KR20140059368A

KR20140059368A - 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 광전자 소자

Info

Publication number: KR20140059368A
Application number: KR1020120125567A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 김진영; 최효성; 최유리
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사; 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-16
Also published as: KR101486507B1

Abstract

본 발명은 탄소 양자점과 금속 나노입자가 결합된 복합체에 관한 것으로서, UV 조사를 이용하는 간단한 방법을 통해 제조될 수 있으며, 표면 플라스몬 공명을 극대화시키는 효과를 가지므로, 광전자 소자에 유용하게 활용할 수 있으며 특히 PLED 및 PSC 의 성능을 모두 향상시킬 수 있다.

Description

탄소 양자점-금속 나노입자 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 광전자 소자{CARBON DOT-SUPPORTED SILVER NANOPARTICLES, PREPARATION METHOD THEREOF, AND OPTOELECTRONIC DEVICE COMPRISING SAME}

본 발명은 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance) 효과가 우수한 탄소 양자점(carbon dot)-금속 나노입자 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 광전자 소자(optoelectronic device; OED)에 관한 것이다.

최근 대부분의 광전자 소자는 무기 물질을 이용하고 있는데(GaN 발광다이오드, Si 태양전지 등), 이들 물질들은 양이 제한되어 있고 가공 공정이 복잡하여 제조 단가가 높아지기 마련이다. 이 때문에 박막 OED에 대한 관심이 증대되고 있으며, 그 예로서 ZnSe, CuInSe₂, CdTe 등의 무기 반도체 또는 그 외의 유기 반도체 물질을 활용하고 있다. 특히 이들 중 유기 반도체 물질은 비용이 저렴하고 대면적 가공이 가능하여 차세대 OED로서 각광을 받고 있다. 그러나 새로운 물질과 소자 제조에 대한 끊임없는 노력으로 인해 이들 소자의 성능이 향상되었음에도, 여러 방면으로 사용되기 위해서는 아직도 꾸준한 개선이 필요하다.

표면 플라스몬(surface plasmon)이란 금속과 유전체와의 계면 상에서 집단적으로 진동하는 금속 내의 자유 전자를 말한다. 표면 플라스몬은 적절한 파장의 빛이 입사하였을 때 공명이 발생하여 여기 상태가 되고 강한 산란광을 일으켜 표면 플라스몬 흡수띠를 강화시키고 편재된 전자기장을 증가시키게 된다. 이 때 방사층 내의 여기자(exiton)와 표면 플라스몬 간의 편재된 전자기장이 중첩되면서 여기자와 표면 플라스몬 간에 결합 효과를 일으키고, 이는 PLED 내에서 유효 에너지 전이를 통해 강한 방사성 방출을 발생시킨다. 또한, 금속 나노입자를 도입할 경우 입사광의 안테나 역할과 동시에 편재된 표면 플라스몬 내에 입사 에너지를 저장할 수 있어서 광발전에 활용될 수 있으며, 예를 들어 폴리머 태양전지(PSC)에 응용할 수 있다. 그러나, PLED는 낮은 빛 흡수율과 높은 방사율을 요구하는 반면, PSC는 높은 흡수율과 낮은 방사율을 요구하므로, 아직까지 이들의 요구를 동시에 만족하는 물질은 거의 개발될 수 없었다.

한편, 종래의 반도체 양자점(quantum dot) 나노입자를 대체할 수 있는 물질로서, 최근 발광성, 광안정성, 전자전이성 등의 특성을 갖는 탄소 양자점(carbon quantum dot 또는 carbon dot)이 주목을 받고 있다. 탄소 양자점은 2006년도에 처음 소개된 이후, 치수 및 표면 특성의 개선을 위해 꾸준한 연구가 이루어졌으며, 그 결과 연소법, 레이저 삭마법, 마이크로웨이브법, 실리카 주형법, 천연 탄소재의 탈산화법 등의 방법을 적용하는 것이 개발되었다. 특히 탄소 양자점의 표면 안정화를 통해 광유발 전자 전이가 향상될 수 있는데, 이러한 표면 안정화된 탄소 양자점은 광에너지 전환 및 연관 분야에 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 표면 플라즈몬 공명 효과가 우수한 탄소 양자점과 금속 나노입자의 복합체, 이의 제조방법 및 상기 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체를 포함하는 PLED 및 PSC 등의 광전자 소자를 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라, 본 발명은 탄소 양자점, 및 상기 탄소 양자점을 코어로 하여 이의 표면에 결합된 복수의 금속 나노입자를 포함하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체를 제공한다.

상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 탄소 양자점을 준비하는 단계; 상기 탄소 양자점에 금속염을 혼합시켜 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액에 UV를 조사하는 단계를 포함하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조방법을 제공한다.

상기 또 다른 목적에 따라, 본 발명은 상기 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체를 포함하는 PLED 및 PSC를 제공한다.

본 발명의 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체는 표면 플라스몬 공명을 극대화할 뿐만 아니라, UV 조사를 이용하는 간단한 방법에 의해 제조될 수 있으므로, 이를 광전자 소자에 유용하게 활용할 수 있으며, 특히 PLED 및 PSC의 성능을 모두 향상시킬 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기에 사용된 약어들의 의미는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 설명하였다.
도 1은 CD-AgNP의 개략적인 모식도와 특성을 나타낸 것으로서, (a)는 AgNO₃ 및 CD+AgNO₃ 용액의 UV 조사 전(왼쪽)과 조사 후(오른쪽)의 사진 및 개략적인 분자 단위의 모식도이고, (b)는 CD-AgNP의 TEM 이미지(척도바 5nm)로서 큰 원과 작은 원은 각각 CD 및 AgNP를 표시한 것이며 이들 안에 표시된 두 개의 평행한 선은 각각 CD와 AgNP의 특징적인 격자 줄무늬(3.2Å 및 2.1Å)를 나타내고, (c)는 CD 용액, 질산은 용액, CD-AgNP 용액 및 이의 필름을 20분간 UV 조사한 뒤에 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 CD 표면에 결합된 AgNP의 갯수(N_Ag)에 따라 비교한 것으로서, (a)는 CD-AgNP의 전자기장 분포를 시뮬레이션한 결과이고 (b)는 예측 소광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 CD-AgNP가 폴리머 필름의 형광에 미치는 영향을 나타낸 것으로서, (a) 내지 (c)는 각각 SY 필름의 정상상태 PL 스펙트럼, PL 소멸 곡선, 및 ASE의 문턱값(threshold) 특성을 나타낸 그래프이며, 이때 유리 기판 상에 CD-AgNP를 첨가 또는 미첨가한 PEDOT:PSS/SY 필름도 함께 비교하였고, (a)에 삽입된 이미지는 CD-AgNP를 첨가(위) 또는 미첨가(아래)한 SY 필름의 CLSM 이미지(척도바 10㎛)이다.
도 4는 CD-AgNP를 도입한 폴리머 광전자 소자의 구조 및 특성을 나타낸 것으로서, (a)는 PLED의 소자 구조를 나타내고, (b) 내지 (d)는 각각 CD-AgNP의 유무에 따른 PLED의 휘도/전류 밀도, 전류 밀도/EQE, 및 LE를 나타내며, (e)는 PSC의 소자 구성을 나타내고, (f) 및 (g)는 각각 CD-AgNP의 유무에 따른 대기 질량 1.5 조명 하의 J-V 특성(at 100 mW/㎠), 및 EQE를 나타내며, (f)에 삽입된 그래프는 반대수 범위로 작성된 암전류 상태에서의 J-V 특성을 나타내고, (h)는 CD-AgNP에 의해 흡수율이 변화됨에 따른 EQE의 증가를 나타낸다.
도 5는 CD-AgNP가 도입된 PTB7:PC₇₁BM계 PSC의 IQE를 나타낸 것이다.
도 6은 UV 조사 시간이 경과함에 따라 CD-AgNP가 합성되는 사진이다.
도 7은 순수한 AgNP와 CD-AgNP 용액의 UV-Vis 흡수 스펙트럼이며, 이때 AgNP의 평균직경은 약 3nm이다.
도 8에서 (a)는 CD 및 CD-AgNP의 XPS 스펙트럼이고, (b)는 CD-AgNP 필름의 Ag 3d 영역의 XPS 스펙트럼이고, (c)는 CD로부터 얻은 C 1s 영역의 XPS 스펙트럼이고, (d)는 CD-AgNP로부터 얻은 C 1s 영역의 XPS 스펙트럼이다.
도 9는 유리판 위에 각각 증착시킨 PEG 필름, PEG-CD 필름, 및 CD-AgNP 필름을 레이저를 이용해 532nm에서 여기시켜 SERS를 측정한 것이다.
도 10에서 (a) 내지 (c)는 각각 유리/SY 구조, 유리/PEDOT:PSS/SY 구조, 및 유리/CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 구조의 방출 스펙트럼이며, 이들에 대한 레이저 문턱값에 대응하거나 미만 또는 초과되는 방출 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 11는 소자의 반사율 측정 방법을 나타낸 것으로서, (a)는 CD-AgNP를 갖지 않는 소자이고 (b)는 CD-AgNP를 갖는 소자이며, 이들의 반사율을 비교하여 흡수율 향상(Δα)을 산출하는 것이다.
도 12은 CD-AgNP가 첨가 또는 미첨가된 P3HT:PCBM계 PSC에 대한 특성 결과를 나타낸 것으로서, (a)는 대기질량 1.5 조명(100 mW/cd²)하의 J-V 특성을 나타내고 (b)는 EQE 특성을 나타내며 (c)는 CD-AgNP의 EQE 향상과 UV-Vis 흡수율을 나타낸다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 명세서의 간결한 기재를 위해, 명세서에 자주 사용되는 주요 용어들은 다음과 같이 간단한 약칭으로 언급될 수 있다.

CD: 탄소 양자점(carbon quantum dot; carbon dot)

MNP: 금속 나노입자(metal nanoparticles)

CD-MNP: 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체(carbon dot-supported metal nanoparticles)

CD-AgNP: 탄소 양자점-은 나노입자 복합체(carbon dot-supported silver nanoparticles)

AgNP: 은 나노입자(silver nanoparticles)

SPR: 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance)

PLED: 폴리머 발광다이오드(polymer light-emitting diode)

PSC: 폴리머 태양전지(polymer solar cell)

PL: 광발광(photoluminescence)

PLQE: 광발광 양자효율(photoluminescence quantum efficiency)

CLSM: 공초점 레이저 주사현미경(confocal laser scanning microscopy)

ASE: 자연증폭방출(amplified spontaneous emission)

LE: 발광효율(luminous efficiency)

CE: 전류효율(current efficiency)

EQE: 외부양자효율(external quantum efficiency)

IQE: 내부양자효율(internal quantum efficiency)

FDTD: 시간영역 유한차분법(finite-difference time-domain)

SERS: 표면증폭 라만 분광법(surface-enhanced Raman spectroscopy)

XPS: X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)

TCSPC: 시간상관 단일광자 계수법(time-correlated single photon counting)

SY (super yellow): 폴리(페닐비닐렌)

PEDOT: 폴리(3,4-에틸렌디옥실렌티오펜)

PSS: 폴리스티렌술폰산

PTB7: 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노-[3,4-b]티오펜디일]]

P3HT: 폴리(3-헥실티오펜)

PC₆₁BM: [6,6]-페닐-C₆₁ 부티르산 메틸 에스터

PC₇₁BM: [6,6]-페닐-C₇₁ 부티르산 메틸 에스터

Mw: 중량평균분자량

탄소 양자점-금속 나노입자 복합체(CD-MNP)

본 발명에 따른 CD-MNP는, CD를 코어로 하여 그 표면에 복수개의 MNP가 결합된 구성을 갖는다(도 1의 (a) 참조).

상기 MNP는, 예를 들어 금, 은, 동, 니켈, 백금, 팔라듐, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 나노입자일 수 있다. 바람직하게는, 금, 은, 동, 니켈, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 나노입자일 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 MNP는 은(Ag) 나노입자일 수 있다.

또한, 상기 CD의 표면에 결합된 MNP의 갯수는 1개 내지 10개일 수 있고, 예를 들어 2개 내지 8개일 수 있으며, 또는 1~9개, 3~9개, 4~6개, 2~7개, 2~6개, 4~8개, 1~7개, 3~8개 등의 범위도 가능하다.

또한, 상기 CD의 직경은 2 내지 10 nm일 수 있고, 예를 들어 4 내지 8 nm일 수 있으며, 또는 5~7nm, 4~9nm, 2~8nm, 3~7nm, 5~9nm, 2~7nm, 4~10nm, 4~7nm 등의 범위도 가능하다.

또한, 상기 MNP의 직경은 1 내지 100 nm일 수 있고, 예를 들어 1 내지 10 nm일 수 있으며, 또는 2~9nm, 1~20nm, 1~30nm, 1~40nm, 1~50nm, 1~60nm, 1~70nm, 1~80nm 등의 범위도 가능하다.

본 발명의 CD-MNP는 UV-Vis 흡수 스펙트럼 결과 450 내지 500 nm 의 파장 범위, 보다 구체적으로는 470nm 근방에서 피크가 나타날 수 있다.

CD-NMP의 제조 방법

본 발명의 CD-MNP는 다음의 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:

(a) CD를 준비하는 단계;

(b) 상기 CD에 금속염을 혼합시켜 혼합 용액을 제조하는 단계; 및

(c) 상기 혼합 용액에 UV를 조사하는 단계.

(a) CD를 준비하는 단계

상기 단계 (a)에서 CD의 제조는, 탄수화물을 탈수한 뒤 열분해하는 방식으로 제조될 수 있다.

상기 탄수화물은 올리고당일 수 있으며, 예를 들어 2개 내지 10개의 당이 글리코시드 결합을 이룬 것일 수 있고, 구체적인 예로서 알파-사이클로덱스트린, 또는 베타-사이클로덱스트린일 수 있다. 또는 상기 탄수화물은 시트르산, 또는 글루코오스일 수 있으며, 앞서 예시한 구체적인 화합물들의 혼합물도 가능하다.

상기 탈수 공정은, 상기 탄수화물을 산과 반응시키는 것에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들어 황산, 질산, 염산 또는 이들의 혼합산에 의해 가능하다.

또한, 상기 열분해 공정은 예를 들어 질소 분위기 하에서 환류 등에 의해 실시될 수 있다. 이 때 환류 시간은 5 내지 36 시간일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 20 시간일 수 있다.

또한 상기 단계 (a) 이후 및 단계 (b) 이전에, 상기 단계 (a)에서 제조된 CD를 표면 안정화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 표면 안정화는 CD를 고분자와 반응시키는 것으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌다이아민, 폴리에틸렌이민 또는 이들의 혼합물과 반응시킬 수 있다. 상기 폴리에틸렌글리콜은 Mw 1000~2000의 폴리에틸렌글리콜인 것이 바람직하다.

(b) CD와 금속염이 혼합된 용액을 제조하는 단계

상기 단계 (b)에서, 상기 금속염은 금, 은, 동, 니켈, 백금, 팔라듐, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 염일 수 있다. 바람직하게는, 금, 은, 동, 니켈, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 염일 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 금속염은 은(Ag)의 염 형태일 수 있으며, 그 중에서도 질산은일 수 있다.

상기 CD와 상기 금속염의 혼합 중량비는 2:1 내지 1:2일 수 있다.

또한, 용매로는 탄소수 1~2의 알콜을 사용할 수 있으며, 예를 들어 에탄올을 사용할 수 있다.

또한, 상기 혼합 용액의 농도는 1 내지 10 mg/mL일 수 있다.

(c) 혼합 용액에 UV를 조사하는 단계

이전 단계에서 수득한 CD는 금속염의 존재하에서 UV를 조사함으로써 광-여기를 통해 전자를 내어놓고 금속(예컨대 Ag) 양이온이 금속 나노입자로 환원된다 (도 1의 (a) 참조).

본 단계에서, 조사되는 UV 파장의 범위가 200 내지 280 nm일 수 있고, 또는 240 내지 270 nm일 수 있다. 또한, UV 조사 시간은 10분 내지 1시간일 수 있고, 또는 10분 내지 30분 일 수 있다. UV 광원과 조사되는 용액간의 거리는 1 내지 5 cm 일 수 있고, 또는 2 내지 4 cm일 수 있다.

광전자 소자

또한, 본 발명에서는 CD-MNP를 포함하는 광전자 소자(optoelectronic device)를 제공한다. 예를 들어 CD-MNP를 광전자 물질(optoelectronic material)로서 포함하는 광전자 소자를 제공한다.

특히, 본 발명은 CD-MNP를 포함하는 PLED를 제공한다. 상기 PLED는 예를 들어 유리 / 양극층(anode) / CD-MNP / 전도성 폴리머층 / 활성층 / 음극층(cathode) 의 구조를 가질 수 있다. 이 때 상기 양극(anode) 물질로는 ITO, 그래핀, 도핑된 전도성 고분자(예: PEDOT:PSS(H.C.Starck사의 Clevios^TM PH1000 등) + H₂SO₄, DMSO, EG) 등이 사용될 수 있고; 상기 전도성 폴리머로는 PEDOT와 PSS의 혼합물(PEDOT:PSS)을 사용할 수 있고; 상기 활성층으로는 SY, MEH-PPV(폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-p-페닐렌비닐렌), PFV(폴리(9,9-디옥틸플루오렌일-2,7-비닐렌) 등을 사용할 수 있고; 상기 음극 물질로는 Al, LiF/Al, Ca/Al 등을 사용할 수 있다.

