KR20100048604A - Composite material for energy converting and method for manufacturing thereof and nergy converting device - Google Patents

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KR20100048604A
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정소희
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한국기계연구원
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Abstract

PURPOSE: A composite material for energy conversion, a method for manufacturing the same, and an energy conversion device using the composite are provided to prevent reduction of electron transport ability and to enhance light emitting or photoelectric efficiency. CONSTITUTION: A composite material for an energy conversion comprises: a nanowire(2); a plurality of quantum dots(3) which are formed on each nanowire and are composed of a semiconductor material; a low molecular weight linker(4) interlinking nanowire and quantum dot by a non-covalent binding mode. The low molecular linker comprises amine or phosphine, which is selected from molecule having aliphatic chain with 4 or less carbon, or aromatic ring. Nanowire is composed of an oxide system in case of being used as an electron transport dragon.

Description

에너지 변환용 복합물질과 그 제조 방법 및 그를 이용한 에너지 변환소자{COMPOSITE MATERIAL FOR ENERGY CONVERTING AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF AND NERGY CONVERTING DEVICE}COMPOSITE MATERIAL FOR ENERGY CONVERTING AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF AND NERGY CONVERTING DEVICE}

본 발명은 에너지변환소자와 에너지 변환을 위한 복합물질 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노와이어가 양자점들 사이의 전자 전달 매개체 역할을 하도록 하여 발광 또는 광전 효율을 높일 수 있는 에너지 변환용 복합물질과 그 제조 방법 및 그를 이용한 에너지변환 소자에 관한 것이다. The present invention relates to an energy conversion device, a composite material for energy conversion, and a method of manufacturing the same. More particularly, the energy conversion device for enhancing light emission or photoelectric efficiency by allowing nanowires to act as an electron transfer medium between quantum dots. The present invention relates to a composite material, a method of manufacturing the same, and an energy conversion device using the same.

양자점(quantum dot)은 나노 크기의 반도체 물질로서 양자 제한(quantum confinement) 효과를 나타내는데, 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭(bandgap)에 따른 에너지를 방출하게 된다. Quantum dots are nano-sized semiconductor materials that exhibit quantum confinement effects. These quantum dots receive energy from an excitation source and reach their energy excited state, and have their own energy bandgap. To release energy.

따라서 양자점의 크기를 조절하게 되면 해당 밴드 갭을 조절할 수 있게 되는바, 전기적, 광학적 특성을 조절할 수 있으므로 양자점을 발광소자 또는 광전변화소자 등 다양한 소자에 응용할 수 있다. Therefore, when the size of the quantum dot is adjusted, the corresponding band gap can be adjusted. Therefore, the electrical and optical characteristics can be adjusted, and thus the quantum dot can be applied to various devices such as light emitting devices or photoelectric change devices.

도 1은 종래 기술에 따른 양자점을 이용한 발광소자의 일예를 개략적으로 나 타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a light emitting device using a quantum dot according to the prior art.

도 1을 참조하면, 제 1 전극층(10)과, 정공수송층(20), 양자점 활성층(30), 및 제 2 전극층(40)을 포함하는 것으로서, 후면 발광형의 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, a first electrode layer 10, a hole transport layer 20, a quantum dot active layer 30, and a second electrode layer 40 may be formed.

제 1 전극층(10)은 정공 주입을 위한 양극으로서, ITO 전극과 같이 투명한 금속 산화물로 이루어진다. The first electrode layer 10 is an anode for hole injection, and is made of a transparent metal oxide like an ITO electrode.

정공수송층(20)은 제 1 전극층(10)으로부터의 정공을 전달하는 것으로서, 다이아민(diamine) 유도체인 TPD 등이 이용된다.The hole transport layer 20 transfers holes from the first electrode layer 10, and TPD, which is a diamine derivative, is used.

양자점 활성층(30)은 정공수송층(20)과 제 2 전극층(40)으로부터 각각 전달된 정공과 전자의 재결합에 의해 발광한다. The quantum dot active layer 30 emits light by recombination of holes and electrons transferred from the hole transport layer 20 and the second electrode layer 40, respectively.

그리고, 제 2 전극층(40)은 전자 주입을 위한 음극이다. The second electrode layer 40 is a cathode for electron injection.

이러한 발광 소자의 원리를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The principle of such a light emitting device will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as follows.

