'차세대 디스플레이' 탠덤 페로브스카이트 발광소자, 국내 연구진이 만들었다

이태우 서울대 교수 연구팀, 네이처 나노테크놀로지에 연구 결과 발표

국내 연구진이 세계 최초로 고효율 탠덤 페로브스카이트 발광소자 개발에 성공했다. 차세대 디스플레이인 페로브스카이트 발광소재 상용화를 앞당기는 기술이 등장한 것이다.

과학기술정보통신부는 이태우 서울대 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 고효율 장수명 하이브리드 탠덤 발광 소자 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 기초연구사업 지원으로 수행한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 게재됐다.

하이브리드 탠덤 페로브스카이트 발광다이오드의 개념도와 소자 효율./과학기술정보통신부

페로브스카이트는 차세대 태양전지 소재로 널리 알려져 있다. 하지만 페로브스카이트는 색 순도가 우수하고 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로도 주목받고 있다.

문제는 페로브스카이트 발광소자는 기존의 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 점이다. 이를 해결하기 위해서는 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤 구조를 이용하면 되지만, 페로보스카이트는 용액공정으로 제작하다보니 다른 소자와 적층하는 것이 매우 어려웠다.

이태우 교수 연구팀은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일소자를 제작한 뒤 증착공정으로 상단의 유기 발광 단일소자를 제작하는 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자 제작에 성공했다. 페로브스카이트를 기반으로 탠덤 발광소자를 제작한 세계 최초의 연구 결과다. 연구팀은 고효율과 고색순도를 동시에 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 ‘하이브리드-탠덤 밸리(h-Tandem Valley)’라는 이름도 붙였다.

새로운 하이브리드 탠덤 소자는 페로브스카이트 상단 유기 발광층의 빛이 모두 투과하도록 얇고 투명한 나노입자 발광체를 써서 광추출 효율을 극대화했다. 기존 페로브스카이트 단일소자 구동 수명이 1.8시간인데 비해 연구팀이 개발한 탠덤 소자는 5596시간으로 수명도 크게 늘렸다.

이태우 교수는 “이번 연구는 서로 다른 발광 소자를 적층해 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다”며 “이를 기반으로 녹색뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 소자를 개발하여 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이 구현에 도전하겠다”고 말했다.

참고자료

Nature Nanotechnology, DOI : 10.1038/s41565-023-01581-2

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -