KR102248433B1 - Piezophototronic Device and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 전기적 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a piezo-phototronic device and a method of manufacturing the same, and more particularly, a piezo-phototronic device whose electrical properties are changed by light and strain, including a piezo-photoelectric layer that generates electrical energy by light And it relates to the manufacturing method.
Description
본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 전기적 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a piezo-phototronic device and a method of manufacturing the same, and more particularly, a piezo-phototronic device whose electrical properties are changed by light and strain, including a piezo-photoelectric layer that generates electrical energy by light And it relates to a method of manufacturing the same.
광전자 소자의 설계는 스마트 윈도우, 감지, 보안 등의 첨단 응용기술 분야에 있어서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 일반적으로 광전자 소자에서 전기적 및 광학적 성능은 정전 바이어스를 변경함으로써 조작된다.The design of optoelectronic devices is playing a very important role in advanced application technologies such as smart windows, sensing, and security. In general, in optoelectronic devices, the electrical and optical performance is manipulated by changing the electrostatic bias.
또한, 웨어러블 기술 등에서 중요하게 사용되는 기계적 자극 역시 첨단 장비를 설계하는데 사용될 수 있다. 기계적 자극은 산화아연이나 황화카드뮴과 같은 비대칭중심 물질에 압전 효과를 통해 분극 전하를 유도할 수 있어 다양하게 활용되고 있다. 매우 작은 기계적 변형에서도 분극 전하를 생성할 수 있고, 이는 태양전지나 발광다이오드와 같은 광전자 소자에서의 캐리어 생성, 수송, 분리 및/또는 재조합을 조절할 수 있도록 할 수 있다. 현재, 장치의 성능을 향상시키기 위하여 이와 같은 피에조-포토트로닉스 효과를 적용시키기 위한 노력이 지속되고 있다.In addition, mechanical stimulation, which is important in wearable technology, can also be used to design advanced equipment. Mechanical stimulation is widely used because it can induce polarization charges through a piezoelectric effect on asymmetric central materials such as zinc oxide or cadmium sulfide. Even very small mechanical strains can generate polarized charges, which can control carrier generation, transport, separation and/or recombination in optoelectronic devices such as solar cells or light-emitting diodes. At present, efforts to apply the piezo-phototronic effect are continuing in order to improve the performance of the device.
또한, 광학적으로 투명한 플렉서블 디바이스가 최근 각광받고 있다. 투명하면서도 유연한 광전자 디바이스는 군사, 민간 등에서 광범위하게 적용될 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 이와 같은 투명하면서 유연한 장치를 설계하기 위한 노력이 지속되어 왔다. 그러나 유연한 전자장치의 경우 굽힘 및 긁힘 등의 기계적 손상에 취약하여 쉽게 고장 나는 문제점이 있다.In addition, optically transparent flexible devices have recently been in the spotlight. Transparent and flexible optoelectronic devices have the potential to be widely applied in military and civilian applications. Efforts have been made to design such a transparent and flexible device. However, in the case of a flexible electronic device, it is vulnerable to mechanical damage such as bending and scratches, and thus there is a problem that it is easily broken.
이와 같이 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다.There is a need for development of such a transparent, flexible and robust piezo-phototronic device.
본 발명은 빛 및 스트레인에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a piezo-phototronic device and a method of manufacturing the same, including a piezo-photoelectric layer that generates electrical energy by light and strain, and whose properties are changed by light and strain.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자로서, 판 형태의 지지체; 상기 지지체의 상면에 마련되는 전하수송층; 및 상기 전하수송층의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화되는 압-광전층; 을 포함하는 피에조-포토트로닉스 소자를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a piezo-phototronic device, comprising: a plate-shaped support; A charge transport layer provided on the upper surface of the support; And a piezo-photoelectric layer provided on an upper surface of the charge transport layer to generate electrical energy by light and to change electrical characteristics by strain. It provides a piezo-phototronic device comprising a.
본 발명에서는, 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상일 수 있다.In the present invention, the piezo-phototronic device may have a transmittance of 60% or more in an electromagnetic wave having a wavelength of 400 to 700 nm.
본 발명에서는, 상기 압-광전층은 산화아연을 포함할 수 있다.In the present invention, the piezo-photoelectric layer may include zinc oxide.
본 발명에서는, 상기 전하수송층은 은나노와이어로 구성될 수 있다.In the present invention, the charge transport layer may be composed of silver nanowires.
본 발명에서는, 상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.In the present invention, the support may be polyethylene terephthalate (PET).
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법으로서, 판 형태의 지지체를 세척하는 단계; 상기 지지체의 상면에 전하수송층을 코팅하는 단계; 상기 전하수송층의 상면에 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층을 증착 하는 단계; 를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a piezo-phototronic device, comprising: washing a plate-shaped support; Coating a charge transport layer on the upper surface of the support; Depositing a piezo-photoelectric layer on an upper surface of the charge transport layer to generate electric energy by light and to change electrical characteristics by strain; It may include.
본 발명에서는, 상기 지지체를 세척하는 단계는, 아세톤으로 상기 지지체를 세척하는 단계; 메탄올로 상기 지지체를 세척하는 단계; 및 탈이온수(DIW)로 상기 지지체를 세척하는 단계; 를 포함할 수 있다.In the present invention, the washing of the support may include washing the support with acetone; Washing the support with methanol; And washing the support with DIW. It may include.
본 발명에서는, 상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함할 수 있다.In the present invention, the charge transport layer may include silver nanowires.
본 발명에서는, 상기 지지체 상에 전하수송층을 코팅하는 단계는, 상기 지지체 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계; 및 기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계; 를 포함할 수 있다.In the present invention, the coating of the charge transport layer on the support may include spin coating silver nanowires on the support; And annealing at a preset temperature. It may include.
