WO2018216936A1 - 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

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임보규
장송림
최두환
김지훈
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present specification relates to a compound and an organic solar cell including the same.
  • Organic solar cells are devices that can directly convert solar energy into electrical energy by applying the photovoltaic effect.
  • Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells, depending on the material of the thin film.
  • 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 cells which are easy to process, inexpensive and have various functionalities are spotlighted as long-term alternative energy sources.
  • An object of the present specification is to provide a compound and an organic solar cell including the same.
  • An exemplary embodiment of the present specification provides a compound including a unit represented by the following Chemical Formula 1.
  • Ar1 is a substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
  • Ar2 is a substituted or unsubstituted alkylene group; A substituted or unsubstituted cycloalkylene group; Substituted or unsubstituted arylene group; Or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group,
  • R1 to R3 are the same as or different from each other, and each independently an alkyl group,
  • a is an integer from 1 to 5
  • Ar2 when a is 2 or more, Ar2 is the same as or different from each other,
  • n is an integer from 1 to 10,000
  • n 1 or 2.
  • Another embodiment of the present specification is a first electrode
  • a second electrode provided to face the first electrode
  • At least one organic material layer provided between the first electrode and the second electrode, including a photoactive layer,
  • At least one layer of the organic material layer provides an organic solar cell comprising the compound.
  • the compound of the present specification may be used as a material of the organic solar cell organic material layer, and the organic solar cell including the same may exhibit excellent characteristics such as increase in open voltage and short circuit current and / or increase in efficiency.
  • the compound according to one embodiment of the present specification improves solubility by introducing a bulky alkyl chain into a side chain, which can be used in combination with other materials, and improves crystallinity. There is an economical advantage in time and / or cost in manufacturing.
  • FIG. 1 illustrates an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • An exemplary embodiment of the present specification provides a compound represented by Chemical Formula 1.
  • Compound according to an exemplary embodiment of the present specification has a high solubility and at the same time have a suitable solubility, can be mixed with other materials, improve crystallinity, time and / or cost in the fabrication of devices There is an economic advantage.
  • the compound according to an exemplary embodiment of the present specification has a high crystallinity, there is an effect that the charge mobility is improved.
  • substituted means that a hydrogen atom bonded to a carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited to a position where the hydrogen atom is substituted, that is, a position where a substituent can be substituted, if two or more substituted , Two or more substituents may be the same or different from each other.
  • the term "substituted or unsubstituted” is deuterium; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxyl group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amine groups; Phosphine oxide groups; An alkoxy group; Aryloxy group; Alkyl thioxy group; Arylthioxy group; Alkyl sulfoxy groups; Aryl sulfoxy group; Silyl groups; Boron group; Alkyl groups; Cycloalkyl group; Alkenyl groups; Aryl group; Aralkyl group; Ar alkenyl group; Alkylaryl group; Alkylamine group; Aralkyl amine groups; Heteroarylamine group; Arylamine group; Aryl phosphine group; And it is substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of a heterocyclic group, or substituted or unsubstituted two or more substituents of the substituents exempl
  • a substituent to which two or more substituents are linked may be a biphenyl group. That is, the biphenyl group may be an aryl group or may be interpreted as a substituent to which two phenyl groups are linked.
  • carbon number of a carbonyl group in this specification is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C40. Specifically, it may be a compound having a structure as follows, but is not limited thereto.
  • the oxygen of the ester group may be substituted with a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 25 carbon atoms. Specifically, it may be a compound of the following structural formula, but is not limited thereto.
  • the amide group may be substituted with nitrogen of the amide group is hydrogen, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms. Specifically, it may be a compound of the following structural formula, but is not limited thereto.
  • carbon number of an imide group is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C25. Specifically, it may be a compound having a structure as follows, but is not limited thereto.
  • the silyl group may be represented by the formula of -SiR a R b R c , wherein R a , R b and R c are each hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; Or a substituted or unsubstituted aryl group.
  • Specific examples of the silyl group include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, vinyldimethylsilyl group, propyldimethylsilyl group, triphenylsilyl group, diphenylsilyl group, and phenylsilyl group. Do not.
  • the boron group may be represented by the formula of -BR a R b , wherein R a and R b are each hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; Or a substituted or unsubstituted aryl group.
  • the boron group may include, but is not limited to, trimethylboron group, triethylboron group, t-butyldimethylboron group, triphenylboron group, and phenylboron group.
  • examples of the halogen group include fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the alkyl group may be linear or branched chain, carbon number is not particularly limited, but is preferably 1 to 40. According to an exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 6 carbon atoms.
  • alkyl group examples include methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, 1-methyl-butyl, 1-ethyl-butyl, pentyl, n -Pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 4-methyl-2-pentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl , n-heptyl, 1-methylhexyl, cyclopentylmethyl, cyclohexylmethyl, octyl, n-octyl, tert-octyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhexyl
  • the alkenyl group may be linear or branched chain, the carbon number is not particularly limited, but is preferably 2 to 40. According to an exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 10 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 6 carbon atoms.
  • Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 3-methyl-1- Butenyl, 1,3-butadienyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, 2,2-diphenylvinyl-1-yl, 2-phenyl-2- ( Naphthyl-1-yl) vinyl-1-yl, 2,2-bis (diphenyl-1-yl) vinyl-1-yl, stilbenyl group, styrenyl group and the like, but are not limited thereto.
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 60 carbon atoms, and according to one embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 30 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 6 carbon atoms.
  • the alkoxy group is not particularly limited, but is preferably 1 to 40 carbon atoms. According to an exemplary embodiment, the alkoxy group has 1 to 10 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkoxy group has 1 to 6 carbon atoms. Specific examples of the alkoxy group include, but are not limited to, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isobutyloxy group, sec-butyloxy group, pentyloxy group, iso-amyloxy group, hexyloxy group, and the like.
  • the amine group is an alkylamine group; Aralkyl amine groups; Heteroarylamine group; And arylamine groups.
  • the amine group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30.
  • Specific examples of the amine group include methylamine group, dimethylamine group, ethylamine group, diethylamine group, phenylamine group, naphthylamine group, biphenylamine group, anthracenylamine group, and 9-methyl-anthracenylamine group.
  • examples of the arylamine group include a substituted or unsubstituted monoarylamine group, a substituted or unsubstituted diarylamine group, or a substituted or unsubstituted triarylamine group.
  • the aryl group in the arylamine group may be a monocyclic aryl group, may be a polycyclic aryl group.
  • the arylamine group including two or more aryl groups may simultaneously include a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group.
  • arylamine group examples include phenylamine, naphthylamine, biphenylamine, anthracenylamine, 3-methyl-phenylamine, 4-methyl-naphthylamine, 2-methyl-biphenylamine, 9-methyl-anthra Cenylamine, diphenyl amine group, phenyl naphthyl amine group, ditolyl amine group, phenyl tolyl amine group, carbazole and triphenyl amine group and the like, but are not limited thereto.
  • examples of the arylphosphine group include a substituted or unsubstituted monoarylphosphine group, a substituted or unsubstituted diarylphosphine group, or a substituted or unsubstituted triarylphosphine group.
  • the aryl group in the arylphosphine group may be a monocyclic aryl group, may be a polycyclic aryl group.
  • the arylphosphine group containing two or more aryl groups may simultaneously include a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group.
  • the aryl group is not particularly limited, but preferably has 6 to 60 carbon atoms, and may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. According to an exemplary embodiment, the aryl group has 6 to 30 carbon atoms. According to an exemplary embodiment, the aryl group has 6 to 20 carbon atoms.
  • the aryl group may be a monocyclic aryl group, but may be a phenyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, etc., but is not limited thereto.
  • the polycyclic aryl group may be a naphthyl group, anthracenyl group, phenanthryl group, pyrenyl group, peryleneyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, triphenylene group, etc., but is not limited thereto.
  • the fluorenyl group may be substituted, and two substituents may be bonded to each other to form a spiro structure.
  • the heterocyclic group is a heterocyclic group containing one or more of N, O, S, Si, and Se as hetero atoms, and the carbon number is not particularly limited, but is preferably 2 to 60 carbon atoms.
  • the heterocyclic group include thiophene group, furan group, pyrrole group, imidazole group, thiazole group, oxazole group, oxadiazole group, triazole group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, triazine group, triazole group, Acridyl group, pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyrido pyrimidinyl group, pyrido pyrazinyl group, pyrazino pyrazinyl group, isoquinoline group , Indole group, carb
  • examples of the heteroarylamine group include a substituted or unsubstituted monoheteroarylamine group, a substituted or unsubstituted diheteroarylamine group, or a substituted or unsubstituted triheteroarylamine group.
  • the heteroarylamine group including two or more heteroaryl groups may simultaneously include a monocyclic heteroaryl group, a polycyclic heteroaryl group, or a monocyclic heteroaryl group and a polycyclic heteroaryl group.
  • the heteroaryl group in the heteroarylamine group may be selected from the examples of the heteroaryl group described above.
  • heteroaryl group in the N-arylheteroarylamine group and the N-alkylheteroarylamine group are the same as the examples of the heteroaryl group described above.
  • the aromatic ring group may be monocyclic or polycyclic, and may be selected from examples of the aryl group.
  • the aryl group in the aryloxy group, arylthioxy group, aryl sulfoxy group, aryl phosphine group, aralkyl group, aralkylamine group, aralkenyl group, alkylaryl group, arylamine group, arylheteroarylamine group is described above.
  • the description of one aryl group may apply.
  • the alkyl group among the alkyl thioxy group, the alkyl sulfoxy group, the aralkyl group, the aralkyl amine group, the alkyl aryl group, and the alkyl amine group may be described with respect to the alkyl group described above.
  • heteroaryl group the heteroarylamine group, and the arylheteroarylamine group, except that the heteroaryl group is aromatic
  • description of the aforementioned heterocyclic group may be applied.
  • the description of the aryl group described above may be applied except that the arylene group is a divalent group.
  • the alkylene group refers to a divalent group having two bonding positions in the alkyl group.
  • the description of the aforementioned alkyl groups can be applied except that they are each divalent.
  • a cycloalkylene group means a bivalent group having two bonding positions in a cycloalkyl group.
  • the description of the cycloalkyl group described above can be applied except that they are each divalent.
  • the description of the aforementioned heterocyclic group may be applied except that the divalent heterocyclic group is a divalent group.
  • Chemical Formula 1 is represented by the following Chemical Formula 2.
  • Ar1, Ar2, a and n are as defined in Formula 1,
  • R1 to R6 are the same as or different from each other, and each independently an alkyl group.
  • Ar1 is a substituted or unsubstituted trivalent aryl group; Substituted or unsubstituted tetravalent aryl group; Substituted or unsubstituted trivalent heterocyclic group; Or a substituted or unsubstituted tetravalent heterocyclic group.
  • Ar1 includes any one or a combination of two or more of the following structures.
  • X1 to X7, X12, X13 and X16 to X30 are the same as or different from each other, each independently N, CR, SiR, P or GeR,
  • X9 to X11, X14, X15 and X31 to X35 are the same as or different from each other, and each independently S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR 'or GeRR',
  • R and R ' are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxyl group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amide 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; Substituted or unsubstit
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure Are substituted with X10 and X11 as described above.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure Is substituted with, X10 and X11 are S, and R1 to R3 are alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure X 10 and X 11 are S, and R 1 to R 3 are alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure X 10 and X 11 are S, and R 1 to R 3 are alkyl groups having 4 to 20 carbon atoms.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure Are substituted with X34, X35 and R1 to R3 as described above.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure X34 and X35 are S, and R1 to R3 are alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure X34 and X35 are S, and R1 to R3 are alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • Ar1 is And two of the hydrogens of the structure Is substituted with X34 and X35 are S, and R1 to R3 are alkyl groups having 4 to 20 carbon atoms.
  • Two of hydrogen Is replaced by And the definition of R4 to R6 is the same as that of R1 to R3.
  • Two of hydrogen Is replaced by And the definition of R4 to R6 is the same as that of R1 to R3.
  • Chemical Formula 1 is represented by the following Chemical Formula 1-1 or Chemical Formula 1-2.
  • Ar2, R1 to R3 and n are as defined in Formula 1,
  • X10, X11, X34 and X35 are the same as or different from each other, and each independently S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR 'or GeRR',
  • R4 to R6 are the same as or different from each other, and each independently an alkyl group
  • R and R ' are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxyl group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amide 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; Substituted or unsubstit
  • Ar2 includes any one or a combination of two or more of the following structures.
  • a, a ', b and b' are the same as or different from each other, each is an integer of 0 to 5,
  • Y1 to Y13 are the same as or different from each other, and each independently S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR 'or GeRR',
  • Y14 and Y15 are the same as or different from each other, and each independently C, Si, or Ge,
  • R10 to R23 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxyl group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amide 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; Substituted or unsubstit
  • Ar2 is And Y7, Y8, R12 and R13 are as described above.
  • Ar2 is And Y7 and Y8 are S, R12 is a halogen group, and R13 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • Ar2 is And Y7 and Y8 are S, R12 is a halogen group, and R13 is a straight or branched alkyl group.
  • Ar2 is And Y7 and Y8 are S, R12 is fluorine, and R13 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • Ar2 is And Y7 and Y8 are S, R12 is fluorine, and R13 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Ar2 is And Y9 to Y11 and R14 to R19 are as described above.
  • Ar2 is And Y9 to Y11 are S, R14, R15, R18 and R19 are hydrogen, R16 and R17 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • Ar2 is And Y9 to Y11 are S, R14, R15, R18 and R19 are hydrogen, R16 and R17 are the same as or different from each other, and are each independently fluorine; Or an alkoxy group substituted with an alkyl group.
  • Ar2 is And Y6, R10 and R11 are as described above.
  • Ar2 is Y6 is S, R10 and R11 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • Ar2 is And Y6 is S, R10 and R11 are the same as or different from each other, and each independently fluorine; Or an alkoxy group substituted with an alkyl group.
  • Chemical Formula 1 is represented by any one of the following Chemical Formulas 1-11 to 1-16.
  • R1 to R3 and n are as defined in formula (1),
  • X10, X11, X34, X35 and Y6 to Y11 are the same as or different from each other, and each independently S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR 'or GeRR',
  • R4 to R6 are the same as or different from each other, and each independently an alkyl group
  • R10 to R19, R and R ' are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxyl group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amide 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; Substitute
  • X10, X11, X34, and X35 are the same as or different from each other, and each independently S, O, or NR, and R is as described above.
  • X10, X11, X34, and X35 are S.
  • R1 to R6 are the same as or different from each other, and are each independently an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R1 to R6 are the same as or different from each other, and are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R1 to R6 are the same as or different from each other, and are each independently an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms.
  • Y6 to Y11 are the same as or different from each other, and each independently S, O, or NR, and R is as described above.
  • Y6 to Y11 are S.
  • R13 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R13 is a linear or branched alkyl group.
  • R13 is a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R13 is a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R12 is a halogen group.
  • R12 is fluorine
  • R10, R11, and R14 to R19 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Halogen group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroring group.
  • R10, R11, and R14 to R19 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R14, R15, R18, and R19 are hydrogen.
  • R10, R11, R16, and R17 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R10, R11, R16, and R17 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group; Or an alkoxy group unsubstituted or substituted with an alkyl group.
  • R10, R11, R16, and R17 are the same as or different from each other, and each independently fluorine; Or an alkoxy group substituted with an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R10, R11, R16, and R17 are the same as or different from each other, and each independently fluorine; Or an alkoxy group substituted with an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the terminal group of the compound is thiophene.
  • a second electrode provided to face the first electrode
  • It includes at least one organic material layer provided between the first electrode and the second electrode, including a photoactive layer,
  • At least one layer of the organic material layer provides an organic solar cell comprising the compound.
  • the organic solar cell may further include an additional organic material layer.
  • the organic solar cell may reduce the number of organic material layers by using an organic material having several functions at the same time.
  • the organic solar cell includes a first electrode, a photoactive layer, and a second electrode.
  • the organic solar cell may further include a substrate, a hole transport layer, and / or an electron transport layer.
  • the photoactive layer includes the compound.
  • the organic material layer includes a hole transport layer, a hole injection layer, or a layer for simultaneously transporting holes and holes, and simultaneously transporting the hole transport layer, the hole injection layer, or the hole transport and the hole injection.
  • the layer comprises the compound.
  • the organic material layer includes an electron injection layer, an electron transport layer, or a layer for simultaneously injecting and transporting electrons, and the electron injection layer, the electron transport layer, or the layer for simultaneously transporting electrons and transporting electrons. It includes the compound.
