KR20160057641A - 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 - Google Patents
양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160057641A KR20160057641A KR1020140158494A KR20140158494A KR20160057641A KR 20160057641 A KR20160057641 A KR 20160057641A KR 1020140158494 A KR1020140158494 A KR 1020140158494A KR 20140158494 A KR20140158494 A KR 20140158494A KR 20160057641 A KR20160057641 A KR 20160057641A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- compound
- organic semiconductor
- quantum dot
- nanostructure
- formula
- Prior art date
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005442 molecular electronic Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 12
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 8
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000003837 (C1-C20) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 7
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 7
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims description 7
- 125000003860 C1-C20 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000006649 (C2-C20) alkynyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000003358 C2-C20 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004262 HgTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004104 aryloxy group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052956 cinnabar Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 229940126062 Compound A Drugs 0.000 claims 1
- NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N Heterophylliin A Natural products O1C2COC(=O)C3=CC(O)=C(O)C(O)=C3C3=C(O)C(O)=C(O)C=C3C(=O)OC2C(OC(=O)C=2C=C(O)C(O)=C(O)C=2)C(O)C1OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 16
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- QTWBEVAYYDZLQL-UHFFFAOYSA-N thiophene-3-carbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C=1C=CSC=1 QTWBEVAYYDZLQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 3
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 3
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YNVOMSDITJMNET-UHFFFAOYSA-N thiophene-3-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C=1C=CSC=1 YNVOMSDITJMNET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N N-bromosuccinimide Chemical compound BrN1C(=O)CCC1=O PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- DLEDOFVPSDKWEF-UHFFFAOYSA-N lithium butane Chemical compound [Li+].CCC[CH2-] DLEDOFVPSDKWEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N n-Butyllithium Substances [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N octadec-1-ene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC=C CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- CTSLXHKWHWQRSH-UHFFFAOYSA-N oxalyl chloride Chemical compound ClC(=O)C(Cl)=O CTSLXHKWHWQRSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- CDHNVAGJGMNTLW-UHFFFAOYSA-N (4,8-dioctoxy-2-trimethylstannylthieno[2,3-f][1]benzothiol-6-yl)-trimethylstannane Chemical compound CCCCCCCCOC1=C2C=C([Sn](C)(C)C)SC2=C(OCCCCCCCC)C2=C1SC([Sn](C)(C)C)=C2 CDHNVAGJGMNTLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CUCKXDPCCYHFMQ-UHFFFAOYSA-N (4-bromophenyl)methanethiol Chemical compound SCC1=CC=C(Br)C=C1 CUCKXDPCCYHFMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSIIGUGKOPPTPZ-UHFFFAOYSA-N 1-bromo-4-(chloromethyl)benzene Chemical compound ClCC1=CC=C(Br)C=C1 BSIIGUGKOPPTPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMKOFRJSULQZRM-UHFFFAOYSA-N 1-bromooctane Chemical compound CCCCCCCCBr VMKOFRJSULQZRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NSYFIAVPXHGRSH-UHFFFAOYSA-N 2,5-dibromo-3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=C(Br)SC=1Br NSYFIAVPXHGRSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LWSGUMOETOXOHL-UHFFFAOYSA-N 4,8-dioctoxythieno[2,3-f][1]benzothiole Chemical compound CCCCCCCCOC1=C2C=CSC2=C(OCCCCCCCC)C2=C1SC=C2 LWSGUMOETOXOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003402 CdSe-ZnS Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N diethylamine Chemical compound CCNCC HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012769 display material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- DMGZZYONMSPHOF-UHFFFAOYSA-N n,n-diethylthiophene-3-carboxamide Chemical compound CCN(CC)C(=O)C=1C=CSC=1 DMGZZYONMSPHOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIUXRPJYVQQBAF-UHFFFAOYSA-N thieno[2,3-f][1]benzothiole-4,8-dione Chemical compound O=C1C=2C=CSC=2C(=O)C2=C1SC=C2 SIUXRPJYVQQBAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- RMZAYIKUYWXQPB-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphane Chemical compound CCCCCCCCP(CCCCCCCC)CCCCCCCC RMZAYIKUYWXQPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B1/008—Nanostructures not provided for in groups B82B1/001 - B82B1/007
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D409/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
- C07D409/02—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings
- C07D409/04—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings directly linked by a ring-member-to-ring-member bond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
- C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
- C07D495/04—Ortho-condensed systems
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/0805—Chalcogenides
- C09K11/0811—Chalcogenides with zinc or cadmium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
- H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
본 발명은 양자점에 기능성 유기반도체를 결합시킨 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자와 상기 나노구조체의 제조방법에 관한 것으서, 이는 n형 반도체인 양자점과 p형 유기반도체 사이의 에너지 및 전하전달 현상을 이용하여, 차세대 n-p 접합 나노구조체인 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이의 제조방법과 상기 나노구조체를 포함하는 분자전자 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 양자점에 기능성 유기반도체를 결합시킨 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자와 상기 나노구조체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 새로운 광학적 및 전기적 특성을 제공하는 나노구조체에 관한 것이다.
첨단 소재 및 소자 기술이 급속도로 발전하면서 상상 속에서만 있었던 “입는 컴퓨터(wearable computer)”와 “유연한 전자신문(flexible electronic newspaper)” 등 전자 혹은 광학적 장비들이 현실화 되고 있다. 인간에 친화적인 광전자 소자들이 새로운 물성을 갖는 첨단 소재를 기반으로 연구, 제작되고 있다.
기존 물질이 가진 광학적, 전기적 한계를 극복하기 위하여 나노 물리학 이론에 입각하여 하이브리드 나노구조체 물질을 만들 경우 물질간의 특정한 효과들로 인해 기존 물질 각각이 가졌던 한계를 뛰어넘는 시너지 효과를 보여주기도 한다. 발광 특성이 우수한 양자점과 발광 및 전도성이 좋은 파이공액결합 구조의 유기반도체를 결합시킬 경우 둘 사이의 에너지 및 전하 전달 현상을 통해서 발광 및 전기 특성을 극대화 시킬 수 있는 이론적 예측이 있었지만 그동안 제작이 어려워 활발한 연구가 진행되지는 못하였다.
본 발명은 n형 반도체인 양자점과 p형 유기반도체 사이의 에너지 및 전하전달 현상을 이용하여, 이를 기반으로 한 차세대 n-p 접합 나노구조체인 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이의 제조방법과 상기 나노구조체를 포함하는 분자전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
양자점은 지름이 수십 나노미터(nm) 이하인 0차원 나노물질이다. 무기물 발광 반도체로 양자점을 만들어 빛을 입사시키면 양자점의 크기에 따라 발광색이 변화하는 양자제한효과 (quantum confinement effect)가 관찰된다. 크기에 따라 에너지 레벨의 분포와 발광 파장 등의 특성이 변하며 core-shell 형태로 제작할 경우 광 안정성을 갖는다. 따라서 반도체 기반 양자점은 전자소자, 디스플레이, 에너지 소자에 응용될 수 있다.
반면 파이공액결합을 지닌 유기반도체 화합물은 구성하는 탄소원자의 파이 (π) 궤도에 있는 전자들이 교대로 결합하는 구조 때문에 전기전도 특성이 우수하고 자체 발광특성을 보이는 반도체로서 스마트폰 등의 디스플레이 장치에 사용되는 OLED (organic light emitting device) 발광소재로 널리 사용되고 있다. 이러한 파이공액결합 분자와 양자점의 혼성체는 플렉시블 디스플레이 장치에 발광다이오드를 위한 신규한 물질로서 사용될 수 있다. 또한 강화된 전하 전달 효율을 지닌 혼성체는 나노스케일의 광전지 소자로도 사용될 수 있다.
양자점과 파이공액결합 분자 사이에 에너지 전달(energy transfer) 및 전하전달(charge transfer) 효율 조절은 양자점과 파이공액결합 분자 사이의 거리와 스펙트럼의 중첩 정도를 조절할 수 있다. 여기서 에너지 전달(energy transfer) 발광하는 두 분자에서 에너지 갭이 조금 더 큰 물질(donor)의 발광에너지가 가까운 곳에 위치해 있는 에너지 갭이 조금 더 작은 물질(acceptor)로 전달되는 현상을 말한다. 이때 donor의 발광 스펙트럼과 acceptor의 흡수 스펙트럼의 겹침이 좋아야 하는데 이는 donor와 acceptor 분자 사이의 거리를 조절하여 에너지 전달의 정도를 조절하게 되며 거리의 6승에 반비례 하는 경향을 보인다. 즉 에너지 전달에 있어서 한계거리는 1 ~ 10 nm로 1 nm 이하가 되는 경우에는 발광이 소멸하는 quenching 현상이 나타나며 약 10 nm 이상이 되는 경우에는 에너지 전달이 거의 일어나지 않는다.
또한, 전하 전달(charge transfer)은 상기한 donor와 acceptor 분자들이 서로 가까이 위치할 때 여기된 물질(donor)의 전하가 다른 물질(acceptor)로 직접 전달되는 현상을 뜻하며, donor와 acceptor의 전자궤도가 겹칠 때 가능하므로 두 물질사이의 거리가 1 nm 이하로 매우 가까울 때 일어난다.
본 발명은 이러한 현상을 이용하여 양자점을 코어층으로 하고 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물을 셀층으로 하는 나노구조체를 제공하여, 양 물질간의 거리 조절함으로써 나노크기의 분자 광전자 소자의 핵심물질을 제공한다.
본 발명에 따른 나노구조체에서, 양자점-폴리티오펜 유도체 화합물의 경우 n형과 p형 반도체의 직접 접합구조이기 때문에 빛을 받아 생성된 전자와 정공이 이종접합을 통해 잘 전달되는 광전류의 증가는 양자점-유기반도체 사이의 거리와 구조를 조절하여 태양전지 등의 광기전 효과를 이용한 장치에 우수한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 양자점-P3000 유기반도체 화합물로 이루어진 나노구조체의 화학구조를 나타낸다.
도 2는 단일 QD-P3000 및 일부의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 OA-결합된 녹색 QD 및 혼성 QD-P3000 나노파티클의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 P3000과 QD-P3000의 Normalized UV-vis 흡수 스팩트럼 및 녹색 QD의 용액 광발광(PL) 스팩트럼을 나타낸다.
도 5는 녹색 발광 CdSe/ZnS 양자점 표면에 P3000 유기반도체가 결합된 QD-P3000 나노구조체의 레이저 공초점 현미경(LCM) 발광 스팩트럼을 나타낸다(오른쪽 삽입그림은 양자점만 있는 경우의 컬러 CCD사진(위)과 QD-P3000 나노구조체의 컬러 CCD 사진(아래)이다).
도 6은 QD-P3000(λex = 510 nm)의 전이 흡수(transient absorption: time-resolved absorption differnece) 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 녹색 QD 및 QD-P3000 나노구조체의 normalized time-resolved 광발광(PL) 감쇄(decay) 곡선을 나타낸다.
도 8은 QD-P3000 단일 나노구조체의 레이저 (λex = 488 nm)를 이용한 광반응 전류-전압 특성 곡선을 나타낸다.
도 2는 단일 QD-P3000 및 일부의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 OA-결합된 녹색 QD 및 혼성 QD-P3000 나노파티클의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 P3000과 QD-P3000의 Normalized UV-vis 흡수 스팩트럼 및 녹색 QD의 용액 광발광(PL) 스팩트럼을 나타낸다.
도 5는 녹색 발광 CdSe/ZnS 양자점 표면에 P3000 유기반도체가 결합된 QD-P3000 나노구조체의 레이저 공초점 현미경(LCM) 발광 스팩트럼을 나타낸다(오른쪽 삽입그림은 양자점만 있는 경우의 컬러 CCD사진(위)과 QD-P3000 나노구조체의 컬러 CCD 사진(아래)이다).
도 6은 QD-P3000(λex = 510 nm)의 전이 흡수(transient absorption: time-resolved absorption differnece) 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 녹색 QD 및 QD-P3000 나노구조체의 normalized time-resolved 광발광(PL) 감쇄(decay) 곡선을 나타낸다.
도 8은 QD-P3000 단일 나노구조체의 레이저 (λex = 488 nm)를 이용한 광반응 전류-전압 특성 곡선을 나타낸다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 양자점 표면에 기능성 유기반도체를 결합시킨 코어-쉘(core-shell)구조의 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체를 제공한다. 상기 구조체는 양자점과 유기반도체 사이에서 에너지와 전하 전달 효율을 조절할 수 있기 때문에 새로운 발광 및 전기 특성을 제공할 수 있다.
기존의 양자점은 발광특성은 우수하나 디스플레이나 태양전지 소재로써 합성 후에 물성 조절과 대면적 코팅을 위한 대량생산의 문제점이 있었다. 또한 OLED에 사용되는 유기반도체 발광소재는 광학적 특성 개선이 필요로 하고 있다.
이러한 단점들을 극복하기 위해서 본 발명은 유기반도체 끝에 기능기를 부착하여 양자점과 유기반도체가 잘 결합되도록 하여 상호간의 발광특성을 조절할 수 있는 나노구조체를 제공한다.
양자점과 유기반도체 사이가 절연분자를 통해 상대적으로 멀리 연결되어 있으면(1 ~ 10nm) 발광색을 조절할 수 있었고, 양자점과 유기반도체가 가까이(1 nm 미만) 결합되면 원활한 전하전달로 인해 광전류가 증가하여, 태양전지 나노소재나 디스플레이 소재로 이용할 수 있다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로 양자점으로 이루어진 코어(core)층과 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물로 이루어진 외부(shell)층을 포함하는 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 구체적인 예에서, 양자점이 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs로 이루어진 군에서 선택되는 2종의 조합인 것을 특징으로 하는 코어층과 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물로 이루어진 외부(shell)층을 포함하는 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구체적인 예에서, 상기 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe, CdS/ZnSe, CdS/ZnS, CdTe/ZnSe, CdTe/ZnS에서 선택되는 것을 특징으로 하는 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구체적인 예에서, 상기 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물은 하기 <화학식 1>로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 제공한다.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, 
은 코어층을 나타내고, R은 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C20 알킬, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알케닐, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알키닐기, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-20의 알콕시기, 또는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 상기 치환기는 C1-C20 알킬, 할로겐, C1-C20 알콕시, OH, 중수소로 이루어진 그룹에서 선택되며, n은 1 내지 20의 정수를 나타낸다).
바람직하게는 상기 <화학식 1>에서 R은 C1-C20의 알킬인 화합물인 나노구조체를 제공한다. 보다 더 바람직하게는 R이 C5-C10의 알킬인 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물로 이루어진 외부(shell)층을 포함하는 나노구조체를 특징으로 하는 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구체적 예로는, 상기 나노구조체의 직경이 30 내지 20 nm인 것인 나노구조체 및 상기 나노구조체가 n-p 접합형인 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체적 예에서, 양자점으로 이루어진 코어층은 CdSe/ZnS이고, 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물은 상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물 중에 R이 C8H17인 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구체적인 예에서, 양자점으로 이루어진 코어(core)층, 파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물로 이루어진 외부(shell)층을 포함하는 나노구조체를 포함하는 분자전자소자를 제공하며, 이 분자전자소자를 포함하는 전자장치 또한 제공한다. 여기서 전자장치는 바람직하게는 태양전지, 디스플레이 또는 조명장치와 이를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 예로 들 수 있다.
또한 본 발명은 상기 유기반도체 화합물로서 하기 화학식 2으로 나타내는 화합물을 제공한다.
<화학식 2>
(R은 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C20 알킬, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알케닐, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알키닐기, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-20의 알콕시기, 또는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 상기 치환기는 C1-C20 알킬, 할로겐, C1-C20 알콕시, OH, 중수소로 이루어진 그룹에서 선택되며, n은 1 내지 20의 정수를 나타낸다)
따라서 본 발명은 상기 나노구조체를 제공하기 위한 방법으로 구체적인 예로서,
a) 2종의 무기 반도체 물질로 코어-쉘 양자점을 제조하는 단계;
b) P형 파이공액결합의 유기반도체 화합물을 화학적으로 합성하는 단계;
c) 상기 유기반도체 화합물의 말단에 작용기를 도입하는 단계;
d) 상기 화합물을 양자점 표면에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점과 유기반도체 화합물이 코어-쉘층으로 이루어진 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 (c)단계의 화합물은 상기 <화학식 2> 로 표시되는 화합물인 제조방법이 바람직한 예로 제공된다.
또한, 상기 (d)단계는 초음파를 가하여 양자점에 <화학식 2> 로 표시되는 화합물을 리간드 교환방식으로 도입하는 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 하기 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1 : CdSe-ZnS core-shell Green 양자점의 합성
CdO (0.4 mmol)과 zinc acetate (4 mmol), oleic acid (5.5 mL)를 1-octadecene (20 mL)과 함께 반응 기구에 넣고 150 °C로 가열 한다. Zinc에 oleic acid가 치환되고 불순물로 나온 acetic acid를 제거하기 위해 100 mTorr 의 진공을 20 분간 걸어준다. 그리고 310 ℃의 열을 가해 주면 투명한 색의 혼합물이 된다. 20분간 310 ℃로 유지한 후에 0.1 mmol의 Se powder와 4 mmol의 S powder를 3 mL의 trioctylphosphine에 용해시킨 Se, S solution을 Cd(OA)2, Zn(OA)2 solution이 들어있는 반응 기구에 빠르게 주입한다. 이 혼합물을 310 ℃에서 10분간 성장시킨 후 ice bath를 이용하여 성장을 중단시킨다. Ethanol로 침전시켜 원심분리기를 이용하여 양자점을 분리하고 여분의 불순물은 chloroform과 ethanol을 이용하여 씻어낸다.
