KR101179696B1 - Novel compounds containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene, methods of preparing the compounds and dye-sensitized solar cells using dyes comprising the compounds - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물인 화학식 1의 화합물과 이의 제조방법을 개시한다. 이 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물을 포함하는 염료를 금속 산화물층에 흡착시켜 성능이 우수한 염료감응 태양전지를 형성할 수 있다.
<화학식 1>
여기서, D는 전자 주개(electron doner) 그룹이고, A는 전자 당김(electron acceptor) 그룹이며, R1 내지 R4는 수소(H), 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다
The present invention discloses a compound of formula (I) which is a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene and a process for preparing the same. A dye containing the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene can be adsorbed to the metal oxide layer to form a dye-sensitized solar cell having excellent performance.
≪ Formula 1 >
Here, D is an electron doner group, A is an electron acceptor group, and R 1 to R 4 are hydrogen (H) selected from the group consisting of alkyl having 1 to 10 carbon atoms. One
Description
본 발명은 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물과 이를 염료로 사용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene-containing compound and a dye-sensitized solar cell using the same as a dye.
염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지와는 달리 감광성 염료분자와 전이금속 산화물을 구성 재료로 하는 광전기 화학적 태양전지이다. 상세하게 상기 감광성 염료분자는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성하고, 상기 생성된 전자가 상기 전이금속 산화물에 의해 기판으로 전달되어 광전기화학적 특성을 갖는다. Dye-sensitized solar cells, unlike silicon solar cells, are photoelectrochemical solar cells composed of photosensitive dye molecules and transition metal oxides. In detail, the photosensitive dye molecule absorbs visible light to generate an electron-hole pair, and the generated electrons are transferred to the substrate by the transition metal oxide to have photoelectrochemical properties.
지금까지 알려진 염료감응 태양전지 중 대표적인 예가 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 염료감응 태양전지가 있다(미국 특허 제4,927,721호 및 동 제 5,350,644호). 일반적으로 그라첼 등에 의한 염료감응 태양전지들은 염료분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극, 백금 전극, 그리고 이들 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 상기와 같은 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 전력당 제조 원가가 저렴하기 때문에 태양전지로 유용성이 있다는 점에서 주목받아 왔다. 염료감응 태양전지에 이용되는 염료는 크게 두 가지로 나누어진다. 하나는 유기금속 염료(organometallic dye)이고, 다른 하나는 유기염료(organic dye)이다. Representative examples of dye-sensitized solar cells known to date are dye-sensitized solar cells published by Gratzel et al. (S. Patent No. 4,927,721 and No. 5,350,644). In general, dye-sensitized solar cells made by Gratzel et al. Are composed of a semiconductor electrode composed of nanoparticle titanium dioxide (TiO 2 ) coated with dye molecules, a platinum electrode, and an electrolyte solution filled therebetween. Such dye-sensitized solar cells have been attracting attention because they are useful as solar cells because the manufacturing cost per power is lower than that of silicon solar cells. The dyes used in dye-sensitized solar cells are divided into two categories. One is an organometallic dye and the other is an organic dye.
<유기금속 염료의 예><Example of Organic Metal Dye>
유기금속 염료는 Ru(II)-polypyridyl 화합물을 연결시킨 Ru(dcb)(bpy)2 2+가 주요 염료로 알려져 있다(미국특허 제5,350,644호 참조). 또한 Ru, Os, Cu, Zn 등의 전이 금속에 질소를 포함하는 다양한 리간드를 포함하는 염료 등이 있다(미국특허, 제 6,350,946호, 미국특허 제 6,291,763, 미국특허 제6,310, 262, 일본특허 특개2000-294306). 상기 염료들 중에서 나노입자 염료감응 태양전지의 Ru계 염료로 붉은 주홍색과 진한 청색을 나타내는 상기 화학식의 화합물들이(상표명: 'N719', 'N3' 등) 유기금속 염료로 가장 널리 사용되고 있다. Organometallic dyes are known as Ru (dcb) (bpy) 2 2+ linking Ru (II) -polypyridyl compounds as the main dyes (see US Pat. No. 5,350,644). In addition, there are dyes including various ligands including nitrogen in transition metals such as Ru, Os, Cu, and Zn (US Pat. No. 6,350,946, US Pat. -294306). Among the dyes, compounds of the above formula (red light red color and dark blue color) as Ru based dyes of nanoparticle dye-sensitized solar cells (trade names: 'N719', 'N3', etc.) are most widely used as organometallic dyes.
유기염료는 가시광선 영역에서 높은 흡광효율을 나타내고, 유기금속 염료에 비해 저가 합성이 가능하다는 이유로 점차 주목받고 있는 실정이다. 그러나 유기염료는 여기 상태에서의 지속시간이 짧고, 염료의 응집(aggregation) 현상이 발생하여, 효율이 우수하지 않다는 문제점이 있다. 따라서 응집이 방지되며, 효율이 우수한 신규한 유기염료의 필요성이 증가하고 있다. Organic dyes show high light absorption efficiency in the visible light range, and are increasingly attracting attention because of their low cost synthesis compared to organometallic dyes. However, organic dyes have a short duration in the excited state, agglomeration of the dye occurs, there is a problem that the efficiency is not excellent. Therefore, the need for a novel organic dye which is prevented from agglomeration and has excellent efficiency is increasing.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a compound containing a novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for preparing a compound containing a novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기의 신규한 화합물을 포함하는 염료를 이용하여, 효율이 우수한 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having excellent efficiency by using a dye containing the novel compound.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜(thienothiophene-vinylene-thienothiophene)을 함유하는 화합물은 하기 화학식 1의 화합물이다.In order to solve the above technical problem, the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene (thienothiophene-vinylene-thienothiophene) according to the present invention is a compound of formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1의 D는 전자 주개(electron doner) 그룹이고, 상기 화학식 1의 A는 전자 당김(electron acceptor) 그룹이며, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 수소(H), 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D in Chemical Formula 1 is an electron doner group, A in Chemical Formula 1 is an electron acceptor group, and R 1 to R 4 in Chemical Formula 1 are hydrogen (H), having 1 to 10 carbon atoms. It is any one selected from the group consisting of alkyl.
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물에 있 어서, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 헥실(hexyl)일 수 있고, 상기 화학식 1의 A는 하기 화학식 2일 수 있다.In a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, R 1 to R 4 of Formula 1 may be hexyl, and A of Formula 1 may be represented by
<화학식 2><
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물에 있어서, 상기 화학식 1의 D는 하기 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, D in Chemical Formula 1 may be any one selected from the group consisting of the following
<화학식 3><
<화학식 4>≪ Formula 4 >
<화학식 5>≪ Formula 5 >
<화학식 6>(6)
<화학식 7><Formula 7>
상기 화학식 4의 R9 및 상기 화학식 6의 R13은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 X1 및 상기 화학식 5의 X2는 하기 화학식 8 내지 화학식 11로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 9 of Chemical Formula 4 and R 13 of Chemical Formula 6 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms, X 1 of Chemical Formula 3 and X 2 of Chemical Formula 5 are the following Chemical Formulas 8 to Chemical Formulas 11 is any one selected from the group consisting of.
<화학식 8>(8)
<화학식 9><Formula 9>
<화학식 10><
<화학식 11><Formula 11>
상기 화학식 11의 R15는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 R5와 R6, 상기 화학식 4의 R7과 R8, 상기 화학식 5의 R10과 R11, 상기 화학식 6의 R12 및 상기 화학식 7의 R14는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알콕시(alkoxy), 하기 화학식 12 내지 화학식 19로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 15 of Formula 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, R 5 and R 6 of Formula 3, R 7 and R 8 of Formula 4, R 10 of Formula 5 And R 11 , R 12 of Chemical Formula 6 and R 14 of Chemical Formula 7 are any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, and the following
<화학식 12><Formula 12>
<화학식 13><Formula 13>
<화학식 14><
<화학식 15>≪ Formula 15 >
<화학식 16><
<화학식 17><Formula 17>
<화학식 18>≪ Formula 18 >
<화학식 19>(19)
상기 화학식 12의 R16, 상기 화학식 13의 R17, 상기 화학식 14의 R18, 상기 화 학식 15의 R19 및 상기 화학식 18의 R20과 R21은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 16 of Formula 12, R 17 of Formula 13, R 18 of Formula 14, R 19 of Formula 15, and R 20 and R 21 of Formula 18 are hydrogen, a group having 1 to 10 carbon atoms Any one selected from.
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 20의 화합물 및 하기 화학식 21의 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.In the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, the compound of Formula 1 may be at least one of a compound of Formula 20 and a compound of Formula 21.
<화학식 20><
<화학식 21>≪ Formula 21 >
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜(thienothiophene-vinylene-thienothiophene)을 함유하는 화합물의 제조방법은 하기 화학식 22의 화합물과 하기 화학식 23의 화합물을 반응시켜 하기 화학식 24의 화합물을 형성하는 단계를 포함하여 하기 화학식 1의 화합물을 제조한다.In order to solve the above other technical problem, the preparation method of the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene (thienothiophene-vinylene-thienothiophene) according to the present invention is a compound of formula 22 and a compound of formula 23 To react to form a compound of formula 24 comprises the step of forming a compound of formula (24).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
<화학식 22><Formula 22>
<화학식 23>≪ Formula 23 >
<화학식 24>≪ EMI ID =
상기 화학식 1, 화학식 22 및 화학식 24의 D는 전자 주개(electron doner) 그룹이고, 상기 화학식 1의 A는 전자 당김(electron acceptor) 그룹이며, 상기 화 학식 1, 화학식 23 및 화학식 24의 R1 내지 R4는 수소(H), 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D in Chemical Formulas 1, 22, and 24 is an electron donor group, A in Chemical Formula 1 is an electron acceptor group, and R 1 to Chemical Formula 1, Chemical Formula 23, and Chemical Formula 24 may be used. R 4 is any one selected from the group consisting of hydrogen (H) and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 23의 화합물은, TiCl4와 Zn가 포함되어 있는 THF 용액에 하기 화학식 25의 화합물을 첨가하여 하기 화학식 26의 화합물을 형성하는 단계; 및 하기 화학식 26의 화합물과 하기 화학식 27의 화합물(pinacol borate)을 반응시켜 상기 화학식 23의 화합물을 형성하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.In the method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, the compound of Formula 23 is, by adding a compound of
<화학식 25>≪ Formula 25 >
<화학식 26><Formula 26>
<화학식 27>≪ Formula 27 >
상기 화학식 25의 R22와 R23 및 화학식 26의 R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 22 and R 23 of
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 1, 화학식 22 및 화학식 24의 D는 하기 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In the method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, D in Chemical Formula 1, Chemical Formula 22 and Chemical Formula 24 may be any one selected from the group consisting of
<화학식 3><
<화학식 4>≪
<화학식 5>≪
<화학식 6>(6)
<화학식 7><Formula 7>
상기 화학식 4의 R9 및 상기 화학식 6의 R13은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 X1 및 상기 화학식 5의 X2는 하기 화학식 8 내지 화학식 11로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 9 of
<화학식 8>(8)
<화학식 9><Formula 9>
<화학식 10><
<화학식 11><Formula 11>
상기 화학식 11의 R15는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 R5와 R6, 상기 화학식 4의 R7과 R8, 상기 화학식 5의 R10과 R11, 상기 화학식 6의 R12 및 상기 화학식 7의 R14는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알콕시(alkoxy), 하기 화학식 12 내지 화학식 19로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 15 of Formula 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, R 5 and R 6 of
<화학식 12><
<화학식 13><Formula 13>
<화학식 14><
<화학식 15>≪
<화학식 16><
<화학식 17><Formula 17>
<화학식 18>≪
<화학식 19>(19)
상기 화학식 12의 R16, 상기 화학식 13의 R17, 상기 화학식 14의 R18, 상기 화학식 15의 R19 및 상기 화학식 18의 R20과 R21은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 16 of
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 1의 A는 하기 화학식 2일 수 있다.In the method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, A in Chemical Formula 1 may be the following
<화학식 2><
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 22의 화합물은 하기 화학식 28의 화합물이고, 상기 화학식 23의 화합물은 하기 화학식 29의 화합물이며, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 20의 화합물일 수 있다.In the method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, the compound of formula 22 is a compound of formula 28, the compound of formula 23 is a compound of formula 29, The compound of Formula 1 may be a compound of
<화학식 20><
<화학식 28>(28)
<화학식 29><Formula 29>
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 22의 화합물은 하기 화학식 30의 화합물이고, 상기 화학식 23의 화합물은 하기 화학식 29의 화합물이며, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 21의 화합물일 수 있다.In the method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, the compound of Formula 22 is a compound of
<화학식 21>≪ Formula 21 >
<화학식 29><Formula 29>
<화학식 30><
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 전도성 기판;In order to solve the above another technical problem, the dye-sensitized solar cell according to the present invention comprises a conductive substrate;
상기 전도성 기판 상에 형성되고, 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 반도체 전극; 대향 전극; 및 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이를 채우는 전해질(electrolyte);을 구비한다.A semiconductor electrode formed on the conductive substrate and including a metal oxide layer adsorbed with a dye including the compound of Formula 1; Counter electrode; And an electrolyte filling between the semiconductor electrode and the counter electrode.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1의 D는 전자 주개(electron doner) 그룹이고, 상기 화학식 1의 A는 전자 당김(electron acceptor) 그룹이며, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 수소(H), 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D in Chemical Formula 1 is an electron doner group, A in Chemical Formula 1 is an electron acceptor group, and R 1 to R 4 in Chemical Formula 1 are hydrogen (H), having 1 to 10 carbon atoms. It is any one selected from the group consisting of alkyl.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 헥실(hexyl)일 수 있고, 상기 화학식 1의 A는 하기 화학식 2일 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, R 1 to R 4 of Formula 1 may be hexyl, and A of Formula 1 may be
<화학식 2><
본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 화학식 1의 D는 하기 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, D of Chemical Formula 1 may be any one selected from the group consisting of
<화학식 3><
<화학식 4>≪
<화학식 5>≪
<화학식 6>(6)
<화학식 7><Formula 7>
상기 화학식 4의 R9 및 상기 화학식 6의 R13은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 X1 및 상기 화학식 5의 X2는 하기 화학식 8 내지 화학식 11로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 9 of
<화학식 8>(8)
<화학식 9><Formula 9>
<화학식 10><
<화학식 11><Formula 11>
상기 화학식 11의 R15는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 3의 R5와 R6, 상기 화학식 4의 R7과 R8, 상기 화학식 5의 R10과 R11, 상기 화학식 6의 R12 및 상기 화학식 7의 R14는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알콕시(alkoxy), 하기 화학식 12 내지 화학식 19로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 15 of Formula 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, R 5 and R 6 of
<화학식 12><
<화학식 13><Formula 13>
<화학식 14><
<화학식 15>≪
<화학식 16><
<화학식 17><Formula 17>
<화학식 18>≪
<화학식 19>(19)
상기 화학식 12의 R16, 상기 화학식 13의 R17, 상기 화학식 14의 R18, 상기 화학식 15의 R19 및 상기 화학식 18의 R20과 R21은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.R 16 of
본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 20의 화합물 및 하기 화학식 21의 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the compound of Formula 1 may be at least one of the compound of
<화학식 20><
<화학식 21>≪ Formula 21 >
본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 금속 산화물층에는 첨가제(coadsorbent)가 더 흡착되어 있을 수 있으며, 상기 첨가제는 DCA‥TBA(tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt)일 수 있다. 그리고 상기 전해질은 고체 상태(solid-state) 전해질일 수 있으며, 상기 고체 상태 전해질은 Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethoxyphenylamine)-9,9'-spiro- bifluorene)일 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, an additive (coadsorbent) may be further adsorbed to the metal oxide layer, and the additive may be tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt (DCA) TBA. The electrolyte may be a solid-state electrolyte, and the solid-state electrolyte is Spiro-OMeTAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-dimethoxyphenylamine) -9,9'-spiro bifluorene).
본 발명은 염료의 원료로 이용되는 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물과 이의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기의 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물이 염료로 이용되는 염료감응 태양전지를 제공한다. 상기의 신규한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 몰흡광계수가 높아 얇은 TiO2층을 사용할 수 있고, 그로 인해, 광전변화효율이 9.5 % 정도로 상당히 증가하게 된다. 그리고 분자 전체가 평면 구조에 가까워서 장파장을 흡수하는 것이 가능하고, 헥실(hexyl)기의 도입에 따라 분자 간의 응집(aggregaion)이 방지되고, 열적, 광적 안정성이 증대된다. 또한, 고체전해질을 사용하는 경우에도 광전변환효율이 4.8 % 정도로 아주 우수한 효율을 나타낸다.The present invention provides a novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene compound used as a raw material for dyes and a method for producing the same. The present invention also provides a dye-sensitized solar cell in which a compound containing the novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene is used as a dye. The novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene-containing compound can use a thin TiO 2 layer with a high molar extinction coefficient, thereby significantly increasing the photoelectric conversion efficiency to about 9.5%. In addition, since the entire molecule is close to the planar structure, it is possible to absorb long wavelengths, and the introduction of hexyl groups prevents aggregation between molecules and increases thermal and optical stability. In addition, even in the case of using a solid electrolyte, the photoelectric conversion efficiency is about 4.8%.
본 발명은 화학식 1의 화합물을 포함하는 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜(thienothiophene-vinylene-thienothiophene)을 함유하는 화합물에 관한 것이다.The present invention relates to a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene comprising the compound of formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
여기서, D는 전자 주개(electron doner) 그룹이고, A는 전자 당김(electron acceptor) 그룹이며, R1 내지 R4는 수소(H), 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, D is an electron doner group, A is an electron acceptor group, and R 1 to R 4 are hydrogen (H) selected from the group consisting of alkyl having 1 to 10 carbon atoms. One.
화학식 1의 R1 내지 R4는 헥실(hexyl)일 수 있고, 화학식 1의 A는 화학식 2일 수 있다.R 1 to R 4 of Formula 1 may be hexyl, and A of Formula 1 may be
<화학식 2><
그리고 화학식 1의 D는 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.And D of Formula 1 may be any one selected from the group consisting of
<화학식 3><
<화학식 4>≪
<화학식 5>≪
<화학식 6>(6)
<화학식 7><Formula 7>
여기서, R9 및 R13은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택 된 어느 하나이고, X1 및 X2는 화학식 8 내지 화학식 11로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. 그리고 R5, R6, R7, R8, R10, R11, R12 및 R14는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알콕시(alkoxy), 화학식 12 내지 화학식 19로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, R 9 and R 13 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, X 1 and X 2 is any one selected from the group consisting of
<화학식 8>(8)
<화학식 9><Formula 9>
<화학식 10><
<화학식 11><Formula 11>
여기서, R15는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. Here, R 15 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
<화학식 12><
<화학식 13><Formula 13>
<화학식 14><
<화학식 15>≪
<화학식 16><
<화학식 17><Formula 17>
<화학식 18>≪
<화학식 19>(19)
여기서, R16, R17, R18, R19 및 R20, R21은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, R 16 , R 17 , R 18 , R 19 and R 20 , R 21 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
본 발명에 따른 바람직한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 화학식 20의 화합물 및 화학식 21의 화합물이다.Preferred thienothiophene-vinylene-thienothiophene compounds according to the invention are the compounds of formula (20) and compounds of formula (21).
<화학식 20><
<화학식 21>≪ Formula 21 >
여기서, 화학식 20의 화합물은 JK-112로 명명하고, 화학식 21의 화합물은 JK-113으로 명명한다.Here, the compound of
티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 몰흡광계수가 높아 얇은 TiO2층을 사용할 수 있고, 그로 인해, 광전변화효율이 상당히 증가하게 된다. 그리고 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 두 티에노티오펜 사이에 형성되어 있는 이중결합 구조에 의해 분자 전체가 평면 구조를 이루고 있어서 컨쥬게이션(conjugation)이 잘 이루어진다. 이로 인해, 두 티에노티오펜이 단일 결합에 결합되어 이루어진 화합물에 비해, 장파장의 빛을 잘 흡수한다. 그리고 헥실(hexyl)기의 도입에 따라 분자 간의 응집(aggregaion)이 방지되고, 열적, 광적 안정성이 증대된다. Compounds containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene can use a thin TiO 2 layer with a high molar extinction coefficient, thereby significantly increasing the photoelectric conversion efficiency. In addition, the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene has a planar structure of the entire molecule by a double bond structure formed between two thienothiophenes, so that conjugation is well achieved. For this reason, compared with the compound which two thienothiophene couple | bonded with a single bond, it absorbs long wavelength light well. As the hexyl group is introduced, aggregation between molecules is prevented and thermal and optical stability are increased.
이러한 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 염료감응 태양전지의 염료로 이용하기에 적합하며, 두 티에노티오펜이 단일 결합에 결합되어 이루어진 화합물 비해, Jsc 값이 현저히 증가하여 효율이 우수하게 된다. 그리고 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 고체전해질을 사용하는 경우에도 우수한 광전변환효율을 나타낸다.Such thienothiophene-vinylene-thienothiophene-containing compounds are suitable for use as dyes in dye-sensitized solar cells, and the J sc value is significantly increased compared to compounds formed by combining two thienothiophenes in a single bond. The efficiency is excellent. The compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene also exhibits excellent photoelectric conversion efficiency even when a solid electrolyte is used.
또한, 본 발명은 화학식 1로 표현되는 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 제조방법을 포함한다. 화학식 1의 화합물은 화학식 22의 화합물과 화학식 23의 화합물을 반응시켜 화학식 24의 화합물을 형성하는 단계를 포함하여 제조한다. The present invention also includes a method for producing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene represented by the formula (1). Compound 1 is prepared by reacting a compound of Formula 22 with a compound of Formula 23 to form a compound of Formula 24.
<화학식 22><Formula 22>
<화학식 23>≪ Formula 23 >
<화학식 24>≪ EMI ID =
여기서, D는 전자 주개 그룹이고, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D is an electron donor group, and R 1 to R 4 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
화학식 22의 화합물과 화학식 23의 화합물을 반응시켜 화학식 24의 화합물을 형성하는 단계를 반응식 1에 나타내었다. Reaction of the compound of Formula 22 with the compound of Formula 23 to form the compound of Formula 24 is shown in Scheme 1.
<반응식 1><Reaction Scheme 1>
여기서, D는 전자 주개 그룹이고, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬(alkyl)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D is an electron donor group, and R 1 to R 4 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
Pd(PPh3)4(tetrakis(triphenylphosphine)palladium)와 탄산칼륨(K2CO3)을 함께 첨가하여 반응식 1의 반응을 수행할 수 있다. 반응식 1의 반응은 TFH(tetrahydrofuran)에서 수행될 수 있다.Reaction of Scheme 1 may be performed by adding Pd (PPh 3 ) 4 (tetrakis (triphenylphosphine) palladium) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) together. The reaction of Scheme 1 can be carried out in tetrahydrofuran (TFH).
화학식 24의 화합물을 형성하기 위해 이용되는 화학식 23의 화합물은 아래의 반응식 2 내지 반응식 4 단계를 통해 제조할 수 있다.The compound of Formula 23 used to form the compound of Formula 24 may be prepared through the following
화학식 23의 화합물을 제조하기 위해서는 우선, 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 화학식 31의 화합물을 n-BuLi(n-butyllithium)와 DMF(dimethylformamie)와 순차적으로 반응시켜 화학식 25의 화합물을 형성한다. 반응식 2의 반응은 THF에서 수행될 수 있다.In order to prepare the compound of Formula 23, first, as shown in
<반응식 2><
여기서, R22와 R23은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, R 22 and R 23 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
그리고 반응식 3에 나타낸 바와 같이, 화학식 25의 화합물을 TiCl4와 Zn가 포함되어 있는 THF 용액에 첨가하여 화학식 26의 화합물을 형성할 수 있다.As shown in
<반응식 3><
여기서, R1, R2, R3, R4, R22 및 R23은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 22 and R 23 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
다음으로, 반응식 4에 나타낸 바와 같이, 화학식 26의 화합물을 화학식 27의 화합물과 반응시켜 화학식 23의 화합물을 형성한다. 이때, n-BuLi를 첨가하여 반응식 4의 반응을 수행할 수 있으며, 반응식 4의 반응은 THF에서 수행될 수 있다.Next, as shown in
<반응식 4><
여기서, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Here, R 1 to R 4 is any one selected from the group consisting of hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
상기 반응식 2 내지 반응식 4의 반응을 통해 제조된 화학식 23의 화합물을 이용하여 반응식 1의 반응을 수행할 수 있다.The reaction of Scheme 1 may be performed using the compound of Formula 23 prepared through the reaction of
반응식 1에 표현된 D는 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, R1 내지 R4는 헥실일 수 있다.D represented in Scheme 1 may be any one selected from the group consisting of
그리고 화학식 1의 A는 화학식 2일 수 있다. A가 화학식 2인 화학식 1의 화합물을 화학식 32에 나타내었다.And A in Formula 1 may be
<화학식 32><Formula 32>
여기서, D는 전자 주개 그룹이고, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D is an electron donor group, and R 1 to R 4 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
화학식 32의 화합물은 화학식 24의 화합물로부터 형성할 수 있는데, 그 과정 을 아래의 반응식 5와 반응식 6에 나타내었다.The compound of formula 32 may be formed from the compound of formula 24, the process of which is shown in
화학식 32의 화합물을 형성하기 위해서는 우선, 반응식 5에 나타낸 바와 같이 화학식 24의 화합물을 DMF와 반응시켜 화학식 33의 화합물을 형성한다. 이때 POCl3가 첨가될 수 있다.In order to form the compound of Formula 32, first, as shown in
<반응식 5>
여기서, D는 전자 주개 그룹이고, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D is an electron donor group, and R 1 to R 4 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
그리고 반응식 6에 나타낸 바와 같이, 화학식 33의 화합물을 시아노아세트산(cyanoacetic acid)을 반응시켜 화학식 32의 화합물을 형성한다. 반응식 6의 반응은 피페리딘(piperidine)과 아세토나이트릴(acetonitrile, CH3CN)을 함께 첨가하여 수행될 수 있다. As shown in
<반응식 6><
여기서, D는 전자 주개 그룹이고, R1 내지 R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.D is an electron donor group, and R 1 to R 4 are any one selected from the group consisting of hydrogen and alkyl having 1 to 10 carbon atoms.