상기 PLED는 전류 효율(CE)이 20 cd/A이상, 바람직하게는 25 cd/A이상을 나타낼 수 있고, 또한 발광 효율(LE)이 10 lm/W이상, 바람직하게는 15 lm/W이상을 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명은 CD-MNP를 포함하는 PSC를 제공한다. 상기 PSC는 예를 들어 유리 / 양극층(anode) / CD-MNP / 전도성 폴리머층 / 활성층 / 음극층(cathode) 의 구조를 가질 수 있다. 이 때 상기 양극(anode) 물질로는 ITO, 그래핀, 도핑된 전도성 고분자(예: PEDOT:PSS(H.C.Starck사의 Clevios^TM PH1000 등) + H₂SO₄, DMSO, EG) 등이 사용될 수 있고; 상기 전도성 폴리머로는 PEDOT와 PSS의 혼합물(PEDOT:PSS)을 사용할 수 있고; 상기 활성층으로는 PTB7와 PC₇₁BM의 혼합물, P3HT와 PC₆₁BM의 혼합물, PTBT(폴리{5,6-비스(옥틸옥시)-4-(티오펜-2-일)벤조[c]-1,2,5-티아디아졸})와 PC₆₁BM의 혼합물 등을 사용할 수 있고; 상기 음극 물질로는 Al, LiF/Al, Ca/Al 등을 사용할 수 있다.

상기 PSC는 내부 양자 효율(IQE)이 90%이상, 나아가 95% 이상을 나타낼 수 있고, 전력 전환 효율(PCE)이 5% 이상, 나아가 7% 이상을 나타낼 수 있다.

상기 PLED 또는 PSC 같은 광전자 소자는, 진공열증착법, 스핀코팅법 등을 이용하여 ITO 기판 상에 각 구성 층을 순서대로 적층하는 방법으로 제조될 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단 이들 실시예는 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 탄소 양자점-은 나노입자 복합체(CD-AgNP)의 제조

(1) 탄소 양자점(CD)의 제조

알파 사이클로덱스트린 2.0g을 황산 용액 8.0mL에 천천히 가하고, 여기에 물 5.0mL를 가하여 용해시켰다. 이를 1시간 동안 격렬하게 교반하고, 물 40mL를 더 가하였다. 반응 용액을 4000rpm으로 10분 동안 원심분리하고, 침전물을 증류수로 2번 씻어내었다. 여기에 미량의 물과 질산을 첨가하고 1시간 동안 초음파 처리하였다. 수득한 용액을 질소 분위기하에서 12시간 동안 환류시키고 탄산칼륨으로 중화시켰다. 남아 있는 탄산칼륨을 여과를 통해 제거한 뒤, CD를 함유하는 현탁액을 1일간 투석(SpectraPore MWCO 1,000)하여 잔존하는 염을 제거하였다.

그 결과 얻은 CD를 다음 단계에서 사용하기 위해 표면 안정화 처리를 하였다. 구체적으로, CD를 10배의 증류수로 희석시키고 폴리에틸렌글리콜 디아민(Mw 1,500)으로 72시간 동안 환류시킨 뒤, 2일간 물로 투석을 실시하였다.

(2) 탄소 양자점-은 나노입자 복합체(CD-AgNP)의 제조

UV용 석영 큐벳(1x1x5cm)에, 앞서 제조된 CD와 질산은을 1:1의 중량비로 넣고 에탄올을 가하여 4 mg/mL 농도의 용액을 제조하였다.

수득한 용액을 6W UV 램프(Vilber Lourmat사)를 이용하여 254nm 파장의 UV 광선으로 조사하였다. 이 때 용액은 광원과 3cm 거리를 유지시켰다. UV 광선 조사로부터 20분이 경과되었을 때 용액의 색이 연한 황색에서 짙은 갈색으로 변하는 것을 통해 Ag 이온이 Ag 나노입자로 환원되었음을 확인하였다 (도 1의 (a) 및 도 6 참조). Ag 나노입자의 평균직경은 3nm이었다.

비교예 1: 은 나노입자(AgNP)의 제조

N-메틸-2-피롤리딘에 질산은을 4 mg/mL의 농도로 용해시켰다. 이를 6W UV 램프(Vilber Lourmat사)를 이용하여 254nm 파장의 UV 광선으로 1시간 동안 조사하였다. 이 때 용액은 광원과 3cm 거리를 유지시켰다. 그 결과 수득한 AgNP는 평균 직경 3nm로서 앞서 실시예 1에서 CD에 결합된 AgNP의 직경과 동일하였다.

도 6은 상기 비교예 1(각 사진의 왼쪽 용액) 및 실시예 1(각 사진의 오른쪽 용액)에서 UV 조사 시간의 경과에 따라 반응 용액의 색 변화를 나타낸 것이다. 이를 보면, UV 조사 시간이 경과함에 따라 CD를 갖는 AgNO₃ 용액이 노란색에서 짙은 갈색으로 변하는 반면(오른쪽 용액), CD를 갖지 않는 AgNO₃는 무색으로 남아 있다(왼쪽 용액).

실시예 2: CD-AgNP를 갖는 PLED 및 PSC의 제조

(1) CD-AgNP를 갖는 PLED의 제조

PLED의 발광층으로서 SY(Mw 1,950,000g/mol, Merck사)를 사용하였다. 앞서 실시예 1에서 제조한 CD-AgNP 용액을 10분 동안 UV-오존 처리 및 50℃에서 5분 동안 공기중의 열처리를 한 뒤에 깨끗한 ITO 기판 상에 2000rpm으로 스핀캐스팅하였다. CD-AgNP 층 상에 PEDOT:PSS 를 5000rpm으로 40초간 스핀캐스팅하고, 140℃에서 10분간 건조하였다. 이후 클로로벤젠을 용매로 한 SY 용액(0.7wt%)을 2000rpm으로 스핀캐스팅하고, 진공 조건(<10^-6 Torr)에서 열증착을 통해 LiF 전극(0.5nm) 및 Al 전극(100nm)을 발광층에 증착하였다. Al 전극의 면적은 소자의 활성 면적인 13.5 ㎟이었다. 그 결과, 유리/ITO/Cd-AgNP/PEDOT:PSS/SY/LiF/Al의 층 구조를 갖는 PLED가 제조되었다.

