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고휘도 메틸암모늄납할라이드 나노결정의 극성용매 사용 없는 콜로이드법 합성

전문가 제언: ○ 오늘날 하이브리드 유기금속할라이드 페로브스카이트 재료는 우수한 광전자 특성과 저렴한 용액가공에 의해 태양전지 연구에서 인정받은 후 차세대 저비용 고효율 발광다이오드(LED) 개발에 집중 연구되고 있다.

○ 태양전지 제조용 하이브리드 재료에는 셀 기판 위에 박막코팅 시 제자리합성법이 이용되고 한국화학연구원(전남중, 노준홍 등)은 이 기술에서 파워변환효율(PCE) 20%의 공인기록을 갖고 있다. 세계적 선도 연구그룹에 성균관대 박남규 교수팀과 경희대 임상혁 교수팀 등이 있다.

○ 태양전지에서처럼 박막 합성형 하이브리드 재료를 이용한 LED 연구에서 포항공대 이태우 교수팀(김영훈, 경희대 임상혁 교수, 영국 Friend 등)은 구랍 전류효율(CE) 42.9cd A-1, 외부양자효율(EQE) 8.53%로 최고 성능을 보고하였으나 양자수율 성능은 보이지 않았다. 현재 하이브리드 재료를 콜로이드양자점(QD) 또는 나노결정(NC)으로 합성하여 LED 등에 사용하는 연구가 중국 등 전 세계에서 뜨겁게 진행되고 있다. 아직 한국 내 연구는 안 보이는데 정부가 앞장서 지원이 시급한 때이다.

○ 페로브스카이트 NC의 특징은 CdSe 기반 NC에 비해 ①넓은 띠 간격의 쉘을 추가하는 부동태층 없이 최고 90%의 높은 PL 양자수율을 갖고, ② 고휘도 및 색 순도가 높다. ③ 음이온 교환반응에 의한 조성 조정 가능성 보유(색상 변환). ④ 현재까지 개발된 콜로이드제법 가능.

○ 콜로이드제법에선 납할라이드 소스와 알킬암모늄할라이드를 양호한 용매(극성 DMF 등)에 용해한 후 올레산(OA)과 올레일아민(OAm)의 계면활성제 함유 톨루엔이나 옥타데센(ODE)과 같은 다량의 비극성 불량용매에 주입한다. 이 낮은 용해도는 페로브스카이트 NC를 침전시킨다.

○ 극성용매는 페로브스카이트의 분해 등을 일으키기 쉬워 이 저자들은 사용하지 않고 PbX2(Pb2+와 X-소스)를 함유한 OA(H+ 소스)/OAm/ODE 용액 내 메틸아민 주입으로 이온반응에 의한 (수율 ~70%와 최초 3개월 콜로이드 완전성이 보존되는) NC합성을 집중 설명하였다. 또 MAPbI3와 MAPbBr3의 나노큐브, 나노선, 나노판 합성/광전자 특성 등을 소개했다.

저자: O. Vybornyi et al.
자료유형: 니즈학술정보