• - 부경대 이보람 교수 등 국제공동연구팀
  - 차세대 디스플레이 소재 ‘페로브스카이트’ 적색 발광소자 안정성 높여
  

페로브스카이트 표면 리간드 처리에 대한 모식도.[부경대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구자가 포함된 국제공동연구진이 차세대 디스플레이 소재로 각광받는 ‘페로브스카이트’의 상용화를 앞당길 연구결과를 내놓았다.

한국연구재단은 부경대학교 이보람 교수 연구팀 등이 참여한 국제공동연구로 발광 파장 안정성이 우수한 고효율의 적색 페로브스카이트 발광소자가 개발됐다고 10일 밝혔다.

페로브스카이트 발광체는 높은 색순도, 높은 발광효율, 색조절 용이성, 저렴한 소재 비용으로 인해 차세대 디스플레이 소재로 활발히 연구되고 있다.

영국 옥스퍼드 대학, 미국 오레곤 대학, 영국 캠브리지 대학, 페로주 대학, 인도과학원 등 5개 기관 연구자들이 참여한 이번 연구는 EU 호라이즌 프로그램의 하나로 유연하고 가벼운 페로브스카이트 소자를 목표로 하는 페로큐브 프로젝트(PEROCUBE project)의 일환이다.

이보람 교수 연구팀은 페로브스카이트 발광소자를 제작하고 발광 소재 및 소자 특성을 분석하는 역할을 맡았다.

높은 색 순도와 색 조절까지 용이한 경제적인 디스플레이 소재를 찾으려는 연구가 활발한 가운데 금속 할라이드 페로브스카이트 발광체가 주목받고 있다.

하지만 문제는 색 안정성이다. 적색과 청색을 얻기 위해 둘 이상의 할라이드를 혼합하는데 외부자극에 의해 쉽게 분리돼 발광색이 바뀌게 된다.

연구팀은 납(Pb)과 킬레이트 결합을 하는 두 종류의 리간드를 페로브스카이트 나노결정에 처리함으로써 나노결정에 존재하는 결함을 제거했다.

할라이드 이온들은 금속 할라이드 페로브스카이트 결정의 결함을 통하여 이동하는 것으로 알려져 있다.

지금까지 많은 연구진들이 페로브스카이트 결정의 표면 결함을 비활성시키는 패시베이션을 통하여 할라이드 분리를 막고자 했지만 완벽한 해결책을 찾지 못하고 있었다.

이렇게 표면결함을 제거한 나노결정은 박막 상태에서 1.5배 향상된 발광효율 보였으며, 나노결정을 발광소자에 적용했을 때 외부양자효율이 기존 4.1%에서 20.3%로 향상됐다.

리간드 처리하지 않은 소자와 리간드 처리한 소자의 전계 발광 파장 안정성.[부경대학교 제공]

리간드 처리를 한 페로브스카이트 나노 결정 발광소자의 경우 소자 구동 시 일정한 발광 스펙트럼으로 높은 색 안정성을 보였다.

이번에 제시한 리간드 처리 방법이 태양전지, 트랜지스터 등에 쓰일 수 있는 다양한 금속 할라이드 페로브스카이트 소자의 효율 및 안정성 향상 연구에 기여할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업 등의 지원으로 행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’ 3월 4일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com