WO2019009543A1 - 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

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WO2019009543A1
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임보규
김지훈
장송림
최두환
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to copolymers and organic solar cells comprising the same.
  • Organic solar cells are devices that can convert solar energy directly into electric energy by applying photovoltaic effect.
  • Solar cells can be divided into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material constituting the thin film.
  • a typical solar cell is made of p-n junction by doping crystalline silicon (Si), which is an inorganic semiconductor. Electrons and holes generated by absorption of light are diffused to the p-n junction, accelerated by the electric field, and moved to the electrode.
  • the power conversion efficiency of this process is defined as the ratio of the power given to the external circuit to the solar power entering the solar cell, and is achieved up to 24% when measured under the current standardized virtual solar irradiation conditions.
  • organic semiconductor solar cells which are easy to process, have various functions and are inexpensive, are seen as long-term alternative energy sources.
  • Solar cells are important to increase efficiency so that they can output as much electrical energy as possible from solar energy. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is also important to generate as much excitons as possible in the semiconductor, but it is also important to draw out generated charges without loss.
  • One of the causes of loss of charge is that the generated electrons and holes are destroyed by recombination.
  • Various methods have been proposed as methods for transferring generated electrons and holes to electrodes without loss, but most of them require additional processing, which may increase the manufacturing cost.
  • the present invention relates to a resin composition
  • a resin composition comprising a repeating unit derived from a compound represented by the following general formula (1):
  • n1 and m2 are the same or different from each other and each independently represents an integer of 0 to 5,
  • q1 and q2 are the same or different and each independently represents an integer of 1 to 5,
  • A1 and A1 ' are the same or different and each independently represents a halogen group; A substituted or unsubstituted boron group; And or -SnR a R b R c,
  • X1, X2 and Z1 to Z5 are the same or different from each other and each independently represents S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR or GeRR '
  • R a , R b , R c , R, R ', R 1 to R 4 and R 11 to R 18 are the same or different and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substitute
  • Another embodiment of the present disclosure is directed to a compound of formula 1,
  • n1 and m2 are the same or different from each other and each independently represents an integer of 0 to 5,
  • q1 and q2 are the same or different and each independently represents an integer of 1 to 5,
  • A1, A1 ', A2, A2', A3 and A3 ' are the same or different from each other and each independently represents a halogen group; A substituted or unsubstituted boron group; And or -SnR a R b R c,
  • E1 is a first conjugated monomer
  • E2 is a second conjugated monomer different from the first conjugated monomer
  • X1, X2 and Z1 to Z5 are the same or different from each other and each independently represents S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR or GeRR '
  • R a , R b , R c , R 1 to R 4 and R 11 to R 18 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or
  • Another embodiment of the present disclosure relates to a liquid crystal display comprising a first electrode
  • At least one organic layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer
  • At least one of the organic material layers comprises the copolymer.
  • the copolymer according to one embodiment of the present disclosure may have the effect of decreasing the bandgap and / or increasing the amount of absorption of light. Accordingly, when the organic solar battery is applied to the organic solar battery, a high current value (Isc) can be exhibited, thereby exhibiting excellent efficiency.
  • the copolymer according to one embodiment of the present invention has a high efficiency and an appropriate solubility at the same time, which is economically advantageous in time and / or cost in manufacturing the device.
  • copolymer according to one embodiment of the present invention can be used alone or in combination with other materials in organic solar cells.
  • FIG. 1 is a view illustrating an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the present specification is a compound having a repeating unit derived from the compound represented by Formula 1 above; A first conjugated monomer; And a second conjugated monomer different from the first conjugated monomer.
  • the repeating unit derived from the compound represented by the formula (1) includes a thiophene having an electron donating property and a benzothiadiazole having a developing property. Therefore, intramolecular interaction between the thiophene and the benzothiazole diol is excellent in planarity and crystallinity is improved.
  • the repeating unit derived from the compound represented by the above formula (1) has excellent crystallinity because it has a region-regular in which R1 and R4 are substituted at a certain position.
  • positional regularity means that a substituent is provided in a certain direction in a structure in a polymer.
  • R1 and R4 are substituted at positions relatively far from the heterocyclic group having Z3.
  • the term " derived" means that a bond between at least two adjacent elements in the compound is broken, or a new bond is formed as hydrogen or a substituent is released, and the unit derived from the compound is a main chain and / Or a side chain. The above unit may be included in the main chain in the copolymer to form a copolymer.
  • repeating unit means a structure in which a unit derived from a monomer is repeatedly contained in a copolymer, and refers to a structure in which a plurality of monomers of one kind are bonded in the copolymer by polymerization.
  • the "repeating unit derived from the compound represented by formula (1)” may include the following structure in the main chain.
  • Z1 to Z5, X1, X2, R1 to R4, R11 to R18, m1, m2, q1 and q2 are the same as defined in formula (1).
  • a member when a member is located on another member, it includes not only the case where the member is in contact with the other member but also the case where another member exists between the two members.
  • &quot means connecting several structures or connecting different types of structures.
  • Quot means a moiety bonded to another substituent, monomer, or binding site.
  • a monomer may mean a repeating unit contained in a polymer.
  • substituted means that the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the substituted position is not limited as long as the substituent is a substitutable position, , Two or more substituents may be the same as or different from each other.
  • substituted or unsubstituted A halogen group; A nitrile group; A nitro group; Imide; Amide group; Carbonyl group; An ester group; A hydroxy group; An alkyl group; A cycloalkyl group; An alkoxy group; An aryloxy group; An alkyloxy group; Arylthioxy group; An alkylsulfoxy group; Arylsulfoxy group; An alkenyl group; Silyl group; Siloxyl group; Boron group; An amine group; Arylphosphine groups; Phosphine oxide groups; An aryl group; And a heterocyclic group, or that at least two of the substituents exemplified in the above exemplified substituents are substituted with a connected substituent, or have no substituent.
  • a substituent to which at least two substituents are connected may be a biphenyl group. That is, the biphenyl group may be an aryl group, and may be interpreted as a substituent in which two phenyl groups are connected.
  • the halogen group may be fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the number of carbon atoms in the imide group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 carbon atoms.
  • the amide group may be substituted with nitrogen of the amide group by hydrogen, a straight chain, branched chain or cyclic alkyl group of 1 to 30 carbon atoms or an aryl group of 6 to 30 carbon atoms.
  • the carbon number of the carbonyl group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 carbon atoms.
  • the ester group may be substituted with an ester group oxygen in a straight chain, branched chain or cyclic alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms.
  • the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 30.
  • Specific examples include methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec- N-pentyl, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl, n-hexyl, Cyclohexylmethyl, octyl, n-octyl, tert-octyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, n-nonyl, 2,2-dimethyl Heptyl, 1-ethyl-propyl, 1,1-dimethyl-propyl, isohexyl, 4-methylhexyl, 5-methylhexyl and the like
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but is preferably a group having 3 to 30 carbon atoms. Specific examples thereof include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, 3-methylcyclopentyl, 2,3-dimethylcyclopentyl, But are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, isobutyl, sec-butyl, It is not.
  • the alkoxy group may be linear, branched or cyclic.
  • the number of carbon atoms of the alkoxy group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 carbon atoms. Specific examples include methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, i-propyloxy, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, N-hexyloxy, n-hexyloxy, 3,3-dimethylbutyloxy, 2-ethylbutyloxy, n-octyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, benzyloxy, But is not limited thereto.
