WO2019172561A1 - 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지 - Google Patents

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이지영
최두환
장송림
임보규
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present specification relates to a polymer 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.
  • the present specification provides a polymer and an organic solar cell including the same.
  • An exemplary embodiment of the present specification is a first unit represented by the formula (1); A second unit represented by Formula 2 below; And it provides a polymer comprising a third unit represented by the following formula (3) or (4).
  • X1 to X6 are the same as or different from each other, and are each independently CRR ', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR ', Se or Te,
  • Y1 and Y2 are the same as or different from each other, and each independently CR ′′, N, SiR ′′, P, or GeR ′′,
  • A1 and A2 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
  • Cy 1 is a substituted or unsubstituted hetero ring
  • Q1 and Q2 are the same as or different from each other, and each independently O or S,
  • R, R ', R "and R1 to R8 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; deuterium; halogen group; nitrile group; nitro group; imide group; amide group; hydroxy group; substituted or unsubstituted alkyl group; substituted Or an 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 alkyl sulfoxy group Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; substituted or unsubstituted alkenyl group; substituted or unsubstituted amine group; substituted or unsubstituted aryl group; or substituted or unsubstitute
  • another exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And at least one organic material layer provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, wherein at least one of the organic material layers includes the polymer described above.
  • the polymer according to one embodiment of the present specification has thermal stability as an electrically conductive material, and has excellent solubility and high electron mobility. Therefore, when applied to an organic solar cell can exhibit excellent electrical properties.
  • the polymer according to the exemplary embodiment of the present specification has a high HOMO energy level, and thus, when implementing an organic solar cell including the same, the efficiency is excellent.
  • FIG. 1 illustrates an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 is a diagram showing a UV-Vis spectrum of the film state of Polymer 5.
  • FIG. 3 is a diagram showing a UV-Vis spectrum of the film state of the polymer 13.
  • 'unit' is a repeating structure included in the monomer of the polymer, and means a structure in which the monomer is bonded into the polymer by polymerization.
  • the energy level means the magnitude of energy. Therefore, even when the energy level is displayed in the negative (-) direction from the vacuum level, the energy level is interpreted to mean the absolute value of the corresponding energy value.
  • the HOMO energy level means the distance from the vacuum level to the highest occupied molecular orbital.
  • the LUMO energy level means the distance from the vacuum level to the lowest unoccupied molecular orbital.
  • Polymer according to an exemplary embodiment of the present specification is a first unit represented by the formula (1); A second unit represented by Formula 2; And a third unit represented by Chemical Formula 3 or 4.
  • Polymer according to an exemplary embodiment of the present specification includes a second unit represented by the formula (2).
  • A1 and A2 are substituted with an ortho position in the benzene ring.
  • low crystallinity is formed to form a small domain. Therefore, the organic solar cell including the same exhibits excellent electrical characteristics and is excellent in efficiency.
  • 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.
  • substituted or unsubstituted is deuterium; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthio group; Substituted or unsubstituted arylthio 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 unsubstituted boron group;
  • 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 and can be interpreted as a substituent to which two phenyl groups are linked.
  • carbon number of an imide group is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C30. Specifically, it may be a compound having a structure as follows, but is not limited thereto.
  • the amide group may be substituted with one or two of the 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.
  • 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 50.
  • Specific 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-o
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably 3 to 60 carbon atoms, specifically, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, 3-methylcyclopentyl, 2,3-dimethylcyclopentyl, cyclohexyl, 3-methylcyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, 2,3-dimethylcyclohexyl, 3,4,5-trimethylcyclohexyl, 4-tert-butylcyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, and the like, but are not limited thereto. Do not.
  • the alkoxy group may be linear, branched or cyclic. Although carbon number of an alkoxy group is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C20. Specifically, methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, i-propyloxy, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, Isopentyloxy, n-hexyloxy, 3,3-dimethylbutyloxy, 2-ethylbutyloxy, n-octyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, and the like, but is not limited thereto. .
  • the alkenyl group may be linear or branched chain, the carbon number is not particularly limited, but is preferably 2 to 40.
  • 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 aryl group is a monocyclic aryl group
  • carbon number is not particularly limited, but preferably 6 to 25 carbon atoms.
  • the monocyclic aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, etc., but is not limited thereto.
  • the aryl group is a polycyclic aryl group
  • carbon number is not particularly limited. It is preferable that it is C10-24.
  • the polycyclic aryl group may be a naphthyl group, anthracenyl group, phenanthryl group, pyrenyl group, perylenyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, and the like, but is not limited thereto.
  • the fluorenyl group may be substituted, and adjacent substituents may be bonded to each other to form a ring.
  • the heterocyclic group includes one or more atoms other than carbon and heteroatoms, and specifically, the heteroatoms may include one or more atoms selected from the group consisting of O, N, Se, and S, and the like.
  • carbon number of a heterocyclic group is not specifically limited, It is preferable that it is C2-C60.
  • heterocyclic group examples 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, carbazole group, benzoxazole group, benzimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phen
  • the amine group is not particularly limited, but is preferably 1 to 30.
  • the amine group may be substituted with an N atom, such as an aryl group, an alkyl group, an arylalkyl group, and a heterocyclic group.
  • Specific examples of the amine group include methylamine group, dimethylamine group, ethylamine group, diethylamine group and phenylamine.
  • the aryl group in the aryloxy group, arylthio group, and aryl sulfoxy group is the same as the examples of the aryl group described above.
  • the aryloxy group phenoxy, p-tolyloxy, m-tolyloxy, 3,5-dimethyl-phenoxy, 2,4,6-trimethylphenoxy, p-tert-butylphenoxy, 3-biphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 4-methyl-1-naphthyloxy, 5-methyl-2-naphthyloxy, 1-anthryloxy, 2-anthryl Oxy, 9-anthryloxy, 1-phenanthryloxy, 3-phenanthryloxy, 9-phenanthryloxy, benzyloxy, p-methylbenzyloxy and the like.
  • arylthio group examples include a phenylthio group and 2-methylphenyl thi. And a 4-tert-butylphenylthio group.
  • aryl sulfoxy group examples include, but are not limited to, benzene sulfoxy group and p-toluene sulfoxy group.
  • the alkyl group in the alkylthio group and the alkyl sulfoxy group is the same as the example of the alkyl group mentioned above.
  • the alkyl sulfoxy group includes methyl sulfoxy group, ethyl sulfoxy group, propyl sulfoxy group, butyl sulfoxy group and the like, but is not limited thereto.
  • the alkylthio group means a substituent represented by -S-R (R is an alkyl group), and may be linear, branched, or cyclic. Although carbon number of an alkylthio group is not specifically limited, It is preferable that it is C1-C20.
  • the heterocyclic ring may be cycloheteroalkyl, cycloheteroalkenyl, cycloheteroketone, aliphatic heterocyclic ring, aromatic heterocyclic ring, or a condensed ring thereof, except that the heterocyclic group is not used. It may be selected from examples of the ring group.
  • X1 is S.
  • X2 is S.
  • X1 is O.
  • X2 is O.
  • Y1 is CR ".
  • Y2 is CR ".
  • R1 is hydrogen
  • R2 is hydrogen
  • the first unit is represented by the formula 1-1.
  • R11 and R12 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthio group; Substituted or unsubstituted arylthio group; Substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroring group.
  • R11 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroring group.
  • R11 is a linear or branched alkoxy group; An aryl group substituted with a straight or branched alkoxy group; Or a heterocyclic group substituted with at least one selected from a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkylthio group, and a halogen group.
  • R11 is a linear or branched alkoxy group; A phenyl group substituted with a straight or branched alkoxy group; A thiophene group substituted with at least one selected from a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkylthio group, and a halogen group; Or a benzothiophene group substituted with a linear or branched alkyl group.
  • R12 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroring group.
  • R12 is a linear or branched alkoxy group; An aryl group substituted with a straight or branched alkoxy group; Or a heterocyclic group substituted with at least one selected from a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkylthio group, and a halogen group.
