KR20180018660A

KR20180018660A - 단분산, ir-흡수 나노입자, 및 관련 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180018660A
Application number: KR1020187000508A
Authority: KR
Inventors: 프랭키 소; 도 영 김; 재 웅 이; 바벤드라 케이. 프래단
Original assignee: 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인코포레이티드; 나노홀딩스,엘엘씨
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2018-02-21
Also published as: US20190006541A1; WO2017039774A3; EP3308113A2; CN107636431A; WO2017039774A2; US10749058B2; EP3308113A4; CA2988784A1; JP2018529214A

Abstract

본원에 기재된 실시양태는 일반적으로 적외 방사선을 흡수하여 전하 캐리어를 생성할 수 있는 단분산 나노입자에 관한 것이다. 일부 경우에, 나노입자의 적어도 일부는 나노결정이다. 특정 실시양태에서, 단분산, IR-흡수 나노결정은 나노결정의 제1 요소를 포함하는 제1 전구체 용액을 나노결정의 제2 요소를 포함하는 제2 전구체 용액에 첨가하여 제1 혼합 전구체 용액을 형성하며, 여기서 제1 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과인 것을 포함하는 나노결정 형성 단계를 포함하는 방법에 따라 형성된다. 방법은 제1 전구체 용액을 제1 혼합 전구체 용액에 첨가하여 제2 혼합 전구체 용액을 형성하며, 여기서 제2 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만인 것을 포함하는 나노결정 성장 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Description

단분산, IR-흡수 나노입자, 및 관련 방법 및 장치

본 발명은 일반적으로 단분산 나노입자 및 특히 단분산, 적외선-흡수 나노입자에 관한 것이다.

적외 (IR) 방사선을 흡수할 수 있는 장치, 예컨대 IR 광검출기, IR의 가시선으로의 상향-변환 장치 및 IR 태양 전지는 야간 투시경, 이미지 센서 및 재생 에너지를 포함한, 광범위한 분야에 대한 그의 적용성 때문에 점점 많은 주목을 받아 왔다.

특정 나노입자가 IR-흡수 장치에 사용하기 위한 IR-흡수 물질로서의 가능성을 제시한다. 예를 들어, PbS 나노입자는 일반적으로 IR 스펙트럼의 적어도 일부에서 탁월한 감광성 및 밴드갭 조정가능성을 나타낸다. 그러나, 관련 기술분야에 공지된 나노입자 합성 방법의 제한 때문에, PbS 나노입자는 약 1 μm 미만의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수하는 전류 장치에 주로 사용된다. 따라서, 보다 긴 파장을 갖는 IR 스펙트럼의 일부를 포착하기 위해, 개선된 나노입자 합성 방법이 필요하다.

본 출원은 일반적으로 단분산 나노입자 및 특히 단분산, 적외선-흡수 나노입자에 관한 것이다. 본 출원의 대상은, 일부 경우에, 상호관련된 생성물, 특정한 문제에 대한 대안적 해결책 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 용도를 수반한다.

한 측면에서, 장치가 기재된다. 일부 실시양태에서, 장치는 복수의 나노결정을 포함하는 층을 포함하며, 여기서 복수의 나노결정은 약 10% 이하의 상대 표준 편차로 약 2 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노결정은 적어도 약 700 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있다.

또 다른 측면에서, 복수의 나노결정을 형성하는 방법이 기재된다. 일부 실시양태에서, 방법은 제1 용액의 제1 양을 제2 용액에 첨가하여 제1 혼합 용액을 형성하는 것을 포함하며, 여기서 제1 용액은 제1 요소를 포함하고 제2 용액은 제2 요소를 포함하며, 여기서 제1 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과이다. 특정 실시양태에서, 방법은 제1 용액의 제2 양을 제1 혼합 용액에 첨가하여 제2 혼합 용액을 형성하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 제2 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만이다. 일부 경우에, 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 복수의 나노결정이 형성되며, 여기서 복수의 나노결정은 약 10% 이하의 상대 표준 편차로 약 2 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 갖는다. 일부 경우에, 복수의 나노결정은 적어도 약 700 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있다.

본 발명의 다른 이점 및 신규 특색은 첨부 도면과 함께 고려될 때, 본 발명의 다양한 비제한적 실시양태의 하기 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 본 명세서 및 참조로 포함된 문헌이 상충 및/또는 모순된 개시내용을 포함하는 경우에는, 본 명세서가 우선할 것이다. 참조로 포함된 2개 이상의 문헌이 서로에 대해 상충 및/또는 모순된 개시내용을 포함하는 경우에는, 보다 늦은 유효 기일을 갖는 문헌이 우선일 것이다.

본 발명의 비제한적 실시양태가 첨부 도면을 참조하여 예로서 기재될 것이고, 이들 도면은 개략적이며 일정한 비율로 도시되도록 의도된 것은 아니다. 도면에서, 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 전형적으로 단일 부호에 의해 나타내어진다. 명료함을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에서 표시되지는 않으며, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 이해할 수 있도록 하기 위해 예시가 필요하지 않은 본 발명의 각 실시양태의 구성요소가 모두 제시되지는 않는다. 도면에서:
도 1은 일부 실시양태에 따른, IR 광검출기의 단면 개략도를 제시하고;
도 2는 일부 실시양태에 따른, IR 상향-변환 장치의 단면 개략도를 제시하고;
도 3은 일부 실시양태에 따른, IR 태양 전지의 단면 개략도를 제시하고;
도 4는 일부 실시양태에 따른, 2:1 내지 8:1 범위의 Pb:S 몰비를 갖는 초기 주입 후에 형성된 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 5a는 일부 실시양태에 따른, 1, 2, 3 및 4회 주입 후의 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 5b는 일부 실시양태에 따른, 나노결정 부피 및 비스(트리메틸실릴)술피드 [((CH₃)₃Si)₂S] (때때로 "TMS"라 지칭됨) 주입 횟수의 함수로서 피크 흡수 파장의 플롯을 제시하고;
도 6a는 일부 실시양태에 따른, 테트라클로로에틸렌에서의 상이한 크기의 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 6b는 일부 실시양태에 따른, 나노결정 부피 및 비스(트리메틸실릴)술피드 ("TMS") 주입 횟수의 함수로서 피크 흡수 파장의 플롯을 제시하고;
도 7은 일부 실시양태에 따른, 3개의 상이한 배치에서 합성된 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 8a는 일부 실시양태에 따른, 1950 nm의 피크 흡수를 갖는 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 8b는 일부 실시양태에 따른, 암실 및 1950 nm에서의 IR 조명 하의 단분산, IR-흡수 나노입자를 포함하는 IR 광검출기에 대해 전압 (V)의 함수로서 전류 밀도 (mA/cm²)의 플롯을 제시하고;
도 9는 일부 실시양태에 따른, 상이한 흡수 피크를 갖는 PbS 나노결정의 부피를 비교하는 개략적 다이어그램을 제시하고;
도 10은 일부 실시양태에 따른, 4:1의 올레산 대 납 몰비로 합성된 PbS 나노결정에 대해 제1 주입 후의 성장 시간 (s)의 함수로서 흡수 피크 (nm)의 플롯을 제시하고;
도 11은 일부 실시양태에 따른, 다중 주입 NC 합성 방법에서의 핵형성 및 성장 단계의 개략도를 제시하고;
도 12는 일부 실시양태에 따른, 1-9회의 비스(트리메틸실릴)술피드 주입 후의 PbS 나노결정의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 13은 일부 실시양태에 따른, 비스(트리메틸실릴)술피드 ("TMS") 주입 부피의 함수로서 NC 부피 (제1 주입 후의 NC 부피에 대해 정규화함)의 플롯을 제시하고;
도 14는 일부 실시양태에 따른, 테트라클로로에틸렌 (TCE)에서의 상이한-크기의 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 15는 일부 실시양태에 따른, PbS NC 크기 (nm)의 함수로서 분산 (%)의 플롯을 제시하고;
도 16은 일부 실시양태에 따른, PbS NC의 TEM 이미지 삽도와 함께, 1800 nm의 피크 흡수를 갖는 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 17은 일부 실시양태에 따른, PbS 광검출기의 에너지 밴드 다이어그램 삽도와 함께, 암실 및 1800 nm에서의 IR 조명 하의 전압 (V)의 함수로서 전류 밀도 (mA/cm²)의 플롯을 제시하고;
도 18은 일부 실시양태에 따른, -0.5 V 및 0 V에서의 PbS 광검출기에 대해 파장 (nm)의 함수로서 반응도 값 (A/W)을 제시하고;
도 19는 일부 실시양태에 따른, PbS 광검출기 및 InGaAs 다이오드에 대해 파장 (nm)의 함수로서 검출능 값 (존스)을 제시하고;
도 20은 일부 실시양태에 따른, 3종의 상이한 크기의 PbS NC에 대한 흡수 스펙트럼을 제시하고;
도 21a는 일부 실시양태에 따른, 상이한-크기의 PbS NC의 혼합물 (장치 1 & 2) 또는 단분산 PbS NC (장치 3)를 포함하는 3개의 광검출기에 대해 파장 (nm)의 함수로서 반응도 값 (A/W)을 제시하고;
도 21b는 일부 실시양태에 따른, 장치 1, 2 및 3에 대해 파장 (nm)의 함수로서 검출능 값 (존스)을 제시하고;
도 22는 일부 실시양태에 따른, PbS 광검출기에 대해 시간 (μs)의 함수로서 광전류의 플롯을 제시하고;
도 23은 일부 실시양태에 따른, -1 V에서 측정된 PbS 광검출기의 선형 동적 범위를 제시하고;
도 24는 일부 실시양태에 따른, 캡슐화 없이 주위 실험실 조건에서 공기 중에 3개월의 저장을 통해 PbS 광검출기의 정규화된 성능을 제시한다.

본원에 기재된 실시양태는 일반적으로 적외 (IR) 방사선을 흡수하여 전하 캐리어 (예를 들어, 전자, 정공)를 생성할 수 있는 단분산 나노입자에 관한 것이다. 일부 경우에, 나노입자의 적어도 일부는 나노결정이다. 특정 실시양태에서, 단분산, IR-흡수 나노결정은 나노결정의 제1 요소를 포함하는 제1 전구체 용액을 나노결정의 제2 요소를 포함하는 제2 전구체 용액에 첨가하여 제1 혼합 전구체 용액을 형성하며, 여기서 제1 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과인 것을 포함하는 나노결정 형성 단계를 포함하는 방법에 따라 형성된다. 방법은 제1 전구체 용액을 제1 혼합 전구체 용액에 첨가하여 제2 혼합 전구체 용액을 형성하며, 여기서 제2 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만인 것을 포함하는 나노결정 성장 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 나노결정의 층은 IR 광검출기, IR의 가시선으로의 상향-변환 장치 및/또는 IR 태양 전지와 같은 장치에 포함될 수 있다.

일부 경우에, 장치는 상대적으로 큰 나노입자 (예를 들어, 약 2 nm 이상의 최대 단면 치수를 갖는 나노입자)를 포함하는 것이 유리할 수 있는 것으로 인식된 바 있다. 특정 경우에, 나노입자의 흡수 특성은 크기-의존성을 갖는다. 예를 들어, 일부 나노입자, 예컨대 반도체 나노입자는 가전자대 (예를 들어, 가장 높은 채워진 에너지 준위) 및 전도대 (예를 들어, 가장 낮은 채워지지 않은 에너지 준위)를 포함하고, 밴드 갭이 가전자대와 전도대 사이에 존재한다. 특정 조건 하에, 밴드 갭보다 큰 에너지를 갖는 광자는 가전자대로부터 전도대로 전자를 여기시켜, 전자-정공 쌍 (예를 들어, 여기자)을 생성할 수 있다. 특정 경우에, 나노입자의 크기 변화는 밴드 갭, 및 따라서 나노입자의 흡수 특성을 변화시킬 수 있다. 일부 경우에, 보다 큰 나노입자는 보다 긴 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수하여 전하 캐리어를 생성할 수 있다. 특정 적용에서 상대적으로 긴 파장 (예를 들어, 적어도 약 1 μm)을 갖는 IR 방사선을 흡수하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 이러한 나노입자는 장치가 이전에 이용가능하였던 것과 상이한 전자기 스펙트럼의 일부에 접근하도록 할 수 있다.

또한, 일부 경우에, IR-흡수 장치의 나노입자는 상대적으로 단분산 (예를 들어, 실질적으로 균일한 크기를 가짐)인 것이 유리할 수 있는 것으로 인식된 바 있다. 예를 들어, 상대적으로 단분산인 나노입자의 집단은 상대적으로 유사한 흡수 특성을 가질 수 있으며, 장치에 사용되어 특정한 파장의 IR 방사선을 선택적으로 흡수할 수 있다. 일부 적용, 예컨대 IR 태양 전지에서, 단분산 나노입자는 전하 추출을 증가시키고, 따라서 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.

그러나, 수많은 도전과제가 상대적으로 큰, 단분산 나노입자의 합성과 연관되어 왔다. 예를 들어, 선행 기술 방법은 일반적으로 상대적으로 고품질 (예를 들어, 낮은 결함 밀도)의 상대적으로 큰 나노입자의 집단을 합성하는 것이 불가능하였다. 이러한 불가능은 적어도 부분적으로 상대적으로 큰 나노입자의 합성이 전형적으로 높은 성장 온도 및/또는 긴 성장 시간을 요구하고, 이는 종종 높은 결함 밀도와 연관된다는 사실에 기인하는 것일 수 있다. 또한, 선행 기술 방법은 일반적으로 상대적으로 단분산인, 상대적으로 큰 나노입자의 집단을 합성하는 것이 불가능하였다. 선행 기술 방법에서, 예를 들어, 제어불가능한 핵형성은 넓은 크기 분포를 유도하였다. 즉, 나노입자 합성 공정 전체를 통한 핵의 형성은 광범위한 크기를 갖는 나노입자를 생성하였다 (예를 들어, 공정의 보다 초기에 형성된 나노입자가 공정의 보다 후기에 형성된 나노입자보다 일반적으로 더 큼). 추가적으로, 상대적으로 큰 나노입자에 대해 전형적으로 요구되는 높은 성장 온도 및/또는 긴 성장 시간은 증가된 크기 분산을 유도하였다.

예상외로, 상대적으로 큰, 단분산 나노입자가 다중 상을 포함하는 신규 방법에 따라 합성될 수 있는 것으로 발견된 바 있다. 일부 경우에, 방법은 나노입자 형성 (예를 들어, 핵형성)에 유리한 조건을 갖는 제1 상 및 나노입자 형성 대신에 나노입자 성장에 유리한 조건을 갖는 제2 상을 포함한다. 일부 실시양태에서, 나노입자 형성은 나노입자의 제1 요소를 포함하는 제1 전구체 용액을 나노입자의 제2 요소를 포함하는 제2 전구체 용액 내로 주입하여 혼합 전구체 용액을 형성함으로써 개시되며, 여기서 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과이다. 이러한 초기 주입은, 일부 실시양태에 따르면, 복수의 나노입자 형성을 유발할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 제1 전구체 용액의 혼합 전구체 용액 내로의 1회 이상의 추가의 주입을 추가로 포함하며, 여기서 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비 (예를 들어, 나노입자에 결합되지 않은 제1 요소의 몰수 대 나노입자에 결합되지 않은 제2 요소의 몰수의 비)는 핵형성 역치 미만이다. 핵형성은 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 초기 주입 후에 핵형성 역치를 초과하지 않도록 보장함으로써 억제될 수 있는 것으로 발견된 바 있다. 나노입자 형성이 합성 공정 전체를 통해 발생하도록 하기보다는, 나노입자 형성을 초기 주입 단계로 국한함으로써, 상대적으로 단분산인 나노입자가 형성될 수 있다. 일부 경우에, 제1 전구체 용액의 1회 이상의 추가의 주입은 새로운 나노입자의 형성 대신에 기존 나노입자의 성장에 기여하여, 상대적으로 큰 나노입자를 유도할 수 있다.

일부 측면은 복수의 상대적으로 큰 나노입자에 관한 것이다. 입자 크기의 하나의 적합한 척도는, 예를 들어, 평균 최대 단면 치수이다. 본원에 사용된, 나노입자의 "최대 단면 치수"는 측정될 수 있는 나노입자의 두 대향하는 경계 사이의 최대 거리 (예를 들어, 직경)를 지칭한다. 복수의 나노입자의 "평균 최대 단면 치수"는 일반적으로 나노입자의 최대 단면 치수의 수 평균 (예를 들어, 복수의 나노입자 중에서 최대 단면 치수의 합계를 나노입자의 개수로 나눈 것)을 지칭한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 복수의 나노입자의 평균 최대 단면 치수를, 예를 들어 투과 전자 현미경검사 (TEM)를 사용하여 결정할 수 있을 것이다. 일반적으로, TEM에서, 전자 빔이 시편을 통과할 때 이는 시편과 상호작용하고, 상호작용으로부터 이미지가 형성된다. 복수의 나노입자를 포함하는 시편의 1개 이상의 TEM 이미지로부터, 시편 내의 나노입자의 개수 및 복수의 나노입자 내의 개별 나노입자의 최대 단면 치수가 결정될 수 있고 (예를 들어, 이미지 분석 소프트웨어를 사용함), 평균 최대 단면 치수가 계산될 수 있다.

