최고 효율 대면적 페로브스카이트 발광 다이오드 개발

서울대 이태우 교수 연구팀

왼쪽부터 이태우 서울대 재료공학부 교수, 김영훈 박사(현재 한양대 조교수), 박진우 학생, 김성진 학생. 서울 공대 제공.

국내 연구진이 페로브스카이트 소재를 이용해 세계 최고 효율의 대면적 발광 다이오드를 개발했다. 페로브스카이트 발광 소재 상용화 가능성과 차세대 디스플레이 등 다양한 분야 응용 가능성을 높였다. 

서울대 공과대학은 이태우 재료공학부 교수 연구팀이 차세대 발광 소재인 금속 할라이드 페로브스카이트를 이용해 최고 효율의 대면적 발광 다이오드를 제작하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 

유기원소와 금속, 할로겐 원소로 구성되는 페로브스카이트 발광 소재는 양자점(퀀텀닷)이나 유기 발광 소재보다 비용이 저렴할 뿐만 아니라 색 조절이 쉽고 색 순도가 뛰어나다는 장점이 있어 기존 발광소재를 대체하는 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다. 

이태우 교수는 앞서 2015년 발광 효율 8.53%의 고효율 페로브스카이트 발광 소자를 연구한 논문을 국제학술지 ‘사이언스’에 보고하기도 했다. 2021년에는 세계 최고 발광 효율인 23.4%의 고효율 페로브스카이트 발광 소자를 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스’에 보고했다. 

이번 연구에서 이태우 교수팀은 대면적에서 높은 효율 및 재현성을 갖는 대면적 페로브스카이트 발광 소자를 개발했다. 페로브스카이트를 수 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 크기를 갖는 나노입자 형태로 제조해 기존 연구의 한계를 극복하는 방안을 제시했다. 이를 통해 대면적 박막 형성시 주변 환경에 크게 영향을 받지 않아 높은 재현성을 확보하고 새로운 대면적 코팅 방법을 개발, 대면적에서도 작고 균일한 페로브스카이트 박막을 형성하는 데 성공했다. 

이를 통해 102㎟의 픽셀 크기에서 22.5%의 높은 외부 양자효율 및 높은 재현성을 갖는 대면적 페로브스카이트 발광 다이오드 제작에 성공했다. 이와 함께 900㎟의 대면적 발광 소자에서도 외부 양자효율 21% 이상의 고효율 발광 소자도 제작했다. 

이태우 교수는 “페로브스카이트 발광체 및 발광 다이오드를 상용화하는 데 걸림돌이었던 대면적 소자 제작에 필수적인 기술을 개발했다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 5월 4일자로 게재됐다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]