본 발명에서는, 상기 압-광전층은 산화아연을 포함할 수 있다.In the present invention, the piezo-photoelectric layer may include zinc oxide.
본 발명에서는, 상기 압-광전층을 증착하는 단계는, 원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착 할 수 있다.In the present invention, in the step of depositing the piezo-photoelectric layer, a zinc oxide thin film may be deposited using an atomic layer deposition (ALD) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a piezo-phototronic device whose characteristics are changed by light and strain, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a transparent, flexible and robust piezo-phototronic device and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피에조-포토트로닉스 소자에 빛과 스트레인을 동시에 가하여 매우 높은 성능을 나타내는 포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a phototronic device exhibiting very high performance by simultaneously applying light and strain to a piezo-phototronic device, and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 산화아연 압-광전층의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율 및 흡광도 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화에 따른 암전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 광전류 및 광응답을 도시하는 2차원지도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 재현성을 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 인장변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 압축변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 변형에 따른 밴드 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체세척단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하수송층코팅단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
2 is an electron microscope image of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
3 is an energy dispersive X-ray spectral spectrum of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
4 is an X-ray diffraction spectrum of a zinc oxide rolling-photoelectric layer of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
5 is a transmittance and absorbance spectrum of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing electrical characteristics of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a change in dark current according to a strain change of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in current according to a change in strain and an intensity of irradiated UV light in a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
9 is a two-dimensional map showing a photocurrent and a light response according to a strain change and a change in irradiated UV illumination intensity of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing reproducibility of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a tensile strain is applied to a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which compression deformation is applied to a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
13 is a band diagram of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
14 is a band diagram according to a modification of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
15 is a flowchart schematically showing each step of a method of manufacturing a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
16 is a flowchart schematically showing detailed steps of a support cleaning step according to an embodiment of the present invention.
17 is a flowchart schematically showing detailed steps of a charge transport layer coating step according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.In the following, various embodiments and/or aspects are now disclosed with reference to the drawings. In the following description, for illustrative purposes, a number of specific details are disclosed to aid in an overall understanding of one or more aspects. However, it will also be appreciated by those of ordinary skill in the art that this aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and the annexed drawings set forth in detail certain illustrative aspects of the one or more aspects. However, these aspects are illustrative and some of the various methods in the principles of the various aspects may be used, and the descriptions described are intended to include all such aspects and their equivalents.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.Further, various aspects and features will be presented by a system that may include multiple devices, components and/or modules, and the like. It is also noted that various systems may include additional devices, components and/or modules, and/or may not include all of the devices, components, modules, etc. discussed in connection with the figures. It must be understood and recognized.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.As used herein, “an embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” and the like may not be construed as having any aspect or design described as being better or advantageous than other aspects or designs. . The terms'~unit','component','module','system', and'interface' used below generally mean a computer-related entity, for example, hardware, hardware. It can mean a combination of software and software.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the terms "comprising" and/or "comprising" mean that the corresponding feature and/or component is present, but excludes the presence or addition of one or more other features, components, and/or groups thereof. It should be understood as not doing.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.In addition, terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, in the embodiments of the present invention, unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms are generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It has the same meaning as. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the embodiments of the present invention, an ideal or excessively formal meaning Is not interpreted as.
피에조-포토트로닉스 효과는 조지아 공대의 Zhong Lin Wang 연구팀에 의해 처음 보고된 현상으로 압전 효과에 의한 전기장이 반도체의 에너지 밴드 구조를 변화시켜 결과적으로 소자의 광전자특성에 영향을 미치는 효과를 말한다. 이하에서 피에조-포토트로닉스 소자란 상기 피에조-포토트로닉스 효과를 이용하여 소자에 가해지는 빛 및 스트레인에 의해 특성을 제어하는 소자를 의미한다.The piezo-phototronic effect is a phenomenon first reported by the research team of Zhong Lin Wang of Georgia Tech. It refers to the effect of the electric field caused by the piezoelectric effect to change the structure of the energy band of the semiconductor and consequently affect the optoelectronic properties of the device. Hereinafter, the piezo-phototronic device refers to a device that controls characteristics by light and strain applied to the device using the piezo-phototronic effect.
