KR101938272B1 - 신규한 퀴나크리돈 유도체, 이를 포함하는 광활성층 및 광전 변환 소자 - Google Patents

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Abstract

화학식 1로 표시되는 신규한 퀴나크리돈 유도체, 이를 포함하는 광활성층, 그리고 상기 광활성층을 포함하는 광전 변환 소자를 제공한다.

Description

신규한 퀴나크리돈 유도체, 이를 포함하는 광활성층 및 광전 변환 소자{NOVEL QUINACRIDONE DERIVATIVE, AND PHOTOACTIVE LAYER AND PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE INCLUDING SAME}
신규한 퀴나크리돈 유도체, 이를 포함하는 광활성층 및 광전 변환 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 광전 변환 소자는 광전 효과(photoelectric effect)를 이용하여 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자를 말한다. 이러한 광전 변환 소자는 자동차용 센서나 가정용 센서 등과 같은 각종 광센서, 태양전지, 광다이오드 등에 널리 활용되고 있다.
이에 광전 변환 소자의 광전 변환 효율을 개선하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
일 구현예는 특정한 파장 범위의 빛을 선택적으로, 그리고 효율적으로 흡수할 수 있으며, 열적 안정성 및 흡광 성능이 우수한 신규 퀴나크리돈 유도체를 제공한다.
다른 일 구현예는 상기 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 제공한다.
또 다른 일 구현예는 상기 광활성층을 포함하는 광전 변환 소자를 제공한다.
일 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 신규한 퀴나크리돈 유도체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112011066646093-pat00001
상기 화학식 1에서,
T1 내지 T4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 시아노기(CN), 할로겐, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, 구체적으로는 시아노기(CN) 또는 할로겐일 수 있다.
X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 산소(O), 황(S) 또는 C(CN)2이고, 구체적으로는 산소(O) 또는 황(S)일 수 있다.
R1 내지 R10은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 시아노기(CN), 할로겐, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, 구체적으로는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 시아노기(CN) 또는 할로겐일 수 있다.
w1 및 w2는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, 구체적으로는 0 또는 1의 정수일 수 있다.
k1 및 k2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 구체적으로는 1 또는 2의 정수일 수 있다.
n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다.
m1은 1 내지 5의 정수이고, 구체적으로는 1 내지 3의 정수일 수 있다.
R11 및 R12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기이고, 구체적으로는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기일 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure 112011066646093-pat00002
[화학식 2-2]
Figure 112011066646093-pat00003
[화학식 2-3]
Figure 112011066646093-pat00004
[화학식 2-4]
Figure 112011066646093-pat00005
[화학식 2-5]
Figure 112011066646093-pat00006
[화학식 2-6]
Figure 112011066646093-pat00007
[화학식 2-7]
Figure 112011066646093-pat00008
[화학식 2-8]
Figure 112011066646093-pat00009
[화학식 2-9]
Figure 112011066646093-pat00010
[화학식 2-10]
Figure 112011066646093-pat00011
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 -2.0 eV 내지 약 -5.0 eV의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 레벨을 가질 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 1.5 eV 내지 약 3.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 400 nm 내지 약 700 nm 파장 범위의 빛을 흡수할 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체의 최대 흡수 파장은 약 500 nm 내지 약 600 nm일 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 5.0 ⅹ 102 cm-1·M-1 내지 약 1.0 ⅹ 106 cm-1·M-1의 최대 몰 흡광 계수를 가질 수 있다.
다른 일 구현예는 상기 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 제공한다.
또 다른 일 구현예에 따른 광전 변환 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격되어 있고 상기 제1 전극과 대향하여 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하고 상기 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 포함한다.
상기 광활성층은 p층, i층, n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체가 p형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 낮은 물질이 n형 물질로 사용되고, 상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 n형 물질은 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함될 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체가 n형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 높은 물질이 p형 물질로 사용되고, 상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 p형 물질은 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함될 수 있다.
상기 광전 변환 소자는 광다이오드(photodiode), 태양 전지(solar cell 또는 photovoltaic cell), 촬상 소자(image sensing device), 광검출기(photodetector), 광센서(photosensor) 또는 유기발광다이오드 (OLED)일 수 있다.
