본 연구에서는 두 종류의 도너-억셉터 (D-A) 타입 고분자들을 Stille coupling 반응을 통하여 중합한 뒤, 이들 을 고분자 기반 유기 태양전지의 광활성 층으로 적용하였다. Benzodithiophene 전자 주게와 pyrazinoquinoxaline 전 자 받게를 활용하여 고분자들을 합성하였고, 전자 주게와 전자 받게가 직접 연결된 고분자를 PB-TMPQ 그리고 둘 사 이에 티오펜 π-bridge가 도입된 고분자를 PB-TTMPQ라 각각 명명하였다. 기본적인 화학 구조의 검증과 더불어, 고분 자들의 광학적 및 전기화학적 특성에 대한 분석 또한 실시하였다. 최종적으로 inverted-type 구조의 소자를 이용하여 고분자들의 광전지 특성들을 분석하였으며, PB-TMPQ와 PB-TTMPQ의 전력변환 효율은 각각 1.01%로 0.83%로 관측 되었다. 따라서, π-bridge의 도입이 pyrazinoquinoxaline 기반 고분자의 광전지 특성을 큰 영향을 미친다는 것이 확인 되었으며, 이러한 결과는 향후 pyrazinoquinoxaline 기반 고분자의 구조-물성 간 상관관계 연구에 활용될 수 있을 것 이다.

전자 주게-전자 받게 (D-A) 구조를 가지는 퀴녹살린 유도체들을 산 촉매하 탈수 반응과 Suzuki coupling 반응을 이용하여 합성하였다. 퀴녹살린을 중심으로 dimethylaminobenzene (DMAB)과 triphenylamine이 수평방향과 수직방향에 각각 위치한 QxN2TPA, 그리고 동일한 구조에 DMAB와 methoxy substituted triphenylamine이 조합된 QxN2TPAOME를 합성하였다. UV-visible 분광법 및 순환 전압 전류법을 이용하여, 합성된 유기 단분자들의 광학 및 전기화학적 특성 분석을 실시하였다. QxN2TPA, QxN2TPAOME의 최대 흡수 파장은 THF 용액에서 각각 308, 313 nm를 나타내었으며, HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 각각 QxN2TPA(-5.12, -2.98 eV), QxN2TPAOME(-5.01, -2.98 eV)를 나타내었다. 또한, 합성된 퀴녹살린 유도체들을 다양한 용매에 대하여 우수한 용매 의존 발색 효과를 나타내었는데, 이는 분자 내 전하 전달 과정을 통하여 생성된 큰 극성을 지니는 여기상태의 분자 에너지가 용매의 극성이 증가할수록 안정화되는 전자 주게 및 전자 받게 구조를 갖는 공액 물질의 특성에 기인한다.

전자 주게와 전자 받게 구조를 갖는 퀴녹살린 유도체 (TPAQ)를 순차적인 Heck 커플링 반응과 산 촉매 하 탈수 반응을 이용하여 합성하였다. 전자 주게 물질로는 triphenylamine 그룹이 사용되었으며, 3,3‘-diaminobenzidine을 활용하여 중앙에 위치한 전자 받게인 퀴녹살린 그룹을 중심으로 양쪽에 전자 주게 물질들이 위치한 독특한 덤벨 형태의 분자 구조를 도입하였다. UV-visible 분광법 및 순환 전압 전류법을 이용하여, 합성된 TPAQ의 광학 및 전기화학적 특성 분석을 실시하 였다. TPAQ의 최대 흡수 파장은 용액과 필름에서 각각 410 nm 및 390 nm를 나타내었으며, 순환 전합 전류법에 의한 HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 각각 - 5.03 eV 와 - 3.24 eV를 나타내었다. 또한 TPAQ는 다양한 용매에 대하여 우수 한 용매 의존 발색 효과가 구현되었는데, 이는 효율적인 분자 내 전하 전달 과정을 통하여 생성된 큰 극성을 지니는 여기상 태의 분자 에너지가 용매의 극성에 따라 변화하는 전자 주게 및 전자 받게 구조를 함유한 유기 공액 물질의 고유한 특성에 서 기인한다.