이때, 화학식 32의 화합물이 화학식 20의 화합물인 JK-112를 형성하기 위해서, 화학식 22의 화합물은 화학식 28의 화합물이고, 화학식 23의 화합물은 화학식 29의 화합물일 수 있다.In this case, in order to form the compound of Formula 32, JK-112, which is a compound of
<화학식 28>(28)
<화학식 29><Formula 29>
그리고 화학식 32의 화합물이 화학식 21의 화합물인 JK-113을 형성하기 위해서, 화학식 22의 화합물은 화학식 30의 화합물이고, 화학식 23의 화합물은 화학식 29의 화합물일 수 있다.And in order for the compound of Formula 32 to form JK-113, which is a compound of Formula 21, the compound of Formula 22 may be a compound of
<화학식 30><
이하, 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 중 JK-112와 JK-113를 제조하는 방법에 대한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 이하의 실시예들에 의해 본 발명은 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. Hereinafter, embodiments of the method for producing JK-112 and JK-113 among the compounds containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention will be described in more detail. The present invention is not limited to the following examples and can be embodied in other forms.
우선, 이하의 실시예에 이용되는 화학식 29의 화합물의 제조방법에 대해 먼 저 설명한다.First, the method for preparing the compound of formula 29 used in the examples below will be described first.
화학식 29의 화합물의 Of the compound of formula 29 제조예Manufacturing example
화학식 29의 화합물((E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane)의 제조과정을 도 1에 나타내었다.Compound of formula 29 ((E) -2- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b ] thiophen-2-yl) -4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane) is shown in FIG. 1.
1) 3,6-1) 3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophene-2-[3,2-b] thiophene-2- carbaldehydecarbaldehyde (1-2) 합성(1-2) synthesis
0 ℃, 아르곤(Ar) 분위기 하에서, 3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene(1-1)(2 g, 6.48 mmol)이 용해되어 있는 THF 용액에 n-BuLi(2.85 ml, 2.5 M 헥산 용액)을 첨가하였다. 그리고 한 시간 경과 후, 0 ℃, 아르곤 분위기 하에서, DMF(1 g, 6.48 mmol)를 첨가하였다. 이 용액을 5 % HCl 용액으로 세정한 후, MgSO4로 건조시키고, 용매를 증발시켜, 3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(1-2)를 얻을 수 있었다. 수율은 90 %이었다.N-BuLi (2.85 ml, 2.5 in THF solution in which 3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene (1-1) (2 g, 6.48 mmol) was dissolved at 0 ° C. under argon (Ar) M hexane solution). Then, after one hour, DMF (1 g, 6.48 mmol) was added at 0 ° C. under argon atmosphere. The solution was washed with 5% HCl solution, dried over
1H NMR (CDCl3): δ 10.09 (s, 1H), 7.26 (s, 1H), 3.09 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.72 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 1.72 (br, 4H), 1.36 (m, 12H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.86 (t, J = 6.8 Hz, 3H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 10.09 (s, 1H), 7.26 (s, 1H), 3.09 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.72 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 1.72 (br , 4H), 1.36 (m, 12H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.86 (t, J = 6.8 Hz, 3H) .
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 182.1, 142.1, 141.5, 137.5, 135.6, 131.1, 121.3, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0, 29.4, 29.2, 28.9, 28.5, 28.0, 22.7, 14.3, 14.2. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 182.1, 142.1, 141.5, 137.5, 135.6, 131.1, 121.3, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0, 29.4, 29.2, 28.9, 28.5, 28.0, 22.7, 14.3, 14.2.
2) (E)-1,2-2) (E) -1,2- bisbis (3,6-(3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) etheneethene (1-3) 합성(1-3) synthesis
0 ℃, 아르곤 분위기 하에서, 아연(Zn) 파우더(1.165 g, 17.82 mmol)이 용해되어 있는 THF 용액에 TiCl4(1.95 ml, 17.82 mmol)을 첨가하였다. 그리고 한 시간 경과 후, 0 ℃, 아르곤 분위기 하에서, 3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(1-2)가 용해되어 있는 THF 용액을 첨가하였다. 이 혼합용액을 70 ℃에서 10 시간 동안 저어준 후, 냉각시켰다. 그리고 유기물질을 추출하고, MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 증발시켜, (E)-1,2-bis(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)ethene(1-3)를 얻을 수 있었다. 수율은 60 %이었다. TiCl 4 (1.95 ml, 17.82 mmol) was added to a THF solution in which zinc (Zn) powder (1.165 g, 17.82 mmol) was dissolved at 0 ° C. under an argon atmosphere. After an hour, THF solution in which 3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (1-2) was dissolved was added under an argon atmosphere at 0 ° C. The mixed solution was stirred at 70 ° C. for 10 hours and then cooled. The organic material was extracted, dried over MgSO 4 , and the solvent was evaporated to give (E) -1,2-bis (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) ethene (1). -3) could be obtained. The yield was 60%.
1H NMR (CDCl3): δ 9.82 (s, 1H), 7.65 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 7.09 (s, 1H), 7.08 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.97 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81 (m, 4H), 2.70 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.73 (m, 8H), 1.35 (m, 24H), 0.89 (m, 12H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 9.82 (s, 1H), 7.65 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 7.09 (s, 1H), 7.08 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.97 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81 (m, 4H), 2.70 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.73 (m, 8H), 1.35 (m, 24H), 0.89 (m, 12H) .
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 146.2, 146.0, 140.9, 140.2, 138.4, 138.2, 136.4, 135.6, 137.7, 133.6, 133.2, 125.9, 122.0, 121.3, 83.9, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0, 29.9, 29.4, 28.8, 28.5, 28.1, 22.9, 22.7, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 146.2, 146.0, 140.9, 140.2, 138.4, 138.2, 136.4, 135.6, 137.7, 133.6, 133.2, 125.9, 122.0, 121.3, 83.9, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0 , 29.9, 29.4, 28.8, 28.5, 28.1, 22.9, 22.7, 14.2, 14.1.
3) (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-3) (E) -2- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )-4,4,5,5-) -4,4,5,5- tetramethyltetramethyl -1,3,2--1,3,2- dioxaborolanedioxaborolane (1-4) 합성(1-4) synthesis
-78 ℃, 아르곤 분위기 하에서, (E)-1,2-bis(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)ethene(1-3)이 용해되어 있는 THF 용액에 n-BuLi(0.24 ml, 2.5 M 헥산 용액)을 첨가하였다. 그리고 한 시간 경과 후, -78 ℃, 아르곤 분위기 하에서, pinacol borate(2-isopropoxy-4,4,5,5,-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane)(0.121 g, 0.655 mmol)를 첨가하였다. 이 혼합 용액을 20 ℃에서 1시간 동안 저어준 후, 냉각시켰다. 그리고 유기물질을 추출하고, MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 증발시켜, 화학식 33의 화합물인 (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane(1-4)를 얻을 수 있었다. 수율은 60 %이었다. In an THF solution in which (E) -1,2-bis (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) ethene (1-3) is dissolved at -78 ° C under an argon atmosphere. -BuLi (0.24 ml, 2.5 M hexane solution) was added. After an hour, pinacol borate (2-isopropoxy-4,4,5,5, -tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane) (0.121 g, 0.655 mmol) was added under an atmosphere of argon at -78 ° C. . The mixed solution was stirred at 20 ° C. for 1 hour and then cooled. The organic material was extracted, dried over MgSO 4 , the solvent was evaporated, and the compound of formula 33 (E) -2- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen) -2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (1-4) Could get The yield was 60%.
1H NMR (CDCl3): δ 9.82 (s, 1H), 7.65 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 7.09 (s, 1H), 7.08 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.97 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81 (m, 4H), 2.70 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.73 (m, 8H), 1.35 (m, 24H), 0.89 (m, 12H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 9.82 (s, 1H), 7.65 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 7.09 (s, 1H), 7.08 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.97 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81 (m, 4H), 2.70 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.73 (m, 8H), 1.35 (m, 24H), 0.89 (m, 12H) .
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 146.2, 146.0, 140.9, 140.2, 138.4, 138.2, 136.4, 135.6, 137.7, 133.6, 133.2, 125.9, 122.0, 121.3, 83.9, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0, 29.9, 29.4, 28.8, 28.5, 28.1, 22.9, 22.7, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 146.2, 146.0, 140.9, 140.2, 138.4, 138.2, 136.4, 135.6, 137.7, 133.6, 133.2, 125.9, 122.0, 121.3, 83.9, 31.7, 31.6, 30.5, 30.0 , 29.9, 29.4, 28.8, 28.5, 28.1, 22.9, 22.7, 14.2, 14.1.
