimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene의 부피비= 32.5: 62.5
제조예15 1,3,5-trimethylbenzene:1,2-dimethylbenzene:1,2,3,4-tetrahydronaphthalene 의 부피비 = 60.0: 20.0: 20.0
제조예16 1,3,5-trimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene의 부피비 = 61.5: 38.5
제조예17 1,2-dimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene의 부피비 = 65: 35
비교제조예1 chlorobenzene
비교제조예2 1,2-dichlorobenzene
비교제조예3 tetrahydrofuran
실험예 1
상기 제조예 1 ~ 17 및 비교제조예 1 ~ 3에서 합성예의 공중합체의 용해도를 육안으로 측정하였다.
○: 용해 후, 잉크조성물에서 공중합체의 침전이 관찰되지 않음.
△: 용해 후, 잉크조성물에서 용액의 색은 균일하나 하부에 침전이 관찰됨.
X: 용해 후, 잉크조성물에서 용액 상부의 색이 투명하고 다량 침전됨.
표 2
구분 Hansen Teas(%) 용해도
δd δp δh f d f p f h
제조예1 16.7 7 0 70 30 0 △
제조예2 17.8 1 3.1 81 5 14 ○
제조예3 19.6 2 2.9 80 8 12 ○
제조예4 18.6 6.7 6 59 21 19 ○
제조예5 18 1.4 2 84 7 9 △
제조예6 18.4 0 2 90 0 10 △
제조예7 20.6 0.8 4.7 79 3 18 ○
제조예8 18.6 1 4.1 78 4 17 △
제조예9 17.2 4.5 1.3 75 19 6 △
제조예10 17.2 6.2 0.5 72 26 2 △
제조예11 16.7 6.4 3.6 64 25 12 ○
제조예12 18.5 4.1 2.2 74 17 8 ○
제조예13 18.4 7.5 3.2 63 26 11 ○
제조예14 17.7 3.5 1.8 73 15 7 ○
제조예15 17.5 4.8 1.2 75 20 5 △
제조예16 17.8 5.1 1.1 74 21 5 △
제조예17 18.8 5.7 2.8 69 20 10 ○
비교제조예1 19 4.3 2 75 17 8 ○
비교제조예2 18.3 7.7 2.8 64 27 10 ○
비교제조예3 16.8 5.7 8 55 19 26 X
도 1은 실험결과를 토대로 작성한 Teas 그래프이다.
측정결과를 보면, 제조예 1 내지 17에서 보는 바와 같이, 합성예에서 제조한 공중합체가 비할로겐 용매에서도 용해도가 우수하다는 것을 알 수 있다. 특히 제조예 11 내지 14 및 제조예 17의 경우, 2종 이상의 비할로겐용매를 한센 용해도 파라미터 식 및 한센 분획확 파라미터 식을 만족시키는 혼합용매 조성을 찾아 제조한 것이다. 따라서 복수의 비할로겐 용매도 용해도가 우수하며, 유기 태양 전지용 잉크 조성물을 제조하는 데 적합하다는 것을 알 수 있다.
다만, 유기재료의 경우는 비할로겐 용매에 용해도가 우수하므로, 따로 실험을 실시하지 않았다.
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 2
상기 합성예에서 제조한 공중합체와 PC61BM의 중량비를 1:2로 혼합한 것을 4중량%, 하기 표 3의 용매가 96 중량%가 되도록 유기 태양 전지용 잉크 조성물을 제조하였다.
실험예 2
하기와 같이 ITO/ZnO/광활성층/MoOx/Ag인 유기 태양전지를 제조하였다.
ITO가 코팅된 유리기판을 증류수, 아세톤 및 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리한 후, 30 um 두께로 ZnO를 스핀코팅하여 220℃에서 5분 동안 열처리하였다. 광활성층의 형성을 위해서 상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2 잉크 조성물을 스핀코팅하여, 3 x 10 torr 진공 하에서 열증발기(thermal evaporator)를 이용하여 10nm의 MoOx와 100nm의 Ag을 증착하여 유기 태양전지를 제조하였다. 그리고 제조된 유기 태양전지의 광전변환특성을 100 mW/cm (AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.
