[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR101490470B1 - 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지 - Google Patents

실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101490470B1
KR101490470B1 KR20120103171A KR20120103171A KR101490470B1 KR 101490470 B1 KR101490470 B1 KR 101490470B1 KR 20120103171 A KR20120103171 A KR 20120103171A KR 20120103171 A KR20120103171 A KR 20120103171A KR 101490470 B1 KR101490470 B1 KR 101490470B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bis
formula
si1tdpp
mmol
solar cell
Prior art date
Application number
KR20120103171A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140037988A (ko
Inventor
김봉수
김홍곤
이도권
김진영
정민우
고민재
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR20120103171A priority Critical patent/KR101490470B1/ko
Publication of KR20140037988A publication Critical patent/KR20140037988A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101490470B1 publication Critical patent/KR101490470B1/ko

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

본 발명은 낮은 밴드갭을 갖는 실로레 유도체 및 이를 광활성층에 포함한 고효율 유기태양전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실로레 유도체는 하기 [화학식 ]로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 실로레 유도체 화합물은 광흡수영역이 넓은 낮은 밴드갭을 가지고 있으며, 정공이동도가 우수하고, 적절한 분자 준위를 가지는 화합물로서, 이를 유기태양전지의 광활성층으로 이용시 효율이 우수한 유기태양전지의 구현이 가능하다.
[화학식 Ⅰ]
Figure 112012075375701-pat00021

Description

실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지{Silole Derivatives and Organic Photovoltaic cell}
본 발명은 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 밴드갭을 갖는 실로레 유도체 및 이를 광활성층에 포함한 고효율 유기태양전지에 관한 것이다.
최근 대표적 에너지원인 화석원료의 유한성, 화석원료 연소에 따른 이산화탄소 배출과 이에 따른 온실효과와 같은 환경 문제로 인하여, 환경 친화적 대체 에너지 개발의 필요성이 부각되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 노력의 일환으로 수력과 풍력 등 다양한 에너지원들이 연구되고 있으며, 무한한 사용이 가능한 태양광 역시 신 재생에너지의 에너지원으로서 활발히 연구되고 있다.
태양광을 이용한 태양전지는 크게 실리콘과 같은 무기물을 이용한 무기 태양전지와 유기물을 사용한 태양전지로 나눌 수 있는데 유기박막 태양전지는 실리콘을 사용하는 무기 태양전지에 비해 낮은 생산단가와 자유자재로 구부릴 수 있는 플렉서블한 소자로 대면적화할 수 있다는 장점으로 인하여 특히 더 많은 연구가 진행되고 있다.
현재 유기박막 태양전지의 대부분은 고분자 소재를 중심으로 연구되어 왔으나(G. Li, V. Shrotriya, J. S. Huang, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery and Y. Yang, Nat . Mater ., 2005, 4, 864-868; W.L.Ma, C.Y.Yang, X.Gong, K.Lee and A.J.Heeger, Adv . Funct . Mater ., 2005, 15, 1617-1622; H.-Y.Chen, J.Hou, S.Zhang, Y.Liang, G.Yang, Y.Yang, L.Yu, Y.Wu, G.Li,Nat . Photon ., 2009, 3,649), 분자량 조절과 촉매 제거가 힘들고 배치별 효율이 달라 태양전지 소자의 성능의 재현성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하고 고효율 유기태양전지를 만들기 위해서는 광흡수 영역이 넓은 낮은 밴드갭을 가지고 있으며, 정공 이동도가 우수하고, 적절한 분자 준위를 가지는 새로운 단분자의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기태양전지의 광활성층에 이용시 광흡수 영역이 넓은 낮은 밴드갭을 갖는 신규의 실로레 유도체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 실로레 유도체를 광활성층에 포함한 고효율 유기태양전지를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 실로레 유도체 화합물을 제공한다.
[화학식 Ⅰ]
Figure 112012075375701-pat00001
상기 [화학식 Ⅰ]에서,
상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화 알킬기이고,
상기 Ar1 및 Ar2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 하기 [구조식] 중에서 선택되는 어느 하나이다.