  • the organic solar cell is one or more organic material layer selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, a hole blocking layer, a charge generating layer, an electron blocking layer, an electron injection layer and an electron transport layer. It includes more.
  • the organic solar cell may be arranged in the order of cathode, photoactive layer and anode, and may be arranged in the order of anode, photoactive layer and cathode, but is not limited thereto.
  • the organic solar cell may be arranged in order of an anode, a hole transport layer, a photoactive layer, an electron transport layer, and a cathode, or may be arranged in the order of a cathode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and an anode. It is not limited to this.
  • the photoactive layer includes an electron donor and an acceptor, and the electron donor includes the compound.
  • the electron acceptor material may be selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, vasocouproin, semiconducting elements, semiconducting compounds, and combinations thereof.
  • the electron acceptor may be PC 60 BM (phenyl C 60 -butyric acid methyl ester), PC 61 BM (phenyl C 61 -butyric acid methyl ester) or PC 71 BM (phenyl C 71 -butyric acid methyl ester).
  • PC 60 BM phenyl C 60 -butyric acid methyl ester
  • PC 61 BM phenyl C 61 -butyric acid methyl ester
  • PC 71 BM phenyl C 71 -butyric acid methyl ester
  • the electron donor and the electron acceptor constitute a bulk hetero junction (BHJ).
  • the electron donor material and the electron acceptor material may be mixed in a ratio (w / w) of 1:10 to 10: 1.
  • the electron donor material and the electron acceptor material may be mixed in a ratio (w / w) of 1: 1 to 1:10, and more specifically, the electron donor material and the electron acceptor material are 1: 1 to 1: 5.
  • the electron donor material and the electron acceptor material may be mixed in a ratio (w / w) of 1: 1 to 1: 3.
  • the photoactive layer has a bilayer structure including a n-type organic compound layer and a p-type organic compound layer, and the p-type organic compound layer includes the compound.
  • the substrate may be a glass substrate or a transparent plastic substrate having excellent transparency, surface smoothness, ease of handling, and waterproofness, but is not limited thereto, and the substrate is not limited thereto.
  • the substrate is not limited thereto.
  • the first electrode may be a transparent and excellent conductive material, but is not limited thereto.
  • Metals such as vanadium, chromium, copper, zinc and gold or alloys thereof;
  • Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO);
  • Combinations of metals and oxides such as ZnO: Al or SnO 2 : Sb;
  • Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDOT), polypyrrole and polyaniline, and the like, but are not limited thereto.
  • the method of forming the first electrode is not particularly limited, but may be applied to one surface of the substrate or in the form of a film using, for example, sputtering, E-beam, thermal deposition, spin coating, screen printing, inkjet printing, doctor blade or gravure printing. It can be formed by coating.
  • the first electrode When the first electrode is formed on the substrate, it may be subjected to cleaning, moisture removal, and hydrophilic modification.
  • the patterned ITO substrate is sequentially cleaned with a detergent, acetone, and isopropyl alcohol (IPA), and then heated at 100 ° C. to 150 ° C. for 1 minute to 30 minutes, preferably at 120 ° C. for 10 minutes to remove moisture.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the surface of the substrate is modified to be hydrophilic.
  • the bonding surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the photoactive layer.
  • it is easy to form the polymer thin film on the first electrode during modification the quality of the thin film may be improved.
  • Pretreatment techniques for the first electrode include a) surface oxidation using parallel plate discharge, b) oxidation of the surface with ozone generated using UV ultraviolet light in a vacuum state, and c) generated by plasma. And oxidation using oxygen radicals.
  • One of the above methods can be selected according to the state of the first electrode or the substrate. In any case, however, it is preferable to prevent oxygen escape from the surface of the first electrode or the substrate and to minimize the residual of moisture and organic matter in common. At this time, the substantial effect of the pretreatment can be maximized.
  • a method of oxidizing a surface through ozone generated by using UV may be used.
  • the patterned ITO substrate is baked on a hot plate and dried well, then put into a chamber, and a UV lamp is activated to cause oxygen gas to react with UV light.
  • the patterned ITO substrate can be cleaned.
  • the surface modification method of the patterned ITO substrate in this specification does not need to be specifically limited, Any method may be used as long as it is a method of oxidizing a substrate.
  • the second electrode may be a metal having a small work function, but is not limited thereto.
  • metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin and lead or alloys thereof; LiF / Al, LiO 2 / Al, LiF / Fe, Al: Li, Al: BaF 2 , Al: BaF 2 It may be a material of a multi-layer structure such as, but is not limited thereto.
  • the second electrode is 5x10 - may be formed is deposited on the internal heat evaporator showing a degree of vacuum of less than 7 torr, not limited to this method.
  • the hole transport layer and / or electron transport layer material plays a role of efficiently transferring electrons and holes separated in the photoactive layer to the electrode, and the material is not particularly limited.
  • the hole transport layer material may be PEDOT: PSS (Poly (3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid)), molybdenum oxide (MoO x ); Vanadium oxide (V 2 O 5 ); Nickel oxide (NiO); Tungsten oxide (WO x ), and the like, but is not limited thereto.
  • PSS Poly (3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid)
  • MoO x molybdenum oxide
  • V 2 O 5 Vanadium oxide
  • NiO Nickel oxide
  • WO x Tungsten oxide
  • the electron transport layer material may be electron-extracting metal oxides, specifically, a metal complex of 8-hydroxyquinoline; Complexes including Alq 3 ; Metal complexes including Liq; LiF; Ca; Titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), and the like, but is not limited thereto.
  • metal oxides specifically, a metal complex of 8-hydroxyquinoline; Complexes including Alq 3 ; Metal complexes including Liq; LiF; Ca; Titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), and the like, but is not limited thereto.