FT-IR (NaCl pellet, cm-1) : 2800-3000 (Alkane C-H), 1617 (C=O)
실시예 2 : Thiophene-3-carbonyl chloride (3-TCCl)의 합성
5 g (0.04 mol)의 thiophene-3-carboxylic acid(3-TCA)을 넣고 진공 건조한다. 건조된 3-TCA은 질소기류하에서 8 mL의 methylene chloride에 녹인 후 얼음물 중탕 용기를 이용하여 냉각시킨 후 6.7 mL (78 mmol)의 oxalyl chloride을 천천히 넣어준 후 온도를 천천히 상온으로 올려 24시간 반응 한다. 반응 종결 후, 반응에 사용한 용매를 제거하고 13 mL의 methylene chloride에 녹인다.
실시예 3 : N,N-Diethylthiophene-3-carboxamid (3-TCDA)의 합성
얼음물 중탕 용기에 플라스크를 넣어 냉각시킨 후 8.2 mL (78 mmol)의 diethylamine과 12 mL의 methylene chloride을 넣어 준다. 합성한 상기 3-TCCl ㅇ요용액을 플라스크에 천천히 넣은 후, 상온에서 30분간 반응한다. 반응물을 dichloromethane과 H2O를 넣어 추출한 뒤 유기 층을 무수 MgSO4로 건조 후 감압 여과한다. 용매를 제거하고 진공 증류하여 6 g (수득률: 83 %)의 노란색 액체 3-TCCl을 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, 300 Mhz) : δ(ppm) = 7.48 (s, 1H), 7.32 (d, 1H), 7.20 (d, 1H), 3.41 (d, 1H), 1.19 (t, 6H)
실시예 4 : 4,8-Dihydrobenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-4,8-dione (4,8-BDTO)의 합성
2.5 g (13.6 mmol)의 3-TCDA에 70mL의 tetrahydrofuran(THF)을 넣은 후 얼음물 중탕 용기를 이용하여 냉각 시킨다. 냉각된 solution에 8.52 mL (13.6 mmol)의 n-BuLi을 천천히 적가하고 30분간 상온에서 반응 한다. 반응 후 과량의 얼음물을 넣고 4시간 교반 시켜준 후, 감압 여과한다. 여과된 노란색의 물질을 과량의 water, methanol, hexane 순으로 씻어주어 2.1 g (수득률: 71 %)의 노란색 4,8-BDTO을 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, 300 Mhz) : δ(ppm) = 7.70 (d, 2H), 7.65 (d, 2H)
실시예 5 : 4,8-Dioctyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene(DO-BDT)의 합성
2 g (9.1 mmol)의 4,8-BDTO와 1.3 g (20 mmol)의 zinc powder를 넣고 28 mL의 water를 넣어준다. 여기에 5.45 g의 NaOH을 넣은 후 120 °C에서 한 시간 동안 환류한다. 반응물의 색이 노란색에서 붉은색을 거쳐 오렌지색으로 변화하면 4.74 mL (27 mmol)의 1-bromo-octane과 미량의 tetrabutylammonium bromided를 넣어준 후, 두 시간 반응한다. 반응 후 색깔이 노란색 또는 오렌지색으로 (만약 변하지 않고 붉은색 또는 검붉은색을 유지하면 0.6 g (9.1 mmol)의 zinc powder을 더 넣어준다.) 변하면 dichloromethane과 H2O를 넣고 추출한 뒤, 유기층을 magnesium sulfate로 건조한 후, 용매를 제거하고, ethyl alcohol을 이용하여 두 차례 재결정을 실시하여 2 g (수득률: 50 %)의 흰색 DO-BDTO을 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, 300 Mhz) : δ(ppm) = 7.48 (d, 2H), 7.32 (d, 2H), 4.27 (t, 4H), 1.9 (m, 4H), 1.33 (m, 20H), 0.9 (t, 6H)
실시예 6 : 2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-dioctyloxybenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene(DT-BDT)의 합성