피에조Piezo -- 포토트로닉스Phototronics 소자 device
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 판 형태의 지지체(10); 상기 지지체(10)의 상면에 마련되는 전하수송층(20); 및 상기 전하수송층(20)의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화되는 압-광전층(30); 을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention includes a plate-shaped
본 발명의 일 실시예에서 상기 지지체(10)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이고, 상기 전하수송층(20)은 은나노와이어(Ag Nano Wire, AgNW)로 구성되고, 상기 압-광전층(30)은 산화아연(ZnO)으로 구성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
이와 같이 구성된 피에조-포토트로닉스 소자는 UV조명 및 외부 압축/인장 스트레인에 의하여 소자의 광전류를 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 은나노와이어(AgNW) 및 산화아연(ZnO)으로 구성된 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 가시광선 영역에서 매우 높은 투과율을 보여 투명하면서도 은나노와이어를 사용함으로써 물리적 손상을 방지할 수 있는 견고함을 갖출 수 있게 된다.The piezo-phototronic device configured as described above can exhibit the effect of controlling the photocurrent of the device by UV illumination and external compression/tension strain. In particular, the piezo-phototronic device composed of polyethylene terephthalate (PET), silver nanowires (AgNW) and zinc oxide (ZnO) exhibits very high transmittance in the visible light region, so it is transparent and can prevent physical damage by using silver nanowires. You will be able to have the solidity that you have.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전자현미경 이미지이다.2 is an electron microscope image of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 2에는 은나노와이어 및 산화아연으로 구성된 전하수송층(20) 및 압-광전층(30)을 포함하는 2 단자 플렉서블 피에조-포토트로닉스 소자의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있다. 도 2의 우하단 상자에는 세 배 확대된 피에조-포토트로닉스 소자의 이미지가 도시되어 있다.FIG. 2 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a two-terminal flexible piezo-phototronic device including a
도 2를 참조하면 원자층증착방법(ALD)을 통해 산화아연의 박막이 은나노와이어 네트워크를 균등하게 코팅한 것을 확인할 수 있다. 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법에서는 복잡한 3차원 제조 공정 없이도 상기 피에조-포토트로닉스 소자를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that a thin film of zinc oxide uniformly coats the silver nanowire network through the atomic layer deposition method (ALD). In the method of manufacturing a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention, which will be described later, the piezo-phototronic device can be manufactured without a complicated three-dimensional manufacturing process.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼이다.3 is an energy dispersive X-ray spectral spectrum of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 3의 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼을 참조하면 아연(Zn), 산소(O) 및 은(Ag) 원소의 존재를 확인할 수 있다. 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)는 상기 압-광전층(30)의 산화아연을, 상기 은(Ag)은 상기 전하수송층(20)의 은나노와이어를 구성하고 있다.Referring to the energy dispersive X-ray spectral spectrum of the piezo-phototronic device of FIG. 3, the presence of zinc (Zn), oxygen (O), and silver (Ag) elements can be confirmed. The zinc (Zn) and the oxygen (O) constitute the zinc oxide of the piezo-
또한, 도 3에서 0.26keV에 나타나는 강한 피크는 지지체(10)의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)에 포함되는 탄소 원자(C)에 기인한다.In addition, the strong peak shown at 0.26 keV in FIG. 3 is due to the carbon atom (C) contained in polyethylene terephthalate (PET) of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 산화아연 압-광전층의 X선 회절 스펙트럼이다.4 is an X-ray diffraction spectrum of a zinc oxide rolling-photoelectric layer of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
상기 산화아연 압-광전층(30)을 X선 회절(XRD) 측정함으로써 상기 압-광전층(30)의 결정 성질을 파악할 수 있다. 도 4에 도시된 것과 같이 2θ=31.7°에서 강한 피크가 관찰되었고, 34.3° 및 36.1°에서도 다른 피크가 나타났다. 이는 각각 (100), (002) 및 (101) 반사에 해당하며 이는 육각형의 우르차이트 산화아연 결정의 성장을 확인시켜준다(JCPDS-ICDD 카드 No.36-1451).By measuring the zinc
또한, 다른 여러 피크들이 존재하는 것은 상기 산화아연 나노 구조가 도 2에 도시된 것과 같이 무작위 방향으로 성장하였기 때문이다.In addition, several other peaks exist because the zinc oxide nanostructures were grown in a random direction as shown in FIG. 2.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율 및 흡광도 스펙트럼이다.5 is a transmittance and absorbance spectrum of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 5에서 녹색으로 표시된 스펙트럼은 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율이고, 적색으로 표시된 스펙트럼은 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 흡광도이다.In FIG. 5, the spectrum indicated in green is the transmittance of the piezo-phototronic device, and the spectrum indicated in red is the absorbance of the piezo-phototronic device.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상이고, 75% 이상의 평균 투과율을 보였다. 상기 압-광전층(30)의 산화아연으로 인해 336nm 인근에서 투과율이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention has a transmittance of 60% or more and an average transmittance of 75% or more in an electromagnetic wave having a wavelength of 400 to 700 nm. It can be seen that the transmittance of the piezo-
또한 흡광도 스펙트럼에서는 자외선 영역에서 흡광도가 급격히 증가한다. 더욱 상세하게는 380nm 인근에서 넓은 형태의 피크가 나타나고, 이는 은나노와이어의 횡축 국소 표면 플라즈몬 공명에 의한 것이다.In addition, in the absorbance spectrum, the absorbance rapidly increases in the ultraviolet region. In more detail, a broad peak appears around 380 nm, which is due to the local surface plasmon resonance of the transverse axis of the silver nanowire.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing electrical characteristics of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 빛을 차단한 상태 및 UV(λ= 365nm, 4mW/cm2) 조사 상태에서 외부 스트레인이 없는 무 부하 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성을 나타낸다. 빛을 차단한 상태에서 UV조명이 가해지면(붉은색 화살표) 전류는 점점 증가한다. 이는 UV조명에 의해 생성된 광전자-정공 쌍이 증가하기 때문이다.Figure 6 (a) is the current of the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention in the state of blocking light and UV (λ = 365nm, 4mW / cm 2) irradiation state in a no-load condition without external strain -Indicates voltage characteristics. When UV light is applied while blocking the light (red arrow), the current gradually increases. This is because the photoelectron-hole pairs generated by UV illumination increase.
반면, UV조명이 없어져 빛이 차단되면(녹색 화살표) 전자-정공 재조합 과정이 일어나며 전류는 감소한다.On the other hand, when the UV light disappears and the light is blocked (green arrow), the electron-hole recombination process occurs and the current decreases.