실시예Example 1: One: JKJK -112(화학식 20의 화합물)의 제조Preparation of -112 (Compound of Formula 20)
JK-112의 제조단계를 도 2에 나타내었다.The preparation step of JK-112 is shown in FIG. 2.
1) (E)-N-(4-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-1) (E) -N- (4- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) phenylphenyl )-N-(9,9-) -N- (9,9- dimethyldimethyl -9H--9H- fluorenfluoren -2--2- ylyl )-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine(2-2) 합성) -9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (2-2) Synthesis
N,N-bis(9,9-dimethylfluoren-2-yl)-4-bromoaniline(2-1)(0.138 g, 0.25 mmol), (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane(1-4)(0.191 g, 0.25 mmol), K2CO3(0.20g, 1.5 mmol) 및 Pd(PPh3)4(0.029 g, 0.025 mmol)가 용해되어 있는 THF 용액을 12 시간 동안 환류시켰다. 이 용액을 냉각시킨 후, 유기물질을 추출하고, MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 증발시켜, (E)-N-(4-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)phenyl)-N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine(2-2)를 얻을 수 있었다. 수율은 70 %이었다.N, N-bis (9,9-dimethylfluoren-2-yl) -4-bromoaniline (2-1) (0.138 g, 0.25 mmol), (E) -2- (5- (2- (3,6- dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -4,4,5,5-tetramethyl-1,3, A THF solution containing 2-dioxaborolane (1-4) (0.191 g, 0.25 mmol), K 2 CO 3 (0.20 g, 1.5 mmol) and Pd (PPh 3 ) 4 (0.029 g, 0.025 mmol) was dissolved for 12 hours. Reflux for a while. After cooling the solution, the organics were extracted, dried over MgSO 4 , the solvent was evaporated, and (E) -N- (4- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2] -b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) phenyl) -N- (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (2-2) was obtained.
1H NMR (CDCl3): δ 7.65 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.63 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.40 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.35 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.33-7.25 (m, 6H), 7.24 (s, 2H), 7.16 (d, J = 7.6 Hz, 2H), 7.13 (s, 1H), 7.10 (s, 1H), 7.00 (s, 1H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81-2.71 (m, 6H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 7.65 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.63 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.40 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.35 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.33-7.25 (m, 6H), 7.24 (s, 2H), 7.16 (d, J = 7.6 Hz, 2H), 7.13 (s, 1H), 7.10 (s, 1H), 7.00 (s, 1H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81-2.71 (m, 6H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H ), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 155.2, 153.6, 147.6, 147.2, 140.4, 139.3, 139.0, 136.8, 135.5, 135.3, 134.6, 132.3, 132.1, 132.0, 131.3, 130.8, 130.1, 129.7, 128.8, 128.7, 128.5, 127.1, 126.7, 125.6, 123.6, 123.3, 122.6, 120.8, 119.6, 119.0, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 155.2, 153.6, 147.6, 147.2, 140.4, 139.3, 139.0, 136.8, 135.5, 135.3, 134.6, 132.3, 132.1, 132.0, 131.3, 130.8, 130.1, 129.7, 128.8 , 128.7, 128.5, 127.1, 126.7, 125.6, 123.6, 123.3, 122.6, 120.8, 119.6, 119.0, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0 , 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1.
2) (E)-5-(2-(5-(4-(2) (E) -5- (2- (5- (4- ( bisbis (9,9-(9,9- dimethyldimethyl -9H--9H- fluorenfluoren -2--2- ylyl )amino)) amino) phenylphenyl )-3,6-) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) vinylvinyl )-3,6-) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(2-3) 합성Synthesis of [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (2-3)
0 ℃에서 (E)-N-(4-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)phenyl)-N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine(2-2)가 용해되어 있는 DMF(10 mL) 용액에 DMF(0.1 mL)와 POCl3(0.06 mL)으로부터 얻어지는 빌스마이어 시약(Vilsmeier reagent)을 첨가하였다. 그리고 이 용액을 70 ℃에서 4 시간 동안 저어준 후, 냉각시켰다. 이 용액을 냉각시킨 후, 유기물질을 추출하고, MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 증발시켜, (E)-5-(2-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)phenyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(2-3)를 얻을 수 있었다. 수율은 85 %이었다.(E) -N- (4- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-] at 0 ° C. b] thiophen-2-yl) phenyl) -N- (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (2-2) is dissolved To the DMF (10 mL) solution was added Vilsmeier reagent obtained from DMF (0.1 mL) and POCl 3 (0.06 mL). The solution was stirred at 70 ° C. for 4 hours and then cooled. After cooling the solution, the organics were extracted, dried over MgSO 4 , the solvent was evaporated, and (E) -5- (2- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H) -fluoren-2-yl) amino) phenyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (2-3) could be obtained. Yield 85%.
1H NMR (CDCl3): δ 10.05 (s, 1H), 7.65 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.62 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.35 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.33-7.25 (m, 5H), 7.24 (s, 2H), 7.19 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 6.98 (s, 1H), 3.08 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81- 2.82 (m, 4H), 2.71 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 10.05 (s, 1H), 7.65 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.62 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 8.2 Hz, 2H ), 7.35 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.33-7.25 (m, 5H), 7.24 (s, 2H), 7.19 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.1 Hz , 2H), 7.06 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 6.98 (s, 1H), 3.08 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81-2.82 (m, 4H), 2.71 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H ), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 181.2, 155.4, 153.2, 147.3, 147.1, 140.4, 139.3, 139.0, 136.8, 135.7, 135.3, 134.6, 133.4, 132.3, 132.1, 132.0, 130.3, 130.8, 130.1, 129.7, 128.8, 128.7, 128.5, 128.1, 127.7, 126.6, 124.6, 123.4, 122.6, 120.8, 120.6, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 181.2, 155.4, 153.2, 147.3, 147.1, 140.4, 139.3, 139.0, 136.8, 135.7, 135.3, 134.6, 133.4, 132.3, 132.1, 132.0, 130.3, 130.8, 130.1 , 129.7, 128.8, 128.7, 128.5, 128.1, 127.7, 126.6, 124.6, 123.4, 122.6, 120.8, 120.6, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2 , 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1.
3) (Z)-3-(5-((E)-2-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-3) (Z) -3- (5-((E) -2- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-) ylyl )) aminoamino )) phenylphenyl )-3,6-) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) vinylvinyl )-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-2-cyanoacrylic ) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -2-cyanoacrylic acidacid (2-4)((2-4) ( JKJK -112) 합성-112) synthetic
(E)-5-(2-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)phenyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(2-3)(0.16 g, 0.140 mmol)와 시아노아세트산(cyanoacetic acid)(0.024 g, 0.28 mmol) 혼합물을 진공에서 건조시킨 후, 아세토나이트릴(MeCN)(60 ml)와 피페리딘(piperidine)(0.012 g, 0.140 mmol)을 첨가된 용액을 제조하였다. 이 용액을 6 시간 동안 환류시킨 후, 냉각시키고, 유기층을 제거하여 (Z)-3-(5-((E)-2-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)phenyl)-3,6- dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-2-cyanoacrylic acid (2-4)(JK-112)를 얻을 수 있었다. 수율은 51 %이었다.(E) -5- (2- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) phenyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen -2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (2-3) (0.16 g, 0.140 mmol) and cyanoacetic acid (0.024 g, 0.28 mmol) mixture was dried in vacuo, and then a solution of acetonitrile (MeCN) (60 ml) and piperidine (0.012 g, 0.140 mmol) was added. The solution was refluxed for 6 hours, then cooled and the organic layer was removed to afford (Z) -3- (5-((E) -2- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H-) fluoren-2-yl) amino) phenyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -2-cyanoacrylic acid (2-4) (JK-112) was obtained. Yield 51%.
1H NMR (DMSO-d6): δ 8.20 (s, 1H), 7.77 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.50 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.42 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.32 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.30-7.25 (m, 6H), 7.24 (s, 2H), 7.21 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.10 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.08 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 3.19 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.93 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.71-2.68 (m, 4H), 1.81-1.71 (m, 8H), 1.37 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.82-0.79 (m, 12H). 1 H NMR (DMSO-d 6 ): δ 8.20 (s, 1H), 7.77 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.50 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.42 (d, J = 8.7 Hz , 2H), 7.32 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.30-7.25 (m, 6H), 7.24 (s, 2H), 7.21 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.10 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.08 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 3.19 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.93 (t, J = 7.8 Hz , 2H), 2.71-2.68 (m, 4H), 1.81-1.71 (m, 8H), 1.37 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.82-0.79 (m, 12H).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 166.1, 155.8, 154.9, 153.2, 152.1, 150.1, 147.7, 146.4, 145.5, 145.3, 140.8, 139.8, 139.0, 138.4, 137.2, 137.0, 135.7, 134.6, 133.4, 132.1, 130.7, 130.1, 129.4, 128.5, 127.8, 127.1, 126.8, 123.6, 123.4, 122.6, 120.3, 119.5, 119.1, 46.4, 31.8, 31.7, 31.6, 31.4, 30.5, 30.4, 30.1, 29.9, 29.7, 29.5, 29.3, 29.2, 29.0, 28.8, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.6, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 166.1, 155.8, 154.9, 153.2, 152.1, 150.1, 147.7, 146.4, 145.5, 145.3, 140.8, 139.8, 139.0, 138.4, 137.2, 137.0, 135.7, 134.6, 133.4 , 132.1, 130.7, 130.1, 129.4, 128.5, 127.8, 127.1, 126.8, 123.6, 123.4, 122.6, 120.3, 119.5, 119.1, 46.4, 31.8, 31.7, 31.6, 31.4, 30.5, 30.4, 30.1, 29.9, 29.7, 29.5 , 29.3, 29.2, 29.0, 28.8, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.6, 14.3, 14.2, 14.1.