우선, 제 1 전극층(10)에 + 전압을, 제 2 전극층(20)에 - 전압을 인가한다.First, a positive voltage is applied to the first electrode layer 10 and a negative voltage is applied to the second electrode layer 20.

그러면, 제 1 전극층(10)으로부터 주입된 정공과, 제 2 전극층(20)으로부터 주입된 전자는 양자점 활성층(10)의 양자점에 포획된다.Then, holes injected from the first electrode layer 10 and electrons injected from the second electrode layer 20 are trapped in the quantum dots of the quantum dot active layer 10.

이렇게 양자점에 각각 포획된 전자와 정공은 재결합을 하게 되고 재결합시 발생하는 에너지는 빛의 형태로 외부로 발광된다. The electrons and holes trapped in each of the quantum dots are recombined, and the energy generated during the recombination is emitted to the outside in the form of light.

한편, 도 4는 종래 기술에 따른 양자점을 이용한 태양전지의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. On the other hand, Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a solar cell using a quantum dot according to the prior art.

도 4를 참조하면, 대향전극층(100)과, 전해질층(200), 광흡수층(300), 도전성 투명기판(400)을 포함한다. Referring to FIG. 4, the counter electrode layer 100, an electrolyte layer 200, a light absorption layer 300, and a conductive transparent substrate 400 are included.

대향전극층(100)은 도전성 물질로 이루어지며, 전해질층(200)은 전해액으로 이루어진다. The counter electrode layer 100 is made of a conductive material, and the electrolyte layer 200 is made of an electrolyte.

그리고, 광흡수층(300)은 양자점(미도시함)으로 이루어지는 금속산화물층(300a) 및 염료층(300b)으로 이루어진다. The light absorption layer 300 includes a metal oxide layer 300a and a dye layer 300b formed of quantum dots (not shown).

이러한 구조에 따른 태양전지의 원리를 살펴보면 광흡수층(300)으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자는 양자점들의 커플링(coupling) 효과에 의해 양자점들을 통해 대향전극층(100)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다. Looking at the principle of the solar cell according to this structure is that the electrons generated by the sunlight incident on the light absorbing layer 300 through the opposing electrode layer 100 through the quantum dots due to the coupling (coupling) effect of the quantum dots to the external load To transfer electrical energy.

이와 같이, 발광소자나 태양전지와 같은 광소자에 이용되는 양자점은 도전성이 낮기 때문에 이웃하는 양자점들 사이의 커플링(coupling) 효율이 낮아 전자 전달 능력이 떨어지는 단점이 있다.As such, since the quantum dots used in the optical devices such as the light emitting devices and the solar cells have low conductivity, the coupling efficiency between neighboring quantum dots is low and thus the electron transfer ability is lowered.

즉, 양자점들 간의 계면이 저항체로 작용하여 전기 전도도가 낮아져 전자 전달 능력이 떨어져 발광소자의 경우 발광 효율이 낮고, 태양전지와 같은 광전 소자의 경우 에너지 전달 효율이 낮은 단점이 있다. That is, the interface between the quantum dots acts as a resistor, the electrical conductivity is low, the electron transfer ability is low, the luminous efficiency is low in the light emitting device, the energy transfer efficiency is low in the case of a photoelectric device such as a solar cell.

또한, 열전소자에서 효율을 향상시키려면 열전도도를 낮추고, 전기전도도를 높이는 물질의 개발이 필수적인데, 양자점의 경우 매우 작은 크기로 인해 열전도도가 매우 낮아지는 현상이 발생해서 이상적인 소재로 여겨지고 있다. In addition, in order to improve the efficiency in the thermoelectric element, it is essential to develop a material that lowers the thermal conductivity and increases the electrical conductivity. In the case of the quantum dot, the thermal conductivity is very low due to the small size, which is considered to be an ideal material.

그런데, 양자점만으로는 필름을 형성하기 어려울 뿐만 아니라 양자점간의 접촉저항 문제로 인해 전기전도도가 높지 않은 문제점이 있다. However, not only the quantum dot is difficult to form a film but also has a problem in that the electrical conductivity is not high due to the contact resistance problem between the quantum dots.