특정한 파장 범위의 빛을 선택적으로, 그리고 효율적으로 흡수할 수 있으며, 열적 안정성 및 흡광 성능이 우수한 신규 퀴나크리돈 유도체를 제공할 수 있다. 또한, 상기 신규한 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층 및 광전 변환 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 변환 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체에 대한 1H NMR 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체에 대한 13C NMR 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 퀴나크리돈 유도체에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환" 내지 "치환된"이란, 본 발명의 작용기 중의 하나 이상의 수소가 할로겐(F, Br, Cl 또는 I), 하이드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기(NH2, NH(R200) 또는 N(R201)(R202)이고, 여기서 R200, R201　및 R202는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 C1 내지 C10 알킬기임), 아미디노기, 하이드라진기, 하이드라존기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬기"란 C1 내지 C30 알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10　알킬기를 의미하고, "사이클로알킬기"란 C3 내지 C30 사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C20　사이클로알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C3 내지 C10　사이클로알킬기를 의미하고, "알케닐기"란 C2 내지 C30 알케닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 알케닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10　알케닐기를 의미하고, "알키닐기"란 C2 내지 C30 알키닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 알키닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10　알키닐기를 의미하고, "알콕시기"란 C1 내지 C30 알콕시기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알콕시기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알콕시기를 의미하고, "아릴기"란 C6 내지 C30 아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C6 내지 C15 아릴기를 의미하고, "헤테로아릴기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로아릴기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C15 헤테로아릴기를 의미하고, "헤테로사이클로알킬기"란 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C15 헤테로사이클로알킬기를 의미하며, "할로겐"이란 F, Cl, Br 또는 I를 의미한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "헤테로사이클로알킬기" 및 "헤테로아릴기"는 각각 독립적으로 N, O, S, Si 또는 P의 헤테로 원자를 하나의 고리 내에 1개 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 사이클로알킬기 및 아릴기를 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 일반적으로는 혼합 또는 공중합을 의미한다. 　여기서, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합 또는 그래프트 공중합을 의미하고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 그래프트 공중합체를 의미한다.
또한 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "i층"은 p형 물질과 n형 물질이 혼합되어 PN 정션(PN junction)을 형성하는 층으로서, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후, 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하는 층을 의미한다. 이때, 상기 p형 물질은 p층을 구성하는 물질과 동일하거나, 또는 상이할 수 있으며, 상기 n형 물질은 n층을 구성하는 물질과 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. "p층"은 p형 물질을 포함하는 층으로서, i층에서 생성된 엑시톤으로부터 분리된 정공이 전달되는 층을 의미한다. "n층"은 n형 물질을 포함하는 층으로서, i층에서 생성된 엑시톤으로부터 분리된 전자가 전달되는 층을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 기판 등의 부분이 다른 구성요소 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
일 구현예에 따르면 하기 화학식 1로 표시되는 신규한 퀴나크리돈 유도체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112011066646093-pat00012
상기 화학식 1에서,
T1 내지 T4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 시아노기(CN), 할로겐, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, 구체적으로는 시아노기(CN) 또는 할로겐일 수 있고, 더욱 구체적으로는 시아노기(CN)일 수 있다.
X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 산소(O), 황(S) 또는 C(CN)2이고, 구체적으로는 산소(O) 또는 황(S)일 수 있고, 더욱 구체적으로는 산소(O)일 수 있다.
R1 내지 R10은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 시아노기(CN), 할로겐, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, 구체적으로는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 시아노기(CN) 또는 할로겐일 수 있고, 더욱 구체적으로는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기, 또는 시아노기(CN)일 수 있다.
w1 및 w2는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, 구체적으로는 0 또는 1의 정수일 수 있고, 더욱 구체적으로는 0일 수 있다.
k1 및 k2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 구체적으로는 1 또는 2의 정수일 수 있고, 더욱 구체적으로는 1일 수 있다.
n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다.
m1은 1 내지 5의 정수이고, 구체적으로는 1 내지 3의 정수일 수 있고, 더욱 구체적으로는 1 또는 2일 수 있다.