(2) CD-AgNP를 갖는 PSC의 제조

PSC의 활성층으로서 PTB7(1-Materia사) 및 PC₇₁BM(Rieke Metal사) 블렌드를 사용하였다. CD-AgNP 용액을 10분 동안 UV-오존 처리 및 50℃에서 5분 동안 공기중의 열처리를 한 뒤에 깨끗한 ITO 기판 상에 2000rpm으로 스핀캐스팅하였다. CD-AgNP 층 상에 PEDOT:PSS를 5000rpm으로 40초간 스핀캐스팅하고, 140℃에서 10분간 건조하였다. 이후 활성층을 도입하기 위해 클로로벤젠을 용매로 하고 PTB7(1wt%), PC₇₁BM(1.5wt%) 및 1,8-디아이오도옥탄(2vol%)을 함유하는 용액을 PEDOT:PSS층 위에 1000rpm으로 스핀캐스팅하고, 100nm 두께의 Al 전극을 진공 조건(<10^-6 Torr)에서 열증착을 통해 활성층에 증착하였다. Al 전극의 면적은 소자의 활성 면적인 13.5 ㎟이었다. 그 결과, 유리/ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/PTB7:PC₇₁BM/Al의 층 구조를 갖는 PSC가 제조되었다.

또한, 태양전지의 활성층으로서 P3HT(Rieke metal사, Mw=50,000g/mol, ~95% regioregularity) 및 PC₆₁BM(Rieke Metal사)을 사용하기 위해 P3HT(1wt%) 및 PC₆₁BM(0.8wt%)을 질소충전 글로브 박스 안에서 PEDOT:PSS층 위에 700rpm으로 스핀캐스팅하는 것을 제외하고는, 앞서 기술한 PSC 제조 공정과 동일한 조건으로 수행하여, 유리/ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/P3HT:PC₆₁BM/Al 의 층 구조를 갖는 PSC를 제조하였다.

비교예 2: CD-AgNP를 갖지 않는 PLED 및 PSC의 제조

제조 공정에서 CD-AgNP를 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 절차를 수행하여, CD-AgNP를 갖지 않는 PLED 및 PSC를 제조하였다.

측정/분석 방법

(1) XPS 및 라만 분석

CD 및 AgNP의 관능기를 XPS(K-alpha, Thermo Fisher)를 이용하여 분석하였다. 또한 라만 스펙트럼 분석을 위해 분광광도계(WITec alpha300R, He/Ne, 523nm, 0.2mW, 10초, SiO₂/Si)를 사용하였다.

(2) UV-Vis, PL, 및 TEM 분석

UV-Vis 흡수 스펙트럼을 분광광도계(Varian Cary 5000)로 측정하였고, 정상상태의 광발광 측정을 He-Cd 레이저를 이용해 460nm의 파장에서 수행하였다. 또한 CD-AgNP 복합체의 크기를 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM, JEM-2100F)을 사용하여 측정하였다.

(3) CLSM 관찰

시료의 형광 발광을 백색 광원(Olympus Mercury 100W)을 이용하여 측정하였다. 형광 향상 측정을 위해, 다이오드 타입에서 473nm의 15mW 출력을 사용하였다. 이때 도립 현미경(inverted microscope, Olympus IX 81)에 대물 렌즈(100x)를 장착하고 이를 통해 시료에 레이저 빔을 조사하였다.

(4) FDTD 산출

CD-AgNP의 이론적 모델의 UV-Vis 스펙트럼 및 이에 근접장(near field)의 분포를 이용하여 3차원 FDTD 시뮬레이션을 수행하였다. 이 때, AgNP가 CD 표면의 x-y 평면 상에 균일하게 분포하고 주변의 PEDOT:PSS 내에도 함유되어 있다고 가정하였다. CD-AgNP의 조명은 k=-z 방향으로 전파된 선평관된 평면파로 시뮬레이션하였다. 격자 간격은 0.1nm로 사용하였다.

(5) ASE 측정

ASE 측정을 위하여, Nd:YAG 레이저(Q-switched/mode-locked Nd:YAG laser, YG900, Quantel)의 제3고조파(파장 355nm)를 광학 펌프로 사용하였다. 이 때, 펄스폭 및 반복율을 각각 35ps 및 10Hz로 하였다. 빔펌프 레이저를 시료 표면의 줄무늬에 위치시키고 경계면으로부터의 발광을 수집한 뒤 광섬유 USB 분광기(SM240, CVI Laser사)로 분석하였다.

시험예 1: CD-AgNP의 특성 평가

도 1의 (b)는 상기 실시예 1에서 제조된 CD-AgNP의 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM) 이미지이다. 이를 보면, CD의 평균 직경이 약 6nm이고 격자줄무늬가 3.2Å이며, AgNP의 평균 직경이 약 3nm이고 격자줄무늬가 2.1Å임을 알 수 있다.

또한, 도 1의 (c)는 CD 용액, 질산은 용액, CD-AgNP 용액 및 이의 필름을 20분간 UV 조사한 뒤에 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 결과를 나타낸 것이다. 이를 보면, CD-AgNP 용액과 필름의 경우에는 UV 조사 이후 AgNP의 표면 플라스몬에 해당하는 피크가 470nm 근방에서 나타남을 알 수 있다. 반면, CD 용액과 질산은 용액 각각은 UV 조사 후에도 상기 특징적인 피크가 관찰되지 않았다. 특히, 도 7에서 보는 바와 같이, 유사한 직경(3nm)의 AgNP(CD와 결합되지 않은 순수한 AgNP)에서 420nm의 표면 플라스몬 공명 피크가 관찰되는 것과는 달리, CD-AgNP 용액은 470nm으로 적색 편이를 나타내면서 넓은 흡수 스펙트럼을 보였다.