상기 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다수의 전하수송능력이 우수한 나노와이어 상에 양자점을 배치하고 나노와이어와 양자점을 저분자 링커를 이용하여 비공유 결함시킴으로써, 나노와이어가 인접하는 양자점을 간의 전자 전달 매개체 역할을 하도록 하여 전자 전달 능력을 향상시킨 에너지 변환용 복합물질과 그 제조 방법 및 그를 이용한 에너지변환소자를 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the problems of the background art, by placing a quantum dot on a nanowire with excellent charge transport ability and non-covalent defects of the nanowire and the quantum dot using a low molecular linker, the quantum dot adjacent to the nanowire The present invention provides an energy conversion composite material, a method for manufacturing the same, and an energy conversion device using the same.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 양자점으로 구성되는 에너지변환소자의 에너지 변환용 복합물질에 있어서, 나노와이어와, 상기 각 나노와이어 상에 형성되며 반도체 물질로 구성되는 다수의 양자점, 및 상기 나노와이어와 상기 양자점을 비공유 결합 방식으로 연결하는 저분자 링커를 포함한다. The present invention for solving the above problems in the composite material for energy conversion of the energy conversion element composed of quantum dots, nanowires, a plurality of quantum dots formed on each nanowire and composed of a semiconductor material, and the nanowires And a low molecular linker connecting the quantum dots in a non-covalent manner.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 양자점으로 구성되는 에너지변환소자의 에너지 변환용 복합물질을 제조하는 방법에 있어서, 다수의 도전성 나노와이어를 형성하는 단계와, 상기 나노와이어 상에 양자점을 배치시키는 단계와, 상기 다수의 나노와이어 상에 다수의 양자점을 연속적으로 배치시키는 단계를 포함한다. The present invention for solving the above problems is a method of manufacturing a composite material for energy conversion of the energy conversion element consisting of quantum dots, forming a plurality of conductive nanowires, the step of placing a quantum dot on the nanowires And sequentially placing a plurality of quantum dots on the plurality of nanowires.

또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 전자-정공의 재결합에 의해 빛을 발산하거나 외부로부터 입사되는 에너지를 전기적 에너지로 변환 또는 외부에서 인가되는 열은 전기에너지로 변환하여 전달하는 에너지 변환층을 갖는 에너지변환소자에 있어서, 상기 에너지 변환층이, 나노와이어와 상기 각 나노와이어 상에 형성 되며 반도체 물질로 구성되는 다수의 양자점 및 상기 나노와이어와 상기 양자점을 비공유 결합 방식으로 연결하는 저분자 링커로 구성되는 에너지 변환용 복합물질로 이루어진다. In addition, the present invention for solving the above problems is an energy conversion layer that emits light by recombination of electron-holes or converts energy incident from the outside into electrical energy or heat applied from the outside is converted into electrical energy to transfer the energy conversion layer. In the energy conversion device having, the energy conversion layer is formed of a nanowire and each of the nanowires and composed of a plurality of quantum dots consisting of a semiconductor material and a low molecular linker connecting the nanowires and the quantum dots in a non-covalent manner Consisting of a composite material for energy conversion.

본 발명은 도전성의 나노와이어가 이웃하는 양자점들 간의 전자 전달 능력을 향상시키는 매개체 역할을 하도록 하여 양자점들 간의 계면 저항에 의한 전자 전달 능력 저하를 방지하여 발광 효율 및 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. Advantageous Effects of the Invention The present invention allows the conductive nanowires to act as a medium for improving electron transfer ability between neighboring quantum dots, thereby preventing emission degradation due to interfacial resistance between quantum dots, thereby improving luminous efficiency and photoelectric conversion efficiency. There is this.

또한 양자점이나 나노와이어의 표면을 양자점과 나노와이어의 전기적 특성을 보존하는 동시에 흡착이 원활하도록 설계하여 양자점에서 나노와이어로의 전하 이동을 극대화함으로써 발광 효율, 광전 변환 효율, 열전효율을 향상시킬 수 있다. In addition, the surface of the quantum dots or nanowires is designed to preserve the electrical properties of the quantum dots and nanowires and to facilitate adsorption, thereby maximizing charge transfer from the quantum dots to the nanowires, thereby improving luminous efficiency, photoelectric conversion efficiency, and thermoelectric efficiency. .

아울러, 본 발명에 따른 에너지변환용 복합물질은 다양한 전자소자, 센서 등에 활용될 수 있다. In addition, the composite material for energy conversion according to the present invention can be utilized in various electronic devices, sensors, and the like.

