"페로브스카이트와 OLED 합쳤더니"…발광효율 한계 극복

이태우 서울대 교수, 탠덤 구조 발광소자 개발
페로브스카이트와 OLED 적층..효율과 수명 향상

서울대는 페로브스카이트 발광소자와 유기발광소자를 적층한 탠덤 구조 기반의 발광소자를 개발했다. 사진은 관련 기술을 적용한 대면적 유연한 발광소자 과기정통부 제공

이태우 서울대 교수

차세대 태양전지 소재인 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 하이브리드 탠덤 발광소자가 개발됐다. 기존 발광효율의 한계를 극복하고, 색순도, 구동 수명을 크게 향상시켜 증강·가상현실(AR·VR) 기기나 차세대 디스플레이에 활용될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 이태우 서울대 교수 연구팀이 페로브스카이트 발광소자와 유기발광소자(OLED)를 적층한 탠덤 구조 기반의 발광소자 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

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

연구팀은 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤 구조를 이용해 낮은 효율을 해결했다. 하지만 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 매우 까다롭고, 단순히 적층하는 것만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 갖기 어렵다.

연구팀은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일소자를 제작한 뒤, 증착공정으로 상단의 유기발광 단일소자를 제작하는 새로운 방식으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자를 개발했다.

페로브스카이트를 기반으로 탠덤 발광소자를 제작한 것은 세계에서 처음이라고 연구팀은 설명했다. 이 탠덤 발광 소자는 페로브스카이트 상단 유기 발광층의 빛이 모두 투과되도록 얇고 투명한 나노입자 발광체를 사용해 광추출 효율을 높였다. 아울러 구동 수명이 5596시간에 달해 페로브스카이트 단일 소자(1.8시간)에 비해 3108배 향상됐다.

이태우 서울대 교수는 "이번 연구는 서로 다른 발광소자를 적층해 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다"며 "향후 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재 상용화에 기여할 것으로 전망된다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지(16일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr