반도체 성질의 납 할라이드 페로브스카이트 나노크리스탈(PNCs)은 용액 공정 가능성과 뛰어난 광전자적 특성으로 인해 차세대 광전자 소자의 유망한 후보로 간주된다. 광전자 소자의 대표적 두 예인 발광다이오드(LEDs)와 태양전지(photovoltaics, PVs) 분야에서 최근 고성능 PNC 기반 소자를 구현하기 위한 다수의 노력이 이루어졌음에도 불구하고, 단일 PNC 공정 전략을 통해 높은 효율과 안정성을 모두 달성한 소자를 구현하는 일은 여전히 과제로 남아 있다. 본 연구에서는 적절한 ab-initio 기반 리간드 탐색을 통해 도출된 디페닐프로필암모늄(diphenylpropylammonium, DPAI) 표면 리간드가 이 문제에 대한 해결책을 제공함을 보여준다. 여기서 제시하는 DPAI 리간드를 포함하는 범용 PNC 잉크는 용액 상 리간드 교환 공정으로 제조되며, 단일 단계 공정을 통해 각각 피크 전계발광 외부 양자 효율 17.00%와 전력 변환 효율 14.92%(안정화 출력 14.00%)를 갖는 LED 및 PV 소자를 동시에 가능하게 한다. DPAI와 같은 방향족 고리의 세심한 설계가 이러한 높은 성능, 용이한 용액 공정성, 그리고 최대 120일까지의 향상된 상(phase) 안정성을 부여하는 결정적 요인임이 밝혀진다. 본 연구는 고속 생산을 위한 광전자 소자용 PNC 잉크 제형을 만드는 데서 리간드 설계의 역량을 보여주며, 또한 PV와 LED 기능을 모두 갖는 “듀얼 모드(dual-mode)” 소자를 위한 경로를 제시한다.

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