  • the photoactive layer may be formed by dissolving a photoactive material, such as an electron donor and / or an electron acceptor, in an organic solvent and then spin coating, dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting, or the like. It is not limited to the method.
  • a photoactive material such as an electron donor and / or an electron acceptor
  • Compound 1 prepared in Preparation Example 1 was used as a donor and PCBM was used as an acceptor to dissolve in chlorobenzene (Chlorobenzene, CB) in a ratio of 1: 2 to prepare a composite solution.
  • chlorobenzene Chlorobenzene, CB
  • the concentration was adjusted to 2.0wt%
  • the organic solar cell was ITO / ZnO / photoactive layer / MoO 3 / Ag structure.
  • the glass substrate coated with ITO was ultrasonically cleaned with distilled water, acetone, and 2-propanol, ozonated the surface of ITO for 10 minutes, and then heat-coated at 120 ° C. for 10 minutes by spin coating a ZnO precursor solution.
  • the composite solution was then filtered through a 0.45 ⁇ m PP syringe filter and then spin coated to form a photoactive layer. Thereafter, MoO 3 was deposited on the photoactive layer at a thickness of 5 nm to 20 nm at a rate of 0.4 dl / s in a thermal evaporator to prepare a hole transport layer. Thereafter, Ag was deposited at 10 nm on the hole transport layer at a rate of 1 dB / s in the thermal evaporator to manufacture an organic solar cell.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 2 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 3 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 4 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 5 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 6 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 7 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 8 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 9 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 an organic solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Compound 10 was used instead of Compound 1.
  • Example 1 0.860 7.453 0.312 2.00
  • Example 2 0.821 6.568 0.310 1.67
  • Example 3 0.942 4.189 0.355 1.40
  • Example 4 0.871 7.960 0.347 2.40
  • Example 5 0.869 9.195 0.330 2.64
  • Example 6 0.656 12.28 0.53 4.30
  • Example 7 0.663 11.97 0.47 3.76
  • Example 8 0.648 9.81 0.60 3.83
  • Example 9 0.645 11.38 0.55 4.07
  • Example 10 0.655 11.21 0.53 3.86
  • V oc is the open voltage
  • J sc is the short-circuit current
  • FF is the fill factor
  • ⁇ 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.

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
본 출원은 2017년 05월 24일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0064106호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.
유기 태양 전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 응용함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. 전형적인 태양 전지는 무기 반도체인 결정성 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 p-n 접합으로 만든 것이다. 빛을 흡수하여 생기는 전자와 정공은 p-n 접합점까지 확산되고 그 전계에 의하여 가속되어 전극으로 이동한다. 이 과정의 전력변환 효율은 외부 회로에 주어지는 전력과 태양 전지에 들어간 태양전력의 비로 정의되며, 현재 표준화된 가상 태양 조사 조건으로 측정 시 24%정도까지 달성되었다. 그러나 종래 무기 태양 전지는 이미 경제성과 재료상의 수급에서 한계를 보이고 있기 때문에, 가공이 쉬우며 저렴하고 다양한 기능성을 가지는 유기물 반도체 태양 전지가 장기적인 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 엑시톤을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다. 전하가 손실되는 원인 중의 하나가 생성된 전자 및 정공이 재결합(recombination)에 의해 소멸하는 것이다. 생성된 전자나 정공이 손실되지 않고 전극에 전달되기 위한 방법으로 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분 추가 공정이 요구되고 이에 따라 제조 비용이 상승할 수 있다.
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000001
상기 화학식 1에 있어서,
Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
Ar2는 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
a는 1 내지 5의 정수이고,
a가 2 이상일 경우, Ar2는 서로 같거나 상이하고,
n은 1 내지 10,000의 정수이며,
m은 1 또는 2이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 화합물은 유기 태양 전지 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 포함하는 유기 태양 전지는 개방 전압과 단락 전류의 상승 및/또는 효율 증가 등에서 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 사이드 체인(side chaine)에 벌키(bulky)한 알킬체인을 도입함으로써 용해도가 향상되어, 다른 물질과 혼합하여 사용이 가능하고, 결정성이 향상되며, 소자의 제작시에 시간 및/또는 비용적으로 경제적인 이점이 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 화합물 1-b의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 화합물 1-c의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4는 화합물 1-A의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 화합물 1-e의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 6은 화합물 A-2의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 7은 화합물 A-2의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 8은 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내었다.
