준 2차원 페로브스카이트-고분자 복합 박막 제작 및 특성 연구

Abstract

페로브스카이트(perovskite)는 조정 가능한 넓은 밴드 갭(band gap), 뛰어난 광전자 특성, 낮은 비용의 용액 가공성 등의 장점으로 차세대 반도체 재료로 주목받고 있다. 최근에는 준 2차원 페로브스카이트(quasi-two-dimensional perovskite) 박막이 3차원 페로브스카이트(three-dimensional perovskite) 박막의 낮은 환경 안정성과 구조적 제약을 극복하기 위해 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 용액 공정(solution process)을 이용하여 PEA2Csn-1Pbn Br3n+1(n = 1-5) 준 2차원 페로브스카이트 박막을 제작하였다. 또한 PEA2 Csn-1PbnBr3n+1(n = 1-5) 다결정 박막(polycrystalline film)의 결함 및 덮임률(coverage)을 개선하기 위하여 고분자 물질인 poly(ethylene oxide)(PEO)를 도입하였다. PEA2Csn-1PbnBr3n+1-PEO 복합 박막은 PEA2Csn-1PbnBr3n+1 (n = 1-5) 전구체 용액과 PEO 전구체 용액을 1:1의 부피 비로 혼합하고 스핀 코팅(spin coating)하여 제작하였다. 그리고 n 값의 변화에 따른 준 2차원 페로브스카이트 박막과 준 2차원 페로브스카이트-고분자 복합 박막의 X선 회절(x-ray diffraction) 분석, 반사 편광 현미경 이미지(reflected polarization microscopy), 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 이미지, 흡수 및 발광(photoluminescence) (PL) 스펙트럼을 측정하여 박막의 결정성, 결함, 덮임률(coverage rate), 광학적 특성 등을 분석하였다. 무기 층(inorganic layer)의 수를 나타내는 “n” 값이 증가함에 따라 두 종류의 박막 모두 2차원에서 3차원 사방정계(orthorhombic) 구조로 상전이(phase transition) 되었다. 준 2차원 페로브스카이트 박막에 고분자가 도입되면, 박막의 결함이 감소하고(또는 박막 표면의 덮임률이 증가하고) 발광 세기가 증가한다. 따라서 PEA2Csn-1PbnBr3n+1-PEO 복합 박막의 발광 특성을 기반으로 하는 본 연구는 페로브스카이트 박막의 응용 분야를 연속 출력 레이저(continuous wave laser) 및 전하 주입 레이저(charge-injection laser)와 같은 광학 소자로 확장시킬 수 있다.