[구조식]
Figure 112012075375701-pat00002
상기 [구조식]에서,
상기 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화 알킬기이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 [화학식 Ⅰ]은 하기 [화학식 Ⅰa] 내지 [화학식 Ⅰd]로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 Ⅰa]
Figure 112012075375701-pat00003
[화학식 Ⅰb]
Figure 112012075375701-pat00004
[화학식 Ⅰc]
Figure 112012075375701-pat00005
[화학식 Ⅰd]
Figure 112012075375701-pat00006

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
하기 [반응식 A]에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 실로레 유도체 화합물의 제조방법을 제공한다.
[반응식 A]
Figure 112012075375701-pat00007
[화학식 Ⅰ]
상기 [반응식 A]에서,
상기 R1은 2-에틸헥실기 또는 n-옥틸기이고, 상기 R2는 2-에틸헥실기 또는 n-옥틸기이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 [반응식 A]에 따른 반응은 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드(PdCl2(PPh3)2)를 촉매로 하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
대향하는 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층을 포함하고,
상기 광활성층에 제 1 항에 따른 실로레 유도체 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광활성층은 플러렌 유도체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실로레 유도체 화합물은 광흡수 영역이 넓은 낮은 밴드갭을 가지고 있으며, 정공 이동도가 우수하고, 적절한 분자 준위를 가지는 화합물로서, 이를 유기태양전지의 광활성층으로 이용시 효율이 우수한 유기태양전지의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따라 합성된 Si1TDPP-EE(합성예 1)의 용액과 필름상에서의 흡광도 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 합성된 Si1TDPP-EO(합성예 2)의 용액과 필름상에서의 흡광도 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 합성된 Si1TDPP-OE(합성예 3)의 용액과 필름상에서의 흡광도 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 합성된 Si1TDPP-OO(합성예 4)의 용액과 필름상에서의 흡광도 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실로레 유도체 화합물을 광활성층에 이용한 유기태양전지(실시예 1)에 대한 전류밀도-전압(J-V)곡선 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 유기박막 태양전지의 높은 광전변환효율을 획득하기 위하여 유기박막 태양전지의 광활성층에 적용되는 신규의 화합물에 관한 것으로서, 우수한 정공이동도와 높은 광흡수율을 보이는 물질로 보고된 티오펜 단량체와 디피롤로피롤 단량체, 그리고 정공 전도도가 높은 실로레 코어 구조를 이용하여 낮은 밴드갭을 갖는 신규의 실로레 유도체 화합물인 것으로 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실로레 유도체 화합물은 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 Ⅰ]
Figure 112012075375701-pat00008
상기 [화학식 Ⅰ]에서,
상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화 알킬기이고,
상기 Ar1 및 Ar2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 하기 [구조식] 중에서 선택되는 어느 하나이다.
[구조식]
Figure 112012075375701-pat00009
상기 [구조식]에서,
상기 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화 알킬기이다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
합성예. 본 발명에 따른 실로레 유도체 화합물의 합성
[반응식 1]
Figure 112012075375701-pat00010
[반응식 2]
Figure 112012075375701-pat00011
[반응식 3]
Figure 112012075375701-pat00012
Figure 112012075375701-pat00013

상기 [반응식 1] 내지 [반응식 3]에 표시된 화학식 (1), (5), (7)의 화합물은 알드리치(Aldrich) 또는 룸텍(Lumtec)으로부터 구입하여 사용하였다.