  • R12 is a linear or branched alkoxy group; A phenyl group substituted with a straight or branched alkoxy group; A thiophene group substituted with at least one selected from a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkylthio group, and a halogen group; Or a benzothiophene group substituted with a linear or branched alkyl group.
  • the first unit is represented by any one of the following formulas 1-2 to 1-7.
  • A3 and A4 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group
  • R111, R112, R211 and R212 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Or a substituted or unsubstituted alkylthio group,
  • R311, R312, R411 and R412 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group; It is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R111 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.
  • R111 is a linear or branched alkyl group.
  • R111 is a branched alkyl group.
  • R111 is a 2-ethylhexyl group.
  • R112 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.
  • R112 is a linear or branched alkyl group.
  • R112 is a branched alkyl group.
  • R112 is a 2-ethylhexyl group.
  • R211 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group; A silyl group unsubstituted or substituted with an alkyl group or an aryl group; Or a substituted or unsubstituted linear or branched alkylthio group.
  • R211 is a linear or branched alkyl group; A silyl group unsubstituted or substituted with a linear alkyl group or an aryl group; Or a linear or branched alkylthio group.
  • R211 is a branched alkyl group; Silyl groups substituted with linear alkyl groups; Or a branched alkylthio group.
  • R211 is a 2-ethylhexyl group; Tributylsilyl group; Or 2-ethylhexylthio group.
  • R212 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group; A silyl group unsubstituted or substituted with an alkyl group; Or a substituted or unsubstituted linear or branched alkylthio group.
  • R212 is a linear or branched alkyl group; A silyl group unsubstituted or substituted with a linear alkyl group; Or a linear or branched alkylthio group.
  • R212 is a branched alkyl group; Silyl groups substituted with linear alkyl groups; Or a branched alkylthio group.
  • R212 is a 2-ethylhexyl group; Tributylsilyl group; Or 2-ethylhexylthio group.
  • R311 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R311 is a linear or branched alkoxy group.
  • R311 is a branched alkoxy group.
  • R311 is a 2-ethylhexyloxy group.
  • R312 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R312 is a linear or branched alkoxy group.
  • R312 is a branched alkoxy group.
  • R312 is a 2-ethylhexyloxy group.
  • R411 and R412 are each a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R411 and R412 are a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, respectively.
  • R411 and R412 are each a branched alkyl group.
  • R411 and R412 are each a branched C 6 -C 15 Alkyl group.
  • R411 and R412 are branched C 8 -C 12 Alkyl group, respectively.
  • R411 and R412 are each a 2-butyloctyl group.
  • A3 and A4 are fluorine or chlorine, respectively.
  • X3 is S.
  • X4 is S.
  • the second unit is represented by the formula 2-1.
  • R3 to R6 are hydrogen.
  • A1 and A2 are fluorine.
  • the second unit is represented by the formula 2-2.
  • Cy includes at least one of N, O, S, Si, Ge, Te, P and Se as a hetero atom, and is a substituted or unsubstituted hetero ring.
  • Cy is a heteroatom containing one or more of N, O, S, Si, Ge, Te, P and Se, and substituted or unsubstituted 5-membered monocyclic Or 6-membered heterocycle.
  • the third unit is represented by the formula 3-1 or 3-2.
  • X7 is CRR ', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR ', Se or Te,
  • Y3 to Y6 are the same as or different from each other, and each independently CR ′′, N, SiR ′′, P, or GeR ′′,
  • R, R ', R ", R9 and R10 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; a substituted or unsubstituted alkyl group; a substituted or unsubstituted alkoxy group; a substituted or unsubstituted aryloxy group; a substituted or unsubstituted A substituted alkylthio group, a substituted or unsubstituted arylthio group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • X5 is S.
  • X6 is NR.
  • Q1 and Q2 in the formula 4 is O.
  • the third unit is represented by any one of the following formulas 3-3 to 3-7.
  • R9, R10 and R19 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthio group; Substituted or unsubstituted arylthio group; Substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroring group.
  • R7 is hydrogen; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight or branched alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight chain alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight C 1 -C 20 alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight C 10 -C 20 alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or n-dodecyloxy group.
  • R7 is a branched alkoxy group.
  • R7 is a branched alkoxy group of C 3 -C 20 .
  • R7 is a branched alkoxy group of C 10 -C 20 .
  • R7 is a 2-butyloctyloxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight or branched alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight chain alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight C 1 -C 20 alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight C 10 -C 20 alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or n-dodecyloxy group.
  • R8 is a branched alkoxy group.
  • R8 is a branched alkoxy group of C 3 -C 20 .
  • R8 is a branched alkoxy group of C 10 -C 20 .
  • R8 is a 2-butyloctyloxy group.
  • R7 is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R7 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R7 is a linear or branched alkoxy group.
  • R7 is a linear alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight C 1 -C 20 alkoxy group.
  • R7 is hydrogen; Or a straight C 10 -C 20 alkoxy group.
  • R7 is n-dodecyloxy group.
  • R7 is a branched chain alkoxy group.
  • R7 is a branched alkoxy group of C 3 -C 20 .
  • R7 is a branched alkoxy group of C 10 -C 20 .
  • R7 is a 2-butyloctyloxy group.
  • R8 is a substituted or unsubstituted alkoxy group.
  • R8 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group.
  • R8 is a linear or branched alkoxy group.
  • R8 is a linear alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight C 1 -C 20 alkoxy group.
  • R8 is hydrogen; Or a straight C 10 -C 20 alkoxy group.
  • R8 is n-dodecyloxy group.
  • R8 is a branched chain alkoxy group.
  • R8 is a branched alkoxy group of C 3 -C 20 .
  • R8 is a branched alkoxy group of C 10 -C 20 .
  • R8 is a 2-butyloctyloxy group.
  • R7 and R8 are hydrogen.
  • R19 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R19 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.
  • R19 is a branched alkyl group.
  • R19 is a branched C 6 -C 15 Alkyl group.
  • R19 is a branched C 8 -C 12 Alkyl group.
  • R19 is a 2-ethylhexyl group or 2-butyloctyl group.
  • R9 and R10 are the same as or different from each other, each independently represent a substituted or unsubstituted aryl group.
  • R9 and R10 are the same as or different from each other, and each independently an aryl group substituted with a straight or branched alkoxy group.
  • R9 and R10 are the same as or different from each other, and each independently represent a phenyl group substituted with a straight or branched alkoxy group.
  • R9 and R10 are the same as or different from each other, and each independently represent a phenyl group substituted with a straight alkoxy group.
  • R9 and R10 is a phenyl group substituted with an n-octyloxy group.
  • R19 is a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R19 is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group.
  • R19 is a branched alkyl group.
  • R19 is a 2-ethylhexyl group.
  • the polymer includes a unit represented by the following formula (5).
  • l is the mole fraction, a real number with 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • A is a first unit represented by Formula 1,
  • B is a second unit represented by Formula 2,
  • n is a repetition number of units and is an integer of 1 to 10,000.
  • the interaction means that the chemical structure or the atoms constituting the chemical structure is a non-covalent interaction influenced by the action other than the covalent bond with each other, for example, may mean a chalcogen (chalcogen) bond have.
  • the third unit represented by any one of Formulas 3-3 to 3-7 includes R7 and R8, so that O atoms of R7 and R8; A1 and A2 of the second unit represented by Formula 2; And S atoms of the first unit represented by Formula 1 interact with each other to form a planar structure.
  • A is the first unit represented by Formula 1-1.
  • B is the second unit represented by Formula 2-1.
  • C is a third unit represented by any one selected from 3-3 to 3-7.
  • C ' is a third unit represented by any one selected from 3-3 to 3-7.
  • the polymer includes a unit represented by the following Chemical Formula 5-1 or 5-2.
  • Cy11 is a substituted or unsubstituted heterocycle
  • Q11 and Q12 are the same as or different from each other, and each independently O or S,
  • X15 and X16 are the same as or different from each other, and are each independently CRR ', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR ', Se or Te,
  • R, R 'and R17 and R18 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted aryloxy group; Substituted or unsubstituted alkylthio group; Substituted or unsubstituted arylthio group; Substituted or unsubstituted alkyl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted aryl sulfoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted amine group; Substituted or unsubstituted ary
  • l is the mole fraction, a real number with 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • n is a repetition number of units and is an integer of 1 to 10,000.
