청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 전자소자
Perovskite Halide Thin Film That Receives Or Emits Blue Light And Manufacturing Method Thereof And Electronic Device Thereof
특허 요약
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 전자소자에 대한 것이다. [화학식 1] AM(I x Br y Cl z ) 3 본 발명의 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막은 단일상을 가짐과 동시에 청색(380 - 500 nm) 범위의 밴드갭을 가지므로 청색광을 불순물 없이 높은 정확도로 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막을 사용한 전자소자는 자체적으로 색상 구현하므로 컬러 필터 등의 추가적인 소자가 필요 없다. 그리고, 본 발명의 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 제조방법은 대면적 구현이 가능한 용액공정으로 제조되어, 경제적이고, 반복 생산이 용이하고, 생산 수율이 높다.
청구항
번호청구항
1

페로브스카이트 박막으로서, 상기 페로브스카이트 박막의 결정상은 단일상이고 입방정계(Cubic)이며, 상기 페로브스카이트 박막의 밴드갭은 2.484 eV 내지 2.690 eV이고,할로겐 원소의 구성비에 따라 461 nm 내지 499 nm의 청색광(Blue Light)을 수광 또는 발광할 수 있는 화학식 1 또는 2로 표시되는 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 분석된 성분 조성의 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막:[화학식 1] MAPb(IxBryClz)3화학식 1에서 MA는 CH3NH3이고 및x, y, z는 0.02≤x≤0.07, 0.40≤y≤0.55, 0.39≤z≤0.58, x+y+z=1이고,[화학식 2] MAPb(BryClz)3화학식 2에서 MA는 CH3NH3이고 및y, z는 0.47≤y≤0.67, 0.33≤z≤0.53, y+z=1이다.

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제 1 항에 있어서,상기 청색광 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막은 상기 2성분계 할로겐 원소 조성으로에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 분석된 성분 조성은 MAPb(Br0.67Cl0.33)3, MAPb(Br0.56Cl0.44)3, 또는 MAPb(Br0.47Cl0.53)3인 것을 특징으로 하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막.

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제 1 항에 있어서,상기 청색광 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막은 상기 3성분계 할로겐 원소 조성으로에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 분석된 성분 조성은 MAPb(I0.06Br0.55Cl0.39)3, MAPb(I0.07Br0.46Cl0.47)3, 또는 MAPb(I0.02Br0.40Cl0.58)3인 것을 특징으로 하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막.

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  1. MAX(X=I, Br, 또는 Cl)와 PbX2(X=I, Br, 또는 Cl)를 극성 용매에 용해하여 단일 할로겐 조성의 MAPbX3(X=I, Br, 또는 Cl) 용액을 제조하는 단계;2) 상기 각 단일 할로겐 조성의 MAPbI3, MAPbBr3 및 MAPbCl3 용액을 할로겐 이온의 몰 비율과 동일한 몰 비율로 혼합하여 화학식 1 또는 2로 표시되는 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 분석된 성분 조성의 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 혼합 할로겐 조성 용액을 제조하는 단계;3) 상기 혼합 할로겐 조성 용액을 5분 내지 20분 동안 UV-오존 처리된 기판 상에 적하한 후 스핀 코팅하는 단계; 및4) 상기 코팅된 기판을 40℃ 내지 65℃와 100℃ 내지 120℃에서 각각 20 초 내지 5 분, 8 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 제조방법:[화학식 1] MAPb(IxBryClz)3화학식 1에서 MA는 CH3NH3이고 및x, y, z는 0.02≤x≤0.07, 0.40≤y≤0.55, 0.39≤z≤0.58, x+y+z=1이고,[화학식 2] MAPb(BryClz)3화학식 2에서 MA는 CH3NH3이고 및y, z는 0.47≤y≤0.67, 0.33≤z≤0.53, y+z=1이다.
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제 7 항에 있어서,상기 스핀 코팅하는 단계에서스핀 코팅 시작 후 스핀 코팅 종료 전 비극성 용매를 적하하여 코팅된 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 제조방법.

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제 7 항에 있어서,상기 극성 용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 메탄올, 벤질알코올 에틸아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 트리메틸포스페이트(trimethylphosphate), 헥사메틸포스포아마이드(Hexamethylphosphoramide), 및 물 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 제조방법.

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제 8 항에 있어서,상기 비극성 용매는 디에틸에테르(DEE), 디프로필에테르(DPE), 사이클로헥산, 클로로벤젠, 톨루엔, 자일렌, 및 클로로포름 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 청색광을 수광 또는 발광하는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 제조방법.

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제1항의 박막을 이용하여 제조된 광센서 소자.

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제1항의 박막을 이용하여 제조된 이미지 센서 소자.

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제1항의 박막을 이용하여 제조된 발광 다이오드(LED) 소자.

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제1항의 박막을 이용하여 제조된 태양전지.

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제1항의 박막을 이용하여 제조된 광전 변환소자.