광활성 화합물의 합성과 물성에 관한 연구 : 염료감응 태양전지, 유기전기발광물질, 전자주개-받개 물질 - 김종형 (The Graduate School, Ajou University, 2008)
Part I. 염료감응 태양전지용 고효율 염료의 합성과 특성에 관한 연구 염료감응 태양전지는 최근 약 11% 의 효율을 달성함에 따라 실리콘 태양전지를 대체 할 차세대 태양전지로 각광 받고 있다. 염료감응 태양전지의 실용화를 위해서는 광전 변환효율 및 화학적, 열적 안정성이 높은 고효율의 유기염료를 개발할 필요가 있다. 이 를 위해 광학적 성질이 우수한 쿠마린 (Coumarin) 구조체를 트리페닐아민 (triphenylamine) 구조체, 카바졸 (carbazole) 및 벤젠 (benzene) 구조체에 결합 시킨 목표 화합물 Dye 1~5 를 합성하였다. 더불어 합성한 화합물을 염료감응 태양전지 소자에 적 용하여 그 특성을 규명한 결과, 비교적 높은 변환효율을 기록하였다. 또한 페노티아진 (Phenotiazine) 구조체를 트리페닐아민 구조체에 결합 시킨 Dye 6, 7 및 쿠마린, 페노티아 진 구조체를 포함하는 루테늄계 화합물 Dye 8, 9 를 합성하였고, 소자에 적용한 결과, 비교적 높은 효율을 보였다. 그 밖에 나프탈렌 (Naphthalene) 함유 화합물 Dye 10~12, 프 탈로시아닌 (phthalocyanine), 서브프탈로시아닌 (subphthalocyanine) 을 포함하는 화합물 Dye 13~15 및 댄실 (dansyl) 기 함유 화합물 Dye 16 을 합성하였으며, 그 특성을 규명한 결과, 우수한 광학적 성질을 가졌다. 결과적으로 이러한 구조의 목표화합물은 염료감응 태양전지에 적용 시 우수한 광학적 성질을 가진 고효율 염료가 될 것으로 기대된다. Part Ⅱ. 헥사페닐벤젠, Troger base 를 기본으로 한 OLED 용 청색 발광 물질 및 정공수송 물질의 합성과 특성에 관한 연구 헥사페닐벤젠 (Hexaphenylbenzene) 계 화합물은 광학적 성질이 우수하며 높은 열안정 성을 가지는 동시에 필름을 잘 형성하는 것으로 알려져 있다. 이에 광학적 성질이 우수 한 카바졸, 안트라센 (Anthracene) 및 파이렌 (pyrene) 구조체를 각각 헥사페닐벤젠 구조 체에 이중결합을 통해 연결한 목표화합물 EL 1~5 를 합성하였다. 목표화합물의 광학적 특성을 측정한 결과, 청색 영역에서 강한 발광을 기록하였다. 이러한 구조를 가진 목표 화합물은 높은 열적 안정성을 가지며 광학적 성질이 우수한 청색 발광 물질로의 사용 이 예상된다. 또한 적색 발광 물질로 사용키 위해 광학적 성질이 우수한 쿠마린 구조체 를 벤젠의 3방향으로 결합시킨 목표화합물 EL 6 을 합성하였고, 그 특성을 규명하였다. 한편 여러 개의 아민 (Amine) 을 가진 Troger base 구조체에 벤젠, 안트라센, 트리페닐아 민 등의 다양한 구조체를 결합시킨 목표화합물 EL 7~11 을 합성하였다. 각각의 목표화 합물의 광학적 특성을 조사한 결과, 청색 발광물질 또는 정공수송 물질로의 사용이 기 대된다. Part Ⅲ. 플러렌 및 서브프탈로시아닌 (전자받개) 에 다양한 형태의 전자주개를 결합시킨 새로운 광활성 화합물의 합성과 분자 내 전하이동 현상에 관한 연구 분자 내 전하이동 현상에 관한 연구를 수행하기 위해, 트리페닐아민을 전자주개로 플 러렌 (Fullerene) 을 전자받개로 한 목표화합물 1, 2 를 합성하였고, 광 물리적 특성 (Photopysical properties) 을 규명한 결과, 화합물 1 은 600 ns 의 매우 긴 전하분리 단계 를 가졌다. 한편, 서브프탈로시아닌 (Subphthalocyanine) 을 전자주개로 플러렌을 전자받 개로 하여 디아조벤젠 (diazobenzene) 을 통해 서로 연결시킨 목표화합물 3 의 광 물리 적 특성을 규명한 결과, 에너지이동 현상을 보였다. 프탈로시아닌 (Phtalocyanine) 을 전 자주개로 플러렌을 전자받개로 하여 디아조벤젠을 통해 서로 연결시킨 화합물 4 의 특 성을 측정한 결과, 프탈로시아닌에서 플러렌으로 전자이동 또는 에너지이동 현상이 있 을 것으로 기대된다. 서브프탈로시아닌을 전자받개로 덴드리머 (Dendrimer) 형태의 트리 페닐아민 및 카바졸을 전자주개로 한 목표화합물 5~9 를 합성하였으며, 광 물리적 특 성을 측정한 결과, 상당한 형광감소 (Fluorescence quenching) 를 보였다. 페로세노판 (Ferrocenophane) 을 전자주개로 플러렌 및 서브프탈로시아닌을 전자받개로 한 새로운 형태의 디아드 (Dyad) 화합물 10, 11 을 합성하였고 광 물리적 특성을 측정하였다.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :분자과학기술학과,2008. 8
Keywords: 광활성; 화합물; 합성; 물성; 염료감응; 태양전지; 유기전기발광물질; 전자주개