일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 적어도 약 1 nm, 적어도 약 2 nm, 적어도 약 3 nm, 적어도 약 4 nm, 적어도 약 5 nm, 적어도 약 6 nm, 적어도 약 7 nm, 적어도 약 8 nm, 적어도 약 9 nm, 적어도 약 10 nm, 적어도 약 15 nm, 적어도 약 18 nm, 적어도 약 20 nm, 적어도 약 30 nm, 적어도 약 40 nm, 적어도 약 50 nm, 적어도 약 60 nm, 적어도 약 70 nm, 적어도 약 80 nm, 적어도 약 90 nm, 또는 적어도 약 100 nm의 평균 최대 단면 치수를 갖는다. 특정 경우에, 복수의 나노입자는 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 18 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 80 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 18 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 80 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 18 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 80 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 15 nm 내지 약 20 nm, 약 15 nm 내지 약 50 nm, 약 15 nm 내지 약 80 nm, 약 15 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 80 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 평균 최대 단면 치수를 갖는다.

입자 크기의 또 다른 적합한 척도는 중앙 최대 단면 치수이다. 복수의 나노입자의 "중앙 최대 단면 치수"는 일반적으로 절반의 나노입자가 그보다 큰 최대 단면 치수를 가지며 절반의 나노입자가 그보다 작은 최대 단면 치수를 갖는 수치를 지칭한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 복수의 나노입자의 중앙 최대 단면 치수를, 예를 들어 TEM을 사용하여 결정할 수 있을 것이다. 복수의 나노입자를 포함하는 시편의 1개 이상의 TEM 이미지로부터, 복수의 나노입자 내의 개별 나노입자의 최대 단면 치수가 측정될 수 있고 (예를 들어, 이미지 분석 소프트웨어를 사용함), 복수의 나노입자의 중앙 최대 단면 치수가 결정될 수 있다.

일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 적어도 약 1 nm, 적어도 약 2 nm, 적어도 약 3 nm, 적어도 약 4 nm, 적어도 약 5 nm, 적어도 약 6 nm, 적어도 약 7 nm, 적어도 약 8 nm, 적어도 약 9 nm, 적어도 약 10 nm, 적어도 약 15 nm, 적어도 약 18 nm, 적어도 약 20 nm, 적어도 약 30 nm, 적어도 약 40 nm, 적어도 약 50 nm, 적어도 약 60 nm, 적어도 약 70 nm, 적어도 약 80 nm, 적어도 약 90 nm, 또는 적어도 약 100 nm의 중앙 최대 단면 치수를 갖는다. 특정 경우에, 복수의 나노입자는 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 18 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 80 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 18 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 80 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 18 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 80 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 15 nm 내지 약 20 nm, 약 15 nm 내지 약 50 nm, 약 15 nm 내지 약 80 nm, 약 15 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 80 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 중앙 최대 단면 치수를 갖는다.

일부 실시양태는 상대적으로 긴 파장을 갖는 전자기 방사선 (예를 들어, IR 방사선)을 흡수할 수 있는 복수의 나노입자에 관한 것이다. 특정 경우에, 나노입자는 IR 방사선을 흡수하여 전하 캐리어 (예를 들어, 전자 및 정공)를 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노입자는 적어도 약 700 nm, 적어도 약 800 nm, 적어도 약 900 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1100 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1300 nm, 적어도 약 1400 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1600 nm, 적어도 약 1700 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 1900 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2200 nm, 적어도 약 2500 nm, 적어도 약 2800 nm, 적어도 약 3000 nm, 적어도 약 3300 nm, 적어도 약 3500 nm, 적어도 약 3800 nm, 적어도 약 4000 nm, 적어도 약 4500 nm, 적어도 약 5000 nm, 적어도 약 10 μm, 또는 적어도 약 20 μm의 파장을 갖는 방사선을 흡수할 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노입자는 약 700 nm 내지 약 1500 nm, 약 700 nm 내지 약 1800 nm, 약 700 nm 내지 약 2000 nm, 약 700 nm 내지 약 2500 nm, 약 700 nm 내지 약 3000 nm, 약 700 nm 내지 약 3500 nm, 약 700 nm 내지 약 4000 nm, 약 700 nm 내지 약 4500 nm, 약 700 nm 내지 약 5000 nm, 약 700 nm 내지 약 10 μm, 약 700 nm 내지 약 20 μm, 약 800 nm 내지 약 1500 nm, 약 800 nm 내지 약 1800 nm, 약 800 nm 내지 약 2000 nm, 약 800 nm 내지 약 2500 nm, 약 800 nm 내지 약 3000 nm, 약 800 nm 내지 약 3500 nm, 약 800 nm 내지 약 4000 nm, 약 800 nm 내지 약 4500 nm, 약 800 nm 내지 약 5000 nm, 약 800 nm 내지 약 10 μm, 약 800 nm 내지 약 20 μm, 약 1000 nm 내지 약 1500 nm, 약 1000 nm 내지 약 1800 nm, 약 1000 nm 내지 약 2000 nm, 약 1000 nm 내지 약 2500 nm, 약 1000 nm 내지 약 3000 nm, 약 1000 nm 내지 약 3500 nm, 약 1000 nm 내지 약 4000 nm, 약 1000 nm 내지 약 4500 nm, 약 1000 nm 내지 약 5000 nm, 약 1000 nm 내지 약 10 μm, 약 1000 nm 내지 약 20 μm, 약 1500 nm 내지 약 2000 nm, 약 1500 nm 내지 약 2500 nm, 약 1500 nm 내지 약 3000 nm, 약 1500 nm 내지 약 3500 nm, 약 1500 nm 내지 약 4000 nm, 약 1500 nm 내지 약 4500 nm, 약 1500 nm 내지 약 5000 nm, 약 1500 nm 내지 약 10 μm, 약 1500 nm 내지 약 20 μm, 약 2000 nm 내지 약 3000 nm, 약 2000 nm 내지 약 3500 nm, 약 2000 nm 내지 약 4000 nm, 약 2000 nm 내지 약 4500 nm, 약 2000 nm 내지 약 5000 nm, 약 2000 nm 내지 약 10 μm, 약 2000 nm 내지 약 20 μm, 약 4000 nm 내지 약 5000 nm, 약 4000 nm 내지 약 10 μm, 약 4000 nm 내지 약 20 μm, 약 5000 nm 내지 약 10 μm, 약 5000 nm 내지 약 20 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 20 μm 범위의 파장을 갖는 방사선을 흡수할 수 있다.

일부 실시양태에서, 나노입자는 또한 자외 (UV) 및/또는 가시 방사선을 흡수하여 전하 캐리어를 생성할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 나노입자는 약 350 nm 내지 약 1500 nm, 약 350 nm 내지 약 1800 nm, 약 350 nm 내지 약 2000 nm, 약 350 nm 내지 약 2500 nm, 약 350 nm 내지 약 3000 nm, 약 350 nm 내지 약 3500 nm, 약 400 nm 내지 약 1500 nm, 약 400 nm 내지 약 1800 nm, 약 400 nm 내지 약 2000 nm, 약 400 nm 내지 약 2500 nm, 약 400 nm 내지 약 3000 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 3500 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 흡수할 수 있다.

나노입자는 임의의 적합한 기하구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노입자는 실질적 구형, 실질적 타원형, 실질적 원통형, 실질적 각기둥형 (예를 들어, 삼각 각기둥형, 사각 각기둥형)일 수 있거나, 또는 불규칙한 형상을 가질 수 있다.

특정 실시양태에서, 나노입자의 적어도 일부는 나노결정 (예를 들어, 고도로 규칙적인 구조로 배열된 원자를 포함하는 입자)이다. 나노결정은 임의의 결정 구조 (예를 들어, 암염 구조, 섬아연광 구조)를 가질 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 나노결정은 단결정 또는 다결정질 응집체를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 실질적으로 모든 나노입자는 나노결정이다.

일부 실시양태에서, 나노입자의 적어도 일부는 양자점이다. 양자점은 일반적으로 양자 기계적 특성을 나타낼 정도로 충분히 작은 크기를 갖는 반도체 나노입자 (예를 들어, 나노결정)를 지칭한다. 예를 들어, 양자점의 여기자는 3 공간 차원에 구속될 수 있고 (예를 들어, 양자 구속), 불연속 에너지 준위가 관찰될 수 있다. 일부 실시양태에서, 실질적으로 모든 나노입자는 양자점이다.

일부 실시양태에 따르면, 나노입자는 2종 이상의 유형의 원자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 나노입자를 위한 적합한 물질은 납 칼코겐화물 (예를 들어, PbS, PbSe, PbTe) 및 그의 합금, 은 칼코겐화물 (예를 들어, Ag₂S, Ag₂Se, Ag₂Te) 및 그의 합금, 수은 칼코겐화물 (예를 들어, HgS, HgSe, HgTe) 및 그의 합금, 카드뮴 칼코겐화물 (예를 들어, CdS, CdSe, CdTe) 및 그의 합금, 구리 칼코겐화물 (예를 들어, Cu₂S, Cu₂Se, Cu₂Te) 및 그의 합금, 비스무트 칼코겐화물 (예를 들어, Bi₂S₃, Bi₂Se₃, Bi₂Te₃) 및 그의 합금, 아연 칼코겐화물 (예를 들어, ZnS, ZnSe, ZnTe) 및 그의 합금, 및 인듐 및/또는 갈륨 기반 III-V 반도체 (예를 들어, GaN, GaP, GaAs, InP) 및 그의 합금을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시양태에서, 나노입자의 적어도 일부는 납 및/또는 황을 포함한다. 일부 경우에, 나노입자의 적어도 일부는 PbS 및/또는 PbSe를 포함한다. 특정한 실시양태에서, 실질적으로 모든 나노입자는 PbS 및/또는 PbSe를 포함한다.

일부 측면은 복수의 상대적으로 단분산인 나노입자에 관한 것이다. 본원에 사용된 "단분산 나노입자"는 실질적으로 균일한 크기 (예를 들어, 최대 단면 치수)를 갖는 나노입자를 지칭한다. 예를 들어, 복수의 나노입자의 단분산도의 하나의 적합한 척도는 표준 편차이다. 표준 편차 σ는 방정식 1을 사용하여 계산될 수 있다:

여기서 N은 나노입자의 개수이고,

는 평균 최대 단면 치수이고, x_i는 i번째 나노입자의 최대 단면 치수이다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 약 20 nm 이하, 약 15 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 8 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 4 nm 이하, 약 3 nm 이하, 약 2 nm 이하, 약 1.5 nm 이하, 약 1 nm 이하, 또는 약 0.5 nm 이하의 표준 편차를 갖는다. 특정 실시양태에서, 복수의 나노입자는 약 0.5 nm 내지 약 1 nm, 약 0.5 nm 내지 약 1.5 nm, 약 0.5 nm 내지 약 2 nm, 약 0.5 nm 내지 약 3 nm, 약 0.5 nm 내지 약 4 nm, 약 0.5 nm 내지 약 5 nm, 약 0.5 nm 내지 약 8 nm, 약 0.5 nm 내지 약 10 nm, 약 0.5 nm 내지 약 15 nm, 약 0.5 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 2 nm, 약 1 nm 내지 약 3 nm, 약 1 nm 내지 약 4 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 1 nm 내지 약 8 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 2 nm 내지 약 5 nm, 약 2 nm 내지 약 8 nm, 약 2 nm 내지 약 10 nm, 약 2 nm 내지 약 15 nm, 약 2 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 20 nm 범위의 표준 편차를 갖는다.

단분산도의 또 다른 적합한 척도는 방정식 2를 사용하여 계산될 수 있는 상대 표준 편차이다:

여기서 σ는 복수의 나노입자의 최대 단면 치수의 표준 편차 (방정식 1을 사용하여 계산된 것)이고,

는 복수의 나노입자의 평균 최대 단면 치수이다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노입자의 최대 단면 치수의 상대 표준 편차는 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 약 5% 이하, 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노입자의 최대 단면 치수의 상대 표준 편차는 약 1% 내지 약 2%, 약 1% 내지 약 5%, 약 1% 내지 약 10%, 약 1% 내지 약 15%, 약 1% 내지 약 20%, 약 2% 내지 약 5%, 약 2% 내지 약 10%, 약 2% 내지 약 15%, 약 2% 내지 약 20%, 약 5% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 15%, 약 5% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 15%, 또는 약 10% 내지 약 20%의 범위이다.

일부 경우에, 복수의 나노입자에 의한 IR 방사선의 흡수는 흡수 스펙트럼 (예를 들어, 파장의 함수로서 흡광도의 플롯)에서 피크를 생성할 수 있다. 피크는 반치 전폭 (FWHM) (예를 들어, 흡광도가 최대 값의 절반일 때의 피크의 폭)에 의해 특징화될 수 있다. 예를 들어, 복수의 단분산 입자는 복수의 다분산 입자의 흡수 피크의 FWHM보다 더 작은 FWHM을 갖는 흡수 피크를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 복수의 나노입자는 약 1 μm 이하, 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하, 또는 약 1 nm 이하의 FWHM을 갖는 IR 흡수 피크를 갖는다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 400 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 1 μm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 5 nm 내지 약 200 nm, 약 5 nm 내지 약 300 nm, 약 5 nm 내지 약 400 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 1 μm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 1 μm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 200 nm, 약 20 nm 내지 약 500 nm, 약 20 nm 내지 약 1 μm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 1 μm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 1 μm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 1 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm 범위의 FWHM을 갖는 IR 흡수 피크를 갖는다.

일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 상대적으로 고품질 (예를 들어, 낮은 결함 밀도)의 나노입자 (예를 들어, 나노결정)를 포함한다. 예를 들어, 나노입자는 상대적으로 낮은 밀도의 공공 결함, 치환 결함, 위상학적 결함, 선 결함 (예를 들어, 에지상 전위), 표면 결함 (예를 들어, 결정립계 불일치) 및/또는 임의의 다른 유형의 결함을 가질 수 있다. 이는 일부 경우에 유리할 수 있는데, 그 이유는 나노입자에서의 결함의 존재는 전하 캐리어 동역학 및/또는 나노입자의 흡수 특성에 유해 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 결함을 갖는 나노입자의 백분율은 약 30% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 약 5% 이하, 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하이다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 결함을 갖는 나노입자의 백분율은 약 1% 내지 약 2%, 약 1% 내지 약 5%, 약 1% 내지 약 10%, 약 1% 내지 약 15%, 약 1% 내지 약 20%, 약 1% 내지 약 30%, 약 2% 내지 약 5%, 약 2% 내지 약 10%, 약 2% 내지 약 15%, 약 2% 내지 약 20%, 약 2% 내지 약 30%, 약 5% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 15%, 약 5% 내지 약 20%, 약 5% 내지 약 30%, 약 10% 내지 약 20%, 또는 약 10% 내지 약 30%의 범위이다.

일부 측면은 상대적으로 큰, 단분산 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 방법은 적어도 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 나노입자의 형성을 유발하는 초기 상을 포함한다. 일부 실시양태에 따르면, 나노입자 형성 (예를 들어, 핵형성)은 제1 요소를 포함하는 제1 전구체 용액을 제2 요소를 포함하는 제2 전구체 용액 내로 주입하여 혼합 전구체 용액을 형성함으로써 개시되며, 여기서 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과이다. 일부 경우에, 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 상대적으로 낮으며 (예를 들어, 혼합 전구체 용액에서의 제2 요소 대 제1 요소의 몰비는 상대적으로 높음), 이는 실질적으로 모든 제1 요소가 핵형성 공정 동안 소모되도록 유발할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 초기 상 동안 형성된 나노입자의 성장을 유발하는 하나 이상의 추가의 상을 추가로 포함한다. 특정 경우에, 하나 이상의 추가의 상의 적어도 하나의 단계는 제1 전구체 용액의 일정량을 혼합 전구체 용액 내로 첨가하는 것을 포함하며, 여기서 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비 (예를 들어, 나노입자에 결합되지 않은 제1 요소의 몰수 대 제2 요소의 몰수의 비)는 핵형성 역치 미만이다. 일부 경우에, 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 핵형성 역치를 초과하지 않도록 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 및/또는 제2 요소의 농도를 유지하는 것은 핵형성을 억제할 수 있고, 나노입자 형성을 초기 상으로 실질적으로 국한할 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노입자 형성을 초기 상으로 국한하는 것은 복수의 상대적으로 단분산인 나노입자의 합성을 유발할 수 있다 (예를 들어, 제어불가능한 핵형성이 억제될 수 있음). 하나 이상의 추가의 상은, 일부 경우에, 나노입자를 형성하는 대신에 초기 상 동안 형성된 나노입자의 성장을 유발할 수 있어, 상대적으로 큰 나노입자가 형성될 수 있다.