1 g (2.2 mmol)의 DO-BDT을 10 mL의 THF에 깨끗이 녹인 후 -78 °C로 냉각시킨다. 냉각된 DO-BDT에 2.7 mL (6.7 mmol, 2.5 M)의 n-BuLi을 천천히 적가한 후 한 시간 동안 교반한다. 6.7 mL (6.7 mmol, 1 M)의 trimeyltin chloride을 넣은 후 -78 ℃에서 30분간 교반한 뒤 상온으로 올려 24시간 동안 반응한다. Dichloromethane과 H2O를 넣고 추출한 뒤, 유기층을 magnesium sulfate로 건조한 후, 용매를 제거하고, isopropanol을 이용하여 두 차례 재결정을 실시하면 1.4 g (수득률: 81 %)의 흰색 DO-BDS를 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, 300 Mhz) : δ(ppm) = 7.51 (s, 2H), 4.3 (t, 4H), 1.9 (m, 4H), 1.33 (m, 20H), 0.9 (t, 6H), 0.4 (s, 18H)
실시예 7 : 2,5-Dibromo-3-hexylthiophene (DB-3HT)의 합성
3-Hexylthiophene (15 g, 89.1 mmol)와 acetic acid (180 mL), n-bromosuccinimide (34.8 g, 196.0 mmol)을 넣고 30분간 교반한 후 물을 넣고 10분간 더 교반한다. Ether와 물로 추출한 후 유기층을 모아 MgSO4로 수분을 제거하여 투명한 액체 ( 21.0 g, 수득률: 75%)를 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, ppm) : δ(ppm)= 7.17 (d, 1H), 6.80 (d, 1H), 2.59 (t, 2H), 1.60 (m, 2H), 1.35 (m, 10H), 0.93 (t, 3H)
실시예 8 : 4-Bromo-benzyl thiol (4Br-BT)의 합성
Thiourea (7.8 g, 102 mmol)을 50 mL의 ethanol에 넣고 가열하며 녹인다. 여기에 4-bromo-benzyl chloride (20.5 g, 100 mmol)을 넣고 10분간 환류시킨다. 용액의 용매를 제거한 후 NaOH 7 g을 녹인 수용액 60 mL을 넣은 후 한시간 동안 교반한 다. Metylene chloride와 물로 추출한 후 유기층을 모아 MgSO4로 수분을 제거하여 투명한 액체 ( 11.8 g, 수득률: 95%)를 얻었다.
1H-NMR (CDCl3, ppm) : δ(ppm) = 7.44 (d, 2H), 7.21 (d, 2H), 3.69 (d, 2H), 1.75 (t, 1H)
실시예 9 : QD-P의 합성
0.3 g (0.39 mmol)의 DO-BDS와 0.13 g (0.39 mmol)의 DB-3HT을 넣은 후 진공 건조한다. 건조 후 15 mL의 무수 toluene을 넣고 Ar 기류 하에 30분간 교반한다. 0.04 g (0.04 mmol)의 Pd(PPh3)4을 넣고 120 ℃에서 24시간 반응한다. GPC를 통하여 분자량을 확인한 후 반응용기에 4Br-BT를 과량으로 넣고 12시간 반응한다. 온도를 상온으로 낮추어 반응을 종결하고 규조토로 짧게 필터하여 촉매를 제거한다. 이렇게 얻어진 BT-P를 양자점과 1:3 (양자점:BT-P)의 비율로 바이알에 넣고 chloroform에 분산 시켜 sonication을 통해 양자점과 결합시킨다.
합성식. QD-P의 합성
[시험예]
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 나노구조체의 HR-TEM 이미지를 나타내는 것으로, QD-P3000의 나노구조체의 직경이 약 25 (±5)nm 측정되었으며, 상대적으로 비슷한 크기의로 분포되었다는 것을 볼 수 있었다.
도 3에서 올레익산이 결합된 녹색 QD 및 혼성 QD-P3000 나노파티클의 FT-IR 스펙트럼에서 C-S 스트레칭 피크를 967 및 950 cm-1에서 볼 수 있었다. 또한 P3000과 QD-P3000의 Normalized UV-vis 흡수 스팩트럼 및 녹색 QD의 용액 광발광(PL) 스팩트럼(도 4 참조)에서, P3000의 π-π* 전이 피크를 390 nm에서, 살짝 올라간 피크를 지닌 약 460 nm에서 볼 수 있었다. QD-P3000의 흡수 스펙트럼은 P3000보다 다소 완만함을 보였고, 녹색 QD의 광발광(PL) 피크는 530 nm에서 나타났다. 녹색 QD의 방출 스펙트럼과 QD-P3000 나노구조체의 흡수 스펙트럼이 부분적으로 약 26.7% 중첩되는 것을 볼 수 있는데, 이는 n-타입 QD부터 p-타입 P3000까지 두 시스템이 충분히 가까울 때 에너지 전달(energy transfer)이 일어난다고 예견할 수 있는 것이다.
