KR20210108216A - Manufacturing method of perovskite compound improving color purity and perovskite optoelectric device including the same - Google Patents

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허진혁
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Abstract

Disclosed are a method for preparing a perovskite compound and a perovskite photoelectric device comprising the same. A method for preparing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: preparing a metal halide-ligand solution containing a divalent or trivalent metal cation and a monovalent anion; and preparing a perovskite compound, represented by the following chemical formula, by mixing the metal halide-ligand solution, a metal oleate solution containing a monovalent metal cation, and a halogen donor, wherein the halogen donor is a solution containing a halogen anion: [Formula] ABX_3 (where A is a monovalent metal cation, B is a divalent metal cation, and X is a monovalent anion).

Description

색 순도가 향상된 페로브스카이트 화합물의 제조방법 및 이를 포함하는 페로브스카이트 광전 소자{MANUFACTURING METHOD OF PEROVSKITE COMPOUND IMPROVING COLOR PURITY AND PEROVSKITE OPTOELECTRIC DEVICE INCLUDING THE SAME}Manufacturing method of a perovskite compound with improved color purity and a perovskite photoelectric device comprising the same

본 발명은 색 순도가 향상된 페로브스카이트 화합물의 제조방법 및 이를 포함하는 페로브스카이트 광전 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a perovskite compound having improved color purity and a perovskite photoelectric device comprising the same.

금속 할라이드 페로브스카이트 태양 전지는 상용 태양 전지만큼 광전 변환 효율을 가지도록 발전해왔다.Metal halide perovskite solar cells have been developed to have the same photoelectric conversion efficiency as commercial solar cells.

이는 페로브스카이트 물질이 직접 밴드 갭에 의한 높은 흡수 계수, 긴 수명에 따른 전하 캐리어의 긴 확산 길이, 작은 엑시톤 결합 에너지에 의한 높은 개방 회로 전압, 저온 용액 가공성 등과 같은 광기 전 특성이 적합하기 때문이다.This is because perovskite materials have suitable photovoltaic properties such as high absorption coefficient due to direct bandgap, long diffusion length of charge carriers due to long lifetime, high open circuit voltage due to small exciton binding energy, and low temperature solution processability. am.

이러한 특성으로 인해 나노 크기의 페로브스카이트는 광전자 장치에서 매우 매력적인 물질이다.Due to these properties, nano-sized perovskite is a very attractive material for optoelectronic devices.

특히 페로브스카이트 재료는 나노 스케일 결정 내에 엑시톤을 물리적으로 가두어 LED 제조에 문제가 되는 작은 엑시톤 결합 에너지를 극복할 수 있다.In particular, perovskite materials can physically confine excitons within nanoscale crystals, overcoming the small exciton binding energies that are problematic for LED fabrication.

따라서 페로브스카이트 나노 결정은 색 순도가 높은 풀 컬러 LED를 시연하는데 이상적이다.Therefore, perovskite nanocrystals are ideal for demonstrating full-color LEDs with high color purity.

또한 OLED, QDLED와 같은 상업용 LED와 비교할 때, 페로브스카이트 나노 크리스탈(PNC) 기반 LED는 공정 단계가 짧고 재료가 저렴하기 때문에 OLED보다 비용이 저렴하다.In addition, compared to commercial LEDs such as OLEDs and QDLEDs, perovskite nanocrystal (PNC)-based LEDs are less expensive than OLEDs because of shorter process steps and cheaper materials.

뿐만 아니라 PNC 기반 LED는 미세하고 균일한 크리스탈 크기 제어가 필요하지 않기 때문에 QDLED보다 전기적 특성을 쉽게 제어할 수 있다.In addition, PNC-based LEDs allow easier control of their electrical properties than QDLEDs because fine and uniform crystal size control is not required.

현재, 금속 할라이드 페로브스카이트 나노 결정을 합성하기 위한 많은 실험 과정이 보고되었다.Currently, many experimental procedures for synthesizing metal halide perovskite nanocrystals have been reported.

제안된 방법들 중에서, 핫 인젝션(hot-injection) 법은 옥타데센(ODE)에 Pb2+ 및 X- 소스로 작용하는 PbX2(X=Cl, Br, I) 염, 올레산, 올레일아민을 용해시켜 제조된 고온의 용액(140~200℃)에 Cs-올레이트를 주입함으로써 CsPbX3 페로브 스카이트 나노 결정을 수득하였다.Among the proposed methods, the hot-injection method is a PbX 2 (X=Cl, Br, I) salt, oleic acid, and oleylamine acting as Pb 2+ and X − sources in octadecene (ODE). CsPbX 3 Perovskite nanocrystals were obtained by injecting Cs-oleate into a high-temperature solution (140-200° C.) prepared by dissolution.

그러나 상기 방법은 CsPbX3 페로브스카이트 나노 결정을 합성하기 위해, PbX2를 과량으로 사용하여 불충분한 할라이드 부분을 채우고 PbX2 염을 혼합하여 밴드 갭을 조정하도록 제어하여 반응하지 못하는 PbX2에 의해 불순물이 발생하는 문제점이 있었다.However, the method by CsPbX 3 perovskite PbX 2 to synthesize a nanocrystal, fills the insufficient halide portion using PbX 2 in an excess amount does not react to control so as to adjust the band gap by mixing PbX 2 salt There was a problem that impurities were generated.

한국 등록특허공보 제10-1815588호, "페로브스카이트 나노결정입자 및 이를 이용한 광전자 소자"Korean Patent Publication No. 10-1815588, "Perovskite nanocrystal particles and optoelectronic devices using the same" 한국 등록특허공보 제10-1158985호, "페로브스카이트 화합물 분체의 제조방법"Korean Patent Publication No. 10-1158985, "Method for producing perovskite compound powder"

본 발명의 실시예는 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 부족한 할로겐 조성을 채워줌으로써, 불순물이 감소된 나노 크기의 페로브스카이트 화합물 결정을 제조할 수 있는 페로브스카이트 화합물의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is a method for preparing a perovskite compound capable of preparing nano-sized perovskite compound crystals with reduced impurities by filling the insufficient halogen composition using a halogen donor when preparing the perovskite compound would like to provide

본 발명의 실시예는 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 균일한 할로겐 치환 반응을 수행할 수 있는 페로브스카이트 화합물의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for preparing a perovskite compound capable of performing a uniform halogen substitution reaction using a halogen donor when preparing the perovskite compound.

본 발명의 실시예는 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물은 할로겐 음이온이 균일하게 치환되어 선폭이 좁아질 수 있는 페로브스카이트 화합물의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for producing a perovskite compound prepared by using a halogen donor is a perovskite compound in which the halogen anion is uniformly substituted to have a narrow line width.

본 발명의 실시예는 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 종래보다 낮은 온도에서 불순물이 감소된 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있는 페로브스카이트 화합물의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for preparing a perovskite compound capable of preparing a perovskite compound having reduced impurities at a lower temperature than before using a halogen donor when preparing the perovskite compound.

본 발명의 실시예는 불순물이 적고 선폭이 좁은 페로브스카이트 화합물을 포함하여, PL 수명이 길고 색 순도가 높은 페로브스카이트 광전 소자를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a perovskite photoelectric device having a long PL lifetime and high color purity, including a perovskite compound with few impurities and a narrow line width.

본 발명에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법은, 2가 또는 3가 금속 양이온 및 1가 음이온을 포함하는 금속 할라이드-리간드 용액을 제조하는 단계; 상기 금속 할라이드-리간드 용액, 1가 금속 양이온을 포함하는 금속 올레이트 용액 및 할로겐 공여체를 혼합하여 아래의 화학식으로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 할로겐 공여체는 할로겐 음이온을 포함하는 용액인 것을 특징으로 한다.The method for preparing a perovskite compound according to the present invention comprises the steps of: preparing a metal halide-ligand solution containing a divalent or trivalent metal cation and a monovalent anion; and mixing the metal halide-ligand solution, a metal oleate solution containing a monovalent metal cation, and a halogen donor to prepare a perovskite compound represented by the following formula, wherein the halogen donor produces a halogen anion It is characterized in that it is a solution containing

[화학식][Formula]

AaBbXc A a B b X c

(여기서, A는 1가 금속 양이온, B는 2가 또는 3가 금속 양이온 및 X는 1가 음이온임.)(Where A is a monovalent metal cation, B is a divalent or trivalent metal cation, and X is a monovalent anion.)

a+2b=c (a,b,c 는 자연수) 또는 a+3b=4c (a, b, c 는 자연수)a+2b=c (a,b,c are natural numbers) or a+3b=4c (a,b,c are natural numbers)

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 할로겐 공여체는 상기 금속 올레이트 용액과 반응하여 할로겐화 금속을 형성할 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the halogen donor may react with the metal oleate solution to form a metal halide.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 할로겐 공여체는 상기 페로브스카이트 화합물의 결정 핵을 생성할 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the halogen donor may generate crystal nuclei of the perovskite compound.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 페로브스카이트 화합물은 나노 크기의 나노막대(rod), 나노판(plate), 나노큐브(cube) 및 나노와이어 큐브(cube)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 형상을 가질 수 있으며, 상기 페로브스카이트 화합물은 사방정계(orthorhombic), 입방정계(cubic), 정방정계(tetragonal), 이합체(dimer) 또는 층상(layer) 구조를 가지거나 이들 구조 중 2 이상의 구조가 혼재된 구조를 가질 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound is a nano-sized nanorod, a nanoplate, a nanocube, and a nanowire cube ( cube) may have at least one shape selected from the group consisting of, and the perovskite compound is orthorhombic, cubic, tetragonal, dimer or layered (layer) It may have a structure or a structure in which two or more of these structures are mixed.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 페로브스카이트 화합물의 결정 크기는 1 nm 내지 100 nm일 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the crystal size of the perovskite compound may be 1 nm to 100 nm.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 할로겐 공여체와 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 또는 3가의 금속 양이온은 1:1 내지 10:1의 몰 비율로 포함할 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the halogen donor and the divalent or trivalent metal cation contained in the metal halide-ligand solution are in a molar ratio of 1:1 to 10:1. may include

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 X는 할로겐 치환 반응에 의해 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함할 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, X may include different halogen anions from each other by a halogen substitution reaction.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 페로브스카이트 화합물은 상기 2가 또는 3가의 금속 양이온, 또는 상기 1가 음이온에 의해 형성된 금속 불순물을 포함하며, 상기 금속 불순물은 상기 페로브스카이트 화합물 전체 중량 대비 10 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound includes a metal impurity formed by the divalent or trivalent metal cation, or the monovalent anion, and the metal Impurities may be included in an amount of 10% by weight or less based on the total weight of the perovskite compound.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따르면, 상기 페로브스카이트 화합물은 20 ℃ 내지 150℃에서 제조될 수 있다.According to the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound may be prepared at 20 °C to 150 °C.

본 발명에 따른 페로브스카이트 광전 소자는, 페로브스카이트 화합물의 제조방법에 따라 제조된 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.The perovskite photoelectric device according to the present invention may include a perovskite compound prepared according to the method for preparing the perovskite compound.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자에 따르면, 상기 페로브스카이트 화합물은 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하며, 상기 페로브스카이트 화합물의 엑시톤 결합 에너지에 따라 상기 페로브스카이트 광전 소자의 선폭이 조절될 수 있다.According to the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention, the perovskite compound includes different halogen anions, and the perovskite photoelectric device according to the exciton binding energy of the perovskite compound line width can be adjusted.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자에 따르면, 상기 페로브스카이트 광전 소자의 PLQY(photoluminescence quantum yield)는 70% 내지 100%일 수 있다.According to the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention, the PLQY (photoluminescence quantum yield) of the perovskite photoelectric device may be 70% to 100%.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자에 따르면, 상기 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 선폭 (반치폭 = fwhm (full width at half maximum))은 상온(20 ℃)에서 10 nm 내지 30 nm일 수 있다.According to the perovskite optoelectronic device according to an embodiment of the present invention, the PL (photoluminescence) line width (full width at half maximum) of the perovskite photoelectric device is 10 nm at room temperature (20 ℃) to 30 nm.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자에 따르면, 상기 페로브스카이트 광전 소자의 EL(electroluminescence) 선폭은 15 nm 내지 40nm일 수 있다.According to the perovskite optoelectronic device according to the embodiment of the present invention, the EL (electroluminescence) line width of the perovskite photoelectric device may be 15 nm to 40 nm.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자에 따르면, 상기 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 파장은 350nm 내지 1200nm일 수 있다.According to the perovskite photoelectric device according to the embodiment of the present invention, the PL (photoluminescence) wavelength of the perovskite photoelectric device may be 350nm to 1200nm.

본 발명의 실시예에 따르면, 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 부족한 할로겐 조성을 채워줌으로써, 불순물이 감소된 나노 크기의 페로브스카이트 화합물 결정을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the perovskite compound is prepared, a nano-sized perovskite compound crystal having reduced impurities can be prepared by filling the insufficient halogen composition using a halogen donor.

본 발명의 실시예에 따르면, 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 균일한 할로겐 치환 반응을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a uniform halogen substitution reaction may be performed using a halogen donor when preparing the perovskite compound.

본 발명의 실시예에 따르면, 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물은 할로겐 음이온이 균일하게 치환되어 선폭이 좁아질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the perovskite compound prepared using a halogen donor, halogen anions are uniformly substituted, so that the line width may be narrowed.

본 발명의 실시예에 따르면, 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 이용하여 종래보다 낮은 온도에서 불순물이 감소된 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a perovskite compound having reduced impurities can be prepared at a lower temperature than in the prior art by using a halogen donor when preparing the perovskite compound.

본 발명의 실시예에 따르면, 불순물이 적고 선폭이 좁은 페로브스카이트 화합물을 포함하여, PL 수명이 길고 색 순도가 높은 페로브스카이트 광전 소자를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a perovskite optoelectronic device having a long PL lifetime and high color purity by including a perovskite compound with few impurities and a narrow line width.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 모습을 도시한 TEM(transmission electron microscopy) 이미지 및 HR-TEM(high-resolution transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 PLQY(PL quantum yield)를 도시한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 및 실시예의 페로브스카이트 화합물의 PL(photoluminescence) 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 3c 및 도 3d는 비교예 및 실시예의 페로브스카이트 화합물의 선폭 및 PL 스펙트럼 피크 위치를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 전압 대비 휘도를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 EL(electroluminescence) 강도를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 외부양자효율(external quantum efficiency)을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 색 좌표를 도시한 그래프이다.
1A to 1C are transmission electron microscopy (TEM) images and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) images showing the appearance of a perovskite compound according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the PLQY (PL quantum yield) of the perovskite compound according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are graphs showing PL (photoluminescence) spectra of the perovskite compounds of Comparative Examples and Examples, and FIGS. 3C and 3D are the line width and PL spectrum peaks of the perovskite compounds of Comparative Examples and Examples. It is a graph showing the position.
4 is a graph showing luminance versus voltage of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the EL (electroluminescence) intensity of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating external quantum efficiency of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing color coordinates of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, or steps mentioned.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. are to be construed as advantageous in which any aspect or design described is preferred or advantageous over other aspects or designs. it is not doing

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein and in the claims, the singular expression "a" or "an" generally means "one or more" unless stated otherwise or clear from the context that it relates to the singular form. should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below are selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, the terms used in the description below should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the content throughout the specification, not the simple name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms (terminology) used in this specification are terms used to properly express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of the user or operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법은 2가 또는 3가의 금속 양이온 및 1가 음이온을 포함하는 금속 할라이드-리간드 용액을 제조하는 단계(S110), 상기 금속 할라이드-리간드 용액, 1가 금속 양이온을 포함하는 금속 올레이트 용액 및 할로겐 공여체를 혼합하여 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 제조하는 단계(S120)를 포함한다.The method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a metal halide-ligand solution containing a divalent or trivalent metal cation and a monovalent anion (S110), the metal halide-ligand solution, and mixing a metal oleate solution containing a monovalent metal cation and a halogen donor to prepare a perovskite compound represented by the following Chemical Formula 1 (S120).

[화학식 1][Formula 1]

AaBbXc A a B b X c

(여기서, A는 1가 금속 양이온이며, B는 2가 또는 3가 금속 양이온이고, X는 1가 음이온임.)(Where A is a monovalent metal cation, B is a divalent or trivalent metal cation, and X is a monovalent anion.)

a + 2b = c (a,b,c 는 자연수) 또는 a + 3b = 4c (a, b, c 는 자연수)a + 2b = c (a,b,c are natural numbers) or a + 3b = 4c (a, b,c are natural numbers)

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 B가 3가 양이온인 경우, a + 3b = 4c를 만족하는 하기 화학식 1-1 내지 1-3으로 표시되는 화학식 중 어느 하나로 표시될 수 있다.Meanwhile, when B of the compound represented by Formula 1 is a trivalent cation, it may be represented by any one of Formulas 1-1 to 1-3 below satisfying a + 3b = 4c.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

AMX3 AMX 3

[화학식 1-2][Formula 1-2]

AM2X7 AM 2 X 7

[화학식 1-3][Formula 1-3]

A3M2X9 A 3 M 2 X 9

상기 화학식 1-1 내지 1-3에서 A는 1가 양이온이며, M은 3가 양이온이며, X는 1가 음이온이다.In Formulas 1-1 to 1-3, A is a monovalent cation, M is a trivalent cation, and X is a monovalent anion.

상기 금속 할라이드-리간드 용액은 2가 또는 3가의 금속 양이온, 1가 음이온 및 리간드를 포함하는 것으로, 후술할 단계 S120에서 제조하는 페로브스카이트 화합물에 포함되는 2가 또는 3가의 금속 양이온과 1가 음이온을 제공하는 전구체 용액일 수 있다.The metal halide-ligand solution contains a divalent or trivalent metal cation, a monovalent anion, and a ligand, and a divalent or trivalent metal cation and monovalent contained in the perovskite compound prepared in step S120 to be described later It may be a precursor solution that provides anions.

상기 1가 금속 양이온은 알킬암모늄, 포름아미디늄, 구아니디늄, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I)+, Ag(I)+ 및 Au(I)+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The monovalent metal cation is alkylammonium, formamidinium, guanidinium, Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , Fr + , Cu(I) + , Ag(I) + and Au ( I) may include any one of + , but is not limited thereto.

상기 2가 금속 양이온은 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Ti2+, Zr2+, Hf2+및 Rf2+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The divalent metal cation includes any one of Pb 2+ , Sn 2+ , Ge 2+ , Cu 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Ti 2+ , Zr 2+ , Hf 2+ and Rf 2+ . can, but is not limited thereto.

상기 3가 금속 양이온은 Sb3+, Bi3+ 및 In3+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The trivalent metal cation may include any one of Sb 3+ , Bi 3+ and In 3+ , but is not limited thereto.

상기 1가 음이온은 할로겐 이온(F-, Br-, Cl-, I-), SCN-, PF6- 및 BF4- 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The monovalent anion may include any one of halogen ions (F-, Br-, Cl-, I-), SCN-, PF6-, and BF4-, but is not limited thereto.