또한, CD-AgNP에 의한 SPR 피크의 이동 및 전기장 향상을 알아보기 위해서, 3차원 FDTD 방법을 이용하여 전기장 분포를 시뮬레이션하였다. 도 2의 (a) 및 (b)는 각각 CD 표면에 결합된 AgNP의 갯수에 따라 전기장 분포를 시뮬레이션한 결과 및 예측 소광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 앞서 TEM 결과를 볼 때, 각각의 CD의 표면에 결합된 AgNP의 갯수는 다양하게 변할 수 있었다. 따라서 AgNP의 갯수를 2개부터 8개까지 변화시켜 가며 시뮬레이션하였다. 그 결과, CD 표면의 AgNP의 갯수가 증가함에 따라 CD-Ag 및 Ag-Ag 간의 전자적 결합이 더욱 강해졌으며, AgNP 간의 틈에서 전기장이 강화되고(도 2의 (a) 참조), 더욱 넓은 폭의 적색편이 소광 스펙트럼이 나타났다(도 2의 (b) 참조). 이에 따라, 다양한 AgNP 갯수를 갖는 CD-AgNP로부터 얻은 흡광 스펙트럼은 SPR 피크를 470nm에 가지면서 넓은 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타내게 되는 것으로 해석할 수 있다.

CD-AgNP의 합성을 확인하기 위해, 고분해능 XPS 및 라만 분광법을 실시하였다. XPS 결과로부터 나노입자의 형성과 CD 표면 작용기의 변화를 알 수 있었고(도 8 및 표 1 참조), 라만 분광법을 통해 금속 나노입자의 형성에 의한 CD 표면의 PEG 기의 라만 신호의 향상을 알 수 있었다(도 9 참조). 도 8에는 입자 표면에 카보닐기와 아민기로 치환된 sp² 탄소의 특징적인 스펙트럼이 나타나 있다. 또한, Ag_3d 피크가 368.19 eV 및 374.38 eV에서 관찰되었고, 이로써 UV 조사를 통해 AgNP가 생성되었음을 확인할 수 있다. 디콘볼루션된(deconvoluted) 고분해능 XPS 스펙트럼을 볼 때, AgNP가 형성됨에 따라 C-OH 기가 급속히 감소하였고, 이로써 표 1에서 보는 바와 같이 하이드록시기가 Ag 이온을 감소시키고 금속성 AgNP를 생성하는 데에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 도 9에 나타낸 라만 스펙트럼은 CD-AgNP의 합성을 알 수 있는 결과이다.

또한, CD-AgNP가 발광 폴리머의 형광에 미치는 영향을 더 알아보기 위해, 정상상태 PL, PLQE, CLSM, TCSPC, ASE 등의 다양한 방법을 이용해 측정하였다.

도 3의 (a)는 SY 필름, PEDOT:PSS/SY 필름, 및 CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름을 유리 기판 위에 각각 코팅하고, 이의 정상상태 PL 스펙트럼을 관찰한 것이다. 대조군으로서 CD-AgNP가 없는 SY 필름도 제조하였다. 이들 PL 스펙트럼을 볼 때, PEDOT:PSS/SY 필름의 경우 PEDOT:PSS/SY 계면에서 여기자(exciton) 소광이 활발하여 PL 수치가 가장 낮은 반면, CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름의 경우에는 CD-AgNP가 없는 필름보다 약 30% 정도 강한 것을 알 수 있다. 또한 PLQE 측정 결과 SY 필름의 경우 14.6%, PEDOT:PSS/SY 필름의 경우 12.5%, CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름의 경우 14.9%로 측정되었다(표 2 참조). 이들 결과는 정상상태의 PL 데이터와 일치한다. CLSM 결과도 CD-AgNP에 의한 형광발광 향상을 뒷받침해 준다. CD-AgNP를 갖는 SY 박막 필름의 형광은 약한 레이저로 직접 여기되어 발생한 형광과 CD-AgNP에 근접한 장 내에서 SY에 의해 증폭된 형광이 조합되어 발생한 것으로 예상된다. CLSM 이미지로부터 상대적인 형광 강도를 알 수 있기 때문에, SY 영역과 유리 기판 영역을 구분해 놓았다(도 3의 (a)에 삽입된 이미지의 아래 부분). CD-AgNP를 갖는 SY 필름에서 밝은 점을 관찰할 수 있는데(도 3의 (a)에 삽입된 이미지의 윗부분), 이는 CD-AgNP의 응집체로 보인다. 밝은 점의 형광 강도는 주변의 SY 영역의 여기 파장 473nm에서의 형광보다 2~3배 강하였다.

도 3의 (b)는 SY 필름, PEDOT/SY 필름, 및 CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름의 PL 소멸 곡선을 나타낸 것이다. 이로부터, 평균 PL 소멸 시간(여기자 수명)은 SY의 경우 0.747ns, PEDOT:PSS/SY의 경우 0.704ns, CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY의 경우 0.825ns로 산출되었다(표 3 참조). SY의 여기자 수명은 PEDOT:PSS의 여기자 소광에 의해 감소하는 반면, CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름에서는 도 3의 (a)에서 보듯이 증가된 PL 강도와 함께 증가하였다.