특정 실시양태에서, 본원에 기재된 방법은 상대적으로 온화한 조건 하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 방법은 상대적으로 저온에서 수행되는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 상대적으로 짧은 성장 시간을 갖는 단계를 포함할 수 있다. 상대적으로 온화한 조건의 사용은, 일부 경우에, 복수의 합성된 나노입자에 존재하는 결함 개수를 감소시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 방법은 제1 전구체 용액을 형성하는 단계를 포함한다. 특정 경우에, 제1 전구체 용액은 나노입자에 존재하는 제1 요소를 포함한다. 제1 요소의 비제한적 예는 황, 셀레늄 및 텔루륨을 포함한다. 일부 경우에, 제1 전구체 용액은 제1 요소를 포함하는 제1 화합물을 제1 용매에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 제1 화합물의 예는 비스(트리메틸실릴)술피드 [((CH₃)₃Si)₂S] (때때로 "TMS"라 지칭됨), 비스(트리알킬실릴)술피드, 원소상 황, 디알킬 티오우레아, 티오아세트아미드, 디메틸티오포름아미드, 알킬티올, 알킬디술피드, 황화수소, 원소상 셀레늄, 이산화셀레늄, 셀레노우레아, 이황화셀레늄, 셀레늄화수소, 비스(트리메틸실릴)셀레니드, 원소상 텔루륨, 이산화텔루륨, 황화텔루륨, 텔루륨화수소, 비스(트리메틸실릴)텔루리드 및 비스(트리알킬실릴)텔루리드를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 제1 용매는 제1 화합물을 용매화할 수 있는 임의의 용매를 포함할 수 있다. 적합한 용매의 비제한적 예는 트리알킬 포스핀, n-알킬 아민, 트리알킬 아민, 옥타데센 및 올레산을 포함한다.

일부 실시양태에서, 방법은 제2 전구체 용액을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 경우에, 제2 전구체 용액은 나노입자에 존재하는 제2 요소를 포함한다. 제2 요소의 적합한 예는 납, 은, 수은, 카드뮴, 구리, 비스무트, 아연, 인듐, 갈륨, 알루미늄, 마그네슘 및 철을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에 따르면, 제2 전구체 용액은 제2 요소를 포함하는 제2 화합물을 제2 용매에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 제2 요소를 포함하는 제2 화합물의 비제한적 예는 산화납, 아세트산납, 납 아세틸아세토네이트, 질산납, 염화납, 아이오딘화납, 브로민화납, 황산납, 탄탈럼산납, 티타늄산납, 크로뮴산납, 아세트산제2수은, 브로민화제2수은, 탄산제2수은, 염화제2수은, 제2수은 플루오레이트, 아이오딘화제2수은, 질산제2수은, 산화제2수은, 황산제2수은, 플루오린화카드뮴, 탄산카드뮴, 산화카드뮴, 아이오딘화카드뮴, 브로민화카드뮴, 수산화카드뮴, 포름산카드뮴, 염화카드뮴, 텅수텐산카드뮴, 질산카드뮴, 카드뮴 염, 셀레늄화카드뮴, 황화카드뮴, 텔루륨화카드뮴, 플루오린화구리, 산화구리, 브로민화구리, 황화구리, 수산화구리, 탄산구리, 옥살산구리, 스테아르산아연, 황화아연, 탄산아연, 아셀렌산아연, 아이오딘화아연, 산화아연, 플루오린화아연, 브로민화아연, 과산화아연, 원소상 인듐, 염화인듐, 황산인듐, 술파민산인듐, 삼플루오린화인듐, 플루오린화인듐, 아세트산인듐, 산화인듐-산화주석, 인듐 염, 황화인듐, 아이오딘화인듐 (III), 질산인듐, 산화인듐, 삼브로민화인듐, 수산화인듐, 갈륨 염, 삼염화갈륨, 갈륨, 인화갈륨, 삼이산화갈륨, 셀레늄화갈륨, 염화갈륨, 알루미나, 알루미나 3수화물 (수산화알루미늄), 인산알루미늄, 브로민화알루미늄, 염화알루미늄, 알루미노-규산염, 산화알루미늄, 플루오린화알루미늄, 티타늄산알루미늄, 염화알루미늄, 규산알루미늄, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 플루오린화마그네슘, 티타늄산마그네슘, 브로민화마그네슘, 규산마그네슘, 마그네슘-알루미늄 산화물, 지르코늄산마그네슘, 스테아르산마그네슘, 마그네슘 알루미늄 규산염, 산화철, 플루오린화철, 황화철 및 철 분말을 포함한다. 제2 용매는 제2 화합물을 용매화할 수 있는 임의의 용매를 포함할 수 있다. 적합한 용매의 비제한적 예는 트리알킬 포스핀, n-알킬 아민, 트리알킬 아민, 옥타데센, 올레산 및 그의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시양태에서, 제2 용매는 옥타데센 및 올레산을 포함한다.

특정 실시양태에서, 방법은 제2 전구체 용액을 제1 온도에서 제1 시간 기간 동안 교반하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 제1 시간 기간은 약 50분 이하, 약 30분 이하, 약 20분 이하, 약 15분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하, 약 1분 이하, 약 30초 이하, 약 10초 이하, 약 5초 이하, 또는 약 1초 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 시간 기간은 약 1초 이상, 약 5초 이상, 약 10초 이상, 약 30초 이상, 약 1분 이상, 약 5분 이상, 약 10분 이상, 약 15분 이상, 약 20분 이상, 약 30분 이상, 또는 약 50분 이상이다. 일부 경우에, 제1 시간 기간은 약 1초 내지 약 10초, 약 1초 내지 약 30초, 약 1초 내지 약 1분, 약 1초 내지 약 5분, 약 1초 내지 약 10분, 약 1초 내지 약 15분, 약 1초 내지 약 20분, 약 1초 내지 약 30분, 약 1초 내지 약 50분, 약 10초 내지 약 30초, 약 10초 내지 약 1분, 약 10초 내지 약 5분, 약 10초 내지 약 10분, 약 10초 내지 약 15분, 약 10초 내지 약 20분, 약 10초 내지 약 30분, 약 10초 내지 약 50분, 약 30초 내지 약 1분, 약 30초 내지 약 5분, 약 30초 내지 약 10분, 약 30초 내지 약 15분, 약 30초 내지 약 20분, 약 30초 내지 약 30분, 약 30초 내지 약 50분, 약 1분 내지 약 5분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 15분, 약 1분 내지 약 20분, 약 1분 내지 약 30분, 약 1분 내지 약 50분, 약 5분 내지 약 30분, 약 5분 내지 약 50분, 약 10분 내지 약 30분, 또는 약 10분 내지 약 50분의 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 상대적으로 낮다. 특정 경우에, 제1 온도는 약 180℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 30℃ 이하, 또는 약 10℃ 이하이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 10℃ 내지 약 50℃, 약 10℃ 내지 약 70℃, 약 10℃ 내지 약 90℃, 약 10℃ 내지 약 100℃, 약 10℃ 내지 약 110℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 10℃ 내지 약 150℃, 약 10℃ 내지 약 180℃, 약 30℃ 내지 약 70℃, 약 30℃ 내지 약 90℃, 약 30℃ 내지 약 100℃, 약 30℃ 내지 약 110℃, 약 30℃ 내지 약 120℃, 약 30℃ 내지 약 150℃, 약 30℃ 내지 약 180℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 110℃, 약 50℃ 내지 약 120℃, 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 180℃, 약 70℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 110℃, 약 70℃ 내지 약 120℃, 약 70℃ 내지 약 150℃, 약 70℃ 내지 약 180℃, 약 90℃ 내지 약 110℃, 약 90℃ 내지 약 120℃, 약 90℃ 내지 약 150℃, 약 90℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 110℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 150℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 또는 약 160℃ 내지 약 180℃의 범위이다.

일부 실시양태에서, 방법은 제2 전구체 용액을 제1 온도에서 제1 시간 양 동안 교반한 후에 제2 전구체 용액의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 변화시키는 단계를 임의로 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 온도는 약 180℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 30℃ 이하, 또는 약 10℃ 이하이다. 일부 실시양태에서, 제2 온도는 약 10℃ 내지 약 50℃, 약 10℃ 내지 약 70℃, 약 10℃ 내지 약 90℃, 약 10℃ 내지 약 100℃, 약 10℃ 내지 약 110℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 10℃ 내지 약 150℃, 약 10℃ 내지 약 180℃, 약 30℃ 내지 약 70℃, 약 30℃ 내지 약 90℃, 약 30℃ 내지 약 100℃, 약 30℃ 내지 약 110℃, 약 30℃ 내지 약 120℃, 약 30℃ 내지 약 150℃, 약 30℃ 내지 약 180℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 110℃, 약 50℃ 내지 약 120℃, 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 180℃, 약 70℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 110℃, 약 70℃ 내지 약 120℃, 약 70℃ 내지 약 150℃, 약 70℃ 내지 약 180℃, 약 90℃ 내지 약 110℃, 약 90℃ 내지 약 120℃, 약 90℃ 내지 약 150℃, 약 90℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 110℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 150℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 또는 약 160℃ 내지 약 180℃의 범위이다. 제2 전구체 용액의 온도는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법 (예를 들어, 핫플레이트, 분젠 버너, 오븐, 빙조)에 따라 변화시킬 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 방법은 제1 전구체 용액의 제1 양을 제2 전구체 용액 내로 주입하여 초기 혼합 전구체 용액을 형성하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초기 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 (예를 들어, 그를 초과하면 핵형성이 시작되는 제1 요소 대 제2 요소의 몰비)를 초과하며, 이에 의해 제1 및 제2 요소를 포함하는 나노입자의 형성을 유발하는 것이 유리할 수 있는 것으로 인식된 바 있다. 핵형성 역치는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 요소의 주어진 양 (예를 들어, 제2 전구체 용액에서의)에 대해, 제1 요소의 다양한 양 (예를 들어, 제1 전구체 용액에서의)이 주입될 수 있고, 핵형성 역치는 나노입자가 핵형성하기 시작하는 몰비로서 확인될 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵형성 역치는 적어도 약 1:20, 적어도 약 1:15, 적어도 약 1:10, 적어도 약 1:8, 적어도 약 1:5, 적어도 약 1:4, 적어도 약 1:3, 적어도 약 1:2, 또는 적어도 약 1:1이다. 일부 실시양태에서, 핵형성 역치는 약 1:1 이하, 약 1:2 이하, 약 1:3 이하, 약 1:4 이하, 약 1:5 이하, 약 1:8 이하, 약 1:10 이하, 약 1:15 이하, 또는 약 1:20 이하이다. 특정 경우에, 핵형성 역치는 약 1:20 내지 약 1:15, 약 1:20 내지 약 1:10, 약 1:20 내지 약 1:8, 약 1:20 내지 약 1:5, 약 1:20 내지 약 1:4, 약 1:20 내지 약 1:3, 약 1:20 내지 약 1:2, 약 1:20 내지 약 1:1, 약 1:15 내지 약 1:10, 약 1:15 내지 약 1:8, 약 1:15 내지 약 1:5, 약 1:15 내지 약 1:4, 약 1:15 내지 약 1:3, 약 1:15 내지 약 1:2, 약 1:15 내지 약 1:1, 약 1:10 내지 약 1:8, 약 1:10 내지 약 1:5, 약 1:10 내지 약 1:4, 약 1:10 내지 약 1:3, 약 1:10 내지 약 1:2, 약 1:10 내지 약 1:1, 약 1:8 내지 약 1:5, 약 1:8 내지 약 1:4, 약 1:8 내지 약 1:3, 약 1:8 내지 약 1:2, 약 1:8 내지 약 1:1, 약 1:5 내지 약 1:4, 약 1:5 내지 약 1:3, 약 1:5 내지 약 1:2, 약 1:5 내지 약 1:1, 약 1:4 내지 약 1:3, 약 1:4 내지 약 1:2, 약 1:4 내지 약 1:1, 약 1:3 내지 약 1:2, 약 1:3 내지 약 1:1, 또는 약 1:2 내지 약 1:1의 범위이다. 일부 실시양태에서, 초기 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 적어도 약 1:20, 적어도 약 1:15, 적어도 약 1:10, 적어도 약 1:8, 적어도 약 1:5, 적어도 약 1:4, 적어도 약 1:3, 적어도 약 1:2, 또는 적어도 약 1:1이다. 일부 실시양태에서, 초기 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 약 1:20 내지 약 1:15, 약 1:20 내지 약 1:10, 약 1:20 내지 약 1:8, 약 1:20 내지 약 1:5, 약 1:20 내지 약 1:4, 약 1:20 내지 약 1:3, 약 1:20 내지 약 1:2, 약 1:20 내지 약 1:1, 약 1:10 내지 약 1:8, 약 1:10 내지 약 1:5, 약 1:10 내지 약 1:4, 약 1:10 내지 약 1:3, 약 1:10 내지 약 1:2, 약 1:10 내지 약 1:1, 약 1:5 내지 약 1:2, 약 1:5 내지 약 1:1, 약 1:4 내지 약 1:2, 약 1:4 내지 약 1:1, 약 1:3 내지 약 1:1, 또는 약 1:2 내지 약 1:1의 범위이다.

또한, 일부 실시양태에서, 제2 요소의 농도는 초기 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소의 농도를 초과하는 것이 바람직할 수 있는 것으로 인식된 바 있다. 예를 들어, 제1 요소가 초기 핵형성 공정 (예를 들어, 초기 주입 단계) 동안 실질적으로 소모된다면, 추가의 나노입자를 형성하기 위해 잔류하는 제1 요소의 양이 불충분할 수 있다. 따라서, 나노입자의 형성은 초기 주입 단계로 제한될 수 있다. 일부 경우에, 복수의 나노입자의 실질적으로 모든 나노입자는 초기 주입 단계 동안 형성되는 것이 유리할 수 있는데, 그 이유는 나노입자의 성장이 상이한 단계 동안 (예를 들어, 제1 전구체 용액의 혼합 전구체 용액 내로의 다중 주입 후) 형성된 나노입자의 성장보다 더 균일할 수 있기 때문이다. 일부 실시양태에서, 제2 요소 대 제1 요소의 몰비는 적어도 약 1:1, 적어도 약 2:1, 적어도 약 3:1, 적어도 약 4:1, 적어도 약 5:1, 적어도 약 8:1, 적어도 약 10:1, 적어도 약 15:1, 또는 적어도 약 20:1이다. 일부 실시양태에서, 제2 요소 대 제1 요소의 몰비는 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 3:1, 약 1:1 내지 약 4:1, 약 1:1 내지 약 5:1, 약 1:1 내지 약 8:1, 약 1:1 내지 약 10:1, 약 1:1 내지 약 15:1, 약 1:1 내지 약 20:1, 약 2:1 내지 약 5:1, 약 2:1 내지 약 8:1, 약 2:1 내지 약 10:1, 약 2:1 내지 약 15:1, 약 2:1 내지 약 20:1, 약 5:1 내지 약 10:1, 약 5:1 내지 약 15:1, 약 5:1 내지 약 20:1, 또는 약 10:1 내지 약 20:1의 범위이다.

일부 실시양태에서, 초기 혼합 전구체 용액은 계면활성제를 추가로 포함한다. 적합한 계면활성제의 비제한적 예는 올레산, 올레일아민, 옥틸아민, 옥타데실아민, 소듐 도데실 술페이트 (SDS), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 글리세롤, 디옥틸 소듐 술포숙시네이트, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 및 디에틸 술포숙시네이트를 포함한다. 일부 경우에, 계면활성제의 농도는 핵형성 속도에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에, 계면활성제의 농도가 증가할수록 핵형성 속도를 감소시킬 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은 초기 혼합 전구체 용액을 제2 온도에서 제2 시간 기간 동안 교반하는 것을 포함한다. 특정 경우에, 제2 시간 기간은 상대적으로 짧다. 제2 시간 기간은, 일부 경우에, 약 50분 이하, 약 30분 이하, 약 20분 이하, 약 15분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하, 약 1분 이하, 약 30초 이하, 약 10초 이하, 약 5초 이하, 또는 약 1초 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 시간 기간은 약 1초 내지 약 10초, 약 1초 내지 약 30초, 약 1초 내지 약 1분, 약 1초 내지 약 5분, 약 1초 내지 약 10분, 약 1초 내지 약 15분, 약 1초 내지 약 20분, 약 1초 내지 약 30분, 약 1초 내지 약 50분, 약 10초 내지 약 30초, 약 10초 내지 약 1분, 약 10초 내지 약 5분, 약 10초 내지 약 10분, 약 10초 내지 약 15분, 약 10초 내지 약 20분, 약 10초 내지 약 30분, 약 10초 내지 약 50분, 약 30초 내지 약 1분, 약 30초 내지 약 5분, 약 30초 내지 약 10분, 약 30초 내지 약 15분, 약 30초 내지 약 20분, 약 30초 내지 약 30분, 약 30초 내지 약 50분, 약 1분 내지 약 5분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 15분, 약 1분 내지 약 20분, 약 1분 내지 약 30분, 약 1분 내지 약 50분, 약 5분 내지 약 30분, 약 5분 내지 약 50분, 약 10분 내지 약 30분, 또는 약 10분 내지 약 50분의 범위이다.