  • the amine group is -NH 2 ; An alkylamine group; N-arylalkylamine groups; An arylamine group; An N-arylheteroarylamine group; An N-alkylheteroarylamine group, and a heteroarylamine group, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 30.
  • amine group examples include methylamine, dimethylamine, ethylamine, diethylamine, phenylamine, naphthylamine, biphenylamine, anthracenylamine, 9-methyl- , A diphenylamine group, an N-phenylnaphthylamine group, a ditolylamine group, an N-phenyltolylamine group, and a triphenylamine group, but are not limited thereto.
  • the N-alkylarylamine group means an amine group in which N of the amine group is substituted with an alkyl group and an aryl group.
  • the N-arylheteroarylamine group means an amine group in which N in the amine group is substituted with an aryl group and a heteroaryl group.
  • the N-alkylheteroarylamine group means an amine group in which N in the amine group is substituted with an alkyl group and a heteroaryl group.
  • the alkyl group in the alkylamine group, the N-arylalkylamine group, the alkylthio group, the alkylsulfoxy group and the N-alkylheteroarylamine group is the same as the alkyl group described above.
  • Specific examples of the alkyloxy group include a methylthio group, an ethylthio group, a tert-butylthio group, a hexylthio group and an octylthio group.
  • Examples of the alkylsulfoxy group include a mesyl group, an ethylsulfoxy group, a propylsulfoxy group, And the like, but the present invention is not limited thereto.
  • the alkenyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 30.
  • Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, Butenyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, (Diphenyl-1-yl) vinyl-1-yl, stilbenyl, stilenyl, and the like.
  • the silyl group specifically includes a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a t-butyldimethylsilyl group, a vinyldimethylsilyl group, a propyldimethylsilyl group, a triphenylsilyl group, a diphenylsilyl group,
  • the present invention is not limited thereto.
  • the boron group is -BR R 100 may be 200 days, wherein R 100 and R 200 are the same or different and each is independently hydrogen; heavy hydrogen; halogen; A nitrile group; A substituted or unsubstituted monocyclic or polycyclic cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms; A substituted or unsubstituted, straight or branched chain alkyl group having 1 to 30 carbon atoms; A substituted or unsubstituted monocyclic or polycyclic aryl group having 6 to 30 carbon atoms; And a substituted or unsubstituted monocyclic or polycyclic heteroaryl group having 2 to 30 carbon atoms.
  • the phosphine oxide group specifically includes a diphenylphosphine oxide group, dinaphthylphosphine oxide, and the like, but is not limited thereto.
  • the aryl group may be monocyclic or polycyclic.
  • the aryl group is a monocyclic aryl group
  • the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 6 to 30 carbon atoms.
  • Specific examples of the monocyclic aryl group include a phenyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, and the like, but are not limited thereto.
  • the aryl group is a polycyclic aryl group
  • the number of carbon atoms is not particularly limited. And preferably 10 to 30 carbon atoms.
  • Specific examples of the polycyclic aryl group include naphthyl, anthracenyl, phenanthryl, pyrenyl, perylenyl, klychenyl, fluorenyl, and the like.
  • the fluorenyl group may be substituted, and adjacent substituents may be bonded to each other to form a ring.
  • the aryl group in the aryloxy group, the arylthioxy group, the arylsulfoxy group, the N-arylalkylamine group, the N-arylheteroarylamine group and the arylphosphine group is the same as the aforementioned aryl group.
  • aryloxy group examples include a phenoxy group, a p-tolyloxy group, a m-tolyloxy group, a 3,5-dimethyl-phenoxy group, a 2,4,6- trimethylphenoxy group, a p- Naphthyloxy group, 4-methyl-1-naphthyloxy group, 5-methyl-2-naphthyloxy group, 1-anthryloxy group , 2-anthryloxy group, 9-anthryloxy group, 1-phenanthryloxy group, 3-phenanthryloxy group and 9-phenanthryloxy group and the arylthioxy group includes phenylthio group, 2- Methylphenylthio group, 4-tert-butylphenylthio group and the like, and examples of the arylsulfoxy group include a benzene sulfoxide group and a p-toluenesulfoxy group.
  • the present invention is not limited thereto.
  • 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 or a polycyclic aryl group.
  • the arylamine group having at least two aryl groups may contain a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group at the same time.
  • the aryl group in the arylamine group may be selected from the examples of the aryl group described above.
  • the heterocyclic group includes at least one non-carbon atom or hetero atom, and specifically, the hetero atom may include at least one atom selected from the group consisting of O, N, Se, and S, and the like.
  • the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 30 carbon atoms, and the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic.
  • heterocyclic group examples include a thiophene group, a furanyl group, a pyrrolyl group, an imidazolyl group, a thiazolyl group, an oxazolyl group, an oxadiazolyl group, a pyridyl group, a bipyridyl group, a pyrimidyl group, A substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic group, a substituted or unsubstituted heterocyclic
  • 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 having two or more heteroaryl groups may include a monocyclic heteroaryl group, a polycyclic heteroaryl group, or a monocyclic heteroaryl group and a polycyclic heteroaryl group at the same time.
  • the heteroaryl group in the heteroarylamine group can be selected from the examples of the above-mentioned heterocyclic group.
  • heteroaryl group in the N-arylheteroarylamine group and the N-alkylheteroarylamine group are the same as the examples of the above-mentioned heterocyclic group.
  • the copolymer includes a unit represented by the following formula (1-1).
  • n1, m2, m1 'and m2' are the same or different and each independently an integer of 0 to 5,
  • q1, q2, q1 'and q2' are the same or different and each independently an integer of 1 to 5,
  • X1, X2, X1 ', X2', Z1 to Z5 and Z1 'to Z5' are the same or different from each other and each independently represents S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR or GeRR ' ,
  • E1 is a first conjugated monomer
  • E2 is a second conjugated monomer
  • R, R ', R1 to R4, R1' to R4 ', R11 to R18 and R11' to R18 ' are the same or different and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted arylphosphine group; A substituted or unsubstituted phosphine oxide group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
  • f is a mole fraction, 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • g is a molar fraction, 0 ⁇ m ⁇ 1,
  • n is the number of repeating units of the unit, and is an integer of 1 to 10,000.
  • conjugated monomer means that two or more multiple bonds in the structure of a compound are present between one single bond and exhibit an interaction.
  • the conjugated monomer means both the first conjugated monomer and the second conjugated monomer.
  • the conjugated monomer may mean a repeating unit derived from a conjugated monomer contained in a polymer.
  • the first conjugated monomer and the second conjugated monomer each independently represent a substituted or unsubstituted alkenylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, and a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group Or a combination of two or more groups.
  • the description of the aforementioned heterocyclic group can be applied, except that the divalent heterocyclic group is a divalent group.
  • the conjugated monomer includes an electron donor structure or an electron acceptor structure.
  • the first conjugated monomer and the second conjugated monomer each independently include any one or a combination of two or more of the following structures.
  • a, a ', b and b' are each an integer of 1 to 5
  • X11 to X30 and X33 to X40 are the same as or different from each other, and are each independently S, O, Se, Te, NR d, CR d R e, SiR d R e, or PR d GeR d R e,
  • X31 and X32 are the same or different, and are each independently C, Si or Ge,
  • R101 through R124, R d and R e are the same or different and are each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or un
  • each of the first conjugated monomer and the second conjugated monomer is any one of the following structures.