실시예Example 2: 2: JKJK -113(화학식 21의 화합물)의 제조Preparation of -113 (Compound of Formula 21)
JK-113의 제조단계를 도 3에 나타내었다.A manufacturing step of JK-113 is shown in FIG. 3.
1) (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-1) (E) -2- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )-N,N-) -N, N- bisbis (9,9-(9,9- dimethyldimethyl -9H--9H- fluorenfluoren -2- yl)benzo[b]thiophen-6-amine(3-2) 합성Synthesis of -2-yl) benzo [b] thiophen-6-amine (3-2)
N,N-bis(9,9-dimethylfluoren-2-yl)-4-bromoaniline(2-1) 대신, 6-(bis(9,9-dimethylfluoren-2-yl)amino)-2-bromobenzo[b]thiophene(3-1) (0.16 g, 0.261 mmol)을 이용한다는 것을 제외하면, 실시예 1의 1) 과정과 동일한 방법을 이용하여, (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-N,N-bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)benzo[b]thiophen-6-amine(3-2)를 얻을 수 있었다. 수율은 51 %이었다.6- (bis (9,9-dimethylfluoren-2-yl) amino) -2-bromobenzo [ b instead of N, N-bis (9,9-dimethylfluoren-2-yl) -4-bromoaniline (2-1) ] thiophene (3-1) (0.16 g, 0.261 mmol), except for using (E) -2- (5- (2- (3, 6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -N, N-bis (9,9-dimethyl- 9H-fluoren-2-yl) benzo [b] thiophen-6-amine (3-2) was obtained. Yield 51%.
1H NMR (CDCl3): δ 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.59 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.56 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.19 (s, 1H), 7.13 (s, 1H), 7.11 (s, 1H), 7.10 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81-2.71 (m, 6H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.59 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.56 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.19 (s, 1H), 7.13 (s, 1H), 7.11 (s, 1H), 7.10 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.81-2.71 (m, 6H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 155.3, 153.7, 147.5, 146.5, 145.4, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 135.2, 134.8, 134.4, 134.1, 133.9, 133.8, 132.8, 132.3, 131.2, 130.9, 129.8, 128.7, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 118.6, 116.7, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 155.3, 153.7, 147.5, 146.5, 145.4, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 135.2, 134.8, 134.4, 134.1, 133.9, 133.8, 132.8 , 132.3, 131.2, 130.9, 129.8, 128.7, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 118.6, 116.7, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6 , 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1.
2) (E)-5-(2-(5-(6-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-2) (E) -5- (2- (5- (6- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2- ylyl )) aminoamino )) benzobenzo [b][b] thiophenthiophen -2--2- ylyl )-3,6-) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) vinylvinyl )-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(3-3) 합성) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (3-3) Synthesis
(E)-N-(4-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)phenyl)-N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine(2-2) 대신, (E)-2-(5-(2-(3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-N,N-bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)benzo[b]thiophen-6-amine(3-2)(0.3 g, 0.249 mmol)을 이용한다는 것을 제외하면, 실시예 1의 2) 과정과 동일한 방법을 이용하여, (E)-5-(2-(5-(6-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)benzo[b]thiophen-2-yl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(3-3)를 얻을 수 있었다. 수율은 51 %이었다.(E) -N- (4- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen -2-yl) phenyl) -N- (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (2-2) instead of (E)- 2- (5- (2- (3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -N Example 1, except that N-bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) benzo [b] thiophen-6-amine (3-2) (0.3 g, 0.249 mmol) is used. Using the same method as in step 2), (E) -5- (2- (5- (6- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) benzo [b] thiophen -2-yl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (3-3) Could get Yield 51%.
1H NMR (CDCl3): δ 10.05 (s, 1H), 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.59 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.61 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.19 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.10 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 6.98 (s, 1H), 3.07 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.96 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). ). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 10.05 (s, 1H), 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.59 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.61 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.19 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.10 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 15.6 Hz, 1H ), 6.98 (s, 1H), 3.07 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.96 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 1.85-1.71 (m , 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). ).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 180.8, 155.6, 154.7, 148.5, 147.5, 145.3, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 136.2, 134.8, 134.4, 134.1, 133.9, 133.8, 133.4, 132.8, 132.3, 131.8, 131.2, 130.8, 129.5, 128.5, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 180.8, 155.6, 154.7, 148.5, 147.5, 145.3, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 136.2, 134.8, 134.4, 134.1, 133.9, 133.8 , 133.4, 132.8, 132.3, 131.8, 131.2, 130.8, 129.5, 128.5, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8 , 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1.
3) (Z)-3-(5-((E)-2-(5-(6-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-3) (Z) -3- (5-((E) -2- (5- (6- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2--2-) ylyl )) aminoamino )) benzobenzo [b][b] thiophenthiophen -2--2- ylyl )-3,6-) -3,6- dihexylthienodihexylthieno [3,2-b]thiophen-2-[3,2-b] thiophen-2- ylyl )) vinylvinyl )-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-2-cyanoacrylic ) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -2-cyanoacrylic acidacid (3-4)((3-4) ( JKJK -113) 합성-113) synthetic
(E)-5-(2-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)phenyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(2-3) 대신, (E)-5-(2-(5-(6-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)benzo[b]thiophen-2-yl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophene-2-carbaldehyde(3-3)(0.21 g, 0.175 mmol)을 이용한다는 것을 제외하면, 실시예 1의 3) 과정과 동일한 방법을 이용하여, (Z)-3-(5-((E)-2-(5-(6-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)benzo[b]thiophen-2-yl)-3,6-dihexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)vinyl)-3,6-dihexylthieno[3,2- b]thiophen-2-yl)-2-cyanoacrylic acid(3-4)(JK-113)를 얻을 수 있었다. 수율은 53 %이었다.(E) -5- (2- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) phenyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen -2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (2-3) instead of (E) -5- (2- (5- (6- (bis ( 9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) benzo [b] thiophen-2-yl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3, Using the same method as in 3) of Example 1, except that 6-dihexylthieno [3,2-b] thiophene-2-carbaldehyde (3-3) (0.21 g, 0.175 mmol) was used, ) -3- (5-((E) -2- (5- (6- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) benzo [b] thiophen-2-yl)- 3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) vinyl) -3,6-dihexylthieno [3,2-b] thiophen-2-yl) -2-cyanoacrylic acid (3-4) ( JK-113). Yield 53%.