표 3
잉크조성물 용매 VOC(V) JSC(mA/cm2) FF(%) PCE(%)
실시예1 1,2-dimethylbenzene 0.951 8.995 0.527 4.51
실시예2 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene 0.956 11.204 0.483 5.18
실시예3 1-methyl naphthalene 0.928 12.889 0.439 5.34
실시예4 1,3,5-trimethylbenzene: tetrahydrothiophene 의 부피비= 55: 45 0.885 9.422 0.407 3.39
실시예5 1,3,5-trimethylbenzene: 1-methyl naphthalene 의 부피비 = 53: 47 0.928 13.977 0.517 6.70
실시예6 1,2-dimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene:tetrahydrothiophene 의 부피비 = 86.0: 1.8: 12.2 0.947 13.404 0.539 6.84
실시예7 1,3,5-trimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene 의 부피비 = 32.5: 67.5 0.948 13.281 0.534 6.72
실시예8 1,2-dimethylbenzene: 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene 의 부피비 = 65:35 0.923 11.148 0.487 5.01
비교예1 chlorobenzene 0.973 10.382 0.549 5.55
비교예2 1,2-dichlorobenzene 0.944 10.931 0.506 5.22
표 3에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, PCE는 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 직사 각형의 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 3의 결과를 비교하면, 실시예 1 내지 8의 잉크조성물을 사용한 유기 태양전지가 비교예 1 및 2의 잉크조성물을 사용한 유기 태양전지와 유사한 효율 및 성능을 나타내었다. 특히 실시예 5 내지 7은 비교예 1 및 2 보다 효율이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (23)

  1. 비할로겐 용매;
    하기 화학식 1로 표시되는 공중합체; 및 유기재료를 포함하는 유기 태양전지용 잉크 조성물;
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000027
    상기 화학식 1에서
    a 및 b는 각각 1 내지 3의 정수이고,
    a가 2 이상인 경우, 2 이상의 L1은 서로 동일하거나 상이하며,
    b가 2 이상인 경우, 2 이상의 L2는 서로 동일하거나 상이하고,
    L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 공액구조이며,
    R1 및 R2는 서로 동일하건, 상이학, 각각 독립적으로 상기 L1 및 L2의 공액 구조에 치환되는 치환기로, 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 1 또는 2 이상이 선택되고,
    X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te 이며,
    R, R' 및 R3 내지 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 N, O 및 S원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    X1'는 X1과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 X1의 정의와 동일하며,
    R3'는 R3과 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 R3의 정의와 동일하고, l은 몰분율로, 0 < l < 1이며, m은 몰분율로, 0 < m < 1이고, l + m = 1이며, 0 < o < 1,000의 정수이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매는 1종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매는
    1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌(1,2,3,4-tetrahydronaphthalene), 1-메틸-나프탈렌(1-methyl-naphthalene), 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene), 1,3,5-트리메틸벤젠(1,3,5-trimethylbenzene), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 스타이렌(styrene), 테트라하이드로티오펜(tetrahydrothiophene) 벤즈알데하이드(benzaldehyde), 아세토페논(acetophenone), 디페닐에테르(diphenyl ether), 나이트로벤젠(nitrobenzene), 피리딘(pyridine), 트리에틸아민(triethylamine), 4-비닐피리딘(4-vinylpyridine) 및 4-메틸 이소프로필벤젠(4-methyl isopropylbenzezne)으로 이루어진 군 중 선택되는 1 종이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 잉크 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매의 한센 용해도 파라미터는
    분산 파라미터(δd) 16 ~ 21 MPa0.5, 극성 파라미터(δp) 0 ~ 8 MPa0.5 및 수소결합 파라미터(δh) 0 ~ 6 MPa0.5인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매의 한센 용해도 파라미터는
    분산 파라미터(δd) 17 ~ 20 MPa0.5, 극성 파라미터(δp) 2 ~ 8 MPa0.5 및 수소결합 파라미터(δh) 1 ~ 5 MPa0.5인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매의 한센 분획화 파라미터는
    분획화 분산 파라미터(dispersion force, fd) 0.6 ~ 0.9, 분획화 극성 파라미터(polar force, fp) 0 ~ 0.3 및 분획화 수소결합 파라미터(hydrogen bonding force, fh) 0 ~ 0.2 인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 비할로겐 용매의 한센 분획화 파라미터는
