KR20130009141A - 광전자소자 - Google Patents
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Abstract
광전자소자에 관해 개시되어 있다. 개시된 광전자소자는 활성층과 전하수송층 사이에 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 유발하는 요소를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 광전자소자는 제1 및 제2 전극 사이에 구비된 활성층, 상기 제1 전극과 상기 활성층 사이에 구비된 제1 전하수송층, 및 상기 활성층과 상기 제1 전하수송층 사이에 구비된 쌍극자층(dipole layer)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극과 상기 활성층 사이에 제2 전하수송층이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 전하수송층과 상기 활성층 사이에 제2 쌍극자층이 더 구비될 수 있다.
Description
광전자소자에 관한 것이다.
광전자소자(Optoelectronic device)는 전기적 에너지를 광학적 에너지로 변환하는 소자 및 광학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 소자를 통칭한다.
전기적 에너지를 광학적 에너지로 변환하는 소자로는 LED(light emitting diode), LD(laser diode)와 같은 발광소자(luminous device or light emitting device)가 있다. 발광소자에 소정의 전기적 신호가 입력되면, 발광층에서 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생할 수 있다.
한편, 광학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 소자로는 태양전지, 포토다이오드(photodiode)와 같은 광발전소자(photovoltaic device)가 있다. 광발전소자에 소정의 빛이 조사되면, 광활성층(photoactive layer)에서 전자와 정공이 분리되면서 전기적 에너지가 발생할 수 있다.
최근, 광전자소자가 차세대 광원 및 대체 에너지원 등으로 주목받으면서 이에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, 광전자소자의 에너지 변환 효율을 높이기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
에너지 변환 효율을 높일 수 있는 광전자소자를 제공한다.
전하(정공/전자)의 주입 또는 추출 효율을 높일 수 있는 광전자소자를 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 구비된 활성층; 상기 제1 전극과 상기 활성층 사이에 구비된 제1 전하수송층; 및 상기 활성층과 상기 제1 전하수송층 사이에 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 형성하는 쌍극자층(dipole layer);을 포함하는 광전자소자가 제공된다.
상기 제1 전하수송층은 제1 전하의 수송층일 수 있고, 상기 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 제1 전하수송층 사이의 상기 제1 전하에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아질 수 있다.
상기 쌍극자층은 양친매성(amphiphilic) 물질을 포함할 수 있다.
상기 양친매성 물질은 극성부(polar portion) 및 비극성부(non-polar portion)를 포함할 수 있다.
상기 양친매성 물질은 친수성 작용기 및 소수성 작용기를 포함할 수 있다.
상기 쌍극자층은 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer)(SAM)을 포함할 수 있다.
상기 쌍극자층은 계면활성제(surfactant)를 포함할 수 있다.
상기 쌍극자층은 무기물을 포함할 수 있다.
상기 쌍극자층의 두께는 약 10nm 이하일 수 있다.
상기 제1 전하수송층은 정공수송층일 수 있다.
상기 정공수송층은 p형 무기반도체 및 p형 유기반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 p형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 p형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다.
상기 쌍극자층에 의해 상기 정공수송층의 이온화 포텐셜(ionization potential)이 증가할 수 있다.
상기 활성층은 양자점(quantum dot)을 포함할 수 있다.
상기 활성층은 무기물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극과 상기 활성층 사이에 제2 전하수송층이 더 구비될 수 있다.
상기 제2 전하수송층은 전자수송층일 수 있다.
상기 전자수송층은 n형 무기반도체 및 n형 유기반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 n형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 n형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다.
상기 활성층과 상기 제2 전하수송층 사이에 쌍극자 모멘트를 형성하는 제2 쌍극자층을 더 구비될 수 있다.
상기 제2 전하수송층은 제2 전하의 수송층일 수 있고, 상기 제2 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 제2 전하수송층 사이의 상기 제2 전하에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아질 수 있다.
상기 활성층은 발광층(light emitting layer)일 수 있고, 상기 광전자소자는 발광소자(light emitting device)일 수 있다.
상기 활성층은 광활성층(photoactive layer)일 수 있고, 상기 광전자소자는 광발전소자(photovoltaic device)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로 이격된 양극 및 음극; 상기 양극과 음극 사이에 구비된 활성층; 상기 양극과 상기 활성층 사이에 구비된 정공수송층; 상기 음극과 상기 활성층 사이에 구비된 전자수송층; 및 상기 활성층과 상기 정공수송층 사이 및 상기 활성층과 상기 전자수송층 사이 중 적어도 하나에 구비된 쌍극자층(dipole layer);을 포함하는 광전자소자가 제공된다.
상기 활성층과 상기 정공수송층 사이에 제1 쌍극자층이 구비되는 경우, 상기 제1 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 정공수송층 사이의 정공에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아질 수 있다.
상기 활성층과 상기 전자수송층 사이에 제2 쌍극자층이 구비되는 경우, 상기 제2 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 전자수송층 사이의 전자에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아질 수 있다.
상기 쌍극자층은 양친매성(amphiphilic) 물질을 포함할 수 있다.
상기 쌍극자층은 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer) 또는 계면활성제(surfactant)를 포함할 수 있다.
상기 활성층은 양자점을 포함할 수 있다.
상기 정공수송층 및 전자수송층 중 적어도 하나는 산화물을 포함할 수 있다.
높은 에너지 변환 효율을 갖는 광전자소자를 구현할 수 있다. 전하(정공/전자)의 주입 또는 추출 효율이 향상된 광전자소자를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 2는 비교예에 따른 것으로, 쌍극자층이 없는 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쌍극자층을 사용한 광전자소자의 예시적인 에너지밴드 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 비교예에 따른 것으로, 쌍극자층이 없는 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 쌍극자층을 사용한 광전자소자의 예시적인 에너지밴드 다이어그램이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자에 사용될 수 있는 자기조립 단분자층(SAM) 및 그에 의해 발생되는 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 MoO3층 상에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하기 전과 후의 물접촉각 변화를 보여주는 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자(발광소자)의 전압-휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자(발광소자)의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10, 20 : 쌍극자층 100 : 양극
150 : 정공수송층 200 : 활성층
250 : 전자수송층 300 : 음극
e- : 전자 h : 정공
도 2는 비교예에 따른 것으로, 쌍극자층이 없는 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쌍극자층을 사용한 광전자소자의 예시적인 에너지밴드 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 비교예에 따른 것으로, 쌍극자층이 없는 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 쌍극자층을 사용한 광전자소자의 예시적인 에너지밴드 다이어그램이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자에 사용될 수 있는 자기조립 단분자층(SAM) 및 그에 의해 발생되는 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 MoO3층 상에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하기 전과 후의 물접촉각 변화를 보여주는 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자(발광소자)의 전압-휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자(발광소자)의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10, 20 : 쌍극자층 100 : 양극
150 : 정공수송층 200 : 활성층
250 : 전자수송층 300 : 음극
e- : 전자 h : 정공
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 양극(anode)(100) 및 이와 이격된 음극(cathode)(300)이 구비될 수 있다. 양극(100) 및 음극(300)은 제1 전극 및 제2 전극이라 할 수 있다. 양극(100)은, 예컨대, ITO(indium tin oxide), Al, Ag, Au, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등으로 형성될 수 있다. 음극(300)은, 예컨대, Al, Mg, ITO, Au, Ag, CNT, 그래핀, Ca, Ba 등으로 형성될 수 있다. 그러나 여기서 언급한 양극(100)과 음극(300)의 물질은 예시적인 것이고, 이 밖에도 다양한 금속, 도전성 산화물 등을 사용할 수 있다.
양극(100)과 음극(300) 사이에 활성층(200)이 구비될 수 있다. 활성층(200)은 발광층(light emitting layer)일 수 있다. 이 경우, 본 실시예의 광전자소자는 "발광소자"일 수 있다. 양극(100)과 음극(300) 사이에 전기적 신호가 인가되면, 전자와 정공이 활성층(발광층)(200)으로 주입되고, 이들이 결합되면서 빛이 발생할 수 있다. 이때, 발생되는 빛의 파장은 활성층(발광층)(200)의 에너지 밴드갭(band gap)에 따라 달라질 수 있다.
활성층(200)은 빛에 의해 전기적으로 활성화되는 광활성층(photoactive layer)일 수도 있다. 이 경우, 본 실시예의 광전자소자는 광발전소자(photovoltaic device)일 수 있다. 활성층(광활성층)(200)에 소정의 빛이 조사되면, 활성층(광활성층)(200)에서 엑시톤(exciton), 즉, 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 발생할 수 있고, 상기 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되면서 전류가 흐를 수 있다. 이때, 전자는 양극(100) 쪽으로 이동할 수 있고, 정공은 음극(300) 쪽으로 이동할 수 있다.
활성층(200)은 유기 발광물질 및/또는 무기 발광물질을 포함하거나, 유기 광활성물질 및/또는 무기 광활성물질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 발광물질, 즉, 유기 발광물질 및 무기 발광물질 각각은 인광물질(phosphorescent material) 또는 형광물질(fluorescent material)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기물질, 즉, 상기 유기 발광물질 및 유기 광활성물질 각각은 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)를 포함할 수 있다. 활성층(200)은 무기물과 유기물을 함께 포함할 수도 있다.
일례로, 활성층(200)은 양자점(quantum dot)을 포함하는 층일 수 있다. 이때, 활성층(200)의 양자점은, 예컨대, 콜로이달(colloidal) 용액을 사용해서 형성할 수 있다. 이런 점에서, 상기 양자점은 콜로이달 양자점(colloidal quantum dot)일 수 있다. 상기 양자점은 무기 반도체로 형성된 나노사이즈(nano-size)의 구조체일 수 있다. 예컨대, 상기 양자점은 CdSe, CdS, CdTe 등의 Ⅱ-Ⅵ족 반도체, InP, GaAs, GaP 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체, Si, Ge 등의 Ⅳ족 반도체, PbSe, PbTe, PbS 등의 Ⅳ-Ⅵ족 반도체 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 양자점은 코어쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 양자점은, 예를 들어, CdSe/ZnS 구조, InP/ZnS 구조 등을 가질 수 있다. 여기서, CdSe 및 InP는 코어부이고, ZnS는 껍질부이다. 또는 상기 양자점은 멀티-쉘(multi-shell)을 갖는 코어쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 양자점은, 예를 들어, CdSe/CdS/ZnS 구조, InP/ZnS/CdS/ZnS 구조 등을 가질 수 있다. 여기서, CdSe 및 InP는 코어부이고, CdS 및 ZnS는 껍질부이다. 그러나 여기서 개시한 양자점의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 이 밖에 다른 다양한 물질을 양자점 물질로 적용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 상기 양자점의 표면부에 소정의 유기물층을 형성할 수도 있다. 활성층(200)이 양자점을 포함하는 경우, 발광소자의 색 순도 및 색 안정성 등을 개선하는데 유리할 수 있다.
양극(100)과 활성층(200) 사이에 제1 전하수송층, 예컨대, 정공수송층(hole transport layer:HTL)(150)이 구비될 수 있다. 정공수송층(150)은 p형 무기반도체 및/또는 p형 유기반도체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 p형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 p형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다. 예컨대, 상기 p형 무기반도체는 MoO3, NiO, V2O5, Rh2O3 등의 p형 산화물 반도체이거나, p-GaN 등의 p형 비산화물 반도체일 수 있다. 한편, 상기 p형 유기반도체는 NPD, TPD 등과 같은 단량체(monomer) 기반의 유기물을 포함하거나, TFB, PFB, F8T2 등과 같은 중합체(polymer) 기반의 유기물을 포함할 수 있다. 상기 NPD, TPD, TFB, PFB, F8T2의 화학명은 다음과 같다.
NPD: N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4diamine
TPD: N,N'-bis(3-methyphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine
TFB: poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)
PFB: poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamine
F8T2: poly(9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene)
그러나 위에서 제시한 정공수송층(150)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질이 정공수송층(150) 물질로 사용될 수 있다. 그리고 정공수송층(150)은 졸-겔(sol-gel), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 프린팅(printing), 증착(deposition) 법 등으로 형성될 수 있다.
활성층(200)과 음극(300) 사이에 제2 전하수송층, 예컨대, 전자수송층(electron transport layer:ETL)(250)이 구비될 수 있다. 전자수송층(250)은 n형 무기반도체 및/또는 n형 유기반도체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 n형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 n형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다. 예컨대, 상기 n형 무기반도체는 TiO2, ZnO, ZrO2 등의 n형 산화물 반도체이거나, n-GaN 등의 n형 비산화물 반도체일 수 있다. 한편, 상기 n형 유기반도체는 Alq3, TAZ, TPBi, BPhen 등과 같은 단량체(monomer) 기반의 유기물을 포함하거나, F8BT 등과 같은 중합체(polymer) 기반의 유기물을 포함할 수 있다. 상기 Alq3, TAZ, TPBi, BPhen, F8BT의 화학명은 다음과 같다.
Alq3: tris-(8-hydroxyquinilone)aluminum
TAZ: 3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazole
TPBi: 2,2,2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)
BPhen: 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline
F8BT: poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)
그러나 위에서 제시한 전자수송층(250)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질이 전자수송층(250) 물질로 사용될 수 있다. 그리고 정공수송층(150)과 유사하게, 전자수송층(250)도 졸-겔(sol-gel), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 프린팅(printing), 증착(deposition) 법 등으로 형성될 수 있다.
정공수송층(150)과 활성층(200) 사이 및 전자수송층(250)과 활성층(200) 사이 중 적어도 하나에 쌍극자층(dipole layer)이 구비될 수 있다. 도 1에는 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이에 쌍극자층(10)이 구비된 경우가 도시되어 있다. 쌍극자층(10)은 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이에 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 형성하는 층일 수 있다. 상기 쌍극자 모멘트는 전기 쌍극자 모멘트일 수 있다. 또한 상기 쌍극자 모멘트는 영구(permanent) 쌍극자 모멘트일 수 있다. 쌍극자층(10)의 일면(상면 또는 하면)은 양전하를 갖는 면(양전하 면)일 수 있고, 쌍극자층(10)의 다른 면(하면 또는 상면)은 음전하를 갖는 면(음전하 면)일 수 있다. 이러한 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 낮아질 수 있다. 상기 전위 장벽은 정공에 대한 전위 장벽일 수 있다. 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)과 활성층(200)의 이온화 포텐셜(ionization potential) 차이, 즉, 이온화 에너지(ionization energy) 차이가 감소할 수 있고, 그 결과, 이들(150, 200) 사이의 전위 장벽이 낮아질 수 있다. 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)의 이온화 포텐셜(ionization potential)이 변화(예컨대, 증가)됨에 따라, 정공수송층(150)과 활성층(200)의 이온화 포텐셜 차이가 감소할 수 있다. 이와 같이, 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 낮아지면, 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 정공의 이동이 용이해질 수 있다. 다시 말해, 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150) 및/또는 활성층(200)의 에너지밴드 레벨이 변화될 수 있고, 결과적으로 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 오믹 콘택(ohmic contact) 특성이 개선될 수 있다. 만약, 본 실시예의 광전자소자가 발광소자인 경우, 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)에서 활성층(200)으로의 정공 주입 특성/효율이 개선될 수 있다. 만약, 본 실시예의 광전자소자가 광전력소자인 경우, 쌍극자층(10)에 의해 활성층(200)에서 정공수송층(150)으로의 정공 추출 특성/효율이 개선될 수 있다.