  • the polymer includes a unit represented by any one of the following Formulas 5-3-1 to 5-3-3.
  • A1 to A4 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
  • R107, R108, R207 and R208 are the same as or different from each other, and are each independently a substituted or unsubstituted alkoxy group
  • R111, R112, R211 and R212 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted silyl group; Or a substituted or unsubstituted alkylthio group,
  • R411 and R412 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted alkyl group; Or a substituted or unsubstituted alkoxy group,
  • l is the mole fraction, a real number with 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • n is a repetition number of units and is an integer of 1 to 10,000.
  • the polymer includes a unit represented by any one of the following Formulas 5-4 to 5-60.
  • l is the mole fraction, a real number with 0 ⁇ l ⁇ 1,
  • n is a repetition number of units and is an integer of 1 to 10,000.
  • l is 0.5.
  • m is 0.5.
  • l is 0.75.
  • m 0.25.
  • the polymer is a random polymer.
  • solubility is improved, there is an economical effect in time and cost in the manufacturing process of the device.
  • the end group of the polymer is a substituted or unsubstituted heterocyclic group or a substituted or unsubstituted aryl group.
  • the terminal group of the polymer is a halogen group, an alkyl group or a haloalkyl group substituted or unsubstituted hetero ring group; Or a substituted or unsubstituted aryl group with a halogen group, an alkyl group or a haloalkyl group.
  • the end group of the polymer is a halogen group, a C 1 -C 6 alkyl group or a C 1 -C 6 fluoroalkyl group substituted or unsubstituted hetero ring group; Or a substituted or unsubstituted aryl group with a halogen group, a C 1 -C 6 alkyl group or a C 1 -C 6 haloalkyl group.
  • the end group of the polymer is 4- (trifluoromethyl) phenyl group (4- (trifluoromethyl) phenyl).
  • the end group of the polymer is a bromo thiophene group.
  • the end group of the polymer is a trifluoro-benzene group.
  • the polymer may not have an end group.
  • the polymer may be a polymer without end capping.
  • the number average molecular weight of the polymer is preferably 5,000 g / mol to 1,000,000 g / mol.
  • the polymer may have a molecular weight distribution of 1 to 10.
  • the polymer has a molecular weight distribution of 1-3.
  • the number average molecular weight is preferably 100,000 g / mol or less in order to have a certain solubility or higher so that the solution coating method is advantageous.
  • the molecular weight was measured by GPC using chlorobenzene as a solvent, and the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were measured, and the molecular weight distribution was a value obtained by dividing the weight average molecular weight (Mw) by the number average molecular weight (Mn). That is, it means weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn).
  • the polymer may be prepared based on the preparation examples described below.
  • the monomer of each unit of the polymer was prepared by adding chlorobenzene as a solvent, together with Pd 2 (dba) 3 and P (o-tolyl) 3 and polymerizing with a microwave reactor.
  • Polymers according to the present disclosure can be prepared by multistage chemical reactions. Monomers are prepared through alkylation reactions, Grignard reactions, Suzuki coupling reactions, and Still coupling reactions, followed by carbon-carbon coupling reactions such as steel coupling reactions. Can be prepared. When the substituent to be introduced is a boronic acid or boronic ester compound, it may be prepared through Suzuki coupling, and the substituent to be introduced is tributyltin or trimethyltin. ) Compound may be prepared through a steel coupling reaction, but is not limited thereto.
  • the first electrode A second electrode provided to face the first electrode; And at least one organic material layer provided between the first electrode and the second electrode and including a photoactive layer, wherein at least one of the organic material layers includes the polymer.
  • the organic solar cell according to the exemplary embodiment of the present specification includes a first electrode, a photoactive layer, and a second electrode.
  • the photoactive layer may comprise a polymer according to the embodiments described above.
  • the organic solar cell may further include a substrate, a hole transport layer, and / or an electron transport layer.
  • excitons are separated into electrons and holes at the interface of the electron donor and the electron acceptor of the photoactive layer.
  • the separated holes are transported from the photoactive layer to the anode via the electron donor (donor) through the hole transport layer, and the separated electrons are transported from the photoactive layer through the electron transport layer (acceptor) to the cathode.
  • the organic material layer includes a hole transporting layer, a hole injection layer, or a layer for simultaneously transporting holes and hole injection, and the hole transporting layer, the hole injection layer, or a layer for simultaneously transporting holes and hole injection, It includes the polymer.
  • the organic material layer includes an electron injection layer, an electron transporting layer, or a layer for simultaneously injecting and transporting electrons
  • the electron injection layer, an electron transporting layer, or a layer for simultaneously injecting and transporting electrons is It includes the polymer.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an organic solar cell according to an exemplary embodiment of the present specification, and includes an electron transport layer 102, a photoactive layer 103, a hole transport layer 104, and a second electrode 105 on a first electrode 101.
  • stacked in this order and the structure of the organic solar cell of this specification are not limited to this.
  • 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 first electrode is an anode
  • the second electrode is a cathode
  • the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode.
  • 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 organic solar cell has a normal structure.
  • the normal structure may mean that an anode is formed on a substrate.
  • the first electrode formed on the substrate may be an anode.
  • the organic solar cell has an inverted structure.
  • the inverted structure may mean that a cathode is formed on a substrate.
  • the first electrode formed on the substrate may be a cathode.
  • the organic solar cell has a tandem structure.
  • the organic solar cell may include two or more photoactive layers.
  • the photoactive layer may be one layer or two or more layers.
  • a buffer layer may be provided between the photoactive layer and the hole transport layer or between the photoactive layer and the electron transport layer.
  • a hole injection layer may be further provided between the anode and the hole transport layer.
  • an electron injection layer may be further provided between the cathode and the electron transport layer.
  • the photoactive layer includes one or two or more selected from the group consisting of an electron donor and an acceptor, and the electron donor includes the polymer.
  • the electron acceptor material is 1 or selected from the group consisting of non-fullerene-based compounds, fullerenes, fullerene derivatives, vasocuprones, semiconducting elements, semiconducting compounds, or Two or more compounds.
  • fullerene, fullerene derivative (PC 61 BM ((6,6) -phenyl-C61-butyric acid-methylester), PC 71 BM ((6,6) -phenyl-C71-butyric acid-methylester), PC 70 BM ((6,6) -phenyl-C70-butyric acid-methylester), or PC 61 BCR ((6,6) -phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester), perylene PBI (polybenzimidazole) ), And PTCBI (3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole).
  • non-fullerene compound is represented by the following Formula A.
  • R201 to R204 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heteroaryl group,
  • A101 to A108 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Halogen group; Or a substituted or unsubstituted alkyl group.
  • R201 to R201 to R204 are the same as or different from each other, and each independently an aryl group unsubstituted or substituted with an alkyl group; Or a heteroaryl group unsubstituted or substituted with an alkyl group.
  • R201 to R201 to R204 are the same as or different from each other, and each independently a phenyl group unsubstituted or substituted with an alkyl group; Or a thiophene group unsubstituted or substituted with an alkyl group.
  • R201 to R201 to R204 are the same as or different from each other, and each independently a phenyl group substituted with an n-hexyl group; Or a thiophene group substituted with an n-hexyl group.
  • R201 to R201 to R204 is a phenyl group substituted with an n-hexyl group.
  • R201 to R201 to R204 is a thiophene group substituted with an n-hexyl group.
  • A101 to A108 is hydrogen; Fluorine; Or a linear or branched alkyl group.
  • A101 to A104 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Fluorine; Or a linear alkyl group.
  • A101 to A104 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Fluorine; Or methyl group.
  • the formula A is represented by any one of the formulas A-1 to A-5.
  • the electron donor and the electron acceptor constitute a bulk hetero junction (BHJ).
  • BHJ bulk hetero junction
  • the bulk heterojunction means that the electron donor material and the electron acceptor material are mixed with each other in the photoactive layer.
  • the photoactive layer further includes an additive.
  • the molecular weight of the additive is 50 g / mol to 500 g / mol.
  • the boiling point of the additive is an organic material of 30 °C to 300 °C.
  • the organic material means a material containing at least one carbon atom.
  • the additive is 1,8-daiodooctane (DIO: 1,8-diiodooctane), 1-chloronaphthalene (1-CN: 1-chloronaphthalene), diphenyl ether (DPE: diphenylether) , Octane dithiol and tetrabromothiophene (tetrabromothiophene) may further include one or two kinds of additives selected from the group consisting of.
  • DIO 1,8-diiodooctane
  • 1-chloronaphthalene (1-CN: 1-chloronaphthalene
  • DPE diphenylether
  • Octane dithiol and tetrabromothiophene tetrabromothiophene
  • tetrabromothiophene may further include one or two kinds of additives selected from the group consisting of.
  • the additive may include 0.1 v / v% to 5v / v%, and specifically 0.3 v / v% to 0.8 v / v% based on the total volume of the photoactive layer.
  • the photoactive layer has a bilayer bilayer structure including an n-type organic compound layer and a p-type organic compound layer, and the p-type organic compound layer includes the polymer.
  • 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 may be any substrate that is commonly used in organic solar cells. Specifically, there are glass or polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetyl cellulose (TAC). It is not limited to this.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PP polypropylene
  • PI polyimide
  • TAC triacetyl cellulose
  • 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);
  • ZnO Al or SnO 2 : Combination of metals and oxides such as 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, isopropyl alcohol (IPA), and then dried in a heating plate for 1 to 30 minutes at 100 to 150 ° C., 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 through ozone generated using UV ultraviolet light in a vacuum state, and c) oxygen generated by plasma. And oxidation using 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 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 may be formed by being deposited in a thermal evaporator showing a vacuum degree of 5 ⁇ 10 ⁇ 7 torr or less, but is not limited thereto.
  • 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
  • the monomers A-1, B-1, and C-1 were used together with chlorobenzene as a solvent, together with Pd 2 (dba) 3 and P (o-tolyl) 3, and polymerized in a microwave reactor to prepare the following polymer 1.
  • Polymer 2 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-2 was used instead of the monomer A-1.
  • Polymer 3 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer C-2 was used instead of the monomer C-1.
  • the following Polymer 4 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer A-2 instead of the monomer A-1 and using the following monomer C-2 instead of the monomer C-1.
  • Polymer 5 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-3 was used instead of the monomer A-1. UV-Vis spectrum of the film state of Polymer 5 is shown in FIG.
  • Polymer 6 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-4 was used instead of the monomer A-1.
  • Polymer 7 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that Monomer C-3 was used instead of Monomer C-1.
  • the following Polymer 8 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer A-2 instead of the monomer A-1 and using the following monomer C-3 instead of the monomer C-1.
  • the following polymer 9 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer A-3 instead of the monomer A-1 and using the following monomer C-3 instead of the monomer C-1.
  • the following Polymer 10 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer C-4 instead of the monomer C-1.
  • the following Polymer 11 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer A-2 instead of the monomer A-1 and using the following monomer C-4 instead of the monomer C-1.
  • the following polymer 12 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1 except for using the following monomer A-3 instead of the monomer A-1 and using the following monomer C-4 instead of the monomer C-1.
  • Polymer 13 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-3 was used instead of the monomer A-1.
  • the UV-Vis spectrum of the film state of the polymer 13 is shown in FIG.
  • Polymer 14 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-4 was used instead of the monomer A-1.
  • Polymer 15 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the following monomer A-5 was used instead of the monomer A-1.
  • the molecular weight was measured by GPC using chlorobenzene as a solvent, and the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were measured, and the molecular weight distribution was the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn).
  • the numerical value divided by ie means weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn).
  • polymers other than the polymer may be synthesized by appropriately changing the substituents of the formulas 1, 2, and 3 or 1, 2, and 4 according to one embodiment of the present specification. have.
  • Comparative Polymer 1 and Formula A-1 were dissolved in chlorobenzene (CB) in a weight ratio of 1: 2 to prepare a composite solution.
  • the concentration was adjusted to 2 wt%
  • the organic solar cell was an inverted structure of ITO / ZnO / photoactive layer / MoO 3 / Ag.
  • ITO was formed as a first electrode on the substrate, the ITO substrate was ultrasonically cleaned with distilled water, acetone, 2-propanol, and the ITO surface was ozone treated for 10 minutes.
  • ZnO was spin-coated on ITO to form an electron transport layer with a thickness of 40 nm.
  • a composite solution of Comparative Polymer 1 and Formula A-1 was spin coated on the electron transport layer to form a photoactive layer having a thickness of 100 nm, and MoO 3 was deposited on the photoactive layer with a thickness of 10 nm.
  • a transport layer was formed.
  • Ag was deposited to a thickness of 100 nm using a thermal evaporator under a 3 ⁇ 10 ⁇ 8 torr vacuum to form a second electrode, thereby manufacturing an organic solar cell.
  • An organic solar cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that Polymers 1 to 15 were used instead of Comparative Polymer 1 in Comparative Example 1.
  • Example 1 0.912 12.443 0.632 7.17
  • Example 1 0.899 14.416 0.646 8.37
  • Example 2 1.024 13.248 0.616 8.36
  • Example 3 0.908 13.824 0.646 8.11
  • Example 4 1.014 13.825 0.57 7.99
  • Example 5 0.918 13.753 0.609 7.69
  • Example 6 0.897 13.980 0.638 8.00
  • Example 7 0.903 14.090 0.626 7.96
  • Example 8 1.014 13.852 0.574 8.06
  • Example 9 0.926 13.464 0.607 7.57
  • Example 10 0.912 13.716 0.628 7.86
  • Example 11 1.007 13.110 0.594 7.84
  • Example 12 0.927 13.550 0.622 7.81
  • Example 13 0.975 13.579 0.586 7.76
  • Example 14 0.905 13.439 0.678 8.25
  • Example 15 1.019 13.213 0.615 8.28
  • the second unit since the second unit according to an exemplary embodiment of the present specification includes a structure in which two F's are aligned with each other in an ortho position of a benzene ring, an S atom of thiophene of the second unit and It interacts with each other, and interacts with the first unit and the third unit to increase the polymer planarity, increase the solubility, and excellent electronic properties. Therefore, the organic solar cells of Examples 1 to 15 including the same have a higher current value than Comparative Polymer 1 including a structure in which two Fs of the second unit are substituted with each other at a para position of a benzene ring, It can be seen that the energy conversion efficiency is excellent.
  • the polymer 1 includes a structure wherein Y1 and Y2 of the first unit of the present specification are CR ′′ and R ′′ is a thiophene group substituted with a branched alkyl group.
  • the polymers 2 and 14, Y1 and Y2 of the first unit of the present specification is CR ′′, R ′′ is a halogen group of fluorine or chlorine;
  • Two F bonded to the ortho position interacts with each other, it is excellent in the electrical properties, it can be seen that the efficiency of the organic solar cell including the very excellent.
  • V oc is an open voltage
  • J sc is a short circuit current
  • FF is a fill factor
  • ⁇ is an 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 1의 제1 단위; 화학식 2의 제2 단위; 및 화학식 3 또는 4의 제3 단위를 포함하는 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다.

Description

중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
본 출원은 2018년 3월 9일 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 10-2018-0028092의 출원일 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 중합체 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 중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위; 및 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 제3 단위를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000003
[화학식 4]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000004
상기 화학식 1 내지 4에 있어서,
X1 내지 X6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이고,
Y1 및 Y2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이며,
A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,
Cy1은 치환 또는 비치환된 헤테로고리이며,
Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
R, R', R" 및 R1 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
또한, 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 전술한 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 전기전도성 물질로 열적 안정성을 가지며, 우수한 용해도 및 높은 전자이동도를 갖는다. 따라서, 유기 태양 전지에 적용하는 경우에 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 HOMO 에너지 준위가 높아, 이를 포함하는 유기 태양 전지를 구현하는 경우에 효율의 특성이 우수하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이다.
