이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점과 이를 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법 및 이를 이용하는 광전자 소자
III-V quantum dot comprising two different ligands, manufacturing method of environmently- friendly solvent-based ink using III-V quantum dot comprising two different ligands, and photoelectric devices fabricated using the same
특허 요약
본 발명은 III-V족 콜로이달 양자점의 리간드 치환 기술에 관한 것으로서, 리간드 표면 처리 방식을 이용하여 III-V족 양자점의 리간드 치환을 용이하게 하고 용매 분산성을 높일 수 있도록 하며, 이종의 리간드를 치환하여 친환경 용매 기반 양자점 잉크를 제조 및 이를 소자 제작에 활용할 수 있도록 한 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점과 이를 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법 및 이를 이용하는 광전자 소자를 제안한다.
청구항
번호청구항
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제 1항에 있어서,상기 양자점 코어부는,칼코제나이드계 양자점 또는 이원계 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점.

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제 1항에 있어서,상기 III-V족 콜로이달 양자점은,근적외선 영역대인 900~1600nm 대역대의 빛을 수광 또는 발광 가능한 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점.

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양자점 본체를 형성하는 것으로서, III-V족 원자로 이루어진 양자점 코어부;상기 양자점 코어부의 표면에 리간드 치환되어 구비되는 방향족 리간드부;상기 양자점 코어부의 표면에 리간드 치환되어 방향족 리간드부와 함께 구비되는 티올 리간드부; 를 포함하며,상기 양자점 코어부는,인듐(In) 기반에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나가 포함된 제1화합물 또는 납(Pb) 기반에 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나가 포함된 제2화합물이되, 상기 제1화합물, 제2화합물을 형성하는 군에서 선택된 어느 하나이며,상기 제1화합물은 인듐(In) : 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나 = 1.52.5 : 0.81.5의 중량비 또는 몰비로 조성되며,상기 제2화합물은 납(Pb) : 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나 = 12 : 0.51.5의 중량비 또는 몰비로 조성되는 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점.

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제 1항에 있어서,상기 III-V족 콜로이달 양자점은,테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 2-메틸어나이솔(2-methylanisole), 2-메틸테트라하이드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상이 조합된 용매에 분산시켜 응집현상이 일어나지 않는 잉크 상태를 유지하는 구성인 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점.

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(A) 양자점 용액을 준비하는 단계;(B) 용매에 방향족 리간드와 티올 리간드를 분산시킨 전구체 용액을 준비하는 단계;(C) 상기 (A)단계의 양자점 용액에 상기 (B)단계의 전구체 용액을 교반 혼합하여 반응시키는 단계;(D) 상기 (C)단계의 반응물에 헥세인을 넣고 원심분리시켜 양자점을 침전시킴으로써 반응하지 않은 리간드와 양자점을 걸러주는 단계;(E) 상기 (D)단계를 거친 반응물을 저극성 용매 또는 친환경 용매로 재분산시키는 단계;(F) 상기 (E)단계를 거친 결과물을 건조시켜 잔여 용매를 제거하는 단계;(G) 상기 (F)단계를 거친 결과물을 저극성 용매 또는 친환경 용매에 분산시키는 단계; 를 포함하며.상기 (D)단계와 (E)단계는 연속하여 2회 내지 3회 반복 처리하는 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하며,상기 (A)단계에서는,용매에 녹아있는 리간드가 치환된 타입의 양자점 용액으로 준비하되;상기 양자점은 인듐(In) 기반에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나가 포함된 제1화합물 또는 납(Pb) 기반에 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나가 포함된 제2화합물로서, 상기 제1화합물, 제2화합물을 형성하는 군에서 선택된 어느 하나이고;상기 제1화합물은 인듐(In) : 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나 = 1.52.5 : 0.81.5의 중량비 또는 몰비로 조성되며, 상기 제2화합물은 납(Pb) : 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나 = 12 : 0.51.5의 중량비 또는 몰비로 조성되며;용매는 n-옥테인(octane), n-헥세인(hexane), 톨루엔(toluene) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상의 조합이며;리간드는 올레산(oleic acid), 미리스트산(Myristic acid), 라우르산(Lauric acid) 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 올레일아민(Oleylamine), n-옥틸 아민(n-octyl amine), 헥사데실 아민(Hexadecyl amine), 헥실포스포닉산(Hexyl phosphonic acid), n-옥틸 포스포닉산(n-octyl phosphonic acid), 테트라데실 포스포닉산(Tetradecyl phosphonic acid), 옥타데실 포스포닉산(Octadecyl phosphonic acid) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 III-V족 콜로이달 양자점을 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법.