특히, 활성층(200)이 양자점을 포함하는 경우, 쌍극자층(10)을 사용하지 않으면, 활성층(200)과 정공수송층(150) 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 상대적으로 매우 높을 수 있다. 이는 양자점을 포함하는 활성층(200)의 이온화 포텐셜(ionization potential) 값이 매우 클 수 있기 때문이다. 또한 정공수송층(150)이 산화물층인 경우에도 활성층(200)과 정공수송층(150) 사이의 전위 장벽이 높을 수 있다. 따라서 쌍극자층(10)이 없는 경우, 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 정공의 이동(주입 혹은 추출)이 용이하지 않을 수 있고, 그로 인해, 에너지 변환 효율이 낮아질 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서와 같이, 쌍극자층(10)을 사용하면, 활성층(200)과 정공수송층(150) 사이의 전위 장벽이 낮아지기 때문에, 이들(150, 200) 사이의 정공의 이동(주입 혹은 추출)이 용이해지고, 결과적으로는, 광전자소자의 에너지 변환 효율이 증가할 수 있다.
쌍극자층(10)은 양친매성(amphiphilic) 물질을 포함하는 층일 수 있다. 상기 양친매성 물질은 극성부(polar portion) 및 비극성부(non-polar portion)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양친매성 물질의 한쪽 끝은 극성부일 수 있고, 다른 쪽 끝은 비극성부일 수 있다. 상기 극성부는 쌍극자층(10)의 일면(상면 또는 하면)에 대응될 수 있고, 상기 비극성부는 쌍극자층(10)의 다른 면(하면 또는 상면)에 대응될 수 있다. 다른 측면에서, 상기 양친매성 물질은 서로 다른 두 개의 작용기(functional group)를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 양친매성 물질은 극성(polar) 작용기 및 비극성(non-polar) 작용기를 가질 수 있다. 또는 상기 양친매성 물질은 친수성(hydrophilic) 작용기 및 소수성(hydrophobic) 작용기를 가질 수 있다. 상기 극성 작용기(또는 상기 친수성 작용기)는 쌍극자층(10)의 일면(상면 또는 하면)에 배치될 수 있고, 상기 비극성 작용기(또는 상기 소수성 작용기)는 쌍극자층(10)의 다른 면(하면 또는 상면)에 배치될 수 있다. 이러한 쌍극자층(10)에 의해 "쌍극자 모멘트"가 발생할 수 있다.
일례로, 쌍극자층(10)은 양친매성 물질인 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer)(SAM)을 포함할 수 있다. 상기 자기조립 단분자층(SAM)은, 예를 들어, 실란(silane) 계열의 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 aminopropyltriethoxysilane, chloropropyltriethoxysilane, mercaptopropyltriethoxysilane, trichloro(3,3,3,-trifluoropropylsilane), N-propyltriethoxysilane 등일 수 있다. 상기 aminopropyltriethoxysilane은 NH2 작용기를 가질 수 있고, 상기 chloropropyltriethoxysilane은 Cl 작용기를 가질 수 있고, 상기 mercaptopropyltriethoxysilane은 SH 작용기를 가질 수 있고, 상기 trichloro(3,3,3,-trifluoropropylsilane)은 CF3 작용기를 가질 수 있으며, 상기 N-propyltriethoxysilane은 CH3 작용기를 가질 수 있다. 상기한 자기조립 단분자층(SAM)의 물질 및 그 작용기를 정리하면 아래의 표 1과 같다.
| SAM 물질 예 | 작용기 |
| aminopropyltriethoxysilane | NH2 |
| chloropropyltriethoxysilane | Cl |
| mercaptopropyltriethoxysilane | SH |
| trichloro(3,3,3,-trifluoropropylsilane) | CF3 |
| N-propyltriethoxysilane | CH3 |
상기한 자기조립 단분자층(SAM)의 물질에서 작용기들은 모두 상기 해당 물질들의 꼬리부(tail group)일 수 있다. 한편, 위 표 1의 물질들은 모두 실리콘(Si)에 산소(O) 원자 3개가 결합된 헤드부(head group)를 가질 수 있다. 위 물질들 각각에서 헤드부와 꼬리부(작용기)는 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 헤드부는 극성(친수성)을 가질 수 있고, 상기 꼬리부(작용기)는 비극성(소수성)을 가질 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 상기 헤드부 및 꼬리부의 극성은 달라질 수 있다. 또한, 전술한 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 예시적인 것이고, 이 밖에도 다양한 물질이 사용될 수 있다. 상기 자기조립 단분자층(SAM)의 작용기의 종류에 따라 그에 의해 생성되는 쌍극자 모멘트의 극성 방향과 세기가 달라질 수 있다.
도 10은 도 1의 쌍극자층(10)으로 적용될 수 있는 자기조립 단분자층(10A) 및 그로 인해 유발되는 쌍극자 모멘트를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 자기조립 단분자층(10A)은 복수의 분자(M1)들이 정렬된 단층 구조를 가질 수 있다. 각각의 분자(M1)는 헤드부(1), 꼬리부(3) 및 이들(1, 3)을 연결하는 연결부(체인부)(2)를 포함할 수 있다. 헤드부(1)가 하부층(15)의 표면에 접촉되도록 배치될 수 있고, 꼬리부(3)가 반대편, 즉, 단분자층(10A)의 상면부에 배치될 수 있다. 헤드부(1)와 꼬리부(3)의 극성이 다르기 때문에, 이들 사이에 쌍극자 모멘트가 발생할 수 있다. 그러나 여기서 도시한 쌍극자 모멘트의 방향은 예시적인 것이고, 달라질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이에 구비되는 쌍극자층(10)은 양친매성 물질로 계면활성제(surfactant)를 포함할 수도 있다. 상기 계면활성제는 친수성 작용기와 소수성 작용기를 갖기 때문에, 쌍극자층(10) 물질로 적용되어 쌍극자 모멘트를 형성하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 계면활성제는 PEG(polyethylene glycol) 계열의 계면활성제일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 계면활성제가 쌍극자층(10) 물질로 적용될 수 있다.