도 2는 중합체 5의 필름상태의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 중합체 13의 필름상태의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸 도이다.
[부호의 설명]
101: 제1 전극
102: 전자수송층
103: 광활성층
104: 정공수송층
105: 제2 전극
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에 있어서 '단위'란 중합체의 단량체에 포함되는 반복되는 구조로서, 단량체가 중합에 의하여 중합체 내에 결합된 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서 '단위를 포함'의 의미는 중합체 내의 주쇄에 포함된다는 의미이다.
본 명세서에서 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, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위; 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위; 및 상기 화학식 3 또는 4로 표시되는 제3 단위를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 화학식 2로 표시되는 제2 단위를 포함한다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 벤젠고리의 오르소(ortho) 위치에 치환된다. 이 경우, 낮은 결정성을 나타내어 작은 도메인(domain)을 형성한다. 따라서, 이를 포함하는 유기 태양 전지는 우수한 전기적 특성을 나타내고, 효율이 우수하다.
상기 치환기들의 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 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 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 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 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 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000005
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 30의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000006
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 50인 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, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 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 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 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 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 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 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 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 PCTKR2019002227-appb-I000007
,
Figure PCTKR2019002227-appb-I000008
,
Figure PCTKR2019002227-appb-I000009
,
Figure PCTKR2019002227-appb-I000010
및
Figure PCTKR2019002227-appb-I000011
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
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. 헤테로 고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 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, 페난트리딜기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기는 N 원자에, 아릴기, 알킬기, 아릴알킬기, 및 헤테로고리기 등으로 치환될 수 있으며, 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, 아릴옥시기, 아릴티오기 및 아릴술폭시기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 있고, 아릴티오기로는 페닐티오기, 2－메틸페닐티오기, 4－tert－부틸페닐티오기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬티오기 및 알킬술폭시기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬술폭시기로는 메틸술폭시기, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬티오기는 -S-R(R은 알킬기)로 표시되는 치환기를 의미하며, 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알킬티오기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메틸티오, 에틸티오, n-프로필티오, 이소프로필티오, i-프로필티오, n-부틸티오, 이소부틸티오, tert-부틸티오, sec-부틸티오, n-펜틸티오, 네오펜틸티오, 이소펜틸티오, n-헥실티오, 3,3-디메틸부틸티오, 2-에틸부틸티오, n-옥틸티오, n-노닐티오, n-데실티오, 벤질티오 및 p-메틸벤질티오 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 탄화수소고리는 상기 헤테로고리는 시클로헤테로알킬, 시클로헤테로알케닐, 시클로헤테로케톤, 지방족 헤테로고리, 방향족 헤테로고리 또는 이들의 축합고리일 수 있으며, 1가기가 아닌 것을 제외하고, 상기 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, X1은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, X2는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, X1은 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, X2는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, Y1은 CR"이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, Y2는 CR"이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R1은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 단위는 하기 화학식 1-1로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000012
상기 화학식 1-1에 있어서,
R1 및 R2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
R11 및 R12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R11은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R11은 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 아릴기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기, 및 할로겐기 중에서 선택되는 1 이상으로 치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R11은 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 페닐기; 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기, 및 할로겐기 중에서 선택되는 1 이상으로 치환된 티오펜기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기로 치환된 벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R12는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R12는 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 아릴기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기, 및 할로겐기 중에서 선택되는 1 이상으로 치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-1에 있어서, R12는 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기; 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 페닐기; 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기, 및 할로겐기 중에서 선택되는 1 이상으로 치환된 티오펜기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기로 치환된 벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 단위는 하기 화학식 1-2 내지 1-7 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000013
[화학식 1-3]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000014
[화학식 1-4]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000015
[화학식 1-5]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000016
[화학식 1-6]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000017
[화학식 1-7]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000018
상기 화학식 1-2 내지 1-7에 있어서,
A3 및 A4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이며,
R111, R112, R211 및 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬티오기이며,
R311, R312, R411 및 R412는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R111은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R111은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R111은 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R111은 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R112는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R112는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R112는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, R112는 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R211은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R211은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 직쇄의 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R211는 분지쇄의 알킬기; 직쇄의 알킬기로 치환된 실릴기; 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R211는 2-에틸헥실기; 트리부틸실릴(tributylsilyl)기; 또는 2-에틸헥실티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R212는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 알킬기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R212는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 직쇄의 알킬기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R212는 분지쇄의 알킬기; 직쇄의 알킬기로 치환된 실릴기; 또는 분지쇄의 알킬티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-3에 있어서, R212는 2-에틸헥실기; 트리부틸실릴(tributylsilyl)기; 또는 2-에틸헥실티오기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R311은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R311은 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R311은 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R311은 2-에틸헥실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R312는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R312는 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R312는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-4 및 1-5에 있어서, R312는 2-에틸헥실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 분지쇄의 C6-C15의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 분지쇄의 C8-C12의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-7에 있어서, R411 및 R412는 각각 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1-2 및 1-6에 있어서, A3 및 A4는 각각 불소 또는 염소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2에 있어서, X3은 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2에 있어서, X4는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단위는 하기 화학식 2-1로 표시된다.
[화학식 2-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000019
상기 화학식 2-1에 있어서,
R3 내지 R6, A1 및 A2의 정의는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2에 있어서, R3 내지 R6은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2에 있어서, A1 및 A2는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단위는 하기 화학식 2-2로 표시된다.
[화학식 2-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000020
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, Cy는 헤테로원자로 N, O, S, Si, Ge, Te, P 및 Se 중 1 이상을 포함하고, 치환 또는 비치환된 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, Cy는 헤테로원자로 N, O, S, Si, Ge, Te, P 및 Se 중 1 이상을 포함하고, 치환 또는 비치환된 단환의 5원 또는 6원 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단위는 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시된다.
[화학식 3-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000021
[화학식 3-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000022
상기 화학식 3-1 및 3-2에 있어서,
R7 및 R8의 정의는 상기 화학식 3에서 정의한 바와 동일하며,
X7은 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이고,
Y3 내지 Y6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이며,
R, R', R", R9 및 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4에 있어서, X5는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4에 있어서, X6은 NR이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4에 있어서 Q1 및 Q2는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단위는 하기 화학식 3-3 내지 3-7 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 3-3]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000023
[화학식 3-4]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000024
[화학식 3-5]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000025
[화학식 3-6]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000026
[화학식 3-7]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000027
상기 화학식 3-3 내지 3-7에 있어서,
R7 및 R8의 정의는 상기 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고,
R9, R10 및 R19는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄의 C1-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄의 C10-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 수소; 또는 n-도데실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 C3-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 C10-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R7은 2-부틸옥틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄의 C1-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄의 C10-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 수소; 또는 n-도데실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 C3-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 C10-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3에 있어서, R8은 2-부틸옥틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 직쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄의 C1-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 수소; 또는 직쇄의 C10-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 n-도데실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 C3-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 C10-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R7은 2-부틸옥틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 직쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄의 C1-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 수소; 또는 직쇄의 C10-C20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 n-도데실옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 C3-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 C10-C20의 분지쇄의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-3 및 3-4에 있어서, R8은 2-부틸옥틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5 및 3-6에 있어서, R7 및 R8은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 분지쇄의 C6-C15의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 분지쇄의 C8-C12의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-5에 있어서, R19는 2-에틸헥실기 또는 2-부틸옥틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-6에 있어서, R9 및 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-6에 있어서, R9 및 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-6에 있어서, R9 및 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-6에 있어서, R9 및 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직쇄의 알콕시기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-6에 있어서, R9 및 R10은 n-옥틸옥시기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-7에 있어서, R19는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-7에 있어서, R19는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-7에 있어서, R19는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-7에 있어서, R19는 2-에틸헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 5]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000028
상기 화학식 5에 있어서,
l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
l+m = 1이며,
A는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위이고,
B는 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위이며,
C 및 C'는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 제3 단위이고,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 화학식 2-1로 표시되는 제2 단위 중 A1 및 A2와 티오펜의 S 원자; 또는 화학식 2-1로 표시되는 제2 단위 중 A1 및 A2와 화학식 1-1로 표시되는 제1 단위의 S 원자가 서로 상호작용을 한다.
여기서 상호작용이란, 화학 구조 또는 화학 구조를 구성하는 원자들이 서로 공유 결합 이외의 작용에 의하여 영향을 주고 받는 비공유 결합성 상호 작용을 하는 것을 의미하며, 예컨대, 칼코겐(chalcogen) 결합을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 3-3 내지 3-7 중 어느 하나로 표시 제3 단위는 R7 및 R8을 포함함으로써, R7, R8의 O원자; 화학식 2로 표시되는 제2 단위의 A1 및 A2; 및 화학식 1로 표시되는 제1 단위의 S 원자가 서로 상호작용을 통하여, 평면 구조(planar structure)를 형성할 수 있다.
따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체를 포함하는 경우에는 전류의 증가를 유도할 수 있어, 높은 효율의 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 상기 화학식 1-1로 표시되는 제1 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 B는 상기 화학식 2-1로 표시되는 제2 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 C는 상기 3-3 내지 3-7 중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는 제3 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 C'는 상기 3-3 내지 3-7 중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는 제3 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 5-1 또는 5-2로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 5-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000029
[화학식 5-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000030
상기 화학식 5-1 및 5-2에 있어서,
X1 내지 X6, Y1, Y2, R1 내지 R8, Cy1, Q1, Q2, A1 및 A2의 정의는 상기 화학식 1 내지 4에서 정의한 바와 동일하고,
Cy11은 치환 또는 비치환된 헤테로고리이며,
Q11 및 Q12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
X15 및 X16은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이며,
R, R' 및 R17 및 R18은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
l+m = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 5-3-1 내지 5-3-3 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 5-3-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000031
[화학식 5-3-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000032
[화학식 5-3-3]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000033
상기 화학식 5-3-1 내지 5-3-3에 있어서,
A1 내지 A4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,
R107, R108, R207 및 R208은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알콕시기이며,
R111, R112, R211 및 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬티오기이고,
R411 및 R412는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이며,
l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
l+m = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 5-4 내지 5-60 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함한다.
[화학식 5-4]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000034
[화학식 5-5]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000035
[화학식 5-6]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000036
[화학식 5-7]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000037
[화학식 5-8]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000038
[화학식 5-9]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000039
[화학식 5-10]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000040
[화학식 5-11]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000041
[화학식 5-12]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000042
[화학식 5-13]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000043
[화학식 5-14]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000044
[화학식 5-15]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000045
[화학식 5-16]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000046
[화학식 5-17]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000047
[화학식 5-18]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000048
[화학식 5-19]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000049
[화학식 5-20]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000050
[화학식 5-21]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000051
[화학식 5-22]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000052
[화학식 5-23]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000053
[화학식 5-24]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000054
[화학식 5-25]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000055
[화학식 5-26]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000056
[화학식 5-27]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000057
[화학식 5-28]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000058
[화학식 5-29]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000059
[화학식 5-30]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000060
[화학식 5-31]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000061
[화학식 5-32]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000062
[화학식 5-33]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000063
[화학식 5-34]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000064
[화학식 5-35]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000065
[화학식 5-36]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000066
[화학식 5-37]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000067
[화학식 5-38]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000068
[화학식 5-39]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000069
[화학식 5-40]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000070
[화학식 5-41]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000071
[화학식 5-42]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000072
[화학식 5-43]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000073
[화학식 5-44]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000074
[화학식 5-45]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000075
[화학식 5-46]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000076
[화학식 5-47]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000077
[화학식 5-48]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000078
[화학식 5-49]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000079
[화학식 5-50]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000080
[화학식 5-51]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000081
[화학식 5-52]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000082
[화학식 5-53]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000083
[화학식 5-54]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000084
[화학식 5-55]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000085
[화학식 5-56]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000086
[화학식 5-57]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000087
[화학식 5-58]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000088
[화학식 5-59]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000089
[화학식 5-60]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000090
상기 화학식 5-4 내지 5-60에 있어서,
l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
l+m = 1이며,
n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 l은 0.5이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 m은 0.5이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 l은 0.75이다.
본 명세서의 일 실시상태에에 있어서, 상기 m은 0.25이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 랜덤 중합체다. 또한, 랜덤 중합체의 경우에 용해도가 향상되어, 소자의 제조 공정상 시간 비용적으로 경제적인 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기 또는 치환 또는 비치환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기로 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기; 또는 할로겐기, 알킬기 또는 할로알킬기로 치환 또는 비치환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 할로겐기, C1-C6 알킬기 또는 C1-C6 플루오로알킬기로 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기; 또는 할로겐기, C1-C6 알킬기 또는 C1-C6 할로알킬기로 치환 또는 비치환의 아릴기이다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 4-(트리플루오로메틸)페닐기(4-(trifluoromethyl)phenyl)이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 브로모 티오펜기(bromo-thiophene)이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 말단기는 트리플루오로-벤젠기(trifluoro-benzene)이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 말단기를 갖지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 중합체는 앤드 캡핑이 없는 중합체일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체의 수평균 분자량은 5,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 1 내지 10의 분자량 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 중합체는 1 내지 3의 분자량 분포를 가진다.
분자량 분포는 낮을수록, 수평균 분자량이 커질수록 전기적 특성과 기계적 특성이 더 좋아진다.
또한, 일정 이상의 용해도를 가져서 용액도포법 적용이 유리하도록 하기 위해 수평균 분자량은 100,000g/mol이하인 것이 바람직하다.
상기 분자량은 클로로벤젠을 용매로하여, GPC로 측정하여 수평균분자량(Mn) 및 중량평균분자량(Mw)을 측정하였으며, 분자량 분포는 중량평균분자량(Mw)을 수평균분자량(Mn)으로 나눈 수치, 즉 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)를 의미한다.
상기 중합체는 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다. 상기 중합체 각 단위의 단량체를 클로로 벤젠을 용매로 하여, Pd2(dba)3 및 P(o-tolyl)3와 함께 넣고 마이크로웨이브 반응기로 중합하여 제조하였다.
본 명세서에 따른 중합체는 다단계 화학반응으로 제조할 수 있다. 알킬화 반응, 그리냐르(Grignard) 반응, 스즈끼(Suzuki) 커플링 반응 및 스틸(Stille) 커플링 반응 등을 통하여 모노머들을 제조한 후, 스틸 커플링 반응 등의 탄소-탄소 커플링 반응을 통하여 최종 중합체들을 제조할 수 있다. 도입하고자 하는 치환기가 보론산(boronic acid) 또는 보론산 에스터(boronic ester) 화합물인 경우에는 스즈키 커플링 반응을 통해 제조할 수 있고, 도입하고자 하는 치환기가 트리부틸틴(tributyltin) 또는 트리메틸틴(trimethyltin) 화합물인 경우에는 스틸 커플링 반응을 통해 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 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 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서에서 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 명세서의 일 실시예에 따른 유기 태양 전지는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 여기서, 광활성층이 전술한 실시상태들에 따른 중합체를 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 기판, 정공수송층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 엑시톤은 광활성층의 전자 주개와 전자 받개의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 분리된 정공은 광활성층에서 전자 주개(도너)를 통하여 정공 수송층을 거쳐 양극으로 수송되고, 분리된 전자는 광활성층에서 전자 받개(억셉터)를 통하여 전자 수송층을 거쳐 음극으로 수송된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공 수송층, 정공 주입층 또는 정공 수송과 정공 주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 정공 수송층, 정공 주입층 또는 정공 수송과 정공 주입을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자 수송층 또는 전자 주입과 전자 수송을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자 수송층 또는 전자 주입과 전자 수송을 동시에 하는 층은 상기 중합체를 포함한다.
도 1 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지를 나타낸 도이며, 제1 전극(101) 상에 전자수송층(102), 광활성층(103) 및 정공수송층(104) 및 제2 전극(105)이 차례로 적층된 구조이나, 본 명세서의 유기 태양 전지의 구조는 이에 한정되지 않는다.