또한, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 압축 스트레인(+0.6%) 및 인장 스트레인(-0.6%)하에서도 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 유사한 거동을 보인다. 최대 광전류는 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서 각각 8.4μA, 85.0 μA 및 3.6 μA였다. 상기 압축 스트레인 및 인장 스트레인은 굽힘 반경 R, 지지체(10)의 두께 D에 기초하여 ± D/2R과 같이 구해질 수 있다.In addition, as shown in (b) and (c) of Fig. 6, the piezo-phototronic device exhibits similar behavior even under compression strain (+0.6%) and tensile strain (-0.6%). The maximum photocurrents were 8.4 μA, 85.0 μA and 3.6 μA, respectively, under no load, compressive strain and tensile strain conditions. The compressive strain and tensile strain may be calculated as ± D/2R based on the bending radius R and the thickness D of the
도 6의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 전류-전압 곡선이 선형 대칭의 특성을 보이는 바, 옴 접합이 이루어져 있음 확인할 수 있다. 산화아연에 스트레인이 가해지면 압전 전위를 유도하고, 이는 금속/산화아연 접점에서의 에너지 장벽을 변화시키게 된다. 열 평형 상태에서 에너지 장벽은 양 단에서 거의 동일하지만, 스트레인이 가해지는 경우, 압전 전위가 생성되어 양 단에서의 에너지 장벽에 변화가 발생할 수 있고, 이로 인해 소자의 전류-전압 특성이 비선형적으로 나타날 수 있다.As shown in (a), (b) and (c) of FIG. 6, the current-voltage curve exhibits a characteristic of linear symmetry, and it can be seen that an ohmic junction is formed. Strain applied to zinc oxide induces a piezoelectric potential, which changes the energy barrier at the metal/zinc oxide contact. In thermal equilibrium, the energy barrier is almost the same at both ends, but when strain is applied, a piezoelectric potential is generated, which can cause a change in the energy barrier at both ends, which causes the current-voltage characteristics of the device to be nonlinear. Can appear.
한편, 이와 같은 스트레인에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성의 변화에 있어서 상기 압-광전층(30)의 특성 변화뿐만 아니라 전하수송층(20)의 특성 변화 또한 영향을 줄 수 있다. 따라서 상기 전하수송층(20)의 특성 변화를 파악하기 위하여 압-광전층(30)이 없는 은나노와이어 전하수송층(20) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 지지체(10)만으로 구성된 소자의 전류-전압 특성을 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서 측정하였다. 그 결과 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서의 측정 결과에 거의 변화가 나타나지 않았다.Meanwhile, in the change of the current-voltage characteristics of the piezo-phototronic device according to the strain, not only the characteristics of the piezo-
즉, 상기 전하수송층(20)에 의한 전류-전압 특성의 변화는 미미하고, 상기 산화아연 압-광전층(30)에 의한 전류-전압 특성이 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성으로 나타남을 알 수 있다.That is, the change in current-voltage characteristics due to the
또한, 전하수송층(20) 없이 압-광전층(30)의 산화아연만 존재하는 박막 장치의 경우 압축 스트레인 또는 인장 스트레인을 가하더라도 의미 있는 광응답을 보이지 않았다.In addition, in the case of a thin film device in which only zinc oxide of the piezo-
도 6의 (d)는 무 부하 조건에서 1.5V 전압 하 단일 UV 펄스(강도 4mW/cm2, 지속시간 90초)에 대한 피에조-포토트로닉스 소자의 광 반응(I-t)을 도시하고 있다. 전류는 어두운 상황에서 약 20nA에서부터 UV 펄스 조사 시 약 5.2μA까지 증가하였다. 이는 UV 펄스에 의해 전자-정공 쌍이 생성되었기 때문이다.FIG. 6(d) shows the light response (It) of the piezo-phototronic device to a single UV pulse (intensity 4mW/cm 2, duration 90 seconds) under a voltage of 1.5V under no load condition. The current increased from about 20nA in dark conditions to about 5.2μA when irradiated with UV pulses. This is because electron-hole pairs are generated by the UV pulse.
또한, 도 6의 (e)을 참조하면 압축 스트레인(+0.6%) 조건 하에서는 암전류가 약 0.24μA이고, UV 펄스 하에서는 약 55.2μA 로 개선되었고, 도 6의 (f)를 참조하면 인장 스트레인(-0.6%) 조건 하에서는 암전류가 약 8nA이고, UV 펄스 하에서는 약 2.2μA로 감소하였다.In addition, referring to (e) of FIG. 6, the dark current is about 0.24 μA under the conditions of compressive strain (+0.6%), and is improved to about 55.2 μA under the UV pulse. Referring to (f) of FIG. 6, the tensile strain (- 0.6%), the dark current was about 8nA, and it was reduced to about 2.2μA under the UV pulse.
일정한 조명 강도(4mW/cm2)하에서 계산된 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서의 전류비(IUV/Idark)는 각각 260(무 부하), 230(압축 스트레인) 및 27(인장 스트레인)이었다. Current ratios (I UV /I dark ) under no-load, compressive strain and tensile strain conditions calculated under constant light intensity (4mW/cm 2 ) are 260 (no load), 230 (compressive strain), and 27 (tensile strain), respectively. ).
본 발명의 일 실시예에서는 이와 같은 측정 결과를 통해 특정 UV 강도 및 특정 전압 공급 하에서 외부로부터 가해지는 스트레인 통해 다양한 전류 레벨을 설정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, various current levels may be set through a strain applied from the outside under a specific UV intensity and a specific voltage supply through the measurement result.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화에 따른 암전류 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a change in dark current according to a strain change of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 7에서는 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 암전류를 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인을 변화시키면서 측정한 결과이다. 측정 결과 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 스트레인에 매우 강한 종속성을 가짐을 확인할 수 있다.7 is a result of measuring the dark current of the piezo-phototronic device while changing the strain applied to the piezo-phototronic device. As a result of the measurement, it can be confirmed that the piezo-phototronic device has a very strong dependency on strain.
도 7을 참조하면 암전류는 압축 스트레인(0% 부터 +0.6%)가 증가함에 따라 증가하고, 인장 스트레인(0% 부터 -0.6%)이 증가함에 따라 감소한다. 실제로 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 1.5V의 고정 바이어스에서 인장 스트레인이 -0.6%일 때 약 8nA의 매우 낮은 암전류를 보이고, 압축 스트레인이 +0.6%일 때 0.24μA로 증가된 암전류를 보인다. 이와 같은 결과는 스트레인에 의해 밴드 갭 및/또는 이용 가능한 캐리어 밀도의 변화에 의해 설명될 수 있다.Referring to FIG. 7, the dark current increases as the compressive strain (from 0% to +0.6%) increases, and decreases as the tensile strain (from 0% to -0.6%) increases. In fact, the piezo-phototronic device exhibits a very low dark current of about 8 nA when the tensile strain is -0.6% at a fixed bias of 1.5 V, and a dark current increased to 0.24 μA when the compression strain is +0.6%. This result can be explained by the variation of the band gap and/or the available carrier density by strain.
본 발명의 일 실시예에서 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인은 -0.6% 내지 +0.6% 이내일 수 있다. 이와 같은 스트레인 범위를 벗어난 스트레인이 가해지는 경우 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 제대로 작동하지 않았다.In an embodiment of the present invention, the strain applied to the piezo-phototronic device may be within -0.6% to +0.6%. When a strain outside the strain range is applied, the piezo-phototronic device did not operate properly.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a change in current according to a change in strain and an intensity of irradiated UV illumination of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
소자에 가해지는 UV조명의 강도 및 스트레인의 변화에 따른 광전류의 변화가 도 8에 도시되어 있다. 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인이 압축에서 인장으로 변하거나, 가해지는 UV조명의 강도가 약해질수록 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다.A change in photocurrent according to a change in intensity and strain of UV illumination applied to the device is illustrated in FIG. 8. It can be seen that the current decreases as the strain applied to the piezo-phototronic device changes from compression to tension, or as the intensity of the applied UV light decreases.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 경우 UV조명의 강도를 조절하는 것뿐만 아니라 가해지는 스트레인을 조절함으로써 소자의 특성을 조절할 수 있다. 특히, 가해지는 스트레인을 통해 다양한 전류 레벨을 설정할 수 있다.That is, in the case of the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention, the characteristics of the device can be adjusted by controlling the applied strain as well as controlling the intensity of UV illumination. In particular, various current levels can be set through the applied strain.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 광전류 및 광응답을 도시하는 2차원지도이다.9 is a two-dimensional map showing a photocurrent and a light response according to a strain change and a change in irradiated UV illumination intensity of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (a)에는 UV조명 강도 및 스트레인 변화에 따른 광전류의 세기를 색으로 표현한 2차원지도가 도시되어 있다. 도 9의 (a)의 우측 상단에 도시된 것과 같이, 압축 스트레인에 의한 효과는 UV조명 강도가 높을 때 더욱 두드러지게 나타난다. 도 9의 (a)에서 최대 광전류는 4mW/cm2의 UV조명 강도 및 +0.6%의 압축 스트레인 하에서 나타났으며 85.07μA에 달하였다. 동일한 UV조명 강도 하에서 -0.6%의 인장 스트레인이 가해지는 경우 광전류는 3.2μA에 불과하였다.FIG. 9(a) shows a two-dimensional map representing the intensity of a photocurrent according to a change in UV illumination intensity and strain in color. As shown in the upper right of Fig. 9(a), the effect due to the compressive strain is more pronounced when the UV illumination intensity is high. In (a) of FIG. 9, the maximum photocurrent appeared under a UV illumination intensity of 4mW/cm 2 and a compressive strain of +0.6% and reached 85.07 μA. When a tensile strain of -0.6% was applied under the same UV illumination intensity, the photocurrent was only 3.2 μA.
즉, 높은 광전류를 발생시키기 위해서는 압축 스트레인이 가해져야 한다. 4mW/cm2의 UV조명 강도 및 +0.6%의 압축 스트레인 하에서 85.07μA의 최대 광전류가 나타났으며, 이는 무 부하 상태의 암전류에 비해 약 7733배에 달하는 값이다. 이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 피에조-포토트로닉스 소자를 통해 다양한 전류 레벨을 설정하는 효과를 발휘할 수 있음이 확인되었다.That is, in order to generate a high photocurrent, a compressive strain must be applied. The maximum photocurrent of 85.07μA was found under the UV illumination intensity of 4mW/cm 2 and the compressive strain of +0.6%, which is about 7733 times that of the dark current in the unloaded state. As described above, it was confirmed that the effect of setting various current levels can be exerted through a single piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
또한, 광전자장치의 성능을 평가하는데 사용되는 광응답(Photo-responsivity, R)을 이용하여, 도 9의 (b)에는 UV조명 강도 및 스트레인 변화에 따른 광응답을 색으로 표현한 2차원지도를 도시하였다. 상기 광응답은 Iph/APin과 같은 식에 의해 결정된다. 이 때, 상기 Iph는 광전류, A는 소자 면적, Pin은 광도이다. 도 9의 (b)에서는 피에조-포토트로닉스 소자에 스트레인을 가하는 경우 소자의 유효면적이 변하기 때문에, 유효 조명 면적의 변화를 고려하여 피에조-포토트로닉스 소자의 성능을 표준화하여 도시하였다.In addition, using the photo-responsivity (R) used to evaluate the performance of the optoelectronic device, Fig. 9(b) shows a two-dimensional map expressing the light response according to changes in UV illumination intensity and strain in color. I did. The light response is determined by an equation such as I ph /AP in. In this case, I ph is a photocurrent, A is a device area, and P in is a luminous intensity. In (b) of FIG. 9, since the effective area of the device changes when strain is applied to the piezo-phototronic device, the performance of the piezo-phototronic device is standardized in consideration of the change in the effective illumination area.