일부 경우에, 방법은 초기 혼합 전구체 용액의 온도를 제2 온도에서 제3 온도로 변화시키는 것을 임의로 포함한다. 일부 실시양태에서, 제3 온도는 상대적으로 낮다. 제3 온도는, 일부 경우에, 약 180℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 30℃ 이하, 또는 약 10℃ 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제3 온도는 약 10℃ 내지 약 50℃, 약 10℃ 내지 약 70℃, 약 10℃ 내지 약 90℃, 약 10℃ 내지 약 100℃, 약 10℃ 내지 약 110℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 10℃ 내지 약 150℃, 약 10℃ 내지 약 180℃, 약 30℃ 내지 약 70℃, 약 30℃ 내지 약 90℃, 약 30℃ 내지 약 100℃, 약 30℃ 내지 약 110℃, 약 30℃ 내지 약 120℃, 약 30℃ 내지 약 150℃, 약 30℃ 내지 약 180℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 110℃, 약 50℃ 내지 약 120℃, 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 180℃, 약 70℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 110℃, 약 70℃ 내지 약 120℃, 약 70℃ 내지 약 150℃, 약 70℃ 내지 약 180℃, 약 90℃ 내지 약 110℃, 약 90℃ 내지 약 120℃, 약 90℃ 내지 약 150℃, 약 90℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 110℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 150℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 또는 약 160℃ 내지 약 180℃의 범위이다. 초기 혼합 전구체 용액의 온도는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법 (예를 들어, 핫플레이트, 분젠 버너, 오븐, 빙조)에 따라 변화시킬 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 방법은 제1 전구체 용액의 일정량을 혼합 전구체 용액 (예를 들어, 초기 혼합 전구체 용액) 내로 주입하는 것을 포함하는 하나 이상의 추가의 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 1회 이상의 추가의 주입은 1회 주입, 2회 주입, 3회 주입, 4회 주입, 또는 5회 또는 그 초과의 주입을 포함한다. 일부 경우에, 적어도 1회의 추가의 주입 (예를 들어, 제1 전구체 용액의) 후에 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만이다. 일부 실시양태에서, 적어도 1회의 추가의 주입 (예를 들어, 제1 전구체 용액의) 후에 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 약 1:1 이하, 약 1:2 이하, 약 1:3 이하, 약 1:4 이하, 약 1:5 이하, 약 1:8 이하, 약 1:10 이하, 약 1:15 이하, 또는 약 1:20 이하이다. 특정 실시양태에서, 적어도 1회의 추가의 주입 후에 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 약 1:20 내지 약 1:15, 약 1:20 내지 약 1:10, 약 1:20 내지 약 1:8, 약 1:20 내지 약 1:5, 약 1:20 내지 약 1:4, 약 1:20 내지 약 1:3, 약 1:20 내지 약 1:2, 약 1:20 내지 약 1:1, 약 1:10 내지 약 1:8, 약 1:10 내지 약 1:5, 약 1:10 내지 약 1:4, 약 1:10 내지 약 1:3, 약 1:10 내지 약 1:2, 약 1:10 내지 약 1:1, 약 1:5 내지 약 1:2, 약 1:5 내지 약 1:1, 약 1:4 내지 약 1:2, 약 1:4 내지 약 1:1, 약 1:3 내지 약 1:1, 또는 약 1:2 내지 약 1:1의 범위이다.

특정 경우에, 방법은 하나 이상의 추가의 주입 단계를 포함하며, 여기서 이러한 주입 단계가 초기 주입 단계 동안 형성된 나노입자의 성장을 유발할 수 있기 때문에, 혼합 전구체 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만으로 유지되는 것이 유리할 수 있는 것으로 인식된 바 있다. 일부 경우에, 제1 요소 대 제2 요소의 몰비를 핵형성 역치 미만으로 유지하는 것은 추가의 주입 단계 후에 추가의 나노입자의 형성을 방지하며, 이에 의해 나노입자 형성을 초기 주입 단계로 국한한다. 일부 경우에, 실질적으로 모든 나노입자가 상이한 단계 (예를 들어, 추가의 주입 단계) 동안 대신에 초기 주입 단계 동안 형성되기 때문에, 복수의 상대적으로 단분산인 나노입자가 형성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 추가의 주입 단계는 초기 주입 단계 동안 형성된 나노입자의 성장을 유발하여, 상대적으로 큰 나노입자를 생성할 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은 하나 이상의 추가의 주입 단계 중 적어도 하나 후에 혼합 전구체 용액을 일정 시간 기간 동안 교반하는 것을 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 방법은 각각의 하나 이상의 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체 용액을 일정 시간 기간 동안 교반하는 것을 추가로 포함한다. 특정 경우에, 상기 시간 기간은 상대적으로 짧다. 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체 용액이 교반되는 시간 기간은, 일부 경우에, 약 50분 이하, 약 30분 이하, 약 20분 이하, 약 15분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하, 약 1분 이하, 약 30초 이하, 약 10초 이하, 약 5초 이하, 또는 약 1초 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체 용액이 교반되는 시간 기간은 약 1초 내지 약 10초, 약 1초 내지 약 30초, 약 1초 내지 약 1분, 약 1초 내지 약 5분, 약 1초 내지 약 10분, 약 1초 내지 약 15분, 약 1초 내지 약 20분, 약 1초 내지 약 30분, 약 1초 내지 약 50분, 약 10초 내지 약 30초, 약 10초 내지 약 1분, 약 10초 내지 약 5분, 약 10초 내지 약 10분, 약 10초 내지 약 15분, 약 10초 내지 약 20분, 약 10초 내지 약 30분, 약 10초 내지 약 50분, 약 30초 내지 약 1분, 약 30초 내지 약 5분, 약 30초 내지 약 10분, 약 30초 내지 약 15분, 약 30초 내지 약 20분, 약 30초 내지 약 30분, 약 30초 내지 약 50분, 약 1분 내지 약 5분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 15분, 약 1분 내지 약 20분, 약 1분 내지 약 30분, 약 1분 내지 약 50분, 약 5분 내지 약 30분, 약 5분 내지 약 50분, 약 10분 내지 약 30분, 또는 약 10분 내지 약 50분의 범위이다. 혼합 전구체 용액이 2개 이상의 추가의 주입 단계 후에 교반되는 실시양태에서, 상이한 추가의 주입 단계 후에 용액이 교반되는 시간 기간은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은 하나 이상의 추가의 주입 단계 중 적어도 하나 후에 (예를 들어, 일정 시간 기간 동안 교반한 후에) 혼합 전구체 용액의 온도를 변화시키는 것을 임의로 포함한다. 특정 실시양태에서, 방법은 각각의 하나 이상의 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체 용액의 온도를 변화시키는 것을 임의로 포함한다. 일부 실시양태에서, 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체 용액이 변화되는 온도는 상대적으로 낮다. 상기 온도는, 일부 경우에, 약 180℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 30℃ 이하, 또는 약 10℃ 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 추가의 주입 단계 후에 혼합 전구체가 변화되는 온도는 약 10℃ 내지 약 50℃, 약 10℃ 내지 약 70℃, 약 10℃ 내지 약 90℃, 약 10℃ 내지 약 100℃, 약 10℃ 내지 약 110℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 10℃ 내지 약 150℃, 약 10℃ 내지 약 180℃, 약 30℃ 내지 약 70℃, 약 30℃ 내지 약 90℃, 약 30℃ 내지 약 100℃, 약 30℃ 내지 약 110℃, 약 30℃ 내지 약 120℃, 약 30℃ 내지 약 150℃, 약 30℃ 내지 약 180℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 110℃, 약 50℃ 내지 약 120℃, 약 50℃ 내지 약 150℃, 약 50℃ 내지 약 180℃, 약 70℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 110℃, 약 70℃ 내지 약 120℃, 약 70℃ 내지 약 150℃, 약 70℃ 내지 약 180℃, 약 90℃ 내지 약 110℃, 약 90℃ 내지 약 120℃, 약 90℃ 내지 약 150℃, 약 90℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 110℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 150℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 또는 약 160℃ 내지 약 180℃의 범위이다. 혼합 전구체 용액의 온도는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법 (예를 들어, 핫플레이트, 분젠 버너, 오븐, 빙조)에 따라 변화시킬 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은 제3 용매를 혼합 전구체 용액에 첨가하는 것을 추가로 포함한다. 제3 용매의 첨가는, 일부 경우에, 나노입자를 단리할 수 있다. 제3 용매는 나노입자를 용매화하지 않는 임의의 용매일 수 있다. 적합한 용매의 예는 작은 알킬 쇄 알콜 (예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올), 에틸 아세테이트, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 톨루엔, 클로로포름 및 아세톤을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

방법이 제1 전구체 용액을 제2 전구체 용액 내로 (및 후속적으로 혼합 전구체 용액 내로) 첨가하는 것을 수반하는 주입 단계를 포함하는 것으로 기재되었지만, 방법은 제2 전구체 용액을 제1 전구체 용액 내로 (및 후속적으로 혼합 전구체 용액 내로) 첨가하는 것을 수반하는 주입 단계를 대신에 포함할 수 있는 것으로 인지되어야 한다. 일부 이러한 경우에, 제1 요소의 농도는 초기 혼합 전구체 용액에서의 제2 요소의 농도를 초과하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 제2 요소가 초기 핵형성 공정 (예를 들어, 초기 주입 단계) 동안 실질적으로 소모된다면, 추가의 나노입자를 형성하기 위해 잔류하는 제2 요소의 양이 불충분할 수 있고, 나노입자 형성은 유리하게는 초기 주입 단계로 제한될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 적어도 약 1:1, 적어도 약 2:1, 적어도 약 3:1, 적어도 약 4:1, 적어도 약 5:1, 적어도 약 8:1, 적어도 약 10:1, 적어도 약 15:1, 또는 적어도 약 20:1이다. 일부 실시양태에서, 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 3:1, 약 1:1 내지 약 4:1, 약 1:1 내지 약 5:1, 약 1:1 내지 약 8:1, 약 1:1 내지 약 10:1, 약 1:1 내지 약 15:1, 약 1:1 내지 약 20:1, 약 2:1 내지 약 5:1, 약 2:1 내지 약 8:1, 약 2:1 내지 약 10:1, 약 2:1 내지 약 15:1, 약 2:1 내지 약 20:1, 약 5:1 내지 약 10:1, 약 5:1 내지 약 15:1, 약 5:1 내지 약 20:1, 또는 약 10:1 내지 약 20:1의 범위이다.

본원에 기재된 단분산 나노입자는, 일부 경우에, IR 방사선을 흡수할 수 있는 장치에 사용될 수 있다. 적합한 장치의 비제한적 예는 IR 광검출기, IR 상향-변환 장치 및 IR 태양 전지를 포함한다. 일부 경우에, 장치는 복수의 층을 포함한다. 장치의 층은, 특정 실시양태에서, 가전자대 에너지 (예를 들어, 이온화 전위)를 갖는 가전자대 (예를 들어, 가장 높은 채워진 에너지 준위) 및 전도대 에너지 (예를 들어, 전자 친화도)를 갖는 전도대 (예를 들어, 가장 낮은 채워지지 않은 에너지 준위)에 의해 특징화될 수 있다. 일부 경우에, 장치의 층은 스핀-코팅, 분무-코팅, 잉크젯 인쇄, 진공 침착 (예를 들어, 스퍼터링, 화학 증착) 및/또는 임의의 다른 적합한 침착 기술을 사용하여 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노입자는 1종 이상의 결합제와 혼합될 수 있다. 적합한 결합제의 예는 1,2-에탄디티올 (EDT), 1,2-벤젠디티올 (1,2-BDT), 1,3-벤젠디티올 (1,3-BDT), 1,4-벤젠디티올 (1,4-BDT), 3-메르캅토프로피온산 (MPA), 1,2-에틸렌디아민 (EDA), 티오시안산암모늄 (SCN), 테트라부틸암모늄 아이오다이드 (TBAI), 테트라부틸암모늄 브로마이드 (TBABr), 테트라부틸암모늄 클로라이드 (TBACl) 및 테트라부틸암모늄 플루오라이드 (TBAF)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

일부 실시양태에서, IR-흡수 장치는 IR 광검출기이다. IR 광검출기는 일반적으로 IR 방사선을 흡수하여 반응 (예를 들어, 전류 흐름)을 발생시킬 수 있는 장치를 지칭한다. 일부 실시양태에서, IR 광검출기는 애노드, 캐소드, 및 본원에 기재된 단분산 나노입자를 포함하는 IR-흡수 층을 포함한다. 단분산 나노입자는 IR 방사선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정공은 제1 방향으로 (예를 들어, 애노드를 향해) 수송될 수 있고, 전자는 제2의, 실질적으로 반대 방향으로 (예를 들어, 캐소드를 향해) 수송될 수 있다. 특정 실시양태에서, 단분산, IR-흡수 나노입자 층은 IR 광검출기가 특정한 파장에서의 방사선을 선택적으로 검출하도록 할 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, IR 광검출기는 표준적인, 또는 정형적인 아키텍처를 갖는다. 표준적인 아키텍처를 갖는 IR 광검출기의 예시적인 개략도가 도 1에 제시되어 있다. 도 1에서, IR 광검출기(100)는 기판(102), 애노드(104), 임의적 전자 차단 층(106), 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108), 임의적 정공 차단 층(110) 및 캐소드(112)를 포함하는 다층 구조이다. 도 1에 제시된 바와 같이, 애노드(104)는 기판(102)에 인접 위치될 수 있고, 임의적 전자 차단 층(106)은 애노드(104)에 인접 위치될 수 있다. 캐소드(112)는 IR 광검출기(100)의 반대 단부 상에 위치될 수 있고, 임의적 정공 차단 층(110)은 캐소드(112)에 인접 위치될 수 있다. 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108)은 제1 면 상의 임의적 전자 차단 층(106)과 제2의, 실질적인 반대 면 상의 임의적 정공 차단 층(110) 사이에 위치될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 층이 또 다른 층 "상에", "위에" 또는 또 다른 층에 "인접해" 있는 것으로서 지칭될 경우에, 이는 직접적으로 층 상에, 층 위에, 또는 층에 인접해 있을 수 있거나, 또는 개재 층이 또한 존재할 수도 있다. "직접적으로 또 다른 층 상에 있는", "직접적으로 또 다른 층에 인접해 있는", 또는 "또 다른 층과 접촉 상태에 있는" 층은 개재 층이 존재하지 않는 것을 의미한다. 마찬가지로, 2개의 층 "사이에" 위치된 층은 직접적으로 2개의 층 사이에 있을 수 있어, 개재 층이 존재하지 않거나, 또는 개재 층이 존재할 수도 있다.

작동 시, 역방향 바이어스 전압이 광검출기(100)에 인가될 수 있다. IR 방사선은 기판(102)을 통해 광검출기(100)에 진입하여, 애노드(104) 및 임의적 전자 차단 층(106)을 통과할 수 있다. 이어서, IR 방사선은 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108)에서 전자를 여기시켜, 전자-정공 쌍 (예를 들어, 여기자)의 생성을 유발할 수 있다. 전자는 임의적 정공 차단 층(110)을 통해 캐소드(112)로 수송될 수 있고, 반면 정공은 임의적 전자 차단 층(106)을 통해 애노드(104)로 수송될 수 있으며, 이에 의해 측정가능한 광전류가 발생할 수 있다.

일부 실시양태에서, 광검출기에 인가되는 역방향 바이어스 전압은 상대적으로 낮을 수 있다. 일부 경우에, 역방향 바이어스 전압의 크기는 약 10 V 이하, 약 5 V 이하, 약 4 V 이하, 약 3 V 이하, 약 2 V 이하, 또는 약 1 V 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 역방향 바이어스 전압의 크기는 약 0 V 내지 약 1 V, 약 0 V 내지 약 2 V, 약 0 V 내지 약 3 V, 약 0 V 내지 약 4 V, 약 0 V 내지 약 5 V, 약 0 V 내지 약 10 V, 약 1 V 내지 약 2 V, 약 1 V 내지 약 3 V, 약 1 V 내지 약 4 V, 약 1 V 내지 약 5 V, 약 1 V 내지 약 10 V, 약 2 V 내지 약 3 V, 약 2 V 내지 약 4 V, 약 2 V 내지 약 5 V, 약 2 V 내지 약 10 V, 또는 약 5 V 내지 약 10 V의 범위일 수 있다.

도 1에 제시된 바와 같이, IR 광검출기(100)는 정공 차단 층(110)을 임의로 포함할 수 있다. 정공 차단 층 (HBL)은 일반적으로 장치의 2개 이상의 층 사이의 정공의 수송을 억제하는 층을 지칭한다. 일부 경우에, 하나의 층으로부터 또 다른 층으로의 정공의 수송을 억제하는 것은, 이러한 수송을 억제하는 것이 암전류 (예를 들어, 단분산 나노입자 층에 의한 IR 흡수의 부재에서도 장치를 통해 흐르는 전류)를 감소시킬 수 있기 때문에, 유리할 수 있다. 예를 들어, 암전류를 감소시키는 것은 IR 광검출기의 증진된 성능 특징 (예를 들어, 보다 높은 검출능)을 유발할 수 있다.