101: 기판
102: 제1 전극
103: 정공수송층
104: 광활성층
105: 제2 전극
이하 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 높은 효율의 구현과 동시에 적절한 용해도를 가지고 있어, 다른 물질과 혼합하여 사용이 가능하고, 결정성이 향상되며, 소자의 제작시에 시간 및/또는 비용적으로 경제적인 이점이 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 결정성이 높아, 전하이동도가 향상되는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서 "조합"은 하나의 구조를 여러 개 연결하거나, 상이한 종류의 구조를 연결하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000002
는 다른 치환기 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아민기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 시클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000003
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000004
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 30의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000005
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000006
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiRaRbRc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BRaRb의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ra 및 Rb는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알콕시기는 특별히 한정되지는 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 6이다. 상기 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소부틸옥시기, sec-부틸옥시기, 펜틸옥시기, iso-아밀옥시기, 헥실옥시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 및 아릴아민기를 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 2 이상의 아릴기를 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴포스핀기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 디아릴포스핀기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴포스핀기가 있다. 상기 아릴포스핀기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴포스핀기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 트리페닐렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000007
,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000008
,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000009
,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000010
및
Figure PCTKR2018005489-appb-I000011
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 페녹사지닐기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 지방족 헤테로고리기와 방향족 헤테로고리기를 포함한다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴기가 2 이상을 포함하는 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 전술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기 및 N-알킬헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기의 예시는 전술한 헤테로아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 방향족고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기, 아릴포스핀기, 아르알킬기, 아랄킬아민기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기, 아릴헤테로아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, 아르알킬기, 아랄킬아민기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기, 헤테로아릴아민기, 아릴헤테로아릴아민기 중 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬렌기는 알킬기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬렌기는 시클로알킬기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 시클로알킬기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 2가의 헤테로고리기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000012
상기 화학식 2에 있어서,
Ar1, Ar2, a 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
R1 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 3가의 아릴기; 치환 또는 비치환된 4가의 아릴기; 치환 또는 비치환된 3가의 헤테로고리기; 또는 치환 또는 비치환된 4가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함한다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000013
상기 구조에 있어서, X1 내지 X7, X12, X13 및 X16 내지 X30은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 N, CR, SiR, P 또는 GeR이며,
X9 내지 X11, X14, X15 및 X31 내지 X35는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
상기 구조식들 중 수소 하나 또는 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000014
로 치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000015
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000016
로 치환되며, X10 및 X11은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000017
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000018
로 치환되며, X10 및 X11은 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000019
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000020
로 치환되며, X10 및 X11은 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000021
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000022
로 치환되며, X10 및 X11은 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 4 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000023
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000024
로 치환되며, X34, X35 및 R1 내지 R3는 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000025
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000026
로 치환되며, X34 및 X35는 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000027
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000028
로 치환되며, X34 및 X35는 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000029
이고, 상기 구조의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000030
로 치환되며, X34 및 X35는 S이고, R1 내지 R3는 탄소수 4 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에서 있어서,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000031
의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000032
로 치환된 것은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000033
이며, R4 내지 R6의 정의는 R1 내지 R3의 정의와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서,
Figure PCTKR2018005489-appb-I000034
의 수소 중 둘이
Figure PCTKR2018005489-appb-I000035
로 치환된 것은
Figure PCTKR2018005489-appb-I000036
이며, R4 내지 R6의 정의는 R1 내지 R3의 정의와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000037
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000038
상기 화학식 1-1 또는 1-2에 있어서,
Ar2, R1 내지 R3 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같으며,
X10, X11, X34 및 X35는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
R4 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함한다.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000039
상기 구조에 있어서,
a, a', b 및 b'은 서로 같거나 상이하고, 각각 0 내지 5의 정수이고,
a, a', b 및 b'이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
Y1 내지 Y13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
Y14 및 Y15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 C, Si 또는 Ge이고,
R10 내지 R23는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000040
이고, Y7, Y8, R12 및 R13은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000041
이고, Y7 및 Y8은 S이며, R12는 할로겐기이고, R13은 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000042
이고, Y7 및 Y8은 S이며, R12는 할로겐기이고, R13은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000043
이고, Y7 및 Y8은 S이며, R12는 불소이고, R13은 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000044
이고, Y7 및 Y8은 S이며, R12는 불소이고, R13은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000045
이고, Y9 내지 Y11 및 R14 내지 R19는 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000046
이고, Y9 내지 Y11은 S이고, R14, R15, R18 및 R19는 수소이며, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000047
이고, Y9 내지 Y11은 S이고, R14, R15, R18 및 R19는 수소이며, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 알킬기로 치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000048
이고, Y6, R10 및 R11은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000049
이고, Y6은 S이며, R10 및 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는
Figure PCTKR2018005489-appb-I000050
이고, Y6은 S이며, R10 및 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 알킬기로 치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-11 내지 화학식 1-16 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-11]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000051
[화학식 1-12]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000052
[화학식 1-13]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000053
[화학식 1-14]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000054
[화학식 1-15]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000055
[화학식 1-16]
Figure PCTKR2018005489-appb-I000056
상기 화학식 1-11 내지 화학식 1-16에 있어서,
R1 내지 R3 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
X10, X11, X34, X35 및 Y6 내지 Y11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
R4 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
R10 내지 R19, R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X10, X11, X34 및 X35는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O 또는 NR이고, R은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X10, X11, X34 및 X35는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Y6 내지 Y11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O 또는 NR이고, R은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Y6 내지 Y11은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R13은 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R13은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R13은 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R13은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12는 할로겐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11 및 R14 내지 R19는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11 및 R14 내지 R19는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R14, R15, R18 및 R19는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 탄소수 1 내지 30의 알킬기로 치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R10, R11, R16 및 R17은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물의 말단기는 티오펜 (thiophene)이다.
본 명세서의 일 실시상태는, 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층은 상기 화합물을 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기 태양 전지는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 애노드, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 및 받개를 포함하고, 상기 전자 주개는 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질은 플러렌, 플러렌 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로 상기 전자 받개 물질은 PC60BM(phenyl C60-butyric acid methyl ester), PC61BM(phenyl C61-butyric acid methyl ester) 또는 PC71BM(phenyl C71-butyric acid methyl ester)가 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다. 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질은 1:10 내지 10:1의 비율(w/w)로 혼합될 수 있다. 구체적으로, 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질은 1:1 내지 1:10의 비율(w/w)로 혼합될 수 있으며, 더 구체적으로, 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질은 1:1 내지 1:5의 비율(w/w)로 혼합될 수 있다. 필요에 따라, 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질은 1:1 내지 1:3의 비율(w/w)로 혼합될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 제1 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100℃~150℃에서 1분~30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
제1 전극의 위한 전 처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있다.
제1 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 제1 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전 처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 제2 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다.