합성예 1 : 3,6-다이( 싸이오펜 -2-일) 피롤로 [3,4-c]피롤레-1,4(2H,5H)- 다이 온(화학식 (2))의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 500 mL 플라스크에 콘덴서를 설치하고 t-아밀 알코올(250 mL)을 넣고, 60 ℃까지 가열 이후 나트륨 조각을 천천히 첨가하였다. 나트륨 조각의 첨가가 끝난 후에 120 ℃의 조건에서 12 시간 동안 반응을 진행시켰다. 이후 2-싸이오펜 카보나이트릴(3)(10.0 mL, 107.4 mmol)과 다이-n-부틸숙시네이트(12.6 mL, 53.69 mmol)를 천천히 첨가한 후 120 ℃에서 12 시간 반응시키고 식힌 후, 아세트산(11.2 mL, 195.7 mmol)과 메탄올(7.7 mL, 134.2 mmol)을 첨가한 후 상온에서 약 30분간 반응시켰다. 침전이 생성되도록 상온에서 약 30분간 방치한 후 여과, 진공건조를 통해 8.2 g, 51%의 수율로, 6-다이(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤레-1,4(2H,5H)-다이온(화학식 (2))을 얻었다.
1H-NMR (DMSO, δ ppm) 4.85(dd, 2H), 5.51(d, 2H, aromatic proton), 5.76(d, 2H, aromatic proton), 8.79(s, 2H, -NH-)
합성예 2 : 2,5- 다이옥틸 -3,6-다이( 싸이오펜 -2-일) 피롤로 [3,4-c]피롤레-1,4,(2H,5H)-다 이온(화 학식 (3))의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 500 mL 플라스크에 콘덴서를 설치하고상기 합성예에서 얻어진 3,6-다이(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤레-1,4(2H,5H)-다이온(화학식 (2))(2.39 g, 7.95 mmol)과 브로모옥테인(5.67 g, 26.24 mmol)를 넣고 다이메틸포름아미이드(50 mL) 용매에 녹인 후, 120 ℃의 조건에서 12 시간 동안 반응을 진행시켰다. 반응 후, 서서히 상온으로 냉각시켰다. 이때 생성된 침전을 여과시켜 용매를 제거한 후 에테르와 물을 이용하여 추출하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피(전개용매: 클로로포름/헥산(1:1))로 분리하여 2.53 g, 60%의 수율로 2,5-다이옥틸-3,6-다이(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤레-1,4,(2H,5H)-다이온(화학식 (3))을 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, δ ppm) 0.89(t, 6H), 1.28~1.43(m, 20H), 1.77(m, 4H), 4.09(d, 4H), 7.26(dd, 2H, aromatic proton), 7.62(d, 2H, aromatic proton), 8.85(d, 2H, aromatic proton)
합성예 3 : 3-(5- 브로모싸이오펜 -2-일)-2,5- 다이옥틸 -6-( 싸이오펜 -2-일) 피롤 로[ 3,4-c]피롤레 -1,4(2H,5H)- 다이온(화학식 (4))의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 100 mL 플라스크에 2,5-다이옥틸-3,6-다이(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤레-1,4,(2H,5H)-다이온(화학식 (3))(2.53 g, 4.82 mmol)을 용매인 클로로포름(350 mL)에 녹인 후 0 ℃로 냉각하였다. 이후 N-브로모숙신이미드(0.37 g, 2.10 mmol)를 용매인 클로로포름(20 mL)에 녹인 후 드로핑 펀넬에 넣은 다음 플라스크로 천천히 적가하였다. 반응을 약 두 시간 정도 진행시킨 후 클로로포름과 물을 이용하여 추출시킨 다음 클로로포름층을 모아 회전증발기를 통해 용매를 제거시켰다. 이후 컬럼 크로마토그래피(전개용매 : 다이클로로메탄/헥산(1:1))로 분리하여 0.6 g, 56%의 수율로 3-(5-브로모싸이오펜-2-일)-2,5-다이옥틸-6-(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤레-1,4(2H,5H)-다이온(화학식 (4))을 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, δ ppm) 0.89(t, 6H), 1.28~1.43(m, 20H), 1.77(m, 4H), 4.02(d, 4H), 7.22(d, 1H, aromatic proton), 7.26(dd, 1H, aromatic proton), 7.62(d, 1H, aromatic proton), 8.59(d, 1H, aromatic proton), 8.85(d, 1H, aromatic proton)
합성예 4 : 4,4- 비스 (2- 에틸헥실 )-2,6- 비스 ( 트리메틸틴 )-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜(화학식 (6))의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉 한 후 2,6-다이브로모-4,4-비스(2-에틸헥실)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜(1.0 g, 1.73 mmol)을 넣은 후 용매로 무수 테트라하이드로퓨란을 20 mL 투입한 후 드라이아이스와 아세톤을 이용하여 -78 ℃로 냉각하였다. 냉각 이후, n-뷰틸리튬(0.3 g, 4.34 mmol)과 중간체 안정물질인 테트라메틸에틸렌다이아민(0.5 g, 4.34 mmol)을 천천히 적가하였다. 2 시간 동안 교반 이후, 트리메틸틴클로라이드(0.9 g, 4.34 mmol)를 적가하였다. 이후 상온으로 천천히 승온 이후, 약 8 시간 동안 반응을 진행시켰다. 반응 이후, 반응용액을 클로로포름과 물로 3 차례 추출시킨 다음 클로로포름 층을 MgSO4를 이용해 탈수시킨 이후 회전증발기를 통해 용매를 제거시켜 1.1 g, 85%의 수율로 4,4-비스(2-에틸헥실)-2,6-비스(트리메틸틴)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']/다이싸이오펜(화학식 (6))을 합성하였다.
1H-NMR(CDCl3, δ ppm) 0.32(t, 18H), 0.74(m, 4H), 0.83(t, 6H), 0.90(t, 6H), 1.13~1.40(m, 16H), 1.68(m, 2H), 7.06(s, 2H, aromatic proton)
합성예 5 : 4,4- 다이옥틸 -2,6- 비스 ( 트리메틸스타닐 )-4H- 실롤로 [3,2-b:4,5-b']다 이싸이오 펜(화학식 (8))의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉한 후 2,6-다이브로모-4,4-다이옥틸-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜(1.0 g, 1.73 mmol)을 넣은 후 용매로 무수 테트라하이드로퓨란을 20 mL 투입한 후 드라이아이스와 아세톤을 이용하여 -78 ℃로 냉각하였다. 냉각 이후, n-뷰틸리튬(0.3 g, 4.34 mmol)과 중간체 안정물질인 테트라메틸에틸렌다이아민(0.3 mg, 0.22 mmol)을 천천히 적가하였다. 2 시간 동안 교반 이후, 트리메틸틴클로라이드(0.2 g, 0.80 mmol)를 적가하였다. 이 후 상온으로 천천히 승온 이후, 8 시간 동안 반응을 진행시켰다. 반응 이후, 반응용액을 클로로포름과 물로 3 차례 추출시킨 다음 클로로포름 층을 MgSO4를 이용해 탈수시킨 이후 회전증발기를 통해 용매를 제거시켜 0.6 g, 91%의 수율로 4,4-다이옥틸-2,6-비스(트리메틸스타닐)-4H-실롤로 [3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜(화학식 (8))을 합성하였다.
1H-NMR(CDCl3, δ ppm) 0.32(t, 18H), 0.74(m, 4H), 0.90(t, 6H), 1.13~1.40(m, 20H), 1.68(m, 4H), 7.06(s, 2H, aromatic proton)
합성예 6 : 6,6'-(5,5'-(4,4- 비스 (2- 에틸헥실 )-4H- 실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜 -2,6- 다이일 ) 비스 ( 싸이오펜 -5,2- 다이일 )) 비스 (2,5- 비스 (2- 에틸헥실 )-3-(싸이오펜-2-일) 피롤로 [3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)- 다이온(Si1TDPP-EE)(화학식 Ia)의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉 한 후 합성예 4에서 얻은 4,4-비스(2-에틸헥실)-2,6-비스(트리메틸틴)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']/다이싸이오펜(화학식 (6))(0.3 g, 0.457 mmol)과 3-(5-브로모싸이오펜-2-일)-2,5-비스(2-에틸헥실)-6-(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-다이온(0.6 g, 1.00 mmol)(화학식 (9))를 넣은 후 톨루엔/N,N'-다이메틸포름아마이드(12 mL/3 mL)를 용매로서 첨가한 후 냉각 후 디게싱을 통해 산소를 제거하였다.