일부 경우에, 정공 차단 층(110)은, 캐소드(112)의 일 함수와 정공 차단 층(110)의 가전자대 에너지 사이에 실질적으로 큰 갭이 있기 때문에, 역방향 바이어스 하에 캐소드(112)로부터 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108)으로의 정공의 수송을 억제할 수 있다. 예를 들어, 캐소드의 일 함수와 정공 차단 층의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 적어도 약 0.5 eV, 적어도 약 1 eV, 적어도 약 1.5 eV, 적어도 약 2 eV, 적어도 약 2.5 eV, 적어도 약 3 eV, 적어도 약 4 eV, 또는 적어도 약 5 eV일 수 있다. 일부 경우에, 캐소드의 일 함수와 정공 차단 층의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.5 eV 내지 약 1 eV, 약 0.5 eV 내지 약 1.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 3 eV, 약 0.5 eV 내지 약 4 eV, 약 0.5 eV 내지 약 5 eV, 약 1 eV 내지 약 2 eV, 약 1 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1 eV 내지 약 3 eV, 약 1 eV 내지 약 4 eV, 약 1eV 내지 약 5 eV, 약 1.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1.5 eV 내지 약 3 eV, 약 1.5 eV 내지 약 4 eV, 약 1.5 eV 내지 약 5 eV, 약 2 eV 내지 약 3 eV, 약 2 eV 내지 약 4 eV, 또는 약 2 eV 내지 약 5 eV의 범위이다.

일부 실시양태에서, 정공 차단 층의 가전자대 에너지는 상대적으로 높다. 예를 들어, 정공 차단 층의 가전자대 에너지 크기는 적어도 약 5 eV, 적어도 약 5.5 eV, 적어도 약 6 eV, 적어도 약 6.5 eV, 적어도 약 7 eV, 적어도 약 7.5 eV, 적어도 약 8 eV, 적어도 약 9 eV, 또는 적어도 약 10 eV일 수 있다. 일부 경우에, 정공 차단 층의 가전자대 에너지 크기는 약 5 eV 내지 약 6 eV, 약 5 eV 내지 약 7 eV, 약 5 eV 내지 약 8 eV, 약 5 eV 내지 약 9 eV, 약 5 eV 내지 약 10 eV, 약 6 eV 내지 약 7 eV, 약 6 eV 내지 약 8 eV, 약 6 eV 내지 약 9 eV, 약 6 eV 내지 약 10 eV, 약 7 eV 내지 약 8 eV, 약 7 eV 내지 약 9 eV, 약 7 eV 내지 약 10 eV, 약 8 eV 내지 약 9 eV, 또는 약 8 eV 내지 약 10 eV의 범위이다.

특정 실시양태에서, 정공 차단 층은 유기 물질을 포함한다. HBL을 위한 적합한 유기 물질의 비제한적 예는 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀론) 알루미늄 (Alq₃), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C₆₀ 및 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 정공 차단 층은 무기 물질을 포함한다. HBL을 위한 적합한 무기 물질의 비제한적 예는 산화아연 (ZnO), 이산화티타늄 (TiO₂), 일산화규소 (SiO), 이산화규소 (SiO₂), 질화규소 (Si₃N₄) 및 알루미나 (Al₂O₃)를 포함한다. 특정 경우에, HBL은 나노입자의 층을 포함한다.

도 1에 제시된 바와 같이, IR 광검출기(100)는 전자 차단 층(106)을 임의로 포함할 수 있다. 전자 차단 층 (EBL)은 일반적으로 장치의 2개 이상의 층 사이의 전자의 수송을 억제하는 층을 지칭한다. 일부 경우에, 하나의 층으로부터 또 다른 층으로의 전자의 수송을 억제하는 것은, 이러한 수송을 억제하는 것이 암전류를 감소시킬 수 있기 때문에, 유리할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 암전류를 감소시키는 것은 유리하게는 IR 광검출기의 특정 성능 특징을 개선시킬 수 있다.

일부 경우에, EBL(106)은, 애노드(104)의 일 함수와 전자 차단 층(108)의 전도대 에너지 사이에 실질적으로 큰 갭이 있기 때문에, 역방향 바이어스 하에 애노드(104)로부터 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108)으로의 전자의 수송을 억제할 수 있다. 예를 들어, 애노드의 일 함수와 전자 차단 층의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 적어도 약 0.5 eV, 적어도 약 1 eV, 적어도 약 1.5 eV, 적어도 약 2 eV, 적어도 약 2.5 eV, 적어도 약 3 eV, 적어도 약 4 eV, 또는 적어도 약 5 eV일 수 있다. 일부 경우에, 애노드의 일 함수와 전자 차단 층의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.5 eV 내지 약 1 eV, 약 0.5 eV 내지 약 1.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 3 eV, 약 0.5 eV 내지 약 4 eV, 약 0.5 eV 내지 약 5 eV, 약 1 eV 내지 약 2 eV, 약 1 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1 eV 내지 약 3 eV, 약 1 eV 내지 약 4 eV, 약 1eV 내지 약 5 eV, 약 1.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1.5 eV 내지 약 3 eV, 약 1.5 eV 내지 약 4 eV, 약 1.5 eV 내지 약 5 eV, 약 2 eV 내지 약 3 eV, 약 2 eV 내지 약 4 eV, 또는 약 2 eV 내지 약 5 eV의 범위일 수 있다.

특정 실시양태에서, 전자 차단 층의 전도대 에너지는 상대적으로 낮을 수 있다. 일부 경우에, 전자 차단 층의 전도대 에너지 크기는 약 3 eV 이하, 약 2.5 eV 이하, 약 2 eV 이하, 약 1.5 eV 이하, 약 1 eV 이하, 또는 약 0.5 eV 이하이다. 일부 경우에, 전자 차단 층의 전도대 에너지 크기는 약 0.5 eV 내지 약 1 eV, 약 0.5 eV 내지 약 1.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2 eV, 약 0.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 0.5 eV 내지 약 3 eV, 약 1 eV 내지 약 1.5 eV, 약 1 eV 내지 약 2 eV, 약 1 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1 eV 내지 약 3 eV, 약 1.5 eV 내지 약 2 eV, 약 1.5 eV 내지 약 2.5 eV, 약 1.5 eV 내지 약 3 eV, 약 2 eV 내지 약 2.5 eV, 또는 약 2.5 eV 내지 약 3 eV의 범위이다.

일부 실시양태에서, 전자 차단 층은 유기 물질을 포함한다. EBL을 위한 적합한 유기 물질의 비제한적 예는 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민 (NPB), N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴)벤지딘 (TPD), 폴리(9,9-디옥틸-플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)디페닐아민) (TPB), 폴리-N,N-비스-4-부틸페닐-N,N-비스-페닐벤지딘 (폴리-TPD) 및 폴리스티렌-N,N-디페닐-N,N-비스(4-n-부틸페닐)-(1,10-비페닐)-4,4-디아민-퍼플루오로시클로부탄 (PS-TPD-PFCB)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전자 차단 층은 무기 물질을 포함한다. EBL을 위한 적합한 무기 물질의 비제한적 예는 NiO 및 CuO를 포함한다. 특정 경우에, EBL은 나노입자의 층을 포함한다.

도 1에 제시된 바와 같이, IR 광검출기(100)는 표준적인 아키텍처를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판(102)은 IR 방사선이 단분산, IR-흡수 나노입자 층(108)에 의해 검출되도록 하기 위해 IR 방사선에 대해 충분히 투명하다. 기판(102)을 위한 적합한 물질의 예는 유리, 플라스틱 및 석영을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 도 1에 제시된 바와 같이, 애노드(104)는 기판(102)에 인접 위치될 수 있다. 일부 경우에, 애노드(104)도 또한 IR 방사선에 대해 투명하다. 애노드를 위한 적합한 물질의 비제한적 예는 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), 임의의 다른 적합한 투명한 전도성 산화물, 탄소 나노튜브, 은 나노와이어 및 그의 조합을 포함한다. 도 1은 또한 IR 광검출기(100)가 캐소드(112)를 포함할 수 있다는 것을 제시한다. 캐소드(112)는 반드시 IR 방사선에 대해 투명하지 않을 수도 있다. 캐소드를 위한 적합한 물질의 예는 Ca, Mg, Al, Ag, Au, Ti, W, LiF/Al, Ca:Mg, LiF/Al/ITO, Ag/ITO, CsCO₃/ITO, Ba/Al 및 그의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 캐소드는 고도로 반사성일 수 있다.

대안적으로, 일부 실시양태에서, IR 광검출기는 반전된 아키텍처를 갖는다 (제시되지 않음). 반전된 아키텍처에서, 캐소드는 기판에 인접 위치될 수 있다. 따라서, 반전된 아키텍처를 갖는 IR 광검출기에서, 캐소드는 IR 방사선에 대해 투명할 수 있다. 캐소드를 위한 적합한 물질의 비제한적 예는 산화인듐주석 (ITO), 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 은 및 그의 조합을 포함한다. 반대로, 애노드는 반드시 IR 방사선에 대해 투명하지 않을 수도 있다. 애노드를 위한 적합한 물질의 비제한적 예는 상기 열거된 애노드 물질 외에도, 금, 은, 백금, 마그네슘, 칼슘 및 그의 조합을 포함한다.

관련 기술분야의 통상의 기술자라면 애노드, 캐소드, 정공 차단 층, 전자 차단 층 및 다른 층의 적절한 조합을 그의 상대 일 함수, 가전자대 에너지, 전도대 에너지, 층 상용성, 및 그의 제작 동안 사용된 임의의 목적하는 침착 방법의 성질에 의해 용이하게 확인할 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 기재된 IR 광검출기는 유리한 것으로 인식된 바 있는 특성을 갖는다. 예를 들어, IR 광검출기는 높은 비검출능, 높은 반응도 및/또는 높은 외부 양자 효율 (EQE)을 나타낼 수 있다. 비검출능은 일반적으로 광검출기의 감수성에 관한 성능 지수를 지칭할 수 있으며, 이는 방정식 3을 사용하여 나타낼 수 있다:

여기서 R은 반응도 (예를 들어, 광 입력당 전기 전력, 예컨대 광전류의 척도)이고, A는 장치 면적이고, B는 대역폭이고, I_d는 암전류 밀도이고, q는 기본 전하 (1.6 x 10^-19 C)이다. 일부 실시양태에서, IR 광검출기는 적어도 약 700 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2500 nm, 또는 적어도 약 3000 nm의 파장에서 적어도 약 1 x 10¹⁰ 존스, 적어도 약 5 x 10¹⁰ 존스, 적어도 약 1 x 10¹¹ 존스, 적어도 약 5 x 10¹¹ 존스, 적어도 약 1 x 10¹² 존스, 또는 적어도 약 1.2 x 10¹² 존스의 비검출능을 갖는다.

일부 실시양태에서, IR 광검출기는 상대적으로 높은 반응도를 가질 수 있다. 특정 경우에, IR 광검출기는 적어도 약 700 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2500 nm, 또는 적어도 약 3000 nm의 파장에서 적어도 약 0.05 A/W, 적어도 약 0.1 A/W, 적어도 약 0.15 A/W, 적어도 약 0.20 A/W, 또는 적어도 약 0.21 A/W의 반응도를 갖는다.

일부 실시양태에서, IR 광검출기는 상대적으로 높은 외부 양자 효율 (EQE)을 가질 수 있다. EQE는 일반적으로 광검출기 상에서 입사 광자의 개수에 대해 생성된 자유 전하 캐리어 개수의 비를 지칭한다. 특정 경우에, IR 광검출기는 적어도 약 700 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2500 nm, 또는 적어도 약 3000 nm의 파장에서 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 또는 적어도 약 50%의 EQE를 갖는다.

일부 실시양태에서, IR 광검출기의 성능은 상대적으로 긴 시간 기간에 걸쳐 공기 중에서 안정적일 수 있다. 특정 경우에, 적어도 약 700 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2500 nm, 또는 적어도 약 3000 nm의 파장에서 광검출기의 비검출능, 반응도, 및/또는 EQE는 적어도 약 1일, 적어도 약 10일, 적어도 약 30일, 적어도 약 60일, 적어도 약 90일, 또는 적어도 약 100일의 기간에 걸쳐 안정적일 수 있다 (예를 들어, 약 20% 또는 그 미만, 약 10% 또는 그 미만, 약 5% 또는 그 미만, 또는 약 1% 또는 그 미만 이하의 변화).

일부 실시양태에서, IR-흡수 장치는 IR 상향-변환 장치이다. IR 상향-변환 장치는 일반적으로 제1 파장에서의 IR 방사선을 흡수하여 제2의, 보다 작은 파장 (예를 들어, 보다 높은 에너지)을 갖는 방사선을 방출할 수 있는 장치를 지칭한다. 예를 들어, IR의 가시선으로의 상향-변환 장치는 IR 방사선을 흡수하여 가시 광선을 방출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상향-변환 장치는 본원에 기재된 단분산 나노입자를 포함하는 IR-흡수 층 및 발광 층을 포함한다. 특정 경우에, 상향-변환 장치는 발광 다이오드 (LED) (예를 들어, 유기 발광 다이오드 (OLED))와 통합된 IR 광검출기를 포함한다. 일부 실시양태에서, LED는 발광 층, 정공 수송 층 (HTL) 및 전자 수송 층 (ETL)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 특정 실시양태에서, 상향-변환 장치는 정공 차단 층 (HBL) 및/또는 전자 차단 층 (EBL)을 추가로 포함할 수 있다.

도 2는 IR 상향-변환 장치(200)의 예시적인 개략도를 제시한다. IR 상향-변환 장치(200)는 기판(202), 애노드(204), 임의적 정공 차단 층(206), 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208), 정공 수송 층(210), 발광 층(212), 전자 수송 층(214) 및 캐소드(216)를 포함한다. 도 2에 제시된 바와 같이, 애노드(204)는 기판(202)에 인접 위치될 수 있고, 임의적 정공 차단 층(206)은 애노드(204)에 인접 위치될 수 있다. 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)의 제1 면은 임의적 정공 차단 층(206)에 인접 위치될 수 있다. 나노입자 층(208)의 제2의, 실질적인 반대 면은 정공 수송 층(210)과 전자 수송 층(214) 사이에 위치된 발광 층(212)을 포함하는 LED (예를 들어, OLED)에 인접 위치될 수 있다. 특히, 나노입자 층(208)은 정공 수송 층(210)에 인접 위치될 수 있다. 전자 수송 층(214)은 캐소드(216)에 인접 위치될 수 있다.

작동 시, 전위가 애노드(204)와 캐소드(216) 사이에 인가될 수 있다. 기판(202) 상의 IR 방사선 입사는 애노드(204) 및 임의적 정공 차단 층(206)을 지나, 전자-정공 쌍을 생성할 수 있는 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)으로 통과할 수 있다. 정공은 정공 수송 층(210)을 통해 발광 층 (212)으로 수송될 수 있으며, 여기서 정공은 캐소드(216)로부터 주입되고 전자 수송 층(214)을 통과한 전자와 조합될 수 있다. 정공 및 전자가 조합될 때, 발광 층(212)은 가시 광선을 방출할 수 있다.

도 2에 제시된 바와 같이, IR 상향-변환 장치(200)는 발광 층(212)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 발광 층은 가시 광선 (예를 들어, 약 400 nm 내지 약 700 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선)을 방출할 수 있다. 발광 층은 가시 스펙트럼의 임의의 일부 (예를 들어, 실질적으로 적색 광, 실질적으로 녹색 광, 실질적으로 청색 광)에서의 광을 방출할 수 있다. 발광 층을 위한 적합한 물질의 비제한적 예는 Alq₃; fac-트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III) ("Ir(ppy)₃"); 이리듐 (III) 비스[(4,6-디-플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜리네이트 ("FIrpic"); 트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐 ("Ir(piq)₃")으로 도핑된 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 ("mCP"); Ir(ppy)₃으로 도핑된 mCP; mCP: FIrpic; tra-(2-페닐피리딘) 이리듐; 및 폴리-[2-메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시) 페닐렌 비닐렌] ("MEH-PPV")을 포함한다.

일부 실시양태에서, IR 상향-변환 장치(200)는 정공 수송 층 (HTL)(210)을 포함한다. 정공 수송 층 (HTL)은 일반적으로 장치의 2개 이상의 층 사이의 정공 수송을 용이하게 하는 층을 지칭한다. 일부 실시양태에서, HTL은 유기 물질을 포함한다. HTL을 위한 적합한 유기 물질의 비제한적 예는 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민 (NPB) 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴)벤지딘 (TPD)을 포함한다.

일부 경우에, HTL(210)은 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)으로부터 발광 층(212)으로의 정공의 수송을 용이하게 한다. HTL(210)은, HTL(210)의 가전자대 에너지가 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)의 가전자대 에너지와 실질적으로 유사하기 때문에, 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)으로부터의 정공의 수송을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, HTL(210)의 가전자대 에너지와 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 약 1 eV 이하, 약 0.8 eV 이하, 약 0.6 eV 이하, 약 0.5 eV 이하, 약 0.4 eV 이하, 약 0.3 eV 이하, 약 0.25 eV 이하, 약 0.2 eV 이하, 약 0.15 eV 이하, 약 0.1 eV 이하, 또는 약 0.05 eV 이하이다. 일부 경우에, HTL(210)의 가전자대 에너지와 단분산, IR-흡수 나노입자 층(208)의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.05 eV 내지 약 0.1 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.05 eV 내지 약 1 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.1 eV 내지 약 1 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.5 eV, 또는 약 0.2 eV 내지 약 1 eV의 범위이다.