상기 정공수송층 물질은 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
광활성층은 전자공여체 및/또는 전자수용체와 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 태양 전지의 제조는 이하 제조예 및 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 화합물 A-1의 제조.
(1) 화합물 1-b의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000057
30mL 디클로로메탄에 화합물 1-a(2g, 7.47mmol)와 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, 4-DMAP)(0.36g, 2.92mmol)을 녹인 뒤, 0℃에서 트리에틸아민(triethylamine, Et3N)(3mL, 21.51mmol)과 트리헥실클로로실란(trihexylchlorosilane, ClSi(hex)3)(7,46mL, 20.37mmol)을 넣고 상온에서 12시간 교반하였다. 반응 후 반응물을 100mL 물에 넣고 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 추출하고 마그네슘설페이트(magnesium sulfate, MgSO4)로 잔여 물을 제거한 후, 감압 하에 용매를 제거하였다. 잔류 생성물을 실리카 컬럼(용리액: 헥산)으로 정제하여, 화합물 1-b를 얻었다. (수율: 94%)
도 2는 화합물 1-b의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(2) 화합물 1-c의 제조.
Figure PCTKR2018005489-appb-I000058
70mL 톨루엔에 화합물 1-b(5g, 6mmol)와 트리부틸틴-티오펜(tributyltin-thiophene)(9.33g, 25mmol)을 녹이고, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0), Pd2dba3) 촉매 (0.458g, 0.05mmol)와 트리페닐포스핀(PPh3) 리간드(0.52g, 2mmol)를 넣고, 110℃에서 48시간 교반하였다. 반응 후 디클로로메탄으로 추출하고 마그네슘설페이트(magnesium sulfate, MgSO4)로 잔여 물을 제거한 후 감압 하에 용매를 제거하였다. 잔류 생성물을 실리카 컬럼(silica column, 용리액: 헥산)을 통해서 화합물 1-c를 얻었다. (수율: 59%)
도 3은 화합물 1-c의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(3) 화합물 A-1의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000059
40mL 테트라하이드로퓨란(THF)과 화합물 1-c(2.7g, 3.18mmol)를 녹인 뒤 -78 ℃에서 2M 리튬디소프로필아미드(lithium diisopropylamide, LDA)(8.75mL, 17.5mmol)을 서서히 주입한 후 -78℃에서 2시간 교반하였다. 동일 온도에서 트리메틸틴클로라이드(trimethyltinchloride, Me3SnCl)(18mL, 18mmol)을 넣고 상온으로 서서히 올린 후, 상온에서 3시간 반응하였다. 반응 후 디클로로메텐으로 추출하고, 마그네슘설페이트(magnesium sulfate, MgSO4)로 잔여 물을 제거한 후 감압 하에 용매를 제거하여 화합물 A-1를 얻었다. (수율 78%)
도 4는 화합물 1-A의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
제조예 2. 화합물 A-2의 제조.
(1) 화합물 1-e의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000060
30mL 디클로로메탄 및 5mL 디메틸포름아마이드-OH(DMF-OH)가 혼합된 용액에 화합물 1-d(1.6g, 7.47mmol)와 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, 4-DMAP)(0.35g, 2.92mmol)을 녹인 뒤, 0℃에서 트리에틸아민(triehtylamine, Et3N)(mL, 10.2mmol)과 트리헥실클로로실란(trihexylchlorosilane, ClSi(hex)3)(7.46mL, 20.4mmol)을 넣고 상온에서 12시간 교반하였다. 반응 후 반응물을 100mL 물에 넣고 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 추출하고 잔류 생성물을 컬럼 크로마토그래피를 통하여 정제하여, 화합물 1-e를 얻었다. (수율: 19%)
도 5는 화합물 1-e의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(2) 화합물 A-2의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000061
30mL 테트라하이드로퓨란(THF)과 화합물 1-e(1g, 1.41mmol)를 녹인 뒤 -78 ℃에서 2M 리튬디소프로필아미드(lithium diisopropylamide, LDA)(3.9mL, 7.8mmol)을 서서히 주입한 후 -78℃에서 2시간 교반하였다. 동일 온도에서 트리메틸틴클로라이드(trimethyltinchloride, Me3SnCl)(8.55mL, 8.5mmol)을 넣고 상온으로 서서히 올린 후, 상온에서 밤새 교반하였다. 반응 후 디클로로메텐으로 추출하고, 마그네슘설페이트(magnesium sulfate, MgSO4)로 잔여 물을 제거한 후 감압 하에 용매를 제거하여 화합물 A-2를 얻었다. (수율 76%)
도 6은 화합물 A-2의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 7은 화합물 A-2의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
제조예 3. 화합물 1의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000062
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-2(0.3mmol), 화합물 B-1(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 1을 0.14g 얻었다. (수율: 43.5%)
제조예 4. 화합물 2의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000063
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-1(0.3mmol), 화합물 B-1(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 2를 0.21g 얻었다. (수율: 62.3%)
제조예 5. 화합물 3의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000064
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-2(0.3mmol), 화합물 B-2(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 3을 0.25g 얻었다. (수율: 75.1%)
제조예 6. 화합물 4의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000065
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-1(0.3mmol), 화합물 B-2(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 4를 0.19g 얻었다. (수율: 53.8%)
제조예 7. 화합물 5의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000066
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-2(0.3mmol), 화합물 B-3(0.3mmol)과 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 5를 0.156g 얻었다. (수율: 55%)
제조예 8. 화합물 6의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000067
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-1(0.3mmol), 화합물 B-3(0.3mmol)과 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 6을 0.17g 얻었다. (수율: 56%)
제조예 9. 화합물 7의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000068
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-2(0.3mmol), 화합물 B-4(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 7을 0.22g 얻었다. (수율: 63%)
제조예 10. 화합물 8의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000069
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-1(0.3mmol), 화합물 B-4(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 8을 0.23g 얻었다. (수율: 62%)
제조예 11. 화합물 9의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000070
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-2(0.3mmol), 화합물 B-5(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 9를 0.35g 얻었다. (수율: 81%)
제조예 12. 화합물 10의 제조
Figure PCTKR2018005489-appb-I000071
10mL의 마이크로파관(microwave tube)에 5mL의 톨루엔과 화합물 A-1(0.3mmol), 화합물 B-5(0.3mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.06mmol)를 넣고 봉합한 뒤 10분간 가스를 제거하였다. 그 후 혼합물을 반응기에 넣고, 점진적으로 가열하여 110℃, 130℃, 140℃에서 각각 10분 동안, 150℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 후, 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-benzotrifluoride)를 첨가하여 150℃에서 1시간 교반한 뒤, 상온으로 냉각하였다. 혼합물을 50mL 메탄올에 부은 후 고체를 걸러 메탄올, 아세톤(acetone), 헥산(hexane), 클로로포름(chloroform)에 속슬렛 추출(soxhlet extraction)한 다음, 다시 메탄올에 침전시켜 고체를 걸러내었다. 그 후 진공 조건에서 건조하여 화합물 10을 0.28g 얻었다. (수율: 61.8%)
