Organic-inorganic hybrid perovskite (PVSK) has received huge attentions as a promising materials for next generation light emitting diodes (LEDs) because of its high color purity, low cost and many other advantages in spite of low device efficiency. To enhance the perovskite LED efficiency, the morphology of PVSK film such as grain size and surface roughness is carefully controlled due to its intrinsic properties (long diffusion length and small binding energy of excitons). However, the current method to control the morphology (A-NCP) to solve it has some limitations in reducing grain size further and surface roughness. So, other solution for efficient and convenient control was required.
Here, we introduced flash light annealing (FLA) inducing ultrafast melting and recrystallization of PVSK film in microsecond scale that can easily control the morphology of film. The grain size and film roughness were clearly reduced by simple modifying of flash light intensity compared with TA treatment. The trap density reduction due to densification of film after optimized FLA was also investigated by PL analysis and photothermal degradation mechanism was suggested by XPS data. Finally, we fabricated FLA perovskite LED and 2.5 times higher current efficiency (1.05 cd/A) than TA treated device was observed at the optimized condition showing smallest average grain size (~ 38 nm) without any degradation.
유무기 하이브리드 페로브스카이트는 높은 색 순도, 낮은 제작 비용 등의 장점으로 낮은 발광 소자 효율에도 불구하고 유력한 차세대 발광 재료로써 각광받고 있다. 페로브스카이트의 엑시톤은 긴 확산 거리와 작은 결합에너지를 갖기 때문에, 발광 소자의 효율을 높이기 위해선 필름 모폴로지 조절이 중요하다. 하지만 기존 방법 (나노크리스탈 피닝)은 결정립 사이즈 감소와 표면 거칠기 감소에 한계를 가지고 있어 모폴로지 조절을 위한 다른 방법이 요구되고 있다.
이를 해결하기 위해 본 논문에서는 플래쉬 라이트를 도입하여 기존 공정으로 불가능한 페로브스카이트의 용융 및 재결정을 유도함으로써 모폴로지를 조절하였다. 플래쉬 라이트를 통해 기판에 급속 광열효과를 일으키고, 어닐링 세기를 조절하여 페로브스카이트 온도를 조절함으로써 모폴로지를 쉽게 조절할 수 있다. 최적화 된 플래쉬 조건에서 결정립 크기와 표면 거칠기를 기존 열적 어닐링 대비 감소시킬 수 있었다. 또한 필름 치밀화를 유도하여 트랩 농도를 감소시켰음을 광 특성 분석을 통해 알 수 있었고, 표면 성분 분석을 통해 플래쉬 라이트 어닐링에 의한 열화 반응을 분석하였다. 최종적으로 발광 소자를 제작하였고, 가장 작은 결정립(~38nm)을 갖는 최적화 플래쉬 조건에서 열적 어닐링 대비 2.5배 이상 높은 효율을 보였다.