일부 경우에, 정공 수송 층(210)은, HTL(210)의 가전자대 에너지가 발광 층(212)의 가전자대 에너지와 실질적으로 유사하기 때문에, 발광 층(212)으로의 정공의 수송을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, HTL(210)의 가전자대 에너지와 발광 층(212)의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 약 1 eV 이하, 약 0.8 eV 이하, 약 0.6 eV 이하, 약 0.5 eV 이하, 약 0.4 eV 이하, 약 0.3 eV 이하, 약 0.25 eV 이하, 약 0.2 eV 이하, 약 0.15 eV 이하, 약 0.1 eV 이하, 또는 약 0.05 eV 이하일 수 있다. 일부 경우에, HTL(210)의 가전자대 에너지와 발광 층(212)의 가전자대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.05 eV 내지 약 0.1 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.05 eV 내지 약 1 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.1 eV 내지 약 1 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.5 eV, 또는 약 0.2 eV 내지 약 1 eV의 범위이다.

일부 실시양태에서, IR 상향-변환 장치(200)는 전자 수송 층 (ETL)(214)을 포함한다. 전자 수송 층은 일반적으로 장치의 2개 이상의 층 사이의 전자 수송을 용이하게 하는 층을 지칭한다. 일부 실시양태에서, ETL은 유기 물질을 포함한다. 적합한 유기 물질의 비제한적 예는 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen) 및 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq₃)을 포함한다.

일부 경우에, ETL(214)은 캐소드(216)로부터 발광 층(212)으로의 전자의 수송을 용이하게 한다. ETL(214)은, ETL(214)의 전도대 에너지가 캐소드(216)의 일 함수와 실질적으로 유사하기 때문에, 캐소드(216)로부터의 전자의 수송을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 캐소드(216)의 일 함수와 ETL(214)의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 약 1 eV 이하, 약 0.8 eV 이하, 약 0.6 eV 이하, 약 0.5 eV 이하, 약 0.4 eV 이하, 약 0.3 eV 이하, 약 0.25 eV 이하, 약 0.2 eV 이하, 약 0.15 eV 이하, 약 0.1 eV 이하, 또는 약 0.05 eV 이하일 수 있다. 일부 경우에, 캐소드(216)의 일 함수와 ETL(214)의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.05 eV 내지 약 0.1 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.05 eV 내지 약 1 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.1 eV 내지 약 1 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.5 eV, 또는 약 0.2 eV 내지 약 1 eV의 범위일 수 있다.

일부 실시양태에서, ETL(214)은, ETL(214)의 전도대 에너지가 발광 층(212)의 전도대 에너지와 실질적으로 유사하기 때문에, 발광 층(212)으로의 전자 수송을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에, 발광 층(212)의 전도대 에너지와 ETL(214)의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 약 1 eV 이하, 약 0.8 eV 이하, 약 0.6 eV 이하, 약 0.5 eV 이하, 약 0.4 eV 이하, 약 0.3 eV 이하, 약 0.25 eV 이하, 약 0.2 eV 이하, 약 0.15 eV 이하, 약 0.1 eV 이하, 또는 약 0.05 eV 이하일 수 있다. 일부 경우에, 발광 층(212)의 전도대 에너지와 ETL(214)의 전도대 에너지 사이의 차이 크기는 약 0.05 eV 내지 약 0.1 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.05 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.05 eV 내지 약 1 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.2 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.1 eV 내지 약 0.5 eV, 약 0.1 eV 내지 약 1 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.3 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.4 eV, 약 0.2 eV 내지 약 0.5 eV, 또는 약 0.2 eV 내지 약 1 eV의 범위일 수 있다.

일부 실시양태에서, IR 상향-변환 장치는 애노드, 캐소드, 정공 차단 층, 전자 차단 층 및/또는 기판을 추가로 포함할 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 상기 개시내용에 기초하여 각 층을 위한 적절한 물질을 확인할 수 있을 것이다. 추가적으로, 도 2에 표준적인 아키텍처를 갖는 IR 상향-변환 장치(200)가 제시되어 있지만, IR 상향-변환 장치는 캐소드가 기판에 인접 위치되는 반전된 아키텍처를 대신에 가질 수 있다는 것이 주목된다.

일부 실시양태에서, IR-흡수 장치는 IR 태양 전지 (예를 들어, IR 광기전력 전지)이다. IR 태양 전지는 일반적으로 IR 방사선 (예를 들어, 태양에 의해 방출된 IR 방사선)을 흡수하여 전기를 발생시킬 수 있는 장치를 지칭한다. 일부 실시양태에서, IR 태양 전지는 애노드, 캐소드, 및 본원에 기재된 단분산 나노입자를 포함하는 IR-흡수 층을 포함한다. 또한, IR 태양 전지는 전자 추출 층 및/또는 정공 추출 층을 추가로 포함할 수 있다.

도 3은 IR 태양 전지(300)의 예시적인 개략도를 제시한다. 도 3에 제시된 바와 같이, IR 태양 전지(300)는 기판(302), 애노드(304), 임의적 정공 추출 층(306), 단분산, IR-흡수 나노입자 층(308), 임의적 전자 추출 층(310) 및 캐소드(312)를 포함한다. 도 3에 제시된 바와 같이, 애노드(304)는 기판(302)에 인접 위치될 수 있고, 임의적 정공 추출 층(306)은 애노드(304)에 인접 위치될 수 있다. 캐소드(312)는 IR 태양 전지(300)의 반대 단부 상에 위치될 수 있고, 임의적 전자 추출 층(310)은 캐소드(312)에 인접 위치될 수 있다. 단분산, IR-흡수 나노입자 층(308)은 제1 면 상의 임의적 정공 추출 층(306)과 제2의, 실질적인 반대 면 상의 임의적 전자 추출 층(310) 사이에 위치될 수 있다.

IR 태양 전지(300)는 순방향 바이어스 전압 하에 또는 외부 바이어스 전압 없이 작동될 수 있다. 작동 시, IR 방사선은 기판(302)을 통해 IR 태양 전지(300)에 진입하여, 애노드(304) 및 임의적 정공 추출 층(306)을 통과할 수 있다. 이어서, IR 방사선은 단분산, IR-흡수 나노입자 층(308)에서 전자를 여기시켜, 전자-정공 쌍의 생성을 유발할 수 있다. 정공은 임의적 정공 추출 층(306)을 통해 애노드(304)로 수송될 수 있고, 전자는 임의적 전자 추출 층(310)을 통해 캐소드(312)로 수송될 수 있어, 전기 전류가 발생할 수 있다.

일부 실시양태에서, IR 태양 전지는 정공 추출 층을 포함한다. 예를 들어, IR 태양 전지(300)에서, 정공 추출 층(306)은 단분산, IR-흡수 나노입자 층(308)으로부터 애노드(304)로의 정공의 수송을 용이하게 할 수 있다. 특정 실시양태에서, 정공 추출 층은 고도의 n-형 물질을 포함한다. n-형 물질은 일반적으로 정공보다 전자를 고농도로 갖는 물질을 지칭한다 (예를 들어, 페르미 준위가 가전자대보다 전도대에 더 가까이에 있음). 일부 경우에, 정공 추출 층은 큰 일 함수 (예를 들어, 애노드(304)의 일 함수와 실질적으로 유사한 일 함수)를 가질 수 있다. 정공 추출 층을 위한 적합한 물질의 비제한적 예는 산화몰리브데넘 (MoO₃), 산화텅스텐 (WO₃) 및 산화바나듐 (V₂O₅)을 포함한다.

일부 실시양태에서, IR 태양 전지는 전자 추출 층을 포함한다. 예를 들어, IR 태양 전지(300)에서, 전자 추출 층(310)은 단분산, IR-흡수 나노입자 층(308)으로부터 캐소드(312)로의 전자의 수송을 용이하게 할 수 있다. 전자 추출 층을 위한 적합한 물질의 예는 이산화티타늄 (TiO₂), 산화아연 (ZnO), 플루오린화리튬 (LiF), 산화리튬코발트 (LiCoO₂), 플루오린화세슘 (CsF), 탄산세슘 (Cs₂CO₃), 오산화니오븀 (Nb₂O₅), 탄소 나노튜브 (CNT), 산화아연주석 (ZTO) 및 폴리에틸렌 옥시드 (PEO)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

일부 실시양태에서, IR 상향-변환 장치는 애노드, 캐소드 및/또는 기판을 추가로 포함한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 상기 개시내용에 기초하여 각 층을 위한 적절한 물질을 확인할 수 있을 것이다. 추가적으로, 도 3에 표준적인 아키텍처를 갖는 IR 태양 전지(300)가 제시되어 있지만, IR 태양 전지는 캐소드가 기판에 인접 위치되는 반전된 아키텍처를 대신에 가질 수 있다는 것이 주목된다.

일부 실시양태에서, 본원에 기재된 IR 태양 전지는 유리한 것으로 인식된 바 있는 특성을 갖는다. 예를 들어, 단분산, IR-흡수 나노입자 층은 전하 추출을 증진시킬 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 IR 태양 전지는 상대적으로 높은 광전류 효율 (PCE)을 나타낼 수 있다. PCE는 일반적으로 흡수된 광자의 개수에 대해 생성된 전하 캐리어 개수의 비를 지칭한다. 일부 실시양태에서, IR 태양 전지는 적어도 약 700 nm, 적어도 약 1000 nm, 적어도 약 1200 nm, 적어도 약 1500 nm, 적어도 약 1800 nm, 적어도 약 2000 nm, 적어도 약 2500 nm, 또는 적어도 약 3000의 파장에서 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 또는 적어도 약 20%의 광전류 효율을 갖는다.

일부 실시양태에서, 태양 전지판은 복수의 IR 태양 전지를 포함하며, 여기서 IR 태양 전지의 적어도 일부는 단분산, IR-흡수 나노입자 층을 포함한다. 특정 실시양태에서, 태양 전지판은 제1 파장에서의 IR 방사선을 흡수할 수 있는 적어도 1개의 IR 태양 전지 및 제2의, 상이한 파장에서의 IR 방사선을 흡수할 수 있는 적어도 1개의 IR 태양 전지를 포함한다. 태양 전지판은 적어도 2개, 적어도 3개, 적어도 4개, 적어도 5개, 적어도 10개, 적어도 20개, 적어도 50개, 또는 적어도 100개의 IR 태양 전지를 포함할 수 있다.

일부 경우에, 본원에 기재된 장치는 상대적으로 얇을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 장치는 약 1 μm 이하, 약 500 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 50 nm 이하, 또는 약 10 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 일부 경우에, 장치는 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 1 μm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 1 μm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 1 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm 범위의 두께를 가질 수 있다.

실시예 1

본 실시예는 단분산 PbS 나노결정 (NC)의 제작 및 특징화를 기재한다.

2000 nm 초과의 흡수 피크를 갖는 고도의 단분산 PbS 나노결정 (NC)을 다중 주입 방법에 의해 합성하였다. 단분산 NC를 합성하기 위해, 다중 주입 동안 전구체의 몰비를 제어함으로써 핵형성을 성장 공정 동안에는 억제하였다. 선행 기술 방법과 비교하여, NC는 보다 짧은 성장 시간 (30분) 내에 보다 낮은 성장 온도 (105℃)에서 합성되었다.

먼저, 초기 주입 동안의 전구체의 몰비의 효과를 조사하였다. 도 4에 제시된 바와 같이, 납 대 황 (Pb:S) 비를 2:1 내지 8:1에서 다양하게 하여 흡수 스펙트럼을 얻었다. 납 대 황의 비가 증가할수록 보다 큰 파장으로의 피크 이동이 유발되는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 2:1의 Pb:S 비에서는 피크가 약 1000 nm에서 발생하고, 반면 8:1의 Pb:S 비에서는 피크가 약 1600 nm에서 발생한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이는 S에 대한 Pb의 비율이 증가할수록 1000 nm 초과의 파장에서 방사선을 흡수할 수 있는 고도의 단분산 NC가 생성된다는 것을 입증하였다. 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 이는 형성된 초기 핵의 개수를 제어하는 초기 주입에서의 전구체의 비로 인해 발생하였을 수 있다. 전구체 용액에서의 황 단량체의 대부분이 초기 핵형성 기간 동안 소모된다면, 추가의 성장을 개시하기에 불충분한 황 전구체 단량체가 존재하였다. 대신에, 핵형성이 정지되고, 기존 핵의 균일한 성장이 시작되어, 보다 긴 파장을 갖는 방사선을 흡수하는 보다 큰 NC를 생성하였다.

NC의 최종 크기는 초기 핵형성 후에 잔류하는 단량체의 영향을 받는 것으로 인식되었다. 성장 기간을 연장하고 NC의 최종 크기를 증가시키기 위해, 다중 주입 방법을 전개하였다. 상기 기재된 제1 주입 후에, 황 농도가 핵형성을 위한 역치 농도 미만으로 유지되도록 하여 추가의 단량체를 주입하였다. 그 결과, 추가의 황 단량체는 추가의 핵형성 없이 단지 기존 NC를 성장시키는데 사용되었고, 10 nm 초과의 직경을 갖는 PbS NC가 성장되었다. 도 5a는 1회 주입, 2회 주입, 3회 주입 및 4회 주입 후의 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시한다. 도 5a로부터, 제1 주입 후에는 피크가 약 1200 nm에서 발생하고, 제2 주입 후에는 피크가 약 1400 nm에서 발생하며, 제3 주입 후에는 피크가 약 1500 nm에서 발생하며, 제4 주입 후에는 피크가 약 1600 nm에서 발생하였다는 것을 알 수 있다. 이는 추가의 주입이 보다 큰 파장을 갖는 방사선의 흡수를 유도하면서, PbS NC의 크기를 증가시킨다는 것을 입증하였다. 이는 추가로, 비스(트리메틸실릴)술피드 ("TMS") 주입 횟수가 증가할수록, 그리고 이에 수반하여 양자점의 부피가 증가할수록, 증가한 파장에서의 방사선 흡수가 유발되었다는 것을 입증하는 도 5b에서도 알 수 있다. 도 5a의 광학 흡수 스펙트럼은 또한 PbS NC의 단분산도를 입증하였다.

초기 핵형성 및 성장의 우수한 제어로, 2000 nm 초과의 흡수 피크를 갖는 큰 PbS NC가 성장되었다. 도 6a는 테트라클로로에틸렌 (TCE)에서의 상이한 크기의 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시한다. 도 6a에 의해 입증된 바와 같이, 다중 주입 방법에 의해 합성된 PbS NC는 약 1.36 eV (913 nm)에서 약 0.59 eV (2085 nm)로 조정되었다. 저온에서 합성된 NC의 크기 분포는 고온에서 합성된 NC의 크기 분포보다 훨씬 더 좁은 것으로 관찰되었다. 도 6b는 또한 비스(트리메틸실릴)술피드 ("TMS") 주입 횟수가 증가할수록, 그리고 이에 따라 양자점의 부피가 증가할수록, 흡수된 방사선이 보다 긴 파장을 갖는다는 것을 입증하였다.

본 실시예에 기재된 방법을 사용하는 PbS NC 합성의 재현성을 입증하였다. 도 7은 3개의 상이한 배치에서 합성된 PbS NC에 대한 흡수 스펙트럼의 플롯을 제시한다. 흡수 스펙트럼은 모두 동일한 위치에서 피크를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이는 NC의 합성이 고도로 재현가능하고, NC가 장치 적용을 위해 적합하다는 것을 입증하였다.

광검출기를 다중 주입 방법에 따라 합성된 단분산 PbS NC를 이용하여 제작하였다. 광검출기는 ITO 전극, ZnO 정공 차단 층, PbS 양자점의 층, NPB를 포함하는 정공 수송 층 및 MoO₃ 층을 포함하였다. 광검출기는 2000 nm 초과의 IR 반응을 갖는 것으로 밝혀졌다. 도 8a는 광검출기에 사용된 PbS NC의 흡광도 스펙트럼을 제시한다. 광검출기의 에너지 밴드 구조의 개략도가 도 8a의 삽도에 제시되어 있다. 1800 nm에서의 IR 조명 하의 광반응이 입증되었고, 1800 nm에서의 외부 양자 효율은 6.5%인 것으로 밝혀졌다. 1800 nm에서의 검출능은 1x10¹¹ 존스인 것으로 밝혀졌다. 1950 nm에서의 IR 조명 하의 광반응이 또한 분명히 입증되었다. 도 8b는 1950 nm의 피크 흡수 파장에서 암실 및 IR 조명 하의 광검출기의 전류-전압 (I-V) 특징을 제시한다.

실시예 2

본 실시예는 큰, 단분산 PbS NC의 합성 및 다중-스펙트럼 광검출기에서의 NC의 사용을 기재한다.

가시선 및 적외선 (IR) 광검출기는 광 통신, 이미지화, 보안, 레인징(ranging) 및 가전제품에 널리 사용된다. 규소 (Si) 광검출기는 가시선 및 근 IR 영역에서 탁월하지만, 이들은 일반적으로 1000 nm 이상에서는 낮은 감수성을 갖는다. 단파 IR (SWIR) 파장 영역 (1700 nm 이하)에서의 감지를 위해, InGaAs 광검출기가 전형적으로 사용된다. 그러나, InGaAs 이미지 센서는 이들 물질을 성장시키는데 사용되는 에피텍셜 공정 때문에 고가이고, 이들은 단지 NIR 및 SWIR 스펙트럼 영역에서 사용될 수 있다. 350 nm 내지 2000 nm에서 우수한 파장 감수성을 갖는 다중-스펙트럼 센서를 구비하는 것이 바람직하다.

탁월한 감광성, 밴드갭 조정가능성 및 용액 가공성을 갖는 PbS 나노결정 (NC)은 UV/가시선 내지 SWIR (350-2000 nm) 스펙트럼 영역에서 광 감수성을 갖는 저비용 다중-스펙트럼 광검출기를 위한 매력적인 플랫폼을 제공한다. 그러나, IR 감작화 층으로서 PbS NC를 사용하는 장치의 수많은 보고가 있어 왔지만, 대부분의 PbS NC 장치는 큰 PbS NC의 합성과 연관된 도전과제 때문에 1300 nm 이상에서는 IR 감수성이 제한되었다. 예를 들어, 도 9에 제시된 바와 같이, 2000 nm에서 흡수 피크를 갖는 PbS NC는 1200 nm에서 흡수 피크를 갖는 NC 부피의 7배의 부피를 가지며, 따라서 NC의 성장 부피에서의 상당한 증가가 요구된다. 큰-크기 NC를 합성하기 위해서는 높은 성장 온도 및 긴 성장 시간이 전형적으로 사용되며, 이는 성장 동안의 제어불가능한 핵형성 및 오스트발트 숙성 때문에 높은 결함 밀도 및 큰 입자 크기 분산을 유도한다. 예를 들어, 한 연구에서, 9.6 nm 초과의 직경 및 2000 nm 초과의 흡수 피크를 갖는 PbS NC가 합성되었다. 그러나, 이들 큰 NC는 160℃ 초과의 높은 성장 온도에서 120분 초과의 성장 시간으로 합성되었고, 이는 20% 초과의 크기 분산을 유발하였다. 고도로 분산된 PbS NC의 에너지론 때문에, 이들은 장치에서 전하 트랩핑 및 불량한 전하 추출을 유도하였다.

본 실시예에서, 350 nm 내지 2000 nm에서 광 감수성을 갖는 용액-가공 무기 UV-가시선-SWIR 광검출기를 1800 nm의 흡수 피크에 상응하는, 8.2 nm 초과의 NC 크기를 갖는 고도의 단분산 (약 4% 미만) PbS NC를 사용하여 제작하였다. 단분산 NC는 낮은 성장 온도 (100℃)에서 짧은 성장 시간 (50분 미만)으로 황 전구체의 다중 주입에 의해 합성하였다. 높은 단분산도로 용이한 크기 제어를 달성하기 위해, 성장 공정은 핵형성으로부터 분리하였고, 납 전구체로서의 산화납 (PbO) 및 황 전구체로서의 비스(트리메틸실릴)술피드 [((CH₃)₃Si)₂S] (때때로 "TMS"라 지칭됨)의 몰비를 제어함으로써 수행하였다. 초기 핵형성은 비스(트리메틸실릴)술피드의 제1 주입에 의해 제어되고, NC의 성장은 비스(트리메틸실릴)술피드의 후속적 다중 주입에 의해 달성되었다. 이러한 방법은 탁월한 입자 크기 제어를 갖는 PbS NC 합성을 가능하게 하여, 보다 긴 파장에서의 잘-한정된 흡수 피크 및 고도로 재현가능한 성장을 유발하였다. 추가적으로, 이들 NC는 매우 안정적이고, 생성된 장치는 심지어 캡슐화 없이도 매우 우수한 안정성을 나타냈다.

PbS NC 합성을 위해 전형적인 고온 주입 방법을 변형시키는데, 여기서 황 전구체 용액 [옥타데센에 용해된 비스(트리메틸실릴)술피드]을 격렬한 교반과 함께 일정한 Ar 흐름 하에 납 전구체 용액 (옥타데센과 올레산의 혼합물에 용해된 PbO)에 급속 주입하였다. 이전의 고온 주입 PbS NC 합성에서는 핵형성 및 성장 공정이 분리될 수 없었고, 보다 큰 NC의 성장은 오스트발트 숙성을 요구하여, 큰 크기 분산을 유발하였다. 핵형성으로부터 성장 공정을 분리하기 위해, PbS NC를 위한 다중 주입 방법을 전개하였다. 핵형성을 위한 황 단량체의 제1 주입 후에, 추가의 주입으로 9.6 nm 초과의 직경을 갖는 PbS NC의 성장을 위한 충분한 단량체를 공급하였다. 추가의 주입 사이클 동안 큰 입자 크기 분포를 피하기 위해, 납 전구체를 비-배위 용매 예컨대 올레산 (OA) 및 옥타데센 (ODE)에 희석하여, NC의 합성 동안 오스트발트 숙성이 존재하지 않도록 하였다. 이는 입자 조대화 및 입자 크기 분산의 억제를 유발하였다. 도 10에 제시된 바와 같이, 이러한 전략으로, 초기 성장이 잘 제어되었으며, 6분 내지 60분의 반응 시간으로 제1 주입 동안 성장된 시드 NC는 동일한 흡수 피크를 가졌다.

NC를 성장시키기 위해 (즉, 그의 크기를 증가시키기 위해), 비스(트리메틸실릴)술피드 용액의 다중 주입 방법을 도 11에 제시된 바와 같이 실행하였다. 핵형성은 황 전구체 농도가 핵형성 역치를 초과하였을 때 시작되었고, 농도가 역치 미만으로 고갈되면 정지되었다. 채택된 전략은 추가의 황 전구체가 추가의 핵형성 없이 단지 NC의 성장에 기여하도록, 후속적 주입 동안에 황 농도를 핵형성 역치 미만으로 제어하는 것이었다. 따라서, 최종 NC 크기는 후속적 주입 동안에 첨가된 황 전구체의 양에 의해 결정되었다. 이러한 방법을 사용하여, 9 nm 초과의 직경을 갖는 고도의 단분산 NC가 일관되게 성장되었다. 도 12는 1 - 9회의 비스(트리메틸실릴)술피드 주입으로 합성된 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시하며, 매우 잘-제어된 NC 크기를 입증한다. 제1 비스(트리메틸실릴)술피드 주입 후의 모든 후속적 비스(트리메틸실릴)술피드 주입이 단지 NC 성장에 기여하였다는 것을 입증하기 위해, 도 13은 주입된 황 전구체의 부피에 대한 합성된 NC의 부피의 의존성을 제시한다. 도 13에서, 합성된 NC의 부피는 추가의 주입된 황 전구체의 부피에 1의 기울기로 비례하며, 이는 추가의 황 전구체 주입이 단지 성장을 위해 소모되었다는 것을 나타낸다.

핵형성 및 성장의 이러한 우수한 제어로, 2000 nm에서 흡수 피크를 갖는 큰 PbS NC가 합성되었다. 도 14는 각각 920 nm 내지 2000 nm에서의 흡수 피크 파장에 상응하는, 3.9 nm 내지 9.6 nm의 상이한 크기를 갖는 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시한다. 다중 주입 방법은 심지어 9.6 nm 초과의 입자 크기에서도, 고도의 단분산 크기 분포를 유발하였다. 도 15에 제시된 바와 같이, NC 크기가 증가하여도 크기 분산에서의 증가는 없었고, NC 크기 분산 값은 6% 미만이었다. 다중 주입 방법을 사용하는 PbS NC 합성의 재현성이 또한 확인되었다. 3개의 개별 PbS NC 합성은 동일한 NC 크기 및 분산을 제공하였고, 이는 배치-대-배치 변동이 매우 작았다는 것을 제시한다. 이러한 탁월한 재현성은 장치 제작을 위한 이들 NC의 적합성을 입증하였다.

다중 주입 방법을 통해 합성된 고도의 단분산 NC를 사용하여 다중-스펙트럼 광검출기를 제작하는데, 여기서 고도의 단분산 NC의 층은 전자 수송/정공 차단 층 (ETL/HBL)으로서의 콜로이드성 ZnO 나노입자와 정공 수송/전자 차단 층 (HTL/EBL)으로서의 용액-유래 NiO 사이에 개재되었다. 이는 PbS NC 광활성 층의 좁은 밴드갭에도 불구하고, 낮은 암전류를 갖는 P-I-N-유사 포토다이오드 구조를 형성하였다. 도 16은 광검출기에 사용된 PbS NC의 흡수 스펙트럼을 제시하고, 도 16의 삽도는 PbS NC가 고도로 단분산이라는 것을 확인해주는 NC의 투과 전자 현미경검사 (TEM) 이미지를 제시한다. 도 17은 140 μW/cm²의 전력 밀도를 갖는 암실 및 λ = 1800 nm에서의 IR 조명 하의 포토다이오드의 전류-전압 (J-V) 특징을 제시한다. 광검출기의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이 도 17의 삽도에 제시되어 있다.

광검출기는 약 1 x 10³ (± 0.5 V)의 정류 비로, 다이오드의 전형적인 정류 특징을 나타냈다. 포토다이오드는 0 V에서 4x10^-6 mA/cm² 및 -1 V에서 2x10^-3 mA/cm²의 낮은 암전류를 제시하였다. 도 18은 0 V 및 -0.5 V에서의 반응도 스펙트럼을 제시한다. 반응도 스펙트럼은 1800 nm의 피크 파장을 제시하는, PbS NC의 흡수 스펙트럼과 유사하였다. -0.5 V의 역방향 바이어스에서의 반응도 값은 350 nm 내지 2000 nm의 전체 파장 범위에 걸쳐 1 - 50%의 외부 양자 효율에 상응하는, 0.05-0.21 A/W의 범위였다. 1800의 흡수 최대에서, 반응도는 0.21 A/W의 값에 도달하였다. 이들 반응도 값은 상업적으로 입수가능한 포토다이오드에 대해 보고된 값과 동일한 정도의 크기였다. 광검출기에 대한 성능 지수는 방정식 4에 따라 결정될 수 있는 비검출능 (D*)이다:

여기서 A는 cm² 단위의 검출기 면적이고, Δf는 Hz 단위의 대역폭이고, R은 A/W 단위의 상응하는 반응도이고, i_n은 A 단위의 잡음 전류이다. 잡음 전류 및 반응도의 측정된 값을 사용하여, 큰 PbS NC를 갖는 다중-스펙트럼 광검출기의 검출능 스펙트럼을 얻었다. PbS NC 장치 (및 비교용 InGaAs 장치)의 검출능 스펙트럼이 도 19에 제시되어 있다. PbS NC 장치의 검출능 스펙트럼은 1800 nm의 피크 파장을 제시하는, PbS NC 장치의 흡수 스펙트럼과 유사하였다. PbS NC 장치의 검출능 값은 350 nm 내지 2000 nm의 UV-가시선-SWIR 파장에 대해 1x10¹¹ 존스 이상이었고, 최대 검출능 값은 큰 PbS NC의 좁은 밴드갭에도 불구하고, 1800 nm의 피크 파장에서 1.2x10¹² 존스였다.

장치 성능에 대한 NC 분산도의 효과를 추가로 연구하기 위해, PbS NC의 상이한 혼합물을 사용하여 하기 광검출기를 제작하였다: 장치 1은 1470 nm 및 1800 nm의 흡수 피크를 갖는 PbS NC의 혼합물을 포함하고, 장치 2는 1320 nm 및 1800 nm의 흡수 피크를 갖는 PbS NC의 혼합물을 포함하였다. 1800 nm에서 흡수 피크를 갖는 단분산 NC로 제조된 장치 3은 참조물로서 사용하였다. 상이한-크기의 PbS NC의 흡수 스펙트럼이 도 20에 제시되어 있다. 도 21a에 -0.5 V의 역방향 바이어스에서의 장치 1, 2 및 3의 반응도 스펙트럼이 제시되어 있고, 도 21b에 -0.5 V의 역방향 바이어스에서의 장치 1, 2 및 3의 검출능 스펙트럼이 제시되어 있다. 장치 1 및 2에 대한 반응도 및 검출능 스펙트럼에서, 2종의 상이한 크기의 PbS NC의 혼합물에 상응하는 2개의 흡수 피크가 존재하였다. 1800 nm의 피크 파장에서의 장치 1 및 2의 반응도 값은 참조 장치 (장치 3)에 대한 상응하는 값의 각각 40% 및 27%이며, 이는 혼합된 NC를 갖는 장치에서의 광-생성 전하 캐리어 추출이 NC의 다분산도 때문에 억제되었다는 것을 나타낸다. 그 결과, 1800 nm의 피크 파장에서의 장치 1 및 2의 검출능 값은 장치 3에 대한 상응하는 값의 각각 43% 및 36%였다. 게다가, 장치 2는 장치 1보다 더 낮은 반응도 및 검출능을 제시하며, 이는 보다 큰 분산도가 PbS NC 층에서의 보다 강력한 전하 트랩핑을 유발하였다는 것을 나타낸다. 따라서, 데이터는 최적의 장치 성능을 위한 NC의 단분산도의 중요성을 제시하였다.

광검출기의 시간적 반응을 특징화하기 위해, 펄스 발광 다이오드 (LED) 광원을 사용하여 장치 반응 속도를 측정하였다. 도 22에 제시된 바와 같이, 11.0 ± 0.4 μs의 상승 시간 및 15.0 ± 0.6 μs의 하강 (복구) 시간을 얻었다. 상응하는 대역폭은 이미지화 적용을 위해 충분한 10 kHz 이상이었다. 도 23은 3 디케이드의 전력 세기에 걸쳐 광반응의 선형성을 제시한다.

광검출기의 저장 안정성을 또한 도 24에 제시된 바와 같이 측정하였다. 3개월의 시험 기간 동안, 캡슐화되지 않은 장치를 주위 환경에서 저장하였다. 처음 며칠 간의 저장 시, 장치 성능은 실제로 약간 개선되었고, 후속적으로 장치는 전체 시험 기간 동안 안정적으로 유지되었다. 장치 성능에서의 초기 개선은 또한 ZnO 및 NiO를 포함하는 전하 차단 층을 갖는 용액-가공 산화물에서도 보고된 바 있다. 공기 안정성 데이터는 이들 용액-가공 UV-가시선-SWIR PbS NC-기반 광검출기가 매우 안정적이라는 것을 시사한다.

마지막으로, 350 nm 내지 2000 nm에서 광 감수성을 갖는 용액-가공 무기 UV-가시선-SWIR 광검출기를 극도로 낮은 크기 분산 (6% 미만)을 갖는 고도로 단분산인, 큰 PbS NC를 사용하여 제작하였다. 고도로 단분산인, 이들 큰 PbS NC는 황 전구체 용액을 다중 주입하여 성장 동안 새로운 핵형성을 개시하지 않으면서 NC를 성장시킴으로써 합성하였다. 이러한 방법은 탁월한 입자 크기 제어를 갖는 PbS NC 합성을 가능하게 하여, 긴 파장에서의 잘-한정된 흡수 피크를 유발하였다. 고도로 단분산인, 이들 큰 PbS NC로부터 제작된 UV-가시선-SWIR 다중-스펙트럼 광검출기는 350 nm 내지 2000 nm에서 1x10¹¹ 존스 이상의 검출능 값, 및 1800 nm의 피크 파장에서의 1.2x10¹² 존스의 최대 검출능 값을 제시하였다. 수십 마이크로초 정도의 반응 속도로 대역폭은 약 10 kHz였고, 이는 이미지화 적용을 위해 충분하였다. 추가적으로, 이들 NC는 매우 안정적이었고, 이들 NC로 제조된 장치의 수명은 극도로 우수한 안정성을 제시하였다.

실험 섹션

PbS 나노결정의 합성: 전형적인 반응에서, PbO (0.446 g)를 격렬한 교반과 함께 일정한 아르곤 흐름 하에 옥타데센 (50 ml)과 올레산 (3.8 ml)의 혼합물에 용해시켰다. 혼합물을 약 1시간 동안 100℃로 가열하여 용액을 건조시키고 올레산납을 형성하였다. 비스(트리메틸실릴)술피드 [((CH₃)₃Si)₂S]의 용액을 0.5 mmol 내지 2 mmol의 범위로 옥타데센에 용해시켰다. 비스(트리메틸실릴)술피드의 용액을 100℃에서 올레산납 용액에 급속 주입하였다. 비스(트리메틸실릴)술피드의 첨가는 분자상의 용해된 황의 농도를 핵형성 역치를 초과하여 상승시켰다. 핵형성 속도는 황 및 계면활성제 (올레산)의 농도에 의해 제어되었다. 핵형성 단계 후에, 황의 농도는 임계 농도 미만으로 감소하였고, 핵형성은 거의 즉시 0으로 떨어졌다. 성장 기간을 연장시키고, 이어서 나노결정의 최종 크기를 증가시키기 위해, 다중 주입 방법을 전개하였다. 핵형성을 위한 비스(트리메틸실릴)술피드의 초기 주입 후에, 0.1 mmol 내지 0.4 mmol 범위의 비스(트리메틸실릴)술피드의 추가의 주입으로 9.6 nm 초과의 직경을 갖는 PbS NC의 성장을 위한 충분한 전구체를 공급하였다. 반응을 종결시키기 위해, 저온 톨루엔을 반응 혼합물에 주입하였다. 합성된 나노결정을 후속적으로 극성 용매, 예컨대 이소프로판올, 아세톤 또는 메탄올에 의한 침전을 통해 세척하고, 톨루엔에 재분산시켰다. 세척 공정을 3회 반복하여 과량의 미반응 전구체 및 반응 부산물을 제거하였다.