도 3의 (c)는 발광 폴리머 레이저의 형광에 대한 CD-AgNP의 SPR 효과를 확인하기 위해 서로 다른 구성에서 ASE 특성을 관찰한 것이다. 시료를 빔펌프(stripe-shaped pump beam, 0.009㎠)로 여기시키고 기재 가장자리로부터 발광 스펙트럼을 측정하였다. 이들 중, CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY 필름이 80.8 μJ/㎠의 가장 낮은 문턱값을 나타내었고(SY 필름이 104.3 μJ/㎠이고 PEDOT:PSS/SY 필름이 402.7 μJ/㎠인 것과 비교할 때임)(도 10 참조), CD-AgNP의 SPR 효과에 의해 광학 이득이 향상되어 가장 높은 ASE 효율(경사도)을 나타내었다(도 3의 (c) 참조). 이와 같은 ASE는 근본적으로 여기자 수명과 관련이 있다. 특히, 여기자의 긴 수명은 ASE 특성의 전제 조건 중의 하나이다. CD-AgNP가 없는 구조와 비교할 때, CD-AgNP의 SPR 효과에 의해 여기자 수명이 향상되어 ASE가 보다 즉각적으로 발생하였다. 형광성 폴리머에 기초한 발광성 트랜지스터에 있어서, 분포 귀환형(distributed feedback) 구조는 레이저에서 약 60 kA/㎠의 예측 문턱 전류 밀도를 보여왔다. 따라서 전기적으로 구동되는 레이저 소자는 금속 나노입자를 이용한 SPR 효과 및 분포 귀환형 구조의 조합으로 실현될 수 있다.

피크	전위(eV)		상대량(%)
피크	CD	CD-AgNP	CD	CD-AgNP
sp² C=C	284.44	284.70	12.18	34.22
sp³ C-C	284.90	285.16	12.32	33.54
C-O	285.99	286.39	66.86	23.40
C-N	286.93	287.29	6.38	4.33
C=O	287.97	288.32	1.76	3.91
COOH	288.69	289.19	0.50	0.60

구성	PLQE(%)
유리/SY	14.6
유리/PEDOT:PSS/SY	12.5
유리/CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY	14.9
* SY 필름의 두께: 150nm

구성	τ₁(ns)	τ₂(ns)	τ₃ (ns)	τ_avg(ns)	χ²
유리/SY	0.208(38%)	0.863(49%)	1.946(13%)	0.747	1.08
유리/PEDOT:PSS/SY	0.199(41%)	0.830(47%)	1.912(12%)	0.704	1.03
유리/CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY	0.218(36%)	0.884(47%)	1.968(17%)	0.825	1.15

이들 측정 결과로부터, CD-AgNP의 SPR 효과가 PLED 및 PSC의 성능을 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

시험예 2: PLED 및 PSC 의 특성 평가

(1) PLED의 특성 평가

상기 실시예 2에서 제조한 PLED의 특성을 다음과 같이 평가하였다.

먼저, CD-AgNP의 유무에 따른 PLED 소자의 특성을 평가하여 도 4의 (b) 내지 (d)에 도시하였고, 표 4에 요약 정리하였다. 도 4의 (b)에서 보듯이, CD-AgNP를 갖는 소자는 이를 갖지 않는 소자와 비교할 때, 전류 밀도 면에서는 유사하였지만, 양 소자의 최대 휘도값이 거의 동일함에도(CD-AgNP를 갖는 소자는 9.8 V에서 46460 cd/㎡이고 CD-AgNP를 갖지 않는 소자는 11.6 V에서 46320 cd/㎡임) 최대 휘도 전압 면에서는 감소하였다. 또한 도 4의 (c)에서 보듯이 CD-AgNP를 갖는 소자의 CE 및 EQE 는 각각 27.16 cd/A 및 9.07%이었다. 이들 값은 CD-AgNP를 갖지 않는 소자(CE = 11.65 cd/A, EQE = 4.26%)의 2배 이상이었다. 특히 도 4의 (d)에서 보듯이, CD-AgNP를 갖는 소자의 LE는 18.54 lm/W로 매우 높았다. 이러한 LE 값은 CD-AgNP를 갖지 않는 소자(LE = 6.33 lm/W)보다 약 3배 정도 높은 값이며, 현재까지 보고된 형광 PLED의 가장 높은 LE 값이다.

(2) PSC의 특성 평가

상기 실시예 2에서 제조한 PSC의 특성을 다음과 같이 평가하였다.

먼저, 도 4의 (f) 및 (g)는 전류밀도 대 전압(J-V) 특성 및 EQE 결과를 CD-AgNP의 유무에 따라 비교하였다. CD-AgNP가 없는 소자의 경우, 단락전류(J _SC) 14.7 mA/㎠, 개로전압(V _OC) 0.73V, 충전율(FF) 0.68, 및 전력전환율(PCE) 7.32%를 나타내었다. 이와는 달리, CD-AgNP를 갖는 소자의 경우 J _SC 16.6 mA/㎠, V _OC 0.73 V, FF 0.66, 및 PCE 8.08%를 나타내었다. PSC 소자의 구체적인 특성은 표 5에 정리하였다. 도 4의 (g)에 나타난 바와 같이, PCE가 10% 향상된 것은 V _OC 및 FF가 그대로인 반면 400~700nm 범위의 EQE가 향상되어 J _SC가 증가하였기 때문으로 보인다. 도 4의 (h)에서는 CD-AgNP가 대전입자의 광발생에 미치는 영향을 명확히 알아보기 위해서 CD-AgNP에 의해 향상된 흡수율(Δα) 및 EQE(ΔEQE)를 비교하였다.

또한 반사 스펙트럼을 측정하여, 유리/CD-AgNP/PEDOT:PSS/활성층/Al 및 유리/PEDOT:PSS/활성층/Al의 구조를 갖는 소자들 간의 흡수율의 변화를 평가하였다. 도 11은 ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/활성층/Al 구조의 반사율 측정을 통해 CD-AgNP에 의한 흡수율 변화(Δα)를 하기 수학식 1에 따라 산출한 것이다.

수학식 1

상기 식에서, d는 활성층의 두께이고, I_out은 CD-AgNP를 갖지 않는 소자로부터 반사된 빛의 강도이며, I'_out은 CD-AgNP를 갖는 소자로부터 반사된 빛의 강도이다.

그 결과 430~630nm 파장에서 2개의 EQE 향상 피크가 나타났으며, 이는 Δα 스펙트럼의 피크와 일치하였다.