  • X11 to X14, X19, X20, X33 X40, X11 ', and X11'' are the same or different and each is independently S, O, Se, Te, NR d, CR d R e, SiR d R e, PR d or GeR d R e ,
  • R101 to R110, R117 to R124, R101 ', R101'' , R102', R102 '', R d and R e are the same or different and are each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstit
  • X11 to X14, X19, X20, X33 to X40, X11 ', and X11'' are the same or different and each independently S or CR d R e, R d, and R e is the same as described above.
  • each of X11 to X14, X19, X20, X33 to X36, X39, X40, X11 'and X11 is S each.
  • X37 and X38 are CR d R e , and R d and R e substituted or unsubstituted aryl group.
  • R101 to R110, R117 to R124, R101 ', R101', R102 'and R102' ' are the same or different and each independently hydrogen; A halogen group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • R101 and R102 are each hydrogen.
  • R101, R101 ', R101 ", R102, R102' and R102" are the same or different and each independently hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R101, R101 ', R101 ", R102, R102' and R102" are the same or different and each independently hydrogen; An alkyl group having 1 to 15 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R103 to R108 are the same or different and each independently hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R103 and R108 are the same or different and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R104 and R107 are hydrogen.
  • R105 and R106 are the same or different and each independently represents a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R105 and R106 are the same or different and each independently a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R109 and R110 are the same or different and are each independently a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • R109 and R110 are the same or different and each is a heterocyclic group independently substituted with an alkyl group.
  • R109 and R110 are the same or different and each independently a thiophen group substituted with an alkyl group.
  • R121 and R122 are the same or different and are each independently a halogen group.
  • R121 and R122 are fluorine.
  • R117 to R120 are the same or different and each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R117 and R120 are the same or different and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R117 and R120 are the same or different and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R117 and R120 are the same or different and each independently a branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R118 and R119 are hydrogen.
  • R123 and R124 are hydrogen.
  • each of the first conjugated monomer and the second conjugated monomer is any one of the following structures. That is, each of E1 and E2 is any one of the following structures.
  • the copolymer includes a unit represented by the following general formula (1-2).
  • m1, m2 ', q1, q2, q1', q2 ', X1, X2, X1', X2 ', Z1 to Z5, Z1' to Z5 ', E1, E2, R1, R4, R1 ', R4', R11 to R18 and R11 'to R18' are as defined in formula (1-1)
  • R51, R51 ', R52 and R52' are the same or different and each independently hydrogen; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted arylphosphine
  • R51, R51 ', R52 and R52' are the same or different and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R51, R51 ', R52 and R52' are the same or different and each independently an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R51, R51 ', R52 and R52' are the same or different and each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R51, R51 ', R52 and R52' are the same as each other and each independently an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R1 to R4 and R11 to R18 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A halogen group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • R1 to R4 and R11 to R18 are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R 1 and R 4 are the same or different from each other, and each independently represents a halogen group.
  • R1 and R4 are fluorine.
  • each of R 2 and R 3 is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • each of R 2 and R 3 is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms.
  • each of R 2 and R 3 is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms.
  • each of R 2 and R 3 is an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R11 to R18 are hydrogen.
  • Z1 to Z5 and Z1 'to Z5' are S.
  • X1 and X2 are S.
  • R1 'to R4' and R11 'to R18' are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A halogen group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • R1 'to R4' and R11 'to R18' are the same or different from each other, and each independently hydrogen; A halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R1 'and R4' are the same or different from each other and are each independently a halogen group.
  • R1 'and R4' are fluorine.
  • R 2 'and R 3' are substituted or unsubstituted alkoxy groups.
  • each of R 2 'and R 3' is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms.
  • each of R 2 'and R 3' is a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms.
  • each of R2 'and R3' is an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
  • R11 'to R18' are hydrogen.
  • the copolymer comprises any one of the following structures.
  • f is a mole fraction, 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • g is a molar fraction, 0 ⁇ m ⁇ 1,
  • n is the number of repeating units of the unit, and is an integer of 1 to 10,000.
  • f is 0.3 and g is 0.7.
  • f is 0.7 and g is 0.3.
  • the terminal group of the copolymer is a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • the terminal group of the copolymer is a thiophene group or a substituted or unsubstituted phenyl group.
  • the number average molecular weight of the copolymer is from 2,000 g / mol to 30,000,000 g / mol.
  • the number average molecular weight of the copolymer is from 5,000 g / mol to 10,000,000 g / mol. More preferably, the number average molecular weight of the copolymer is from 10,000 g / mol to 5,000,000 g / mol.
  • the copolymer may have a molecular weight distribution (PDI) of from 1 to 100.
  • PDI molecular weight distribution
  • the copolymer has a molecular weight distribution of from 1 to 3.
  • One embodiment of the present disclosure is directed to a compound of formula 1,
  • n1 and m2 are the same or different from each other and each independently represents an integer of 0 to 5,
  • q1 and q2 are the same or different and each independently represents an integer of 1 to 5,
  • A1, A1 ', A2, A2', A3 and A3 ' are the same or different from each other and each independently represents a halogen group; A substituted or unsubstituted boron group; And or -SnR a R b R c,
  • E1 is a first conjugated monomer
  • E2 is a second conjugated monomer different from the first conjugated monomer
  • X1, X2 and Z1 to Z5 are the same or different from each other and each independently represents S, O, Se, Te, NR, CRR ', SiRR', PR or GeRR '
  • R a , R b , R c , R, R ', R 1 to R 4 and R 11 to R 18 are the same or different and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A nitrile group; A nitro group; A hydroxy group; Carbonyl group; An ester group; Imide; Amide group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkylthio group; A substituted or unsubstituted arylthio group; A substituted or unsubstituted alkylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted arylsulfoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substitute
  • A1, A1 ', A2, A2', A3 and A3 ' are the same or different from each other and each independently represents a halogen group; Or a -SnR a R b R c, R a, R b, and R c are as defined above.
  • A1, A1 ', A2, A2', A3 and A3 ' are the same or different and each is independently a bromine or -SnR a R b R c, R a, R b , And R c is a methyl group.
  • Formula 1 of the copolymer production method is the same as Formula 1 of the above-mentioned copolymer.
  • E1 in Formula 2 and E2 in Formula 3 are the same as defined in the copolymer.
  • E1 and E2 are different from each other and each represent any one of the following structures.
  • the process for preparing the copolymer comprises reacting a first compound in a solvent; A second compound; And dissolving the third compound.
  • the solvent may be chlorobenzene, dichlorobenzene or trichlorobenzene.
  • the content of the second compound in the solution is 0.3 mol to 0.7 mol based on 1 mol of the first compound.
  • the content of the third compound in the solution is 0.3 mol to 0.7 mol based on 1 mol of the first compound.
  • the solution means that the first compound, the second compound and the third compound are dissolved in the solvent.
  • the method for producing the copolymer includes a step of dissolving the first compound, the second compound and the third compound in the first solvent, and then refluxing the solution at 90 ° C to 150 ° C.
  • An embodiment of the present disclosure includes a first electrode
  • At least one organic layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer
  • At least one of the organic material layers comprises the copolymer.
  • FIG. 1 shows an organic solar cell according to an embodiment of the present invention including a substrate 101, a first electrode 102, a hole transport layer 103, a photoactive layer 104 and a second electrode 105 to be.
  • the organic solar cell may further include an additional organic layer.
  • the organic solar cell can reduce the number of organic layers by using organic materials having various 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 transporting layer, and / or an electron transporting layer.
  • the photoactive layer comprises the copolymer.
  • the organic material layer includes a hole transport layer, a hole injection layer, or a layer that simultaneously transports holes and holes, and the hole transport layer, the hole injection layer, And the copolymer.
  • the organic material layer may include an electron injection layer, an electron transport layer, or a layer that simultaneously performs electron injection and electron transport, and the electron injection layer, the electron transport layer, And the copolymer.
  • the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode. In another embodiment of the present disclosure, the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode.
  • the organic solar cell may be arranged in the order of the cathode, the photoactive layer, and the anode, and may be arranged in the order of the anode, the photoactive layer, and the cathode, but is not limited thereto.
  • the organic solar cell may be arranged in the order of an anode, a hole transporting layer, a photoactive layer, an electron transporting layer and a cathode, and may be arranged in the order of a cathode, an electron transporting layer, a photoactive layer, a hole transporting layer, , But is not limited thereto.
  • the photoactive layer comprises an electron donor and a receiver, wherein the electron donor comprises the copolymer.
  • the electron acceptor material may be selected from the group consisting of fullerene, fullerene derivatives, vicoprofoins, semiconducting elements, semiconducting compounds, and combinations thereof.
  • the electron acceptor material may be a PC 60 BM (phenyl C 60 -butyric acid methyl ester), a PC 61 BM (phenyl C 61 -butyric acid methyl ester), or a PC 71 BM (a phenyl C 71 -butyric acid methyl ester) .
  • the electron donor and the electron acceptor constitute a bulk heterojunction (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 of 1: 1 to 1:10 (w / w), and more specifically, the electron donor material and the electron acceptor material may be mixed in a ratio of 1: (W / w).
  • 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 is a bilayer structure including an n-type organic layer and a p-type organic layer, and the p-type organic layer includes the copolymer.
  • 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 any substrate commonly used in organic solar cells is not limited.
  • Specific examples include glass or polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetyl cellulose (TAC) But is not limited thereto.
  • the first electrode may be a transparent material having excellent conductivity, 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), and indium zinc oxide (IZO);
  • ZnO Al or SnO 2: a combination of a metal and an oxide such as Sb;
  • Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDOT), polypyrrole and polyaniline.
  • the method of forming the first electrode is not particularly limited and may be applied to one side of the substrate using a sputtering method, an E-beam method, a thermal evaporation method, a spin coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, a doctor blade method, or a gravure printing method, Or the like.
  • the first electrode When the first electrode is formed on a substrate, it may undergo cleaning, moisture removal and hydrophilic reforming processes.
  • the patterned ITO substrate is sequentially cleaned with a detergent, acetone, and isopropyl alcohol (IPA), and then heated on a heating plate at 100 ° C to 150 ° C for 1 minute to 30 minutes, preferably at 120 ° C for 10 minutes Dried, and the substrate surface is hydrophilically reformed when the substrate is completely cleaned.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the junction surface potential can be maintained at a level suitable for the surface potential of the photoactive layer. Further, in the modification, the formation of the polymer thin film on the first electrode is facilitated, and the quality of the thin film may be improved.
  • the pretreatment techniques for the first electrode include a) surface oxidation using a parallel plate discharge, b) a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV ultraviolet radiation in vacuum, and c) And a method of oxidizing using an oxygen radical.
  • One of the above methods can be selected depending on the state of the first electrode or the substrate. However, whichever method is used, it is preferable to prevent oxygen from escaping from the surface of the first electrode or the substrate and to suppress the residual of moisture and organic matter as much as possible. At this time, the substantial effect of the preprocessing can be maximized.
  • a method of oxidizing the surface through ozone generated using UV can be used.
  • the ITO substrate patterned after the ultrasonic cleaning is dried by baking on a hot plate, and then put into a chamber. Then, by the action of a UV lamp, ozone generated by reaction of oxygen gas with UV light The patterned ITO substrate can be cleaned.
  • the method of modifying the surface of the patterned ITO substrate in the present specification is not particularly limited, and any method may be used as long as it is a method of oxidizing the 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; Layer structure such as LiF / Al, LiO 2 / Al, LiF / Fe, Al: Li, Al: BaF 2 and Al: BaF 2 : Ba.
  • the second electrode may be formed by depositing in a thermal evaporator having a degree of vacuum of 5 x 10 < -7 > torr or less, but the method is not limited thereto.
  • the hole transporting layer and / or the electron transporting layer material efficiently transport electrons and holes separated from the photoactive layer to the electrode, and the material is not particularly limited.
  • the hole transport layer material may include poly (3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS), molybdenum oxide (MoO x ); Vanadium oxide (V 2 O 5 ); Nickel oxide (NiO); And tungsten oxide (WO x ), but the present invention is not limited thereto.
  • PEDOT 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 containing Alq 3 ; Metal complexes including Liq; LiF; Ca; Titanium oxide (TiO x ); Zinc oxide (ZnO); And cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), but the present invention is not limited thereto.
  • the photoactive layer can be formed by dissolving a photoactive material such as an electron donor and / or an electron acceptor in an organic solvent, and then applying the solution by spin coating, dip coating, screen printing, spray coating, doctor blade, brush painting, But is not limited to the method.
  • a photoactive material such as an electron donor and / or an electron acceptor in an organic solvent
  • Reactant 1 Reactant 2 yield Number average molecular weight (g / mol) PDI Production Example 2-1 A B 73% 29,000 1.34 Production example 2-2 A C 68% 24,600 1.52 Production Example 2-3 A D 83% 25,300 1.45 Production example 2-4 A E 58% 19,500 1.39 Production example 2-5 A F 60% 32,500 1.26 Production Example 2-6 A G 77% 42,300 1.49 Production example 2-7 A H 63% 37,300 1.42 Production example 2-8 A I 83% 28,400 1.61 Production Example 2-9 B C 91% 32,800 1.57 Production Example 2-10 B D 81% 36,800 1.46 Production Example 2-11 B E 71% 32,300 1.32 Production Example 2-12 B F 43% 29,100 1.19 Production example 2-13 B G 51% 21,300 1.38 Production example 2-14 B H 83% 32,600 1.47 Production Example 2-15 B I 79% 26,300 1.38 Production example 2-16 C D 85% 38,200 1.63 Production example 2-17 C E 81% 24,200 1.53 Production example 2-18 C F 92% 18,300 1.56 Production example 2-19 C G 57%
  • Copolymer 1 prepared in Preparation Example 1 was used as a donor, and PCBM was dissolved in chlorobenzene (CB) at a ratio of 1: 2 using an acceptor to prepare a composite solution. At this time, the concentration was adjusted to 2.0 wt%, and the organic solar cell had the structure of ITO / ZnO / photoactive layer / MoO 3 / Ag.
  • the glass substrate coated with ITO was ultrasonically cleaned using distilled water, acetone, and 2-propanol, and the ITO surface was subjected to ozone treatment for 10 minutes, followed by spin coating of the ZnO precursor solution and heat treatment at 120 ° C for 10 minutes.