실시예 1. 유기 태양 전지의 제조
상기 제조예에서 제조한 화합물 1을 도너로 사용하고, PCBM을 억셉터로 사용하여 1:2 비율로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2.0wt%로 조절하였으며, 유기 태양 전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag의 구조로 하였다. ITO가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리한 후 ZnO 전구체 용액을 스핀 코팅하여 120℃에서 10분 동안 열처리하였다. 그 후 복합용액을 0.45μm PP 주사기 필터(syringe filter)로 여과한 다음 스핀 코팅하여 광활성층을 형성하였다. 그 후 열증착기에서 MoO3를 0.4Å/s의 속도로 5nm 내지 20nm의 두께로 상기 광활성층 상에 증착하여 정공수송층을 제조하였다. 그 후 열증착기 내부에서 Ag를 1Å/s의 속도로 상기 정공수송층 상에 10nm로 증착하여 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 2. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 2를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 3. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 3을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 4. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 4를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 5. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 5를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 6. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 6을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 7. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 7을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 8. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 8을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 9. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 9를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 10. 유기 태양 전지의 제조
상기 실시예 1에서, 화합물 1 대신 화합물 10을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 10에서 제조된 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF(%) η(%)
실시예 1 0.860 7.453 0.312 2.00
실시예 2 0.821 6.568 0.310 1.67
실시예 3 0.942 4.189 0.355 1.40
실시예 4 0.871 7.960 0.347 2.40
실시예 5 0.869 9.195 0.330 2.64
실시예 6 0.656 12.28 0.53 4.30
실시예 7 0.663 11.97 0.47 3.76
실시예 8 0.648 9.81 0.60 3.83
실시예 9 0.645 11.38 0.55 4.07
실시예 10 0.655 11.21 0.53 3.86
표 1에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, η는 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.
도 8은 본 명세서의 실시상태에서 제조된 유기 태양 전지의 전압에 따른 전류 밀도를 나타내었다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000072
    상기 화학식 1에 있어서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
    R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
    a는 1 내지 5의 정수이고,
    a가 2 이상일 경우, Ar2는 서로 같거나 상이하고,
    n은 1 내지 10,000의 정수이며,
    m은 1 또는 2이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000073
    상기 화학식 2에 있어서,
    Ar1, Ar2, a 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
    R1 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ar1은 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 것인 화합물:
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000074
    상기 구조에 있어서, X1 내지 X7, X12, X13 및 X16 내지 X30은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 N, CR, SiR, P 또는 GeR이며,
    X9 내지 X11, X14, X15 및 X31 내지 X35는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
    R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    상기 구조식들 중 수소 하나 또는 둘이
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000075
    로 치환된다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ar2는 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 것인 화합물:
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000076
    상기 구조에 있어서,
    a, a', b 및 b'은 서로 같거나 상이하고, 각각 0 내지 5의 정수이고,
    a, a', b 및 b'이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
    Y1 내지 Y13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
    Y14 및 Y15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 C, Si 또는 Ge이고,
    R10 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화합물은 하기 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000077
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000078
    상기 화학식 1-1 또는 1-2에 있어서,
    Ar2, R1 내지 R3 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같으며,
    X10, X11, X34 및 X35는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
    R4 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
    R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 화합물은 하기 화학식 1-11 내지 화학식 1-16 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1-11]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000079
    [화학식 1-12]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000080
    [화학식 1-13]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000081
    [화학식 1-14]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000082
    [화학식 1-15]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000083
    [화학식 1-16]
    Figure PCTKR2018005489-appb-I000084
    상기 화학식 1-11 내지 화학식 1-16에 있어서,
    R1 내지 R3 및 n은 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
    X10, X11, X34, X35 및 Y6 내지 Y11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR' 또는 GeRR'이며,
    R4 내지 R6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이고,
    R10 내지 R19, R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 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 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  7. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층은 상기 화합물을 포함하는 유기 태양 전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층은 상기 화합물을 포함하는 유기 태양 전지.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고,
    상기 전자 주개는 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 태양 전지는 정공주입층, 정공수송층, 정공차단층, 전하발생층, 전자차단층, 전자주입층 및 전자수송층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 유기물층을 더 포함하는 것인 유기 태양 전지.
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