도 5는 나노스케일 광발광 성질을 관찰하기 위하여, 녹색 발광 CdSe/ZnS 양자점 표면에 P3000 유기반도체가 결합된 QD-P3000 나노구조체를 레이저 공초점 현미경(LCM) 발광(PL) 스팩트라로 측정한 것이다. 이로부터 양자점만 있을 경우 530 nm 광학적 영역에서 매우 밝은 녹색발광이 관찰되었으나 QD-P3000 나노구조체의 경우 양자점의 발광은 감소하고 P3000의 발광이 살아나는 현상을 관찰할 수 있었다.
도 6은 510 nm 파장의 레이저 펌핑(laser pumping) 후 0.3 ps에서 각 나노구조체의 전이 흡수(transient absorption: time-resolved absorption differnece) 스펙트럼을 나타내는 것인데, 이로부터 양자점이 컨쥬게이트된 분자들과 매우 잘 혼성화되었다는 것을 알 수 있었다.
녹색 QD 및 QD-P3000 나노구조체의 normalized time-resolved 광발광(PL) 감쇄(decay) 곡선(도 7 참조)으로 엑시톤 수명(exciton lifetime)을 알 수 있었다. QD-P3000에서는 전하이동 현상으로 인하여 엑시톤 수명이 급격히 짧아지는 것을 확인할 수 있었다.
또한 QD-P3000 단일 나노구조체의 전도성 원자힘 현미경과 레이저 (λex = 488 nm)를 이용한 광반응 전류-전압 특성 곡선(도 8 참조)을 통하여, 나노구조체에서 전하 전달이 잘 일어나고 있다는 것을 알 수 있었다. 특히 외부 광 인가에 따른 광전류의 증가가 관찰되어서 나노 태양전지 개발을 위한 광기전(photovoltaic) 특성 소재로도 응용 가능성이 있음을 보인다.
Claims (17)
- 양자점으로 이루어진 코어(core)층;
파이공액결합 구조의 유기반도체 화합물로 이루어진 외부(shell)층;
을 포함하는 나노구조체
- 제1항에 있어서, 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs로 이루어진 군에서 선택되는 2종의 조합인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제2항에 있어서, 상기 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe, CdS/ZnSe, CdS/ZnS, CdTe/ZnSe, CdTe/ZnS에서 선택되는 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제1항에 있어서, 상기 유기반도체 화합물은 하기 <화학식 1>로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,은 코어층을 나타내고, R은 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C20 알킬, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알케닐, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-20 알키닐기, 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-20의 알콕시기, 또는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 상기 치환기는 C1-C20 알킬, 할로겐, C1-C20 알콕시, OH, 중수소로 이루어진 그룹에서 선택되며, n은 1 내지 20의 정수를 나타낸다)
- 제4항에 있어서, 나노구조체의 직경은 30 내지 20 nm인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제5항에 있어서, 나노구조체는 n-p 접합형인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제4항에 있어서, 상기 유기반도체 화합물은 <화학식 1>로 나타내는 화합물 중에 R은 C1-C20의 알킬인 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제4항에 있어서, 상기 유기반도체 화합물은 <화학식 1>로 나타내는 화합물 중에 R은 C5-C10의 알킬인 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제4항에 있어서, 상기 양자점은 CdSe/ZnS로 이루어지고 상기 유기반도체 화합물은 <화학식 1>로 표시되는 화합물 중에 R이 C8H17인 화합물인 것을 특징으로 하는 나노구조체
- 제1극과 제2극 사이에 제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 따르는 나노구조체를 포함하는 분자전자소자
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 나노구조체를 포함하는 분자전자소자를 포함하는 전자장치
- 제11항에 있어서, 상기 분자전자소자를 포함하는 태양전지, 디스플레이 또는 조명장치와 이를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치
- 하기 화학식 2로 나타내는 화합물
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서 R, n은 제4항에서 정의한 것과 동일하다)
- 제13항에 있어서, R은 C8H17로 표시되는 화합물
- a) 2종의 무기 반도체 물질로 코어-쉘 양자점을 제조하는 단계;
b) P형 파이공액결합의 유기반도체 화합물을 화학적으로 합성하는 단계;
c) 상기 유기반도체 화합물의 말단에 작용기를 도입하는 단계;
d) 상기 화합물을 양자점 표면에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점과 유기반도체 화합물이 코어-쉘층으로 이루어진 나노구조체의 제조방법
- 제15항에 있어서, 상기 (c)단계에서 화합물은 하기 <화학식 2> 로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 제조방법
<화학식 2>
- 제16항에 있어서, 상기 (d)단계는 초음파를 가하여 양자점에 <화학식 2> 로 표시되는 화합물을 리간드 교환방식으로 도입하는 것을 특징으로 하는 제조방법
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140158494A KR20160057641A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140158494A KR20160057641A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160057641A true KR20160057641A (ko) | 2016-05-24 |
Family
ID=56113786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140158494A KR20160057641A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160057641A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107082446A (zh) * | 2017-05-07 | 2017-08-22 | 苏州市皎朝纳米科技有限公司 | 一种硫化镉/碲化镉异质结纳米棒及其制备方法 |
| GB2568971A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-05 | Cambridge Entpr Ltd | A photon multiplying material |