  • the complex solution was filtered with a 0.45 ⁇ m PP syringe filter and then spin-coated to form a photoactive layer.
  • MoO 3 was deposited on the photoactive layer to a thickness of 5 nm to 20 nm at a rate of 0.4 ⁇ / s in a thermal evaporator to prepare a hole transport layer.
  • Ag was deposited inside the thermal evaporator at a rate of 1 ⁇ / s at 10 nm on the hole transport layer to produce an organic solar cell.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-3 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-4 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-5 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-6 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-9 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-10 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-14 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • An organic solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the copolymer prepared in Preparation Example 2-19 was used instead of the copolymer 1 in Example 1.
  • Example 1 0.810 8.123 0.420 2.76
  • Example 2 0.852 10.267 0.501 4.38
  • Example 3 0.914 7.120 0.552 3.59
  • Example 4 0.735 8.258 0.537 3.26
  • Example 5 0.872 11.195 0.593 5.79
  • Example 6 0.835 12.288 0.650 6.67
  • Example 7 0.759 11.951 0.610 5.53
  • Example 8 0.892 9.481 0.590 4.99
  • Example 9 0.911 11.326 0.61 6.30
  • V oc is the open-circuit voltage
  • J sc is the short-circuit current
  • FF is the fill factor
  • ⁇ is the energy conversion efficiency.
  • the open-circuit voltage and the short-circuit current are the X-axis and Y-axis intercepts in the fourth quadrant of the voltage-current density curve, respectively. The higher the two values, the higher the efficiency of the solar cell.
  • the fill factor is the width of the rectangle that can be drawn inside the curve divided by the product of the short-circuit current and the open-circuit voltage. The energy conversion efficiency can be obtained by dividing these three values by the intensity of the irradiated light, and a higher value is preferable.

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위; 제1 공액 단량체; 및 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체를 포함하는 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.

Description

공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
본 명세서는 2017년 7월6일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0085866호의 출원일 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 공중합체 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 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위;
제1 공액 단량체; 및
상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체를 포함하는 공중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000001
상기 화학식 1에 있어서,
m1 및 m2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
q1 및 q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
q1 및 q2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
A1 및 A1'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 또는 -SnRaRbRc이며,
X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
Ra, Rb, Rc, R, R', R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 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 또 하나의 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물;
하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물; 및
하기 화학식 3으로 표시되는 제3 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 공중합체 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000002
[화학식 2]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000003
[화학식 3]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000004
상기 화학식 1 내지 3에 있어서,
m1 및 m2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
q1 및 q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
q1 및 q2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
A1, A1', A2, A2', A3 및 A3'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 또는 -SnRaRbRc이며,
E1은 제1 공액 단량체이고,
E2는 상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체이며,
X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
Ra, Rb, Rc, R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 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 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 공중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공중합체는 평면성을 나타내어, 뭉침(aggregation) 특성 및 결정성이 우수하다
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공중합체는 밴드갭의 감소 및/또는 빛의 흡수량의 증가의 효과를 가질 수 있다. 이에 따라, 유기 태양 전지에 적용시, 높은 전류값(Isc)을 나타냄에 따라, 우수한 효율을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공중합체는 높은 효율의 구현과 동시에 적절한 용해도를 가지고 있어, 소자의 제작시에 시간 및/또는 비용적으로 경제적인 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공중합체는 유기 태양 전지에서 단독 또는 다른 물질과 혼합하여 사용이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 화합물 1-d의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 화합물 1-d의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4는 화합물 1-e의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 화합물 1-f의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 6은 화합물 1-f의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 7은 화합물 1-g의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
이하 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위; 제1 공액 단량체; 및 상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체를 포함하는 공중합체를 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위는 전자 주개 성질을 갖는 티오펜(thiophene)과 전개 받개 성질을 갖는 벤조티아다이아졸(benzothiadiazole) 구조를 포함한다. 따라서, 상기 티오펜과 벤조싸이아다이아졸 간의 분자 내 상호작용(intramolecular interaction)으로 평면성이 우수하여 결정성이 향상한다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위는 R1 및 R4가 일정 위치에 치환되는 위치규칙성(region-regular)을 가짐으로써, 결정성이 우수하다.
본 명세서에 있어서, "위치규칙성"이란 중합체 내의 구조에서 일정한 방향으로 치환기가 구비되는 것을 의미한다. 예컨대, 상기 화학식 1에서, R1 및 R4가 Z3를 가진 헤테로고리기와 상대적으로 먼 위치에 치환되는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 상기 "유래"란 화합물 내의 인접한 적어도 2개의 원소간의 결합이 끊기거나, 수소 또는 치환기가 떨어져 나가면서 새로운 결합이 발생하는 것을 의미하며, 상기 화합물로부터 유래되는 단위는 공중합체의 주쇄 및 측쇄 중 하나 이상을 형성하는 단위를 의미할 수 있다. 상기 단위는 공중합체 내 주쇄에 포함되어 공중합체를 구성할 수 있다.
본 명세서에 있어서 "반복단위"란 단량체로부터 유래된 단위가 공중합체에 반복되어 포함되는 구조로서, 1종의 복수개의 단량체가 중합에 의하여 공중합체 내에 결합된 구조를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, "화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위"는 하기 구조를 주쇄에 포함하는 것일 수 있다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000005
상기 구조에 있어서, Z1 내지 Z5, X1, X2, R1 내지 R4, R11 내지 R18, m1, m2, q1 및 q2는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
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 PCTKR2018007080-appb-I000006
는 다른 치환기, 단량체 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 단량체는 고분자 내에 포함되는 반복단위를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 카르보닐기; 에스테르기; 히드록시기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 알케닐기; 실릴기; 실록산기; 붕소기; 아민기; 아릴포스핀기; 포스핀옥사이드기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다.
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.
본 명세서에서 카르보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 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, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; N-아릴알킬아민기; 아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, N-알킬아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 아릴기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-알킬헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 알킬아민기, N-아릴알킬아민기, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, N-알킬헤테로아릴아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR100R200일 수 있으며, 상기 R100 및 R200은 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 단환 또는 다환의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 구체적으로 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure PCTKR2018007080-appb-I000007
,
Figure PCTKR2018007080-appb-I000008
,
Figure PCTKR2018007080-appb-I000009
및
Figure PCTKR2018007080-appb-I000010
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기, N-아릴알킬아민기, N-아릴헤테로아릴아민기 및 아릴포스핀기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시기, p-토릴옥시기, m-토릴옥시기, 3,5-디메틸-페녹시기, 2,4,6-트리메틸페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-바이페닐옥시기, 4-바이페닐옥시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 4-메틸-1-나프틸옥시기, 5-메틸-2-나프틸옥시기, 1-안트릴옥시기, 2-안트릴옥시기, 9-안트릴옥시기, 1-페난트릴옥시기, 3-페난트릴옥시기, 9-페난트릴옥시기 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 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 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 헤테로고리기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨라닐기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 피리딜기, 바이피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 트리아졸릴기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미딜기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌릴기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤리닐기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 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 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기 및 N-알킬헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기의 예시는 전술한 헤테로고리기의 예시와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체는 하기 화학식 1-1로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000011
상기 화학식 1-1에 있어서,
m1, m2, m1' 및 m2'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
m1, m2, m1' 및 m2'가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
q1, q2, q1' 및 q2'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
q1, q2, q1' 및 q2'가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
X1, X2, X1', X2', Z1 내지 Z5 및 Z1' 내지 Z5'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
E1은 제1 공액 단량체이고,
E2는 제2 공액 단량체이며,
R, R', R1 내지 R4, R1' 내지 R4', R11 내지 R18 및 R11' 내지 R18'는 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 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,
f는 몰분율로서, 0<l<1인 실수이고,
g은 몰분율로서, 0<m<1인 실수이며,
f+g=1이고,
n은 단위의 반복단위수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서에 있어서, “공액(conjugated) 단량체”는 화합물의 구조 내에 2개 이상의 다중결합이 단결합 1개를 사이에 끼워 존재하고, 상호 작용을 나타내는 것을 의미한다. 이때, 공액 단량체는 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체 모두를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 공액 단량체는 고분자 내에 포함되는 공액 단량체로부터 유래된 반복단위를 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기 중 1 또는 2 이상의 기의 조합일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐렌기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 알케닐기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 2가의 헤테로고리기는 2가기인 것을 제외하고 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공액 단량체는 전자 주개 구조 또는 전자 받개 구조를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함한다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000012
상기 구조에 있어서,
a, a', b 및 b'은 각각 1 내지 5의 정수이고,
a, a', b 및 b'이 각각 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
X11 내지 X30 및 X33 내지 X40는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRd, CRdRe, SiRdRe, PRd 또는 GeRdRe이며,
X31 및 X32는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 C, Si 또는 Ge이며,
R101 내지 R124, Rd 및 Re는 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 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000013
상기 구조에 있어서,
X11 내지 X14, X19, X20, X33 내지 X40, X11' 및 X11''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRd, CRdRe, SiRdRe, PRd 또는 GeRdRe이며,
R101 내지 R110, R117 내지 R124, R101', R101'', R102', R102'', Rd 및 Re는 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 X11 내지 X14, X19, X20, X33 내지 X40, X11' 및 X11''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S 또는 CRdRe이며, Rd 및 Re는 전술한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X11 내지 X14, X19, X20, X33 내지 X36, X39, X40, X11' 및 X11''은 각각 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X37 및 X38은 CRdRe이며, Rd 및 Re 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101 내지 R110, R117 내지 R124, R101', R101'', R102', R102''는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101 및 R102는 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101, R101', R101'', R102, R102' 및 R102''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101, R101', R101'', R102, R102' 및 R102''은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 15의 알킬기; 또는 탄소수 1 내지 15의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R103 내지 R108은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R103 및 R108은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R104 및 R107은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R105 및 R106은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R105 및 R106은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R109 및 R110은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R109 및 R110은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R109 및 R110은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R121 및 R122는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R121 및 R122는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R117 내지 R120은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R117 및 R120은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R117 및 R120은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R117 및 R120은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 분지쇄 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R118 및 R119는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R123 및 R124는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 하기 구조 중 어느 하나이다. 즉, 상기 E1 및 E2는 각각 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000014
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체는 하기 화학식 1-2로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000015
상기 화학식 1-2에 있어서,
f, g, n, m1, m2, m1', m2', q1, q2, q1', q2', X1, X2, X1', X2', Z1 내지 Z5, Z1' 내지 Z5', E1, E2, R1, R4, R1', R4', R11 내지 R18 및 R11' 내지 R18'은 화학식 1-1에서 정의한 바와 동일하고,
R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 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 R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R4는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R3는 각각 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R3는 각각 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R3는 각각 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2 및 R3는 각각 탄소수 1 내지 15의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11 내지 R18은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 내지 Z5 및 Z1' 내지 Z5'은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 및 X2는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1' 내지 R4' 및 R11' 내지 R18'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1' 내지 R4' 및 R11' 내지 R18'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1' 및 R4'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1' 및 R4'는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2' 및 R3'는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2' 및 R3'는 각각 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2' 및 R3'는 각각 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2' 및 R3'는 각각 탄소수 1 내지 15의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11' 내지 R18'는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 m1, m2, m1', m2', q1, q2, q1' 및 q2' 는 각각 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체는 하기 구조 중 어느 하나를 포함한다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000016
Figure PCTKR2018007080-appb-I000017
Figure PCTKR2018007080-appb-I000018
Figure PCTKR2018007080-appb-I000019
Figure PCTKR2018007080-appb-I000020
Figure PCTKR2018007080-appb-I000021
Figure PCTKR2018007080-appb-I000022
Figure PCTKR2018007080-appb-I000023
상기 구조에 있어서,
f는 몰분율로서, 0<l<1인 실수이고,
g은 몰분율로서, 0<m<1인 실수이며,
f+g=1이고,
n은 단위의 반복단위수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 f 및 g는 서로 같거나 상이하고, 각각 0.3 내지 0.7의 실수이며, f+g=1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 f는 0.3이고, g는 0.7이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 f는 0.7이고, g는 0.3이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다. 구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 말단기는 티오펜기 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 수 평균 분자량은 2,000g/mol 내지 30,000,000g/mol이다. 바람직하게는, 상기 공중합체의 수 평균 분자량은 5,000g/mol 내지 10,000,000g/mol이다. 보다 바람직하게는, 상기 공중합체의 수 평균 분자량은 10,000g/mol 내지 5,000,000g/mol이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체는 1 내지 100의 분자량 분포(PDI)를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 공중합체는 1 내지 3의 분자량 분포를 가진다.
본 명세서의 일 실시상태는, 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물;
하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물; 및
하기 화학식 3으로 표시되는 제3 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 공중합체 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000024
[화학식 2]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000025
[화학식 3]
Figure PCTKR2018007080-appb-I000026
상기 화학식 1 내지 3에 있어서,
m1 및 m2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
q1 및 q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
q1 및 q2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
A1, A1', A2, A2', A3 및 A3'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 또는 -SnRaRbRc이며,
E1은 제1 공액 단량체이고,
E2는 상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체이며,
X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
Ra, Rb, Rc, R, R', R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 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 A1, A1', A2, A2', A3 및 A3'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 -SnRaRbRc이며, Ra, Rb, 및 Rc는 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1, A1', A2, A2', A3 및 A3'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 브롬 또는 -SnRaRbRc 이며, Ra, Rb, 및 Rc는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체 제조방법의 화학식 1은 전술한 공중합체의 화학식 1과 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2의 E1 및 화학식 3의 E2는 상기 공중합체에서 정의한 바와 동일하다. 예컨대, 상기 E1 및 E2는 서로 상이하고, 각각 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000027
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 제조방법은 용매에 제1 화합물; 제2 화합물; 및 제3 화합물을 용해시키는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 클로로벤젠, 다이클로벤젠 또는 트리클로로벤젠일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용액 내 제2 화합물의 함량은 제1 화합물 1mol 대비 0.3mol 내지 0.7mol이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용액 내 제3 화합물의 함량은 제1 화합물 1mol 대비 0.3mol 내지 0.7mol이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용액은 상기 용매에 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물이 용해되어 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공중합체의 제조방법은 상기 제1 용매에 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 용해시킨 후 90℃ 내지 150℃에서 환류시키는 단계를 포함한다.
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 공중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
도 1은 기판(101), 제1 전극(102), 정공수송층(103), 광활성층(104) 및 제2 전극(105)을 포함하는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
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 공중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층은 상기 공중합체를 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 공중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 애노드이고, 제2 전극은 캐소드이다. 본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 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 공중합체를 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 공중합체를 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℃ 내지 150℃에서 1분 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 제1 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
제1 전극의 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.