상기 1가 음이온은 F-, Cl-, Br- 및 I-를 포함하는 할로겐 음이온, BF4 -, PF6 - 및 SCN- 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The monovalent anion may include any one of halogen anions including F − , Cl , Br and I , BF 4 , PF 6 and SCN , but is not limited thereto.

상기 리간드는 올레일아민(oleylamine, OLAm) 및 올레익산(oleic acid, OA) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The ligand may include at least one of oleylamine (OLAm) and oleic acid (OA), but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 금속 할라이드-리간드 용액은 2가 금속 양이온으로 Pb2+, 1가 음이온으로 Br-, 상기 리간드로 OLAm 및 OA를 포함할 수 있으며, 이에 따라 (OLAm)PbBr2(OA)를 포함할 수 있다.For example, the metal halide-ligand solution may include Pb 2+ as a divalent metal cation, Br − as a monovalent anion, OLAm and OA as the ligand, and thus (OLAm)PbBr 2 (OA) may include

단계 S120은 상기 금속 할라이드-리간드 용액과 1가 금속 양이온을 포함하는 금속 올레이트 용액 및 할로겐 공여체를 혼합하여 아래의 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있다.In step S120, the perovskite compound represented by Chemical Formula 2 below may be prepared by mixing the metal halide-ligand solution, a metal oleate solution containing a monovalent metal cation, and a halogen donor.

[화학식 2][Formula 2]

ABX3 ABX 3

여기서, A는 상기 금속 올레이트 용액에 포함된 1가 금속 양이온, B는 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 금속 양이온 및 X는 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 1가 음이온 또는 상기 할로겐 공여체에 포함된 할로겐 음이온이다.Here, A is a monovalent metal cation included in the metal oleate solution, B is a divalent metal cation included in the metal halide-ligand solution, and X is a monovalent anion or halogen included in the metal halide-ligand solution It is a halogen anion contained in the donor.

이때, 상기 할로겐 공여체는 할로겐 음이온을 포함하는 용액으로, 상기 할로겐 음이온은 F-, Cl-, Br- 및 I- 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In this case, the halogen donor is a solution containing a halogen anion, and the halogen anion may include any one of F - , Cl - , Br - and I -.

실시예에 따라서, 상기 할로겐 공여체는 탄소 개수가 1개 내지 20개인 알킬기 또는 수소(H)가 할로겐 음이온과 이온 결합한 용액일 수 있으며, 예를 들어 상기 할로겐 공여체는 HBr일 수 있다.According to an embodiment, the halogen donor may be an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a solution in which hydrogen (H) is ionically bonded to a halogen anion. For example, the halogen donor may be HBr.

상기 금속 올레이트 용액은 1가 금속 양이온을 포함하는 전구체와 올레익산을 혼합하여 제조될 수 있다.The metal oleate solution may be prepared by mixing a precursor containing a monovalent metal cation and oleic acid.

상기 1가 금속 양이온은 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I)+, Ag(I)+, Au(I)+ 또는 이들의 조합일 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The monovalent metal cation may be Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , Fr + , Cu(I) + , Ag(I) + , Au(I) + or a combination thereof. It is not limited to the material.

예를 들어, 상기 금속 올레이트 용액은 1가 금속 양이온인 Cs+를 포함하는 Cs2CO3(cesium carbonate)와 올레익산의 혼합으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 Cs-OA를 포함할 수 있다.For example, the metal oleate solution may be prepared by mixing Cs 2 CO 3 (cesium carbonate) containing Cs + , which is a monovalent metal cation, and oleic acid, and thus Cs-OA may be included.

상기 할로겐 공여체는 상기 금속 올레이트 용액과 반응하여 할로겐화 금속을 형성할 수 있다.The halogen donor may react with the metal oleate solution to form a metal halide.

구체적으로, 상기 할로겐 공여체에 포함된 할로겐 음이온과 상기 금속 올레이트 용액에 포함된 1가 금속 양이온이 반응하여 할로겐화 금속을 형성할 수 있다.Specifically, a halogen anion included in the halogen donor and a monovalent metal cation included in the metal oleate solution may react to form a metal halide.

예를 들어, 금속 올레이트 용액에 포함된 Cs+와 상기 할로겐 공여체의 Br-가 반응하여 CsBr을 형성할 수 있다. For example, Cs + contained in the metal oleate solution may react with Br − of the halogen donor to form CsBr.

상기 할로겐 공여체는 상기 금속 올레이트 용액과 반응하여 할로겐화 금속을 형성하고, 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 또는 3가의 금속 양이온과 1가 음이온과 반응하여 페로브스카이트 화합물의 결정 핵을 형성할 수 있다. 이때, 형성된 결정 핵이 결정 성장이 이루어지면서 페로브스카이트 화합물의 최종 생성물을 합성할 수 있다.The halogen donor reacts with the metal oleate solution to form a metal halide, and reacts with a divalent or trivalent metal cation and monovalent anion contained in the metal halide-ligand solution to form a crystal nucleus of the perovskite compound can be formed In this case, the final product of the perovskite compound can be synthesized while the formed crystal nuclei undergo crystal growth.

실시예에 따라서, 상기 할로겐 공여체는 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 1가 음이온과 동일하거나 상이한 할로겐 음이온을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the halogen donor may include a halogen anion that is the same as or different from the monovalent anion contained in the metal halide-ligand solution.

상기 할로겐 공여체에 포함된 할로겐 음이온이 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 1가 음이온과 동일한 경우, 상기 할로겐 공여체는 상기 페로브스카이트 화합물의 결정 핵을 생성함으로써, 나노 크기의 큐브(cube) 결정 구조상을 가지는 페로브스카이트 화합물 결정을 제조할 수 있다.When the halogen anion included in the halogen donor is the same as the monovalent anion included in the metal halide-ligand solution, the halogen donor generates crystal nuclei of the perovskite compound, resulting in nano-sized cube crystals A perovskite compound crystal having a structural phase can be prepared.

상기 페로브스카이트 화합물은 나노 크기의 나노막대(rod), 나노판(plate), 나노큐브(cube) 및 나노와이어 큐브(cube)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 형상을 가질 수 있으며, 상기 페로브스카이트 화합물은 사방정계(orthorhombic), 입방정계(cubic), 정방정계(tetragonal), 이합체(dimer) 또는 층상(layer) 구조를 가지거나 이들 구조 중 2 이상의 구조가 혼재된 구조를 가질 수 있다.The perovskite compound may have at least one shape selected from the group consisting of a nano-sized nanorod, a nanoplate, a nanocube, and a nanowire cube, The lobskite compound may have an orthorhombic, cubic, tetragonal, dimer or layer structure, or a structure in which two or more of these structures are mixed. .

예를 들어, 상기 금속 할라이드-리간드 용액이 (OLAm)PbBr2(OA)를 포함하고, 상기 할로겐 공여체가 Br-를 포함하는 경우, 상기 할로겐 공여체는 상기 페로브스카이트 화합물의 결정 핵을 생성하여 CsPbBr3 결정 화합물이 제조될 수 있다.For example, when the metal halide-ligand solution includes (OLAm)PbBr 2 (OA) and the halogen donor includes Br − , the halogen donor generates crystal nuclei of the perovskite compound, CsPbBr 3 crystalline compounds can be prepared.

상기 할로겐 공여체에 포함된 할로겐 음이온이 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 1가 음이온과 동일한 경우에는, 부족한 할로겐 조성을 채워주어 종래 기술인 핫 인젝션(hot-injection)법으로 제조되는 페로브스카이트 화합물보다 금속 불순물을 적게 포함할 수 있다.When the halogen anion contained in the halogen donor is the same as the monovalent anion contained in the metal halide-ligand solution, it is better than the perovskite compound prepared by the conventional hot-injection method by filling the insufficient halogen composition. It may contain a small amount of metallic impurities.

상기 금속 불순물은 상기 단계 S120에서 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 또는 3가 금속 양이온과 1가 음이온이 상기 할로겐 공여체 및 상기 금속 올레이트 용액과 미처 반응하지 못한 물질로, 상기 페로브스카이트 화합물의 PL ??칭(quenching) 현상을 유발할 수 있다.The metal impurity is a material in which divalent or trivalent metal cations and monovalent anions contained in the metal halide-ligand solution in step S120 have not reacted with the halogen donor and the metal oleate solution. It may cause PL quenching of the compound.

예를 들어, 상기 금속 할라이드-리간드 용액이 (OLAm)PbBr2(OA)인 경우 PbBr2가 상기 할로겐 공여체 및 상기 금속 올레이트 용액과 미처 반응하지 못하여, 상기 페로브스카이트 화합물에 Pb 또는 PbBr2가 금속 불순물로 존재할 수 있다.For example, when the metal halide-ligand solution is (OLAm)PbBr 2 (OA), PbBr 2 does not react with the halogen donor and the metal oleate solution, so that Pb or PbBr 2 is added to the perovskite compound. may be present as metal impurities.

그러나, 상기 할로겐 공여체는 상기 페로브스카이트 화합물의 결정을 생성할 시 부족한 할로겐 조성을 채워주어 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 또는 3가 금속 양이온 및 1가 음이온이 충분히 반응할 수 있게 되어, 상기 페로브스카이트 화합물은 종래보다 금속 불순물을 적게 포함할 수 있다.However, the halogen donor fills the insufficient halogen composition when generating the crystal of the perovskite compound so that the divalent or trivalent metal cation and monovalent anion contained in the metal halide-ligand solution can react sufficiently. , the perovskite compound may contain less metal impurities than in the prior art.

상기 할로겐 공여체에 포함된 할로겐 음이온이 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 1가 음이온과 상이한 경우, 할로겐 치환 반응에 의해 상기 할로겐 음이온과 상기 1가 음이온이 균일하게 치환될 수 있다.When the halogen anion contained in the halogen donor is different from the monovalent anion contained in the metal halide-ligand solution, the halogen anion and the monovalent anion may be uniformly substituted by a halogen substitution reaction.