전술한 자기조립 단분자층(SAM) 및 계면활성제는 유기물일 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서 쌍극자층(10)의 물질은 유기물로 한정되지 않는다. 다시 말해, 쌍극자층(10)은 무기물로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 무기물은, 예컨대, LiF, BaF, Cs2CO3 등을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 쌍극자층(10)은 유기물과 무기물의 혼합된 층일 수도 있다.
한편, 쌍극자층(10)의 두께는 약 10nm 이하, 예컨대, 약 5nm 이하일 수 있다. 이렇게 쌍극자층(10)의 두께가 얇을 경우, 쌍극자층(10)을 통한 전하의 터널링(tunneling)이 용이할 수 있다. 그리고 정공수송층(150) 및 전자수송층(250)의 경우, 수십 nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 정공수송층(150) 및/또는 전자수송층(250)은 약 40nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 정공수송층(150) 및 전자수송층(250)이 적절한 두께를 가질 때, 이들은 광학적 스페이서(optical spacer)의 역할을 수행할 수 있고, 엑시톤 혹은 전하가 전극(양극 혹은 음극) 쪽으로 원치 않게 빠져나가는 현상(즉, quenching)을 억제할 수 있다. 그러나 여기서 제시한 쌍극자층(10), 정공수송층(150) 및 전자수송층(250)의 두께는 예시적인 것이고 달라질 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 쌍극자층(dipole layer)이 없는 경우(비교예)와 있는 경우(실시예)의 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램을 보여준다. 즉, 도 2는 도 1에서 쌍극자층(10)이 제외된 구조의 에너지밴드 다이어그램이고, 도 3은 도 1의 구조의 에너지밴드 다이어그램이다. 도 2 및 도 3에서 참조부호 EC 및 EV 는 각각 전도대(conduction band)의 최하위 에너지레벨 및 가전대(valence band)의 최상위 에너지레벨을 나타낸다. 참조부호 e- 및 h 는 각각 전자 및 정공을 나타낸다. 또한, 도 2 및 도 3에는 음극(100) 및 양극(200)의 페르미(Fermi) 에너지레벨(EF)이 도시되어 있다. 이러한 표시는 도 5 및 도 6에서도 동일하다. 그리고 도 2 및 도 3에 대한 아래의 설명은 광전자소자가 발광소자인 경우에 대한 것이다.
도 2를 참조하면, 쌍극자층이 없는 비교예에 따른 광전자소자에서는 정공수송층(150)의 EV 와 활성층(200)의 EV 사이의 차이가 크기 때문에, 정공수송층(150)으로부터 활성층(200)으로 정공 주입이 용이하지 않을 수 있다. 특히, 활성층(200)이 양자점을 포함할 경우, 활성층(200)의 EV 가 매우 낮기 때문에, 즉, 활성층(200)의 이온화 포텐셜이 매우 크기 때문에, 활성층(200)으로의 정공 주입이 더욱 용이하지 않을 수 있다. 그러므로 활성층(200)에서 전자와 정공이 결합되는 영역, 즉, 재결합 영역(recombination zone)의 너비가 매우 좁고, 결과적으로 에너지 변환 효율이 낮을 수 있다.
그러나, 도 3과 같이, 쌍극자층(10)을 사용할 경우, 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 전위 장벽(potential barrier)이 낮아지고, 이들(150, 200) 사이의 정공 이동이 용이해질 수 있다. 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)의 EV 가 낮아짐에 따라, 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 전위 장벽이 낮아질 수 있다. 그러므로, 정공수송층(150)으로부터 활성층(200)으로 정공이 용이하게 주입될 수 있고, 재결합 영역(recombination zone)의 너비가 넓어지고, 결과적으로 에너지 변환 효율이 향상될 수 있다. 도 3의 에너지밴드는 예시적인 것이고, 밴드의 구조는 사용 물질에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 1의 활성층(200)과 전자수송층(250) 사이에 쌍극자층이 더 구비될 수 있다. 그 예가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 활성층(200)과 전자수송층(250) 사이에 쌍극자층(20)이 구비될 수 있다. 이하에서는, 활성층(200)과 정공수송층(150) 사이에 구비된 쌍극자층(10)을 제1 쌍극자층(10)이라 하고, 활성층(200)과 전자수송층(250) 사이에 구비된 쌍극자층(20)을 제2 쌍극자층(20)이라 한다. 제2 쌍극자층(20)은 활성층(200)과 전자수송층(250) 사이의 전위 장벽(potential barrier)을 낮추는 역할을 할 수 있다. 이때의 전위 장벽은 "전자"에 대한 것일 수 있다. 따라서, 제2 쌍극자층(20)에 의해 활성층(200)과 전자수송층(250) 사이의 전자 이동이 용이해질 수 있다. 제2 쌍극자층(20)은 제1 쌍극자층(10)과 동일하거나 유사한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 쌍극자층(20)은 자기조립 단분자층(SAM) 및 계면활성제와 같은 유기물로 형성되거나, 무기물로 형성될 수 있다. 상기 자기조립 단분자층(SAM), 계면활성제 및 무기물의 구체적인 물질은 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 제2 쌍극자층(20)은 제1 쌍극자층(10)과 동일하거나 유사한 물질로 형성된다 하더라도, 전자수송층(250)에 대한 제2 쌍극자층(20)의 역할/영향과 정공수송층(150)에 대한 제1 쌍극자층(10)의 역할/영향은 서로 다를 수 있다. 경우에 따라, 제2 쌍극자층(20)은 제1 쌍극자층(10)과 다른 물질로 형성될 수도 있다.