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 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 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 유기 태양 전지는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노말 구조는 기판 상에 애노드가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기태양전지가 노말 구조인 경우, 기판 상에 형성되는 제1 전극이 애노드일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조는 기판 상에 캐소드가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 태양 전지가 인버티드 구조인 경우, 기판 상에 형성되는 제1 전극이 캐소드일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 탠덤 (tandem) 구조이다. 이 경우 상기 유기 태양 전지는 2 층 이상의 광활성층을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 태양 전지는 광활성층이 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 버퍼층이 광활성층과 정공수송층 사이 또는 광활성층과 전자수송층 사이에 구비될 수 있다. 이때, 정공 주입층이 애노드와 정공수송층사이에 더 구비될 수 있다. 또한, 전자주입층이 캐소드와 전자수송층 사이에 더 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 및 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고, 상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자 받개 물질은 비플러렌계(non-fullerene)계 화합물, 플러렌, 플러렌 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물이다. 구체적으로 플러렌(fullerene), 플러렌 유도체(PC61BM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester), PC71BM((6,6)-phenyl-C71-butyric acid-methylester), PC70BM((6,6)-phenyl-C70-butyric acid-methylester), 또는 PC61BCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester), 페릴렌(perylene) PBI(polybenzimidazole), 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 비플러렌계(non-fullerene) 화합물은 하기 화학식 A로 표시된다.
[화학식 A]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000091
상상기 화학식 A에 있어서,
상기 R201 내지 R204는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
A101 내지 A108은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, R201 내지 R201 내지 R204는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, R201 내지 R201 내지 R204는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, R201 내지 R201 내지 R204는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 n-헥실기로 치환된 페닐기; 또는 n-헥실기로 치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, R201 내지 R201 내지 R204는 n-헥실기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, R201 내지 R201 내지 R204는 n-헥실기로 치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, A101 내지 A108은 수소; 불소; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, A101 내지 A104는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 불소; 또는 직쇄의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A에 있어서, A101 내지 A104는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 불소; 또는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 A는 하기 화학식 A-1 내지 A-5 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 A-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000092
[화학식 A-2]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000093
[화학식 A-3]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000094
[화학식 A-4]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000095
[화학식 A-5]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000096
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
상기 벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 첨가제를 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 분자량은 50 g/mol 내지 500 g/mol이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제의 끓는점은 30 ℃ 내지 300 ℃의 유기물이다.
본 명세서에서 유기물이란 탄소 원자를 적어도 1 이상 포함하는 물질을 의미한다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 첨가제는 1,8-다아이오도옥탄(DIO:1,8-diiodooctane), 1-클로로나프탈렌(1-CN:1-chloronaphthalene), 다이페닐에테르 (DPE:diphenylether), 옥탄디티올(octane dithiol) 및 테트라브로모싸이오펜(tetrabromothiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제 중에서 1 또는 2 종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 광활성층의 전체 부피에 대하여, 0.1 v/v% 내지 5v/v%포함할 수 있으며, 구체적으로 0.3 v/v% 내지 0.8 v/v% 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 n 형 유기물층 및 p 형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 중합체를 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 1~30분간, 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 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 5 ×10-7torr 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.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[중합체의 합성]
합성예 1
단량체 A-1, B-1 및 C-1를 클로로 벤젠을 용매로 하여, Pd2(dba)3 및 P(o-tolyl)3와 함께 넣고 마이크로웨이브 반응기로 중합하여 하기 중합체 1을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000097
합성예 2
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-2를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 2를 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000098
합성예 3
상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-2를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 3을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000099
합성예 4
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-2를 사용하고, 상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-2를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 4를 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000100
합성예 5
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-3를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 5를 제조하였다. 중합체 5의 필름상태의 UV-Vis 스펙트럼은 도 2에 도시하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000101
합성예 6
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-4를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 6을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000102
합성예 7
상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-3를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 7을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000103
합성예 8
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-2를 사용하고, 상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-3를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 8을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000104
합성예 9
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-3를 사용하고, 상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-3를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 9를 제조하였다
Figure PCTKR2019002227-appb-I000105
합성예 10
상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-4를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 10을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000106
합성예 11
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-2를 사용하고, 상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-4를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 11을 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000107
합성예 12
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-3를 사용하고, 상기 단량체 C-1 대신 하기 단량체 C-4를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 12를 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000108
합성예 13
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-3를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 13을 제조하였다. 중합체 13의 필름상태의 UV-Vis 스펙트럼은 도 3에 도시하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000109
합성예 14
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-4를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 14를 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000110
합성예 15
상기 단량체 A-1 대신 하기 단량체 A-5를 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 같은 방법으로 수행하여 하기 중합체 15를 제조하였다.
Figure PCTKR2019002227-appb-I000111
합성예 1 내지 15에서 제조된 중합체의 분자량 및 분자량 분포를 하기 표 1에 나타내었다.
Mn (수평균 분자량) Mw (중량평균분자량) PDI (분자량 분포, Mw/Mn)
중합체 1 33,860 57,490 1.7
중합체 2 62,300 71,900 1.15
중합체 3 28,500 42,720 1.50
중합체 4 35,870 48,250 1.34
중합체 5 30,300 59,650 1.97
중합체 6 27,850 36,290 1.3
중합체 7 19,930 28,590 1.43
중합체 8 20,080 30,220 1.50
중합체 9 25,370 34,290 1.35
중합체 10 29,930 40,590 1.35
중합체 11 31,220 39,680 1.27
중합체 12 33,420 42,290 1.26
중합체 13 30,090 58,900 1.96
중합체 14 29,100 52,250 1.80
중합체 15 26,088 63,334 2.43
상기 표 1에서 분자량은 클로로벤젠을 용매로하여, GPC로 측정하여 수평균분자량(Mn) 및 중량평균분자량(Mw)을 측정하였으며, 분자량 분포는 중량평균분자량(Mw)을 수평균분자량(Mn)으로 나눈 수치, 즉 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn) 를 의미한다.
상기에는 중합체 1 내지 15의 합성법만 예시하였으나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1, 2, 및 3 또는 1, 2 및 4의 치환기를 적절하게 변경하여, 상기 중합체 이외의 중합체를 합성할 수 있다.
[유기 태양 전지의 제조]
비교예 1.
하기 비교 중합체 1과 하기 화학식 A-1을 1:2의 중량비로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 녹여 복합 용액(composit solution)을 제조하였다.
이때, 농도는 2 wt%로 조절하였으며, 유기 태양 전지는 ITO/ZnO /광활성층/MoO3/Ag의 인버티드 구조로 하였다.
기판 상에 제1 전극으로서 ITO를 형성하고 ITO 기판은 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10 분 동안 오존 처리하였다.
ITO 상에 ZnO를 스핀 코팅(spin-coating)하여 40nm의 두께로 전자수송층을 형성시켰다. 그 다음 하기 비교 중합체 1과 하기 화학식 A-1의 복합 용액을 상기 전자수송층 상에 스핀코팅하여, 100nm의 두께로 광활성층을 형성하였으며, 상기 광활성층 상에 MoO3를 10nm의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 마지막으로, 제2 전극 형성을 위해 3×10-8 torr 진공 하에서 열 증발기(thermal evaporator)를 이용하여 100nm의 두께로 Ag를 증착하여 유기 태양 전지를 제조하였다.
[비교 중합체 1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000112
수평균분자량(Mn): 67,800
중량평균분자량(Mw): 101,460
[화학식 A-1]
Figure PCTKR2019002227-appb-I000113
실시예 1 내지 14.
상기 비교예 1에서 상기 비교 중합체 1 대신 상기 중합체 1 내지 15를 각각 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 태양 전지를 제조하였다.