R11 및 R12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기이고, 구체적으로는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기일 수 있고, 더욱 구체적으로는 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체는 주쇄의 양쪽 말단에 위치하는 전자 수용성 작용기(electron accepting functional group)를 포함하고 있고, 주쇄의 중심부에 전자 공여성 작용기(electron donating functional group)를 포함하고 있다. 이와 같이 상기 퀴나크리돈 유도체는 분자 내에 전자 수용성 작용기와 전자 공여성 작용기를 모두 포함하고 있어 광전이 쌍극자 모멘트(photo-transition dipole moment)를 증가시킬 수 있고, 이로 인해 큰 흡광 계수를 가질 수 있다.
또한 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체는 주쇄의 양쪽 말단에 위치하는 전자 수용성 작용기가 상기 퀴나크리돈 유도체의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 레벨 및 HOMO(highest occupied molecular orbital) 레벨을 낮추고, 즉 전자볼트(electron volt, eV)의 절대값을 크게 하고, 밴드갭을 줄일 수 있다. 이로써, 상기 퀴나크리돈 유도체는 가시광선 영역의 빛, 구체적으로는 약 400 nm 내지 약 700 nm의 빛, 더욱 구체적으로는 약 500 nm 내지 약 600 nm의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있고, 높은 외부양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
구체적으로는 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 2-1]
Figure 112011066646093-pat00013
[화학식 2-2]
Figure 112011066646093-pat00014
[화학식 2-3]
Figure 112011066646093-pat00015
[화학식 2-4]
Figure 112011066646093-pat00016
[화학식 2-5]
Figure 112011066646093-pat00017
[화학식 2-6]
Figure 112011066646093-pat00018
[화학식 2-7]
Figure 112011066646093-pat00019
[화학식 2-8]
Figure 112011066646093-pat00020
[화학식 2-9]
Figure 112011066646093-pat00021
[화학식 2-10]
Figure 112011066646093-pat00022
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 -2.0 eV 내지 약 -5.0 eV의 LUMO 레벨을 가질 수 있다. 상기 퀴나크리돈 유도체가 상기 범위 내의 LUMO 레벨을 가지는 경우, 높은 외부양자효율(EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있고, p층, i층, n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 퀴나크리돈 유도체는 약 -3.0 eV 내지 약 -4.6 eV, 더욱 구체적으로는 약 -3.4 eV 내지 약 -4.6 eV의 LUMO 레벨을 가질 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 1.5 eV 내지 약 3.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 퀴나크리돈 유도체가 상기 범위 내의 밴드갭을 가지는 경우 가시광선 영역의 빛, 구체적으로는 약 400 nm 내지 약 700 nm의 빛, 더욱 구체적으로는 약 500 nm 내지 약 600 nm의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있으며, 가시광선 영역 중 녹색(green) 영역의 빛에 대하여 선택적 광전 변환 특성을 얻을 수 있다. 구체적으로는 상기 퀴나크리돈 유도체는 약 1.7 eV 내지 약 3.1 eV, 더욱 구체적으로는 약 2.0 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 400 nm 내지 약 700 nm 파장 범위의 빛을 흡수할 수 있고, 상기 퀴나크리돈 유도체의 최대 흡수 파장은 약 500 nm 내지 약 600 nm일 수 있다. 이로써, 상기 퀴나크리돈 유도체는 가시광선 영역 중 특정 파장 범위의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있어 흡수 파장의 선택성 및 광전 변환의 선택성, 구체적으로는 특정 파장 범위의 빛에 대한 선택적 광전 변환 특성을 가질 수 있고, 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
상기 퀴나크리돈 유도체는 약 5.0 ⅹ 102 cm-1·M-1 내지 약 1.0 ⅹ 106 cm-1·M-1의 최대 몰 흡광 계수(maximum molar absorption coefficient)를 가질 수 있다. 이로써, 상기 퀴나크리돈 유도체는 특정 파장 범위의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있어 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 퀴나크리돈 유도체는 약 1.0 ⅹ 104 cm-1·M-1 내지 약 1.0 ⅹ 106 cm-1·M-1, 더욱 구체적으로는 약 4.0 ⅹ 104 cm-1·M-1 내지 약 1.0 ⅹ 105 cm-1·M-1의 최대 몰 흡광 계수를 가질 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 광활성층은 상기 퀴나크리돈 유도체를 포함한다.
