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Synthesis of cd-free quantum dots and their application for optoelectronic devices = 비카드뮴계 양자점의 합성과 이를 적용한 광전자소자 제작
서명 / 저자 Synthesis of cd-free quantum dots and their application for optoelectronic devices = 비카드뮴계 양자점의 합성과 이를 적용한 광전자소자 제작 / Byoung-Hwa Kwon.
저자명 Kwon, Byoung-Hwa ; 권병화
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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Global warming is caused by greenhouse gases from the burning of fossil fuels like oil, coal, and gas. This collapse of our climate threatens the survival of all human beings. Therefore, there are growing demands for development of energy-saving and renewable energy materials/devices. Among them, LEDs and solar cells have drawn a lot of attention over the past few years. Semiconductor quantum dot (QD) can be promising candidate in the energy-related industry. QDs are nanoparticles that can tune the absorption and emission in the ultraviolet, visible, and infrared region. They have high quantum yield and excellent color purity, which are advantages for light source. In solar cells, they have high optical extinction coefficient, large dipole moment, and property of multiple exciton generation. There has been extensive research on Cd or Pb chalcogenide QDs showing their excellent optical properties. However, the use of these QDs for optoelectronic devices is becoming more problematic because of the presence of Cd or Pb, which could cause serious health problems and is currently restricted by the agreement of the Restriction of Hazardous Substances. In addition, traditional batch processes are of limited utility for the synthesis of high quality QDs on a larger scale because of limited heat control and lack of efficient mixing. In this thesis, we report the synthesis of an Eu complex-capped ZnSe QD, which is a color-tunable, organic??inorganic hybrid material emitting white light. Secondly, we demonstrated the successful one-pot synthesis of ZnSe/ZnS core/shell QDs using a cyclic olefin copolymer (COC)-based microfluidic system. Finally, we fabricated QD LEDs and QD solar cells by using InP based QDs and/or QD-carbon nanotube (CNT) composites. In chapter 3, surface-functionalized hybrid ZnSe QDs emitting white light were introduced. The conventional fabrication of white LEDs containing either UV or blue LED which is dispensed by various light-emitting QDs can be somewhat problematic. Some issues which may occur include re-absorption between the various QDs, an irregular dispensation of converter NCs on the LED chip, a lack of consistency in LED performance, and other complex fabrication processes. However, color-tunable Eu complex-capped ZnSe QDs can solve those problems. They were simply