도 9의 (b)를 참조하면 스트레인 변화에 따라 일정하게 광응답이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 9의 (b)의 우측 상단에서와 같이 UV조명 강도 4mW/cm2 및 압축 스트레인 +0.6%에서 가장 높은 광응답 21A/W가 나타났다.Referring to (b) of FIG. 9, it can be seen that the light response increases constantly according to the strain change. As shown in the upper right of FIG. 9B, the highest light response of 21A/W was observed at the UV illumination intensity of 4mW/cm 2 and the compression strain of +0.6%.
또한, 높은 압축 스트레인이 가해졌을 때의 피에조-포토트로닉스 소자의 민감도가 증가하였음을 명확히 알 수 있다. 이와 같은 결과는 압전극화에 의한 전하의 생성에 의해 설명될 수 있다.In addition, it can be clearly seen that the sensitivity of the piezo-phototronic device is increased when a high compressive strain is applied. Such a result can be explained by the generation of electric charges by piezoelectricization.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 재현성을 도시하는 그래프이다.10 is a graph showing reproducibility of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 반복성 및 내구성을 확인하기 위하여, 상기 피에조-포토트로닉스 소자를 400회에 걸쳐 압축 및 인장 스트레인이 가해지도록 반복적으로 굽히는 과정을 수행하면서 전류를 측정하였고, 그 결과가 도 10에 도시되어 있다.In order to confirm the repeatability and durability of the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention, the piezo-phototronic device is repeatedly bent so that compression and tensile strain is applied 400 times while measuring the current. And the results are shown in FIG. 10.
도 10에서 주황색으로 표시된 점은 압축 스트레인이 가해졌을 때의 광전류이고, 붉은색으로 표시된 점은 인장 스트레인이 가해졌을 때의 광전류이다. 각각의 점은 피에조-포토트로닉스 소자를 16번 굽힘을 수행하는 사이클을 수행한 후 압축 및 인장 스트레인이 가해졌을 때의 광전류 측정값을 나타낸다.In FIG. 10, the dots indicated in orange are the photocurrent when compressive strain is applied, and the dots indicated in red are the photocurrent when tensile strain is applied. Each point represents the measured photocurrent when compressive and tensile strains are applied after performing a cycle of bending the piezo-phototronic device 16 times.
도 10에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 25회의 벤딩 사이클(400회의 굽힘)을 수행하여도 광전류의 변화가 나타나지 않았다.As shown in FIG. 10, the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention did not show a change in photocurrent even after performing 25 bending cycles (400 bending).
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 인장변형 및 압축변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.11 and 12 are cross-sectional views schematically showing a state in which tensile strain and compression strain are applied to a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에서 가해지는 스트레인에 따라 나타나는 다중 레벨 전류 증폭은 피에조-포토트로닉 효과에 의해 설명될 수 있다.The multilevel current amplification that appears according to the strain applied from the piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention can be explained by the piezo-phototronic effect.
도 11에서와 같이 피에조-포토트로닉스 소자에 인장 스트레인이 가해지는 경우, 양의 압전 전하가 공기와 압-광전층(30) 사이에서 생성된다. 반대로 도 12에서와 같이 피에조-포토트로닉스 소자에 압축 스트레인이 가해지는 경우, 음의 압전 전하가 공기와 압-광전층(30) 사이에서 생성된다. 이와 같이 상기 지지체(10)의 굽힘이 상기 압-광전층(30)의 인장 및 압축 스트레인으로 나타날 수 있다. 상기 압-광전층(30)에 인장 스트레인이 가해지는 경우 상기 지지체(100)의 하부에는 압축 스트레인이 가해지고, 상기 상기 압-광전층(300)에 압축 스트레인이 가해지는 경우 상기 지지체(100)의 하부에는 인장 스트레인이 가해지게 된다.When tensile strain is applied to the piezo-phototronic device as shown in FIG. 11, positive piezoelectric charges are generated between the air and the piezo-
도 11 및 도 12에 도시된 것 과 같이 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 대한 특성 측정 결과는 스트레인에 의해 유도된 양극화 전류와 관련이 있다. 이와 같은 피에조-포토트로닉스 소자에서는 산소의 흡수/방출 과정을 조절함으로써 효율적으로 광전자 성능을 제어할 수 있게 된다.As shown in FIGS. 11 and 12, the result of measuring the characteristics of the piezo-phototronic device is related to the polarization current induced by the strain. In such a piezo-phototronic device, it is possible to efficiently control the optoelectronic performance by controlling the process of absorption/emission of oxygen.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이다.13 is a band diagram of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
도 13의 (a)에는 열 평형 조건 하에서 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이 도시되어 있다. UV조명이 가해지는 경우 광 유도 된 홀-전자쌍이 생성되면서 상기 홀이 상기 압-광전층(30)의 표면에 흡착된 산소(O-)와 반응하여 산소 분자(O2)가 생성된다(2h+ + 2O- -> O2(g)). 그 결과 상기 압-광전층(30)에는 전자가 남게 되어 상기 압-광전층(30) 내의 자유 전자 농도가 증가한다. 이와 같이 증가된 전자는 전하수송층(20)을 통해 신속하게 전달되어 효율적으로 전극으로 이동할 수 있게 된다. 이와 같은 전하수송층(20)의 존재로 인해 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 성능이 향상되는 효과를 발휘할 수 있다.13A shows a band diagram of the piezo-phototronic device under thermal equilibrium conditions. Is generated oxygen molecule (O 2) reacts with the (2h As the electron pair generated the hole that the pressure-light induced Hall case that the UV illumination applied - the oxygen adsorbed on the surface of the photoelectric layer (30) (O) + + 2O -- > O 2 (g)). As a result, electrons remain in the piezo-
또한, UV조명에 의해 표면에 화학 흡착 된 산소가 이탈함으로써 표면의 에너지 밴드를 변형시킬 수 있다. 이와 같이 UV조명에 의해 변형된 에너지 밴드가 도 13의 (b)에 도시되어 있다.In addition, the energy band of the surface can be modified by the release of oxygen chemically adsorbed on the surface by UV lighting. The energy band transformed by UV illumination as described above is shown in (b) of FIG. 13.