본 발명은 전자-정공의 재결합에 의해 빛을 발산하는 발광 소자, 외부로부터 유입되는 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 광전소자, 외부로부터 전달되는 열을 전기에너지로 변환하여 전달하는 열전소자와 같은 에너지변환소자에 관한 것이다. The present invention provides energy such as a light emitting device that emits light by recombination of electron-holes, an optoelectronic device that converts light energy flowing from the outside into electrical energy, and a thermoelectric device that converts and transfers heat transferred from the outside into electrical energy. It relates to a conversion element.

도 5는 본 발명의 에너지변환소자를 구성하는 에너지 변환용 복합물질을 나타낸 것이고, 도 6은 도5의 일부 확대도로서, 본 발명에 따른 에너지변환소자의 에 너지 변환층(30)은 나노와이어(2)와, 양자점(3), 링커 저분자(4)로 구성되는 에너지 변환용 복합물질로 이루어진다. FIG. 5 illustrates an energy conversion composite material constituting the energy conversion device of the present invention. FIG. 6 is an enlarged view of a portion of FIG. 5, wherein the energy conversion layer 30 of the energy conversion device according to the present invention is nanowire. (2) and a quantum dot (3) and a linker low molecular weight (4) composed of a composite material for energy conversion.

그리고, 나노와이어(2)와 양자점(3)은 저분자 링커에 의해 비공유 결합 방식으로 연결된다. The nanowires 2 and the quantum dots 3 are connected in a non-covalent manner by a low molecular linker.

여기서, 양자점(3)은 반도체 물질로 이루어지는 것으로서, 각 나노와이어 상에 연속적으로 형성된다. Here, the quantum dots 3 are made of a semiconductor material and are continuously formed on each nanowire.

그리고, 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로는 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The quantum dots may be selected from the group consisting of II-VI, III-V, IV-VI, and IV semiconductor compounds, and mixtures thereof. Specifically, the quantum dots may be CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe , ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, or mixtures thereof.

또한, 양자점(3)이 빛을 흡수하여 전자 정공을 생성하는데 이용되고, 나노와이어(2)가 양자점(3)에 의해 생성된 전자를 전달하는데 이용될 경우, 나노와이어(2)는 산화물(Oxide) 계열 등 양자점보다 밴드갭이 넓으면서 전자 이동을 위한 에너지 준위를 가진 것으로 이루어지도록 함이 바람직하다.In addition, when the quantum dots 3 are used to absorb light to generate electron holes, and the nanowires 2 are used to transfer electrons generated by the quantum dots 3, the nanowires 2 are oxides. It is preferable that the band gap is wider than the quantum dot such as a series and the like and have an energy level for electron movement.

또한, 양자점(3) 빛을 흡수하여 전자 정공을 생성하는데 이용되고, 나노와이어가 전자 및 정공 전달용으로 이용될 경우, 나노와이어(2)는 탄소나노튜브(CNT)등 밴드갭이 낮은 와이어로 이루어지도록 함이 바람직하다. In addition, when the quantum dot (3) is used to generate electron holes by absorbing light, and the nanowire is used for electron and hole transfer, the nanowire (2) is a low band gap wire such as carbon nanotubes (CNT) It is preferable to make it.

이때, 탄소나노튜브는 탄소를 기반으로 하는 탄소나노튜브, 탄소나노화이버, 금속 또는 반도체 물질이 도핑된 탄소나노튜브를 포함한다. In this case, the carbon nanotubes include carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanotubes doped with metal or semiconductor materials based on carbon.

이러한 본 발명의 에너지 변환층은 전하의 이동이 원활한 나노와이어(2)에 양자점(3)이 배치되어 있으므로, 양자점에서 나노와이어로의 전자 교환이 잘 이루어진다. In the energy conversion layer of the present invention, since the quantum dots 3 are disposed on the nanowires 2, in which charge transfer is smooth, electron exchange from the quantum dots to the nanowires is performed well.

즉, 종래의 에너지변환소자에 이용되는 양자점들은 각 양자점들 사이의 계면이 저항체로 작용하여 전기 전도도가 낮아져 전자 전달 능력이 떨어졌으나, 본 발명은 나노와이어가 양자점 사이의 전자 및 정공 전달 매개체 역할을 하도록 한다. That is, in the conventional quantum dots used in the energy conversion device, the interface between the respective quantum dots acts as a resistor, the electrical conductivity is lowered, the electron transfer ability is reduced, the present invention nanowires act as electron and hole transfer medium between the quantum dots Do it.

본 발명에서는 나노와이어에 양자점을 부착 시킬 때 양자점의 용액 안정성 및 광특성을 유지하는 동시에 나노와이어로의 흡착이 용이한 피리딘 등 아민, 포스핀 계열이면서 아로마틱 링을 포함하거나 4개 이하의 탄소수를 갖는 알리파틱 체인을 갖는 저분자를 링커로 사용한다. In the present invention, when the quantum dots are attached to the nanowires, the solution stability and optical properties of the quantum dots are maintained and at the same time, amines such as pyridine, which are easily adsorbed to the nanowires, include phosphine-based aromatic rings, or have 4 or less carbon atoms. Small molecules with aliphatic chains are used as linkers.

즉, 링커가 빛을 자체 흡수, 자체 내에서 전자와 정공의 재결합, 발열 등의 역할을 하게 되면 흡수된 광에서 발생한 전하를 양자점에서 나노와이어로 전달하는데 효과적이지 않다.That is, when the linker plays a role of absorbing light itself, recombination of electrons and holes in itself, and exothermic heat, it is not effective to transfer charges generated from absorbed light from the quantum dots to nanowires.

따라서, 설퍼(Sulfur, 황)와 같이 빛에 의한 반응성이 큰 링커는 복합물질의 안정성을 떨어뜨리므로, 제안하는 링커 분자는 빛에 둔감하여 광안정성이 우수하고, 그 길이가 매우 짧아서 전하를 빠르게 전달할 뿐 아니라 양자점과 나노와이어로의 부착이 용이한 구조의 저분자를 이용함이 바람직하다. Therefore, the linker with high reactivity by light such as sulfur (sulfur) decreases the stability of the composite material. Therefore, the proposed linker molecule is insensitive to light and has excellent light stability. In addition to the transfer, it is desirable to use low molecular weight molecules that are easy to attach to quantum dots and nanowires.

이에 따라, 발광소자의 경우 발광 효율이 개선되고, 광전소자의 경우 전기 에너지 생성 효율이 개선되며, 열전소자의 경우 열전효율의 향상된다. Accordingly, the luminous efficiency is improved in the light emitting device, the electrical energy generation efficiency is improved in the photoelectric device, and the thermoelectric efficiency is improved in the thermoelectric device.

이하, 본 발명의 에너지변환용 복합 물질을 제조하기 위한 방법을 도 7을 참 조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for manufacturing an energy conversion composite material of the present invention will be described with reference to FIG. 7.

우선, 나노와이어(2)를 형성한다.First, the nanowires 2 are formed.

이때, 나노와이어(2)는 전하의 이동이 원활한 물질로 형성하되, 양자점(3)의 전자 전달용으로 이용될 경우 나노와이어(2)는 산화물(Oxide) 계열 등 양자점보다 밴드갭이 넓으면서 전자 이동을 위한 에너지 준위를 가진 것으로 형성한다. In this case, the nanowires 2 are formed of a material having a smooth transfer of charges, but when used for electron transfer of the quantum dots 3, the nanowires 2 have a wider band gap than the quantum dots such as oxide based electrons. Formed with energy levels for movement.

또한, 나노와이어(2)가 양자점(3)의 전자 및 정공 전달용으로 이용될 경우 나노와이어(2)는 탄소나노튜브(CNT)등 밴드갭이 낮은 와이어로 형성함이 바람직하다. In addition, when the nanowires 2 are used for electron and hole transfer of the quantum dots 3, the nanowires 2 are preferably formed of a low band gap wire such as carbon nanotubes (CNT).

그리고 나서, 나노와이어(2) 상에 다수의 양자점을 형성한다. Then, a plurality of quantum dots are formed on the nanowires 2.

이때, 나노와이어(2) 상에 양자점을 배치시키기 위해서 다수의 나노와이어(2)를 유기용매 내에 담지한 후 나노와이어(2) 상에 양자점이 비공유 결합을 통해결합되도록 한다. In this case, in order to arrange the quantum dots on the nanowires 2, the plurality of nanowires 2 are supported in an organic solvent, and then the quantum dots on the nanowires 2 are bonded through non-covalent bonds.

여기서, 양자점은 고온의 분산 용매을 이용한 일반적인 화학적 습식 방법을 통해 형성할 수 있다.Here, the quantum dots may be formed through a general chemical wet method using a high temperature dispersion solvent.

그리고, 양자점을 코어 또는 코어/쉘 구조 갖도록 형성할 수 있고, II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로는 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs,InSb 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질로 형성할 수 있다. In addition, the quantum dots may be formed to have a core or core / shell structure, and may be selected from the group consisting of II-VI, III-V, IV-VI, and IV semiconductor compounds, and mixtures thereof. The quantum dots are CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, InSb or their It may be formed of a material selected from the group consisting of a mixture.

본 실시예에 있어서 양자점은 가시광 영역에서 빛을 흡수하여 전자 정공을 형성하는 II VI 족 반도체 중 CdSe를, 나노와이어로는 전자 정공을 동시에 받아 전극으로 이동하기 위한 탄소나노튜브를 사용한다. In the present embodiment, the quantum dots use CdSe of group II VI semiconductors that absorb light in the visible light region to form electron holes, and carbon nanotubes that receive electron holes simultaneously as nanowires and move them to the electrode.

그리고, 습식 방법을 통해 형성한 후 양자점의 용액 안정성 및 광특성을 유지하는 동시에 나노 튜브에의 흡착이 용이한 피리딘 등 아민, 포스핀 계열이면서 아로마틱 링을 포함하는 저분자 링커로 표면 개질을 실시한다. Then, the surface is modified by a low molecular linker containing an amine, phosphine-based and aromatic ring, such as pyridine, which is easy to adsorb onto the nanotubes, while maintaining the solution stability and optical properties of the quantum dots after forming through a wet method.

이때, 표면의 개질은 치환하고자 하는 분자를 과량 주입 후 50-100℃로 가온 상태에서 3-24 시간동안 교반하여 얻을 수 있다. At this time, the modification of the surface can be obtained by stirring for 3 to 24 hours in a state heated to 50-100 ℃ after excessive injection of the molecule to be replaced.

도 8은 본 발명에 따른 에너지 변환용 복합물질을 투과전자현미경으로 관찰한 그림이고, 도 9는 본 발명에 따른 에너지 변환용 복합물질로 이루어지는 FET 소자와 종래 기술에 따른 양자점으로 이루어진 FET 소자의 광전류 특성을 나타낸 그래프도이다.8 is a view of the energy conversion composite material according to the present invention observed with a transmission electron microscope, Figure 9 is a photocurrent of the FET device consisting of a FET device made of the energy conversion composite material according to the present invention and a quantum dot according to the prior art A graph showing the characteristics.

도 9를 참조하면, (a)는 종래 기술에 따른 FET 소자의 광전류 특성을 (b)는 본 발명에 따른 FET 소자의 광전류 특성을 나타낸 것으로서, 본 발명에 따르면 저분자 링커에 의해 양자점들이 나노 와이어 상에 배치되어 있으므로, 나노 와이어를 통해서 양자점들 간의 전하 이동의 효율이 증가하여 종래 기술에 비하여 광전류가 증가됨을 볼 수 있다. 9, (a) shows the photocurrent characteristics of the FET device according to the prior art (b) shows the photocurrent characteristics of the FET device according to the present invention, according to the present invention quantum dots are formed on the nanowire by a low molecular linker Since it is disposed in, the efficiency of charge transfer between the quantum dots through the nanowires can be seen that the photocurrent is increased compared to the prior art.

도 1은 종래 기술에 따른 양자점을 이용한 발광소자의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a light emitting device using a quantum dot according to the prior art.

도 2 및 도 3은 도 1의 발광소자의 작용을 설명한 도면.2 and 3 are views illustrating the operation of the light emitting device of FIG.

도 4는 종래 기술에 따른 양자점을 이용한 태양전지의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solar cell using a quantum dot according to the prior art.

도 5는 본 발명의 에너지 변환용 복합물질 개략도.5 is a schematic diagram of the composite material for energy conversion of the present invention.

