비편재화된 π-시스템을 갖는 유기 물질은 광전자 장치에서 전하 수송 및 주입을 용이하게 할 수 있는 물질로 널리 사용되어 왔다. 최근에는 π-공액계 화합물과 상호작용하는 pz 오비탈을 가진 붕소가 포함되어 있는 유기 분자들이 고체 상태에서의 높은 방출 강도 및 들뜬 상태에서의 π 전자 수용 능력을 보이며, 광전자 물질 개발에 있어 유망한 물질로 재조명되고 있다. 따라서 이러한 유기 붕소 화합물을 근적외선 방출, 열 활성화 지연 형광, 실온 인광 및 청색 유기 발광 다이오드에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 새로운 유기 붕소 화합물들을 합성하고, 특성 분석을 진행하여 형광 소광 현상을 이용한 폭발물 감지, 할로겐 아톰과 결합하는 시그마 홀 활성화, 페로브스카이트 태양 전지 효율 향상을 위한 중간층으로 활용하고자 했다.
파트 1 에서는 전자 받개 또는 주개 치환체를 포함하는 3 개의 difluoroboron dibenzoylmethane 화합물을 합성하고, 치환체에 의해 화합물의 에너지 밴드 갭과 방출 파장이 조정되었음을 확인했다. 또한, 각 화합물은 형광 양자 수율 및 복사/비방사 붕괴율 상수의 변화로 인해 상당히 다른 여기 상태 거동을 보였으며, 세 화합물 모두 나이트로 화합물에 대한 형광 소광을 나타내어 나이트로 폭발물 감지를 위한 선택적 화학 센서로의 활용 가능성을 확인했다.
파트 2 에서는 시그마 홀을 활성화에 보론 클러스터 화합물인 카보레인을 전자 받개 물질로 사용했다. 합성된 화합물들은 결정 상태에서 할라이드 음이온과 강한 상호 작용을 할 수 있었으며, 보고된 유기 할로젠 결합 공여체와 비교했을 때도 매우 짧은 거리와 강한 방향성을 가지는 상호 작용이 관찰되었다.
마지막으로 파트 3 에서는 PDI(perylene diimide)에 diphenyl o-carboranyl(Cb)를 도입함으로써, 물질의 응집 경향은 감소시키고 전자 수용 능력을 높인 PDI-Cb 를 합성했다. 페로브스카이트/C60 인터페이스에 PDI-Cb 중간층을 적용했을 때, 역 페로브스카이트 태양전지는 1 태양 조건(AM1.5G 100 mWcm-2)에서 19.98%에서 22.31%로 효율이 향상되는 것을 확인하였다. 이는 PDI-Cb 중간층이 전하 추출을 강화하고 캐리어 재결합을 감소시켰음을 보여주는 결과이다. 또한 PDI-Cb 중간층이 장치의 열 안정성 및 광 안정성을 향상시켜, 전반적인 디바이스 수명 향상에도 영향을 주었음을 확인하였다.