KAIST, 페로브스카이트 LED 소재 발광 효율 극대화 전략 찾아

기사내용 요약
김형준 교수팀, 한밭대와 공동연구 통해 구조 뒤틀림 최소화 필요 확인
국제학술지에 논문 게재, 차세대 고효율 OLED 개발 기여

[대전=뉴시스] 페로브스카이트 LED의 발광 효율 증가 메커니즘 모식도. 페로브스카이트 결정 구조상 제어를 통해 팔면체 뒤틀림을 줄이면 페로브스카이트 소재의 LED 발광 효율을 증가시킬 수 있다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 화학과 김형준 교수팀이 한밭대학교 홍기하 교수팀과 공동 연구를 통해 페로브스카이트 발광다이오드(LED) 나노 소재에서 일어나는 발광 효율의 향상 원인을 이론적으로 규명하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

LED는 전기를 이용해 빛을 방출하는 장치로, 디스플레이에 널리 사용되고 있다. 페로브스카이트는 빛을 전기로 변환시키는 효율뿐 아니라 전기를 빛으로 변환시키는 발광 효율도 높아 차세대 LED 소재로서도 각광받고 있다.

공동 연구팀은 페로브스카이트 결정 구조가 내부의 뒤틀림 정도에 따라 다양한 상(phase)을 가질 수 있음에 주목했다.

LED 소재로 널리 사용되는 CsPbBr3라는 페로브스카이트 소재는 결정 구조 내부에 뒤틀림이 존재하며 작은 나노 구조로 만들면 이런 뒤틀림이 최소화된 상이 형성된다.

연구팀은 비단열 양자 동역학 시뮬레이션을 이용해 페로브스카이트 결정 구조상(phase) 제어를 통해 팔면체 뒤틀림을 줄이면 양이온 효과 및 할로겐 원자의 구조 내 움직임 제어가 동반돼 페로브스카이트 소재의 LED 발광 효율이 증가, 결정 구조의 뒤틀림 제어가 발광 효율을 높이기 위한 주요 전략임을 밝혔다.

연구팀에 따르면 페로브스카이트 구조는 모서리를 공유하는 팔면체로 구성되며 이 팔면체의 뒤틀림에 따라 다양한 결정상을 갖는다.

연구팀 관계자는 "비단열 양자동역학 시뮬레이션을 이용해 각 결정 구조에 따른 페로브스카이트 소재의 광동역학적 성질을 이론적으로 연구, 구조 내 팔면체의 뒤틀림을 최소화하는 것이 높은 발광 효율을 얻기 위해 매우 중요하다는 것을 밝혀냈다"고 설명했다.

이를 통해 페로브스카이트의 소재 결정 구조적 특성과 빛을 발생하는 광 동역학적 특성 사이의 복잡한 상관관계를 규명했다.

연구팀은 향후 기초 연구를 더욱 확장해 페로브스카이트 결정상 제어를 통한 발광 효율 극대화 전략을 도출, 페로브스카이트 기반의 고효율 LED 개발을 지원할 계획이다.

KAIST의 하윤후 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'온라인판에 지난해 12월 27일자로 게재됐다. (논문명: Enhanced Light Emission through Symmetry Engineering of Halide Perovskites).

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