도 10에 도시된 바와 같이 인장 스트레인 하에서는 표면에서 양전하가 생성되고, 이로 인해 광-유도 된 정공이 표면으로 이동하는 것을 방해하여, 상대적으로 낮은 광전류로 나타나게 된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이 압축 스트레인 하에서는 표면에서 음전하가 생성됨으로써 높은 광전류가 나타나게 된다.As shown in FIG. 10, a positive charge is generated on the surface under a tensile strain, which prevents photo-induced holes from moving to the surface, resulting in a relatively low photocurrent. In addition, as shown in FIG. 11, under the compressive strain, negative charges are generated on the surface, resulting in a high photocurrent.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 변형에 따른 밴드 다이어그램이다.14 is a band diagram according to a modification of a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
상기 피에조-포토트로닉스 소자에 스트레인이 가해진 상황에서 상기 압-광전층(30) 표면에 화학 흡착 된 산소가 조절 될 수 있고, 이로 인한 표면 인근의 에너지 밴드 다이어그램이 도 14에 도시되어 있다. 도 14에서 보는 바와 같이 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인을 제어함으로써 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 제어할 수 있게 된다.In a situation in which strain is applied to the piezo-phototronic device, oxygen chemically adsorbed on the surface of the piezo-
피에조Piezo -- 포토트로닉스Phototronics 소자의 제조방법 Device manufacturing method
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.15 is a flowchart schematically showing each step of a method of manufacturing a piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 우선 판 형태의 지지체(10)를 세척하는 단계(S100); 상기 지지체(10)의 상면에 전하수송층(20)을 코팅하는 단계(S200); 및 상기 전하수송층(20)의 상면에 빛 및 스트레인에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층(30)을 증착하는 단계(S300); 를 포함하는 과정을 통해 제조될 수 있다.Piezo-phototronic device according to an embodiment of the present invention, first cleaning the plate-shaped support 10 (S100); Coating a
상기 S100단계에서는 상기 지지체(10)에 대한 세척을 수행하여 이물질 등에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 성능 저하를 방지하고, 상기 전하수송층(20) 및 상기 압-광전층(30)이 용이하게 코팅 및 증착 될 수 있도록 할 수 있다.In the step S100, the
상기 S200단계에서는 상기 지지체(10)의 상면에 전하수송층(20)을 코팅한다. 상기 전하수송층(20)은 In the step S200, the
상기 S300단계에서는 상기 전하수송층(20)의 상면에 압-광전층(30)을 증착 한다. 상기 압-광전층(30)은 빛 및/또는 외부 스트레인 등에 의해 In step S300, a piezo-
이 때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 압-광전층(30)은 산화아연으로 구성되고, 상기 압-광전층(30)을 증착하는 단계는, 원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는 방법으로 수행될 수 있다.At this time, in an embodiment of the present invention, the piezo-
본 발명의 일 실시예에 따른 S300단계에서는 디에틸아연(DEZ) 및 탈이온수를 전구 물질로 사용하고, 각각의 투여 시간은 0.2초이다. 질소 가스를 사용하여 50sccm의 유속으로 상기 전구 물질을 운반한다. 상기 질소 가스는 챔버 를 퍼지 하기 위해서도 사용된다. 플러싱 시간은 디에틸아연(DEZ) 및 탈이온수 모두 10 초이다.In step S300 according to an embodiment of the present invention, diethylzinc (DEZ) and deionized water are used as precursors, and each administration time is 0.2 seconds. The precursor is transported at a flow rate of 50 sccm using nitrogen gas. The nitrogen gas is also used to purify the chamber. The flushing time is 10 seconds for both diethylzinc (DEZ) and deionized water.
이와 같이 원자층증착 방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는 경우 상기 압-광전층(30)을 증착하는 단계는 140℃ 내지 160℃에서 수행됨이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 145℃ 내지 155℃에서 수행된다. 상기 원자층증착의 사이클 수는 180 내지 220회가 바람직하고, 상기 산화아연박막의 두께는 45nm 내지 55nm가 바람직하다.When depositing the zinc oxide thin film using the atomic layer deposition method as described above, the step of depositing the piezo-
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체세척단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.16 is a flowchart schematically showing detailed steps of a support cleaning step according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에서 상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the support may be polyethylene terephthalate (PET).