synthesized by a hot-injection method, plus the addition of an Eu precursor. Hybrid NCs have the emission of both Eu complexes and ZnSe QDs, and they show bluish white light. Their emission increases up to 174% compared with that of pristine ZnSe QDs. It is due to the sensitization of the Eu complex acting as an antenna, so the energy obtained by the Eu complexes transfers to the ZnSe QDs. From a sharp direct excitation peak of Eu3+ ion monitored for the ZnSe emission and longer decay time in hybrid NCs, we can expect that the energy absorbed by Eu complexes or Eu3+ ions is transferred to the ZnSe QDs. They have a zinc blende crystal structure identical to the ZnSe QD, along with Eu-based complexes that can be coordinated with the Se ion on the surface of ZnSe QDs. Therefore, new organic??inorganic hybrid luminescent material using the emission of both QDs and lanthanide (Ln) complexes can potentially serve as a light source in white LEDs. In the second place, we have developed thermoplastic-based microrector to synthesize ZnSe QDs and ZnSe/ZnS core/shell QDs through the continuous-flow thermoplastic microreactor system. Traditional batch processes are of limited utility for the synthesis of high quality QDs on a larger scale because of limited heat control and lack of efficient mixing. On the other hand, chemical synthesis in microfluidic system is a novel way of producing different types of nanomaterials with better yields and easy size controllability. The microfluidic system in the production of QDs provides a precise control of the reaction conditions, including high heat and mass transfer, precise temperature control, high surface-to-volume ratio, efficient mixing, low reagent consumption and continuous production. Today, most of the microfluidic devices are made from polydimethylsiloxane (PDMS), but it shows a swelling issue especially to the various types of organic solvents. However, cyclic olefin copolymer (COC), which is a class of polymers based on cyclic olefin monomer and ethane, is the most stable in acid, base, and organic solvents which are commonly used in synthesis of nanomaterials. To the best of our knowledge, this is the first report of synthesis of QDs using COC based microreactor and one-pot production of core-shell nanostructures. Furthermore, we investigate the influence of Zn, Se, and S flow rate to the size and optical properties of QDs. Finally, we fabricated LEDs with ZnSe/ZnS core/shell QDs as wavelength converters to demonstrate the potential of these fabricated LEDs to be used in a range of LED applications. In chapter 4, we fabricated InP-based QD LEDs with inorganic charge transport layers. The basic structure of QD-LEDs is as follows: A patterned ITO anode, a PEDOT:PSS layer as