새로운 금속-비피리딘계 착물의 합성 및 광전자 특성

Abstract

자기조립현상을 유도하는 양쪽친매성 그룹에 벤젠고리를 도입한 새로운 비피리딘계 리간드 (4,4'-substituted new bipyridine ligand) L4와 (5,5'-substituted new bipyridine ligand) L5를 합성하였다. 합성된 L4와 L5를 이용하여 새로운 이종리간드성 착물 (4,4'-substituted new heteroleptic complex) HC4와 (5,5'-substituted new heteroleptic complex) HC5를 제조한 결과, 비피리딘에 결합된 전자끌기 친수성 작용기인 아미드결합으로 인하여 이들 금속 착물의 MLCT (Metal-to-Ligand Charge Transfer) 흡수파장이 장파장으로 이동함을 확인하였다. 또한 4,4' 위치에 치환된 HC4가 5,5' 위치에 치환된 HC5보다 더욱 우수한 형광방출을 보임을 확인하였다. 새롭게 합성된 전자끌기 비피리딘계 리간드를 이용하여 적색영역 빛을 흡수할 수 있는 염료감응형 태양전지 (Dye-Sensitized Solar Cell : DSSC)용 염료인 (4,4'-substituted new dye) ND4와 (5,5'-substituted new dye) ND5를 One-Pot 합성반응을 통하여 합성하였다. 제조된 새로운 염료들의 UV-Vis 스펙트럼에 의해 광학적 특성을 비교한 결과, 예상한대로 MLCT영역에서 가시광선에 대한 흡수가 N719 염료에 비해 장파장 영역으로 이동함을 확인하였다. Cyclic voltammetry를 이용하여 이들 염료들의 에너지 준위를 조사한 결과 MLCT흡수파장이 장파장으로 이동한 것은 합성된 새로운 염료들의 LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 낮아졌기 때문이다. 새로운 염료 ND4와 ND5의 DSSC에 대한 에너지 전환효율을 세 가지 조건에서 측정하였다. 그 결과 ND4 염료의 경우 2.01-2.81% 사이의 비교적 높은 전환효율을 보였다. 그러나 ND5 염료는 가시광선 영역에 대한 낮은 흡수율과 IPCE (Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)로 인하여 전환효율이 0.37-0.42% 사이로 ND4 염료보다 훨씬 낮았다.