도 5 및 도 6은 각각 쌍극자층이 없는 경우(비교예)와 있는 경우(실시예)의 광전자소자의 에너지밴드 다이어그램을 보여준다. 즉, 도 5는 도 4에서 제1 및 제2 쌍극자층(10, 20)이 제외된 구조의 에너지밴드 다이어그램이고, 도 6은 도 4의 구조의 에너지밴드 다이어그램이다. 도 5 및 도 6에 대한 아래의 설명은 광전자소자가 발광소자인 경우에 대한 것이다.
도 5를 참조하면, 도 3과 유사하게, 정공수송층(150)의 EV 와 활성층(200)의 EV 사이의 차이가 크기 때문에, 정공수송층(150)으로부터 활성층(200)으로 정공 주입이 용이하지 않을 수 있다. 또한, 전자수송층(250)의 EC 와 활성층(200)의 EC 사이의 차이가 크기 때문에, 전자수송층(250)으로부터 활성층(200)으로 전자 주입이 용이하지 않을 수 있다. 도 3에서는 전자수송층(250)의 EC 와 활성층(200)의 EC 사이의 차이가 크지 않기 때문에, 전자수송층(250)으로부터 활성층(200)으로 전자 주입이 용이할 수 있지만, 도 5의 경우는 그렇지 않다.
도 6을 참조하면, 제1 및 제2 쌍극자층(10, 20)을 사용하는 경우, 제1 쌍극자층(10)에 의해 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 정공에 대한 전위 장벽이 낮아질 수 있고, 제2 쌍극자층(20)에 의해 전자수송층(250)과 활성층(200) 사이의 전자에 대한 전위 장벽이 낮아질 수 있다. 그러므로, 정공수송층(150)에서 활성층(200)으로의 정공 주입 및 전자수송층(250)에서 활성층(200)으로의 전자 주입이 용이할 수 있다. 그 결과, 광전자소자의 에너지 변환 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 1 및 도 4에서 변형된 다양한 변형예가 가능하다. 그 예들이 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다.
도 7은 도 4에서 제1 쌍극자층(10)이 제외된 구조이다. 정공수송층(150)과 활성층(200) 사이의 전위 장벽(정공에 대한 전위 장벽)이 낮은 경우, 도 7과 같은 구조가 가능할 수 있다.
도 8은 도 1에서 전자수송층(250)이 제외된 구조이다. 도 1에서 전자수송층(250)의 사용은 선택적인(optional) 것이므로, 도 8과 같은 구조가 가능할 수 있다.
도 9는 도 7에서 정공수송층(150)이 제외된 구조이다. 도 7에서 정공수송층(150)의 사용은 선택적인 것이므로, 도 9과 같은 구조가 가능할 수 있다.
표 2는 MoO3층 상에 다양한 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하였을 때, 각 샘플의 표면 에너지 수치를 정리한 것이다. 상기 MoO3층은 도 1의 정공수송층(150)으로 사용될 수 있는 물질층(산화물층)의 일례이다. 여기서 사용된 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 표 1에 정리한 것과 동일하다. 표 2에서 NH2, Cl, SH, CF3, CH3는 해당 자기조립 단분자층(SAM)의 작용기를 나타낸다. 일례로, NH2는 MoO3층 상에 aminopropyltriethoxysilane을 형성한 경우에 해당된다. 각 작용기에 대응하는 물질은 표 1에서 확인할 수 있다. 한편, 표 2에서 "None"은 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하지 않은 MoO3층에 대한 결과이다.
|
|
MoO3 | |||||
| None | -NH2 | -Cl | -SH | -CF3 | -CH3 | |
| Total surface energy (mN/m) | 49.94 | 30.52 | 34.38 | 31.85 | 32.20 | 27.01 |
| Polar part (mN/m) | 37.20 | 17.17 | 6.10 | 7.41 | 13.30 | 5.47 |
| Non-polar part (mN/m) | 12.74 | 13.35 | 28.28 | 24.44 | 18.90 | 21.54 |
표 2를 참조하면, "None"에 해당하는 MoO3층, 즉, 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하지 않은 MoO3층의 경우, 극성 파트(polar part)가 강하게 나타나지만, 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우, 대체로 비극성 파트(non-polar part)가 강해진 것을 확인할 수 있다. 이는 극성이던 MoO3층의 표면이 자기조립 단분자층(SAM)에 의해 비극성으로 변화될 수 있음을 의미한다.
