| 초록 |
이온 결정인 perovskite 는 높은 광 흡수 계수, 우수한 캐리어 이동도, 긴 캐리어 확산 길이 및 저온, 저가 공정이 가능하여 태양전지의 광 흡수체로 사용 될 뿐만 아니라 우수한 광학적, 전기적 특성을 활용하여 발광 다이오드, 레이저, 광 검출기 등의 다양한 분야로 응용되고 있다. 그러나 3차원 perovskite는 결정 내에 존재하는 고유 결함에서 기인하는 낮은 엑시톤 결합 에너지의 한계 때문에 발광 소자로 응용에 어려움을 갖는다. 이에 따라 perovskite의 crystal size를 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 steady-state voltage 하에서 이온영동이나 상분리 현상이 발생하여 높은 안정성과 우수한 발광 효율을 동시에 만족시키기에 어려움을 보인다. 이를 극복하고자 inorganic 물질 기반의 perovskite 에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있지만 inorganic 물질 기반의 perovskite는 0.8~0.83의 tolerance factor를 보이기 때문에 우수한 수준의 결정성을 갖는다고 할 수 없다. 또한 적색 발광 PeLED의 발광체로 활발히 연구되고 있는 CsPbI3는 상 안정화를 위해 200 °C이상의 고온 열처리가 필요할 뿐만 아니라 공기중에서의 수분 및 산소에 취약하기 때문에 LED소자에 적용 시 발광 안정성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 CsPbI3에 methylammonium iodide (MAI)를 첨가하여 mixed-cation 형태의 CsxMA1-xPbI3 박막을 제작하여 결정성 향상과 수분 및 산소에 대한 저항성을 확인하였으며, 이를 이용하여 제작한 적색 발광 PeLED의 발광 안정성을 확보 하였다. 본 연구에서는 ITO를 cathode, polyethylenimine (PEI): zinc oxide (ZnO) 를 ETL로 사용 하였고 TFB 는 HTL로 사용 하였다. 적색 발광체인 mixed-cation perovskite 는CsPbI3 에 MAI를 첨가하여 dimethyl sulfoxide (DMSO) 용액내에서 합성 하였으며, 이를 PEI:ZnO/ITO/glass 구조 위에 spin-coating 방법으로 증착하여 CsxMA1-xPbI3 박막을 형성하였다. CsxMA1-xPbI3 기반의 PeLED의 경우 온도 24 °C/습도 20.3% 의 환경에서 3일간 발광 안정성을 보인 반면, CsPbI3 물질 기반의 PeLED의 경우 10시간 이내에 발광 특성을 잃어버려 mixed-cation perovskite 가 결정성 향상 및 상 안정화에 효과적이라는 것을 확인 할 수 있다. Mixed-cation perovskite의 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. |