제조예 1. 화합물 1-g의 제조
(1) 화합물 1-b의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000028
150mL 톨루엔(toluenen)에 화합물 1-a(10g, 32.1mmol)와 2-(트리메틸스테닐)티오펜(2-(trimethylstannyl)thiophene)(8.15g, 33.0mmol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.74g, 0.64 mmol)를 넣고, 110℃에서 24시간 동안 반응하였다. 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-b를 9.51g 얻었다. (수율: 94%)
(2) 화합물 1-d의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000029
120mL 톨루엔(toluenen)에 화합물 1-b(9g, 28.56mmol)와 2-트리메틸스테닐-5-트리메틸실란-티오펜(2-trimethylstannyl-5-trimethylsilane-thiophene)(9.41g, 29.5mmol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.65g, 0.56mmol)를 넣고, 110℃에서 24시간 동안 반응하였다. 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 10.0g 얻었다. (수율: 90%)
200mL 테트라하이드로퓨란(THF)에 화합물 1-c(9.76g, 25.00mmol)를 녹인 뒤 -78℃에서 2M 리튬디소프로필아미드(lithium diisopropylamide, LDA)(15.0 mL, 30.00 mmol)을 서서히 주입한 후 2시간 동안 교반하였다. 동일 온도에서 트리메틸틴클로라이드(trimethyltinchloride, Me3SnCl)(33mL, 33 mmol)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 제거하고 디클로로메텐과 메탄올을 사용하여 재결정하여 화합물 1-d를 12.2g 얻었다. (수율 88%)
도 2는 화합물 1-d의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 화합물 1-d의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(3) 화합물 1-e의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000030
75mL 톨루엔(toluenen)과 25mL 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)에 화합물 A(2.75g, 4.5mmol)와 화합물 1-d(5.53g, 10mmol)를 녹이고, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.2427g, 0.21mmol)를 넣고, 점진적으로 가열하여 90℃, 100℃, 110℃에서 각각 48시간 동안 반응되었다. 냉각 시 생성된 잔류물을 메탄올에 침전시키고, 여과한 후 물로 세척하였다. 그 후 건조과정을 통해 용매를 증발시키고, 잔류 생성물은 메틸렌클로라이드(methylene chloride)와 클로로포름(chloroform)을 사용하는 속성 크로마토그래피(flash chromatography)를 통하여 정제한 후, 메틸렌클로라이드와 메탄올을 이용하여 재결정화하여 청색 고체를 얻었다. 그 후 상기 고체를 메탄올로 세척하고, 진공 조건에서 24시간 건조하여 화합물 1-e를 4.71g 얻었다. (수율: 85%)
도 4는 화합물 1-e의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(4) 화합물 1-f의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000031
상온에서 질소분위기하의 테트라히드로퓨란(THF) 300mL에 화합물 1-e(4.5g, 3.66mmol)을 녹이고, 테트라부틸암모니움플로라이드(tetrabutylammonium fluoride, TBAF)가 녹아있는 테트라히드로퓨란 용액(1.0M, 10mL, 10mmol, 5% H2O포함)을 적하하여 생성된 생성물을 2시간동안 리플럭스(reflux)하였다. 그 후 50mL의 에테르(ether)와 탄산수소나트륨(NaHCO3) 수용액을 첨가하고 10분간 교반하였다. 그 후 염화나트륨(NaCl) 수용액을 이용하여 세척하고, 진공조건 하에서 용매를 증발시켰다. 잔류 생성물은 클로로포름을 사용하는 속성 크로마토그래피(flash chromatography)를 통하여 정제한 후, 클로로포름을 이용하여 재결정화하여 어두운 보라색 고체를 얻었다. 그 후 상기 고체를 물, 메탄올, 헥세인(hexane), 아세트산에틸(ethyl acetate), 아세톤(acetone)을 통하여 세척한 후 진공조건에서 24시간 건조하여 화합물 1-f를 3.15g 얻었다. (수율: 79%)
도 5는 화합물 1-f의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 6은 화합물 1-f의 NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
(5) 화합물 1-g의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000032
0℃의 클로로포름(CHCl3) 300mL에 화합물 1-f(2.95g, 2.72mmol)와 N-브로모숙신이미드(N-bromosuccinimide, NBS)(0.99g, 5.58mmol)을 넣고 상온에서 24시간 교반하였다. 그 후 용매를 증발시키고, 잔여물을 사용하는 속성 크로마토그래피(flash chromatography, eluent(헥세인 to 헥세인:메틸렌클로라이드))를 통하여 정제하여 2.1g의 화합물 1-g를 얻었다. (수율: 62%)
도 7은 화합물 1-g의 MS 스펙트럼을 나타낸 도이다.
제조예 2-1. 공중합체 1의 제조
Figure PCTKR2018007080-appb-I000033
질소(N2) 분위기 하에서 100mL의 플라스크에 10mL의 클로로벤젠(chlorobenzene, CB), 화합물 1-g(0.6217g, 0.5mmol), 화합물 A(0.2724g, 0.35mmol) 및 화합물 B(0.061g, 0.15mmol)을 넣고 30분간 질소 버블링 하였다. 그 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 촉매(Pd(PPh3)4)(0.11, 0.01mmol)를 넣고 110℃에서 72시간 동안 교반하였다. 0.5mL의 Br-벤조트리플로라이드(Br-Benzotrifluoride)을 첨가한 후 24시간 동안 교반하고, 상온으로 냉각시켰다. 그 후 생성물을 클로로포름에 붓고, 짧은 실리카 컬럼(short column with silica)을 통과시키고, 혼합 용액(180mL 메탄올 + 20mL HCl(2M 농도))에 부어 침전물을 여과시켰다. 그 후 생성물을 메탄올, 아세톤, 헥세인, 메틸렌클로라이드 및 클로로포름 순으로 속시렛 추출(soxhlet extraction)을 하였다. 클로로포름으로 추출된 추출물을 메탄올에 넣어 침전물을 형성하였다. 생성된 침전물을 모아 정제하고, 진공조건하에서 건조하여 공중합체 1을 0.52g 얻었다. 이때, 수 평균 분자량을 측정하여, 공중합체 1이 제조되었음을 확인하였다. (수 평균 분자량: 29,000 g/mol, PDI: 1.34, 수율: 73%)
제조예 2-2 내지 2-36
상기 제조예 2-1에서 화합물 A 및 화합물 B를 하기 표와 같이 변경한 것을 제외하고는 제조예 2-1과 동일한 방법으로 제조하였다.