the HIL, a poly-TPD layer as the HTL, a QD layer as the emissive layer, a TPBi layer as the ETL, and a LiF/Al layer as the cathode. The devices showed red-light emission originating mainly from the QD layers and 58.0 cd/m2 of brightness. It is the highest value in EL devices of InP QDs though it is low comparing with that of CdSe QDs. The systematic study and precise optimization for luminance enhancement of the device will be investigated. In the second place, we reported efficient hybrid polymer:InP QD bulk-heterojunction solar cell. The active layer for absorbing light is composed of B:MWCNT-QD composite and/or N:MWCNT-QD composite mixed with P3HT/PCBM materials. In the case of the P3HT/PCBM/B:MWCNT-QD layer, power conversion efficiency was enhanced up to 4.3% comparing with only P3HT/PCBM layer (3.1%). It is because QDs extend the absorption into the red region which is weak absorption area of P3HT. In addition, CNTs bonded with QDs provides convenient way to capture photogenerated charge and transport then to the electrode surface.

현대 사회의 주에너지원인 화석연료의 사용으로 인한 이산화탄소의 증가는 지구의 온도를 상승시키고 있다. 지난 60만년 동안 대기중의 이산화탄소 평균농도는 300 ppm 이상 기록한 적이 없으나, 근대사에 들어서서 산업혁명 직전에는 340 ppm까지 높아졌으며, 현재는 385 ppm까지 기록되고 있다. 이산화탄소의 평균농도가 10 ppm 증가시마다 지구의 온도가 약 0.5 oC 상승하므로, 현 추세대로라면, 향후 100년 이내에 약 5 oC 이상의 온도가 상승하게 될 것이라고 예상할 수 있다. 이러한 지구온난화 현상은 전체생명체의 많은 수를 멸종시키고, 해수면의 상승으로 인한 저지대 국가 영토의 침수, 이상기온으로 인한 자연재해 발생 증가 등 인류의 생존까지 위협할 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 에너지 절약 및 효율화가 필요하며, 또한 친환경의 대체 에너지 개발이 필요하다. 세계 각국에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 노력을 기울이고 있으며, Greeen energy family (GEF)의 일환으로, LED와 태양전지 분야에 대한 연구가 현재 활발히 진행되고 있다. 반도체 양자점 (quantum dot)은 양자크기효과 (quantum size effect)에 의해 다양한 파장의 빛을 흡수하고, 발광을 낼 수 있는 나노입자이다. 그리고, 양자점은 양자효율 (quantum yield)이 높고, 색순도 (color purity)가 우수하기 때문에 LED의 광원으로써 장점을 가지고 있다. 또한, 높은 흡수계수 (optical extinction coefficient), 큰 쌍극자 모멘트 (dipole moment), 다중여기자 생성 현상 (multiple exciton generation)은 태양전지의 광흡수 물질로써 장점을 가진다. 하지만, 현재까지의 양자점의 연구는 대부분 RoHS (Restriction of Hazardous Substances)에 의해 제한을 받는 Cd, Pb 원소로 구성된 Cd 또는 Pb chalcogenide 계열이며, 이러한 양자점을 적용한 광전자소자는 실제 생활에 적용하기는 어렵다는 한계가 있다. 한편, QD vision, Nanosys와 같은 기업에서는 현재 양자점을 적용한 LED를 개발하여, 판매를 하고 있다. 이곳에서의 양자점의 제조과정은 전통적인 batch process에 기반을 두며, 반응용기의 크기를 증가시켜 합성량을 증가시키고 있다. 이러한 batch process는 용량이 증가할수록 열전달 및 균일한 용액의 혼합이 어렵기 때문에, 고품질의 양자점을 대량으로 생산하는데 문제점을 가진다. 반면에, 마이크로 반응기 (microreacter)를 이용하여 나노물질을 합성하는 방법은 batch process의 단점을 극복할 수 있다. 반응기 내부를 마이크로 크기로 소형화함으로써, 물질전달 및 열전달이 효율적이며, 짧은 접촉시간 동안에 반응이 일어날 수 있다. 따라서, 화학 반응의 선택도와 수율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 반응기의 수를 늘리는 numbering-up 기술은 생산량을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 마이크로 반응 기술을 통해 다양한 나노물질을 합성하는 연구가 진행되고 있으며, 양자점의 경우에는 Cd-chalcogenide 계열이 대부분이다. 그러므로 본 연구에서는 인체에 무해한 조성의 Eu 착물이 부착된 surface-functionalized ZnSe 양자점 복합체 (Inorganic-organic hybrid nanocrystal)를 제조하였다. 그리고 마이크로 반응기에서 one-step precess를 통해 ZnSe/ZnSe core/shell 양자점을 제조하였다. 마지막으로, InP 기반의 양자점 (InP/ZnS core/shell 양자점, Etched InP 양자점, CNT에 결합시킨 InP 양자점)을 합성하여 이를 적용한 LED 및 태양전지를 제작하였다. 1장에서는 본 연구의 목적, 비카드뮴 계열의 양자점의 효율적인 합성 및 이것을 적용한 광전자소자 제작의 중요성 및 의의에 대해 설명하였다. 2장에서는 본 연구와 관련된 기본적인 이론과 연구 결과들에 대해 소개하였다. 양자점이 가지는 고유한 특성인 양자크기효과에 대해 물리적으로 접근하여 그 원리에 대해 알아보았으며, 콜로이드 양자점이 합성되는 기본적인 메커니즘을 일반적인 양자점 합성 방법인 hot-injection method에서의 burst nucleation 과정을 통해 알아보았다. 다음으로는, 현재까지 많은 연구가 진행되어온 Cd-chalcogenide 계열의 양자점 연구의 발전 과정을 양자 효율과 안정성의 향상에 초점을 맞추어 알아보았다. 또한, 궁극적으로 우리가 개발해야 할 Cd-free 조성의 양자점의 연구 발전 과정 및 현재의 결과에 대해서도 소개하였다. 그리고, 이러한 양자점을 적용한 광전자소자 제작에 대해 알아보았다. LED 광원으로써는, wavelength converter로 적용한 경우와 OLED 구조에서 발광층으로 적용한 디바이스 구조에 대해, 그리고 태양전지 분야에서는 일반적인 유기 태양전지 구조에서 양자점을 적용한 연구에 초점을 맞추어 알아보았다. 3장에서는 본 연구결과로써 첫째, 백색광을 내는 surface-functionalized hybrid ZnSe 양자점에 대해 설명하였다. 기존의 상용 백색 LED는 청색 LED 칩을 통해 황색 형광체, Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce)를 여기시켜 백색을 얻는 구조이다. 이것은 우수한 발광 효율과 안정성을 가지지만, 연색지수 (color rendering index)가 낮다는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 적색 발광을 가지는 nitride (Sr2Si5N8:Eu2+) 형광체를 도입하는 연구가 진행되고 있지만, 형광체의 넓은 발광 밴드 (~100 nm)로 인한 낮은 시감도를 가지는 짙은 적색 (deep red) 영역의 증가로 인해 효율이 감소하는 문제가 나타난다. 적색 발광의 양자점을 이용한 경우, 작은 반가폭을 가지기 때문에 이러한 효율 저하를 감소시킬 수 있으며, 나노 크기의 입자로 인해 빛의 scattering effect도 최소화할 수 있다. 하지만, 여러 크기의 형광체 또는 양자점 발광 입자를 사용하기 때문에 양자점 간의 재흡수 문제, LED 칩에 도포시 입자들의 불균일성으로 인한 디바이스 성능에 차이가 나는 등의 문제들이 발생하게 된다. 만일, 하나의 나노입자에서 다양한 발광을 낼 수 있다면, 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 본인이 개발한 Eu complex가 결합된 ZnSe 양자점 복합 나노결정은 다양한 고유의 발광을 가지는 란타늄 착물을 양자점 표면에 부착시켜, 란타늄 착물과 양자점의 발광을 동시에 이용하여, 손쉽게 발광을 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한, ZnSe 양자점을 합성하는 동일한 과정에서 단지 적절한 란타늄 전구체만을 추가적으로 도입하기 때문에, 제조 과정이 단순하고, 경제적이다. 그리고, 란타늄 착물이 양자점 표면에 결합됨으로써, 양자점 표면 결합을 제거하는 효과를 통해, 동시에 두 물질 간의 에너지 전달 과정을 통해서도 발광 강도를 향상시킬 수 있다. 본 연구 결과에서, XRD 및 TEM 분석을 통해 ZnSe 형태의 4 nm 정도의 크기를 가지는 나노 입자가 형성되었음을 확인하였다. 그리고, XPS 스펙트라에서, hybrid양자점의 Se의 binding energy가 ZnSe 양자점에 비해 -0.2 eV 이동한 것을 통해, 표면의 Se 이온과 결합을 이루고 있다고 예상하였다. 이러한 hybrid 양자점은 Eu3+ 이온의 적색 발광과 ZnSe의 청색 발광이 합쳐져서 청색을 띠는 백색광 (bluish white light)을 나타내며, ZnSe 양자점에 비해 긴 decay time은 Eu complex가 에너지를 전달하는 sensitizer 역할을 하고 있음을 증명한다. 이처럼 향상된 발광 강도를 가지며, 다양한 발광 파장의 조절이 가능한 란타늄 착물이 결합된 hybrid 양자점은 백색 LED 구현을 위한 광원으로써 충분한 가능성을 가질 수 있다. 3장 두번째 챕터에서는 마이크로 반응기에서 ZnSe/ZnSe core/shell 양자점을 합성한 결과에 대해 소개하였다. 높은 양자 효율을 가지면서 청색 발광을 내는 양자점을 만드는 것은 현재 Cd-chalcogenide 계열의 양자점에서도 어려운 문제이다. Cd 계열의 양자점의 경우 밴드갭이 적색에서 근자외선 정도에 해당하므로, 청색 발광을 내기 위해서는 입자 크기가 상당히 작아야만 하는데, 이를 batch process에서는 조절하기가 어렵다. 또한, 핵생성 후 성장하는 시간이 매우 짧기 때문에, 표면 결함의 발생이 상대적으로 높아 발광 효율이 높지 않은 경우가 많다. 