상기 비교예 1 및 실시예 1 내지 15에서 제조된 유기 태양 전지의 광전변환특성을 100 mW/cm2(AM 1.5) 조건에서 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
V oc(V) J sc(mA/cm2) FF η(%)
비교예 1 0.912 12.443 0.632 7.17
실시예 1 0.899 14.416 0.646 8.37
실시예 2 1.024 13.248 0.616 8.36
실시예 3 0.908 13.824 0.646 8.11
실시예 4 1.014 13.825 0.57 7.99
실시예 5 0.918 13.753 0.609 7.69
실시예 6 0.897 13.980 0.638 8.00
실시예 7 0.903 14.090 0.626 7.96
실시예 8 1.014 13.852 0.574 8.06
실시예 9 0.926 13.464 0.607 7.57
실시예 10 0.912 13.716 0.628 7.86
실시예 11 1.007 13.110 0.594 7.84
실시예 12 0.927 13.550 0.622 7.81
실시예 13 0.975 13.579 0.586 7.76
실시예 14 0.905 13.439 0.678 8.25
실시예 15 1.019 13.213 0.615 8.28
상기 표 2에 있어서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제2 단위는 2개의 F가 서로 벤젠고리의 오르소(ortho) 위치에 치횐되는 구조를 포함하므로, 제2 단위의 티오펜의 S 원자와 서로 상호 작용을 하고, 제1 단위 및 제3 단위와 서로 상호 작용을 하여 중합체 평면성이 증가하고, 용해도가 상승하며, 전자적 특성이 우수하다. 따라서, 이를 포함하는 상기 실시예 1 내지 15의 유기 태양 전지는 상기 제2 단위의 2개의 F가 서로 벤젠고리의 파라(para)위치에 치환되는 구조를 포함하는 비교 중합체 1 보다 전류값이 높고, 에너지 변환 효율이 우수한 것을 알 수 있다.구체적으로, 상기 중합체 1은 는 본 명세서의 제1 단위의 Y1 및 Y2가 CR"이고, R"가 분지쇄의 알킬기로 치환된 티오펜기인 구조를 포함하고, 상기 중합체 2 및 14는 본 명세서의 제1 단위의 Y1 및 Y2가 CR"이고, R"가 불소 또는 염소의 할로겐기; 및 분지쇄의 알킬기로 치환된 티오펜기인 구조를 포함하므로, 제1 단위의 할로겐 원자 및/또는 티오펜의 S, 상기 제3 단위의 O, 및 제 2 단위의 티오펜의 S와 벤젠 고리의 ortho위치에 결합된 2개의 F가 서로 상호 작용하여, 전기적 특성이 우수하며, 이를 포함하는 유기 태양 전지의 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
상기 Voc는 개방전압을, Jsc는 단락전류를, FF는 충전율(Fill factor)를, η 는 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 (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 제1 단위;
    하기 화학식 2로 표시되는 제2 단위; 및
    하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 제3 단위를 포함하는 중합체:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000114
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000115
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000116
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000117
    상기 화학식 1 내지 4에 있어서,
    X1 내지 X6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이고,
    Y1 및 Y2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CR", N, SiR", P 또는 GeR"이며,
    A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,
    Cy1은 치환 또는 비치환된 헤테로고리이며,
    Q1 및 Q2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
    R, R', R" 및 R1 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 단위는 하기 화학식 1-1로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000118
    상기 화학식 1-1에 있어서,
    R1 및 R2의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    R11 및 R12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 단위는 하기 화학식 1-2 내지 1-7 중 어느 하나로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000119
    [화학식 1-3]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000120
    [화학식 1-4]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000121
    [화학식 1-5]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000122
    [화학식 1-6]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000123
    [화학식 1-7]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000124
    상기 화학식 1-2 내지 1-7에 있어서,
    A3 및 A4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이며,
    R111, R112, R211 및 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬티오기이며,
    R311, R312, R411 및 R412는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 단위는 하기 화학식 2-1로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 2-1]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000125
    상기 화학식 2-1에 있어서,
    R3 내지 R6, A1 및 A2의 정의는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 단위는 하기 화학식 3-3 내지 3-7 중 어느 하나로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 3-3]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000126
    [화학식 3-4]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000127
    [화학식 3-5]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000128
    [화학식 3-6]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000129
    [화학식 3-7]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000130
    상기 화학식 3-3 내지 3-7에 있어서,
    R7 및 R8의 정의는 상기 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고,
    R9, R10 및 R19는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000131
    상기 화학식 5에 있어서,
    l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
    m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
    l+m = 1이며,
    A는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 단위이고,
    B는 상기 화학식 2로 표시되는 제2 단위이며,
    C 및 C'는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 제3 단위이고,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 5-1 또는 5-2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 5-1]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000132
    [화학식 5-2]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000133
    상기 화학식 5-1 및 5-2에 있어서,
    X1 내지 X6, Y1, Y2, R1 내지 R8, Cy1, Q1, Q2, A1 및 A2의 정의는 상기 화학식 1 내지 4에서 정의한 바와 동일하고,
    Cy11은 치환 또는 비치환된 헤테로고리이며,
    Q11 및 Q12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
    X15 및 X16은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 CRR', NR, O, SiRR', PR, S, GeRR', Se 또는 Te이며,
    R, R' 및 R17 및 R18은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티오기; 치환 또는 비치환된 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
    m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
    l+m = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 5-3-1 내지 5-3-3 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 5-3-1]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000134
    [화학식 5-3-2]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000135
    [화학식 5-3-3]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000136
    상기 화학식 5-3-1 내지 5-3-3에 있어서,
    A1 내지 A4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,
    R107, R108, R207 및 R208은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알콕시기이며,
    R111, R112, R211 및 R212는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬티오기이고,
    R411 및 R412는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이며,
    l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
    m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
    l+m = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체는 하기 화학식 5-4 내지 5-60 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
    [화학식 5-4]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000137
    [화학식 5-5]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000138
    [화학식 5-6]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000139
    [화학식 5-7]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000140
    [화학식 5-8]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000141
    [화학식 5-9]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000142
    [화학식 5-10]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000143
    [화학식 5-11]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000144
    [화학식 5-12]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000145
    [화학식 5-13]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000146
    [화학식 5-14]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000147
    [화학식 5-15]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000148
    [화학식 5-16]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000149
    [화학식 5-17]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000150
    [화학식 5-18]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000151
    [화학식 5-19]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000152
    [화학식 5-20]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000153
    [화학식 5-21]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000154
    [화학식 5-22]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000155
    [화학식 5-23]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000156
    [화학식 5-24]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000157
    [화학식 5-25]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000158
    [화학식 5-26]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000159
    [화학식 5-27]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000160
    [화학식 5-28]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000161
    [화학식 5-29]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000162
    [화학식 5-30]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000163
    [화학식 5-31]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000164
    [화학식 5-32]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000165
    [화학식 5-33]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000166
    [화학식 5-34]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000167
    [화학식 5-35]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000168
    [화학식 5-36]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000169
    [화학식 5-37]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000170
    [화학식 5-38]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000171
    [화학식 5-39]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000172
    [화학식 5-40]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000173
    [화학식 5-41]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000174
    [화학식 5-42]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000175
    [화학식 5-43]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000176
    [화학식 5-44]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000177
    [화학식 5-45]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000178
    [화학식 5-46]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000179
    [화학식 5-47]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000180
    [화학식 5-48]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000181
    [화학식 5-49]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000182
    [화학식 5-50]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000183
    [화학식 5-51]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000184
    [화학식 5-52]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000185
    [화학식 5-53]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000186
    [화학식 5-54]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000187
    [화학식 5-55]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000188
    [화학식 5-56]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000189
    [화학식 5-57]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000190
    [화학식 5-58]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000191
    [화학식 5-59]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000192
    [화학식 5-60]
    Figure PCTKR2019002227-appb-I000193
    상기 화학식 5-4 내지 5-60에 있어서,
    l은 몰분율로서, 0 < l < 1인 실수이며,
    m은 몰분율로서, 0 < m < 1인 실수이고,
    l+m = 1이며,
    n은 단위의 반복수로서, 1 내지 10,000의 정수이다.
  10. 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 9 중 어느 하나의 항에 따른 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 광활성층은 전자 주개 및 전자 받개로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 포함하고,
    상기 전자 주개는 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 태양 전지.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 태양 전지.
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