예를 들어, 상기 금속 할라이드-리간드 용액이 (OLAm)PbBr2(OA)를 포함하고, 상기 할로겐 공여체가 I-를 포함하는 경우, 아래의 반응식과 같은 할로겐 치환 반응이 일어날 수 있다.For example, when the metal halide-ligand solution includes (OLAm)PbBr 2 (OA) and the halogen donor includes I − , a halogen substitution reaction as shown in the following reaction scheme may occur.

[반응식][reaction formula]

PbBr2+HI→PbBr2-xIx (이때, 0<x<3)PbBr 2 +HI→PbBr 2-x I x (where 0<x<3)

할로겐 치환된 PbBr2-xIx 이 금속 올레이트 용액과 반응하여 X 사이트에 서로 상이한 두 개의 할로겐 음이온이 포함된 페로브스카이트 화합물이 제조될 수 있다.Halogen-substituted PbBr 2-x I x reacts with a metal oleate solution to prepare a perovskite compound including two different halogen anions at the X site.

상기 할로겐 치환 반응에 따라 상기 페로브스카이트 화합물은 청색, 적색 또는 녹색을 포함하는 색상을 발광할 수 있는데, 상기 할로겐 공여체를 이용하여 상기 1가 음이온과 상기 할로겐 음이온을 균일하게 치환할 수 있어 페로브스카이트 화합물의 선폭을 감소시킬 수 있다.According to the halogen substitution reaction, the perovskite compound may emit a color including blue, red, or green, and the monovalent anion and the halogen anion can be uniformly substituted by using the halogen donor. It is possible to reduce the line width of the lobskite compound.

또한, 상기 X 사이트에 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물은 상기 X 사이트에 단일 할로겐 음이온을 포함하는 경우보다 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)가 감소하여 PL 강도가 감소하고, 선폭(full width at half maximum; fwhm)이 좁을 수 있다.In addition, in the perovskite compound including different halogen anions at the X site, the exciton binding energy is reduced compared to the case where the X site contains a single halogen anion, so that the PL intensity is reduced, and the line width ( full width at half maximum (fwhm) can be narrow.

한편, 엑시톤 결합에너지는 유전율의 제곱에 반비례하며, 유효 질량과 비례 관계에 있다. 할로겐 원소는 유전율의 경우, Cl<Br<I의 값을 나타내며, 유효 질량의 경우 Cl>Br>I의 값을 가지는 바, 엑시톤 결합에너지는 Cl > Br > I의 경향을 나타낸다. 또한, PL 선폭은 Cl < Br < I 의 순서로 넓어지며, PL 강도는 동일물질에ㅓ 결합에너지가 클수록 증가한다. On the other hand, the exciton binding energy is inversely proportional to the square of the permittivity, and is proportional to the effective mass. The halogen element has a value of Cl<Br<I in the case of dielectric constant and Cl>Br>I in the case of effective mass, and the exciton binding energy shows a tendency of Cl>Br>I. In addition, the PL line width is widened in the order of Cl < Br < I, and the PL strength increases as the binding energy of the same material increases.

이에 따라, 상기 단계 S120은 상기 금속 할라이드-리간드 용액 및 상기 금속 올레이트 용액에 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하는 할로겐 공여체를 혼합하여, 선폭이 좁으면서 금속 불순물이 거의 없는 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있다.Accordingly, in step S120, the metal halide-ligand solution and the metal oleate solution are mixed with halogen donors including different halogen anions to prepare a perovskite compound with a narrow line width and almost no metal impurities. can

상기 단계 S120은 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2가 또는 3가 금속 양이온 대비 상기 할로겐 공여체의 몰 비율을 조절하여 상기 페로브스카이트 화합물의 엑시톤 결합 에너지를 조절할 수 있다.In step S120, the exciton binding energy of the perovskite compound may be adjusted by adjusting the molar ratio of the halogen donor to the divalent or trivalent metal cation contained in the metal halide-ligand solution.

구체적으로, 상기 단계 S120은 상기 할로겐 공여체와 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 (2가 또는 3가) 금속 양이온은 1:1 내지 10:1의 몰 비율로 포함하도록 상기 할로겐 공여체와 상기 금속 할라이드-리간드 용액을 혼합할 수 있다. 1:1의 몰 비율은 화학량론에 따른 최소값이며, 10:1를 초과하면 할로겐 공여체의 용매인 증류수(DI water) 양이 증가하여 생성되는 페로브스카이트 화합물이 증류수에 의해 분해될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 금속 양이온은 1:1 내지 3:1의 몰 비율일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 3:1의 몰 비율로 포함하도록 상기 할로겐 공여체와 상기 금속 할라이드-리간드 용액을 혼합할 수 있다. 다만, 증류수를 용매로 이용하지 않는 기체(gas) 상의 할로겐 공여체(R-X or H-X)를 이용하는 경우에는 상기의 몰 비율 제한을 받지 아니한다.Specifically, in step S120, the halogen donor and the metal halide are included in a molar ratio of 1:1 to 10:1 between the halogen donor and the (divalent or trivalent) metal cation contained in the metal halide-ligand solution. -Can mix ligand solutions. The molar ratio of 1:1 is the minimum value according to the stoichiometry, and when it exceeds 10:1, the amount of distilled water (DI water), which is a solvent of the halogen donor, increases, and the resulting perovskite compound may be decomposed by the distilled water. More preferably, the metal cation contained in the metal halide-ligand solution may be in a molar ratio of 1:1 to 3:1, and even more preferably, the halogen donor and the metal are included in a molar ratio of 3:1. The halide-ligand solution may be mixed. However, when using a halogen donor (R-X or H-X) in a gas phase that does not use distilled water as a solvent, the molar ratio is not limited.

상기 페로브스카이트 화합물의 결정 크기는 1nm 내지 100nm일 수 있다.The crystal size of the perovskite compound may be 1 nm to 100 nm.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법은 140℃ 내지 200℃에서 수행되는 종래의 핫 인젝션 법보다 낮은 온도에서 금속 불순물 함량이 적고 선폭이 좁은 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있다.The method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention can produce a perovskite compound having a small content of metal impurities and a narrow line width at a lower temperature than the conventional hot injection method performed at 140° C. to 200° C. have.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법은 20 ℃ 내지 150 ℃에서 페로브스카이트 화합물을 제조할 수 있다.Specifically, the method for preparing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention can prepare the perovskite compound at 20 °C to 150 °C.

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법은 페로브스카이트 화합물 제조 시 할로겐 공여체를 더 첨가하여 부족한 할로겐 조성을 채워주어 균일한 할로겐 치환이 가능하며, 종래보다 금속 불순물을 현저히 감소시켜 상온에서도 순도 높은 나노 크기의 페로브스카이트 화합물 결정을 제조할 수 있다.In summary, the method for producing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention fills the insufficient halogen composition by adding more halogen donors during the production of the perovskite compound, so that uniform halogen substitution is possible, and metal impurities are less than conventional ones. It is possible to prepare nano-sized perovskite compound crystals with high purity even at room temperature by remarkably reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 할로겐 공여체를 이용한 할로겐 치환 반응을 통해 페로브스카이트 화합물에 서로 상이한 할로겐 음이온이 포함될 수 있으며, 할로겐 공여체를 더 첨가하는 공정만으로도 엑시톤 결합 에너지를 감소시켜 종래보다 선폭을 감소시킬 수 있다.In addition, different halogen anions may be included in the perovskite compound through a halogen substitution reaction using a halogen donor of the perovskite compound according to an embodiment of the present invention, and exciton binding energy only through the process of adding a halogen donor can reduce the line width compared to the prior art.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 제조방법으로부터 제조된 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 광전 소자에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a perovskite photoelectric device including a perovskite compound prepared by the method for preparing a perovskite compound according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 페로브스카이트 광전 소자에 포함된 페로브스카이트 화합물은 상술한 페로브스카이트 화합물의 제조방법의 구성요소를 포함하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.Since the perovskite compound included in the perovskite optoelectronic device includes the components of the above-described method for preparing the perovskite compound, a redundant description thereof will be omitted.

본 발명의 페로브스카이트 광전 소자는 제1 전극, 전자 수송층, 광 활성층, 정공 수송층 및 제2 전극을 포함할 수 있다.The perovskite optoelectronic device of the present invention may include a first electrode, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer, and a second electrode.

상기 제1 전극은 기판 상에 형성될 수 있으며, 상기 기판은 유기물 기판 또는 무기물 기판일 수 있다.The first electrode may be formed on a substrate, and the substrate may be an organic substrate or an inorganic substrate.

무기물 기판은 유리, 석영(Quartz), Al2O3, SiC, Si, GaAs 또는 InP을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The inorganic substrate may include glass, quartz, Al 2 O 3 , SiC, Si, GaAs, or InP, but is not limited thereto.

유기물 기판은 켑톤 호일, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate, CTA) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP)로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The organic substrate is Kepton foil, polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethylene naphthalate (PEN) ), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA) and cellulose acetate It may be selected from propionate (cellulose acetate propionate, CAP), but is not limited thereto.

무기물 기판 및 유기물 기판은 광이 투과되는 투명한 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 기판이 유기물 기판일 경우 페로브스카이트 광전 소자의 유연성을 높일 수 있다.The inorganic substrate and the organic substrate are preferably made of a transparent material through which light is transmitted, and when the substrate is an organic substrate, flexibility of the perovskite photoelectric device can be increased.

제1 전극은 기판 상에 형성되는 것으로, 페로브스카이트 광전 소자가 인버티드 구조인 경우 양극의 역할을 수행할 수 있다.The first electrode is formed on the substrate and may serve as an anode when the perovskite optoelectronic device has an inverted structure.