또 다른 일 구현예에 따른 광전 변환 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격되어 있고 상기 제1 전극과 대향하여 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하고 상기 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 포함한다.
이하 도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 광활성층 및 광전 변환 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 변환 소자의 개략적인 단면도이다.
이하에서는 설명의 편의상 상기 광활성층(130) 중 빛을 받는 면을 전면(front side)이라 하고, 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.
도 1을 참조하면, 일 구현예에 따른 광전 변환 소자(100)는 소정 간격으로 이격되어 서로 대향하여 위치하는 전면 전극(150)과 후면 전극(110), 그리고 상기 전면 전극(150)과 후면 전극(110) 사이에 위치하는 광활성층(130)을 포함한다.
상기 후면 전극(110)은 금속 또는 투명한 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 금속은 Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag, Cr, Li 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으며, 상기 투명한 도전성 물질은 ITO(indium tin oxide), 인듐 도핑된 산화아연(indium doped ZnO, IZO), 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum doped ZnO, AZO), 갈륨 도핑된 산화아연(gallium doped ZnO, GZO), 산화주석(SnO2), ZnO 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 후면 전극(110)이 금속을 포함하여 형성되는 경우, 약 20 nm 이하의 반투명(semitransparent) 전극으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전면 전극(150)은 투명한 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이하에서 달리 설명하지 않는 한, 투명한 도전성 물질에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 전면 전극(150)의 일함수는 상기 후면 전극(110)의 일함수 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전면 전극(150)의 일함수가 상기 후면 전극(110)의 일함수 이상인 경우, 광활성층(130)에서 형성된 엑시톤으로부터 분리된 전자는 상기 후면 전극(110)으로 수집될 수 있으며, 상기 엑시톤으로부터 분리된 정공은 상기 전면 전극(150)으로 수집될 수 있다.
상기 광활성층(130)은 광전 효과를 이용하여 빛을 전기적인 신호로 변환시키는 역할을 하며, 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체를 포함할 수 있다.
상기 광활성층(130)은 광전 효과를 이용하여 빛을 전기적인 신호로 변환시킬 수 있기만 하면, p층, i층, n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
상기 p층은 상기 전면 전극(150)과 인접하는 위치에 형성될 수 있고, 상기 n층은 상기 후면 전극(110)에 인접하는 위치에 형성될 수 있고, 상기 i층은 상기 p층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나와 인접하는 위치에 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 p층과 상기 n층이 형성되지 않는 경우, 상기 i층은 상기 전면 전극(150) 및 상기 후면 전극(110)에 인접하는 위치에 형성될 수 있다.
이때, 상기 퀴나크리돈 유도체는 p층, i층, n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 퀴나크리돈 유도체가 p형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 낮은, 즉 전자볼트(eV)의 절대값이 큰 물질이 n형 물질로 사용될 수 있다. 이때, 상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 n형 물질은 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되어, 광활성층(130)을 형성할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 퀴나크리돈 유도체가 n형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 높은, 즉 전자볼트(eV)의 절대값이 작은 물질이 p형 물질로 사용될 수 있다. 이때, 상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 p형 물질은 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되어, 광활성층(130)을 형성할 수 있다.
