나노임프린트 공정 기반 구조색 컬러필터 및 컬러필터-광전지 이중기능 소자 연구
Nanoimprint Lithography-Based Structural Color Filter
- 주제(키워드) nanoimprint , color filters , structural color , nanocavity , perovskite solar cells
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박희준
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000025494
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 나노 구조 기반의 구조색 컬러필터와 컬러필터-광전지 이중기능 컬러필터를 구현하였다. 유기 염료나 화학적 안료를 기반의 기존 컬러필터 시스템은 지속적인 UV 조사, 고온, 습기에 민감하고 내구성이 약하며 확장성 측면에서 한계가 있다. 본 연구의 나노 임프린트 공정 기반 구조색 컬러필터는 이러한 기존 컬러필터의 단점들을 보완하여 총 세 가지 형태의 컬러필터를 제작 했다. 첫 번째는 TE 편광 (입사광의 전기장이 subwavelength 그레이팅 방향과 평행)에 대해 입사각 ±70° 까지 각도 의존성이 없는 CMY 반사형 컬러필터고 두 번째는 TE 편광에 대해 입사각 ±60°까지 각도 의존성이 없고 곡률 반경 10mm까지 일정한 광학 퍼포먼스를 보이는 플렉서블 RGB 투과형 컬러필터다. 마지막으로 세 번째는 컬러 생성 시 소비되는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환 가능한 RGB 반사 컬러필터-광전지 이중기능 컬러필터다. RGB 각각의 컬러필터는 10.12%, 8.17%, 7.59% 의 광변환효율 (power conversion efficiency, PCE)을 갖는다. 본 연구의 기술들은 LCD 기술들, LEDs, 전자 종이 기술, 자가 전력 생산 디바이스, 플렉서블 전자기기, 에너지 절약 반사 디스플레이, BIPV 시스템과 같은 폭 넓은 분야에 적용 가능하다.
more초록/요약
In this work, angle invariant structual color filters employing strong resonance and plasmonic color filter-integrated perovskite solar cells based on localized surface plasmon resonance (LSPR) are demonstrated in ultrathin subwavelength grating. The previous color filtering systems based on organic dyes or chemical pigments are vulnerable to high temperature and moisture and have a practical limitation such as poor durabililty, complex fabrication process. However, three types of the proposed structural color filters can improve these weak points and are fabricated one-step simple nanoimprint lithography (NIL). First, the reflection type color filter is based on effective medium theory , resulting in angle independent with an incident angle up to ±70° under the TE-polarization (electric field of incident light is parallel to the direction of the subwavelength gratings). Furthermore, the proposed structual color filters are easily tuned by controlling the duty cycle of the nanostructured semiconductor grating fixed amorphous silicon (a-Si) semiconductor nanograting thickness. Secondly, the trasmission type color filter has a same concept to reflection type color filter. Also, it is observed that the structural color filters fabricated on a polyethylene terephthalate (PET) substrate has unchanged optical performance to 10mm bending radius condition. Lastly, high performance perovskite solar cells are integrated with ultrathin subwavelength plasmonic color filter exploiting LSPR and generate vivid color scheme for various practical application. 10.12%, 8.17%, 7.59% power conversion efficiency (PCE) are achieved in the individual RGB color filters, respectively. This technique presented in the work could be applied to a large number of applications, such as LCD technologies, LEDs, e-paper technologies, power-generating devices, flexible electronics, energy saving reflective displays and Building Integrated Photo Voltaic (BIPV) systems.
more목차
제 1장. 서론 1
제 2장. 컬러필터 3
1. 반사형 컬러필터 3
1) 실험 방법 3
2) 실험 결과 및 고찰 5
3) 결론 14
2. 투과형 컬러필터 15
1) 실험 방법 15
2) 실험 결과 및 고찰 17
3) 결론 31
3. 광전지 기능을 통합한 이중기능 컬러필터 32
1) 실험 방법 32
2) 실험 결과 및 고찰 34
3) 결론 47
제 3장. 결론 48
참고 문헌 49
