| 초록 |
이온 결정인 perovskite 는 우수한 광학적, 전기적 특성을 활용하여 다양한 분야로 응용되고 있으나 결정 내에 존재하는 고유 결함에서 기인하는 낮은 엑시톤 결합 에너지의 한계 때문에 발광 소자로 응용에 어려움을 갖는다. 이에 따라 perovskite의 결정 크기를 감소시켜 exciton binding energy 및 exciton의 공간적 구속효과를 증가시켜 perovskite light emitting diode (PeLED) 의 낮은 발광 효율 극복에 관한 연구가 진행되고 있으나 양이온의 불안정성 문제로 구조내 상분리 현상이 발생하여 높은 안정성과 우수한 발광 효율을 만족시키는데 어려움이 있다. 이를 극복하고자 inorganic 물질 기반의 perovskite 에 대한 연구가 진행 되고 있지만 고온 열처리가 필요할 뿐만 아니라 공기중에서의 수분 및 산소에 취약하기 때문에 LED소자에 적용 시 발광 안정성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 상분리 현상을 억제하고 발광 안정성을 향상시키고자 CsPbI3 에 CsPbBr3를 혼합한 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가한 perovskite박막을 제작하였으며, 친수성 고분자가 첨가된 perovskite 박막 기반의 적색 발광 PeLED의 발광 안정성을 확보 하였다. 본 연구에서는 친수성 고분자인 PEOXA 첨가에 따른 perovskite 의 결정성 향상 및 결정 성장 제어를 확인하기 위해 CsPbBrxI3-x–PEOXA 박막을 제작하여 PeLED 특성을 확인하였다. CsPbBrxI3-x–PEOXA 기반의 PeLED 는 ITO를 cathode, polyethylenimine (PEI)/ zinc oxide (ZnO) 를 electron transport layer (ETL) 로 사용하였고, poly(N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine (poly-TPD) 를 hole transport layer (HTL)로 사용하였다. 적색 발광체인 CsPbBrxI3-x–PEOXA 는 dimethyl sulfoxide (DMSO) 내에서 각각 합성된 CsPbI3 와 CsPbBr3 를 혼합한 후 PEOXA 를 첨가하여 제작하였으며, 이를 PEI:ZnO/ITO/glass 위에 spin-coating 방법으로 증착한 후 150 °C 에서 열처리하여 평균 34.8 nm 크기의 나노결정으로 구성된 CsPbBrxI3-x–PEOXA 박막을 형성하였다. CsPbBrxI3-x–PEOXA 기반의 PeLED의 경우 PEOXA 가 45% 첨가된 perovskite 박막에서 5.4% 의 EQE, 201.2 cd/m2 의 luminance, 1.5 V 의 turn-on voltage 의 우수한 발광특성을 보였다. 또한 CsPbBrxI3-x–45% PEOXA 박막은 온도 24 °C, 습도 20.1% 의 환경에서 3일간의 발광 안정성을 보인 반면, CsPbI3 물질 기반의 PeLED의 경우 10시간 이내에 발광 특성을 잃어버려 PEOXA 가 perovskite 결정성 향상 및 상 안정화에 효과적이라는 것을 확인 할 수 있다. CsPbBrxI3-x–PEOXA 박막의 결정학적 및 광학적 특성은 TEM (transmission electron microscope)과 SEM (scanning electron microscope) 그리고 PL (photoluminescence) 측정을 통해 확인하였으며, 최종적으로 제작된 LED의 발광 특성은 전류-전압 (I-V) 측정 및 EL (electroluminescence) 측정을 통해 평가하였다. |