ZnO 나노입자의 합성: 연속적인 교반 하에 디메틸 술폭시드 (DMSO)에 용해된 0.1 M 아세트산아연 2수화물 30 mL에 테트라메틸암모늄 히드록시드 (TMAH) (0.55 M)의 화학량론적 양을 적가함으로써 합성을 수행하였다. 침전 및 세척 후에, 나노입자를 순수 에탄올에 분산시켰다.

NiO 전구체의 합성: 에탄올 중의 아세트산니켈 4수화물의 0.1 M 용액을 제조하였다. 니켈에 대해 1:1 몰비의 모노에탄올아민 (MEA)을 착물화제로서 첨가하였고, 모든 시약이 녹색 용액으로 용해될 때까지 용액을 교반하였다.

장치 제작: NiO 전구체 용액을 용매 및 UVO₃-세정 ITO-코팅 유리 기판 상에 스핀캐스팅하고, 1시간 동안 공기 중에서 500℃로 가열하여 연속 NiO 필름을 형성하였다. 냉각 후, 기판을 클로로포름 중의 QD의 묽은 현탁액으로부터 스핀캐스팅하였다. 각 층의 침착 후에, 필름을 리간드 교환을 위해 아세토니트릴 중의 1,3-벤젠디티올의 1.0 M 용액에 침지시켰다. 이러한 PbS 필름 침착 및 리간드 교환 절차를 반복하여 대략 200 nm 두께의 필름을 수득하였다. ZnO 나노입자를 상단에 직접적으로 스핀캐스팅하고, 장치를 15분 동안 80℃로 가열하였다. 이어서, 100 nm 두께의 알루미늄 캐소드를 약 10^-6 Torr의 챔버 압력에서 열적으로 증발시켰다. 모든 층을 공기 중에서 스핀캐스팅하였다.

장치 특징화: 모든 특징화 및 잡음 측정은 실온에서 수행하였다. 전류-전압 (J-V) 특징화는 키슬리(Keithley) 4200 반도체 파라미터 분석기 시스템으로 수행하였다. EQE 및 반응도 측정은 크세논 DC 아크 램프, 오리엘(ORIEL) 74125 단색기, 키슬리 428 전류 증폭기, SRS로부터의 SR 540 초퍼 시스템 및 SR830 DSP 로크-인 증폭기를 포함하는 인-하우스 설정을 사용하여 수행하였다. 분광광도측정법은 NC의 흡수 스펙트럼, 입자 크기 및 입자 크기 분포를 포함한, NC 광학 및 전자 특성의 직접적인 척도를 제공하였다. 나노결정의 흡수 스펙트럼으로부터, 나노결정의 에너지 밴드 갭이 NC의 제1 여기자 흡수 피크에서 흡수된 광자의 에너지를 계산함으로써 근사화되었다. NC 샘플은 통상적으로 NC 물질을 방해하는 배경 흡수를 갖지 않는 용매, 예컨대 테트라클로로에틸렌 (TCE) 중의 희석된 용액이었다. 대안으로서, 샘플은 또한 유리 기판 상에 코팅된 얇은 필름 형태로 제조할 수 있다. 나노결정의 크기 분포는 양자점의 흡수 스펙트럼의 FWHM에 의해 한정되었다. 보다 작은 FWHM은 보다 좁은 나노결정 크기 분포에 상응하였다. UV-vis 스펙트럼의 FWHM 값은 하기 단계에 따라 측정하였다. 먼저, 피크의 최고점을 기준선의 중심에 연결하여 선을 그린 다음, 그려진 선의 중심을 지나 기준선에 평행한 선을 작성하였다. 그 후에, 선과 피크 사이에는 교차점이 2개 있었다. 2개 점 사이의 파장 차이가 흡수 피크의 FWHM 값이었다.

투과 전자 현미경검사 (TEM)는 200 kV에서 작동하는 전계 방출 STEM (지올(JEOL) 2010F)으로 수행하였다. 평균 크기 및 분산을 결정하기 위해, TEM 이미지를 분석하였다. TEM 샘플은 무정형 탄소 필름 코팅된 그리드 상에 클로로포름 중의 QD 용액을 적가함으로써 제조하였다.

광검출기에서의 잡음 전류는 스탠포드 리서치(Stanford Research) SR830 로크-인 증폭기 및 SR570 저잡음 전치증폭기를 사용하여 측정하였다. 측정 동안, 잡음 전류의 로크-인 주파수는 30 Hz로 설정하였다. 잡음을 최소화하기 위해, 장치는 알칼리 전지로 바이어스되었고, 전기적 및 광학적으로 차폐된 프로브 스테이션에서 측정을 수행하였다.

본 발명의 여러 실시양태가 본원에 기재되고 예시되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 기능을 수행하고/거나 본원에 기재된 결과 및/또는 하나 이상의 이점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이며, 각각의 이러한 변경 및/또는 변형은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.

보다 일반적으로, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 본원에 기재된 모든 파라미터, 치수, 물질 및 구성이 예시적인 것으로 의도되며, 실제 파라미터, 치수, 물질 및/또는 구성은 본 발명의 교시가 사용되는 특정한 적용 또는 적용들에 따라 좌우될 것임을 용이하게 인지할 것이다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 단지 상용 실험을 사용하여, 본원에 기재된 발명의 구체적 실시양태에 대한 많은 등가물을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 실시양태는 단지 예로서 제공되며, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에서 구체적으로 기재되고 청구된 것과 달리 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 본원에 기재된 각각의 개별 특색, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특색, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는 경우에, 2개 이상의 이러한 특색, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합이 본 발명의 범주 내에 포함된다.

본원에 정의되고 사용된 모든 정의는 사전적인 정의, 참조로 포함된 문헌에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 통상적인 의미보다 우선하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 단수 용어는, 명백하게 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 어구 "및/또는"은 그렇게 결합된 요소의 "어느 하나 또는 둘 다", 즉 일부 경우에는 결합하여 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 열거된 복수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 그렇게 결합된 요소의 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. 구체적으로 확인되는 요소와 관련있는지 또는 관련없는지에 상관없이, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 확인되는 요소 이외의 다른 요소가 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적 예로서, "A 및/또는 B"라는 언급은 "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 경우에, 한 실시양태에서 A 단독 (B 이외의 요소를 임의로 포함함)을 지칭하는 것; 또 다른 실시양태에서 B 단독 (A 이외의 요소를 임의로 포함함)을 지칭하는 것; 또 다른 실시양태에서 A 및 B 둘 다 (다른 요소를 임의로 포함함)를 지칭하는 것; 등일 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 "또는"은 상기 정의된 바와 같은 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 경우에, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적으로, 즉 수많은 요소 또는 요소의 목록 중 적어도 하나의 포함, 뿐만 아니라 하나 초과, 및 임의로 추가의 열거되지 않은 항목을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "중 단지 하나" 또는 "중 정확히 하나" 또는 청구범위에서 사용될 경우에 "로 이루어진"과 같이, 명백하게 달리 나타낸 용어만이 수많은 요소 또는 요소의 목록 중 정확히 하나의 요소의 포함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에 사용된 용어 "또는"은 단지 "어느 하나", "중 하나", "중 단지 하나" 또는 "중 정확히 하나"와 같은 배타성 용어가 이어질 경우에만 배타적 대안 (즉, "하나 또는 다른 나머지 하나, 그러나 둘 다는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. "로 본질적으로 이루어진"은 청구범위에 사용될 경우에, 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 통상의 의미를 가질 것이다.

하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 본 명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 어구 "적어도 하나"는 요소의 목록에 있는 요소 중 어느 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하나, 요소의 목록에 구체적으로 열거된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것은 아니며, 요소의 목록에 있는 요소의 임의의 조합을 배제하는 것도 아닌 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의는 또한 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소의 목록에서 구체적으로 확인되는 요소 이외의 요소가, 구체적으로 확인되는 요소와 관련있는지 또는 관련없는지에 상관없이, 임의로 존재할 수 있는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나" (또는, 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 한 실시양태에서 B가 존재하지 않으면서, 임의로 하나 초과를 포함한 적어도 하나의 A (및 B 이외의 요소를 임의로 포함함)를 지칭하는 것; 또 다른 실시양태에서 A가 존재하지 않으면서, 임의로 하나 초과를 포함한 적어도 하나의 B (및 A 이외의 요소를 임의로 포함함)를 지칭하는 것; 또 다른 실시양태에서 임의로 하나 초과를 포함한 적어도 하나의 A, 및 임의로 하나 초과를 포함한 적어도 하나의 B (및 다른 요소를 임의로 포함함)를 지칭하는 것; 등일 수 있다.

또한, 명백하게 달리 나타내지 않는 한, 하나 초과의 단계 또는 행위를 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 행위의 순서는 방법의 단계 또는 행위가 열거되어 있는 순서로 반드시 제한되는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다.

상기 명세서 뿐만 아니라, 청구범위에서, 모든 연결 어구, 예컨대 "포함하는", "포함한", "보유하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "유지하는", "로 구성된" 등은 개방형으로, 즉 포함하나, 이에 제한되지는 않는다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만 연결 어구 "로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진"은 문헌 [United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures, Section 2111.03]에 제시된 바와 같이, 각각 폐쇄형 및 반-폐쇄형 연결 어구일 것이다.

Claims

복수의 나노결정을 포함하는 층을 포함하는 장치이며, 여기서 복수의 나노결정은 약 10% 이하의 상대 표준 편차로 약 2 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 가지고, 여기서 복수의 나노결정은 적어도 약 700 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제1항에 있어서, 복수의 나노결정의 적어도 일부가 양자점인 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 나노결정의 적어도 일부가 PbS 및/또는 PbSe를 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 모든 나노결정이 PbS 및/또는 PbSe를 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 5% 이하인 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 1% 이하인 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 1% 내지 약 10%의 범위인 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 최대 단면 치수가 약 10 nm 이상인 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 최대 단면 치수가 약 20 nm 이상인 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 최대 단면 치수가 약 2 nm 내지 20 nm의 범위인 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 1 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 2 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 3.5 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 약 700 nm 내지 약 3.5 마이크로미터 범위의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 약 400 nm 이하의 FWHM을 갖는 흡수 피크를 갖는 것인 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 약 100 nm 이하의 FWHM을 갖는 흡수 피크를 갖는 것인 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 약 10 nm 내지 약 400 nm 범위의 FWHM을 갖는 흡수 피크를 갖는 것인 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, IR 광검출기인 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 정공 차단 층을 추가로 포함하는 장치.
제19항에 있어서, 정공 차단 층이 유기 물질을 포함하는 것인 장치.
제20항에 있어서, 정공 차단 층이 BCP, UGH2, BPhen, Alq₃, mCP, C₆₀ 및/또는 3TPYMB를 포함하는 것인 장치.
제19항에 있어서, 정공 차단 층이 무기 물질을 포함하는 것인 장치.
제22항에 있어서, 무기 물질이 ZnO, TiO₂, SiO, SiO₂, Si₃N₄ 및/또는 Al₂O₃를 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 차단 층을 추가로 포함하는 장치.
제24항에 있어서, 전자 차단 층이 TAPC, NPB, TPD, TPB, 폴리-TPD, PS-TPD-PFCB, NiO 및/또는 CuO를 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, IR의 가시선으로의 상승변환 장치인 장치.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, OLED를 추가로 포함하는 장치.
제27항에 있어서, OLED가 발광 층, 정공 수송 층 및 전자 수송 층을 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, IR 태양 전지인 장치.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 정공 추출 층을 추가로 포함하는 장치.
제30항에 있어서, 정공 추출 층이 n-형 물질을 포함하는 것인 장치.
제31항에 있어서, 정공 추출 층이 MoO₃, V₂O₅ 및/또는 WO₃를 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 추출 층을 추가로 포함하는 장치.
제33항에 있어서, 전자 추출 층이 TiO₂, ZnO, LiF, LiCoO₂, CsF, Cs₂CO₃, Nb₂O₅, CNT, ZTO 및/또는 PEO를 포함하는 것인 장치.
복수의 나노결정을 형성하는 방법으로서,
제1 용액의 제1 양을 제2 용액에 첨가하여 제1 혼합 용액을 형성하며, 여기서 제1 용액은 제1 요소를 포함하고 제2 용액은 제2 요소를 포함하며, 여기서 제1 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 초과인 단계;
제1 용액의 제2 양을 제1 혼합 용액에 첨가하여 제2 혼합 용액을 형성하며, 여기서 제2 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만인 단계를 포함하고,
이에 의해 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 복수의 나노결정이 형성되며, 여기서 복수의 나노결정은 약 10% 이하의 상대 표준 편차로 약 2 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 가지고, 여기서 복수의 나노결정은 적어도 약 700 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 방법.
제35항에 있어서, 제1 혼합 용액이 적어도 약 1:20의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비를 갖는 것인 방법.
제35항 또는 제36항에 있어서, 제1 혼합 용액이 약 1:20 내지 약 1:1 범위의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 혼합 용액이 약 1:1 이하의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 혼합 용액이 약 1:20 내지 약 1:1 범위의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 1 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 방법.
제35항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 2 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 방법.
제35항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 적어도 약 3.5 마이크로미터의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 방법.
제35항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정이 약 700 nm 내지 약 3.5 마이크로미터 범위의 파장을 갖는 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 것인 장치.
제35항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 요소가 황 또는 셀레늄인 방법.
제35항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 요소가 납 또는 은인 방법.
제35항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용액이 제1 화합물 및 제1 용매를 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 제1 화합물이 비스(트리메틸실릴)술피드, 비스(트리알킬실릴)술피드, 원소상 황, 디알킬 티오우레아, 티오아세트아미드, 디메틸티오포름아미드, 알킬티올, 알킬디술피드 및/또는 황화수소를 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 용액이 제2 화합물 및 제2 용매를 포함하는 것인 방법.
제48항에 있어서, 제2 화합물이 산화납, 아세트산납, 납 아세틸아세토네이트, 질산납, 염화납, 아이오딘화납, 브로민화납, 황산납, 탄탈럼산납, 티타늄산납 및/또는 크로뮴산납을 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용매 및/또는 제2 용매가 트리알킬 포스핀, n-알킬 아민, 트리알킬 아민 및/또는 옥타데센을 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 혼합 용액 및/또는 제2 혼합 용액이 계면활성제를 포함하는 것인 방법.
제51항에 있어서, 계면활성제가 올레산, 올레일아민, 옥틸아민, 옥타데실아민, 소듐 도데실 술페이트 (SDS), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 글리세롤, 디옥틸 소듐 술포숙시네이트, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 및/또는 디에틸 술포숙시네이트를 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 용매를 제2 혼합 용액에 첨가하여 복수의 나노결정을 단리하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제53항에 있어서, 제3 용매가 작은 알킬 쇄 알콜, 에틸 아세테이트, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 톨루엔, 클로로포름 및/또는 아세톤을 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용액의 제3 양을 제2 혼합 용액에 첨가하여 제3 혼합 용액을 형성하며, 여기서 제3 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만인 것을 추가로 포함하는 방법.
제55항에 있어서, 제3 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 약 1:1 이하인 방법.
제55항 또는 제56항에 있어서, 제3 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 약 1:20 내지 약 1:1의 범위인 방법.
제55항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용액의 제4 양을 제3 혼합 용액에 첨가하여 제4 혼합 용액을 형성하며, 여기서 제4 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비는 핵형성 역치 미만인 것을 추가로 포함하는 방법.
제58항에 있어서, 제4 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 약 1:1 이하인 방법.
제58항 또는 제59항에 있어서, 제4 혼합 용액에서의 제1 요소 대 제2 요소의 몰비가 약 1:20 내지 약 1:1의 범위인 방법.
제35항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용액의 제1 양을 제2 용액에 첨가하여 제1 혼합 용액을 형성하는 단계가 약 180℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 방법.
제35항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 혼합 용액을 약 30분 이하의 기간 동안 교반하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제35항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용액의 제2 양을 제1 혼합 용액에 첨가하여 제2 혼합 용액을 형성하는 단계가 약 180℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 방법.
제35항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 혼합 용액을 약 30분 이하의 기간 동안 교반하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제35항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노입자가 약 10 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노입자가 약 20 nm 이상의 평균 최대 단면 치수를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노입자가 약 2 nm 내지 약 20 nm 범위의 평균 최대 단면 치수를 갖는 것인 방법.
제35항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 5% 이하인 방법.
제35항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 1% 이하인 방법.
제35항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 표준 편차가 약 1% 내지 약 10%의 범위인 방법.
제35항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정의 적어도 일부가 양자점인 방법.
제35항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 나노결정의 적어도 일부가 PbS 및/또는 PbSe를 포함하는 것인 방법.
제35항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 모든 나노결정이 PbS 및/또는 PbSe를 포함하는 것인 방법.