예를 들어, 제1 전극은 불소 함유 산화주석(Fluorine doped Tin Oxide, FTO), 인듐 함유 산화주석(Indium doped Tin Oxide, ITO), 알루미늄 함유 산화아연(Al-doped Zinc Oxide, AZO), 인듐 함유 산화아연(Indium doped Zinc Oxide, IZO) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the first electrode contains fluorine doped tin oxide (FTO), indium doped tin oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and indium. It may be selected from the group consisting of zinc oxide (Indium doped Zinc Oxide, IZO) or a mixture thereof, but is not limited thereto.

바람직하게는, 제1 전극은 광 활성층의 최고 준위 점유 분자궤도(HOMO; highest occupied molecular orbital) 준위로 정공의 주입이 용이하도록 일함수가 크면서 투명한 전극인 ITO를 포함할 수 있다.Preferably, the first electrode may include ITO, which is a transparent electrode having a large work function to facilitate injection of holes into the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the photoactive layer.

제1 전극은 기판 상에 열기상증착(thermal evaporation), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The first electrode is formed on a substrate by thermal evaporation, e-beam evaporation, radio frequency sputtering, magnetron sputtering, vacuum deposition, or chemical vapor deposition. vapor deposition) may be formed by any one method.

또한, 제1 전극은 OMO(O=organic(유기물) 또는 metal oxide(금속산화물), M=metal(금속)) 구조의 투명 전도성 전극을 포함할 수 있다.In addition, the first electrode may include a transparent conductive electrode having an OMO (O=organic, metal oxide, M=metal) structure.

실시예에 따라서, 제1 전극은 면 저항이 1Ω/cm2 내지 1000Ω/cm2이며, 투과율은 80% 내지 99.9%일 수 있다.According to an embodiment, the first electrode may have a sheet resistance of 1Ω/cm 2 to 1000Ω/cm 2 , and a transmittance of 80% to 99.9%.

제1 전극의 면 저항이 1Ω/cm2 미만일 경우 투과율이 저하되어 투명 전극으로 사용하기 어렵고, 1000Ω/cm2 초과일 경우 면 저항이 높아 페로브스카이트 광전 소자의 성능이 저하되는 단점이 있다.In the case the surface resistance of the first electrode 1Ω / cm 2 is less than if the transmittance is lowered it is difficult to use a transparent electrode, 1000Ω / cm 2 than if there is a disadvantage that high resistance perovskite degraded performance of the photoelectric device.

또한, 제1 전극의 투과율이 80% 미만일 경우 광 추출이나 빛의 투과가 낮아 페로브스카이트 광전 소자의 성능이 저하되는 단점이 있다.In addition, when the transmittance of the first electrode is less than 80%, light extraction or light transmission is low, so that the performance of the perovskite optoelectronic device is deteriorated.

전자 수송층은 제1 전극 및 광 활성층 사이에 형성되어, 광 활성층과 제1 전극 사이에서 전자를 용이하게 전달할 수 있다.The electron transport layer is formed between the first electrode and the photoactive layer, so that electrons can be easily transferred between the photoactive layer and the first electrode.

페로브스카이트 광전 소자가 발광 소자로 사용되는 경우, 전자 수송층은 제2 전극으로부터 주입된 전자를 광 활성층으로 이동시킬 수 있고, 페로브스카이트 광전 소자가 태양전지로 사용되는 경우, 광 활성층에서 생성된 전자가 제1 전극으로 용이하게 전달되도록 할 수 있다.When a perovskite photoelectric device is used as a light emitting device, the electron transport layer can move electrons injected from the second electrode to the photoactive layer, and when the perovskite photoelectric device is used as a solar cell, in the photoactive layer The generated electrons may be easily transferred to the first electrode.

실시예에 따라서, 전자 수송층은 풀러렌(fullerene, C60), 풀러렌 유도체, 페릴렌(perylene), TPBi(2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole), NDI(Naphthalene diimide) 및 이들의 유도체, TiO2, SnO2, ZnO, ZnSnO3, 2,4,6-Tris(3-(pyrimidin-5-yl)phenyl)-1,3,5-triazine, 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 1,3,5-Tris(1-phenyl-1Hbenzimidazol-2-yl)benzene, 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl, 4,4'-Bis(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl(BTB), Rb2CO3(Rubidium carbonate), ReO3(Rhenium(VI) oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the electron transport layer may include fullerene (C60), a fullerene derivative, perylene, or TPBi(2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-) 1-H-benzimidazole)), polybenzimidazole (PBI) and PTCBI (3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole), Naphthalene diimide (NDI) and their derivatives, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, ZnSnO 3 , 2,4,6-Tris(3-(pyrimidin-5-yl)phenyl)-1,3,5-triazine, 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 1,3,5-Tris(1-phenyl-1Hbenzimidazol- 2-yl)benzene, 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl, 4,4'-Bis( 4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl (BTB), Rb 2 CO 3 (Rubidium carbonate), ReO 3 (Rhenium (VI) oxide) may include at least one .

상기 풀러렌 유도체는 PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) 또는 PCBCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester)일 수 있으나, 상기 물질들에 한정되는 것은 아니다.The fullerene derivative may be PCBM ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) or PCBCR ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester). no.

실시예에 따라서, 페로브스카이트 광전 소자가 인버티드 구조인 경우 전자 수송층으로 TiO2 계열이나 Al2O3 계열의 다공성 물질이 주로 사용될 수 있다.According to an embodiment, when the perovskite photoelectric device has an inverted structure, a TiO 2 based or Al 2 O 3 based porous material may be mainly used as the electron transport layer.

광 활성층은 상술한 페로브스카이트 화합물의 제조방법으로 제조된 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것으로, 중복 설명은 생략하도록 한다.The photoactive layer includes the perovskite compound prepared by the above-described method for preparing the perovskite compound, and redundant description will be omitted.

상기 페로브스카이트 화합물은 하기의 화학식 1로 표시될 수 있으며, 바람직하게는 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.The perovskite compound may be represented by the following formula (1), preferably it may be represented by the following formula (2).

[화학식 1][Formula 1]

AaBbXc A a B b X c

(여기서, A는 1가 금속 양이온이며, B는 2가 또는 3가 금속 양이온이고, X는 1가 음이온임.)(Where A is a monovalent metal cation, B is a divalent or trivalent metal cation, and X is a monovalent anion.)

a + 2b = c (a,b,c 는 자연수) 또는 a + 3b = 4c (a, b, c 는 자연수)a + 2b = c (a,b,c are natural numbers) or a + 3b = 4c (a, b,c are natural numbers)

[화학식 2][Formula 2]

ABX3 ABX 3

여기서, A는 1가 금속 양이온, B는 2가 금속 양이온 및 X는 1가 음이온이다.Here, A is a monovalent metal cation, B is a divalent metal cation, and X is a monovalent anion.

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 B가 3가 양이온인 경우, a + 3b = 4c를 만족하는 하기 화학식 1-1 내지 1-3으로 표시되는 화학식 중 어느 하나로 표시될 수 있다.Meanwhile, when B of the compound represented by Formula 1 is a trivalent cation, it may be represented by any one of Formulas 1-1 to 1-3 below satisfying a + 3b = 4c.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

AMX3 AMX 3

[화학식 1-2][Formula 1-2]

AM2X7 AM 2 X 7

[화학식 1-3][Formula 1-3]

A3M2X9 A 3 M 2 X 9

상기 화학식 1-1 내지 1-3에서 A는 1가 양이온이며, M은 3가 양이온이며, X는 1가 음이온이다.In Formulas 1-1 to 1-3, A is a monovalent cation, M is a trivalent cation, and X is a monovalent anion.

상기 금속 할라이드-리간드 용액은 2가 또는 3가의 금속 양이온, 1가 음이온 및 리간드를 포함하는 것으로, 후술할 단계 S120에서 제조하는 페로브스카이트 화합물에 포함되는 2가 또는 3가의 금속 양이온과 1가 음이온을 제공하는 전구체 용액일 수 있다.The metal halide-ligand solution contains a divalent or trivalent metal cation, a monovalent anion, and a ligand, and a divalent or trivalent metal cation and monovalent contained in the perovskite compound prepared in step S120 to be described later It may be a precursor solution that provides anions.

상기 1가 금속 양이온은 알킬암모늄, 포름아미디늄, 구아니디늄, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I)+, Ag(I)+ 및 Au(I)+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The monovalent metal cation is alkylammonium, formamidinium, guanidinium, Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , Fr + , Cu(I) + , Ag(I) + and Au ( I) may include any one of + , but is not limited thereto.

상기 2가 금속 양이온은 Pb2+, Sn2+, Ge2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Ti2+, Zr2+, Hf2+ 및 Rf2+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The divalent metal cation includes any one of Pb 2+ , Sn 2+ , Ge 2+ , Cu 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Ti 2+ , Zr 2+ , Hf 2+ and Rf 2+ . can, but is not limited thereto.

상기 3가 금속 양이온은 Sb3+, Bi3+ 및 In3+ 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The trivalent metal cation may include any one of Sb 3+ , Bi 3+ and In 3+ , but is not limited thereto.

상기 1가 음이온은 할로겐 이온(F-, Br-, Cl-, I-), SCN-, PF6 - 및 BF4 - 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The monovalent anion may include any one of halogen ions (F - , Br - , Cl - , I - ), SCN - , PF 6 -, and BF 4 - , but is not limited thereto.

상기 1가 음이온은 F-, Cl-, Br- 및 I-를 포함하는 할로겐 음이온, BF4 -, PF6 - 및 SCN- 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The monovalent anion may include any one of halogen anions including F − , Cl , Br and I , BF 4 , PF 6 and SCN , but is not limited thereto.