| CN109868132A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | Tcl集团股份有限公司 | 一种颗粒及其制备方法 |
| CN109868133A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | Tcl集团股份有限公司 | 一种颗粒及其制备方法 |
-
2014
- 2014-11-14 KR KR1020140158494A patent/KR20160057641A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107082446A (zh) * | 2017-05-07 | 2017-08-22 | 苏州市皎朝纳米科技有限公司 | 一种硫化镉/碲化镉异质结纳米棒及其制备方法 |
| CN109868132A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | Tcl集团股份有限公司 | 一种颗粒及其制备方法 |
| CN109868133A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | Tcl集团股份有限公司 | 一种颗粒及其制备方法 |
| GB2568971A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-05 | Cambridge Entpr Ltd | A photon multiplying material |
| CN111433317A (zh) * | 2017-12-04 | 2020-07-17 | 剑桥企业有限公司 | 光子倍增材料 |
| US11286420B2 (en) | 2017-12-04 | 2022-03-29 | Cambridge Enterprise Limited | Photon multiplying material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Light-emitting diodes based on colloidal silicon quantum dots with octyl and phenylpropyl ligands | |
| Kim et al. | High-efficiency Cu–In–S quantum-dot-light-emitting device exceeding 7% | |
| Cao et al. | Enhancing the performance of quantum dot light-emitting diodes using room-temperature-processed Ga-doped ZnO nanoparticles as the electron transport layer | |
| Locklin et al. | Conjugated oligothiophene-dendron-capped CdSe nanoparticles: Synthesis and energy transfer | |
| JP7068199B2 (ja) | 量子ドット発光素子 | |
| KR20160057642A (ko) | 양자점-절연분자-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 | |
| Li et al. | Solid ligand-assisted storage of air-stable formamidinium lead halide quantum dots via restraining the highly dynamic surface toward brightly luminescent light-emitting diodes | |
| JP3880574B2 (ja) | 縮合共役化合物に基づく有機発光デバイス | |
| Wei et al. | Homogeneous synthesis and electroluminescence device of highly luminescent CsPbBr3 perovskite nanocrystals | |
| Prabhakaran et al. | Quantum dots (QDs) for photonic applications | |
| WO2013157494A1 (ja) | 有機エレクトロルミネッセンス素子 | |
| EP3478652A1 (en) | Organic ligand and preparation method thereof, quantum dot structure material, quantum-dot-containing layer, and light emitting diode | |
| Zhang et al. | Multicolored Mixed-Organic-Cation Perovskite Quantum Dots (FA x MA1–x PbX3, X= Br and I) for White Light-Emitting Diodes | |
| KR20160057641A (ko) | 양자점-유기반도체 하이브리드 나노구조체 및 이를 포함하는 분자전자소자 | |
| Wang et al. | CH3NH3PbBr3 quantum dot-induced nucleation for high performance perovskite light-emitting solar cells | |
| Nazim et al. | Effective DAD type chromophore of fumaronitrile-core and terminal alkylated bithiophene for solution-processed small molecule organic solar cells | |
| Stalder et al. | Variable-gap conjugated oligomers grafted to CdSe nanocrystals | |
| KR101695260B1 (ko) | 금속 나노클러스터를 포함하는 유기태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Javed et al. | Quinoacridine derivatives with one-dimensional aggregation-induced red emission property | |
| Zhang et al. | Substituent effect on photophysical properties, crystal structures and mechanochromism of D-π-A phenothiazine derivatives | |
| So et al. | Novel symmetric squaraine chromophore containing triphenylamine for solution processed small molecule bulk heterojunction solar cells | |
| US20110045628A1 (en) | Method of thermocleaving a polymer layer | |
| KR102459989B1 (ko) | 나노 입자 | |
| Wang et al. | Carbon dot based multicolor electroluminescent LEDs with nearly 100% exciton utilization efficiency | |
| Ananthakrishnan et al. | White light emitting polymers from a luminogen with local polarity induced enhanced emission |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |