장기간에 걸쳐 높은 효율을 나타내는 활성층용 조성물 및 이를 포함하는 유기태양전지
Long-term Efficient Composition for Active Layer and Organic Solar Cell Including the Same
특허 요약
본 개시 내용에서는 적어도 2종의 도너 성분 및 적어도 2종의 플러렌계 저분자 어셉터 성분을 도입하여 장기간에 걸쳐 양호한 광기전 성능을 제공할 수 있는 적어도 4 성분계 조성물, 및 이로부터 형성된 활성층을 포함하는 유기태양전지가 기재된다.
청구항
번호청구항
16

제1항에 있어서, 상기 제1 도너 성분은 고분자이며, 이의 분자량(Mw)은 10,000 내지 500,000 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.

9

제1항에 있어서, 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 LUMO는 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 HOMO 대비 50%까지 더 높고, 그리고 제1 도너 성분의 LUMO 대비 적어도 0.3 eV 더 낮은 것을 특징으로 하는 조성물.

10

삭제

11

제1항에 있어서, 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 HOMO는 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 LUMO 대비 50 %까지 낮은 것을 특징으로 하는 조성물.

12

제1항에 있어서, 상기 제1 도너 성분 및 상기 제2 도너 성분 각각의 밴드갭은 1.1 내지 2.5 eV 및 1.2 내지 2.6 eV 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.

13

제1항에 있어서, 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분 및 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 밴드갭은 1.5 내지 2.5 eV 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.

14

제1항에 있어서, 상기 제1 도너 성분은 poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]; PTB7)인 것을 특징으로 하는 조성물.

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제1항에 있어서, 상기 제1 도너 성분은 고분자 물질이며, 하기 일반식 2 내지 5 중 어느 하나로 표시되는 반복단위 또는 이의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.[일반식 2][일반식 3][일반식 4][일반식 5].

1

(I) 광 흡수에 의하여 엑시톤을 형성하고, 상기 형성된 액시톤으로부터 분리된 전자를 공여하는 고분자 물질인 제1 및 제2 도너 성분; 및 (II) 상기 도너 성분으로부터 공여된 전자를 수용하는 제1 및 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분을 포함하는 유기태양전지의 활성층에 사용되는 적어도 4 성분계의 조성물로서,여기서, 상기 제1 도너 성분은 1.1 내지 2.5 eV의 밴드갭을 갖는 물질이고, 상기 제2 도너 성분은 상기 제1 도너 성분의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)와 같거나 낮은 LUMO를 갖는 물질이고,상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분은 상기 제2 도너 성분과 계단식 에너지 레벨 구조를 갖고, 상기 제2 도너 성분은 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 같거나 높은 HOMO를 가지며, 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분은 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분과 계단식 에너지 레벨 구조를 갖고, 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 HOMO보다 높은 LUMO를 갖고, 또한 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 LUMO보다 낮은 HOMO를 가지며, 성분 (I) : 성분 (II)의 질량 비율은 1 : 1 내지 1 : 3 범위이고, 상기 성분 (I) 중 제1 도너 성분의 함량은 40 내지 99 질량% 범위이고, 상기 성분 (II) 중 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 함량은 40 내지 99 질량% 범위이고,상기 조성물은 초기 정공 이동도(μh)/전자 이동도(μe)의 비가 0.8 내지 2의 범위인 조성물.

2

삭제

3

제1항에 있어서, 유기태양전지에 적용하기 위한 층 형성을 위한 유기 용매로서 클로로벤젠, 클로로포름, 파라자일렌, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 헥산, THF 또는 이의 조합을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.

4

제3항에 있어서, 상기 유기 용매로서 클로로벤젠을 단독 사용하는 것을 특징으로 하는 조성물.

5

제3항에 있어서, 상기 유기 용매는 적어도 4 성분계 도너 및 어셉터 성분의 전체 질량을 기준으로 1 내지 4 질량% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물.

6

제1항에 있어서, 상기 제2 도너 성분의 LUMO는 제1 도너 성분의 LUMO 대비 50 %까지 낮고, 그리고 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 LUMO보다 적어도 0.3 eV 높은 것을 특징으로 하는 조성물.

7

제1항에 있어서, 상기 제2 도너 성분의 HOMO는 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분의 HOMO 대비 적어도 0.3 eV 높은 것을 특징으로 하는 조성물.

8

제1항에 있어서, 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분은 상기 제1 도너 성분의 LUMO보다 낮은 LUMO를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.

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제1항에 있어서, 상기 제2 도너 성분은 PCDTBT, F8TBT, PPV, MDMO-PPV, MEH-PPV, P3HT, PBDTTT-CF, F8BT, PSBTBT, PBTTPD, TQ1 또는 이의 조합으로서, 이의 분자량(Mw)은 10,000 내지 500,000 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.

18

제1항에 있어서, 상기 제1 플러렌계 저분자 어셉터 성분은 C60, C70, C84, PC71BM, PC61BM, ICBA, ICMA, [6,6]-Thienyl C61 butyric acid methyl ester 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 조성물.

19

제1항에 있어서, 상기 제2 플러렌계 저분자 어셉터 성분은 C60, C70, C84, PC71BM, PC61BM, ICBA, ICMA, [6,6]-Thienyl C61 butyric acid methyl ester 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 조성물.

20

삭제

21

일 함수를 달리하는 한 쌍의 전극으로서 캐소드 및 애노드; 및상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 활성층을 포함하는 유기태양전지로서,상기 활성층은 제1항, 제3항 내지 제9항 및 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는 유기태양전지.

22

제21항에 있어서, 상기 캐소드의 재질은 산화인듐주석(indium tin oxide), 산화인듐아연(indium zinc oxide), 산화갈륨아연(gallium zinc oxide), 산화알루미늄 아연(aluminum zinc oxide) 또는 이들의 조합이고; 그리고 상기 애노드의 재질은 Ni, Al, Ag, Au, Co, Pd, Cu, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.

23

제21항에 있어서, 상기 활성층의 두께는 50 내지 300 nm 범위인 것을 특징으로 하는 유기태양전지.