표 3은 NiO층 상에 다양한 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하였을 때, 각 샘플의 표면 에너지 수치를 정리한 것이다. 상기 NiO층은 도 1의 정공수송층(150)으로 사용될 수 있는 물질층(산화물층)의 일례이다. 여기서 사용된 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 표 1에 정리한 것과 동일하다.
|
|
NiO | |||||
| None | -NH2 | -Cl | -SH | -CF3 | -CH3 | |
| Total surface energy (mN/m) | 59.34 | 42.51 | 46.04 | 78.00 | 69.27 | 47.66 |
| Polar part (mN/m) | 51.70 | 33.61 | 35.20 | 0.94 | 68.08 | 0.36 |
| Non-polar part (mN/m) | 7.66 | 8.90 | 10.84 | 77.06 | 1.20 | 47.30 |
표 3을 참조하면, SH 작용기를 갖는 mercaptopropyltriethoxysilane 및 CH3 작용기를 갖는 N-propyltriethoxysilane로 자기조립 단분자층(SAM)을 형성했을 때, NiO층의 표면이 비극성으로 변화된 것을 알 수 있다. 한편, 다른 자기조립 단분자층(SAM)에서는 극성 특성이 유지되었다.
표 4는 MoO3층 상에 다양한 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하였을 때, 각 샘플의 이온화 포텐셜(ionization potential) 레벨을 정리한 것이다. 여기서 사용된 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 표 1에 정리한 것과 동일하다. 표 4에서 NH2, Cl, SH, CF3, CH3는 해당 자기조립 단분자층(SAM)의 작용기를 나타낸다. 일례로, MoO3-NH2는 MoO3층 상에 aminopropyltriethoxysilane을 형성한 경우에 대응된다. 각 작용기에 대응하는 물질은 표 1에서 확인할 수 있다.
| Film | Ionization potential level (eV) |
| MoO3 | 5.30 |
| MoO3-NH2 | 6.07 |
| MoO3-Cl | 5.94 |
| MoO3-SH | 6.15 |
| MoO3-CF3 | 5.85 |
| MoO3-CH3 | 5.37 |
표 4를 참조하면, MoO3층 상에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우, 그렇지 않은 경우보다 이온화 포텐셜 레벨이 증가하였다. 이는 여기서 사용된 다섯 가지 자기조립 단분자층(SAM) 모두가 MoO3층에 대해서 전자 공여(electron donating) 특성을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 상기 다섯 가지 자기조립 단분자층(SAM)은 MoO3층의 밴드 레벨이 낮춰줄 수 있다. 특히, SH 작용기를 갖는 mercaptopropyltriethoxysilane으로 자기조립 단분자층(SAM)을 형성했을 때(MoO3-SH), 이온화 포텐셜 레벨이 0.85 eV 정도 증가하였다. 그리고 CH3 작용기를 제외한 나머지 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)을 사용했을 때, 이온화 포텐셜 레벨이 0.5 eV 이상 증가하였다. 이러한 이온화 포텐셜 레벨의 변화는 곧 에너지밴드 레벨의 변화(즉, band bending)를 의미한다.
표 5는 NiO층 상에 다양한 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하였을 때, 각 샘플의 이온화 포텐셜(ionization potential) 레벨을 정리한 것이다. 여기서 사용된 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 표 1에 정리한 것과 동일하다. 표 5에서 NH2, Cl, SH, CF3, CH3는 해당 자기조립 단분자층(SAM)의 작용기를 나타낸다. 일례로, NiO-NH2는 NiO층 상에 aminopropyltriethoxysilane을 형성한 경우에 대응된다. 각 작용기에 대응하는 물질은 표 1에서 확인할 수 있다.
| Film | Ionization potential level (eV) |
| NiO | 4.66 |
| NiO-NH2 | 4.63 |
| NiO-Cl | 4.64 |
| NiO-SH | 4.90 |
| NiO-CF3 | 4.66 |
| NiO-CH3 | 4.95 |
표 5를 참조하면, NiO층 상에 SH 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우 및 CH3 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우, 그렇지 않은 경우보다 이온화 포텐셜 레벨이 약 0.3 eV 정도 증가하였다. 이는 SH 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM) 및 CH3 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)이 NiO층에 대하여 전자 공여(electron donating) 특성을 갖는 것을 의미한다. 한편, NH2 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우 및 Cl 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)을 형성한 경우, 이온화 포텐셜 레벨이 아주 약간 감소했다. 이는 상기 NH2 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM) 및 Cl 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(SAM)은 NiO층에 대하여 약간의 전자 수용(electron withdrawing) 특성을 갖는 의미한다.
도 11 및 도 12는 MoO3층 상에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하기 전과 후의 물접촉각 변화를 보여주는 사진이다. 도 12에 적용된 자기조립 단분자층(SAM)의 물질은 SH 작용기를 갖는 mercaptopropyltriethoxysilane 이었다.
도 11 및 도 12를 비교하면, 자기조립 단분자층(SAM)을 적용한 경우(도 12), 그렇지 않은 경우(도 11)보다 물방울의 접촉각이 눈에 띄게 증가하였다. 이는 상기 자기조립 단분자층(SAM)에 의해 MoO3층의 표면 극성이 변화되었음을 의미한다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 11 및 도 12의 결과는 상기 자기조립 단분자층(SAM)에 의해 MoO3층의 표면이 친수성(극성)에서 소수성(비극성)으로 변화되었음을 의미한다. 이러한 결과는 표 2에서 설명한 결과와 동일하였다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 전압-휘도 특성을 보여주는 그래프이다. 도 13의 결과를 얻는데 사용된 발광소자는 도 1의 구조를 갖는다. 이때, 양극(100)으로는 ITO층을, 정공수송층(150)으로는 MoO3층을, 전자수송층(250)으로는 TiO2층을, 음극(300)으로는 Al층을 사용하였다. 그리고 활성층(200)은 양자점을 포함하는 양자점 발광층이었고, 쌍극자층(10)으로는 SH 작용기를 갖는 mercaptopropyltriethoxysilane로 형성된 자기조립 단분자층(SAM)을 사용하였다.