이후 비스비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드(PdCl2(PPh3)2)(12.8 mg, 0.018 mmol)를 촉매로 첨가한 후 80 ℃까지 가열하여 4 시간 반응시켰다. 이후 반응물을 상온으로 식힌 후 메탄올(150 mL)로 재침전시켜 짙은 갈색의 고체를 여과한 후 클로로포름에 녹이고 컬럼크로마토그래피(전개용매 : 다이클로로메탄/헥산(2:1))로 분리하여 330 mg, 50%의 수율로 검은 분말 형태의 최종 물질인 Si1TDPP-EE(화학식 Ia)를 얻었다.
1H-NMR(CD2Cl2, δ ppm) 0.83-0.91(m, 36H), 0.99(t, 4H), 1.22-1.46(m, 48H), 1.47-1.48(m, 2H), 1.81-1.90(m, 4H), 4.00(d, 8H), 7.26(dd, 2H, aromatic proton), 7.31(d, 2H, aromatic proton), 7.35(s, 2H, aromatic proton), 7.65(d, 2H, aromatic proton), 8.83(d, 2H, aromatic proton), 8.96(d, 2H, aromatic proton)
합성예 7 : 6,6'-(5.5'-(4,4- 비스 (2- 에틸헥실 )-4H- 실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜 -2,6- 다이일 ) 비스 ( 싸이오펜 -5,2- 다이일 )) 비스 (2,5- 다이옥틸 -3-( 싸이오펜 -2-일) 피롤로 [3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)- 다이온(Si1TDPP-EO)(화학식 Ib)의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉 한 후 합성예 4에서 얻은 4,4-비스(2-에틸헥실)-2,6-비스(트리메틸틴)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']/다이싸이오펜(화학식 (6))(0.3 g, 0.403 mmol)과 3-(5-브로모싸이오펜-2-일)-2,5-다이옥틸-6-(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-다이온(0.5 g, 0.85 mmol)(화학식 (4))를 넣은 후 톨루엔/N,N'-다이메틸포름아마이드(16 mL/4 mL)를 용매로서 첨가한 후 냉각 후 디게싱을 통해 산소를 제거하였다. 이 후 비스비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드(PdCl2(PPh3)2)(14.2 mg, 0.020 mmol)를 촉매로 첨가한 후 80 ℃까지 가열하여 약 4시간 반응시켰다. 이후 반응물을 상온으로 식힌 후 메탄올(150 mL)로 재침전시켜 짙은 갈색의 고체를 여과한 후 클로로포름에 녹이고 컬럼크로마토그래피(전개용매 : 다이클로로메탄/헥산(2:1))로 분리하여 410 mg, 72%의 수율로 검은 분말 형태의 최종 물질인 Si1TDPP-EO(화학식 Ib)를 얻었다.