    분획화 분산 파라미터(dispersion force, fd) 0.6 ~ 0.8, 분획화 극성 파라미터(polar force, fp) 0.1 ~ 0.3 및 분획화 수소결합 파라미터(hydrogen bonding force, fh) 0.05 ~ 0.2 인 것을 특징으로 하는 태양전지용 잉크 조성물.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는
    하기 수학식 4 내지 수학식 6를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 잉크 조성물;
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000028
    [수학식 5]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000029
    [수학식 6]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000030
    상기 수학식 4 내지 6의 n은 1 ~ 50의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며,
    Φ는 혼합용매에 포함되어 있는 비할로겐 용매의 부피 비율이고,
    δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는
    하기 수학식 7 내지 수학식 9를 만족하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물;
    [수학식 7]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000031
    [수학식 8]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000032
    [수학식 9]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000033
    상기 수학식 7 내지 9의 n은 1 ~ 50의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며,
    fd는 분획화 분산 파라미터. fp는 분획화 극성 파라미터 및 fh는 분획화 수소결합 파라미터이고,
    δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는
    하기 수학식 10 내지 수학식 12를 만족하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물;
    [수학식 10]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000034
    [수학식 11]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000035
    [수학식 12]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000036
    상기 수학식 10 내지 12의 n은 1 ~ 50의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며,
    Φ는 혼합용매에 포함되어 있는 비할로겐 용매의 부피 비율(fractional volume contents of the blend components)이고,
    δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터 및 δh는 수소결합 파라미터이다.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 1 종 이상의 비할로겐 용매를 포함하는 혼합 용매는
    하기 수학식 13 내지 수학식 15를 만족하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물;
    [수학식 13]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000037
    [수학식 14]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000038
    [수학식 15]
    Figure PCTKR2015008797-appb-I000039
    상기 수학식 13 내지 15의 n은 1 ~ 50의 정수이고, 혼합용매에 포함되는 비할로겐 용매 종류의 개수이며,
    fd는 분획화 분산 파라미터. fp는 분획화 극성 파라미터 및 fh는 분획화 수소결합 파라미터이고,
    δd는 분산 파라미터, δp는 극성 파라미터, δh는 수소결합 파라미터이다.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 잉크 조성물 총중량백분율에 대하여 상기 공중합체를 0.1 ~ 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 공중합체의 수평균 분자량은 500g/mol 내지 1,000,000 g/mol 이고,
    상기 화학식 1로 표시되는 공중합체의 분자량 분포는 1 내지 100인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 공중합체와 유기재료의 중량비는 1: 0.1 ~ 10인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기재료는
    플러렌, 플러렌유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 잉크 조성물은 점도가 1cP 내지 100cP인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 태양전지용 잉크 조성물에 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 비이온계 계면활성제 및 양성이온계 계면활성제 중 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 잉크 조성물.
  19. 청구항 1의 유기 태양전지용 잉크 조성물을 용액도포하여 광활성층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 태양전지 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 용액도포는 스핀코팅, 그라비아 오프셋, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 실크 스크린 프린팅 중 선택되는 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 용액 도포 후에
    30℃ ~ 250℃에서 30초 ~ 30분간 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지 제조방법.
  22. 청구항 1의 유기 태양전지용 잉크 조성물을 이용하여 제조한 광활성층.
  23. 청구항 22의 광활성층을 포함하는 유기 태양전지.
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