상기 리간드는 올레일아민(oleylamine, OLAm) 및 올레익산(oleic acid, OA) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The ligand may include at least one of oleylamine (OLAm) and oleic acid (OA), but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 금속 할라이드-리간드 용액은 2가 금속 양이온으로 Pb2+, 1가 음이온으로 Br-, 상기 리간드로 OLAm 및 OA를 포함할 수 있으며, 이에 따라 (OLAm)PbBr2(OA)를 포함할 수 있다.For example, the metal halide-ligand solution may include Pb 2+ as a divalent metal cation, Br − as a monovalent anion, OLAm and OA as the ligand, and thus (OLAm)PbBr 2 (OA) may include

실시예에 따라서, 상기 X는 단일의 할로겐 음이온을 포함하거나, 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함할 수 있다.In some embodiments, X may include a single halogen anion or different halogen anions.

예를 들어, 상기 페로브스카이트 화합물은 CsPbBr3이거나, CsPbBr3-xIx일 수 있다.For example, the perovskite compound may be CsPbBr 3 or CsPbBr 3-x I x .

상기 페로브스카이트 화합물의 X가 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하는 경우, 상기 페로브스카이트 화합물의 엑시톤 결합 에너지에 따라 상기 페로브스카이트 광전 소자의 선폭이 조절될 수 있다.When X of the perovskite compound includes different halogen anions, the line width of the perovskite photoelectric device may be adjusted according to the exciton binding energy of the perovskite compound.

구체적으로, 상기 페로브스카이트 화합물의 X가 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하면, 상기 페로브스카이트 화합물의 엑시톤 결합 에너지가 감소하게 되고 이에 따라 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 페로브스카이트 광전 소자의 선폭이 좁아질 수 있다.Specifically, when X of the perovskite compound includes different halogen anions, the exciton binding energy of the perovskite compound decreases, and thus perovskite photoelectric cells including the perovskite compound The line width of the device may be narrowed.

정공 수송층은 광 활성층 상이 형성되는 것으로, 페로브스카이트 광전 소자가 발광 소자로 사용되는 경우, 제2 전극으로부터 주입된 정공을 광 활성층으로 이동시키는 역할을 하고, 페로브스카이트 광전 소자가 태양전지로 사용되는 경우, 광 활성층에서 생성된 정공을 제2 전극으로 용이하게 전달되도록 할 수 있다.The hole transport layer is formed on the photoactive layer, and when a perovskite photoelectric device is used as a light emitting device, it serves to move the holes injected from the second electrode to the photoactive layer, and the perovskite photoelectric device is a solar cell When used as a , it is possible to easily transfer the holes generated in the photoactive layer to the second electrode.

예를 들어, 정공 수송층은 P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD([2,2',7,7'-tetrkis(N,N-dipmethoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorine]), CuSCN, CuI, MoOx, VOx, NiOx, CuOx, PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl_dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7,-di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis(N,N'-(4,butylphenyl))bis(N,N'-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole)), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA(poly(triarylamine)), poly(4-butylphenyldiphenyl-amine), 4,4'-bis[N-(1-naphtyl)-N-phenylamino]-biphenyl(NPD), PFI(perfluorinated ionomer)와 혼합된 PEDOT:PSS비스(N-(1-나프틸-n-페닐))벤지딘(α-NPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB), N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(TPD), 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)페녹시벤젠(m-MTDAPB), 스타버스트(starburst)형 아민류인 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 4,4',4"-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)-트리페닐아민(2-TNATA) 및 이들의 공중합체에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있으나, 상기 물질들에 한정되는 것은 아니다.For example, the hole transport layer is P3HT (poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV (poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH- PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT(poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3- decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD([2,2',7,7'-tetrkis(N,N-dipmethoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorine]), CuSCN, CuI, MoO x , VO x , NiO x , CuO x , PCPDTBT (Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2, 6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl_dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-( 2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6 -diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl) )-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7,-di-2-t hienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-) di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-) thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5'-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3' -d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PCDTBT(Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2 ,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis(N ,N'-(4,butylphenyl))bis(N,N'-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9'-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole)), PEDOT (poly(3,4 -ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), PTAA(poly(triarylamine)), poly(4-butylphenyldiphenyl-amine), 4,4'-bis[N-( 1-naphtyl)-N-phenylamino]-biphenyl (NPD), PEDOT: PSS bis (N- (1-naphthyl-n-phenyl)) benzidine (α-NPD) mixed with PFI (perfluorinated ionomer), N, N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (NPB), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1, 1'-diphenyl-4,4'-diamine (TPD), copper phthalocyanine (CuPc), 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine (m-MTDATA), 4,4',4"-tris(3-methylphenylamino)phenoxybenzene (m-MTDAPB), starburst type amines 4,4',4"-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA), At least one may be selected from 4,4',4"-tris(N-(2-naphthyl)-N-phenylamino)-triphenylamine (2-TNATA) and copolymers thereof, is not limited to

제2 전극은 정공 수송층 상에 형성되는 것으로, 페로브스카이트 광전 소자가 인버티드 구조인 경우 음극의 역할을 수행할 수 있다.The second electrode is formed on the hole transport layer and may serve as a cathode when the perovskite photoelectric device has an inverted structure.

예를 들어, 제2 전극은 리튬플로라이드/알루미늄(LiF/Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄소(C), 황화코발트(CoS), 황화구리(CuS), 산화니켈(NiO) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the second electrode may be lithium fluoride/aluminum (LiF/Al), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), copper (Cu), aluminum (Al), or carbon. (C), cobalt sulfide (CoS), copper sulfide (CuS), nickel oxide (NiO), or a mixture thereof, but is not limited thereto.

제2 전극은 제1 전극에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있으므로 중복 설명은 생략한다.Since the second electrode may be formed by the same method as the method described for the first electrode, a redundant description thereof will be omitted.

제2 전극은 광 활성층의 최고준위 점유 분자궤도(HOMO) 준위로 정공의 주입이 용이하도록 낮은 일함수를 가지며, 내부 반사율이 뛰어난 금속류의 전극이 사용될 수 있다.The second electrode has a low work function to facilitate injection of holes into the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the photoactive layer, and a metal electrode having excellent internal reflectance may be used.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자는 상기 광 활성층을 통해 RGB 색상을 발현할 수 있는 발광 소자, 광 검출기, 엑스레이 검출기, 태양 전지 중 어느 하나가 될 수 있다.The perovskite photoelectric device according to the embodiment of the present invention may be any one of a light emitting device, a photo detector, an X-ray detector, and a solar cell capable of expressing RGB colors through the photoactive layer.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 선폭(반치폭 = fwhm(full width at half maximum))은 상온(20 ℃)에서 10 nm 내지 30 nm일 수 있으며, 바람직하게는 15 nm 내지 20 nm일 수 있다.PL (photoluminescence) line width (full width at half maximum (fwhm)) of the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention may be 10 nm to 30 nm at room temperature (20 ° C), preferably 15 nm to 20 nm.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 EL(electroluminescence) 선폭은 15 nm 내지 40 nm일 수 있으며, 바람직하게는 22 nm 내지 30 nm일 수 있다.In addition, the EL (electroluminescence) line width of the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention may be 15 nm to 40 nm, preferably 22 nm to 30 nm.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자는 금속 불순물이 적으면서 서로 상이한 1가 음이온을 포함하는 페로브스카이트 화합물을 이용하여, 좁은 선폭 및 우수한 PL 수명을 가질 수 있다.The perovskite optoelectronic device according to an embodiment of the present invention may have a narrow line width and excellent PL lifetime by using a perovskite compound containing different monovalent anions while having a small amount of metal impurities.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자는 금속 불순물이 적은 페로브스카이트 화합물을 포함하여, 우수한 색 순도를 발현할 수 있다.In addition, the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention may include a perovskite compound having a small amount of metal impurities, thereby exhibiting excellent color purity.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 PLQY(photoluminescence quantum yield)는 70% 내지 100%일 수 있으며, 바람직하게는 70% 내지 95%일 수 있다.Specifically, the photoluminescence quantum yield (PLQY) of the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention may be 70% to 100%, preferably 70% to 95%.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 파장은 350 nm 내지 1200 nm일 수 있으며, 바람직하게는 420 nm 내지 670 nm일 수 있다.In addition, the PL (photoluminescence) wavelength of the perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention may be 350 nm to 1200 nm, preferably 420 nm to 670 nm.

이하, 페로브스카이트 화합물 및 이를 포함하는 페로브스카이트 광전 소자를 실시예 및 비교예에 따라 제조한 후 광학적 특성 및 소자 특성 평가를 수행하였다.Hereinafter, a perovskite compound and a perovskite optoelectronic device including the same were prepared according to Examples and Comparative Examples, and then optical properties and device properties were evaluated.

1. 페로브스카이트 화합물의 제조1. Preparation of perovskite compounds

[실시예 1][Example 1]

톨루엔 6 mL에 올레일아민(OLAm) 8 mL, 올레익산(OA) 6 mL 및 PbBr2 0.734g을 80℃에서 혼합 및 교반하여 (OLAm)PbBr2(OA) 용액을 제조하였다. (OLAm)PbBr 2 (OA) solution was prepared by mixing and stirring 8 mL of oleylamine (OLAm), 6 mL of oleic acid (OA), and 0.734 g of PbBr2 in 6 mL of toluene at 80°C.

그리고, 톨루엔 7 mL, 올레익산(OA) 3 mL, Cs2CO3 0.326 g을 80 ℃에서 투명해질 때까지 교반하여 Cs(OA) 용액을 제조하였다.Then, 7 mL of toluene, 3 mL of oleic acid (OA), and 0.326 g of Cs2CO3 were stirred at 80° C. until transparent to prepare a Cs(OA) solution.

이후, 톨루엔 20 mL와 (OLAm)PbBr2(OA) 용액에 2 mL를 혼합하여 60 내지 65 ℃ 오일베스(oil bath)에서 교반시킴과 동시에 Cs(OA) 용액 1 mL, 할로겐 공여체인 HBr 69 ul를 적가하였다. 총 5분(min) 동안 교반하면서, CsPbBr3 페로브스카이트 화합물 나노 결정을 제조하였다.Then, 20 mL of toluene and 2 mL of (OLAm)PbBr 2 (OA) solution were mixed and stirred in an oil bath at 60 to 65 ° C., and at the same time, 1 mL of Cs(OA) solution, 69 ul of HBr as a halogen donor was added dropwise. While stirring for a total of 5 minutes (min), CsPbBr3 perovskite compound nanocrystals were prepared.

이때, HBr과 PbBr2의 몰 비율은 3:1이었다.At this time, the molar ratio of HBr and PbBr 2 was 3:1.

이후, 혼합 용액을 상온에 두어 식혀주고 순수한 CsPbBr3 페로브스카이트 화합물 나노 결정을 얻기 위해 원심 분리를 이용하여 근 입자를 걸러 주었다. Thereafter, the mixed solution was cooled to room temperature, and root particles were filtered using centrifugation to obtain pure CsPbBr 3 perovskite compound nanocrystals.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

HBr과 PbBr2의 몰 비율이 2:1인 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1]과 동일한 방법으로 페로브스카이트 화합물을 제조하였다.A perovskite compound was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the molar ratio of HBr and PbBr 2 was 2:1.

[비교예 2][Comparative Example 2]

HBr과 PbBr2의 몰 비율이 1:1인 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1]과 동일한 방법으로 페로브스카이트 화합물을 제조하였다.A perovskite compound was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the molar ratio of HBr and PbBr 2 was 1:1.

[실시예 2][Example 2]

할로겐 공여체로 HBr 23ul와 함께 HI 54ul를 적가하여 CsPbBr3-xIx 페로브스카이트 화합물 나노 결정을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1]과 동일한 방법으로 페로브스카이트 화합물을 제조하였다 A perovskite compound was prepared in the same manner as in [Example 1], except that 54ul of HI was added dropwise with 23ul of HBr as a halogen donor to prepare CsPbBr 3-x I x perovskite compound nanocrystals. did

[비교예 3][Comparative Example 3]

옥타데센(octadecene, ODE) 40 mL, 올레익산(oleic acid) 2.5 mL, Cs2CO3 0.814 g을 혼합하여 150 ℃, 질소(N2) 분위기에서 투명해질 때까지 교반하여 Cs(OA) 용액을 제조하였다. 그리고, 옥타데센 5 mL에 올레일아민(Oleylamine) 0.5 mL, 올레익산 0.5 mL, PbI2 0.058 g, PbBr2 0.023 g을 혼합하여 120 ℃, 질소 분위기에서 완벽하게 녹을 때까지 교반하여 금속 할라이드-리간드 용액을 제조하였다.40 mL of octadecene (ODE), 2.5 mL of oleic acid, and 0.814 g of Cs 2 CO 3 were mixed and stirred at 150 ° C. in a nitrogen (N 2 ) atmosphere until transparent to obtain a Cs (OA) solution. prepared. And, octadecene oleyl amine in 5 mL (Oleylamine) 0.5 mL, oleic acid 0.5 mL, PbI 2 0.058 g, PbBr 2 to 0.023 by mixing g stirring until completely dissolved at 120 ℃, a nitrogen atmosphere, a metal halide-ligand A solution was prepared.

그 후, 금속 할라이드-리간드 용액을 160 ℃까지 승온시킨 뒤, 제조해두었던 Cs(OA) 0.4 mL를 주입하고 30초(s) 정도 교반시키면서 CsPbBr3-xIx 페로브스카이트 화합물 나노 결정을 제조하였다.After that, the metal halide-ligand solution was heated to 160 °C, and 0.4 mL of the prepared Cs(OA) was injected and stirred for about 30 seconds (s) to form CsPbBr 3-x I x perovskite compound nanocrystals. prepared.

그 후, 제조된 CsPbBr3-xIx 페로브스카이트 화합물 나노 결정 용액을 얼음물로 식혀주었다. 그리고 난 후, 순수한 CsPbBr3-xIx 페로브스카이트 화합물 나노 결정을 얻기 위해서 원심 분리를 이용해 침전물을 수집한 뒤, 톨루엔에 재분산하였다.Then, the prepared CsPbBr 3-x I x perovskite compound nanocrystal solution was cooled with ice water. Then, the precipitate was collected by centrifugation to obtain pure CsPbBr 3-x I x perovskite compound nanocrystals, and then redispersed in toluene.

2. 페로브스카이트 광전 소자의 제조2. Fabrication of perovskite optoelectronic devices

[실시예 3][Example 3]

세척된 ITO 기판(Hanalin Tech Co., Ltd.) 에 PEDOT:PSS:PFI를 3000rpm에서 60초 동안 스핀 코팅하여 정공 주입층을 형성하였다. PEDOT:PSS:PFI was spin-coated on the washed ITO substrate (Hanalin Tech Co., Ltd.) at 3000 rpm for 60 seconds to form a hole injection layer.

이후, PEDOT:PSS:PFI/ITO 기판 상에 상기 [실시예 1]을 포함하는 용액을 1500rpm에서 90초 동안 스핀 코팅하여 광 활성층(perovskite nanocrystal layer, PNC layer)을 형성하였다.Thereafter, the solution containing [Example 1] was spin-coated at 1500 rpm for 90 seconds on a PEDOT:PSS:PFI/ITO substrate to form a perovskite nanocrystal layer (PNC layer).

이후, TPBi 및 LiF를 증착하여 전자 주입층을 형성한 후 Al 전극을 증착하여 RGB 색상의 페로브스카이트 발광 소자를 제조하였다.Thereafter, an electron injection layer was formed by depositing TPBi and LiF, and then an Al electrode was deposited to prepare an RGB color perovskite light emitting device.

상기 실시예 및 비교예를 페로브스카이트 화합물 및 사용된 시료의 혼합 몰 비율에 따라 요약하면 아래의 표와 같다.The above Examples and Comparative Examples are summarized in the following table according to the mixing molar ratio of the perovskite compound and the sample used.

[표][graph]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 1a 내지 도 1c는 비교예 및 실시예에 대한 페로브스카이트 화합물의 모습을 도시한 TEM(transmission electron microscopy) 이미지 및 HR-TEM(high-resolution transmission electron microscopy) 이미지이다.1A to 1C are transmission electron microscopy (TEM) images and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) images showing the appearance of perovskite compounds for Comparative Examples and Examples.

도 1a 및 도 1b는 각각 상기 비교예 2 및 비교예 1에 대한 페로브스카이트 화합물의 모습을 도시한 TEM 이미지 및 HR-TEM 이미지이며, 도 1c는 상기 실시예 1에 대한 페로브스카이트 화합물의 모습을 도시한 TEM 이미지 및 HR-TEM 이미지이다.1a and 1b are TEM images and HR-TEM images showing the appearance of the perovskite compound for Comparative Example 2 and Comparative Example 1, respectively, and FIG. 1c is the perovskite compound for Example 1 TEM image and HR-TEM image showing the appearance of

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 페로브스카이트 화합물 모두 나노 크기의 큐빅 결정 구조를 가지는 것을 알 수 있다.1A to 1C , it can be seen that all of the perovskite compounds of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 have nano-sized cubic crystal structures.

도 1a 및 도 1b에 삽입된 HR-TEM 이미지를 참조하면, HBr 및 PbBr2의 몰 비율이 각각 2:1 및 1:1인 상기 비교예 2 및 상기 비교예 1은 검정색 점으로 나타난 금속 불순물을 포함하는 것을 확인할 수 있다.Referring to the HR-TEM images inserted in FIGS. 1A and 1B , in Comparative Example 2 and Comparative Example 1, wherein the molar ratios of HBr and PbBr 2 are 2:1 and 1:1, respectively, metallic impurities represented by black dots You can check what is included.

반면, 도 1c에 삽입된 HR-TEM 이미지를 참조하면, HBr 및 PbBr2의 몰 비율이 3:1인 상기 실시예 1은 검정색 점이 상기 비교예 1 및 비교예 2보다 흐릿하게 나타난 것으로 보아 상대적으로 금속 불순물을 적게 포함하는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to the HR-TEM image inserted in FIG. 1c , in Example 1, in which the molar ratio of HBr and PbBr 2 is 3:1, the black dots appear blurry than those of Comparative Examples 1 and 2, so it is relatively It can be seen that the metal impurities are small.

따라서, 본 발명은 할로겐 공여체를 이용하여 페로브스카이트 화합물 결정을 제조함으로써 페로브스카이트 화합물 내 금속 불순물 함량을 감소시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can reduce the metal impurity content in the perovskite compound by preparing a crystal of the perovskite compound using a halogen donor.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물의 PLQY(PL quantum yield)를 도시한 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the PLQY (PL quantum yield) of the perovskite compound according to an embodiment of the present invention.

이때, 도 2에 기재된 HBr x1은 상기 비교예 2의 페로브스카이트 화합물, HBr x2는 상기 비교예 1의 페로브스카이트 화합물, HBr x3은 상기 실시예 1의 페로브스카이트 화합물을 의미한다.In this case, HBr x1 described in FIG. 2 is the perovskite compound of Comparative Example 2, HBr x2 is the perovskite compound of Comparative Example 1, and HBr x3 is the perovskite compound of Example 1 .