도 6은 도 5의 일부 확대도.6 is an enlarged view of a portion of FIG. 5;

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환용 복합 물질 형성 방법을 설명한 개략도.Figure 7 is a schematic diagram illustrating a method of forming a composite material for energy conversion according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 에너지 변환용 복합물질을 투과전자현미경으로 관찰한 그림. Figure 8 is a picture of observation of the composite material for energy conversion according to the present invention with a transmission electron microscope.

도 9는 본 발명에 따른 에너지 변환용 복합물질로 이루어지는 FET 소자와 종래 기술에 따른 양자점으로 이루어진 FET 소자의 광전류 특성을 나타낸 그래프도.9 is a graph showing the photocurrent characteristics of the FET device made of a composite material for energy conversion according to the present invention and the FET device made of a quantum dot according to the prior art.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 에너지 변환용 복합물질1: Composite material for energy conversion

2 : 나노 와이어2: nanowires

3 : 양자점3: quantum dot

Claims (10)

양자점으로 구성되는 에너지변환소자의 에너지 변환용 복합물질에 관한 것으로서,Regarding the composite material for energy conversion of the energy conversion element composed of quantum dots, 나노와이어와, With nanowires, 상기 각 나노와이어 상에 형성되며 반도체 물질로 구성되는 다수의 양자점, 및A plurality of quantum dots formed on each nanowire and composed of a semiconductor material, and 상기 나노와이어와 상기 양자점을 비공유 결합 방식으로 연결하는 저분자 링커를 포함함을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.Energy conversion composite material comprising a low molecular linker for connecting the nanowires and the quantum dots in a non-covalent manner. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저분자 링커는 아민이나 포스핀을 포함하며 아로마틱 링이나 4개 이하의 탄소수를 같는 알리파틱 체인을 가지고 있는 분자중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.The low molecular weight linker comprises an amine or a phosphine and is selected from among an molecule having an aromatic ring or an aliphatic chain having the same carbon number of 4 or less. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.The quantum dot is a composite material for energy conversion, characterized in that selected from the group consisting of II-VI, III-V, IV-VI, Group IV semiconductor compounds and mixtures thereof. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, InSb 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.The quantum dots are CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, InSb or their Energy conversion composite material, characterized in that selected from the group consisting of a mixture. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,5. The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 나노와이어가 전자 전달용으로 이용될 경우 산화물 계열로 이루어짐을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.When the nanowires are used for electron transfer, the composite material for energy conversion, characterized in that the oxide-based. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,5. The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 나노와이어가 전자 및 정공 전달에 이용될 경우 나노와이어는 탄소나노튜브 또는 II-VI족, III-V족 반도체 화합물로 이루어짐을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질.When the nanowires are used for electron and hole transfer, nanowires are carbon nanotubes or II-VI, III-V semiconductor compound, characterized in that made of a semiconductor compound. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 에너지 변환용 복합물질을 에너지변환층으로 갖는 에너지변환소자.An energy conversion device having the energy conversion composite material as an energy conversion layer. 양자점으로 구성되는 에너지변환소자의 에너지 변환용 복합물질을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a composite material for energy conversion of the energy conversion element consisting of quantum dots, 다수의 도전성 나노와이어를 형성하는 단계,Forming a plurality of conductive nanowires, 상기 나노와이어 상에 양자점을 배치시키는 단계,Disposing a quantum dot on the nanowire, 상기 다수의 나노와이어 상에 다수의 양자점을 연속적으로 배치시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질 제조 방법.Method for producing a composite material for energy conversion comprising the step of sequentially placing a plurality of quantum dots on the plurality of nanowires. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 다수의 나노와이어 상에 양자점을 배치시키는 단계는,Placing a quantum dot on the plurality of nanowires, 용매 내에서 상기 나노와이어 상에 양자점을 흡착 또는 공유 결합시키는 것을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질 제조 방법. Method of producing a composite material for energy conversion, characterized in that the quantum dots are adsorbed or covalently bonded on the nanowires in a solvent. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 나노와이어 상에 양자점을 배치시킨 후 표면 개질을 통해 저분자 링커를 이용하여 나노와이어와 양자점을 비공유 결합 방식으로 연결시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 에너지 변환용 복합물질 제조 방법.Placing the quantum dots on the nanowires and then connecting the nanowires and the quantum dots in a non-covalent manner by using a low molecular linker through the surface modification method of producing a composite for energy conversion.
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