1H NMR (CDCl3): δ 8.19 (s, 1H), 7.77 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.69 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.61 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.22 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.16 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.10 (s, 1H), 3.07 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.96 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 1.85-1.71 (m, 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 8.19 (s, 1H), 7.77 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.69 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.61 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.58 (s, 1H), 7.39 (t, J = 8.1 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.32-7.28 (m, 4H), 7.25 (s, 2H), 7.22 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.16 (d, J = 15.6 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 8.1 Hz, 2H ), 7.10 (s, 1H), 3.07 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.96 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.82 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 1.85-1.71 (m , 8H), 1.43 (s, 12H), 1.34-1.24 (m, 24H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88-0.86 (m, 6H), 0.85 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
13C{1H} NMR (CDCl3): δ 166.2, 156,2, 155.6, 154.7, 148.5, 147.5, 146.5, 145.3, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 136.2, 134.8, 134.4, 134.1, 133.9, 133.8, 133.4, 132.8, 132.3, 131.8, 131.2, 130.8, 129.5, 128.5, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5, 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1. 13 C { 1 H} NMR (CDCl 3 ): δ 166.2, 156,2, 155.6, 154.7, 148.5, 147.5, 146.5, 145.3, 143.7, 142.2, 141.1, 139.0, 138.4, 137.5, 136.5, 136.2, 134.8, 134.4 , 134.1, 133.9, 133.8, 133.4, 132.8, 132.3, 131.8, 131.2, 130.8, 129.5, 128.5, 127.1, 126.7, 126.5, 126.3, 123.2, 122.7, 120.8, 119.5, 47.0, 31.8, 31.7, 31.6, 31.5, 30.5 , 30.4, 30.0, 29.8, 29.6, 29.4, 29.3, 29.2, 29.0, 28.9, 28.7, 28.5, 28.3, 28.0, 27.8, 27.6, 27.1, 22.7, 14.3, 14.2, 14.1.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 신규의 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물을 포함하는 염료를 이용한 염료감응 태양전지의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시 되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a dye-sensitized solar cell using a dye containing a compound containing a novel thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a view schematically showing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)는 제1기판(110), 반도체 전극(120), 대향 전극(130), 제2기판(140), 전해질(150) 및 고분자층(160)을 구비한다.Referring to FIG. 4, the dye-sensitized
제1기판(110)은 전도성 유리로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 유리(glass) 기판 위에 ITO(indium tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide)가 코팅되어 있다. 그리고 제1기판(110)과 반도체 전극(120) 사이에는 TiCl4층(미도시)이 형성될 수 있다.The
반도체 전극(120)은 제1기판(110) 상에 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 나노입자 금속 산화물층으로 이루어진다. 반도체 전극(120)은 5 ~ 15 μm 정도의 두께로 형성될 수 있다. 나노입자 금속 산화물층을 이루는 금속 산화물은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)일 수 있으며, 약 5 ~ 30 nm 정도의 크기를 가질 수 있다. The
나노입자 금속 산화물에 흡착되어 있는 염료는 화학식 1의 화합물로 표현되는 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물이다. 화학식 1의 화합물은 상술한 바와 같으며, 화학식 1의 R1 내지 R4는 헥실일 수 있다. 그리고 화학식 1 의 A(전자 당김 그룹)은 화학식 2일 수 있고, 화학식 1의 D(전자 주개 그룹)은 화학식 3 내지 화학식 7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 화학식 20의 화합물인 JK-112 및 화학식 21의 화합물인 JK-113 중 적어도 하나가 염료로 이용된다.The dye adsorbed on the nanoparticle metal oxide is a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene represented by the compound of formula (1). The compound of Formula 1 is as described above, and R 1 to R 4 of Formula 1 may be hexyl. And A (electron pull group) of Formula 1 may be
나노입자 금속 산화물에는 화학식 1의 화합물 염료와 함께 첨가제(coadsorbent)가 더 흡착되어 있을 수 있다. 이 첨가제는 DCA‥TBA(tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt)일 수 있다. In the nanoparticle metal oxide, a coadsorbent may be further adsorbed together with the compound dye of Chemical Formula 1. This additive may be tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt (DBA).
제2기판(140)은 제1기판(110)과 마찬가지로 전도성 유리, 즉 ITO 또는 FTO가 코팅되어 있는 유리 기판일 수 있다. The
대향 전극(130)은 제2기판(140) 상에 형성되며, 백금(Pt)으로 이루어질 수 있다. 그리고 대향 전극(130)은 반도체 전극(120)과 대향되도록 배치된다.The
전해질(150)은 반도체 전극(120)과 대향 전극(130) 사이의 공간을 채우는 물질이다. 전해질(150)은 전해질 용액, 용매가 제거된(solvent-free) 이온성 액체(ionic-liquid) 전해질 또는 고체 상태(solid-state)의 전해질이 이용될 수 있다. 전해질 용액은 아세토나이트릴(acetonitrile)에 0.6 M DMPImI, 0.05 I2, 0.1 M LiI 및 0.5 M tert-butylpyridine이 용해되어 있는 용액일 수 있다. 용매가 제거된 이온성 액체 전해질은 PMMI/EMINCS(13:7) 내에 0.2 M I2, 0.5 M NMBI 및 0.1 M GuNCS가 포함되어 있는 전해질일 수 있다. 그리고 고체 상태의 전해질은 Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethoxyphenylamine)-9,9'-spiro-bifluorene)일 수 있다.The
도 4에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention illustrated in Figure 4 as follows.
먼저, 제1기판(110)을 투과한 태양 빛이 반도체 전극(120)의 나노입자 금속 산화물에 흡착된 화학식 1의 화합물의 염료 분자에 의하여 흡수되면, 여기 상태로 들뜨게 된 염료 분자는 전자를 나노입자 금속 산화물의 전도대로 주입하게 된다. 나노입자 금속 산화물로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 제1기판(110)에 전달되고 외부 전선을 통하여 대향 전극(120)으로 이동된다.First, when the sunlight passing through the
전자 전이의 결과로 산화된 염료 분자는 전해질(150) 내의 요오드 이온의 산화 환원 작용(3I-→I3 -+2e-)에 의하여 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 산화된 요오드 이온(I3 -)은 대향 전극(130)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지의 작동과정이 완성된다.The dye molecules oxidized as a result of electron transfer is an iodine ion redox action of in the electrolyte (150) (3I - → I 3 - + 2e -) accept electrons provided by the will be reduced again, the oxidized iodine ions (I 3 - ) Is reduced again by the electrons reaching the
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물이 염료감응 태양전지의 염료로 이용되는 경우의 특성을 살펴보기 위해, 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 중 바람직한 예들인 JK-112와 JK-113을 염료로 이용하여 염료감응 태양전지를 제작하였다. 그리고 비교예인 아래의 JK-81로 명명된 화합물((Z)-3-(5-(4-(bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)amino)phenyl)-3,3',6,6'-tetrahexyl-2,2'-bithieno[3,2-b]thiophen-5'-yl)-2- cyanoacrylic acid)을 염료로 이용하여 염료감응 태양전지를 제작하였다.In order to examine the properties when the compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention is used as a dye of a dye-sensitized solar cell, the thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention Dye-sensitized solar cells were manufactured using JK-112 and JK-113, which are preferred examples of the compound containing, as a dye. And a compound designated as JK-81 below as a comparative example ((Z) -3- (5- (4- (bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino) phenyl) -3,3 A dye-sensitized solar cell was fabricated using ', 6,6'-tetrahexyl-2,2'-bithieno [3,2-b] thiophen-5'-yl) -2-cyanoacrylic acid) as a dye.
<비교예(JK-81)><Comparative Example (JK-81)>
티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 두 티에노티오펜 사이에 형성되어 있는 이중결합 구조가 형성되어 있음에 반해, 비교예에 나타낸 화합물(JK-81)은 두 티에노티오펜이 단일 결합에 결합되어 있다. 이러한 차이로 인해, 염료감응 태양전지의 염료로 이용하였을 경우, 특성의 차이가 발생하는데, 이를 도 5 내지 도 10에 나타내었다.The compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene has a double bond structure formed between two thienothiophenes, whereas the compound (JK-81) shown in the comparative example is composed of two thienothiophenes. Bound to a single bond. Due to this difference, when used as a dye of the dye-sensitized solar cell, a difference in characteristics occurs, which is shown in Figures 5 to 10.
도 5는 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 파장에 따른 흡수계수를 나타내는 도면이다.5 is a view showing absorption coefficients according to wavelengths when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 5에 도시된 바와 같이, JK-81를 염료로 이용한 염료감응 태양전지의 경우에는 하나의 파장(372 nm)의 빛만을 잘 흡수하는 반면에, JK-112를 염료로 이용한 염료감응 태양전지의 경우에는 365 nm와 480 nm의 파장을 갖는 빛을 잘 흡수하고, JK-113을 염료로 이용한 염료감응 태양전지의 경우에는 365 nm, 490 nm의 파장을 갖는 빛을 잘 흡수한다. 즉, JK-112, 113의 경우가 JK-81의 경우에 비해, 다양한 파장의 빛을 잘 흡수하며, 특히 가시광선 영역대의 장파장의 빛을 잘 흡수하는 특성을 나타낸다. As shown in FIG. 5, the dye-sensitized solar cell using JK-81 as a dye absorbs only one wavelength (372 nm) of light well, whereas the dye-sensitized solar cell using JK-112 is used as a dye. In the case of dye-sensitized solar cell using the wavelength of 365 nm and 480 nm well, and dye-sensitized solar cell using JK-113 as a dye absorbs light having the wavelength of 365 nm, 490 nm well. That is, the JK-112 and 113 absorb the light of various wavelengths better than the JK-81, and particularly, the light of the long wavelength of the visible light region is well absorbed.
도 6은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 파장에 따른 IPCE(incident photon-to-current conversion efficiency)를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) according to wavelengths when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 6에 도시된 바와 같이, JK-112와 JK-113을 염료감응 태양전지의 염료로 이용하게 되면, JK-81의 경우에 비해, IPCE 값이 현저히 커서, 입사되는 빛이 전류로 전환되는 효율이 우수하게 됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, when JK-112 and JK-113 are used as dyes for dye-sensitized solar cells, the IPCE value is significantly larger than that of JK-81, so that the incident light is converted into current. It can be seen that this is excellent.