최근 Cd-free 물질로 연구되고 있는 InP 양자점의 경우에도 유사한 문제점을 가지고 있다. 하지만, ZnSe 물질은 청색에 해당하는 밴드갭 (~2.7eV)을 가지며, Cu 또는 Mn 도핑을 통해서 녹색 및 적색의 다양한 발광을 만들어 낼 수 있기 때문에, LED의 광원으로 충분한 가능성을 가진다. 이러한 ZnSe 양자점을 마이크로 반응기를 통해 합성하는 것은 batch process가 가지는 문제점들을 해결할 수 있다. 양자점의 합성에 있어서 마이크로 화학공정의 장점은 물질 및 열전달이 우수하며, 정밀하게 온도를 조절하며, 원료 물질들을 효율적으로 혼합할 수 있는 것이다. 또한, 원료 물질의 소비량이 적고, 연속적인 생산이 가능하며, numbering-up 방법을 통해 생산량을 증가시킬 수 있다. 현재 대부분의 마이크로 반응기, 마이크로칩은 가공이 쉽고, 투명한 polydimethylsiloxane (PDMS) 재료를 사용한다. 하지만, PDMS는 여러 유기 용제 상에서 swelling 현상이 나타나는 문제가 발생한다. 그래서, thermoplastic 물질로써, cyclic olefin copolymer (COC)를 사용하여 마이크로칩을 제작하였다. 원료물질인 cyclic olefin monomer는 산, 염기, 유기용제에 안정한 특성을 가며, 제작된 COC 칩은 높은 투과도를 보인다. 본 연구에서는 COC-based 마이크로칩을 사용하여, 청색 발광을 가지는 Cd-free 물질인, ZnSe/ZnS core/shell 양자점을 처음으로 합성하였다. 또한, Zn, Se, S 전구체를 동시에 반응기 내부로 주입하여 one-step 공정으로 core/shell 구조의 양자점을 만들었기 때문에, 합성 과정이 단순하고 경제적이다. Zn, Se, S 전구체의 유량 속도 변화를 통해, 마이크로 반응기 내부에서 각각의 전구체의 농도를 조절하여 원하는 양자점의 발광 파장과 향상된 발광 강도를 얻을 수 있었다. 최종적으로는 합성한 ZnSe/ZnS 양자점을 wavelength converter로써, UV LED 칩에 도포하여 청색 발광을 내는 양자점 LED를 제작하였다. 4장에서는 먼저 양자점을 적용한 LEDs, 구체적으로는 OLED (유기발광다이오드)와 동일한 구조를 가지면서 발광층으로 양자점을 사용한 electroluminescence (EL) 디바이스 결과에 대해 소개할 것이다. 현재 소형 핸드폰의 디스플레이로 제품화되어 활용되고 있는 OLED는 자체발광 특성으로 인하여 시야각 특성이 우수하며, 낮은 소비전력, 고속응답과 더불어 유리기판 상에 박형으로 컬러 화소 어레이의 구현이 가능하며, 미래의 플렉서블 또는 투명 디스플레이의 실현을 가능하게 할 수 있다. 또한, OLED 조명은 수은, 납 등을 사용하지 않아 환경친화적이며, 발열이 없으며, 지금까지의 광원에 비하여 점, 선, 면광원의 다양한 형태로 제작이 가능하여 디자인의 자유도가 높다. 이러한 장점들로 인해 백열등, 형광등을 대체하는 고효율의 친환경 차세대 조명으로도 활발히 연구되고 있다. 현재 OLED 디스플레이에서는 저분자 발광재료를 진공 증착하여 발광층을 만들기 때문에, 대형화 및 균일도 유지에 어려움이 있다. 고분자 발광재료를 이용한 OLED의 경우에는 낮은 구동 전압 및 대면적 화면 구성이 가능하지만, 수명 및 발광효율이 저분자 재료에 비해 떨어지며, 아직 기술이 개발 중인 상태이다. 또한, 적색, 녹색, 청색의 발광 재료의 안정성이 다르기 때문에, 디바이스의 색안정성의 확보에 대한 방안도 필요하다. 반면에, OLED 구조를 기반으로 양자점을 발광층으로 적용한 양자점 LED는 각각의 전극에서 주입된 캐리어가 양자점에 주입되어 발광이 일어나게 된다. 유기 발광 물질 대신 무기 양자점을 발광 재료로 사용할 경우, 다음과 같은 장점이 있다. 양자점 자체가 무기물이기 때문에, 유기 발광 물질보다 안정성에 있어서 우수하다. 또한, 양자점의 발광 스펙트럼의 반가폭이 유기발광 물질보다 작기 때문에, 더 좋은 색순도를 얻을 수 있다. 현재 Cd-chalcogenide 양자점으로 많은 연구가 진행중이며, 삼성전자에서는 양자점 기반의 QLED (quantum dot-LED) TV 및 플렉서블 디스플레이 시제품을 발표하였다. 하지만, 대부분의 QLED가 Cd 계열의 양자점을 사용하기 때문에, 실생활에 사용하기 위해서는 더욱 안정하고, 비독성의 양자점 개발이 반드시 이루어져야 한다. 이에 본 연구에서는 Cd-free 조성의 InP 양자점을 사용하여 QLED를 제작하였다. QLED의 기본 구조는 다음과 같다. Glass 기판 위에 anode 전극으로 ITO (indium tin oxide), 정공주입층으로 poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate (PEDOT:PSS), 정공수송층으로 poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) (poly-TPD), 발광층으로 InP/ZnS core/shell 양자점, 전자수송층으로 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2yl) benzene (TPBi), cathode로 LiF/Al으로 하였다. 그 결과 EL 디바이스는 9V에서 luminescence가 58.0 cd/m2를 가지며, 적색 (~650 nm)의 발광을 보여준다. 이 값은 서울대학교 차국헌 교수님 연구그룹에서 InP 양자점을 적용하여 2011년에 처음으로 발표된 것 (17.0 cd/m2)보다 높은 수치이다. 