표면 결함 개선을 통한 높은 안정성 및 발광 효율을 갖는 청색 발광 CsPbBr3 페로브스카이트 양자점 = Surface Passivation for Highly Luminescent Blue Light Emitting CsPbBr3 Perovskite Quantum Dots

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Research on all-inorganic perovskite quantum dots (PQDs) has been actively pursued due to their unique and excellent optoelectronic properties. In particular, blue light-emitting diodes (LEDs) based on PQDs have been thoroughly explored because their efficiency is substantially lower than those of the red and green perovskite-based LEDs. However, blue-emitting PQDs still face numerous obstacles, such as phase separation, halide vacancies, and surface defects, eventually leading to poor emission stability and low external quantum efficiency. Here, we successfully synthesized highly efficient and stable blue-emitting CsPbBr3 QDs with a uniform size distribution of 4.6±0.9 nm by introducing trioctylphosphine (TOP) as a surface-capping ligand. The TOP-capped CsPbBr3 QDs showed a near-unity photoluminescence quantum yield of 97.9%. The phosphine in TOP effectively passivates the surface of the small-size CsPbBr₃ QDs, consequently improving their emission efficiency and long-term stability. Blue LEDs fabricated by the TOP-treated CsPbBr3 QDs exhibited an improved luminance of 328 cd/m2 and exceptional color stability, maintaining longer emission stability than the pristine QDs.

국문 초록 (Abstract)

페로브스카이트 양자점(Perovskite Quantum Dots, PQDs)은 최근 디스플레이 및 광전자 소자 기술 분야에서 주목받고 있는 신소재로, 우수한 광학적 성질, 저비용 제조, 간단한 합성 방법으로 차세대 발광 재료로서의 가능성을 인정받고 있다. 특히 비용 측면에서 효율적이며 초고해상도와 넓은 색역을 구현할 수 있는 발광 다이오드로 활용 가능하여 페로브스카이트 발광 다이오드(PeLED)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 청색 발광 양자점은 합성 과정에서 발생하는 결정 품질의 불안정성 문제로 인해 적색 및 녹색 양자점에 비해 발광 효율이 낮으며, 이는 곧 다이오드의 양자 효율 저하로 이어지는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 청색 발광 페로브스카이트 양자점의 안정성 및 발광 효율 개선 방법을 제시하고 그 결과를 분석했다. 4 nm 크기의 세슘 납 할로겐화물(CsPbBr3) 양자점을 합성하기 위해 저온 합성 방법을 개발한 뒤, 양자점 표면에 Trioctylphosphine(TOP) 리간드를 추가로 처리하여 결함을 줄이고 안정성을 향상시키는 표면 패시베이션 방법을 개발하였다. 리간드 처리된 양자점을 이용하여 제작된 청색 QLED는 328 cd/m2의 높은 휘도와 뛰어난 색 안정성을 보였고, 기존의 청색 QLED에 비해 작동 스트레스 하에서도 더 오랜 발광 안정성을 유지하였다.

목차 (Table of Contents)

• 요약ⅰ
• 표목차 ⅳ
• 그림목차 ⅴ
• I. 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 2
• II. 이론적 고찰 4
• 2.1 CsPbBr3 QD의 특징 5
• 2.1.1 CsPbBr3 QD의 구조적 특성5
• 2.1.2 CsPbBr3 QD의 광학적 특성 8
• 2.1.3 CsPbBr3 QD 합성 방법 9
• 2.2 청색 발광 페로브스카이트 QD 구현 방법 11
• 2.2.1 할라이드 혼합(Mixed-Halide) 11
• 2.2.2 크기 제한 (Size Confinement) 12
• III. 실험 장치 및 실험 방법13
• 3.1 CsPbBr3 QD의 합성과 리간드 처리·14
• 3.1.1 Hot-Injection 방법을 통한 QD 합성14
• 3.1.2 트리옥틸포스핀 리간드를 이용한 QD 표면 처리 15
• 3.2 발광 다이오드 소자 제작 16
• 3.3 QD 및 소자 특성 평가 17
• IV. 실험 결과 및 고찰 18
• 4.1 합성 조건에 따른 CsPbBr3 QD의 특성 분석 19
• 4.1.1 합성 온도에 따른 QD의 파장 변화 연구 19
• 4.1.2 Bromine 비율에 따른 QD의 특성 변화 연구23
• 4.2 리간드 첨가에 따른 QD의 발광특성 변화 분석 26
• 4.3 CsPbBr3 QD 기반 LED 제작 및 분석37
• 4.3.1 CsPbBr3 QD 기반 LED 설계 및 증착 공정37
• 4.3.2 CsPbBr3 QD 기반 LED 특성 분석 38
• V. 결론42
• 참고문헌 44
• 영문초록
• 감사의글