이 때, 상기 지지체(10)를 세척하는 단계는 도 16에 도시된 것과 같이,At this time, the step of washing the
아세톤으로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S110); 메탄올로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S120); 및 탈이온수(DIW)로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S130); 를 포함할 수 있다.Washing the
바람직하게는 상기 S110, S120 및 S130단계에서는 초음파를 이용하여 상기 지지체(10)를 세척할 수 있다.Preferably, in steps S110, S120, and S130, the
이와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 지지체(10)를 아세톤, 메탄올 및 탈이온수 중에서 순차적으로 초음파 세척함으로써 이물질 등에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 성능 저하를 방지하고, 상기 전하수송층(20) 및 상기 압-광전층(30)이 용이하게 코팅 및 증착 될 수 있도록 할 수 있다.In this way, the
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하수송층코팅단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.17 is a flowchart schematically showing detailed steps of a charge transport layer coating step according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에서 상기 전하수송층(20)은 은나노와이어(AgNW)로 구성되고, 상기 지지체(10) 상에 전하수송층(20)을 코팅하는 단계는 도 17에 도시된 것과 같이 상기 지지체(10) 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계(S210); 및 기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계(S220); 를 포함한다.In an embodiment of the present invention, the
상기 S210단계에서는 상기 지지체(10) 상에 은나노와이어를 스핀 코팅한다. 바람직하게는 상기 S210단계에서는 1900 내지 2100rpm으로 스핀 코팅을 수행할 수 있고, 더욱 바람직하게는 1950 내지 2050rpm으로 스핀 코팅을 수행할 수 있다.In step S210, silver nanowires are spin-coated on the
상기 S220단계에서는 60℃ 내지 80℃에서 어닐링이 수행된다. 바람직하게는 상기 어닐링은 65℃ 내지 75℃에서 수행된다.In step S220, annealing is performed at 60°C to 80°C. Preferably, the annealing is performed at 65°C to 75°C.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a piezo-phototronic device whose characteristics are changed by light and strain, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a transparent, flexible and robust piezo-phototronic device and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피에조-포토트로닉스 소자에 빛과 스트레인을 동시에 가하여 매우 높은 성능을 나타내는 포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a phototronic device exhibiting very high performance by simultaneously applying light and strain to a piezo-phototronic device, and a method of manufacturing the same.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.
Claims (10)
판 형태의 지지체;
상기 지지체의 상면에 마련되는 전하수송층; 및
상기 전하수송층의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층; 을 포함하고,
상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함하고,
상기 피에조-포토트로닉스 소자는 굽힘을 통해 압축 스트레인 또는 인장 스트레인이 가해질 수 있고,
상기 압-광전층은 산화아연을 포함하고,
상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하고,
상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상이고
상기 압-광전층은, 상기 전하수송층의 상기 지지체와 접합하는 면을 제외한 상기 전하수송층의 상면 및 측면을 둘러싸는 형태이고, 상기 압-광전층은 일부가 상기 지지체에 상에 적층되는 형태인, 피에조-포토트로닉스 소자.
As a piezo-phototronic device,
Plate-shaped support;
A charge transport layer provided on the upper surface of the support; And
A piezo-photoelectric layer provided on an upper surface of the charge transport layer to generate electrical energy by light and to change electrical characteristics due to strain; Including,
The charge transport layer includes silver nanowires,
The piezo-phototronic device may be subjected to compression strain or tensile strain through bending,
The piezo-photoelectric layer contains zinc oxide,
The support includes polyethylene terephthalate (PET),
The piezo-phototronic device has a transmittance of 60% or more in an electromagnetic wave having a wavelength of 400 to 700 nm,
The piezo-photoelectric layer has a shape surrounding an upper surface and a side surface of the charge transport layer excluding a surface bonding to the support of the charge transport layer, and the piezo-photoelectric layer is partially laminated on the support, Piezo-phototronic devices.
판 형태의 지지체를 세척하는 단계;
상기 지지체의 상면에 전하수송층을 코팅하는 단계; 및
상기 전하수송층의 상면에 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층을 증착하는 단계; 를 포함하고,
상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함하고,
상기 피에조-포토트로닉스 소자는 굽힘을 통해 압축 스트레인 또는 인장 스트레인이 가해질 수 있고,
상기 압-광전층은 산화아연을 포함하고,
상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하고,
상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상이고
상기 압-광전층은, 상기 전하수송층의 상기 지지체와 접합하는 면을 제외한 상기 전하수송층의 상면 및 측면을 둘러싸는 형태이고, 상기 압-광전층은 일부가 상기 지지체에 상에 적층되는 형태인, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
As a method of manufacturing a piezo-phototronic device,
Washing the plate-shaped support;
Coating a charge transport layer on the upper surface of the support; And
Depositing a piezo-photoelectric layer on an upper surface of the charge transport layer to generate electrical energy by light and to change electrical properties due to strain; Including,
The charge transport layer includes silver nanowires,
The piezo-phototronic device may be subjected to compression strain or tensile strain through bending,
The piezo-photoelectric layer contains zinc oxide,
The support includes polyethylene terephthalate (PET),
The piezo-phototronic device has a transmittance of 60% or more in an electromagnetic wave having a wavelength of 400 to 700 nm,
The piezo-photoelectric layer has a shape surrounding an upper surface and a side surface of the charge transport layer excluding a surface bonding to the support of the charge transport layer, and the piezo-photoelectric layer is partially laminated on the support, Piezo-phototronic device manufacturing method.
상기 지지체 상에 전하수송층을 코팅하는 단계는,
상기 지지체 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계; 및
기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계; 를 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
The step of coating a charge transport layer on the support,
Spin coating silver nanowires on the support; And
Annealing at a preset temperature; Containing, piezo-phototronic device manufacturing method.
상기 압-광전층을 증착하는 단계는,
원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
The step of depositing the piezo-photoelectric layer,
A method of manufacturing a piezo-phototronic device by depositing a zinc oxide thin film using an atomic layer deposition (ALD) method.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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