도 13을 참조하면, 양극(100)과 음극(300) 사이에 인가되는 전압이 약 8V 정도일 때, 약 4 cd/㎡ 정도의 높은 휘도가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다. 도 14의 제1 내지 제3 그래프(G1～G3)는 모두 도 1의 구조는 갖는 발광소자에 대한 것이다. 단, 이들에 사용된 쌍극자층(10)의 물질이 상이하다. 제1 그래프(G1)는 SH 작용기를 갖는 mercaptopropyltriethoxysilane로 형성된 자기조립 단분자층(SAM)을 쌍극자층(10)으로 사용한 발광소자에 대한 것이고, 제2 그래프(G2)는 Cl 작용기를 갖는 chloropropyltriethoxysilane로 형성된 자기조립 단분자층(SAM)을 쌍극자층(10)으로 사용한 발광소자에 대한 것이며, 제3 그래프(G3)는 NH2 작용기를 갖는 aminopropyltriethoxysilane로 형성된 자기조립 단분자층(SAM)을 쌍극자층(10)으로 사용한 발광소자에 대한 것이다. 이때, 정공수송층(150)은 모두 MoO3층이었다.
도 14를 참조하면, 왼쪽부터 오른쪽으로 제1 그래프(G1), 제2 그래프(G2) 및 제3 그래프(G3)가 배치되어 있다. 이는 동일한 전압(ex, 9V)을 인가했을 때, 제1 그래프(G1)에 해당하는 발광소자의 전류 밀도가 가장 높고, 제2 그래프(G2)에 해당하는 발광소자의 전류 밀도가 그 다음이며, 제3 그래프(G3)에 해당하는 발광소자의 전류 밀도가 가장 낮다는 것을 의미한다. 이러한 결과는 쌍극자층(10)에 사용되는 작용기의 종류에 따라서, 전압-전류 특성이 달라질 수 있음을 보여준다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1, 도 4 및 도 7 내지 도 9의 광전자소자의 구조는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자는 전자차단층(electon blocking layer:EBL) 및/또는 정공차단층(hole blocking layer:HBL)을 더 포함할 수 있고, 그 밖에도 다른 물질층을 더 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 쌍극자층(10, 20)은 그와 인접한 물질층의 에너지밴드 레벨을 포지티브(positive) 방향 혹은 네거티브(negative) 방향으로 이동(shift) 시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 부가해서, 당업자라면 본 발명의 사상(idea)은 광전자소자가 아닌 그 밖의 다른 소자에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
Claims (21)
- 제1 전극;
상기 제1 전극과 이격된 제2 전극;
상기 제1 및 제2 전극 사이에 구비된 활성층;
상기 제1 전극과 상기 활성층 사이에 구비된 제1 전하수송층; 및
상기 활성층과 상기 제1 전하수송층 사이에 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 형성하는 쌍극자층(dipole layer);을 포함하는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전하수송층은 제1 전하의 수송층이고,
상기 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 제1 전하수송층 사이의 상기 제1 전하에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아지는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 쌍극자층은 양친매성(amphiphilic) 물질을 포함하는 광전자소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 양친매성 물질은 극성부(polar portion) 및 비극성부(non-polar portion)를 포함하는 광전자소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 양친매성 물질은 친수성 작용기 및 소수성 작용기를 포함하는 광전자소자. - 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쌍극자층은 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer)(SAM)을 포함하는 광전자소자. - 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쌍극자층은 계면활성제(surfactant)를 포함하는 광전자소자. - 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쌍극자층은 무기물을 포함하는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 쌍극자층의 두께는 10nm 이하인 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전하수송층은 정공수송층인 광전자소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 정공수송층은 p형 무기반도체 및 p형 유기반도체 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 p형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물이고, 상기 p형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)인 광전자소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 쌍극자층에 의해 상기 정공수송층의 이온화 포텐셜(ionization potential)이 증가하는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은 양자점을 포함하는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은 무기물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함하는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 전극과 상기 활성층 사이에 제2 전하수송층이 더 구비된 광전자소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 제2 전하수송층은 전자수송층인 광전자소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 전자수송층은 n형 무기반도체 및 n형 유기반도체 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 n형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물이고, 상기 n형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)인 광전자소자. - 제 15 내지 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 활성층과 상기 제2 전하수송층 사이에 쌍극자 모멘트를 형성하는 제2 쌍극자층을 더 포함하는 광전자소자. - 제 18 항에 있어서,
상기 제2 전하수송층은 제2 전하의 수송층이고,
상기 제2 쌍극자층에 의해 상기 활성층과 상기 제2 전하수송층 사이의 상기 제2 전하에 대한 전위 장벽(potential barrier)이 낮아지는 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은 발광층(light emitting layer)이고,
상기 광전자소자는 발광소자(light emitting device)인 광전자소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은 광활성층(photoactive layer)이고,
상기 광전자소자는 광발전소자(photovoltaic device)인 광전자소자.
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