도 7은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 전압에 따른 전류밀도를 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing current density according to voltage when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 7에 도시된 바와 같이, JK-112와 JK-113을 염료감응 태양전지의 염료로 이용한 경우와 JK-81을 염료감응 태양전지의 염료로 이용한 경우를 비교해 보면, Voc(open circuit voltage) 값은 유사하나, Jsc(short circuit current) 값에서 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, JK-112와 JK-113의 경우가 JK-81의 경우에 비해 Jsc가 현저히 크다는 것을 알 수 있는데, 이는 JK-112와 JK-113을 염료로 이용한 태양전지가 현저히 큰 전류를 생산한다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 7, when JK-112 and JK-113 are used as dyes for dye-sensitized solar cells, and JK-81 is used as dyes for dye-sensitized solar cells, V oc (open circuit voltage) Although the values are similar, it can be seen that there is a large difference in the value of J sc (short circuit current). In other words, JK-112 and JK-113 show that J sc is significantly larger than that of JK-81, which indicates that solar cells using JK-112 and JK-113 as dyes produce significantly larger currents. Means that.
도 6 및 도 7의 결과를 포함해서 JK-81, JK-112 및 JK-113이 염료로 이용된 염료감응 태양전지의 종합적인 특성을 표 1에 나타내었다. 이때, 전해질(150)은 아세토나이트릴(acetonitrile)에 0.6 M DMPImI, 0.05 I2, 0.1 M LiI 및 0.5 M tert- butylpyridine이 용해되어 있는 용액을 사용하였고, 1 sun의 태양광이 조사되었다.Table 1 shows the overall characteristics of the dye-sensitized solar cell using JK-81, JK-112 and JK-113 as dyes, including the results of FIGS. 6 and 7. At this time, the
[표 1][Table 1]
표 1에 나타낸 바와 같이, 두 티에노티오펜이 이중 결합 구조에 의해 연결되어 있는 구조를 갖는 염료(JK-112, JK113)를 사용한 경우가 단일 결합에 의해 티에노티오펜 사이를 연결한 구조를 갖는 염료(JK-81)에 비해 Jsc값과 효율(η)이 현저하게 증가하였음을 알 수 있다. 특히 JK-113는 JK-81에 비해 효율이 월등히 증가(5.1 % → 9.1 %)하였음을 알 수 있다. 그리고 DCA‥TBA(tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt) 첨가제를 JK-113 염료와 함께 금속 산화물층에 흡착시키게 되면, 효율이 9.5 %까지 증가되었다. As shown in Table 1, a dye having a structure in which two thienothiophenes are connected by a double bond structure (JK-112, JK113) has a structure in which thienothiophene is connected by a single bond. It can be seen that the J sc value and the efficiency (η) were significantly increased compared to (JK-81). In particular, it can be seen that the efficiency of JK-113 is much higher than that of JK-81 (5.1% → 9.1%). In addition, when DCA.TBA (tetrabutylammonium chenodeoxycholic acid salt) additive was adsorbed onto the metal oxide layer with JK-113 dye, the efficiency was increased to 9.5%.
전해질(150)로 용매가 제거된 이온성 액체 전해질은 PMMI/EMINCS(13:7) 내에 0.2 M I2, 0.5 M NMBI 및 0.1 M GuNCS가 포함되어 있는 전해질을 이용한 경우에도 JK-113의 경우 효율이 7.9 % 정도이었다.The ionic liquid electrolyte, in which the solvent is removed from the
본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물은 액체 전해질뿐 아니라, 고체 상태의 전해질에도 이용가능하다. 고체 상태의 전해질로 Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethoxyphenylamine)-9,9'-spiro- bifluorene)을 이용하고, 0.1 sun의 태양광이 조사된 경우의 JK-112 및 JK-113이 염료로 이용된 염료감응 태양전지의 종합적인 특성을 표 2에 나타내었다.The compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention can be used not only in a liquid electrolyte but also in a solid electrolyte. Spiro-OMeTAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-dimethoxyphenylamine) -9,9'-spiro-bifluorene) as a solid electrolyte Table 2 shows the overall characteristics of the dye-sensitized solar cells using JK-112 and JK-113 as dyes.
[표 2][Table 2]
고체 상태의 전해질을 이용한 경우, 전해질 용액을 이용한 경우에 비해 Jsc 값이 감소하여 전체적인 효율은 감소하였으나, 4.8 % 정도의 효율은 고체 상태의 전해질을 사용하여 지금까지 알려진 효율 중 가장 우수한 효율에 해당한다.In the case of using the solid electrolyte, the overall efficiency was decreased due to the decrease in the value of J sc compared to the case of using the electrolyte solution, but the efficiency of about 4.8% is the highest efficiency known to the previous efficiency using the solid electrolyte. do.
도 8은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 시간의 경과에 따른, Jsc, Voc, FF(Fill Factor) 및 효율(η)의 변화를 나타내는 도면이다. 이때, 온도는 60 ℃로 유지하였고, 전해질(150)은 PMMI/EMINCS(13:7) 내에 0.2 M I2, 0.5 M NMBI 및 0.1 M GuNCS가 포함되어 있는 용매가 제거된 이온성 액체 전해질을 사용하였다.8 is a view showing the change of J sc , V oc , Fill Factor (FF) and efficiency (η) over time when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells. . At this time, the temperature was maintained at 60 ℃, the
도 8에 도시된 바와 같이, JK-112와 JK-113를 염료로 이용하는 염료감응 태양전지는 1000 시간이 경과하더라도 Jsc, Voc, Fill Factor 및 효율 값이 거의 일정하여, 열적 안정성이 매우 우수함을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, dye-sensitized solar cells using JK-112 and JK-113 as dyes have almost constant J sc , V oc , Fill Factor and efficiency values even after 1000 hours, and thus have excellent thermal stability. It can be seen.
도 9는 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 외부광 이 조사될 때의 임피던스 변화를 나타내는 도면이고, 도 10은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 외부광이 조사되지 않을 때의 임피던스 변화를 나타내는 도면이다.9 is a view showing the impedance change when the external light is irradiated when JK-112 and JK-113 is used as a dye of the dye-sensitized solar cell, Figure 10 is a dye-sensitized embodiment of JK-112 and JK-113 When used as a dye of a battery, it is a figure which shows the impedance change, when external light is not irradiated.
도 9에 도시된 바와 같이, 외부광이 조사되는 경우에는 10 Ω 정도의 작은 임피던스 값을 가져 전류의 흐름이 원활하게 되고, 도 10에 도시된 바와 같이, 외부광이 조사되지 않을 때는 50 Ω 이상의 큰 임피던스 값을 가져 방전이 잘 되지 않게 되어, 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, when the external light is irradiated, the current flows smoothly by having a small impedance value of about 10 Ω, and as shown in FIG. 10, when the external light is not irradiated, 50 Ω or more It can be seen that it has a large impedance value, which makes it difficult to discharge and exhibits excellent characteristics.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
도 1은 본 발명에 이용되는 화학식 29의 화합물의 제조방법을 간략하게 나타내는 도면이다.1 is a view briefly showing a method for preparing a compound of formula 29 used in the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 제조방법의 실시예로, JK-112의 제조방법을 간략하게 나타내는 도면이다.2 is an embodiment of a method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, which is a diagram briefly showing a method for preparing JK-112.
도 3은 본 발명에 따른 티에노티오펜-비닐렌-티에노티오펜을 함유하는 화합물 제조방법의 실시예로, JK-113의 제조방법을 간략하게 나타내는 도면이다.3 is an embodiment of a method for preparing a compound containing thienothiophene-vinylene-thienothiophene according to the present invention, which is a view briefly showing a method for producing JK-113.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 5는 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 파장에 따른 흡수계수를 나타내는 도면이다.5 is a view showing absorption coefficients according to wavelengths when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 6은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 파장에 따른 IPCE(incident photon-to-current conversion efficiency)를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) according to wavelengths when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 7은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 전압에 따른 전류밀도를 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing current density according to voltage when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells.
도 8은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 시간의 경과에 따른, Jsc, Voc, FF(Fill Factor) 및 효율(η)의 변화를 나타내는 도면이다.8 is a view showing the change of J sc , V oc , Fill Factor (FF) and efficiency (η) over time when JK-112 and JK-113 are used as dyes in dye-sensitized solar cells. .
도 9는 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 외부광 이 조사될 때의 임피던스 변화를 나타내는 도면이다.9 is a view showing the impedance change when the external light is irradiated when JK-112 and JK-113 is used as a dye of the dye-sensitized solar cell.
도 10은 JK-112와 JK-113이 염료감응 태양전지의 염료로 이용된 경우, 외부광이 조사되지 않을 때의 임피던스 변화를 나타내는 도면이다.10 is a view showing the change in impedance when no external light is irradiated when JK-112 and JK-113 are used as a dye of the dye-sensitized solar cell.
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