반응물 1 반응물 2 수율 수 평균 분자량 (g/mol) PDI
제조예 2-1 A B 73% 29,000 1.34
제조예 2-2 A C 68% 24,600 1.52
제조예 2-3 A D 83% 25,300 1.45
제조예 2-4 A E 58% 19,500 1.39
제조예 2-5 A F 60% 32,500 1.26
제조예 2-6 A G 77% 42,300 1.49
제조예 2-7 A H 63% 37,300 1.42
제조예 2-8 A I 83% 28,400 1.61
제조예 2-9 B C 91% 32,800 1.57
제조예 2-10 B D 81% 36,800 1.46
제조예 2-11 B E 71% 32,300 1.32
제조예 2-12 B F 43% 29,100 1.19
제조예 2-13 B G 51% 21,300 1.38
제조예 2-14 B H 83% 32,600 1.47
제조예 2-15 B I 79% 26,300 1.38
제조예 2-16 C D 85% 38,200 1.63
제조예 2-17 C E 81% 24,200 1.53
제조예 2-18 C F 92% 18,300 1.56
제조예 2-19 C G 57% 21,200 1.45
제조예 2-20 C H 86% 27,300 1.53
제조예 2-21 C I 75% 14,200 1.43
제조예 2-22 D E 77% 32,500 1.28
제조예 2-23 D F 83% 30,200 1.62
제조예 2-24 D G 42% 21,500 1.15
제조예 2-25 D H 79% 13,200 1.29
제조예 2-26 D I 69% 17,200 1.30
제조예 2-27 E F 85% 24,300 1.47
제조예 2-28 E G 39% 10,200 1.14
제조예 2-29 E H 82% 40,200 1.39
제조예 2-30 E I 68% 25,800 1.37
제조예 2-31 F G 73% 31,000 1.42
제조예 2-32 F H 82% 28,600 1.58
제조예 2-33 F I 77% 24,200 1.39
제조예 2-34 G H 74% 18,700 1.49
제조예 2-35 G I 88% 20,300 1.53
제조예 2-36 H I 71% 27,200 1.48
상기 표 1에 있어서, A 내지 I는 각각 하기 화합물이다.
Figure PCTKR2018007080-appb-I000034
실시예 1.
상기 제조예 1에서 제조한 공중합체 1을 도너로 사용하고, PCBM을 억셉터로 사용하여 1:2 비율로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다. 이때, 농도는 2.0 wt%로 조절하였으며, 유기 태양 전지는 ITO/ZnO/광활성층/MoO3/Ag의 구조로 하였다. ITO가 코팅된 유리 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리한 후 ZnO 전구체 용액을 스핀 코팅하여 120℃에서 10분 동안 열처리하였다. 그 후 복합용액을 0.45μm 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.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-3에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-4에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-5에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-6에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 6.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-9에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 7.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-10에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 8.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-14에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
실시예 9.
상기 실시예 1에서 공중합체 1 대신, 제조예 2-19에서 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 9에서 제조된 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF η(%)
실시예 1 0.810 8.123 0.420 2.76
실시예 2 0.852 10.267 0.501 4.38
실시예 3 0.914 7.120 0.552 3.59
실시예 4 0.735 8.258 0.537 3.26
실시예 5 0.872 11.195 0.593 5.79
실시예 6 0.835 12.288 0.650 6.67
실시예 7 0.759 11.951 0.610 5.53
실시예 8 0.892 9.481 0.590 4.99
실시예 9 0.911 11.326 0.61 6.30
표 2에서 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, η은 에너지 변환 효율을 의미한다. 개방전압과 단락전류는 각각 전압-전류 밀도 곡선의 4사분면에서 X축과 Y축 절편이며, 이 두 값이 높을수록 태양전지의 효율은 바람직하게 높아진다. 또한 충전율(Fill factor)은 곡선 내부에 그릴 수 있는 직사각형의 넓이를 단락전류와 개방전압의 곱으로 나눈 값이다. 이 세 가지 값을 조사된 빛의 세기로 나누면 에너지 변환 효율을 구할 수 있으며, 높은 값일수록 바람직하다.

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 반복단위;
    제1 공액 단량체; 및
    상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체를 포함하는 공중합체:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000035
    상기 화학식 1에 있어서,
    m1 및 m2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
    m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    q1 및 q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
    q1 및 q2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    A1 및 A1'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 또는 -SnRaRbRc이며,
    X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
    Ra, Rb, Rc, R, R', R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 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.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기 중 1 또는 2 이상의 기의 조합을 포함하는 것인 공중합체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 공액 단량체 및 제2 공액 단량체는 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 것인 공중합체:
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000036
    상기 구조에 있어서,
    a, a', b 및 b'은 각각 1 내지 5의 정수이고,
    a, a', b 및 b'이 각각 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
    X11 내지 X30 및 X33 내지 X40은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NRd, CRdRe, SiRdRe, PRd 또는 GeRdRe이며,
    X31 및 X32는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 C, Si 또는 Ge이며,
    R101 내지 R124, Rd 및 Re는 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.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기인 것인 공중합체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 각각 S인 것인 공중합체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 1-1로 표시되는 단위를 포함하는 것인 공중합체.
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000037
    상기 화학식 1-1에 있어서,
    m1, m2, m1' 및 m2'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
    m1, m2, m1' 및 m2'가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    q1, q2, q1' 및 q2'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
    q1, q2, q1' 및 q2'가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    X1, X2, X1', X2', Z1 내지 Z5 및 Z1' 내지 Z5'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
    E1은 제1 공액 단량체이고,
    E2는 제2 공액 단량체이며,
    R, R', R1 내지 R4, R1' 내지 R4', R11 내지 R18 및 R11' 내지 R18'는 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 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,
    f는 몰분율로서, 0<l<1인 실수이고,
    g은 몰분율로서, 0<m<1인 실수이며,
    f+g=1이고,
    n은 단위의 반복단위수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 1-2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 공중합체:
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000038
    상기 화학식 1-2에 있어서,
    f, g, n, m1, m2, m1', m2', q1, q2, q1', q2', X1, X2, X1', X2', Z1 내지 Z5, Z1' 내지 Z5', E1, E2, R1, R4, R1', R4', R11 내지 R18 및 R11' 내지 R18'은 화학식 1-1에서 정의한 바와 동일하고,
    R51, R51', R52 및 R52'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 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.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공중합체는 하기 구조 중 어느 하나를 포함하는 것인 공중합체:
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000039
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000040
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000041
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000042
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000043
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000044
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000045
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000046
    상기 구조에 있어서,
    f는 몰분율로서, 0<l<1인 실수이고,
    g은 몰분율로서, 0<m<1인 실수이며,
    f+g=1이고,
    n은 단위의 반복단위수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  9. 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물;
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물; 및
    하기 화학식 3으로 표시되는 제3 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 공중합체 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000047
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000048
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2018007080-appb-I000049
    상기 화학식 1 내지 3에 있어서,
    m1 및 m2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
    m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    q1 및 q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
    q1 및 q2가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    A1, A1', A2, A2', A3 및 A3'는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 또는 -SnRaRbRc이며,
    E1은 제1 공액 단량체이고,
    E2는 상기 제1 공액 단량체와 상이한 제2 공액 단량체이며,
    X1, X2 및 Z1 내지 Z5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 S, O, Se, Te, NR, CRR', SiRR', PR 또는 GeRR'이며,
    Ra, Rb, Rc, R, R', R1 내지 R4 및 R11 내지 R18은 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.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공중합체 제조방법은 용매에 제1 화합물; 제2 화합물; 및 제3 화합물을 용해시키는 단계를 포함하는 것인 공중합체 제조방법.
  11. 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 8 중 어느 하나의 항에 따른 공중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공수송과 정공주입을 동시에 하는 층은 상기 공중합체를 포함하는 유기 태양 전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층은 상기 공중합체를 포함하는 유기 태양 전지.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개를 포함하고,
    상기 전자 주개는 상기 공중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  15. 청구항 11에 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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