상기 i층은 벌크 헤테로정션(bulk heterojunction, BHJ), 유무기 하이브리드 층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 벌크 헤테로정션은 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 펜타센, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 트리아릴아민(triarylamine), 벤지딘(bezidine), 피라졸린(pyrazoline), 스티릴아민(styrylamine), 히드라존(hydrazone), 카바졸(carbazole), 티오펜(thiophene), 피롤(pyrrole), 페난트렌(phenanthrene), 테트라센(tetracence), 나프탈렌(naphthalene), 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등), 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM, 페릴렌(perylene), 이들의 유도체 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 2개를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 벌크 헤테로정션을 형성할 때 에너지 레벨이 서로 상이한 물질을 사용하는 경우, LUMO 레벨이 상대적으로 낮은 물질이 n형 물질로 사용되고, LUMO 레벨이 상대적으로 높은 물질이 p형 물질로 사용될 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 층은 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 펜타센, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 트리아릴아민(triarylamine), 벤지딘(bezidine), 피라졸린(pyrazoline), 스티릴아민(styrylamine), 히드라존(hydrazone), 카바졸(carbazole), 티오펜(thiophene), 피롤(pyrrole), 페난트렌(phenanthrene), 테트라센(tetracence), 나프탈렌(naphthalene), 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등), 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM, 페릴렌(perylene), 이들의 유도체 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 유기물; 그리고 CdS, CdTe, CdSe, ZnO 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 무기 반도체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유무기 하이브리드 층을 형성할 때 에너지 레벨이 서로 상이한 물질을 사용하는 경우, LUMO 레벨이 상대적으로 낮은 물질이 n형 물질로 사용되고, LUMO 레벨이 상대적으로 높은 물질이 p형 물질로 사용될 수 있다.
상기 i층이 p층, n층 및 이들의 조합과 함께 광활성층을 구성하는 경우, 상기 i층에 사용되는 p형 물질로 p층에 사용되는 물질을 선택하여 사용할 수 있고, 상기 i층에 사용되는 n형 물질로 n층에 사용되는 물질을 선택하여 사용할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 i층에 사용되는 p형 물질은 상기 p층에 사용되는 p형 물질과 상이할 수 있고, 상기 i층에 사용되는 n형 물질은 상기 n층에 사용되는 n형 물질과 상이할 수 있다.
예를 들어, 상기 i층에 사용되는 p형 물질로 p층에 사용되는 물질을 선택하여 사용하고, 상기 i층에 사용되는 n형 물질로 n층에 사용되는 물질을 선택하여 사용하는 경우, p층과 i층의 계면 저항이 낮아지고, 정공의 전달 속도가 빨라져 광전 변환 효율이 개선될 수 있다. 또한, i층과 n층의 계면 저항이 낮아지고, 전자의 전달 속도가 빨라져 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
상기 p층 및 상기 n층에 포함되는 광활성 물질로는 각각 상기 화학식 1로 표시되는 퀴나크리돈 유도체, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 펜타센, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 트리아릴아민(triarylamine), 벤지딘(bezidine), 피라졸린(pyrazoline), 스티릴아민(styrylamine), 히드라존(hydrazone), 카바졸(carbazole), 티오펜(thiophene), 피롤(pyrrole), 페난트렌(phenanthrene), 테트라센(tetracence), 나프탈렌(naphthalene), 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등), 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM, 페릴렌(perylene), CdS, CdTe, CdSe, ZnO, 이들의 유도체 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광활성층에 p층과 n층이 모두 포함되는 경우, 상기 광활성 물질에서 선택되는 물질들 중 LUMO 레벨이 상대적으로 낮은 물질이 n층을 형성하는데 사용되고, LUMO 레벨이 상대적으로 높은 물질이 p층을 형성하는데 사용될 수 있다.
상기 광활성층(130)은 약 10 nm 내지 약 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 광활성층(130)의 두께가 상기 범위 내인 경우, 전기로 변환하고자 하는 빛을 효과적으로 흡수할 수 있고, 전자와 정공을 용이하게 분리할 수 있으며, 분리된 전자와 정공을 용이하게 전달할 수 있어 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 광활성층(130)은 약 10 nm 내지 약 100 nm, 더욱 구체적으로는 약 10 nm 내지 약 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 1에서 도시하지는 않았지만, 상기 후면 전극(110)과 상기 광활성층(130) 사이에는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL), 정공 차단층(hole blocking layer, HBL) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나가 형성되어 있을 수도 있고, 상기 전면 전극(150)과 상기 광활성층(130) 사이에는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자 차단층(electron blocking layer, EBL) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나가 형성되어 있을 수도 있다.