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제 6항에 있어서,상기 (B)단계에서 사용되는 상기 방향족 리간드와 상기 티올 리간드는 전하 추출을 위한 전도성을 확보하기 위해 상기 방향족 리간드는 탄소 8개 이하의 사슬로 이루어진 물질을 사용하며, 상기 티올 리간드는 탄소 3개 이하의 사슬로 이루어진 물질을 사용하여 전구체 용액을 준비하는 것을 특징으로 하는 III-V족 콜로이달 양자점을 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법.

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제 6항에 있어서,상기 (B)단계에서는 방향족 리간드와 티올 리간드의 분산을 위한 용매는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 2-메틸어나이솔(2-methylanisole), 2-메틸테트라하이드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran), 톨루엔(toluene) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상이 조합된 용매이며,상기 (C)단계에서는 질소 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점을 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법.

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제 6항에 있어서,상기 (E)단계 또는 (G)단계에서 사용되는 저극성 용매 또는 친환경 용매는,테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 2-메틸어나이솔(2-methylanisole), 2-메틸테트라하이드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상이 조합된 용매인 것을 특징으로 하는 이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점을 이용한 친환경 용매 기반 잉크 제조방법.

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양자점 광흡수층을 포함하는 광센싱 기반 광전자 소자에 있어서,상기 양자점 광흡수층은,이종 리간드를 포함하는 III-V족 콜로이달 양자점을 저극성 용매 또는 친환경 용매에 분산시킨 양자점 잉크로 박막 코팅하여 형성되며,상기 III-V족 콜로이달 양자점이 갖는 이종 리간드는 방향족 리간드 및 티올 리간드이며,상기 III-V족 콜로이달 양자점은,인듐(In) 기반에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나가 포함된 제1화합물 또는 납(Pb) 기반에 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나가 포함된 제2화합물이되,상기 제1화합물, 제2화합물을 형성하는 군에서 선택된 어느 하나이며,상기 제1화합물은 인듐(In) : 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중에서 어느 하나 = 1.52.5 : 0.81.5의 중량비 또는 몰비로 조성되며, 상기 제2화합물은 납(Pb) : 황(S), 셀레늄(Se) 중에서 어느 하나 = 12 : 0.51.5의 중량비 또는 몰비로 조성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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제 10항에 있어서,상기 양자점 광흡수층은,100nm 내지 1000nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

12

제 10항에 있어서,상기 III-V족 콜로이달 양자점은,칼코제나이드계 양자점 또는 이원계 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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삭제

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제 10항에 있어서,상기 저극성 용매 또는 친환경 용매는,테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 2-메틸어나이솔(2-methylanisole), 2-메틸테트라하이드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상이 조합된 용매인 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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제 10항에 있어서,상기 양자점 광흡수층은,전자수송층과 정공수송층의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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제 15항에 있어서,상기 전자수송층은,이산화타이타늄(titanium dioxide; TiO2), 이산화주석(tin oxide; SnO2), 산화아연(zinc oxide; ZnO) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 산화물 페이스트를 박막 코팅한 후 가열하는 방식으로 형성되고,10nm 내지 200nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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제 15항에 있어서,상기 정공수송층은,산화니켈(nickel oxide; NiO), 산화구리(copper oxide; CuOx), 몰리브덴산화물(molybdenum oxide; MoOx) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 산화물을 금속열증착 또는 박막코팅 방식으로 형성되고,5nm 내지 50nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.

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제 15항에 있어서,리지드 또는 플렉시블 기판의 상면에 투명전극층이 형성되고,상기 투명전극층의 상면에 전자수송층이 형성되고,상기 정공수송층의 상면에 전극층이 형성되며,상기 투명전극층은 인듐-주석산화물(indium-tin oxide; ITO), 불소함유 산화주석(Fluorine doped SnO-2; FTO)을 사용하여 10nm 내지 100nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자.