서울대 연구진, 고효율 페로브스카이트 발광소자 개발

차세대 페로브스카이트, OLED 장점 지닌 소자 연구

[이데일리 강민구 기자] 과학기술정보통신부는 이태우 서울대 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 고효율 장수명 하이브리드 탠덤 발광 소자를 개발했다고 16일 밝혔다.

이태우 서울대 교수.(사진=서울대)

차세대 태양전지 소재로 널리 알려진 페로브스카이트는 전기적 특성과 색 순도가 우수하고 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있다. 하지만 기존 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 한계가 있다.

이를 해결하는 방법 중 하나는 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤(Tandem)구조를 이용하는 것이다. 다만, 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 까다롭고, 단순 적층만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 갖기 어려웠다.

이에 연구팀은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일소자를 제작한 뒤 증착공정으로 상단의 유기 발광 단일소자를 제작하는 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자를 제작했다.

연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율·고색순도를 동시에 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 ‘하이브리드-탠덤 밸리(h-Tandem Valley)’라고 이름 지었다.

새로운 하이브리드 탠덤 소자는 페로브스카이트 상단 유기 발광층의 빛이 모두 투과하도록 얇고 투명한 나노입자 발광체를 사용해 광추출 효율을 높였다.

페로브스카이트 단일소자의 구동 수명도 동일 휘도 기준 1.8시간인 반면, 연구팀이 개발한 탠덤 소자의 구동 수명은 5596시간으로 약 3108배 높였다.

연구팀은 앞으로 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재 상용화에 이번 기술이 응용될 수 있으리라고 봤다.

이태우 교수는 “서로 다른 발광 소자를 적층해 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시했다”며 “녹색뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 소자를 개발해 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이 구현에 도전하겠다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 16일자로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)