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인듐 주석 산화물 (ITO) 은 취성 및 화학적 불안정성 등과
같은 특성을 지니고 있어, 유연하고 효율적인 유기 및 금속 할라이드 페로브스카이트 광전자소자의 전극으로 사용되기에 어려움이 있다. 그래핀은 우수한 전기적, 광학적, 화학적, 기계적 특성을 바탕으로 ITO 의 문제점을 해결할 수 있는 대체 전극 소재로써 주목 받아왔다. 본 논문에서는 효율적인 ...

인듐 주석 산화물 (ITO) 은 취성 및 화학적 불안정성 등과
같은 특성을 지니고 있어, 유연하고 효율적인 유기 및 금속 할라이드 페로브스카이트 광전자소자의 전극으로 사용되기에 어려움이 있다. 그래핀은 우수한 전기적, 광학적, 화학적, 기계적 특성을 바탕으로 ITO 의 문제점을 해결할 수 있는 대체 전극 소재로써 주목 받아왔다. 본 논문에서는 효율적인 플렉서블 유기 태양전지 및 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 의 개발을 위해 그래핀을 플렉서블 투명 전극으로 적용하였다.
2장에서는 친수성이 덜한 GraHEL 을 정공 추출층으로 사용함으로써 기존 PEDOT:PSS 가 소수성의 그래핀 전극 위에 균일하게 성막될 수 없는 문제점을 해결하고 그래핀을 유기 태양전지의 애노드로 적용하였다. CVD 방법을 통해 성장된 단층의
그래핀이 적층된 수에 따라 유기 태양전지의 성능 변화를 체계적으로 분석하였고, 결과적으로 세 장이 적층된 그래핀 전극이 전극의 면저항과 투과도의 trade-off 에 의해 유기 태양전지의 전극으로써 최적임을 확인하였다.
3장에서는 그래핀을 고효율 역구조 유기 태양전지의 캐쏘드로
사용하였다. ZnO 에 fluoro surfactant, Zonyl 을 첨가하여 소수성의 그래핀 위에 균일한 ZnO 박막을 형성하였고 그래핀의 N 도핑을유도하였다. N 도핑 효과는 계산과 실험을 통해 확인되었다. 이 장에서의 연구는 개량된 ZnO 가 전자 추출층으로써의 역할을 해냄과 동시에 공정 중 그래핀을 도핑했다는 것에 의미가 크다. 이러한 장점을 바탕으로, 그래핀 전극을 이용한 역구조 유기 태양전지는 ITO 전극 기반 소자의 효율과 동등한 수준의 광전변환효율 (~7.5 %) 에 달하였다. 또한, 그래핀의 우수한 기계적 특성을 바탕으로한 플렉서블 유기 태양전지를 구현하였다.
ITO 가 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 의 전극으로 사용될 때에는 전극의 화학적 불안정성, 특히, 산에 취약함이 효율적인 소자 구현에 큰 제약이 된다. 왜냐하면, 금속 할라이드 페로브스카이트 발광체는 일반적인 유기물 발광체에 비해 낮은 엑시톤 바인딩 에너지를 가지고, 따라서 엑시톤 퀜칭이 쉽게 야기 되기 때문이다.
4장에서는 자기조립단분자막 (self-assembled monolayer) 을 ITO 전극의 버퍼층으로 적용하여 In 및 Sn 과 같은 금속 종들의 확산을 제한함으로써 이러한 문제를 최소화하고자 하였으며 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 소자의 성능을 크게
개선시켰다. 5장에서는 ITO 전극의 화학적 불안정성에 의해 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 소자 성능이 악화되는 문제를 완전히 해소하기 위해 그래핀을 애노드로 사용하였다. IZO, ITO, FTO 및 그래핀 전극을 함께 비교한 결과 그래핀 애노드를 사용한 경우 금속할라이드 페로브스카이트의 형광 특성 및 소자 특성을 크게 개선하였다. 그래핀 전극 기반의 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 의 효율은 18 cd A-1 그리고 휘도는 10000 cd m-2 이상을 나타내었으며 이는 ITO 전극 기반 소자 효율에 비해 약 170% 정도 향상된 결과이다. 최종적으로, 그래핀의 우수한 기계적 특성을 기반으로 플렉서블 금속 할라이드 페로브스카이트 LED 소자 구현을 성공하였다.