도 2를 참조하면, HBr 및 PbBr2의 몰 비율이 1:1인 상기 비교예 2의 PLQY는 72%, HBr 및 PbBr2의 몰 비율이 2:1인 상기 비교예 1의 PLQY는 87%, HBr 및 PbBr2의 몰 비율이 3:1인 상기 실시예 1의 PLQY는 94%인 것을 확인할 수 있다.2, the PLQY of Comparative Example 2 in which the molar ratio of HBr and PbBr 2 is 1:1 is 72%, the PLQY of Comparative Example 1 in which the molar ratio of HBr and PbBr 2 is 2:1 is 87%, It can be seen that the PLQY of Example 1 in which the molar ratio of HBr and PbBr 2 is 3:1 is 94%.

따라서, 할로겐 공여체인 HBr의 몰 비율이 증가할수록 페로브스카이트 화합물의 PLQY 값이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물은 발광 효율이 우수한 것을 알 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the PLQY value of the perovskite compound increases as the molar ratio of HBr, which is a halogen donor, increases, and it can be seen that the perovskite compound prepared using the halogen donor has excellent luminous efficiency.

도 3a 및 도 3b는 각각 비교예 3 및 실시예 2의 페로브스카이트 화합물의 PL(photoluminescence) 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 3c 및 도 3d는 각각 비교예 3 및 실시예 2의 페로브스카이트 화합물의 선폭 및 PL 스펙트럼 피크 위치를 도시한 그래프이다.3a and 3b are graphs showing PL (photoluminescence) spectra of the perovskite compounds of Comparative Examples 3 and 2, respectively, and FIGS. 3c and 3d are the perovskites of Comparative Examples 3 and 2, respectively. It is a graph showing the line width and PL spectral peak position of the compound.

먼저 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래의 핫 인젝션 법으로 제조된 상기 비교예 3의 경우 할로겐 치환 반응이 불균일하게 발생하여 복수의 PL 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.First, referring to FIGS. 3A and 3B , it can be seen that in Comparative Example 3 prepared by the conventional hot injection method, halogen substitution reaction occurs non-uniformly and thus has a plurality of PL peaks.

반면 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 상기 실시예 2의 경우 할로겐 치환 반응이 균일하게 발생하여 단일 PL 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Example 2 prepared by using a halogen donor, it can be confirmed that the halogen substitution reaction occurs uniformly and thus has a single PL peak.

도 3c 및 도 3d를 참조하면, 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 상기 실시예 2의 경우, 종래의 핫 인젝션 법으로 제조된 상기 비교예 3의 경우보다 좁은 선폭을 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 3C and 3D , it can be seen that Example 2 manufactured using a halogen donor has a narrower line width than Comparative Example 3 manufactured by a conventional hot injection method.

따라서, 본 발명은 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물은 균일한 할로겐 음이온 조성을 가질 수 있어, 이를 포함하는 발광 소자의 선폭을 좁히고 색 순도를 높일 수 있다.Therefore, according to the present invention, the perovskite compound prepared using a halogen donor may have a uniform halogen anion composition, thereby narrowing the line width of a light emitting device including the same and increasing color purity.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 전압 대비 휘도를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing luminance versus voltage of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 실시예 3의 R에 대한 최대 휘도는 1317 cd/m2, G에 대한 최대 휘도는 3354 cd/m2, B에 대한 최대 휘도는 612 cd/m2인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in Example 3, it can be seen that the maximum luminance for R is 1317 cd/m 2 , the maximum luminance for G is 3354 cd/m 2 , and the maximum luminance for B is 612 cd/m 2 . have.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 EL(electroluminescence) 강도를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the EL (electroluminescence) intensity of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 실시예 3은 B 색상에 대하여 약 42 8nm, G 색상에 대하여 약 523 nm, R 색상에 대하여 약 622 nm의 PL 파장을 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that Example 3 has a PL wavelength of about 42 8 nm for color B, about 523 nm for color G, and about 622 nm for color R.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 외부양자효율(external quantum efficiency)을 도시한 그래프이다.6 is a graph illustrating external quantum efficiency of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 실시예 3에 5V의 바이어스 전압 인가 시 R의 EQE는 3.53%, G의 EQE는 10.01%, B의 EQE는 2.67%인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, when a bias voltage of 5V is applied in Example 3, it can be seen that the EQE of R is 3.53%, the EQE of G is 10.01%, and the EQE of B is 2.67%.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 광전 소자의 색 좌표를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing color coordinates of a perovskite photoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 실시예 3의 CIE 색 좌표는 R(0.69,0.17), G(0.08,0.71), B(0.167,0.00085)인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the CIE color coordinates of Example 3 are R(0.69,0.17), G(0.08,0.71), and B(0.167,0.00085).

따라서, 본 발명은 할로겐 공여체를 이용하여 제조된 페로브스카이트 화합물을 통해, 불순물이 적고 색 순도가 높은 페로브스카이트 발광 소자를 제조할 수 있다.Therefore, according to the present invention, a perovskite light emitting device having few impurities and high color purity can be manufactured through a perovskite compound prepared using a halogen donor.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are provided by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

Claims (14)

2가 또는 3가 금속 양이온 및 1가 음이온을 포함하는 금속 할라이드-리간드 용액을 제조하는 단계;
상기 금속 할라이드-리간드 용액, 1가 금속 양이온을 포함하는 금속 올레이트 용액 및 할로겐 공여체를 혼합하여 아래의 화학식으로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 제조하는 단계
를 포함하며,
상기 할로겐 공여체는 할로겐 음이온을 포함하는 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
[화학식]
AaBbXc
(여기서, A는 1가 금속 양이온, B는 2가 또는 3가 금속 양이온 및 X는 1가 음이온임.)
a+2b=c (a,b,c 는 자연수) 또는 a+3b=4c (a, b, c 는 자연수)
preparing a metal halide-ligand solution comprising a divalent or trivalent metal cation and a monovalent anion;
Preparing a perovskite compound represented by the following formula by mixing the metal halide-ligand solution, a metal oleate solution containing a monovalent metal cation, and a halogen donor
includes,
The halogen donor is a method for producing a perovskite compound, characterized in that the solution containing the halogen anion.
[Formula]
A a B b X c
(Where A is a monovalent metal cation, B is a divalent or trivalent metal cation, and X is a monovalent anion.)
a+2b=c (a,b,c are natural numbers) or a+3b=4c (a,b,c are natural numbers)
제1항에 있어서,
상기 할로겐 공여체는 상기 금속 올레이트 용액과 반응하여 할로겐화 금속을 형성하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a perovskite compound, characterized in that the halogen donor reacts with the metal oleate solution to form a metal halide.
제1항에 있어서,
상기 할로겐 공여체는 상기 페로브스카이트 화합물의 결정 핵을 생성하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The halogen donor is a method for producing a perovskite compound, characterized in that for generating a crystal nucleus of the perovskite compound.
제3항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물은 나노 크기의 나노막대(rod), 나노판(plate), 나노큐브(cube) 및 나노와이어 큐브(cube)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 형상인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The perovskite compound is a perovskite, characterized in that at least one shape selected from the group consisting of nano-sized nanorods, nanoplates, nanocubes, and nanowire cubes. A method for preparing a skyte compound.
제3항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물의 결정 크기는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The method for producing a perovskite compound, characterized in that the crystal size of the perovskite compound is 1 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 할로겐 공여체와 상기 금속 할라이드-리간드 용액에 포함된 2 또는 3가 금속 양이온은 1:1 내지 10:1의 몰 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a perovskite compound, characterized in that the halogen donor and the di- or trivalent metal cations contained in the metal halide-ligand solution are included in a molar ratio of 1:1 to 10:1.
제1항에 있어서,
상기 X는 할로겐 치환 반응에 의해 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
Wherein X is a method for producing a perovskite compound, characterized in that it contains different halogen anions from each other by a halogen substitution reaction.
제1항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물은 20 ℃ 내지 150 ℃에서 제조되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The perovskite compound is a method for producing a perovskite compound, characterized in that it is prepared at 20 ℃ to 150 ℃.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 소자.
A perovskite photoelectric device comprising a perovskite compound prepared according to any one of claims 1 to 8.
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트 화합물은 서로 상이한 할로겐 음이온을 포함하며,
상기 페로브스카이트 화합물의 엑시톤 결합 에너지에 따라 상기 페로브스카이트 광전 소자의 선폭이 조절되는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 소자.
10. The method of claim 9,
The perovskite compound includes different halogen anions from each other,
A perovskite photoelectric device, characterized in that the line width of the perovskite photoelectric device is controlled according to the exciton binding energy of the perovskite compound.
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트 광전 소자의 PLQY(photoluminescence quantum yield)는 70 % 내지 100 %인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 화합물의 제조방법.
10. The method of claim 9,
PLQY (photoluminescence quantum yield) of the perovskite photoelectric device is a method for producing a perovskite compound, characterized in that 70% to 100%.
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 선폭은 10 nm 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 소자.
10. The method of claim 9,
A perovskite photoelectric device, characterized in that the PL (photoluminescence) line width of the perovskite photoelectric device is 10 nm to 30 nm.
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트 광전 소자의 EL(electroluminescence) 선폭은 15 nm 내지 40 nm인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 소자.
10. The method of claim 9,
An electroluminescence (EL) line width of the perovskite photoelectric device is 15 nm to 40 nm.
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트 광전 소자의 PL(photoluminescence) 파장은 350 nm 내지 1200 nm인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 광전 소자.
10. The method of claim 9,
PL (photoluminescence) wavelength of the perovskite photoelectric device is a perovskite photoelectric device, characterized in that 350 nm to 1200 nm.
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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