도 12의 (a) 및 표 6에서 보듯이, 활성층이 P3HT:PC₆₁BM인 PSC에서 CD-AgNP를 사용할 경우에도 이와 동일한 효과를 관찰할 수 있었다. 구체적으로, CD-AgNP를 갖지 않는 소자와 비교할 때, CD-AgNP를 갖는 소자는 J _SC가 7.96 → 8.89 mA/㎠로 향상되었고, FF가 0.65 → 0.69 로 향상되었으며, PCE가 3.08 → 3.69 %으로 향상되었다. 또한 도 12의 (b) 및 (c)에서 보듯이, 350~700nm에서 EQE가 향상되어 J _SC가 증가함으로써 PCE가 향상되었음을 알 수 있다.

또한 CD-AgNP가 IQE에 미치는 영향을 알아보기 위해, PTB7:PC₇₁BM계 PSC의 총 흡수 스펙트럼과 EQE를 측정하여 IQE를 산출하여 도 5에 나타내었다. IQE는 태양전지 외부로부터 비춰져서 전지로 흡수된 에너지의 광자 수에 대한 태양전지 대전입자의 수의 비율이다. CD-AgNP를 갖지 않는 소자의 IQE 값이 91% 미만인 반면, CD-AgNP를 갖는 PTB7:PC₇₁BM계 PSC의 IQE 값이 460nm 근방에서 99%이고 전체 흡수 스펙트럼(450~700nm)를 통틀어서 90% 근방이거나 그 이상이었다. CD-AgNP의 경우 IQE가 100%에 거의 가까웠고, 이는 흡수된 모든 광자가 대전입자로 분리되고 광생성된 모든 입자들이 손실 없이 전극에 수집됨을 의미한다. PSC에서 플라스몬 물질을 도입하여 IQE를 100%까지 향상시키는 것은 현재 알려진 바가 없으며 따라서 이는 지금까지 보고된 수치 중 가장 높은 값으로 볼 수 있다.

PLED 구성	최대휘도 [cd/㎡] (전압)	전류효율 [cd/A] (전압)	외부양자효율 [%] (전압)	발광효율 [lm/W] (전압)
ITO/PEDOT:PSS/SY/LiF/Al	46320 (11.6)	11.65 (7.4)	4.26 (7.4)	6.33 (4.8)
ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/SY/LiF/Al	46460 (9.8)	27.16 (6.4)	9.07 (5.8)	18.54 (4.0)

PSC 구성	J_SC [mA/㎠]	V_OC [V]	FF	PCE [%]
ITO/PEDOT:PSS/PTB7:PC₇₁BM/Al	14.7	0.73	0.68	7.32
ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/PTB7:PC₇₁BM/Al	16.6	0.73	0.68	8.08

PSC 구성	J_SC [mA/㎠]	V_OC [V]	FF	PCE [%]
ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC₆₁BM/Al	7.96	0.59	0.65	3.08
ITO/CD-AgNP/PEDOT:PSS/P3HT:PC₆₁BM/Al	8.89	0.60	0.69	3.69

이들 결과를 종합해 볼 때, 상기 실시예 2에서 얻은 PLED는 전류 효율(CE)이 27.16 cd/A이고 발광 효율(LE)이 18.54 lm/W이며, PSC는 내부 양자 효율(IQE)이 99%이고 전력 전환 효율(PCE)이 8.08%이므로, 본 발명의 CD-AgNP를 이들 소자에 도입함으로써 SPR 효과가 증대되었음을 알 수 있다.

이와 같은 성과는, 본 발명의 CD-AgNP가 SPR 물질로써 매우 유용하며, PLED와 PSC에 도입되어 고성능을 발휘할 수 있음을 의미한다.

또한, 앞으로 전기적으로 구동되는 폴리머 레이저의 실현에도 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.

본 발명의 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체는 약 20분간 UV를 조사하는 간단한 방법에 의해 제조될 수 있고, 또한 저온에서 가공이 가능하여 대면적 제조나 롤투롤 방식의 대량 생산에 적합할 뿐만 아니라 인쇄형 전자소자에 적합하므로, PLED 및 PSC 등의 광전자 소자 분야에 매우 유용하게 활용될 수 있다.

Claims

탄소 양자점(carbon quantum dot 또는 carbon dot), 및
상기 탄소 양자점을 코어로 하여 이의 표면에 결합된 복수의 금속 나노입자를 포함하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노입자가, 금, 은, 동, 니켈, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 나노입자인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
제 2 항에 있어서,
상기 금속 나노입자가 은 나노입자인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소 양자점의 표면에 결합된 금속 나노입자의 갯수가 2개 내지 8개인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소 양자점 및 금속 나노입자의 직경이 각각 4 내지 8 nm 및 1 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 UV-Vis 흡수 스펙트럼이 450 내지 500 nm에서 피크를 나타내는 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체.
(a) 탄소 양자점을 준비하는 단계;
(b) 상기 탄소 양자점에 금속염을 혼합시켜 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 혼합 용액에 UV를 조사하는 단계를 포함하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 단계 (a)의 탄소 양자점이, 탄수화물을 탈수한 뒤 열분해하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 탄수화물이 올리고당인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 단계 (a) 이후 및 단계 (b) 이전에, 상기 단계 (a)의 탄소 양자점을 중량평균분자량(Mw) 1000~2000의 폴리에틸렌글리콜과 반응시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 단계 (b)에서, 상기 금속염이 금, 은, 동, 니켈, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 염인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 금속염이 질산은인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
단계 (b)에서, 상기 탄소 양자점과 금속염의 혼합 중량비가 2:1 내지 1:2 인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
단계 (c)에서, 상기 UV의 파장 범위가 200 내지 280 nm이고, UV의 조사 시간이 10분 내지 1시간인 것을 특징으로 하는, 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체를 포함하는 폴리머 발광다이오드(PLED).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 탄소 양자점-금속 나노입자 복합체를 포함하는 폴리머 태양전지(PSC).