1H-NMR(CDCl3, δ ppm) 0.86-0.91(m, 24H), 0.99(t, 4H), 1.22-1.46(m, 56H), 1.47-1.48(m, 2H), 1.76-1.90(m, 8H), 4.00(d, 8H), 7.18(dd, 2H, aromatic proton), 7.19(d, 2H, aromatic proton), 7.35(s, 2H, aromatic proton), 7.60(d, 2H, aromatic proton), 8.83(d, 2H, aromatic proton), 8.96(d, 2H, aromatic proton)
합성예 8 : 6,6'-(5,5'-(4,4- 다이옥틸 -4H- 실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜 -2,6-다이일) 비스 ( 싸이오펜 -5,2- 다이일 )) 비스 (2,5-(2- 에틸헥실 )-3-( 싸이오펜 -2-일)피롤로[ 3,4-c]피롤 -1,4(2H,5H)- 다이온(Si1TDPP-OE)(화학식 Ic)의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉 한 후 합성예 5에서 얻은 4,4-다이옥틸-2,6-비스(트리메틸틴)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']/다이싸이오펜(화학식 (8))(1.0 g, 1.27 mmol)과 3-(5-브로모싸이오펜-2-일)-2,5-비스(2-에틸헥실)-6-(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-다이온(1.8 g, 2.81 mmol)(화학식 (9))를 넣은 후 톨루엔/N,N'-다이메틸포름아마이드(16 mL/4 mL)를 용매로서 첨가한 후 냉각 후 탈기를 통해 산소를 제거한 한다. 이 후 비스비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드(PdCl2(PPh3)2)(14.2 mg, 0.020 mmol)를 촉매로 첨가한 후 80 ℃까지 가열하여 4시간 반응시켰다. 이후 반응물을 상온으로 식힌 후 메탄올(150 mL)로 재침전시켜 짙은 갈색의 고체를 여과한 후 클로로포름에 녹이고 컬럼크로마토그래피(전개용매: 다이클로로메탄/헥산(2:1))로 분리하여 650 mg, 45%의 수율로 검은 분말 형태의 최종 물질인 Si1TDPP-OE(화학식 Ic)를 얻었다.
1H-NMR(CDCl3, δ ppm) 0.83-0.91(m, 30H), 0.99(t, 4H), 1.22-1.52(m, 56H),1.83-1.90(m, 4H), 4.00(d, 8H), 7.26(dd, 2H, aromatic proton), 7.31(d, 2H, aromatic proton), 7.35(s, 2H, aromatic proton), 7.65(d, 2H, aromatic proton), 8.83(d, 2H, aromatic proton), 8.93(d, 2H, aromatic proton)
합성예 9 : 6,6'-(5,5'-(4,4- 다이옥틸 -4H- 실롤로[3,2-b:4,5-b']다이싸이오펜 -2,6-다이일) 비스 ( 싸이오펜 -5,2- 다이일 )) 비스 (2,5- 다이옥틸 -3-( 싸이오펜 -2-일)피롤로[ 3,4-c]피롤 -1,4(2H,5H)- 다이온(Si1TDPP-OO)(화학식 Id)의 합성
마그네틱 교반바가 들어 있는 50 mL 플라스크를 무수 조건을 위해 프레임 드라잉한 후 상기 합성예 5에서 얻은 4,4-다이옥틸-2,6-비스(트리메틸틴)-4H-실롤로[3,2-b:4,5-b']/다이싸이오펜(화학식 (8))(0.3 g, 0.34 mmol)과 3-(5-브로모싸이오펜-2-일)-2,5-다이옥틸-6-(싸이오펜-2-일)피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-다이온(0.5 g, 0.74 mmol)(화학식 (4))를 넣은 후 톨루엔/N,N'-다이메틸포름아마이드(16 mL/4 mL)를 용매로서 첨가한 후 냉각 후 탈기를 통해 산소를 제거하였다. 이 후 비스비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드(PdCl2(PPh3)2)(14.2 mg, 0.020 mmol)를 촉매로 첨가한 후 80 ℃까지 가열하여 4 시간 반응시켰다. 이후 반응물을 상온으로 식힌 후 메탄올(150 mL)로 재침전시켜 짙은 갈색의 고체를 여과한 후 클로로포름에 녹이고 컬럼크로마토그래피(전개용매: 다이클로로메탄/헥산(2:1))로 분리하여 182 mg, 38%의 수율로 검은 분말 형태의 최종 물질인 Si1TDPP-OO(화학식 Id)를 얻었다.
1H-NMR(CDCl3, δ ppm) 0.83-0.91(m, 18H), 0.99(t, 4H), 1.22-1.52(m, 64H), 1.83-1.90(m, 8H), 4.00(d, 8H), 7.18(dd, 2H, aromatic proton), 7.19(d, 2H, aromatic proton), 7.31(s, 2H, aromatic proton), 7.58(d, 2H, aromatic proton), 8.83(d, 2H, aromatic proton), 8.93(d, 2H, aromatic proton)
실시예 1 내지 4 : 실로레 유도체를 이용한 태양전지 제작
상기 합성예에 따라 합성된 실로레 유도체(Si1TDPP-EE(화학식 Ia), Si1TDPP-EO(화학식 Ib), Si1TDPP-OE(화학식 Ic) 또는 Si1TDPP-OO(화학식 Id)를 이용하여, ITO/PEDOT:PSS/실로레 유도체:PC60BM(1:1)/Al구조의 태양전지를 제작하였다.
ITO 기판은 아이소프로필 알코올에서 10분, 아세톤에서 10분, 마지막으로 아이소프로필 알코올에서 10분간 세척 후, 건조하여 사용하였다. 건조한 ITO 기판 위에 PEDOT:PSS 용액을 메탄올에 1:1 비율로 희석시켜 4000 rpm의 속도로 스핀코팅을 하였고, 이를 110 ℃에서 10분간 건조하였다. 건조된 기판 위에 실로레 유도체와 PC60BM이 1:1.0 비율로 섞인 12 mg/mL 농도의 클로로포름 용액을 2500 rpm의 속도로 스핀코팅하고, 건조한 후, TiO2를 0.4 wt% 농도의 에탄올용액을 3500 rpm의 속도로 스핀코팅 한 후, 알루미늄 전극을 100 nm 두께로 증착하였다.
평가예. 태양전지의 특성 평가
하기 도 1, 2, 3, 4는 각각 합성예 6(Si1TDPP-EE)(화학식 Ia), 합성예 7(Si1TDPP-EO)(화학식 Ib), 합성예 8(Si1TDPP-OE)(화학식 Ic), 합성예 9(Si1TPP-OO(화학식 Id)의 용액과 필름상에서의 흡광도 그래프이다.
상기 데이터로부터 결정된 용액과 필름상에서의 흡광최고값과 광학적 밴드갭은 하기 [표 1]에 기재되어 있다. 이 결과로부터 본 발명에 따른 실로레 유도체가 고효율 유기 태양전지를 구현하기 위한 낮은 밴드갭을 갖는 물질로 적합함을 알 수 있다.
구분 용액 (λmax) 용액 (λonset) 필름 (λonset) 광학적 밴드갭 (Eg , opt)
실시예 1
(Si1TDPP-EE)		 631 nm 716 nm 768 nm 1.61 eV
실시예 2
(Si1TDPP-EO)		 636 nm 718 nm 790 nm 1.57 eV
실시예 3
(Si1TDPP-OE)		 632 nm 717 nm 772 nm 1.61 eV
실시예 4
(Si1TDPP-OO)		 630 nm 719 nm 785 nm 1.58 eV
또한, 상기 실시예 1 내지 4에서 제작된 태양전지의 특성 측정 결과를 하기 도 5에 나타내었고, 이 그래프에 대한 태양전지성능 주요 지수들은 하기 [표 2]에 기재되어 있다.
구분 Voc(V) Jsc(mA/㎠) FF PCE (%)
실시예 1
(Si1TDPP-EE)		 0.75 1.27 0.27 0.53
실시예 2
(Si1TDPP-EO)		 0.70 3.70 0.47 1.22
실시예 3
(Si1TDPP-OE)		 0.77 7.47 0.60 3.45
실시예 4
(Si1TDPP-OO)		 0.69 2.42 0.36 0.50

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 하기 [화학식 Ⅰb] 내지 [화학식 Ⅰd]로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 실로레 유도체 화합물을 광활성층에 포함하는 단분자 유기태양전지:
    [화학식 Ⅰb]
    Figure 112014084838594-pat00027

    [화학식 Ⅰc]
    Figure 112014084838594-pat00028

    [화학식 Ⅰd]
    Figure 112014084838594-pat00029
    .