상기 전자 수송층(ETL)은 전자의 수송을 용이하게 하는 역할을 수행할 수 있고, 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(bathocuproine, BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 차단층(HBL)은 정공의 이동을 저지하는 역할을 수행하는 동시에 전기적인 단락(short)을 막기 위한 보호막 역할을 수행할 수 있고, 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층(HTL)은 정공의 수송을 용이하게 하는 역할을 수행할 수 있고, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 차단층(EBL)은 전자의 이동을 저지하는 역할을 수행할 수 있고, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 포함하는 광전 변환 소자는 광다이오드(photodiode), 태양 전지(solar cell 또는 photovoltaic cell), 촬상 소자(image sensing device), 광검출기(photodetector), 광센서(photosensor) 또는 유기발광다이오드(OLED)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하에서 본 발명을 실시예　및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1: 퀴나크리돈 유도체의 제조
하기 반응식 1로 표시되는 바에 따라 퀴나크리돈 유도체를 제조한다.
[반응식 1]
Figure 112011066646093-pat00023
<제1 단계: N,N′-디메틸퀴나크리돈(N,N′-dimethylquinacridone)의 합성>
100 ml 둥근바닥 플라스크(round-bottom flask)에 톨루엔(toluene) 30 ml를 넣고, 퀴나크리돈(quinacridone) 1 mmol 및 테트라부틸암모늄 아이오다이드(tetrabutylammonium iodide) 4 mmol을 넣어 용해시킨다. 격렬하게 교반하면서, 여기에 50% NaOH 1 ml 및 1-아이오도메탄(1-iodomethane) 2.4 mmol을 천천히 첨가한다.
이어서, 상기 혼합물을 26시간 동안 환류 하에서 가열한다. 물 10 ml을 사용하여 반응을 종료시키고, 여과한다.
여과에 의해 유기층을 분리하고, 용매를 감압 하에서 제거한다.
이어서, 여과 생성물(crude product)를 디클로로메탄(dichloromethane)에 녹여 컬럼 크로마토그래피(column chromatography)로 정제하여, 적색 고체인 N,N′-디메틸퀴나크리돈을 얻는다. 이때, 수율은 25%이다.
1H NMR (600 MHz, CDCl3) Calcd.: δH 7.56 (d, 2H), 7.42 (m, 2H), 6.87 (m, 2H), 6.70 (d, 2H), 6.69 (s, 2H), 3.20 (s, 6H)
MS: m/z 340.12 (100.0%), 341.12 (24.5%), 342.13 (3.2%)
화학식: C22H16N2O2.
Anal. Calcd.: C, 77.63; H, 4.74; N, 8.23; O, 9.40
<제2 단계: N,N′-디메틸-2,9-디포르밀퀴나크리돈(N,N′-dimethyl-2,9-diformylquinacridone)의 합성>
교반된 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF) 4 mmol에 0℃에서 포스포러스 옥시클로라이드(phosphorus oxychloride) 2 mmol을 한방울씩 첨가한다. 이어서, 상기 혼합물을 0℃에서 1시간 동안 교반하고, 상온에서 1시간 동안 더 교반한다.
이어서, 여기에 디클로로에탄(dichloroethane)에 용해된 N,N′-디메틸퀴나크리돈 1 mmol을 첨가하고, 90℃에서 2시간 동안 교반한다.
이어서, 냉각하고 상기 용액을 차가운 물에 부은 후, 2 N NaOH 수용액을 사용하여 pH 7로 중화하고 디클로로메탄으로 추출한다.
이어서, 추출물을 다량의 식염수(brine)로 세척하고, 용매를 감압 하에서 제거한다.
이어서, 잔류물은 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(silica gel column chromatography, dichloromethane/n-hexane = 5/1(부피비))로 정제하여, N,N′-디메틸-2,9-디포르밀퀴나크리돈을 얻는다. 이때, 수율은 53%이다.
