KR102401044B1 - 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법 - Google Patents

세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법이 개시된다. 페로브스카이트 전구체 용액을 제조한 후 열전도 용액이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기에 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 충전한다. 이후, 상기 반응 용기에 마이크로파를 인가하여 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내의 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시킨 뒤, 반응에 의해 생성된 생성물을 분리 및 정제하여 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득한다. 이에, 간단한 공정으로 페로브스카이트 전구체 용액에 균일하게 열을 가해 균일한 크기 분포를 갖는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 나노입자를 대용량 제조할 수 있다.

Description

세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법{Method of manufacturing cesium lead halide perovskite crystal}
본 발명은 페로브스카이트 입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법에 관한 것이다.
발광 디스플레이 기술이 발달함에 따라서 점점 더 천연색에 가까운 색상의 구현을 위해 색순도가 우수한 발광체의 개발에 대한 수요가 점차 늘어나고 있다. 현재 사용중인 유기물 기반의 유기발광 디스플레이의 경우, 발광체의 효율이 높은 반면 발광 스펙트럼이 넓어서 색순도가 저하되어 고색순도의 천연색을 구현하기에 부족한 단점이 있다.
이를 보완하기 위해서, 발광 스펙트럼이 더 좁은 양자점(quantum dot) 발광체가 개발 되었고, 유기물 기반의 발광체 대비 고색순도의 천연색을 더 잘 구현할 수 있다는 측면에서 최근 각광을 받고 있다. 기본적으로 양자점은 벌크 상의 반도체 물질을 나노화 하여 양자구속현상(quantum confinement)이 일어나는 크기 이하로 합성하여, 그 크기에 따라서 발광 색상을 조절할 수 있는 특징을 가진다. 즉, 합성되는 양자점의 크기 분포에 따라서 발광 스펙트럼의 분포도 동시에 증가하는 구조적인 단점을 가지고 있다.
반도체 물질의 나노화의 장점은 반도체 물질이 가지는 엑시톤 확산거리보다 작은 크기를 갖는 반도체 입자를 제조함으로써 물리적으로 엑시톤이 비발광 소멸되는 확률을 줄일 수 있는 데 있다. 즉 반도체 물질의 나노화를 통해서 엑시톤 결합 에너지가 높아져 반도체 물질의 발광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
최근 ABX3 구조를 갖는 금속 할라이드계 페로브스카이트 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 금속 할라이드계 페로브스카이트 소재를 이용한 발광체 연구가 진행 중에 있다.
금속 할라이드계 페로브스카이트 소재의 경우, 높은 유전상수로 인해 낮은 엑시톤 결합에너지를 가져 상온에서 엑시톤이 쉽게 분리되어 자유전자와 자유홀을 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 빛을 받아 전기를 생성하는 태양전지와 같은 광전소자로의 응용이 활발히 연구되고 있다.
반면, 벌크상의 금속 할라이드계 페로브스카이트는 상온에서 엑시톤이 쉽게 분리되어 발광효율이 저하되는 단점이 있다. 이에, 나노 입자화된 금속 할라이드계 페로브스카이트를 대용량으로 제조할 수 있는 기술 개발이 절실한 상황이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 간단한 공정으로 대용량의 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 나노입자를 제조할 수 있는 페로브스카이트 입자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 탄산세슘을 포함하는 제1용액 및 할로겐화 납을 포함하는 제2용액을 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하는 단계; 열전도 용액이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기에 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 충전하는 단계; 상기 반응 용기에 마이크로파를 인가하여 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내의 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시키는 단계; 및 상기 반응에 의해 생성된 생성물을 분리 및 정제하여 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내 상기 탄산세슘과 상기 할로겐화 납은 1 : 4 내지 1 : 5 의 몰비로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1용액 및 상기 제2용액은 올레산 및 올레일아민 중 적어도 하나를 더 포함할 있다.
또한, 상기 열전도 용액은 에틸렌 글리콜일 수 있다.
또한, 상기 나선형관의 일단과 타단이 상기 반응 용기의 일측부 및 타측부에 각각 상기 반응 용기의 내부로부터 외부로 돌출 형성되어 상기 반응 용기와 일체로 고정 배치될 수 있다.
또한, 상기 나선형관의 일단 및 타단에는 상기 열전도 용액이 상기 나선형관 내에 보존될 수 있도록 밀폐마개가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시키는 단계에서, 상기 마이크로파 인가는 200W 내지 1000W의 전력으로 1분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 이때, 상기 반응 용기 내 평균 온도는 140 ℃ 내지 190 ℃ 일 수 있다.
또한, 상기 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득하는 단계는, 상기 반응에 의해 생성된 생성물을 원심 분리하는 단계; 및 상기 원심 분리된 생성물 중 분리물을 선택성 용매에 재분산시켜 분리물에 함유된 부산물 또는 미반응된 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 정제하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선택성 용매는 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한,
상기 선택성 용매는 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 포함하며, 상기 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 1 : 1 내지 1 : 9 의 부피비로 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 간단한 공정으로 페로브스카이트 전구체 용액에 균일하게 열을 가해 균일한 크기 분포를 갖는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 나노입자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조를 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 반응 용기의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 포함하는 용액을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 마이크로 인가에 의한 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 제조예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 PL 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 XRD (X-ray diffraction) 데이터를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 세슘 납 할라이드 페로브스카이트(CsPbX3, X = Br, I, 또는 Cl)의 제조를 설명하기 위한 순서도다.
도 1을 참조하면, 탄산세슘(Cs2CO3)을 포함하는 제1용액 및 할로겐화 납을 포함하는 제2용액을 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조한다(S100).
상기 제1용액 및 제2용액은 각각 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납이 용매에 용해된 용액일 수 있다. 할로겐화 납은 요오드화납(PbI2), 브롬화납(PbBr, PbBr2), 및 염화납(PbCl, PbCl2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1용액 및 상기 제2용액은 올레산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 올레산은 계면활성제이자 음극성 리간드로 상기 제1용액 또는 제2용액 내에서 양이온인 세슘 또는 납과 리간드 결합될 수 있다. 또한, 상기 올레일아민은 계면활성제이자 양극성 리간드로 상기 제1용액 또는 제2용액 내에서 음이온인 할로겐(I, Br, 또는 Cl)과 리간드 결합될 수 있다. 이와 같이 제1용액 및 제2용액에 올레산 및 올레일아민 중 적어도 하나를 더 포함 포함할 경우 제조되는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트의 입자 표면에 리간드가 결합된 구조를 갖게 된다. 이에, 입자의 안정성이 향상된다. 또한, 리간드가 갖고 있는 소수성 알킬기로 인해 비극성 용매를 포함하는 용액 내의 분산성이 향상될 수 있다.
상기 제1용액 및 상기 제2용액은 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위 내에서 600 rpm 내지 1000 rpm의 속도로 30분 내지 90분 동안 교반된 혼합 용액상태일 수 있다. 이후, 제1용액 및 제2용액을 상온에서 완전히 냉각시킨 뒤 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조한다.
이때, 상기 페로브스카이트 전구체 용액의 탄산세슘과 할로겐화 납의 몰비가 1 : 4 내지 1 : 5 일 수 있다. 이 범위를 만족할 경우 안정적인 정방계 구조를 갖는 나노결정 상태의 페로브스카이트 입자를 수득할 수 있다. 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내의 탄산세슘과 할로겐화 납의 몰비가 1 : 4 미만이거나 1 : 5를 초과할 경우 합성되는 페로브스카이트 입자들의 구조가 불안정할 수 있고 크기 분포가 균일하지 않거나 벌크 형태의 페로브스카이트가 제조될 수 있다.
이어서 열전도 용액이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기에 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 충전한다(S200).
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 반응 용기의 사진이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 반응용기(10)는 내부에 열전도 용액이 충전된 나선형관(20)이 분리 배치된다. 이때, 나선형관(20)은 반응용기(10) 내부에 배치되지만 분리 배치되므로 반응용기(10)에 페로브스카이트 전구체 용액이 충전된다 하더라도 나선형관(20) 내의 열전도 용액과 섞일 수 없다.
이때, 도 2a 및 도 2b와 같이 상기 나선형관(20)의 일단(21)과 타단(21’)이 반응 용기(10)의 일측부 및 타측부에 각각 반응 용기(10)의 내부로부터 외부로 돌출 형성되어 상기 반응 용기와 일체로 고정 배치될 수 있다. 또한, 상기 나선형관(20)의 일단(21) 및 타단(21‘)에는 상기 열전도 용액이 상기 나선형관(20) 내에 보존될 수 있도록 밀폐마개가 더 구비될 수 있다. 상기 밀폐마개는 상기 나선형관과 억지끼움 또는 볼트-너트의 형태로 결합될 수 있다.
상기 나선형관(20) 내에는 열전도 용액이 충전된다. 상기 열전도 용액은 마이크로파 인가 시 열이 발생될 수 있는 극성분자를 포함할 수 있다. 극성분자는 에틸렌 글리콜일 수 있으며 에틸 글리콜의 경우 마이크로파 인가 시간에 따른 온도 상승 속도가 일정해 안정적인 정방계 구조의 나노결정 페로브스카이트 입자를 수득할 수 있게 한다.
따라서, 상기 반응용기(10)에 마이크로파 인가 시 나선형관(20)으로부터 반응용기(10) 전반에 걸쳐 균일하게 열을 공급하게 된다. 이에, 반응 용기(10) 내부에 충전되는 페로브스카이트 전구체 용액 전반에 걸쳐 균일한 온도로 합성이 일어나 균일한 크기 분포를 갖는 페로브스카이트 입자의 제조가 가능해진다. 기존의 용액 방법을 이용한 페로브스카이트의 경우 비이커와 같은 용기를 이용해 합성을 진행했다. 비이커의 경우 핫플레이트와 같은 열원을 비이커의 일면에 배치시켜 용액에 열을 인가했다. 이 경우 열이 직접적으로 가해지는 일부분과 열원과 먼 타부분의 온도차가 생길 수 밖에 없다. 또한, 이러한 이유로 용기를 크게 만들 경우 온도차가 더 커질 수 밖에 없어 용량 또한 제한적이다. 이에 반해, 본 발명에 따라 제조되는 반응용기(10)는 용기 내부 전반에 걸쳐 열을 고루 전파할 수 있는 나선형관(20)이 구비되므로 대용량화가 가능해진다. 이에, 균일한 크기 분포를 갖는 페로브스카이트 입자를 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 반응 용기에 마이크로파를 인가하여 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내의 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시킨다(S300).
상기 반응 용기에 마이크로파를 인가하면 유전가열 (dielectric heating)에 의해 나선형관 내 열전도 용액에 포함된 극성 분자를 진동시킨다. 이에, 나선형관이 가열되어 반응 용기 내 충전된 페로브스카이트 전구체 용액 내의 탄산세슘 및 할로겐화 납이 반응하여 세슘 납 할라이드 페로브스카이트(CsPbX3, X = I, Br, 또는 Cl) 입자가 합성된다.
또한, 상기 마이크로파 인가는 200 W 내지 1000 W의 전력으로 1분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 마이크로파의 전력이 200 W 미만이거나 인가 시간이 1분 미만일 경우 가열 온도가 낮아 페로브스카이트 합성이 어려울 수 있고, 전력이 1000 W 초과하거나 인가 시간이 10분 초과일 경우 전력 또는 시간 대비 합성 효율이 낮아질 수 있다. 기술된 범위 내의 전력 및 시간에서 마이크로파가 인가될 경우, 반응 용기 내 평균 온도는 190 ℃ 내외 일 수 있다. 반응 용기 내 평균 온도가 140 ℃ 미만일 경우, 탄산세슘과 할로겐화납의 합성이 제대로 이루어지지 않아 페로브스카이트 입자 수득률이 낮아질 수 있다. 또한, 반응 용기 내 평균 온도가 190 ℃ 를 많이 초과할 경우 반응 후 용액 내 부산물 함량이 높아질 수 있다.
이후, 반응에 의해 생성된 생성물을 분리 및 정제하여 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득한다(S400).
상기 생성물은 일반적인 여과, 침전 또는 원심 분리를 이용하여 분리될 수 있다.
한편, 분리 과정에 있어 원심 분리를 이용할 경우, 상기 분리 및 정제는 반응에 의해 생성된 생성물을 원심 분리하는 단계 및 상기 원심 분리된 생성물 중 분리물을 선택성 용매에 재분산시켜 분리물에 함유된 부산물 또는 미반응된 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 정제하는 단계를 포함할 수 있다.
원심 분리는 5,000 rpm 내지 10,000 rpm의 속도로 1분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 원심 분리 후에 용액이 상층액 및 하층액으로 나뉘게 된다. 여기서 분리물은 상층액을 따라내고 반응에 의해 생성된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자가 침전물 형태로 포함된 하층액을 뜻한다.
이후, 정제 단계를 수행한다. 상기 분리물 내 남아있는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자 외에 부산물 또는 미반응된 상기 탄산세슘과 상기 할로겐화 납을 정제하기 위해 분리물을 선택성 용매에 재분산시켜 수행될 수 있다. 여기서, 선택성 용매는 최종 생성물인 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자는 용해시키지 않고 부산물 또는 미반응된 탄산세슘과 할로겐 납을 용해시킬 수 있는 용매를 뜻한다. 선택성 용매는 사이클로헥산(cyclohexane) 및 알킬 아세테이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 알킬 아세테이트는 에틸 아세테이트(ethyl acetate) 및 메틸 아세테이트(methyl acetate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 분리된 분리물을 재분산 정제함으로써, 수득하고자 하는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 순도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 선택성 용매는 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 포함하며, 상기 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 1 : 1 내지 1 : 9 의 부피비로 포함할 수 있다. 이때, 상기 알킬 아세테이트는 에틸 아세테이트 및 메틸 아세테이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 1 : 1 미만의 부피비로 포함할 경우 정제 효과가 떨어질 수 있다. 또한, 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트를 1 : 9 초과의 부피비로 포함할 경우 알킬 아세테이트의 농도가 높아져 페로브스카이트 입자들의 응집이 일어나 크기 분포가 균일하지 못한 페로브스카이트 입자를 수득할 확률이 높아지고, 페로브스카이트와 상기 리간드의 결합이 깨질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 포함하는 용액을 관찰한 사진이다. 도 3을 참조하면 육안으로 관찰 시 본 발명에 따른 세슘 납 할라이드 페로브스카이트의 입자는 발광 특성을 잘 나타냄을 알 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 열전도 용액이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기에 페로브스카이트 전구체 용액을 충전한 뒤, 반응 용기에 마이크로파를 인가하여 전구체 용액을 합성시킨다. 이를 통해 간단한 공정으로 크기 분포가 균일한 페로브스카이트 나노입자를 대용량으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 통해서 본 발명에 따른 제조 방법 및 이를 통해서 제조된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 특성에 대해 구체적으로 설명한다. 하기 제조예 및 실험예는 예시일 뿐, 본 발명이 하기 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
탄산세슘 : 브로민화납의 몰비가 1 : 5가 되도록 탄산세슘을 포함하는 제1용액 및 할로겐화 납을 포함하는 제2용액을 준비한다. 제1용액은 탄산세슘(Cs2CO3, 99.9%) 1 밀리몰(mmol)인 0.326g을 용매인 1-옥타데센(1-octadeccene, C18H36, 90%) 60 ml에 계면활성제인 올레산(oleic acid, C18H32O2, 90%) 10 밀리몰(mmol)인 3.53 ml 과 올레일아민(oleylamine, C18H37N, 70%) 10 밀리몰(mmol)인 4.7 ml을 첨가하여 용량 100 ml 용기에 넣어 120℃ 의 핫플레이트에서 800 rpm 으로 60분 동안 용해시켜 준비했다. 또한, 제2용액은 할로겐화 납인 브로민화납(PbBr2≥98%) 5 밀리몰(mmol)인 1.835g을 용매인 1-옥타데센(1-octadeccene, C18H36, 90%) 60 ml에 계면활성제인 올레산(oleic acid, C18H32O2, 90%) 10 밀리몰(mmol)인 3.53 ml 과 올레일아민(oleylamine, C18H37N, 70%) 20 밀리몰(mmol)인 9.4 ml을 첨가하여 용량 100 ml 용기에 넣어 120℃ 의 핫플레이트에서 800 rpm 으로 60분 동안 용해시켜 준비했다.
다음으로, 상기 제1용액 및 제2용액을 상온에서 완전히 냉각시킨 후 제1용액 및 제2용액을 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조했다.
다음으로, 열전도 용액인 에틸렌 글리콜(ethylene glydol)이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기(도 2a 참조)에 제조된 상기 전구체 용액을 충전했다.
이후, 반응용기를 전자레인지(model : LG MW25B)에 넣어 800 W의 전력으로 5분 동안 마이크로파를 인가해 전구체 용액을 반응시킨 뒤 반응 용기를 냉각 배스(ice bath)에서 냉각시켰다.
마지막으로, 냉각된 용액을 4000 rpm의 속도로 5분 동안 원심 분리한 뒤 상층액을 따라내어 하층액 분리했다. 이후, 분리물을 사이클로헥산 : 에틸 아세테이트 1: 2의 비율로 섞은 선택성 용매에 재분산시켜 정제를 한 뒤 세슘 납 할라이드 페로브스카이트(CsPbBr3) 나노결정을 수득했다.
<제조예 2>
탄산세슘 : 브로민화납의 몰비가 1 : 4인 것을 제외하곤, 전술된 제조예 1과 동일한 조건에서 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 제조했다.
<비교예 1>
탄산세슘 : 브로민화납의 몰비가 1 : 3인 것을 제외하곤, 전술된 제조예 1과 동일한 조건에서 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 제조했다.
