고효율 고분자 광전자 소자개발
고효율 고분자 광전자 소자개발 나노입자의 클러스터링 효과를 이용해 태양전지 등에서 소자 효율 상승 효과
연구결과개요
1. 연구배경
대부분의 반도체 광전자 소자는 GaN, silicon과 같은 무기물질을 기반으로제작된다. 그러나 무기물 기반의 소자는 한정적인 자원과 복잡한 소자 제작공정 때문에 제작비용이 비싸다는 단점이 있다. 유기반도체는 소자를제작하는데 있어 비용이 저렴하고 용액공정을 통한 대면적 제작이 용이하다는장점 때문에 차세대 광전자 소자로 크게 주목받고 있다. 많은 연구진들에 의해새로운 물질과 소자구조가 개발되면서 소자 성능이 크게 향상되었음에도불구하고, 고분자 광전자 소자의 상용화를 위한 추가적인 소자 효율 향상이필요한 실정이다.
표면플라즈몬 (surface plasmons)은 금속/절연체와의 계면에서 금속 표면에있는 자유전자의 집단적인 진동 현상이다. 엑시톤과 표면플라즈몬의 커플링효과는 고분자 발광다이오드에서 효과적인 에너지 전달을 통한 높은 방사방출을 일으킬 수 있다. 게다가 금속나노입자는 입사하는 빛을 저장하는효과적인 안테나 역할을 함으로써 고분자 태양전지에서 엑시톤 광생성을촉진할 수 있다. 플라즈모닉 현상을 이용한 고분자 발광다이오드에서는 빛흡수증가없이 방사 방출 속도의 향상이 요구되고 반면, 플라즈모닉 고분자태양전지에서는 에너지 소실을 최소화하면서 빛흡수를 극대화하는 것이요구된다. 때문이 고분자 발광다이오드와 태양전지 모두의 효율을 동시적으로향상시키는 금속나노입자는 학계에서 거의 보고가 되지 않고 있다.
전형적인 반도체 양자점의 대체 물질로써, 흥미로운 물리적, 광학적, 화학적성질을 갖는 탄소 나노입자 (carbon dots)이 주목받고 있다. 이러한 탄소나노입자는 combustion, laser ablation, microwave processing 등 다양한방법으로 합성이 가능하다. 그리고 표면 passivation을 통해 탄소 나노입자의광유도 전자전달 (photoinduced electron transfer) 특성이 향상될 수 있으며 이는 광에너지 전환 및 이와 관련된 분야에 응용될 수 있다.
용액공정을 통한 대면적 제작이 쉽고 소자를 만드는 데 비용이 싼 반도체가 뭐니