1H NMR (600 MHz, CDCl3) Calcd.: δH 9.88 (s, 2H), 7.37 (s, 2H), 7.29 (d, 2H), 6.89 (d, 2H), 6.69 (s, 2H), 3.20 (s, 6H)
MS: m/z 396.11 (100.0%), 397.11 (26.7%), 398.12 (4.1%)
화학식: C24H16N2O4.
Anal. Calcd.: C, 72.72; H, 4.07; N, 7.07; O, 16.14
<제3 단계: N,N′-디메틸-2,9-비스(디시아노에테닐)퀴나크리돈(N,N′-dimethyl-2,9-bis(dicyanoethenyl)quinacridone)의 합성>
에탄올 10 ml에 N,N′-디메틸-2,9-디포르밀퀴나크리돈 1 mmol과 말로노니트릴(malononitrile) 2 mmol의 혼합물을 넣고, 촉매로서 Ni-나노입자(Ni-nanoparticle, 입자 직경 15 nm 내지 20 nm, 10 mol%)를 첨가한다.
이어서, 상온에서 30분 동안 교반하고, 디클로로메탄 10 ml로 희석한 후, 물로 3번 세척하고 식염수(brine)로 세척한다.
유기 층을 무수 소듐 설페이트(anhydrous sodium sulfate, Na2SO4) 하에서 건조하고, 용매를 감압 하에서 회전 증발기(rotary evaporator)를 사용하여 제거한다.
에틸 아세테이트(ethyl acetate)로 재결정하여 적색 결정성 파우더인 하기 화학식 2-1로 표시되는 N,N′-디메틸-2,9-비스(디시아노에테닐)퀴나크리돈을 얻는다. 이때, 수율은 93%이다.
1H NMR (600 MHz, CDCl3) Calcd.: δH 7.87 (d, 2H), 7.79 (s, 2H), 6.86 (s, 2H), 6.65 (d, 2H), 6.69 (s, 2H), 3.20 (s, 6H)
MS: m/z 492.13 (100.0%), 493.14 (32.7%), 494.14 (5.6%), 493.13 (2.2%)
화학식: C30H16N6O2.
Anal. Calcd.: C, 73.16; H, 3.27; N, 17.06; O, 6.50
[화학식 2-1]
Figure 112011066646093-pat00024
비교예 1: 퀴나크리돈 유도체
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 퀴나크리돈 유도체로 사용한다.
[화학식 3]
Figure 112011066646093-pat00025
시험예 1: NMR 측정
실시예 1의 퀴나크리돈 유도체에 대하여 1H NMR 및 13C NMR 분석을 하였고, 그 결과를 각각 도 2 및 도 3에 나타낸다.
도 2에 나타난 바에 의하면, 하기 화학식 4에 나타낸 피크들을 확인할 수 있어, 상기 실시예 1에서 합성한 퀴나크리돈 유도체는 상기 반응식 1에 따른 결과물임을 확인할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011066646093-pat00026
또한, 도 3에 나타난 바에 의하면, 하기 화학식 5에 나타낸 피크들을 확인할 수 있어, 상기 실시예 1에서 합성한 퀴나크리돈 유도체는 상기 반응식 1에 따른 결과물임을 확인할 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011066646093-pat00027
시험예 2: 밴드갭 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1의 퀴나크리돈 유도체 각각에 대하여, 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)으로 HOMO 레벨, LUMO 레벨 및 밴드갭을 측정한다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
HOMO(eV) LUMO(eV) 밴드갭(eV)
실시예 1 -6.16 -3.17 2.99
비교예 1 -5.25 -2.13 3.12
상기 표 1에 나타난 바에 의하면, 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체는 비교예 1의 퀴나크리돈 유도체보다 작은 밴드갭을 가짐을 확인할 수 있다.
시험예 3: 광흡수 특성 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1의 퀴나크리돈 유도체를 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 녹인 후, 유리판 위에 떨어뜨린다. 이어서, 건조하여 용매를 제거함으로써 필름(film)을 얻는다. 상기 얻어진 필름 각각의 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 Varian 사의 Cary 5000 UV spectroscopy 장비를 사용하여 얻는다.
그 결과를 도 4에 나타낸다.
