백세웅 교수 연구실
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리간드 교환·다면 패시베이션 기반 친환경 콜로이달 양자점 광전변환 연구

Environmentally Friendly Colloidal Quantum Dot Photoconversion via Ligand Exchange and Multi-Facet Passivation

연구 내용

리간드 교환과 다면 패시베이션을 용액 공정으로 정밀 제어하여 트랩을 낮추고, 비독성 콜로이달 양자점 기반 광대역 광전변환 성능을 높이는 연구

고성능 광전변환을 위해서는 콜로이달 양자점의 표면 상태를 제어하여 전하 운반과 광기인 과정에서의 비복사 재결합을 억제하는 것이 핵심입니다. 본 연구는 intermediate phase transfer(중간상 전이) 및 용액상 리간드 치환 전략을 적용하여 CQD 잉크의 안정성을 확보하고, 표면 매개 광증배와 응답 특성을 함께 조율합니다. 또한 다면(멀티-페이싯) 패시베이션을 위한 리간드 앙상블 구성을 통해 트랩 밀도를 낮추고, 산화물·할로겐화물 계열의 상호작용을 활용해 lead-free optoelectronics로 확장하는 차별성을 보유하고 있습니다.

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연구 흐름

초기에는 InAs 및 III-V 계열 CQD에서 용액 공정 기반 리간드 교환을 통해 분산 안정성과 전하 생성 효율을 동시에 확보하는 방향으로 연구를 수행했습니다. 이후 intermediate phase transfer를 정교화하여 표면 매개 광증배의 경로를 조절하고, 리간드 반응성 선택을 통해 성능 메트릭을 체계적으로 개선하는 연구로 확장했습니다. 2024년 이후에는 AgBiS2와 같은 친환경 삼원계 CQD에서 다면 패시베이션을 구현하고, trap density 저감과 빠른 응답 특성을 연결하는 장치를 구축했습니다. 최근에는 화학 반응성 제어를 통해 SWIR용 은 칼코게나이드 CQD의 광흡수·응답 성능을 함께 끌어올리는 연구로 이어졌습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

  • 비독성 콜로이달 양자점 포토다이오드
  • 리간드 기반 고속 포토게인 조절 소자
  • 친환경 CQD 태양전지용 전하수송 계면
  • SWIR 대역 광검출기
  • 대역폭을 고려한 광전변환 모듈
  • 용액공정 공정성 높은 CQD 잉크 제조
  • 저트랩 고효율 광활성층 설계
  • 웨어러블·이미징용 NIR/IR 센싱 재료
  • 투명·박막 기반 광전변환 패널
  • 실시간 응답을 목표로 한 광학 신호 처리

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Colloidal InAs Quantum Dot‐Based Infrared Optoelectronics Enabled by Universal Dual‐Ligand Passivation

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Multi‐Facet Passivation of Ternary Colloidal Quantum Dot Enabled by Quadruple‐Ligand Ensemble toward Efficient Lead‐Free Optoelectronics (Adv. Energy Mater. 7/2024)

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비독성 콜로이달 양자점, 이를 이용한 양자점 잉크의 제조 방법 및 광전자 소자

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이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점과 이를 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법 및 이를 이용하는 광전자 소자

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친환경 콜로이달 양자 구조체 기반 고효율 광대역 광전변환소자

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