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
KR20120103171A 2012-09-18 2012-09-18 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지 KR101490470B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20120103171A KR101490470B1 (ko) 2012-09-18 2012-09-18 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20120103171A KR101490470B1 (ko) 2012-09-18 2012-09-18 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140037988A KR20140037988A (ko) 2014-03-28
KR101490470B1 true KR101490470B1 (ko) 2015-02-06

Family

ID=50646520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20120103171A KR101490470B1 (ko) 2012-09-18 2012-09-18 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101490470B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011028829A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based and diketopyrrolopyrrole-based polymers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011028829A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based and diketopyrrolopyrrole-based polymers

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chem. Mater., Vol.23, pp4666-4668 (2011) *
Macromolecules, Vol.42, pp.6564-6571 (2009) *
Macromolecules, Vol.42, pp.6564-6571 (2009)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140037988A (ko) 2014-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101601362B1 (ko) 분지형 알킬 쇄를 갖는 화합물, 그 제조 방법, 및 광전 소자에서의 그의 용도
US9153785B2 (en) Semiconducting polymers
Yue et al. Synthesis and photovoltaic properties from inverted geometry cells and roll-to-roll coated large area cells from dithienopyrrole-based donor–acceptor polymers
KR102385317B1 (ko) 유기반도체용 삼성분 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기반도체 소자
Wu et al. Star-Shaped Fused-Ring Electron Acceptors with a C 3 h-Symmetric and Electron-Rich Benzotri (cyclopentadithiophene) Core for Efficient Nonfullerene Organic Solar Cells
KR102439270B1 (ko) 신규한 중합체 및 이를 이용하는 유기 전자 소자
Gao et al. Efficient polymer solar cells based on poly (thieno [2, 3-f] benzofuran-co-thienopyrroledione) with a high open circuit voltage exceeding 1 V
Du et al. New Benzo [1, 2‐b: 4, 5‐b′] dithiophene‐Based Small Molecules Containing Alkoxyphenyl Side Chains for High Efficiency Solution‐Processed Organic Solar Cells
KR102166994B1 (ko) 유기반도체용 삼성분 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기반도체소자
KR101595919B1 (ko) 전도성 유기 반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기태양전지
Liu et al. Solution processable low bandgap small molecule donors with naphthalene end-groups for organic solar cells
Wang et al. Synthesis and photovoltaic properties of conjugated D–A copolymers based on thienyl substituted pyrene and diketopyrrolopyrrole for polymer solar cells
KR101828012B1 (ko) 유기 태양전지용 공액 고분자 및 이의 제조방법
Liu et al. Synthesis and photovoltaic properties of copolymers based on benzo [1, 2-b: 4, 5-b′] dithiophene and thiazole with different conjugated side groups
KR101374070B1 (ko) 트리페닐아민 유도체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
Li et al. Novel benzodithiophene unit with an alkylthiobiphenyl side chain for constructing high-efficiency polymer solar cells
KR101550844B1 (ko) 유기태양전지용 공액 고분자 및 이를 포함하는 유기태양전지
Wang et al. Alkoxyphenyl or alkylphenyl side-chained Thieno [2, 3-f] benzofuran polymer for efficient non-fullerene solar cells
Luo et al. Synthesis and photovoltaic properties of the copolymers containing zinc porphyrin derivatives as pendant groups
Yang et al. Synthesis and photovoltaic properties of benzotriazole-based donor–acceptor copolymers
Tan et al. Low bandgap polymers with benzodithiophene and bisthienylacrylonitrile units for photovoltaic applications
KR101490470B1 (ko) 실로레 유도체 및 이를 포함하는 유기태양전지
Wang et al. D-(π-A) 3 type low bandgap star-shaped fused-ring electron acceptor with alkoxy-substituted thiophene as π-bridge
CN116178364A (zh) 一种非稠环受体小分子材料及其合成方法及其应用
Wen et al. Incorporating a vertical BDT unit in conjugated polymers for drastically improving the open-circuit voltage of polymer solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190107

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 6