도 4에 나타난 바에 의하면, 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체의 최대 흡수 파장은 약 520 nm 및 약 580 nm이고, 최대 몰 흡광 계수는 약 1.0 ⅹ 105 cm-1·M-1임을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체는 약 450 nm 내지 약 650 nm의 파장 영역의 빛을 충분히 흡수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1의 퀴나크리돈 유도체의 최대 몰 흡광 계수는 약 1.0 ⅹ 104 cm-1·M-1이며, 약 500 nm 내지 약 600 nm의 파장 영역의 빛을 일부분만 흡수함을 확인할 수 있다.
결과적으로 상기 실시예 1의 퀴나크리돈 유도체는 작은 밴드갭을 가지며, 또한 우수한 광흡수 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 광전 변환 소자, 110: 후면 전극,
130: 광활성층, 150: 전면 전극

Claims (14)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격되어 있고 상기 제1 전극과 대향하여 위치하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하고 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광활성층을 포함하되,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 하기 화학식 1로 표시되며, 최대 흡수 파장이 500 nm 내지 600 nm인 광전 변환 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112018054383411-pat00028

    상기 화학식 1에서,
    T1 내지 T4는 각각 시아노기(CN)이고,
    X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 산소(O), 황(S) 또는 C(CN)2이고,
    R1 내지 R10은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 시아노기(CN), 할로겐, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
    w1 및 w2는 각각 0 이고,
    k1 및 k2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
    m1은 1 내지 5의 정수이고,
    R11 및 R12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    T1 내지 T4는 각각 시아노기(CN)이고,
    X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 산소(O) 또는 황(S)이고,
    R1 내지 R10은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 시아노기(CN) 또는 할로겐이고,
    w1 및 w2는 각각 0 이고,
    k1 및 k2는 각각 독립적으로 1 또는 2의 정수이고,
    n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
    m1은 1 내지 3의 정수이고,
    R11 및 R12는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기인, 광전 변환 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 하기 화학식 2-1 내지 2-8 및 2-10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 것인 광전 변환 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure 112018054383411-pat00029

    [화학식 2-2]
    Figure 112018054383411-pat00030

    [화학식 2-3]
    Figure 112018054383411-pat00031

    [화학식 2-4]
    Figure 112018054383411-pat00032

    [화학식 2-5]
    Figure 112018054383411-pat00033

    [화학식 2-6]
    Figure 112018054383411-pat00034

    [화학식 2-7]
    Figure 112018054383411-pat00035

    [화학식 2-8]
    Figure 112018054383411-pat00036

    [화학식 2-10]
    Figure 112018054383411-pat00038
    .
  4. 제1항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 -2.0 eV 내지 -5.0 eV의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 레벨을 가지는 것인 광전 변환 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 1.5 eV 내지 3.5 eV의 밴드갭을 가지는 것인 광전 변환 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 400 nm 내지 700 nm 파장 범위의 빛을 흡수하는 것인 광전 변환 소자.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 5.0 ⅹ 102 cm-1·M-1 내지 1.0 ⅹ 106 cm-1·M-1의 최대 몰 흡광 계수(maximum molar absorption coefficient)를 가지는 것인 광전 변환 소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광활성층은 p층, i층, n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 것인 광전 변환 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체가 p형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 낮은 물질이 n형 물질로 사용되고,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 n형 물질은 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되는 것인 광전 변환 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 퀴나크리돈 유도체가 n형 물질로 사용되는 경우 상기 퀴나크리돈 유도체보다 LUMO 레벨이 높은 물질이 p형 물질로 사용되고,
    상기 퀴나크리돈 유도체는 상기 i층, 상기 n층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되고, 상기 p형 물질은 상기 p층, 상기 i층 및 이들의 조합에서 선택되는 하나에 포함되는 것인 광전 변환 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자는 광다이오드(photodiode), 태양 전지(solar cell), 촬상 소자(image sensing device), 광검출기(photodetector), 광센서(photosensor) 또는 유기발광다이오드(OLED)인 것인 광전 변환 소자.
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