유기반도체 (EE4541.617A) 2009. 6. 16. (화)
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1. (20 점) 유기반도체에서 전하는 호핑 (hopping)을 통해 이동하는 것으로 이해된다. 유기반도체의 전하이동도에 대한 설명으로 다음과 같은 모델이 대표적이다. 각 모델에 대해 전하이동도가 전기장과 온도에 대하여 어떤 의존성을 보이는지 설명하라.

(1) Pool-Frenkel model

(2) Bassler disorder model

2. (20 점) 유기반도체소자에서 전극이 ohmic contact을 형성하고, 유기반도체 내에 트랩 (trap)이 없다면,  전류-전압 특성은 space charge limited current의 특성을 보인다. 홀의 밀도를 , 유전상수를 , 전하이동도는[eqn: mu], 전극 사이의 전위차가 V, 전류밀도는 J, 전류가 흐르는 방향을 x-축 방향이라고 하자.

(1) 유기반도체 내부의 전기장 [eqn: E(x)]를 구하라.

(2) 유기반도체 내부의 평균 전하 밀도 [eqn: <p>]를 구하라.

(3) 전류-전압 특성은 다음과 같은 Mott-Gurney 공식으로 나타낼 수 있다는 것을 보여라.

[eqn: J= {9} over {8} epsilon _{o} epsilon mu {V` ^{2}} over {d` ^{3}}]

(4) 만약 트랩이 있는 경우 전류밀도는 전압 및 두께에 대해 어떤 의존성을 보이는지 설명하라

3. (30 점) 유기태양전지는 다음 그림과 같이 유기반도체 단일층, 이층구조, bulk heterojunction 구조로 소자 효율이 발전해 왔다.

(1) 단일층 구조의 효율이 낮은 주요 원인을 설명하라.

(2) 이층 구조는 어떤 측면에서 단일층 구조보다 우수하며, 여전히 어떤 문제가 있는지 설명하라.

(3) bulk heterojunction 구조는 어떤 측면에서 이층 구조보다 우수하며, 여전히 어떤 문제가 있는지 설명하라.

자료: Kevin M. Coakley and Michael D. McGehee, Chem. Mater. 2004, 16, 4533-4542

4. (30 점) 인광 색소를 도핑한 OLED소자는 전류밀도가 높아짐에 따라 아래 그림에 나타낸 것과 같이 발광효율이 급격히 감소한다. 이 원인으로는 triplet-triplet exciton annihilation (T-T annihilation) 또는 triplet exciton-polaron quenching 등이 제시되고 있다.

자료: M. A. Baldo, C. Adachi, and S. R. Forrest, Phys. Rev. B 62,10967 (2000)

(1) triplet exciton의 농도를 라고 하고, triplet-triplet exciton annihilation (T-T annihilation)이 원인일 경우의 rate equation을 쓰시오. 그리고, 정상상태에서 (즉, 인 경우) 효율의 전류밀도에 대한 의존성을 구하라.

(2) 만약 triplet exciton-polaron quenching이 원인일 경우의 rate equation을 쓰고, 정상상태에서 효율의 전류밀도에 대한 의존성을 구하라.

(3) 전류밀도가 높아짐에 따라 발광효율이 급격히 감소하는 것을 완화시킬 수 있는 소자 구조에 대해 설명하시오.