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근적외선을 흡수하여 광감응 나노입자에서 전자-정공 쌍이 생성되며,
상기 광감응 나노입자에서 생성된 전자는 상기 광감응 나노입자와 접하는 반도체층과 광감응 나노입자간 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(energy level) 차에 의해 상기 반도체층의 전도대로 자발적으로 이동하며,
상기 광감응 나노입자에서 생성된 정공은 상기 광감응 나노입자와 접하는 정공 전도층과 광감응 나노입자간 가전자대(valance band) 최대 에너지 레벨(energy level) 차에 의해 상기 정공 전도층의 가전자대로 자발적으로 이동하며,
상기 반도체층과 상기 정공 전도층 사이에 구비되며, 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(energy level)이 상기 반도체층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(energy level)보다 큰 반도체 물질을 포함하여 구성된 재결합방지층에 의해 상기 반도체층의 전도대로 이동한 전자 및 상기 정공 전도층의 가전자대로 이동한 정공의 재결합이 억제되는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 1항에 있어서,
상기 재결합방지층은 상기 반도체층과 동일한 반도체 물질로 구성되며, 양자구속효과(quantum confinement effect) 또는 상(phase)에 의해 상기 반도체층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(energy level)보다 큰 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨(energy level)을 갖는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 2항에 있어서,
상기 재결합방지층은 보어 반지름보다 작은 반경의 반도체 나노입자로 구성된 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 2항에 있어서,
상기 재결합방지층은 비정질상(amorphous phase)인 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 3항에 있어서,
상기 근적외선 감지 소자는 투명전극 및 대전극을 더 포함하고,
상기 반도체층은 상기 투명전극 상부에 구비되며 열린 기공을 갖는 다공성 반도체층이며,
상기 광감응 나노입자는 상기 반도체층의 기공에 반도체층과 접하여 구비되며,
상기 정공 전도층은 상기 반도체층에 존재하는 공극을 채우고 상기 광감응 나노입자와 접하며, 상기 반도체층 상부를 덮도록 구비되며,
상기 재결합방지층은 상기 반도체층과 상기 정공 전도층 사이에 구비되며,
상기 대전극은 상기 정공 전도층 상부에 구비된것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 2항에 있어서,
상기 반도체층의 밴드갭 에너지(Eg)는 상기 광감응 나노입자의 밴드갭 에너지(Eg)보다 크고, 상기 반도체층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨은 상기 광감응 나노입자의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨보다 작으며,
상기 정공 전도층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨은 상기 광감응 나노입자의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨보다 크며, 상기 정공 전도층의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨은 상기 광감응 나노입자의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨보다 큰 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 2항에 있어서,
상기 광감응 나노입자는 PbS인 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 7항에 있어서,
상기 반도체층 및 상기 재결합방지층은 각각 TiO2이며, 상기 정공 전도층은 2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p메톡시페닐-아민) -9,9'-스피로플루오렌 (spiro-OMeTAD; 2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-pmethoxyphenyl-amine) -9,9'-spirofluorene)인 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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제 8항에 있어서,
상기 광감응 나노입자는 친수성 단말기 및 티올기를 갖는 링커(linker)에 의해 상기 반도체층에 부착된 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자
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청구항 제1항 내지 제9항에서 선택된 어느 한 항의 근적외선 감지 소자 제조방법으로,
a) 투명 전극 상부로 반도체 입자를 함유한 슬러리를 도포하여 다공성 반도체층을 형성하는 단계;
b) 상기 다공성 반도체층과 접하도록 광감응 나노입자를 형성하는 단계;
c) 금속전구체를 함유한 전구체용액을 상기 광감응 나노입자가 구비된 다공성 반도체층에 도포한 후, 열처리하여 재결합방지층을 형성하는 단계;
d) 상기 재결합방지층이 구비된 다공성 반도체층에 정공전도성 유기물이 용해된 유기물용액을 도포하여 정공전도층을 형성하는 단계; 및
e) 상기 정공전도층 상부로 대전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 10항에 있어서,
a) 단계의 상기 반도체 입자는 금속산화물이며, c) 단계의 상기 열처리에 의해 상기 반도체 입자와 동일한 물질의 금속산화물이 형성되며, 상기 열처리에 의해 비정질상의 금속산화물, 보어 반지름 이하의 크기를 갖는 금속산화물 나노입자 또는 이들의 혼합물이 형성되는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 11항에 있어서,
b) 단계는 콜로이드 상태의 광감응 나노입자 분산액의 도포에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 12항에 있어서,
b) 단계의 상기 광감응 나노입자는 둘 이상의 원소가 이온 결합한 물질이며, b) 단계는 광감응 나노입자를 구성하는 양이온의 전구체 용액과 광감응 나노입자를 구성하는 음이온의 전구체 용액을 교번 도포하여 수행되는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 11항에 있어서,
a) 단계는 스크린 프린팅(screen printing), 스핀코팅 (Spin coating), 바-코팅(Bar coating), 그라비아-코팅(Gravure coating), 블레이드 코팅(Blade coating), 또는 롤-코팅(Roll coating)에 의해 수행되며,
c) 단계는 전구체 용액에의 함침 및 산화 열처리에 의해 수행되며,
d) 단계는 스핀코팅 (Spin coating)에 의해 수행되며,
e) 단계는 화학 또는 물리적 증착(CVD 또는 PVD)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 11항에 있어서,
a) 단계의 상기 반도체 입자는 TiO2이며,
b) 단계의 상기 광감응 나노입자는 PbS이며,
c) 단계의 상기 금속전구체는 Ti 전구체이며,
d) 단계의 정공 전도성 유기물은 2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p메톡시페닐-아민) -9,9'-스피로플루오렌 (spiro-OMeTAD; 2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-pmethoxyphenyl-amine) -9,9'-spirofluorene)인 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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제 15항에 있어서,
상기 제조방법은
a) 단계 이후
상기 다공성 반도체층에 친수성 단말기 및 티올기를 갖는 링커(linker)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 감지 소자의 제조방법
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