하지만, CdSe 양자점을 적용한 경우에 비하면 상당히 작은 값이다. InP 양자점 기반의 EL 디바이스 연구가 초기 단계임을 생각한다면, 앞으로 최적화된 디바이스 구조, InP 양자점 재료의 개선 등의 연구가 진행된다면, 빠른 시일 내에 높은 효율과 안정성을 가지는 InP QLED를 개발할 수 있을 것으로 예상된다. 일반적으로 QLED가 OLED보다 효율이 낮은 이유로는 첫째, 정공수송층과 양자점 사이의 에너지 준위 차이 (~1.0 eV)가 크고, 둘째, 양자점 표면을 둘러싸고 있는 비전도성의 유기 리간드 때문에 전하 주입이 어렵다는 점이다. 이러한 문제를 개선하기 위해 양자점을 carbon nanotube (CNT)에 결합시켜 CNT를 통해서 전자와 정공이 주입될 수 있도록 복합물질을 제조하였다. 여기서는 boron-doped multiwall CNT (B:MWCNT)를 사용하였으며, 이것은 p-type 특성을 가지며, 일함수는 약 4.4 eV를 가진다. B:MWCNT-QD composite을 발광층으로 적용하여 QLED를 제작한 경우, luminance 및 luminance efficiency가 양자점만을 발광층으로 한 경우보다 향상되었다. 하지만, poly-TPD, TPBi의 불순물 발광이 함께 나타나므로, 최적화된 디바이스 구조에 대한 실험이 진행된다면, 향상된 디바이스 특성 및 CNT의 역할에 대해서도 과학적으로 분석할 수 있을 것이다. 4장 두번째로는 양자점을 적용한 태양전지, 일반적인 유기 태양전지 구조에 양자점을 도입한 결과에 대해 소개하겠다. 유기태양전지는 용액공정이 가능하기 때문에, 상용화 단계에 있는 실리콘계 태양전지에 비해 제조공정이 단순하고, 가벼우며, 높은 유연성을 가진다는 장점이 있다. 유기태양전지에서 현재 가장 고효율은 P3HT 고분자를 p형 물질로 쓰고, 플러렌 유도체를 n형 물질로 사용했을 때 나오고 있다. 유기물질의 짧은 exciton diffusion length를 극복하기 위한 방법으로 도너와 억셉터 물질간의 interface를 최대화할 수 있는 bulk-heterojunction (BHJ) 태양전지에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만, 이러한 BHJ 태양전지는 근본적으로 다음과 같은 두 가지 문제점을 가지고 있다. 첫째, 유기물이 갖는 낮은 intrinsic carrier mobility이다. 최근에 카이스트 김상욱 교수님 연구그룹에서는 낮은 carrier mobility를 갖는 유기물의 단점을 개선하기 위해, CNT를 도입하여 power conversion efficiency (PCE)를 향상시킨 논문을 보고하였다. 둘째, 유기물질의 태양광 흡수 영역이, PCBM은 근자외선 영역, P3HT는 가시광의 녹색 영역에 한정되어 있기 때문에, 나머지 태양광 영역을 효율적으로 이용하지 못한다. 최근에는 적색 및 근적외선 영역을 흡수하는 폴리머를 도입하지만, 광흡수층을 구성하는 고분자의 종류가 늘어나기 때문에 균일한 층을 만드는데 제약을 주게 된다. 그러므로 본 연구에서는 입자 크기에 따라 가시광부터 근적외선까지 다양한 빛의 흡수가 가능한 무기 양자점, InP 양자점을 도입하였으며, CNT에 결합시켜 composite을 형성시킴으로써, CNT를 통한 효율적인 carrier path를 제공하였다. QD-CNT composite을 도입한 BHJ 유기태양전지의 기본구조는 다음과 같다. Anode로 ITO, 정공주입층으로 PEDOT:PSS, 활성층으로 P3HT, PCBM, QD-CNT composites을 혼합하여 스핀코팅하였으며, TiOx를 전자수송층, Al을 cathode로 사용하였다. 그 결과, P3HT/PCBM만으로 활성층을 구성했을 때는 PCE가 3.1%였으나, QD-B:MWCNT를 추가한 경우에는 3.7%, QD-N:MWCNT 인 경우에, 4.3%까지 PCE가 향상되었다. 이는 P3HT의 흡수가 낮은 적색 영역을 InP 양자점이 흡수하여 태양광의 이용 영역을 확장하였기 때문이다. 또한, CNT가 양자점에서 생성된 전자와 홀을 각각의 전극으로 이동할 수 있는 효율적인 통로를 제공하였기 때문이다. 앞으로 InP 이외의 다양한 영역을 흡수하는 양자점을 적용하는 연구 뿐만 아니라 다른 종류의 폴리머를 이용하여 균일한 활성층 형성에 대한 최적화 실험이 진행된다면, 더욱 향상된 태양전지 특성을 보고할 수 있을 것으로 예상된다. 이와 같이 본인이 박사 학위 과정 동안 연구한 비카드뮴계 양자점 및 신규한 하이브리드 양자점 복합체의 합성과 이를 적용한 LED 및 태양전지 제작은 현재의 환경 및 에너지 문제를 극복할 수 있는 가능성을 제시하는 결과이며, 마이크로 반응기를 적용한 양자점의 합성은 이를 실제 생활에 적용하기 위한 나노물질의 경제적인 생산 연구에 대한 바탕이 되는 결과이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DMS 12018
형태사항 x, 139 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 권병화
지도교수의 영문표기 : Duk-Young Jeon
지도교수의 한글표기 : 전덕영
Including Appendix
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References : p. 122
주제 quantum dot
luminance
LED
solar cell
microreaction
양자점
발광
발광다이오드
태양전지
마이크로반응기
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