<비교예 2>
탄산세슘 : 브로민화납의 몰비가 1 : 2인 것을 제외하곤, 전술된 제조예 1과 동일한 조건에서 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 제조했다.
<실험예 1 - 반응용기 승온 효과 실험>
제조예 1의 마이크로 인가 시 30 초 간격으로 마이크로가 인가되는 동안 30초 간격으로 반응 용기의 온도를 체크했다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 마이크로파 인가에 의한 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 열전달 용액인 에틸렌 글리콜이 채워진 나선형관에 마이크로파가 인가되면서 용기 전반에 걸쳐 시간에 따른 온도 상승이 일정한 것을 확인했다.
<실험예 2 - PL 스펙트럼 측정>
전술된 제조예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 PL 스펙스럼을 측정했다. PL 스펙트럼 측정 기기기는 JASCO V-770 UV-vis spectrophotometer 와 6W 365 nm hand UV램프(UV lamp)-detector(CCS 200, Thorlabs)가 사용되었다. 그 결과는 도 5에 나타냈다.
도 5를 참조하면, 제조예 1 및 2의 경우 비교예 1 및 2와 비교하여 PL 값이 높게 나타나고 동일한 파장에서 피크값이 나타남을 알 수 있다. 이를 통해, 제조예 1 및 2의 경우 균일한 크기 분포를 갖는 나노 결정 형태의 입자가 제조됐음을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 및 2의 경우 제조예 1 및 2와 비교하여 PL 값이 낮으며 피크 값 또한 제조예 1 및 2와 상이한 것을 알 수 있다. 즉, 제조예 1 및 2는 벌크 형태 또는 불균일한 크기 분포를 갖는 입자들로 제조되었음을 알 수 있다.
<실험예 3 - X선 회절 (X-ray diffraction)을 이용한 구조 분석>
전술된 제조예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 구조를 확인하기 위해 XRD(X-ray diffraction) 데이터을 측정했다. XRD (Rigaku, Goniometer, Smart lab)를 사용하여 측정하였다. 그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 제조예 1 및 2의 경우 사방정계의 구조를 나타내는 피크들이 다른 결정구조나 조성비 관련 피크 없이 선명하게 나타났다. 반면, 비교예 1 및 2의 경우 사방정계의 구조들을 나타내는 피크들이 나타나기는 하나 다른 결정구조나 조성비 관련 피크가 많은 것을 알 수 있다. 이를 통해 제조예 1 및 2의 경우 크기의 분포가 균일한 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자가 제조됐음을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 탄산세슘을 포함하는 제1용액 및 할로겐화 납을 포함하는 제2용액을 혼합하여 페로브스카이트 전구체 용액을 제조하는 단계;
    열전도 용액이 충전된 나선형관이 내부에 분리 배치된 반응 용기에 상기 페로브스카이트 전구체 용액을 충전하는 단계;
    상기 반응 용기에 마이크로파를 인가하여 상기 페로브스카이트 전구체 용액 내의 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시키는 단계; 및
    상기 반응에 의해 생성된 생성물을 분리 및 정제하여 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득하는 단계;를 포함하고,
    상기 페로브스카이트 전구체 용액 내 상기 탄산세슘과 상기 할로겐화 납은 1 : 4 내지 1 : 5의 몰비로 포함되며,
    상기 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자를 수득하는 단계는,
    상기 반응에 의해 생성된 생성물을 원심 분리하는 단계; 및
    상기 원심 분리된 생성물 중 분리물을 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트을 가지는 선택성 용매에 재분산시켜 분리물에 함유된 부산물 또는 미반응된 상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 정제하는 단계;를 포함하고, 상기 사이클로헥산 및 알킬 아세테이트의 부피비는 1 : 1 내지 1 : 9 인 것을 특징으로 하는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1용액 및 상기 제2용액은 올레산 및 올레일아민 중 적어도 하나를 더 포함하는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 용액은 에틸렌 글리콜인 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나선형관의 일단과 타단이 상기 반응 용기의 일측부 및 타측부에 각각 상기 반응 용기의 내부로부터 외부로 돌출 형성되어 상기 반응 용기와 일체로 고정 배치되는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나선형관의 일단 및 타단에는 상기 열전도 용액이 상기 나선형관 내에 보존될 수 있도록 밀폐마개가 더 구비되는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄산세슘 및 상기 할로겐화 납을 반응시키는 단계에서, 상기 마이크로파 인가는 200W 내지 1000W의 전력으로 1분 내지 10분 동안 수행하는 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반응 용기 내 평균 온도는 140 ℃ 내지 190 ℃ 인 세슘 납 할라이드 페로브스카이트 입자의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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